谐波与中性线过载风险White_paper_26.docVIP

版次 0谐波和中性线过载的风险 版次 0 谐波和中性线过载的风险 26号白皮书 26号白皮书 摘要 本文档将对与谐波电流相关的问题进行概述，并特别关注于信息技术设备。同时对国际规章中解决这些问题的方式进行介绍。 引言 非线性负载会导致电力线路中出现谐波电流。谐波是频率为基本线路基频（50或60 Hz）倍数的有害电流。谐波电流可能使导线和变压器过载，导致发热，极端情况下会发生火灾。在信息技术电源系统中，了解何时应该以及如何应对这一问题十分重要。最近，由于相关国际章程被广泛采纳，这一问题在很大程度上被消除了。 非线性负载 许多台式个人电脑对交流电源表现为非线性负载。这是因为它们采用了称为“电容输入开关电源”的电源设计。 包括服务器、路由器、集线器和存储系统在内的信息技术设备则几乎普遍采用另一种名为“功率因数校正”的不同电源设计。这些设备对交流电源表现为非常好的线性负载，不会产生谐波电流。实际上它们是电网上最“干净”的负载类别之一，所产生的谐波电流比日光灯和变速电机等其他许多设备要低。10年以前，这些设备与个人电脑一样是非线性负载，但今天它们已经完全接受要求其采用“功率因数校正”设计进行生产的国际规章。 规章 业界对于减少交流电源系统中的非线性负载量有很大的兴趣。非线性负载会降低公用电力系统的配电能力，并使提供给附近客户的交流电波形失真，从而降低电源质量等级。此外还存在导致客户设施起火的风险。 在20世纪80年代，公共电力企业和包括IEC（国际电工委员会）在内的国际公约机构注意到了电气设备耗电量所占百分比以及此类设备采用“电容输入开关电源”的百分比均日益提高的趋势。日光灯、高性能空调系统以及个人电脑是推动这一变化的主要产品类别。面对这种趋势，IEC于1982年制定了国际标准IEC 555-2“在交流主要线路中的谐波注入”。该标准专门限制“非专业”设备的谐波电流注入。瑞士、日本及其他国家在IEC 555标准发布后很快就采用了该标准。 全球计算机产品供应商们在20世纪80年代最早开始感受到向已采用IEC 555-2标准的国家销售计算机受到了限制。这种形势促成了功率因数校正电源技术的发展。 1995年，IEC引入了经过更新的IEC 555-2标准，称为IEC 1000-3-2。在IEC 1000-3-2中，适用范围大大超出IEC 555-2，涵盖了每相吸收电流不超过16A的所有设备。该标准对采用非线性开关电源的产品的谐波绝对值和百分比值均增加了额外的限制。除美国和欧共体之外的许多国家采用了这一标准。欧共体在1995年稍晚时候采用了其自行制定的这一标准的对应版本，即EN61000-3-2，并要求设备制造商遵守名为“电磁兼容性指令”的欧共体指令之下的标准。该指令允许制造商在1998年之前采用已有的产品设计。后来欧共体又将这一期限延长至2001年1月1日。 该标准对谐波电流注入作如下限制： 谐波阶次 每瓦特功率最大许可谐波电流 （ma/W） 3 3.4 5 1.9 7 1 9 0.5 13 0.35 最高39次的奇次谐波 3.85/n 到1995年之前，几乎所有针对网络和通信引入的新的计算机设备都符合IEC 1000-3-2。虽然并非所有国家都立即采用了这一标准，但它却已成为延迟达标企业要面对的强大的贸易壁垒。计算机原始设备制造商（OEM）对用于系统集成的OEM设备几乎普遍规定要符合IEC 1000-3-2。这就使得IT行业在2001年1月1日期限甚至是原定的1998年期限之前事实上已100%遵照该标准执行。 美国提出了“14号修正案”对该标准进行修正，“14号修正案”弱化了该标准，允许更多谐波存在。采用这一修正案的国家数量目前还不清楚。 在欧共体及其他许多国家内销售的产品必须符合EN61000-3-2标准。美国尚未正式采纳此标准。现今所生产的信息技术设备普遍针对全世界应用而设计，故要求有CE标志并须符合IEC标准。因此，除小型PC之外的IT设备普遍遵照此标准（在美国仍有不合此标准的PC在销售）。在过去5年中，由于新型设备对老设备的自然替代，谐波在数据中心环境中实际已被消除。 该标准对实际系统的意义 由符合IEC 1000-3-2标准的设备所组成的系统将具有以下特性： 当中性线回路中高于三次的谐波总含量低于2%时，除三次谐波之外的所有谐波对中性线电流的贡献均可忽略。 在负载不高于675W的条件下，系统“K”系数的理论最大值为9。如果存在更大的负载，则理论最大“K”系数将减小：例如，在2kW负载下，最大“K”系数为3。 如果所有回路均被加载至最大额定值，没有负载高于675W，且所有负载产生的三次谐波均在规定限制内，则理论最大中性线电流将是额定相电流值的1.7倍。如果有更大的负载，则理论最大中性线电流将相对减小：例如，在2kW负载下，理论最大