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【摘要】諧波的存在對電能質量有著重要的影響。建筑電氣設計中諧波的主要來源就是建筑中大量的非線性負荷，不但會導致電能質量下降，還會對電氣設備的運行產生影響。所以必須充分的認識到建筑電氣設計中諧波的影響，并且結合實際情況提出有效的對策解決諧波問題。

【關鍵詞】建筑；諧波；電氣；有源濾波器；無源濾波器

引言

隨著建筑電氣自動化的不斷發展，越來越多的自動化設備應用到建筑電氣設計中。但是這些大量的非線性負荷如電子設備和電氣設備形成的諧波源會對配電系統產生嚴重的污染，進而產生諧波。所以在現代建筑電氣設計中，諧波治理非常關鍵，必須充分的認識到諧波的危害，實施有效的諧波抑制對策。

1建筑電氣設計中諧波的特點分析

隨著科學技術的發展，工業生產水平和人民生活水平的提高，非線性用電設備在電網中大量投運在建筑電氣設計中，造成了諧波分量占的比重越來越大。諧波給建筑電氣系統帶來的危害十分嚴重，諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。因此，對諧波的研究以及如何抑制、治理已成為一個具有重要意義的課題。目前建筑物中的供電系統設計依然是以三相四制為主，但是現代建筑一個非常突出的特點就是單相用電設備使用的比較多。根據調查統計發現，單相用電占據總用地的比例達到70%以上，并且單相設備基本上都是非線性負載，隨著建筑電氣自動化的不斷發展，非線性負荷逐漸增加，一種是電子計算機、電視機、打印機、電氣監控設備等，另外一種是電感性負荷，如電子式熒光照明燈具等，這類用電設備雖然功率比較小，但是因為電網中數量非常大，所以必須要重視其引起的諧波的問題。不僅如此，大量的單相設備，導致三相負荷很難平衡，進而造成波形畸變，產生諧波。變頻空調、影劇院可控硅調光裝置、微波爐、彩電、單相變頻空調、個人電腦的諧波含有率分別高達130％、17％、100％，是諧波重要來源。

2諧波對建筑電氣設計的影響

低壓配電系統中的諧波電壓和諧波電流，對低壓配電系統是一種污染，不但能使配電系統中電氣設備、電子設備、智能化系統用電環境惡化，并對周圍的通訊系統產生干擾。民用建筑電能質量問題中最嚴重的是諧波干擾問題。在建筑電氣中，其危害主要表現在下面幾個方面：（1）三相負荷的不平衡可能會導致出現諧波電流高于相電流，使得變壓器因為發熱，使電力變壓器線圈發熱，加速絕緣老化，壽命縮短、引起附加損耗和噪音，造成效率下降或者導致出現變壓器出現過載的情況。（2）對于電氣設計中的線路和電纜，諧波電流環境會造成導線的阻值變大，線路上的功率損耗變大，進而導致出現發熱增加，使得線路出現老化加速和壽命降低的情況，一旦出現絕緣失效的情況，很容易會導致出現接地故障，不但可能會對人體健康產生影響，還會造成出現火災隱患。在現代建筑中應用的電子設備和電子式照明裝置數量逐漸增大，在中性線限流達到相電流的倍數，很容易導致中性線被燒毀，造成火災的出現。（3）諧波還會導致電氣系統中的電壓和電流出現畸變，進而導致用電設備的振動和噪聲增大。（4）在諧波的環境中，電容器會出現更大的功耗，刀子電容器出現老化加速、壽命降低，還可能出現短路情況。更嚴重的是電容器和其他器件還可能出現諧振，不但電容器自身會出現故障，與電容器連接回路中的設備和線路還會受到牽連被損毀。（5）在諧波的環境中，感應式電機也會出現更大的功耗，由于電機的運轉速率是一定的，所以諧波中的能量只能夠以熱能方式散發，進而造成電氣設備出現老化加速的情況。諧波還會對電氣系統中的電子設備造成多種危害電壓突變會出現脈沖，造成電子設備誤動作；諧波會導致電子設備和真實地之間出現漂移，所以其中一些電子設備會出現供電不穩定的情況從而造成工作出現異常情況；諧波電流還會引起感應磁場，對電子設備產生影響；在諧波的環境中，電氣系統中的通信傳輸會出現誤碼等問題，導致信號傳輸質量變差或者出現錯誤的情況，比如電視的圖像會出現不清楚的情況。由于諧波，使電壓突變造成電子設備損壞、出現誤動作，影響計算機程序正常運行。造成數據丟失，甚至損壞硬件，引起樓宇自動化、消防報警系統、安全防范系統誤動作，甚至無法工作。

3建筑電氣設計中諧波治理的對策

3.1安裝有源濾波器

有源濾波器是通過對電流中高次諧波進行檢測并根據檢測結果輸入與高次諧波成分具有相反相位的電流，從而達到實時補償諧波電流的目的。有源濾波器不僅具有高度可控性和快速響應性，而且可以消除與系統阻抗發生諧振的危險，同時也能自動跟蹤補償變化的諧波。由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發展限制，其制作也較之無源濾波裝置復雜得多，成本也就高得多。有源濾波器類型見圖1。

3.2無源濾波器

無源濾波器由L、C元件構成慮波回路，設計L、C回路在某一諧振頻率呈現低阻抗（與系統阻抗相比）而吸收諧波電流。這類濾波器往往接在變壓器的二次側出口處，從而使變壓器的一次側該次諧波的分量也很小，達到對該次諧波治理的目的。無源濾波器投資少、結構簡單、運行可靠、維護方便，但也存在一定的缺點———即濾波容易受系統參數影響，對某些次諧波有放大的可能、體積大。無源濾波器需要根據配電系統和負荷情況的不同進行位置的確定。有源濾波器和諧波源安裝越近，產生的濾波效果就越好，是減小諧波電流和諧波電壓畸變的最好辦法。但在一些非線性負荷分布負載的場合，可以采取變壓器總補償或二級配電補償的方案，而且不同方案可以配合使用。由于有源電力濾波裝置安裝位置靈活，可以完全實現根據設計需要達到最完美的諧波治理效果。

3.3采用混合型濾波裝置

將有源濾波器和無源濾波器兩種類型的濾波器裝置混合使用。其中，無源濾波裝置由3、5、7、9次單調諧濾波裝置支路及高通濾波裝置支路組成。有源濾波裝置由8個IGBT、直流電容及濾波電感構成。直流電容能夠為有源濾波裝置提供一個較為穩定的直流電壓。濾波電感能夠對有源濾波裝置產生的高頻開關頻率諧波進行減少。需要將兩者串聯之后進入到電網中，因為有源濾波器不能夠直接對諧波電流進行消除，其所產生的補償電壓中僅僅含有諧波電壓，因而其功率容量比較小，所以具有非常好的經濟性，能夠對電氣系統的成本進行有效的降低。

3.4采用多功能諧波保護器

采取磁性手段對諧波進行治理其成本要低于有源濾波裝置，多功能諧波保護器能夠從諧波對電氣系統帶來的危害從根本上進行解決，也就是采用磁場吸收諧波能量的方法，不僅具有較高的可靠性，而且其使用壽命也比較長。此類產品如多功能諧波保護器（KYXBQ），采用了超微晶合金材料與創新科技的特別電路，能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，將諧波消除在發生源，自動消除對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾。

4結語

在建筑電氣系統中，諧波的存在具有隨機性、多發行和不可重復性，進而造成建筑中的各類電氣設備新能降低。所以，為了對現代建筑中的各種類型的設備以及電子設備的可靠、高效的運行，必須采取有效的措施，確保用電設備的壽命。在具體工程設計中，應根據用電負荷的特點制定合理可行的配置方案：將有源濾波器和無源濾波器配合使用。對于大功率的諧波源，在諧波源處治理（可安裝性能較好的有源濾波器），對于小功率的非線性負載安裝性能一般的無源濾波器。根據需要，在母線上安裝諧波濾波器，消除母線上的諧波電流。當變頻器數量較多、功率不大，且集中時，通過適當組合，用一臺濾波器驅動多臺變頻器，以降低成本。

參考文獻

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作者:羅瓊 單位:貴州省城鄉規劃設計研究院