论谐波治理技术在建筑电气设计中的应用
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作者: 高长春 单洪洲
【摘要】由于我国社会经济的快速发展，我国科学技术水平得到了不断地提高，从而促进了我国建筑水平的快速发展，各种大容量电力整流、交流电气设备以及电子设备在我国社会各行业生产中得到了广泛的应用，以此对自动化控制有了新的要求。电气工程作为建筑工程中的重要组成部分，电气设计质量是否达标直接决定着建筑物的安全性和节能性，而谐波对电气设计能否达标具有重要的影响。但是，在建筑电气工程中，谐波问题不断地增加，并呈现出持续增长的态势。由于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。因此，本文将对谐波治理技术在建筑电气设计中的应用进行分析和探讨。
【关键词】建筑工程；电气设计；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。
二、建筑电气中谐波的特点
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
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。
四、谐波治理技术在建筑电气设计中的应用
1、在建筑电气设计中治理谐波时LC滤波器的应用
LC滤波器的应用，就是在建筑电气设计中治理谐波时采用较为传统和普遍的谐波抑制方法。LC滤波器是集电感、电阻、电容的组合于一体的滤波器，通常以串联的方式将电抗器和电容器相连，当这一电路的阻抗在某一频率时，其阻抗的设计值比其它电力的阻抗要低很多，因而造成过载，导致电路被烧坏。还会导致功率因数过补偿，且LC滤波器不受控制，导致滤除效果降低。
2、在建筑电气设计中治理谐波时有源电力滤波器的应用
有源电力滤波器是一种并联型的受控且反应迅速的谐波电流源，并与非线性电力负荷并联，从而自动检测出非线性电力负荷形成的谐波电流。它与LC滤波器相比，其谐波治理效果要好，但价格较高。因而在建筑电气设计过程中，有源电力滤波器的安装，应结合配电系统的负荷情况，在不同的位置进行安装，通常是与谐波源越靠近，则谐波滤出效果越好。
3、在建筑电气设计中治理谐波时混合型滤波器的应用
混合型滤波器的应用，就是把LC滤波器与有源电力滤波器混合使用。LC滤波器是由诸如3、5、7、9等单次的单调谐滤波器和高通滤波器的支路构成，而有源电力滤波器是由八个IGBT、滤波电感和直流电容组成。滤波电感能有效降低有源电力滤波器形成的高频开关频率谐波，直流电容为有源电力滤波器提供稳定直流电压。LC滤波器与有源电力滤波器串联之后并入电网，而有源电力滤波器是间接的滤除谐波电流，所形成的补偿电压中只含谐波电压，所以功率容量不大，且经济价值良好，无形中降低了建筑电气系统的造价。
4、在建筑电气设计中治理谐波时谐波保护器的应用
谐波保护器的应用，谐波保护器能从根本上滤除对电路系统有害的谐波，比有源电力滤波器更具有经济性。利用磁场滤除谐波能量，不仅提高了建筑电气系统的可靠性，还延长了建筑电气系统的使用寿命。比如HPD谐波保护器，能吸收各种频率各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声等干扰。且HPD并联在电路中使用，本身并不耗电。
结束语：
在实际工作中，由于谐波具有多发性、随机性和不可重复性，导致智能建筑中的各种电气设备性能下降、无法工作的现象时有发生，因此，为保证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，从以上分析可知，笔者觉得采取混合滤波器能快速、有效地跟踪谐波变化，抑制谐波，是最有成效的一种措施。
参考文献：
[1] 李洪伟，章楷盛. 建筑电气设计必须保证安全[J]. 黑龙江科技信息. 2010（14）
[2] 齐立芬，姚宁. 电力系统中谐波的产生、危害和抑制方法分析[J]. 煤炭工程. 2010（02）
作者简介：
1.高长春（1981，01--），男，汉， 籍贯：湖北郧县，研究方向：电气，身份证号：42032119810103211X；
2.单洪洲（1983，04--）男，汉，河南郑州，研究方向：电气，身份证号：410101198304032015；
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