输入谐波电流对UPS供电系统带来的危害

在信息化时代到来之前,对于低压供电系统而言,其主要负载为电阻性负载(例如:白炽灯、电炉等)及电感性负载(例如:交流电动机、电磁铁、继电器等)。无论是电阻性负载,还是电感性负载,在运行中都不会向输入电源反馈任何谐波电流。为了提高低压供电系统的电能利用率,需在电力变压器的输出端配置具有电流相位超前特性的电容性功率因数补偿柜,能对具有带滞后特性的电感性负载执行调控,从而使输入功率因数cosφ尽可能地趋于1。

然而,随着以互联网和数据中心(IDC、EDC和SDC等)为代表的信息网络越来越多的采用开关电源设计方案来支持其运行的IT设备(例如:PC机、服务器、磁盘阵列机、存储器、网关、-48V通信电源和交换机等)和家用电器(电视机、DVD机、音响设备、激光打印机等)以及采用三相整流滤波器设计方案的UPS及变频器等的整流滤波型非线性负载被投入到低压供电系统中。对于所有这些整流滤波型的非线性负载而言,在它们运行中都会向输入电源程度不同地反馈谐波电流,从而造成越来越严重的谐波*和污染问题。这是因为由大量的电流谐波所产生的无功功率不仅会导致输入电源电能的利用率大大下降(主要表现为输入功率因数显著下降)。而且,它还会对低压供电系统本身及各种用电设备的安全运行带来严重威胁和留下种种故障隐患。输入谐波电流可能带来危害可大致归纳为三大类:

(1)对供电设备所带来的危害

①电力变压器/发电机因损耗的增大和温升过高,使它们必须处于降额使用状态;

②功率因数补偿器中的电力电容器因过流而异常发热及谐振现象而发生爆炸及损坏;

③电力电缆因长期处于过热运行状态而使绝缘加速老化,进而导致出现漏电及短路故障;

④断路器开关/漏电保护器的误跳闸、拒跳闸、接触不良及损坏,造成供电系统故障

(2)对供电电网所带来的危害

①由于大量高次谐波电流的出现,导致输入功率因数下降,无功功率损耗增大,导致供电电网的利用率下降;

②供电电网因发生谐波谐振的几率增加,因谐振在用户供配电系统所诱发的瞬态过电压、瞬态过电流将直接危害各种用电设备的安全运行