建筑电气设计中谐波治理措施的应用

陈丹　张万较

【摘  要】随着社会建设脚步的加快，建筑行业也到了大力发展，同时为了提升建筑行业的工作效率，人们发明了许多新式的电力设备，至此建筑行业才能在短时间内快速发展起来，只不过在电力设备更新换代快速发展的同时，又出现了一个令人头疼的问题，电力设备产生的谐波污染已经威胁到电力的正常供应，严重危害到企业和个人利益，为了减少此类状况再次发生，本文从建筑电气设计中谐波治理措施的角度出发，重在探讨如何在建筑行业中降低谐波污染的危害。

【关键词】建筑;电气设计;谐波治理

自从电力能源发展以来，人们的生活就离不开电力了。以电力作为能源的家用设备和建筑设备数不胜数，在整个建筑行业当中，电力设备发挥了极其重要的作用，各种粗活细活都能够运用到电力设备，为此电力设备的更新和研发的速度也很快，在无形之中就造成了谐波污染问题，为了有效降低谐波污染的危害，本文从从以下几个角度讨论了建筑行业中的电气设计问题。

一、谐波产生的原因

（一）由电力设备产生的

进入现代化社会以来，利用电力作为能源的各种家用设备层出不穷，正因为电力设备的实用性使得每家每户都有非常多的电力设备，而谐波主要存在于每个电器设备当中，当然并不是电器设备就会产生谐波污染，这是由设备的功能和结构所决定的，在电力设备正常运转时，每个电器设备都可以看作一个恒定的谐波源，这时的电力设备并不会对电力系统造成影响，而一旦电器当中有谐波电流通过，就会给电力系统造成影响，最突出的表现是设备的压降起伏变化，这种状况会引发设备的压强产生变化，从而影响到整个电力系统的压强，进而使电力系统出现各种问题，对于谐波污染来说，电力设备是一个重要的污染源[1]。

（二）由变压器产生的

变压器可以导致电流产生不同的波形，这些波形主要是非正弦波形、尖顶波以及平顶波，其中尖顶波和平顶波的出现会伴随着奇次谐波的产生，而这种谐波产生的强度并不稳定，这就会导致大量的次谐波产生。造成这种现象的主要原因是由于变压器内部元件产生的正弦波磁通，其次是变压器每次产生的谐波强度不同，每次产生的谐波强度受到变压器工作状态的限制，对于正常运转的变压器来说，谐波产生的强度较低，只有当变压器的输出功率很小时，才会产生谐波，这是由于变压器内部的铁芯进入了饱和状态，因此变压器产生的电流会大大减小[2]。

（三）由电压电器产生的

建筑行业发展到今天，已经具备许多不同种类和用途的电力设备，由于建筑用电的特殊性，建筑行业所使用的电力设备大多都自带变压和整流两种装置，因此在电力设备设计之初，设计人员就将建筑电力设备的供电改成了低压电网，虽然建筑行业当中使用的电器自带的变压和整流装置不大，但是众多的设备夹杂在一起，也会影响到整个电力系统的运转，而这些电压电器产生谐波的原因也是由于变压器中的励磁电流的减少，从而产生了高次谐波。

二、建筑电气中谐波产生的危害

在电器设备的发展當中，谐波污染问题一直困扰着人们，按照电器的设计标准及工作原理来讲，任何电器都可以看做是一个恒定的谐波源，这些电器也有一定几率产生谐波，不过并不是所有谐波都会对电力系统造成危害。当电器产生的谐波低于国家制定的标准值时便不会对电力系统产生影响，而一旦超出了这个固定值，就会给社会的经济带来危害，在整个建筑配电系统当中，当该建筑行业拥有独立的接地电流时，电器设备产生的谐波会使设备和地面之间的压强降低，从而使电器设备无法正常工作。再者随着人们对于设备灵敏性的追求催生出了许多灵敏度高的电子设备，而谐波对于这些设备的危害是巨大的，就以计算机为例，高强度的谐波可能会使计算机出现代码错误或者指令错误，一旦计算机执行错误的指令或者代码，就有可能造成巨大的经济损失。谐波最主要的是著名的集肤效应，当谐波电流增大时，配电线路产生的集肤效应会使线路亏损，从而引起线路发热，若是遇到一些老化电路还可能引发火灾[3]。

三、治理谐波的主要方法

（一）使用有源滤波器，余同

有源滤波器是可以有效调控谐波对于电气系统的影响，一般高规格的设备中都附带这种装置，为的就是把对机器的损害降到最低，由于每个电器设备都是一个潜在的谐波发射器，所以在设备当中安装源滤波装置可以抵消谐波的危害，并且源滤波器可以自动的和非线性负载进行关联，同时还拥有检测自身电流讯号的作用，为了把此装置的效用发挥到最大，设计人员在设计电力设备时要充分考虑到源滤波器的安装位置，一般来讲，源滤波器离电器谐波源越近，越能够发挥自身的优势。

（二）使用无源滤波器

无源滤波器是电器设计当中常用的装置，只不过这种装置在长期的使用当中暴露出了很多缺点，主要原因是由于无源滤波器的工作原理，无源滤波器是由串联的电容和电阻组合而成的，在实际运用当中，由于在同一频率范围内无源滤波器产生的阻抗会远小于电网的阻抗，这就导致此类装置已出现过载现象，从而引起装置的烧毁。另外对机器的损害装置在长期使用后过滤谐波的能力会明显降低，并且该滤波器的滤波范围也有局限性，在测试一些波形时需要用到不同的滤波器，这个过程就会非常麻烦，所以在后期使用中将会被慢慢地被淘汰掉[4]。

（三）利用谐波保护装置

谐波保护装置的工作机理较为简单，实际上就是利用磁场能够吸收谐波的性质而发明的，这类装置的滤波效果相较于滤波器来讲非常稳定，并且其装置的制造成本也要远低于滤波器的制造成本，因此谐波保护装置装置在现实当中的使用相当广泛。

（四）利用混合型滤波器

混合型滤波器是指将有源滤波器和无源滤波器通过串联的方式组合在一起组成一个新的滤波装置，组合后的滤波装置拥有两种滤波器的优点，对于谐波的消除较为稳定，同时串联后的滤波器无论是在成本还是在性能上都要远高于两种滤波器，这种新型的混合型滤波器可以看成是在无源滤波器的基础上，使用有源滤波器加强了滤波性能，并且由于有源滤波器制造成本低，可以有效的降低混合滤波器的制造成本。

结语：总体来看，电器设备产生的谐波对于整个电力系统的发展影响巨大，特别是应用电力设备较多的建筑业，为了有效的改善谐波污染状况，相关部门需要在建筑电气的设计中采取有效的治理手段，以此来保证电力系统的安全性。

参考文献：

[1]陈爱平.建筑电气设计中谐波治理措施的应用[J].通讯世界，2018（9）：113-114.

[2]建筑电气节能技术与方案若干问题的探讨工程师与制造商伙伴们的观点[J].电气应用，2017，36（22）：12-14.

[3]陈波.建筑电气节能技术与方案若干问题的探讨：工程师与制造商伙伴们的观点——负荷计算结果要匹配实际使用运行工况[J].电气应用，2016，35（7）：14-16.

[4]周军，孙雪景，.建筑电气节能技术与方案若干问题的探讨——工程师与制造商伙伴们的观点：太阳能光伏电站在公共建筑中的应用——光伏电站容量不宜过大[J].电气应用，2015，34（14）：14-15.

（作者单位：中信建筑设计研究总院）