超高功率电弧炉对电网的干扰及防护（2）

2.4高次谐波

用电负荷有线性和非线性负荷之分，电阻性、电容性负荷以及未磁饱和的电感性负荷等为线性负荷，开关电源、可控硅以及磁饱和的电感性负荷等为非线性负荷，当对线性负荷施加工频正弦波电压时，其电流仍为正弦波而不畸变，当对非线性负荷施加正弦波电压时，其电流波形产生畸变，不再是正弦波。此畸变的电流波形除基波电流外，还包含若干奇次和偶次谐波电流，当谐波电流通过回路阻抗时，在其产生电压降，使回路负载侧电压波形畸变，即带有谐波电压成分，谐波电流和回路阻抗越大，回路负荷侧谐波电压也越大。

在三相四线回路中，基波电抗和偶次谐波电流在中性线上可以互相抵消而减小其幅值，但奇次谐波电流；特别是3n次奇次谐波电流是相互叠加而增大其幅值，在三相负荷不平衡而又存在大量3n次奇次谐波电流的三相四线回路中，这往往使常规设计的贿赂中性线过载（其中性线电流几乎可达相电流的两倍）。

谐波源分为谐波电压和谐波电流，发、变电设备一般为谐波电压源，而变流装置、电弧炉、电抗器为谐波电流源。
　　交流电弧炉在炼钢过程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波，对电网造成干扰。其主要原因有：
　　2.4.1电弧的电阻值不恒定，并且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变动，这造成电弧电流的非正弦畸变。
　　2.4.2交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，因不同材料的发射电子能力不一样，故使电流的正负两个半周的波形不对称，造成偶次谐波。
　　2.4.3三相电弧不均衡，导致三次谐波。
　　2.4.4供电系统连接的各种谐波源导致各种谐波的形成，如静补装置中的整流器等。
　　电弧炉的谐波电流成份主要为2～7次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5％～10％，谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。国标《电能质量·公用电网谐波》(GB/T14549—93)对综合电压畸变率、谐波电流注入量均作了具体规定，为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。

负载产生的谐波电流通过谐波阻抗产生谐波电压，由于负载阻抗大于系统阻抗，所以电弧炉产生的谐波电流大小由负载阻抗来确定，从而由负载产生的下拨电流可以认为是恒定的谐波电流发生源，而且由于谐波电流是由负载产生，谐波电流的流向是由负载侧流向电源侧，即负载侧的谐波电压为最高。

谐波功率是一个无用功，谐波电流的存在会使电网电压波形产生畸变，恶化电能质量，增加网络中的损耗，使用户用电设备发热。也影响同步电动机的安全稳定运行，造成同步电动机保护误动作。影响自动化设备动作的准确性，对控制信号造成电磁及射频干扰。由负载产生的谐波电流最明显、最严重的危害是对功率因数补偿电容器的危害，而高频谐波；十几次以上的谐波产生的磁场对通讯干扰。

3.抑制电弧炉对电网和自身影响的途径

目前抑制超高功率电弧炉产生干扰的方法；一是提高供电电源的电压等级，以提高与电网公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影响在允许范围内；二是采用SVC装置，使其多项指标限制在允许范围内。两种方法相比，方法一是治标的方法，因为电炉对电网和自身影响的各种量值并未消除，而是送到更高电压级的电网去扩散，随着电炉不断建设发展，这些量值在电网中增加积累，泛滥成灾，将会形成电网所不能接受的程度，而增加了对广大用户的影响，因此，使用范围越来越小。方法二是治本的办法，它使电炉对电网和自身影响的各种量值大部分就地消除了，故其使用范围越来越大，前途广阔。