CCC认证中的谐波电流检测的必要性分析

霍宏艳，李 源，吴 晓

(国家广播电视产品质量监督检验中心，北京100015)

责任编辑:李 薇

1 谐波电流的产生

开关电源和可控硅器件的大量应用，一方面提高了电能的利用效率;另一方面，非线性的电能转换又在电网中引入了大量谐波电流。电网中的谐波还会使电网的中线电流超载，影响输电能力;还会对其他用电设备产生电磁干扰、影像设备的正常运行。

为了保证接入电网的电子设备的正常工作及维护人体健康，我国出版了标准:GB17625.1《电磁兼容 限值低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16 A)》[1]。此标准为国家强制性标准，在我国开展的强制性产品认证中，有相当一部分电气和电子产品均需要进行谐波电流的发射测试。

2 谐波标准的分类

通常所说的谐波标准从适用范围来划分，可以分为两类。一类标准是针对电网提出谐波发射标准，例如IEEE519标准，主要适用于电力部门。这类标准对电力用户注入到电网上的谐波电压和谐波电流进行了限制。另一类为针对设备提出的谐波发射标准，例如IEC 61000-3-2标准，主要适用于设备的采购方[2]。这些标准对设备注入电网的谐波电流进行了限制，从根源上消除了谐波可能造成的危害。

如果把电网比作一个旅游胜地的水池，而谐波电流比作游览者手中的垃圾。那么要保证水池的干净优美，电力部门需要负责水池的建设并保证注入到水池中的水是清澈的;而另一方面，则需要在政府部门的监管之下，保证游览者不会将垃圾注入到水池之中。

3 电子设备产生的谐波

谐波产生于发电、输电和用电等各个环节，其中以用电环节产生的谐波最多。谐波源主要是系统网络中的非线性元件如整流装置、饱和状态的铁磁性元件等。常见的谐波源包括非线性电光源、整流装置及开关电源等。

大多数现代电子设备，如个人用计算机、个人用显示器、电视接收机、适配器、服务器、调光装置等，都使用了开关电源。其原理为交流电源直接经可控制的整流器件去给存储电容器充电，然后通过高频脉冲宽度调制信号控制开关管输出所需的多个直流电源，通过控制脉冲占空比达到稳定输出的目的。它们不能从电源汲取连续的正弦电流，而只能汲取脉冲电流，从而产生大量的三次及高次谐波的分量。

图1为部分电子设备产生谐波的比例。从图中可以看出，个人用计算机和电视接收机等谐波标准规定的D类设备产生的谐波比例更大，从而对电网中其他电子设备的影响也会更高，这也是标准中对这类设备限值要求更为严酷的原因之一。

图1 部分电器产生谐波的比例(截图)

4 谐波电流的危害

1)对环境与能源的影响

谐波电流可造成电网的功率损耗增加、设备寿命变短、遥控功能失常、接地保护功能失常、线路和设备过热等。另一方面，目前我国大部分电能均是通过消耗化石能源获得，从而造成空气污染、能源紧张，节能减排被提上了国家高度。而谐波电流的大量存在，不仅造成大量电能在电网中无序传输，无法提供给人们所需要的能源，还会通过传输过程中产生的热量浪费掉，增加电能的消耗，不利于节能减排的基本国策，还会加剧环境污染的恶化。

2)对通信设备的影响

谐波电流可以对通信线路及通信设备产生影响，其主要电感耦合、电容耦合等电磁感应在通信线路上产生声频干扰。谐波频率高时，会发生杂音，在通信线路上引起音频干扰，严重时还可能触发电话铃响。

3)对电源质量

(1)对用电安全的影响

由于电流的趋肤效应，含有高频含量的谐波电流流过电缆时，会导致电缆发热。电流的频率越高，电流越向导体的外表面集中，从而使得电阻量增大，产生更大的热量。导体过热会导致电缆老化，甚至诱发火灾。

在三相低压电网中，每相间的相位差为120°，当电网三相平衡时，中线无电流通过，即中线电流应为零。当电网中含有谐波电流时，特别是三次谐波的奇数倍谐波电流时，谐波电流会在中线上相叠加。当相电流为100 A时，中线电流可达到150 A，此时中线的电流密度是相线电流密度的3倍，严重时可造成线路过热、中性线熔断、烧坏线路中接入的电器设备进而引发火灾。

(2)对用电设备的影响[3]

谐波电流的存在会影响同时接入电网的各种电气设备的正常使用。谐波电流的存在会使电网中的电压产生畸变，从而造成对谐波敏感的设备产生误动作;此外，谐波电流还会使断路器产生误动作，使校正功率因数的电容器过载，并对变压器和感应电动机的影响。

5 谐波电流的叠加效应

GB17625.1标准作为国家强制性认证依据标准，在控制电子产品输入电流谐波分量方面起到了至关重要的作用。各企业在产品的研发阶段都采取积极措施抑制谐波电流的产生。由此，在前期的检测过程中，单一用电设备的谐波电流检测合格率较高。

由于谐波电流的频域特性，其具有叠加效应。例如电视接收机、个人用计算机、个人用显示器等产品，其各次谐波含量丰富、谐波相位相同，同时使用系数高，该类产品的谐波成分相互叠加，从而加剧了电网中的谐波危害，对周围使用的其他电子产品的正常使用产生严重影响。图2～4为谐波电流叠加效应的验证试验结果，试验分别对单一电视接收机正常工作、电视接收机和功率放大器同时工作、电视接收机和功率放大器以及有源扬声器同时工作时的电流波形进行了监控。

通过图2～图4的对比，可以发现，随着用电设备的增加，电流波形畸变情况更加严重，即代表谐波成分越来越多，从图中也可以看出，当用电设备增加后，3，5，7次谐波的比例在不断提高。

6 消费者利益保护

如果疏于谐波电流的抑制或放开对于电子产品谐波电流发射的管控，消费者利益将无法得到保障，严重时还会影响到消费者的生命财产安全。

1)造成消费者财产损失

谐波电流的产生会使电能在传输和使用的过程中转化成热量而损失。例如，如果一台电冰箱接入纯净电网中正常使用一小时的用电量为1°，当接入谐波含量丰富的电网中时，由于谐波电流的影响，用电量可能会高于前者，那么消费者将会为由于电网污染所损失的电能而买单，这明显对于消费者是不公平的。谐波电流的存在会造成配电设备成本提高，电网能量损失，而最终转嫁到消费者身上，造成私人财产的损失。

2)造成电子设备的性能下降

谐波电流会对周围的电子设备的性能产生影响。例如，谐波电流会使电视机、计算机的显示图像畸变，画面亮度发生波动变化;使带有启动器或镇流器的非线性电光源，在一定参数的配合下，形成某次谐波频率下的谐振，从而损坏启动器或镇流器。这些影响会增加电子设备的检修率、降低设备的使用寿命，甚至造成设备严重损坏而无法使用，严重影响了消费者的权益。

3)威胁消费者的生命安全

谐波电流的产生会引起电流有效值的变化，可导致负载侧的有效值电压产生波动，引起照明灯具产生闪烁，长期生活工作在这种环境下的消费者会产生视觉不适，甚至诱导产生精神方面的疾病;此外，谐波电流对于电视机、计算机显示图形的干扰，会刺激长期观看屏幕的消费者的视觉神经，造成视力下降;而谐波电流导致的中线过流发热，会引起用电安全隐患，引发火灾，严重危害消费者的生命安全。

抑制谐波电流，进一步对电子产品的谐波电流发射进行有效监控，保证电网环境的净化，是保护消费者生命财产安全的必要手段，是保护消费者权利的有效武器。

7 其他国家对谐波标准的重视程度

1982年，IEC颁布了国际标准IEC55-2“注入交流电网的谐波”。这个标准对“非专业设备”注入电网的谐波电流进行了限制。这个标准实施后，建筑物由于线路过热而导致的火灾现象几乎消失。1995年，IEC发布了新的版本，编号为IEC 61000-3-2，其适用范围扩展到了所有每相16 A以下的设备。新标准从谐波的绝对值和谐波的百分比两方面进行了限制。

自谐波标准制定以来，IEC61000-3-2标准根据市场上新兴的电子产品的特性进行了多次修订，而欧盟、澳洲、日本等地区，也根据或参考IEC61000-3-2修订版的技术内容不断地进行标准更新。不断的修订更新说明世界范畴内对电子产品谐波问题的关注程度极高。

此外，在EMC认证方面，欧盟、美国、加拿大、日本等都对家电产品提出了电磁兼容的要求，并且都有相应的认证标志。其中，欧盟指令中指出所有投放市场的全部产品必须符合包括EN 61000-3-2在内的EMC法规要求，并使用CE标志，以表明该产品已经符合所有相关的必要要求;其他各国也纷纷出台法规，对各类市场准入的电子产品的谐波电流发射特性进行EMC要求。由此，从市场准入的角度，如果出口到他国的产品谐波特性需要满足谐波标准要求而对进口到国内的产品谐波特性不加限制，而无法维持市场地位的对等，无法实现贸易对等。

8 管理和认证规范

GB17625.1作为国家强制性标准，自实施以来，对电子产品谐波电流的控制起到了决定性的作用。各电子产品的生产企业在产品开发时都将产品的谐波控制作为重要的环节，产品谐波检测通过率高，在保护公共安全、人体健康和环境等方面起到了积极成效。如果放开对谐波电流发射的管控，那么对电网的污染将无法限制，危害公共安全、消费者利益的现象必然增多，由此对经济发展和社会发展所带来的影响将无法估量。当事态发展到无法控制的程度时，再重新建立规范，实施难度将非常巨大。

[1]GB17625.1，电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16 A)[S].2012.

[2]IEC61000-3-2，Electromagnetic compatibility-limits-limits for harmonic current emissions(equipment input current≤16A A per phase)[S].2009.

[3]钱振宇.3C认证中的电磁兼容测试与对策[M].北京:电子工业出版社，2004.