在低壓配電系統中，正常時零線比火線電流要小。這是因為當三相負荷用電平衡時，三相電流完全抵消，此時零線電流為零；但是當三相負荷用電不平衡時，三相電流無法完全抵消，那麼不平衡的電流就會通過零線回到變壓器。

在三相四線配電系統中，零線的電流一般比火線要小，這是所有業內人士的共識。但是，越來越多的事實卻讓人們在顛覆這個觀念。

案例

有一天正在上課，有個學生打電話過來諮詢我一個問題。

他前段時間接了一棟大廈的牆體廣告線路安裝，大廈四周的廣告燈箱全都採用熒光燈照明，將近有1200支左右。

廣告燈箱的電源是採用四根電線（3根25平方和1根16平方）從配電箱引來，1200支熒光燈都平均分配在三相線路中。

接好以後，通電試驗正常，驗收通過。但是用了一段時間，發現零線燒斷了。當時以為零線選的過小，然後重新換了一根25平方的。就這樣好了一段時間，沒過多久，零線又燒掉了。

客戶很不滿意，如果再解決不好這個問題，可能尾款都拿不到。

我一邊安撫他的情緒，一邊思考，根據我多年的經驗，這種情況最有可能是因為諧波的原因而導致零線電流過大。

我叫他測一下每條電線的電流，最後用鉗表一測，簡直驚呆了！

三相火線電流每相都差不多是90A，但是零線電流卻達到驚人的158A。

實際上，零線電流過大的現象現在越來越普遍。為什麼三相電的負荷平衡，零線上卻還是會出現電流，並且電流達到相線電流的150%以上呢？

這是因為諧波的原因導致的。

諧波

我們都知道我們現在用的交流電是50HZ頻率的正弦交流電。

正弦交流電波形圖如下：

正弦交流電

當正弦交流電裡參雜了頻率更高的雜波，把這個叫做諧波。

參雜了諧波的圖形如下：

參雜了諧波的正弦交流電波形圖

上圖中，紅色為我們正常的正弦交流電波形圖，其中綠色和藍色是諧波的波形圖。

交流非正弦信號可以分解為不同頻率的正弦分量的線性組合。當正弦波分量的頻率與原交流信號的頻率相同時，稱為基波。諧波，狹義講，是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量，一般是指對週期性的非正弦電量進行傅里葉級數分解，其餘大於基波頻率的電流產生的電量。從廣義上講，由於交流電網有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波。當正弦波分量的頻率是原交流信號的頻率的非整數倍時，稱為分數諧波，也稱分數次諧波或間諧波。對於任意一複合週期振動函數y（T）按傅氏級數分解表示為：第一項稱均值或直流分量，第二項為基波或基本振動，第三項稱二次諧波，依此類推或把二次諧波以後的統稱為高次諧波。

諧波的產生

當三相交流電的電流波形為正弦波時，它們相差120°，並且幅度相同，在零線上矢量疊加的結果是總和為零。

但是如果相線上的電流是脈衝狀的，並且相差120°。那麼他們在中線上疊加起來的脈衝卻是相互錯開的，所以無法抵消，和零線的電流卻是疊加的。

由於現代電氣設備大多數含有整流電路，因此即使三相負荷平衡，零線上也會有較大的電流。

零線電流過大的危害十分嚴重，主要是因為兩個方面的原因，

第一，零線的截面積並不比相線大，超過相線的電流必然會導致零線過熱而燒斷；

第二，當零線斷線以後，由於三相不完全平衡，那麼會造成各相電壓不一致，三相設備無法正常工作。用電少的一相電壓會升高；而用電多的一相電壓會降低。電壓升高的一相上的單相設備會損壞；電壓降低的一相上的單設備無法正常工作。

電力系統諧波的危害

諧波對電力系統的主要危害如下：

（1）對旋轉設備和變壓器的主要危害是引起附加損耗和發熱增加，此外諧波還會引起旋轉設備和變壓器振動併發出噪聲，長時間的振動會造成金屬疲勞和機械損壞。

（2）諧波對線路的主要危害是引起附加損耗。

（3）諧波可引起系統的電感、電容發生諧振，使諧波放大。當諧波引起系統諧振時，諧波電壓升高，諧波電流增大，引起繼電保護及自動裝置誤動，損壞系統設備(如電力電容器、電纜、電動機等)，引發系統事故，威脅電力系統的安全運行。

（4）諧波可干擾通信設備，增加電力系統的功率損耗(如線損)，使無功補償設備不能正常運行等,給系統和用戶帶來危害。

電力系統諧波的危害：

1、對配電變壓器的危害：

接線組別為Yyno的配變，三相四線制接線時，三次諧波電流在配變原副繞組中產生諧波電壓，並使中性點電壓產生動脈。另外由於奇次諧波相位相同，它們在中性線上的相量疊加，使中性線上的零序電流相量疊加，因此中線性上因為流過諧波電流而發熱。

三相三線制接線時零序諧波由於相位相同，形成中性點電壓，使相電壓發生變化。

對於接線組別為Dyno的配變，零序諧波電流在繞組中形成環流，使配變繞組發熱，降低配變壽命。

2、對電力電纜的危害：

由於諧波次數高頻率上升，再加上電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜允許通過的電流減少。另外，電纜的電阻、線路的感抗與系統串聯，提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統並聯，一 定數值得電感與電容可能發生湝振。

3、對電力電容器的危害：

當電網存在諧波時，投入電容器後其端電壓增大，通過電容器的電流就增大，時電容器損耗功率增加。電容器的容抗與頻率成反比，頻率越高，阻抗越小，因而諧波電壓能使電容器的電流增大很多。超出電容器允許條件，就會時電容器過電流和過負荷，因而異常發熱，尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時，還可能是電網的諧波加劇，即產生諧波擴現象。在介質中誘發局部放電，由於電壓變化率大，局部放電強度大，對絕緣介質更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的使用壽命。（http://www.diangon.com/版權所有）一般來說，電壓每升高10%，電容器的壽命就要縮短1/2左右。當諧波與電容器的參數匹配時會產生諧振，使諧波得到方大，在諧波嚴重的情況下，造成電容器鼓肚、擊穿、群爆及更大的損失。

4、對白熾燈的損害：

白熾燈泡是一種應用十分廣泛的照明燈具，它的壽命與諧波的熱效應關係很大，畸變係數的增地縮短燈泡的壽命，而改變基波電壓相對來說比改變畸變係數的影響更大。

5、對電動機的損害：

諧波對電動機的損害主要是引起附加損耗，產生機械振動、噪聲和諧波過電壓。

畸變波能使電動機鐵心磁飽和增加，特別是鐵心鉗繞組的磁部飽和贈加，使基波短路阻抗減小，一般認為，三相異步電動機的n次諧波電流的大小可通過下式計算：

6、對電能表的影響：

⑴、機械式電能表系感性機構，在進行電能計量時，可以分以下三種情況：

①.畸變波電源供線性負荷，這時電能表計量的是基波電能和部分諧波電能，諧波會使用戶設備性能變壞。這樣用戶既受到諧波汙染又多繳電費。

②.正弦波電源供非線性負荷，此時電能表計量的是基波電能減去部分諧波電能。這表明用戶汙染了電網還少繳了電費。

③.畸變波電源供非線性負荷，這種情況就比較複雜了，基波電流是流向負荷的，而諧波電流則就不一定了，可能是流向負荷的，也可能是流向電源的，這要看具體情況了，最直接的方法就是用儀器來測量。

⑵、電子式電能表使用的是積分電路，無論是電網是向負荷提供諧波電流還是負

荷向電網提供諧波電流都會積分計量在一起，這樣就會造成計量誤差。

7、對低壓開關設備的危害：

對於配電用的斷路器來說，全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響而使鐵耗增大而發熱，同時由於對電磁鐵的影響與渦流的影響而使其脫扣困難，且諧波次數越高影響越大;熱磁形的斷路器，由於導體的集膚效應與鐵耗增加而引起發熱，使得額定電流降低與脫扣電流降低;電子型的短路器，諧波也要使其額定電流降低，尤其是檢測峰值的電子斷路器，額定電流降低的更多。由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產生誤動作。

對於漏電斷路器來說，由於諧波會漏電電流的作用，可能是斷路器異常發熱，出現誤動或拒動。對於電磁接觸器來說，諧波電流使磁體部件溫升增大，線圈溫度升高使額定電流降低。對於繼電器來說，因受諧波電流的影響也要使電流降低。在工作它們都有可能造成誤動作。

8、對弱電系統設備的干擾：

對於計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備，電力系統中的諧波通過電磁感應靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產生干擾。其中電磁感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統。

9、對通訊線路的影響：

通常音頻通道的工作頻率約為：200-400Hz，而供電系統的許多諧波就在這個頻率範圍之內。由於電力線路和通訊線路的功率水平差別很大，所以供電系統中的諧波將引起可以察覺的，有時是甚至不能容許的干擾雜音。

10、對整流、逆變裝置和邏輯控制電路的影響：

整流裝置和晶閘管電路在各種電氣設備中得到了十分廣泛的應用，大到直流輸電用的整流和逆變裝置，城市電車直流供電電源，小到變頻設備、電視機、微機、交流穩壓電源、電池充電器以及不停電電源(UPS)等，https://www.diangon.com/m234091.html一方面這些裝置按一定的規律開閉不同電路，因而產生諧波電流注入電網，成為諧波源，另一方面畸變的波形又影響他們及其負荷的正常運行。畸變波引起控制電路誤差，造成引燃角位移，整流裝置電流變化率、電壓變化率過高或過熱會引起設備故障和整流原件損壞。這些都會給換流裝置帶來危害。同時某些整流裝置的邏輯控制電路往往因畸變電壓而導致運行誤差，造成運行錯誤。

11、對熔斷器熔體的影響：

熔體中的諧波電流產生過熱會造成其安秒特性曲線位移，因此電流低的故障要特別注意熔絲的選擇以防止誤熔斷停電，影響供電。

12、諧波集膚效應的影響：

交變的電流通過導體產生交變磁通，交變磁通與導體產生感應電動勢，致使通過導體內部的電流密度沿導體截面由中心向外變大，而中心電流密度最小，這就是通常所說的集膚效應。集膚效應既降低了導體的載流能力又增加了導體的自身損耗，並且隨著電流頻率的增加這種集膚效應更嚴重。一般工頻(50 Hz)情況下集膚效應造成的損耗較小，而諧波的頻率較高時，象5次諧波頻率為250Hz以上的諧波集膚效應造成的損耗和影響就十分顯著了。因此，在選擇導線時要考慮諧波的集膚效應影響，適當增加導線截面。

13、諧波對人體也有危害：

從人體生理學角度來看，人體細胞在受到刺激興奮時，會在細胞膜靜息電位基礎上發生快速波動或可逆翻轉，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網諧波的電磁輻射就會直接影響人的大腦與心臟。

諧波對電纜的危害

大家都知道，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數倍電量。

通常諧波產生來自於三個方面：發電源質量不高產生諧波、輸配電系統產生諧波、用電設備產生諧波。其中第三點是產生諧波的主要原因，例如非線性負載如：整流器、開關電源、UPS、變頻器、逆變器等。如圖1所示，設備產生的諧波。

圖1 設備產生的諧波

由以上三點產生的諧波對於我們的用電設備等有著嚴重的影響。針對這篇文章開頭提到的西安地鐵電纜。我們重點來看一下諧波對電纜的危害。

諧波汙染將會使電纜的介質損耗，輸電損耗增大，洩漏電流上升，溫升增大及乾式電纜的局部放電增加，引起單相接地故障的可能性增加。

由於電力電纜的分佈電容對諧波電流有放大作用，在系統負荷低谷時，系統電壓上升，諧波電壓也相應升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質不穩定的危險性越大，更容易發生故障。如圖2所示，為諧波引起的線纜燃燒。

圖2 諧波引起的線纜燃燒

對於西安地鐵的問題電纜，諧波的影響會更加突出，不合格的電纜加上諧波導致的發熱，很容易發生事故。對於在一個相對密閉且人流量大的地鐵站，這會更加嚴重。當然，問題電纜存在的問題不止涉及諧波這一點。

所以對於我們的交通等各方面安全，不僅要從傳輸介質來要求，更要從電的質量源頭來把關。這時就需要一款設備，可以去準確捕捉測量電能質量各方面參數然後進行分析，及時排查可能存在的安全隱患。