電力における高調波の影響の分析

高調波の発生源

高調波が発生する原因は多岐にわたるため、発生源も比較的多く、関連する機器の種類も多様な特徴を示します。中でも、主な高調波発生源としては、電力系統の変圧器群、工業用電気アーク炉、大型単相電力電子機器、各種整流器、交流電圧調整装置などが挙げられます。

高調波の有害な分析

電力系統における高調波の存在は、電力系統の汚染源に相当し、汚染対象は主に電力系統内の電磁環境です。電力系統の重要な環境要素である電磁環境は、高調波の程度によって異なる危険性を示します。しかし、最も軽微な害でも電気機器の動作効率を低下させ、最も深刻な結果では電力系統の安定かつ安全な運用を阻害し、電気機器に損傷を与える可能性があります。高調波発生による害は、具体的には以下の側面を含みます。

（１）電気機器は高調波の影響で異常に発熱し、追加損失が大きすぎる。高調波電流と基本波電流の量には大きな差があるものの、高調波の存在は機器の表皮効果を悪化させ、表皮効果を感知する過程で有効抵抗が増加する。鉄心を持つ電気機器など、一部の特殊な機器では、大きな渦電流損失とヒステリシス損失も発生する。波形が一定程度歪むと、振幅の大きいピーク波によって部分放電の強度が増加する。このような高消費条件下では、電気機器の寿命が短くなりやすい。

（２）モーターは機械的振動を引き起こす可能性があります。高調波電流の影響下では、モーターの回転磁界が脈動トルクを発生させ、モーターを振動させる可能性があります。モーターの固有振動数の影響下では、この種の振動はより有害な機械的振動を引き起こしやすく、電気機器の品質を危険にさらし、さらには人々の生命を脅かす可能性があります。

（３）コンピュータ機器及びその他の自動制御装置への干渉。通常、自動制御装置及びその他の関連自動制御システムは、通常の電流及び負荷電圧に基づいて設計されています。高調波が発生した場合、自動制御システムはこの影響要因を考慮しないため、制御機能の性能に干渉が生じやすくなります。高調波の汚染度が大きい場合、自動制御システムの動作手順が変更され、誤ったガイダンスを生成する可能性もあります。このような影響は、実際の生産及び運用に深刻な影響を与え、取り返しのつかない安全事故を引き起こす可能性さえあります。