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在电力系统中，发电厂产生的高压电经过变压器降压后供给终端用户使用，电压范围一般为220~380V（在中国地区）。在这个过程中，用电设备产生的谐波（THD）和相移因数（cosφ）是两个重要的参数，它们对电网和用电设备都有一定的影响。

分析谐波（THD）的影响。谐波是由于用电设备（非线性负载）在电网中产生的一种非正弦波形的电流或电压。这种非正弦波形会导致电网中的电压和电流波形发生畸变，从而影响电网的稳定性和用电设备的正常运行。谐波并不能够通过电力隔离传输变压器返回到发电厂，因此它们主要影响的是电网的局部区域和用电设备。

相移因数（cosφ）的影响。相移因数是用电设备的功率因数，它反映了用电设备对电网的利用程度。当cosφ较低时，意味着用电设备对电网的利用不充分，电网需要提供更多的无功功率来支持设备的运行。这会导致电网的损耗增加，同时也会影响电网的稳定性和供电质量。与谐波不同，相移因数可以通过电力隔离传输变压器返回到发电厂，因此它对电网的整体稳定性有更大的影响。

 

从终端用户的角度来看，无论是谐波还是相移因数，它们对消费者都没有直接的影响。消费者感受不到一个设备的功率因数是高还是低的区别，因为电网的供电质量是由电力公司来保障的。即使用电设备产生了谐波或功率因数较低，也不会直接影响到消费者的用电体验。如果谐波或功率因数问题严重到一定程度，可能会对电网的稳定性和供电质量造成威胁，但这通常需要由电力公司来负责解决。

 

相移因数（PF）低主要会降低输电及配送的效率，而电流谐波虽然对发电系统直接影响有限（因为它们通常不能通过大型传输变压器），但在特定环境下，如建筑物内部的配电系统，电流谐波确实会产生一系列副作用。以下是对这些副作用的进一步分析：

对建筑物配电系统的影响：

中性线过载：在三相四线制系统中，谐波电流可能导致中性线（零线）过载，因为谐波电流在三相之间不是完全平衡的，会在中性线上叠加。

变压器发热：配电变压器在处理含有谐波的电流时，会产生额外的铁损和铜损，导致变压器发热增加，可能缩短其使用寿命。

电容器损坏：谐波电流可能引起并联电容器组的过热和过早损坏，因为电容器对谐波频率的阻抗较低。

对用电设备的影响：

电机效率降低：谐波电流会增加电机的铁损和铜损，导致电机效率降低，发热增加。

电子设备干扰：谐波可能对敏感的电子设备造成干扰，影响其正常运行，如计算机、通信设备等。

照明设备影响：谐波可能导致照明设备（如荧光灯）闪烁或寿命缩短。

对保护与测量设备的影响：

保护设备误动：谐波可能引起继电保护装置的误动作，如过电流保护、接地保护等。

测量误差：谐波会影响电能表的准确计量，导致电费计量误差。

 

在三相四线制供电系统中，谐波问题尤其是奇数次谐波对中线（PEN线）的影响是一个需要特别关注的问题。在正常情况下，如果三相负载平衡，中线（PEN线）上几乎没有电流流过。然而，当存在非线性负载（如开关电源、变频器等）时，它们会产生谐波电流，这些谐波电流中的奇数次谐波会在中线（PEN线）上叠加，导致中线电流增大，进而可能引发过热问题。

中线过热不仅可能导致电缆绝缘老化加速，增加火灾风险，还可能对系统的正常运行造成干扰，如影响保护设备的正常工作、导致电压波动等。

因此，政府和相关标准对谐波问题有明确的要求，以限制用电设备产生的谐波电流，保护电力系统和用电设备的安全运行。在实际应用中，可以采取一系列措施来抑制谐波，如使用谐波滤波器、改善电源质量、优化负载分配等。

图中从理论层面分析了三相四线制中谐波的影响，它可能展示了谐波电流在中线上的分布、谐波对系统电压和电流波形的影响以及可能的过热风险。这样的分析对于理解和解决谐波问题是非常有帮助的。

谐波在三相四线制电缆中的叠加效应：

不为零的中线电流会导致中线或地线过热然而畸变的电流可以用不同次数的谐波电流来量化表征，即THD:

这里“即为第n次谐波的幅值，由式(上图)，我们通过归一化计算(相对于基波的大小百分比 )，可以得到图 下图所示的直方图。

归一化谐波比例直方图：

总结：

详细分析了谐波（THD）和相移因数（cosφ）对电网和用电设备的影响，特别是针对三相四线制供电系统中的谐波问题。谐波（THD）的影响：谐波是由于非线性负载在电网中产生的一种非正弦波形的电流或电压。谐波会导致电网中的电压和电流波形发生畸变，影响电网的稳定性和用电设备的正常运行。

谐波主要影响电网的局部区域和用电设备，不能通过电力隔离传输变压器返回到发电厂。

相移因数（cosφ）的影响：相移因数反映了用电设备对电网的利用程度。当cosφ较低时，电网需要提供更多的无功功率来支持设备的运行，导致电网损耗增加，影响电网的稳定性和供电质量。

与谐波不同，相移因数可以通过电力隔离传输变压器返回到发电厂，对电网的整体稳定性有更大影响。

从终端用户角度看：无论是谐波还是相移因数，对消费者都没有直接影响。电网的供电质量由电力公司保障，即使用电设备产生谐波或功率因数较低，也不会直接影响消费者的用电体验。

谐波或功率因数问题严重到一定程度时，可能会威胁电网的稳定性和供电质量，需要由电力公司解决。

谐波对建筑物配电系统和用电设备的影响：中性线过载：谐波电流可能导致中性线（零线）过载。变压器发热：配电变压器处理含有谐波的电流时会产生额外的损耗。电容器损坏：谐波电流可能引起并联电容器组的过热和损坏。电机效率降低：谐波电流会增加电机的损耗。电子设备干扰：谐波可能对敏感的电子设备造成干扰。

照明设备影响：谐波可能导致照明设备闪烁或寿命缩短。

谐波对保护与测量设备的影响：保护设备误动：谐波可能引起继电保护装置的误动作。

测量误差：谐波会影响电能表的准确计量。

三相四线制供电系统中的谐波问题：奇数次谐波对中线（PEN线）的影响需要特别关注。非线性负载会产生谐波电流，奇数次谐波会在中线（PEN线）上叠加，导致中线电流增大，可能引发过热问题。

中线过热可能加速电缆绝缘老化，增加火灾风险，干扰系统正常运行。

政府和相关标准的要求：政府和相关标准对谐波问题有明确的要求，以限制用电设备产生的谐波电流。

实际应用中可以采取措施来抑制谐波，如使用谐波滤波器、改善电源质量、优化负载分配等。

谐波在三相四线制电缆中的叠加效应：不为零的中线电流会导致中线或地线过热。畸变的电流可以用不同次数的谐波电流来量化表征，即THD。通过归一化计算可以得到谐波比例的直方图，有助于理解和解决谐波问题。