建筑电气设计中谐波治理措施的探讨林希

建筑电气设计中谐波治理措施的探讨林希

林希

（合肥水泥研究设计院有限公司安徽合肥230051）

摘要：为了切实地满足我国建筑用户当前对于电力应用的需求，新时期，建筑电气设计人员将大量的整流设备、逆变设备、智能控制设备等，应用到电力系统中，诱发了谐波现象的进一步加剧。谐波的出现，严重地损害了建筑用户的电力使用效益，同时破坏了国家整个电力系统的健康、安全、稳定运行，引起了众多研究人员的重视，使得谐波治理工作成为社会的又一热点话题。建筑电气的设计人员要想为用户的电力使用工作提供可靠的保证，采取有效的措施，以彻底解决谐波问题，势在必行。

关键词：建筑电气；谐波；来源；危害；措施

一、谐波的危害

1.1谐波的危害。

1.1.1使用公用电网时，元件会产生附加的谐波，使发电和输电的效率大大的降低，对用电设备的使用效率也会产生重要的影响。当发生大量的谐波电流集体穿越中线时，则很容易造成电路过热，甚至会引起火灾的发生。

1.1.2谐波的产生会使电气设备的正常运行受到影响，除了会对电动机产生附加损耗之外，还会产生机械振动、噪音等，造成变压器局部温度过高。另外，谐波还容易使电容器和电缆等设备过早的发生损坏和老化，减少其使用寿命。

1.1.3引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大增。

1.1.4对邻近的通信系统产生干扰，轻者引起噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

1.2谐波对建筑电气产生的危害。

1.2.1由于设备自身产生的接地电流在设备和真实地之间产生一个电压降，因此使电脑死机；高次谐波会在中性线上叠加，中性线电流能够在建筑物金属结构上任意流动，从而产生不受控制的磁场，即引发计算机屏幕的频闪现象；由于开关、短路以及负载变化而引起的短时间电压变化将会引起灯光频闪，过度的频闪将会使人体不舒服；严重的谐波畸变会引起在一个正弦周波内的额外过零点，影响测试设备，干扰程序控制装置的同步性，导致控制装置死机。

1.2.2智能建筑中线缆密布，系统设备繁多，微电子装备复杂，且防护能力弱，高次谐波将会使智能化系统设备产生误码、错码、误动作，使信号系统受到污染、产生噪声，甚至连通话质量都不能保证。随着低电压信号在IT设备中使用的增加，比特错误率也随之提高，甚至可以高到使整个网络瘫痪。

1.2.3在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成电容器超载而损坏；使与电容器连接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变、超压、过负荷而损坏。

1.2.4配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃，导致误跳闸或在该跳闸的时候根本不跳。剩余电流可能会达到使剩余电流保护装置动作的设定值。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50％的故障电流，而且还会导致断路器损坏。

1.2.5电压谐波会导致感应电动机的额外损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在联轴器和轴承处会产生磨损和裂纹。由于电机速度是固定的，谐波中储藏的能量就以额外的热量形式散发了，导致设备过早老化。

二、建筑电气设计人员治理谐波问题的措施

2.1减少谐波出现的措施

2.1.1提高供电量。电气设计人员采用加大供电量的方式，抑制谐波的出现，是最为原始的治理方法，比如，设计人员将电缆的横截面加大，就会使趋肤效应的出现受到影响，进而避免谐波的出现，或者设计人员将发电机、电容器的容量提升，以相对地降低谐波对于系统的危害等。但是，此种方法不能够彻底地抑制谐波的出现，只能是降低谐波出现的频率，而且，它还会产生较高的电力投资，使用户的电力使用成本加大，并非一种良性的治理措施。如果设计人员必须使用这种方法抑制谐波，就应当结合非线性负载的具体状况，为供电系统设计合理的增容裕度。

2.1.2变换变压器。某些特殊的变压器之间进行相互变换，可以使次谐波受到有效的抑制，比如，Δ/Yn0的变压器使用方式，可以实现对于3次及3n次谐波的阻隔，使谐波注入电网的途径被切断。这种方法较为简单，可以实现对于某些典型谐波的有效治理，但是，它需要极高的一次性投资，且适用于特殊的场合，比如，Δ/Yn0变压器就适用于单相的非线性负载的环境中的谐波抑制。设计人员采用此种方法治理谐波，必须充分考虑系统非线性负载的状况。

2.2滤波器检测过滤谐波

2.2.1有源滤波器。这种滤波器反应迅速，可以控制，在与非线性的负荷进行并联时，可以有效地检测系统中由非线性负荷诱发的电流谐波，以实现对于谐波的有效过滤。电气设计人员在采用有源滤波器，对谐波进行治理时，应当为滤波器选择合适的安装地点，尽量使其靠近谐波源，以提升滤波的效果，使谐波畸变等问题受到抑制。

2.2.2无源滤波器。与有源滤波器相比，无源滤波器在谐波的治理中属于一项较为传统的方法，它是以串联在一起的电容器和电抗器构成，可以实现对于某一特定的谐波成分的有效检测与过滤。若要对系统中不同的谐波进行过滤，就需要采用相对应的滤波器。无源滤波器容易在过载状态下出现烧损问题，且无法收到控制，其效果远不如有源滤波器。

2.2.3混合滤波器。此种滤波器是对有源滤波器以及无源滤波器的混合应用，其中，有源滤波器是由直流电容、滤波电感、IGBT构成，无源滤波器是由单调的滤波器（3次、5次、7次、9次）与高通滤波器组成。有源滤波器会从直流电容中获取稳定直流电压，并由滤波电感将自身的开关谐波降低，最终与无源滤波器一起，实现对于谐波的有效控制。此种滤波器治理谐波，适用于用电可靠程度的要求较高，且谐波污染的控制标准明确的场所，能够有效地实现对于有源滤波器及无源滤波器二者优势的应用。

2.3电力系统的滤波保护

建筑电气设计人员在应对已经出现的谐波时，还可以采用滤波保护器来降低谐波对于电力系统与设备的不良影响，进而使建筑中的线路、设备在谐波状态下安全运行。谐波保护器治理电力系统的谐波问题，是以各种谐波危害系统的本质为基础，选择合适的磁场方式，对谐波能量进行吸收，以消除谐波，进而实现对于线路与设备的有效保护。此种谐波治理方式需要耗费的成本较低，且具有较长的使用寿命，其使用稳定可靠，与其他谐波治理方式相比，具有极其显著的优势。具体来讲，HPD谐波保护器是以超微晶的合金材料，及高科技的特殊电路作为其自身结构，来吸收各种能量的干扰谐波，并在发生源头，将高次谐波、电涌、高频噪声等彻底地消除，以避免系统中的设备受到损害。而且，HPD应用于谐波的治理，其自身并不需要消耗电量，可以有效地节省治理费用。

三、结语

日常生活以及社会交往中，由于谐波拥有着自身多发性以及随机性等的具体特征，干扰到了存在于智能建筑中的不同电气设备，如下降的性能以及工作的不正常问题。故出于保护的目的，相关部门应该投入更大的关注以及力度使设备的寿命以及功能得到相应保障。综合上述各种因素，笔者认为采用混合滤波器是能够有效控制并解决谐波带来各种危害的最好办法。

参考文献

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