谐波原理及抑制
电力谐波的产生原因及抑制方法
电力谐波的产生原因及抑制方法电力谐波是指电力系统中产生的非正弦波形，它由于交流电系统中的非线性负载、电力线上的电容器和电感器等因素引起。
电力谐波在电力系统中的存在可能会导致设备的故障、能源浪费和电网负载能力的下降。
因此，对电力谐波的产生进行有效的抑制是非常重要的。
1.非线性负载：非线性负载是电力谐波的主要源头。
非线性负载通常包括电力电子设备，如电视、计算机、UPS电源、逆变器、风力发电机等。
这些设备的工作原理会产生非线性电流，进而导致电网中谐波的产生。
2.电容器和电感器：电容器和电感器也会对电力谐波的产生做出贡献。
在电力系统中，电容器和电感器常用于无功补偿和电能储存。
然而，由于电容器和电感器的等效电路具有谐振特性，它们会对电力谐波起到放大的作用。
3.电网接地方式：电网的接地方式也会影响电力谐波的产生。
当电网采用不完全中性接地时，地线电流会导致电子设备的谐波污染。
抑制电力谐波的方法有多种，下面将介绍几种常见的方法：1.优化电力系统设计：对于新建的电力系统，可以采用谐波抑制措施进行设计。
例如，将非线性负载远离主要的电源和敏感设备，减少非线性负载对谐波的干扰。
2.增加电力系统的容量：增加系统容量可以降低电力谐波对设备的影响。
通过增加设备的容量，可以减少设备的负载率，从而降低了负载谐波。
3.应用谐波滤波器：谐波滤波器是目前应用最广泛的抑制电力谐波的方法之一、谐波滤波器可将电力谐波从电网中滤除，从而减少对设备的影响。
4.提高设备的抗谐波能力：可以通过改善设备的设计或增加额外的抗谐波装置，使得设备能够更好地抵抗电力谐波的干扰。
5.加强监测和管理：及时监测电力谐波的产生和影响程度，对于谐波超标的情况进行调整和管理。
可以采用在线监测系统对电力谐波进行实时监测，并根据监测结果采取适当的措施。
综上所述，电力谐波的产生原因主要是非线性负载、电容器和电感器以及电网接地方式等因素的综合作用。
为了有效抑制电力谐波，需要采用适当的方法，包括优化电力系统设计、增加系统容量、应用谐波滤波器、提高设备的抗谐波能力以及加强监测和管理等。
电力系统中的谐波及其抑制措施
电力系统中的谐波及其抑制措施谐波是电力系统中常见的一种电信号，它是由电力系统中非线性设备引起的。
谐波会导致电力系统不稳定、设备损坏和通信干扰等问题，因此谐波的抑制是电力系统设计和运行中的重要问题。
谐波的产生原理是电力系统中的非线性元件（如整流器、变频器、电弧炉等）在电压或电流作用下，产生不对称的电压或电流波形，导致谐波频率的波形在电力系统中传播和扩散。
常见的谐波频率包括3次、5次、7次等奇次谐波，以及2次、4次、6次等偶次谐波。
谐波对电力系统的影响包括以下几个方面：1.电力系统不稳定：谐波产生的电压波形失真会导致电力系统的电压稳定性下降，可能导致设备的过电压或欠电压现象，进而影响到电力系统的正常运行。
2.设备损坏：谐波电流会导致电力设备内部的电机、变压器等元件温度升高，进而影响到设备的寿命和可靠性。
3.通信干扰：谐波会在电力线上传播，通过电网对通信系统产生干扰，降低通信系统的传输质量。
为了抑制谐波，可以采取以下几种措施：1.使用谐波滤波器：谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的滤波器。
它可以根据谐波频率的不同，选择相应的滤波器进行安装，从而削弱或消除谐波成分。
2.控制负载谐波含量：减少非线性装置的使用，或者采用符合电力系统标准的电气设备，可以降低谐波的产生和传播。
3.设备绝缘和保护：合理选择电力设备的额定容量和绝缘等级，增加设备的绝缘保护，提高设备的抗谐波能力。
4.进行谐波分析和监测：对电力系统中的谐波进行分析和监测，及时了解谐波的产生和传播情况，以便采取相应的措施进行调整和优化。
5.增加电力系统的容量和稳定性：通过增加线路容量、改善电力系统的稳定性，可以降低谐波对电力系统的影响。
综上所述，谐波是电力系统中的一个重要问题，对电力系统的稳定性和设备的正常运行产生不利影响。
通过采取谐波滤波器、控制负载谐波含量、设备绝缘和保护、谐波分析和监测、以及增加电力系统的容量和稳定性等措施，可以有效地抑制谐波，维护电力系统的正常运行。
电力系统谐波基本分析方法抑制方法
电力系统谐波基本分析方法抑制方法電力系統諧波----基本原理、分析方法、抑制方法【摘要】变频器在工业生产中无可比拟的优越性，使越来越多的系统和装置采用变频器驱动方案，而且采用变频器驱动电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多应用，但它非线性，冲击性用电工作方式，带来干扰问题亦倍受关注。
一台变频器来讲，它输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端谐波会输入电源线对公用电网产生影响。
本文从变频器产生的谐波原理、谐波测试分析方法，谐波的抑制方法方面进行探讨。
【关键词】电力系统，变频器，谐波分析，谐波抑制。
【引言】谐波存在于电力系统已经很多年了，但是，近年来，随着技术的发展成熟，越来越多的设备系统为提高可靠性和效率广泛采用电力电子变频器，而且电力公司为降低设备所需的额定值以及线路损耗和电压降落，强制要求电力用户提高其自身的功率因数，而电力用户及工厂端改善功率因数的方法是使用功率因数补偿器—电容模组，这两种情况的出现，使得电力系统的谐波问题变得更加严重。
电力用户和工厂端普遍使用的变速传动和电力电子设备是产生这一现象的根源，而这些设备与功率因数校正电容模组之间的相互作用导致了电压和电流的放大效应；半导体电子工业的迅猛发展也导致了大批精密设备的诞生，与过去粗笨的设备相比，这些设备对电力公司供给的电能质量更加敏感，但同时也导致交流电流和电压稳态波形的畸变。
而为了得到可靠清洁的电力能源，人们必须面对电流和电压畸变的问题，而电流和电压的畸变的主要形式是谐波畸变。
【正文】1、变频器谐波产生从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。
间接变频将工频电流整流器变成直流，然后再由逆变器将直流变换成可控频率交流。
直接变频器则将工频交流变换成可控频率交流，没有中间直流环节。
它每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联可逆线路。
正反两组按一定周期相互切换，负荷上就获了交变输出电压，幅值决定于各整流装置控制角，频率决定于两组整流装置切换频率。
谐波产生的原因危害和抑制措施
谐波产生的原因危害和抑制措施0前言随着电力电子技术的飞速发展，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，高次谐波的影响越来越严重。
电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。
以前，电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率，现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为电能质量考核指标之一，正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。
因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。
1谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的:（1）可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。
（2）设备设计思想的改变。
过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。
现在为了竞争，对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。
例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段，而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。
2谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重，谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加，其危害波及全网，对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。
现将对具体设备的危害分析如下：（1）交流发电机。
同步电动机及感应电动机在定子绕组和转子绕组产生附加热损耗，热损耗除谐波电流铜损I2nR以外，还由于电流的集肤效应，产生附加损耗，对转子引起热损耗增大。
对大型汽轮发电机来说，若发生多次谐波振荡，谐波电流超过额定电流的25％时，由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏。
对变压器来说，铁芯产生热损耗，尤其是涡流损耗大，在变压器绕组中有谐波电流，在铁芯中感应磁通，产生铁损。
（2）架空线路谐波电流产生热损，较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败。
电缆中的谐波电流会产生热损，使电缆介损、温升增大。
（3）电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗，加快电力电容器绝缘老化。
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波原理
电抗器抑制谐波是指通过在负载输出电路中加入电抗器，把谐波电流限制在可接受的范围以内来改善输出负载电压谐波形态的方法。
其原理是：负载输出电路虽经过滤电容平衡，但由于负载负载电抗的存在，仍会有一定程度的谐波存在。
此时，负载端的电流变化，就会引起负载端的电压变化。
而谐波电流，也会随着负载端的电流变化而变化，即同谐波系数的变化而变化。
如果要降低负载端的谐波，就得限制负载端的电流变化，即将不所需要的谐波电流限制在可接受的范围以内。
为此，可以在负载端加入电抗器，限制谐波电流流动的大小。
由于电抗器的阻抗值越大，对谐波电流的抑制也越强，可以有效减少负载端谐波，改善输出电压谐波形态。
电抗器抑制谐波不仅可以有效改善输出电压的谐波，还可以降低系统的能耗，减少电磁辐射的影响，保护电力系统免受恶果。
- 1 -。
谐波原理及抑制
图形
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
1 2 infra 3 4 inter 5
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉 波形控制 电弧不稳定
循环变流器
频率变换器 变频器
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6
基本概念
定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
F (Hz)
13
基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载
电压谐波畸变依赖于电源
较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压 畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸 变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
定义
逐次谐波畸变
n次谐波均方根与基波均方根值的比值
Yn Hn % = 100
Y1
频谱
谐波幅值和谐波次数的函数表示。各次谐波幅值表示为基
波的百分数。
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9
基本概念
定义
非正弦周期量的均方根值 (RMS)
Yrms =
∫
1
T
y2 (t) dt =
T
0
n=
(Yn)2
l5 (theo) = 20% l1 l7 (theo) = 14% l1
电源阻抗的影响
e’1 wDt a e’2 e’3
I5
5 (theo)
wt
x 100
100
90 80 a= 90° 30° 20° 10°
l1
谐波原理及治理方法
谐波原理及治理方法一、1. 何为谐波？在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。
一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。
“谐波”一词起源于声学。
有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。
傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注。
国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
谐波研究的意义，道理是因为谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
浅析谐波产生的原因-影响及抑制措施
浅析谐波产生的原因\影响及抑制措施摘要：随着高科技的飞速发展，各种新型用电设备也不断地问世和使用，致使产生的高次谐波越来越多。
而电力系统受到谐波影响后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。
本文主要对谐波的产生与危害进行分析，并对店里系统抑制谐波的措施进行探讨，从而保证供电质量。
关键词：谐波；产生原因；影响；抑制措施一、谐波的概念谐波是指对周期性交流分量进行傅立叶级数分解，得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量。
通俗地说谐波是一个周期电气量的正弦分量，其频率为基波频率的整数倍。
二、谐波的产生（一）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备（整换流装置、变频器）、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备、电力机车、家用电器等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等共矿企业以及各式各样的家用电器中。
（二）具有铁磁饱和特性设备，如变压器、电抗器等；变压器中的谐波电流是由励磁回路的非线性引起的，正常情况下，所加电压为额定电压，铁芯工作在线性范围内，谐波电流含量不大，但在轻载时电压升高，铁芯工作在饱和区，此时谐波电流就会大大增加。
在变压器正常工作过程中，如果有暂态扰动、负载剧烈变化都会产生大量谐波。
三、谐波的危害一般来讲，具有非线性特性或者对电流进行周期性开闭的电气设备对容量相对较大的电力系统影响不很明显，而对容量小的系统，谐波产生的干扰就不可忽视，谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。
谐波污染对电力系统的危害严重性主要表现在：(一）对供电线路的影响谐波对供电线路产生了附加谐波损耗。
由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波电流流过中性线时，会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短、损坏甚至发生火灾。
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2 - 电力生产、配电和消耗各环节 产生的谐波干扰
目的:认识干扰源的特点
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谐波干扰
电源
在电网某一点, 谐波畸变依赖于:
负载类型
电缆或导线
变压器接线类型和阻抗
MV/LV
电源阻抗
PSB
EJP U
I
线性负载
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M
17
谐波干扰
施耐德电气公司房地产客户部
Usc(%) 9%
21
谐波干扰
L ligne
变频驱动器:
(频率转换型) 带阻容负载的三相六脉动整流桥 所有带前部整流的静态转换器都是潜在污染源
(功率电源, 变频器, UPS)
I (t)
L = 10 m H
% 100
50
0
N
1 5 7 11 13 17 19
THD(l) = 140 %
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谐波原理及抑制
内容
1 - 基本概念 2 - 电力生产、配电和消耗各环节产生的谐波干扰 3 - 标准和规定 4 - 谐波对主要元件的影响 5 - 谐波抑制方案 5.1 - 防止和校正 5.2 - 有源滤波器 5.3 - 正弦波采样理论
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1 - 基本概念
目的:了解本课必备的基本概念
较公平的方法: 采用允许的干扰功率, 该功率大小正比于用户实际 消耗的负载功率。然而对于低压网络, 该方法很难 用于家庭, 故采用对家用电器产品产生的谐波电流 进行限制。
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标准和规定
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低压开关柜
每相电流小于16A:
IEC1000 - 3 - 2 规定对所有设备即功率范围除大于 1kW 和小于功 率 75W (1999 年降低为50W) 的工业设备外, 其谐波水平应满足
电源处谐波畸变一般不太突出
18
谐波干扰
电力输配
变压器产生谐波:
B, F
奇次: 材料的磁滞现象
P
0
i
磁饱和 偶次
0º
180º 360º
B, F
通电时饱和励磁
(0)
变压器对极性负载产生的偶次
(b)
U
谐波敏感
U
i i
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谐波干扰
D
C
电能的消耗
整流型负载
产生很宽频谱范围 (3-15) 的奇次谐波电流 越来越多地使用 形成了重要的谐波污染源
UPS
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变压器 Usc=4% 50
MLI UPS
50
250
500
750 F (Hz)
13
基本概念
电源阻抗对电压和电流畸变的影响
电流谐波畸变依赖于负载 电压谐波畸变依赖于电源 较低的电源阻抗利于谐波电流流向电源, 但同时电压
畸变往往也较低 反之, 高电源阻抗阻止谐波电流流向电源, 但电压总畸
i
CR
D
% 100
i
87 64
50
38
15 17
0
N
13
579
11 13
施耐德电气公司房地产客户部 20
谐波干扰
L ligne
Lf Z
e’1
wDt
a
e’2
e’3
wt
l1
ld
wt
(a = 30°)
施耐德电气公司房地产客户部
不间断电源供电:
(用于直流电机的变频驱动器) 带阻感负载的三相六脉动整流桥
理想状态: 电源侧电感Lligne=0
施耐德电气公司房地产客户部 23
谐波干扰
中压电网的干扰
第五次谐波电压的变化
第五次谐波 (电压)
在 HV/MV 主变电站的母线上测量 4
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0.5
H5 (%)
家用电器负载效应 t (时)
4
8
12
16
20
*资料来源: “中压配电网络的谐波污染”, chaume, EDF – DER Clamart.
变往往也较高 电源阻抗与总谐波畸变 (u, i) 之间的变化是非线性的
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基本概念
术语
主要术语
总谐波畸变 功率因数 相移因数 畸变因数 峰值因数
通常标记 TDH FP cosj FD FC
IEC D l
cosj1 n FC
其它 THD, t
PF
DF, Fd CF
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5
基本概念
图形
12 3 4 5
infra
inter
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间谐波和次谐波
间谐波
正弦分量不是基波频率的整数倍。
次谐波
谐波分量频率低于基波频率
这两类干扰是由各种设备吸收的功率为周期性或随机变
化引起的。
例: 电弧炉
电弧不稳定
波形控制
循环变流器 变频器
频率变换器
6
基本概念
电力生产: 发电机和不间断电源
当无载或线性负载时, THD (U) 小于 4%
对于非线性负载, 畸变主要依赖:
采用技术 网络情况
Sn (kVA)
<1000
1000 to 5000
>5000
THD (U) 发电机 <5% <3% <1, 5%
THD (U) UPS
<3%
(*)
(*)
(*) : 不同类型产品有很大不同
In (theo) =
I1 n
,
n = 6k+/-1
l5 (theo) = 20% l1 l7 (theo) = 14% l1
l11 (theo) = 9% l1 l13 (theo) = 8% l1
电源阻抗的影响
I5 x 100
5 (theo)
100 90 80 70 60
5%
a= 90° 30° 20° 10° 5°
ao
=
2 T
oT
f(t).dt
an
=
2 T
oT
f(t).cosnw1t.dt
bn
=
2 T
oT
f(t).sinnw1t.dt
7
基本概念
定义
以方波为例
Y0 = 0
1 22 E
Yn = n p
1 Yn/Y1 =
n
对于奇数次n 对于奇数次n
Yn/Y1 100%
基波均方根值
22
H3 均方根值
.E p
1 22
谐波干扰
谐波源
照明
1
FL
放电灯
带磁性镇流器的荧光灯
2
FL
(H3可达30%以上)
带内置电子镇流器的荧光灯
3
FL
(THD (I) 可达 140% 以上)
N
AC furnace
1 23
连续频谱
电弧炉
电弧是非线性的, 不对称和不稳定的 电流含有交流或直流分量 奇次和偶次连续频谱 与整流器类似
标准和规定
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标准化共存
电能生产
输配电 (EDF)
ZL
ZS
G
相互影响
消耗
用户
ZC R
相互影响
ZC R
产生和传送电压畸变 网络改造
产生畸变电流 负载改造
$
综合考虑
$
29
标准和规定
质量等级 兼容性水平
低压供电电网
IEC 1000 - 2 - 2 标准 CIGRE* 推荐 (Electra 出版, 第123期, 1989年3月)
33
标准和规定
工业应用
无国际标准但对不同级别基本存在共识
第一级: 自动接受
根据电压等级和干扰功率。
例如 EDF 干扰功率＜1% 正常情况下测量点最小短路功率。
例, 计算机, 启动时的电机, 变频器，节能灯，变压器加电时, 等。
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基本概念
电抗器饱和
v L = f (i)
L
整流二极管
i
R
v
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非线性，举例
L lil
i v
v i
P
2P wt
v i
wt
非线性引起谐波表现为电流不再跟随电压的形状, 即不是正弦波。
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定义
傅立叶变换:
所有周期性的非正弦连续函数, 可以被分解成无穷多的
周期正弦函数的总和, 该正弦函数的频率为基波频率的
整数倍。
f(t) =a2o
+ S [ancos(nw1t) + bnsin(nw1t)] n=1
式中:
2p w1 = T n 为正整数
(T 为周期)
ao, an, bn 为博立叶系数
中压和高压供电电网
IEC 正起草中压标准 CIGRE 推荐 (Electra 出版, 第123期, 1989年3月)
中压和低压工业装置
IEC 1000 - 2 - 4 标准
* CIGRE: 国际大电网委员会
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标准和规定
公共电网
ELECTRA 表
谐波次数
n
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标准和规定
干扰等级 抗干扰界限
0
各种干扰等级
敏感性水平
设备或系统可能误动或损坏的干扰水平