刍议谐波治理技术在建筑电气工程中的应用

摘要：随着科学技术的发展，我国建筑施工技术水平得到了相应的提高，从而推动了我国建筑事业的进一步发展。目前，各种大容量电力整流、交流电气设备以及电子设备在我国各个领域中的应用越来越广泛，并且对自动化控制提出了新的要求。由于建筑电气质量的好坏对整个建筑物使用的安全性和节能性具有直接的影响，而很多建筑特别是智能建筑采用大量的换流逆变设备和可控制硅整流设备，这些设备的采用产生了大量的谐波，谐波本身存在着负荷容量小、数量多、分布广的特点，造成了众多电气设备出现了问题和缺陷，从而对整个建筑电气系统的正常运行具有严重地影响。该文章将对谐波治理技术在建筑电气工程中的应用进行详细的阐述。

关键词：建筑电气工程；谐波治理技术；应用

一、治理谐波的重要意义

谐波现象早就存在，而对谐波治理的研究和工程实施主要集中在功率较大的工业设备，民用建筑低压配电系统谐波治理的工作尚没有引起足够重视，缺少系统的谐波治理方法。随着楼宇自动化进程的不断发展，形式多样的非线性负载，如计算机、荧光灯、不间断电源以及变频空调等非线性设备在办公楼宇等民用建筑中得到了广泛应用，这些非线性设备产生了大量的谐波，正日益成为低压配电系统主要的谐波源，非线性负载产生的谐波电流如果不加抑制直接注入系统，必然引起电网波形畸变，导致变压器发热，增加电网网损，造成电能浪费，给电网安全运行带来影响。因此，就谐波治理方法在建筑电气工程中的应用进行探讨具有重要的意义。

二、谐波治理技术的应用特点

目前建筑工程中运用的供电系统仍属于三相四线制，当在现代建筑中，最为关键的一点则是存在较多的单相用电设备。通过相关调查，在总用地比例中，单相用电占据了超过70%。由于单相设备大多数都属于非线性负载，因此，随着智能化建筑的逐渐发展，该负荷也会持续增加。其中一种为存在开关电源的负荷，例如：电子计算机、网络通信设备、打印复印机、建筑电气监控设备以及电视机等。另一种则是由电子式荧光照明灯具构成的光感性负荷，尽管该类用电设备存在较小的功率，但由于电网中存在众多的数量，导致的谐波问题也应得到关注。其次，存在较多的单相设备，会导致难以对三相负荷进行平衡，从而形成波形畸变现象发生，最终出现谐波。其中主要是以三次谐波为关键。

三、智能化建筑中谐波的危害

只能建筑物的谐波主要从以下两方面而来：一种是由大量非线性负荷造成的谐波源，例如：开关电源、计算机系统以及电子式荧光整流器等引发的配电系统的电流及电压畸变现象，造成谐波形成。另一种则是在公用电网自身具备的谐波含量及配电变压器，是导致谐波形成的关键。通过公用电网向配电系统实施侧传输。谐波环境的恶劣必定会导致只能建筑中的用电设备及系统形成较大影响，主要表现为以下几方面内容：

1、在设备和真实地之间由于设备自身形成的接地电流引发的电压降，所以，容易导致电脑死机现象发生。若出现再次谐波会叠加至中性线上，中性线电流会在建筑物金属结构上实施随意流动，导致不受控制的磁场出现，从而造成计算机屏幕的频闪问题。通过开关、短路以及负荷变化而造成短时间电压变化现象，会造成灯光频闪问题出现，当频闪过度时，会使人体出现不舒服现象。严重的谐波即便会导致一个正弦周波内的额外超出零点，对测试设备造成影响，干扰程序对设备的同步性进行控制，导致控制装置出现死机现象发生。

2、智能建筑中存在较多的线缆及系统设备，且微电子装备极为复杂，存在较弱的防护能力，高次谐波会导致智能化系统设备形成错码、误码以及误动作问题，导致信号系统有污染或噪声出现，甚至无法确保通话质量问题。在IT设备中随着低电压信号使用的逐渐增加，随之使比特错误率也逐渐提升，严重时甚至会导致整个网络出现瘫痪。

3、通过谐波电压作用下，电容器会有额外的功率损耗出现，使绝缘介质的老化得到加快。更为关键的是，大量谐波电流容易造成电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振得到形成，导致电容器超载从而形成损坏现象。从而有电容器连接的配电回路中的设备及线路由于电压闪变、过负荷、超压等因素造成损坏现象发生。

4、配电回路的谐波电流存在较高的含量，会降低断路器的遮断能力，其原因是由于畸变电流超出零点时，随着时间的变化，电弧电流会超出工频正弦电流，电弧电压的恢复速度相对较快，促使电弧容易造成重燃现象，从而引发跳闸或是该跳闸却不跳的情况出现。剩余电流会达到剩余电流保护装置动作的设定值要求。通过分析可以表明，空气电磁断路器不能对将分断能力范围内波形畸变率50%以上的故障电流进行遮断，并造成断路器损坏现象发生。

5、电压谐波会造成感应电动机出现额外损耗。高次谐波会使联轴器及轴承位置的扭矩脉动形成磨损及裂纹。由于电机速度相对固定，谐波中储藏的能量会通过额外的热量形式形成散发，最终形成设备的过早老化。

四、 谐波治理技术在建筑电气工程中的应用

1、无源滤波器的应用

无源滤波器指的是以串联方式连接在一起的一组电抗器和电容器。这种工程是将电抗器与电容器组成电路的阻抗工程成在某一频率下，低于其他电力阻抗的情况。其主要缺点是容易发生过载，且在过载的情况下会被烧毁；还可能发生成功率因数过补偿的情况。无源滤波器谐波治理的传统方法，其只可以过滤一种谐波，不同谐波频率的过滤要采用不同的谐波滤过器。

2、有源滤波器的应用

不同于无源滤波器的串联方式，有源滤波器是并联型的，其可以和非线性的电力负荷并联，自动监测非线性电力负荷形成的谐波电流，反应迅速，且不会出现谐振的状况。除此之外，有源滤波器还具有同时多次滤除高次谐波的功效，治疗效果受到认同的和肯定。其缺点在于价格过高。在建筑电气工程中，如果考虑安装有源电力滤波器的话，要根据配电系统的实际运行情况，选择与谐波源接近的安装位置。

3、谐波保护器的应用

谐波保护器的主要工作原理是通过利用磁场的特殊性能，对谐波能量进行有效的处理，强化滤波的滤除功能。与有源滤波器相比，其既具备了保障电力系统正常运行，延长系统与电力设备使用寿命的优点，还具有低成本的优势。常见的HPD谐波保护器不仅可以吸收不同频率的谐波，还能消除用电设备产生的高次谐波干扰，重要的是，HPD谐波保护器在并联电路中并不耗电。

结束语：

为了确保现代智能建筑中各种不同类型设备和计算机及精密电子装置正常、可靠、高效地运行，必须要采取相应措施，确保用电设备的使用寿命，采取混合滤波器能快速、有效地跟踪谐波变化，是抑制谐波最有成效的一种措施。

参考文献：

[1]何超，陶光东.建筑电气工程中谐波治理措施探讨[J].中华民居，2013（9）

[2]黄瑞昌.浅析谐波治理措施在建筑电气工程中的应用[J].价值工程，2010，29（09）：99-99.

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