淺談建筑物內(nèi)的諧波產(chǎn)生與防治

摘要：本文首先介紹了諧波的含義，并進(jìn)而討論了諧波的危害。最后，文章提出了防治建筑物內(nèi)諧波的方案。

關(guān)鍵詞：建筑物內(nèi) 諧波 產(chǎn)生與防治

中圖分類(lèi)號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0064-01

在生產(chǎn)力快速發(fā)展、科技不斷進(jìn)步的今天，無(wú)論是辦公樓，還是住宅小區(qū)的居民建筑，越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能照明燈等電子設(shè)備和元件被廣泛使用。這些非線性負(fù)載設(shè)備必然太產(chǎn)生大量的諧波電流。如果不及時(shí)治理，會(huì)使低壓供電系統(tǒng)的電壓電流波形飯生畸變現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生多次諧波并存的局面，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，危害整個(gè)供配電系統(tǒng)。所以，人們必須要在建筑物內(nèi)找到諧波，并判斷其中各種諧波的產(chǎn)生原因。根據(jù)對(duì)不同諧波的判讀，找到防治的解決方案。下面本文就有關(guān)問(wèn)題討論如下。

1 諧波的含義

諧波現(xiàn)象在20世紀(jì)的20年代至30年代，就已經(jīng)被人們所發(fā)現(xiàn)，并得到了一定的觀察和研究。那么，什么是諧波呢？在學(xué)術(shù)上，諧波有著廣義和狹義兩種含義。從狹義的角度來(lái)講，諧波就是在電流之中所含有的一種特殊電量。這種特殊電量的頻率的基波為整數(shù)倍。也就是說(shuō)，諧波是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義的角度來(lái)講，因?yàn)榻涣麟娋W(wǎng)的有效分量是工頻單一頻率，所以任何與工頻頻率不同的成分都可以稱(chēng)之為諧波。恰恰是基于諧波含義的廣義，才會(huì)有“分?jǐn)?shù)諧波”、“間諧波”、“次諧波”等理論說(shuō)法。

通常情況下，某些電器設(shè)備的諧波電流含量較大，諧波電流總畸變率高。這樣高含量的負(fù)載諧波電流在負(fù)荷使用高峰期注入低壓電網(wǎng)，就可能造成電網(wǎng)電壓和電流總諧波畸變率升高，對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。如果超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值，甚至可以造成相當(dāng)?shù)奈：Α?/p>

在實(shí)際生活中，家用和商用電子設(shè)備一般都采用整流電源。只有在交流電壓接近用電峰值的時(shí)候，整流管才導(dǎo)通有輸入電流。由于在一個(gè)周期之內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間很短，又必須維持設(shè)備正常的工作電流，因此輸入電流呈脈沖狀。這種脈沖狀輸入電流的基波含量小，而諧波含量大，且工作電流越大，脈沖電流的幅值就越大，形成嚴(yán)重的畸變電流注入低壓電網(wǎng)，成為不可忽視的諧波源。

據(jù)相關(guān)研究顯示，在家用電器，尤其是電視、電腦和冰箱等，集中使用的居民住宅建筑里，對(duì)低壓電網(wǎng)的電壓質(zhì)量有明顯的影響。在用電負(fù)荷高峰時(shí)期，電壓的總畸變率和3次、5次諧波均已達(dá)到或超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值，而且還有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。

2 諧波的危害

由上文可知，諧波使電網(wǎng)波形受到一定程度的污染，供電質(zhì)量下降，附加損失不斷增加，電力傳輸能力下降，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生極大的危害。這些危害具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 危害變壓器和電動(dòng)機(jī)

諧波電壓會(huì)使變壓器和電動(dòng)機(jī)鐵芯渦流損耗增加，并使其中的銅損增加，溫度升高，絕緣加速老化，最終導(dǎo)致電能的效率和利用率下降，縮短設(shè)備的使用年限。

2.2 危害電力電纜和配電線路

諧波電流頻率增高，可能會(huì)引起電力電纜和配電線路的集膚效應(yīng)，增大用電導(dǎo)線的電阻，從而使電能形成一定的損耗，并以發(fā)熱的形式將電能轉(zhuǎn)化為無(wú)用的熱能，導(dǎo)致電線上的絕緣保護(hù)層僵硬碎裂，最終產(chǎn)生接地短路故障，形成一定的火災(zāi)隱患。

2.3 危害配電回路

諧波電流含量增高會(huì)使配電回路的斷路器遮斷能力降低。因?yàn)榛冸娏鬟^(guò)零點(diǎn)時(shí)，電弧電流的時(shí)間變化率比工頻正弦電流的大，其電弧電壓的恢復(fù)速度要快得多。這就容易使電弧重燃。大量的事實(shí)證明，空氣電磁斷路器不能遮斷其分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)波形畸變率超過(guò)50%的故障電流，會(huì)導(dǎo)致斷路器損壞。

3 建筑物內(nèi)的諧波防治

既然物內(nèi)的諧波危害較大，那么人們?cè)撊绾畏乐谓ㄖ飪?nèi)的諧波呢？

3.1 有效利用高功率變流器來(lái)消除諧波

在建筑工程的開(kāi)展過(guò)程中，諧波的主要來(lái)源是人們所使用的整流裝置等設(shè)備產(chǎn)生的。對(duì)此，可以有效利用多重化整流電路、PMW整流電路等具有較高功率因數(shù)的整流器，來(lái)達(dá)到控制和消除該設(shè)備所產(chǎn)生的諧波的目的。

3.2 合理選擇電力裝置和設(shè)備

對(duì)于施工中所選擇的電力裝置和設(shè)備，必須要選用正規(guī)而有相關(guān)資質(zhì)的單位所生產(chǎn)的產(chǎn)品，要保證電力裝置和設(shè)備通過(guò)CMC的有效認(rèn)證，能夠符合《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限制值》（GB17625.1）的要求，將諧波消除在產(chǎn)生之前。同時(shí)，整流逆變等電力裝置和設(shè)備的選用，還要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性，使用脈沖適中的產(chǎn)品，以避免諧波的產(chǎn)生或大量產(chǎn)生。

3.3 積極抑制熒光燈諧波

一般的建筑工程里，熒光燈具都會(huì)被大量的使用。這樣一來(lái)，就必須會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流。其中，最為突出的是會(huì)產(chǎn)生大量的三次諧波電流。為抑制這種現(xiàn)象所帶來(lái)的不利影響，人們構(gòu)建的照明電源回路就要采取積極抑制熒光燈諧波的措施。例如，可以使用抑制三次有源諧波的專(zhuān)用濾波器等。

3.4 綜合治理無(wú)源諧波

有些電力系統(tǒng)所產(chǎn)生諧波體系較為簡(jiǎn)單。對(duì)于這樣的諧波，人們可以采用功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)姆椒?，采用性能較好的濾波電容器，與電路組合成相應(yīng)的濾波補(bǔ)償裝置，來(lái)吸收無(wú)用的諧波，改善用電環(huán)境。

3.5 科學(xué)選取組合濾波器

組合濾波器最大的特點(diǎn)就是利用不同系數(shù)的電抗器，來(lái)制造出特殊的阻抗曲線。這樣的功能可以對(duì)供配電系統(tǒng)兩個(gè)及兩個(gè)以上的奇數(shù)次諧波進(jìn)行抑制，以控制諧波的狀態(tài)。

綜上所述，對(duì)諧波的防治要因地制宜，根據(jù)不同的電器設(shè)備和特點(diǎn)采用不同的方法，才能最終達(dá)到合理使用電能。