建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的應(yīng)用

陳丹　張萬較

【摘? 要】隨著社會建設(shè)腳步的加快，建筑行業(yè)也到了大力發(fā)展，同時為了提升建筑行業(yè)的工作效率，人們發(fā)明了許多新式的電力設(shè)備，至此建筑行業(yè)才能在短時間內(nèi)快速發(fā)展起來，只不過在電力設(shè)備更新?lián)Q代快速發(fā)展的同時，又出現(xiàn)了一個令人頭疼的問題，電力設(shè)備產(chǎn)生的諧波污染已經(jīng)威脅到電力的正常供應(yīng)，嚴(yán)重危害到企業(yè)和個人利益，為了減少此類狀況再次發(fā)生，本文從建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的角度出發(fā)，重在探討如何在建筑行業(yè)中降低諧波污染的危害。

【關(guān)鍵詞】建筑;電氣設(shè)計;諧波治理

自從電力能源發(fā)展以來，人們的生活就離不開電力了。以電力作為能源的家用設(shè)備和建筑設(shè)備數(shù)不勝數(shù)，在整個建筑行業(yè)當(dāng)中，電力設(shè)備發(fā)揮了極其重要的作用，各種粗活細(xì)活都能夠運(yùn)用到電力設(shè)備，為此電力設(shè)備的更新和研發(fā)的速度也很快，在無形之中就造成了諧波污染問題，為了有效降低諧波污染的危害，本文從從以下幾個角度討論了建筑行業(yè)中的電氣設(shè)計問題。

一、諧波產(chǎn)生的原因

（一）由電力設(shè)備產(chǎn)生的

進(jìn)入現(xiàn)代化社會以來，利用電力作為能源的各種家用設(shè)備層出不窮，正因為電力設(shè)備的實(shí)用性使得每家每戶都有非常多的電力設(shè)備，而諧波主要存在于每個電器設(shè)備當(dāng)中，當(dāng)然并不是電器設(shè)備就會產(chǎn)生諧波污染，這是由設(shè)備的功能和結(jié)構(gòu)所決定的，在電力設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，每個電器設(shè)備都可以看作一個恒定的諧波源，這時的電力設(shè)備并不會對電力系統(tǒng)造成影響，而一旦電器當(dāng)中有諧波電流通過，就會給電力系統(tǒng)造成影響，最突出的表現(xiàn)是設(shè)備的壓降起伏變化，這種狀況會引發(fā)設(shè)備的壓強(qiáng)產(chǎn)生變化，從而影響到整個電力系統(tǒng)的壓強(qiáng)，進(jìn)而使電力系統(tǒng)出現(xiàn)各種問題，對于諧波污染來說，電力設(shè)備是一個重要的污染源[1]。

（二）由變壓器產(chǎn)生的

變壓器可以導(dǎo)致電流產(chǎn)生不同的波形，這些波形主要是非正弦波形、尖頂波以及平頂波，其中尖頂波和平頂波的出現(xiàn)會伴隨著奇次諧波的產(chǎn)生，而這種諧波產(chǎn)生的強(qiáng)度并不穩(wěn)定，這就會導(dǎo)致大量的次諧波產(chǎn)生。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于變壓器內(nèi)部元件產(chǎn)生的正弦波磁通，其次是變壓器每次產(chǎn)生的諧波強(qiáng)度不同，每次產(chǎn)生的諧波強(qiáng)度受到變壓器工作狀態(tài)的限制，對于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的變壓器來說，諧波產(chǎn)生的強(qiáng)度較低，只有當(dāng)變壓器的輸出功率很小時，才會產(chǎn)生諧波，這是由于變壓器內(nèi)部的鐵芯進(jìn)入了飽和狀態(tài)，因此變壓器產(chǎn)生的電流會大大減小[2]。

（三）由電壓電器產(chǎn)生的

建筑行業(yè)發(fā)展到今天，已經(jīng)具備許多不同種類和用途的電力設(shè)備，由于建筑用電的特殊性，建筑行業(yè)所使用的電力設(shè)備大多都自帶變壓和整流兩種裝置，因此在電力設(shè)備設(shè)計之初，設(shè)計人員就將建筑電力設(shè)備的供電改成了低壓電網(wǎng)，雖然建筑行業(yè)當(dāng)中使用的電器自帶的變壓和整流裝置不大，但是眾多的設(shè)備夾雜在一起，也會影響到整個電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而這些電壓電器產(chǎn)生諧波的原因也是由于變壓器中的勵磁電流的減少，從而產(chǎn)生了高次諧波。

二、建筑電氣中諧波產(chǎn)生的危害

在電器設(shè)備的發(fā)展當(dāng)中，諧波污染問題一直困擾著人們，按照電器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及工作原理來講，任何電器都可以看做是一個恒定的諧波源，這些電器也有一定幾率產(chǎn)生諧波，不過并不是所有諧波都會對電力系統(tǒng)造成危害。當(dāng)電器產(chǎn)生的諧波低于國家制定的標(biāo)準(zhǔn)值時便不會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而一旦超出了這個固定值，就會給社會的經(jīng)濟(jì)帶來危害，在整個建筑配電系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)該建筑行業(yè)擁有獨(dú)立的接地電流時，電器設(shè)備產(chǎn)生的諧波會使設(shè)備和地面之間的壓強(qiáng)降低，從而使電器設(shè)備無法正常工作。再者隨著人們對于設(shè)備靈敏性的追求催生出了許多靈敏度高的電子設(shè)備，而諧波對于這些設(shè)備的危害是巨大的，就以計算機(jī)為例，高強(qiáng)度的諧波可能會使計算機(jī)出現(xiàn)代碼錯誤或者指令錯誤，一旦計算機(jī)執(zhí)行錯誤的指令或者代碼，就有可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。諧波最主要的是著名的集膚效應(yīng)，當(dāng)諧波電流增大時，配電線路產(chǎn)生的集膚效應(yīng)會使線路虧損，從而引起線路發(fā)熱，若是遇到一些老化電路還可能引發(fā)火災(zāi)[3]。

三、治理諧波的主要方法

（一）使用有源濾波器，余同

有源濾波器是可以有效調(diào)控諧波對于電氣系統(tǒng)的影響，一般高規(guī)格的設(shè)備中都附帶這種裝置，為的就是把對機(jī)器的損害降到最低，由于每個電器設(shè)備都是一個潛在的諧波發(fā)射器，所以在設(shè)備當(dāng)中安裝源濾波裝置可以抵消諧波的危害，并且源濾波器可以自動的和非線性負(fù)載進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時還擁有檢測自身電流訊號的作用，為了把此裝置的效用發(fā)揮到最大，設(shè)計人員在設(shè)計電力設(shè)備時要充分考慮到源濾波器的安裝位置，一般來講，源濾波器離電器諧波源越近，越能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢。

（二）使用無源濾波器

無源濾波器是電器設(shè)計當(dāng)中常用的裝置，只不過這種裝置在長期的使用當(dāng)中暴露出了很多缺點(diǎn)，主要原因是由于無源濾波器的工作原理，無源濾波器是由串聯(lián)的電容和電阻組合而成的，在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，由于在同一頻率范圍內(nèi)無源濾波器產(chǎn)生的阻抗會遠(yuǎn)小于電網(wǎng)的阻抗，這就導(dǎo)致此類裝置已出現(xiàn)過載現(xiàn)象，從而引起裝置的燒毀。另外對機(jī)器的損害裝置在長期使用后過濾諧波的能力會明顯降低，并且該濾波器的濾波范圍也有局限性，在測試一些波形時需要用到不同的濾波器，這個過程就會非常麻煩，所以在后期使用中將會被慢慢地被淘汰掉[4]。

（三）利用諧波保護(hù)裝置

諧波保護(hù)裝置的工作機(jī)理較為簡單，實(shí)際上就是利用磁場能夠吸收諧波的性質(zhì)而發(fā)明的，這類裝置的濾波效果相較于濾波器來講非常穩(wěn)定，并且其裝置的制造成本也要遠(yuǎn)低于濾波器的制造成本，因此諧波保護(hù)裝置裝置在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的使用相當(dāng)廣泛。

（四）利用混合型濾波器

混合型濾波器是指將有源濾波器和無源濾波器通過串聯(lián)的方式組合在一起組成一個新的濾波裝置，組合后的濾波裝置擁有兩種濾波器的優(yōu)點(diǎn)，對于諧波的消除較為穩(wěn)定，同時串聯(lián)后的濾波器無論是在成本還是在性能上都要遠(yuǎn)高于兩種濾波器，這種新型的混合型濾波器可以看成是在無源濾波器的基礎(chǔ)上，使用有源濾波器加強(qiáng)了濾波性能，并且由于有源濾波器制造成本低，可以有效的降低混合濾波器的制造成本。

結(jié)語：總體來看，電器設(shè)備產(chǎn)生的諧波對于整個電力系統(tǒng)的發(fā)展影響巨大，特別是應(yīng)用電力設(shè)備較多的建筑業(yè)，為了有效的改善諧波污染狀況，相關(guān)部門需要在建筑電氣的設(shè)計中采取有效的治理手段，以此來保證電力系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳愛平.建筑電氣設(shè)計中諧波治理措施的應(yīng)用[J].通訊世界，2018（9）：113-114.

[2]建筑電氣節(jié)能技術(shù)與方案若干問題的探討工程師與制造商伙伴們的觀點(diǎn)[J].電氣應(yīng)用，2017，36（22）：12-14.

[3]陳波.建筑電氣節(jié)能技術(shù)與方案若干問題的探討：工程師與制造商伙伴們的觀點(diǎn)——負(fù)荷計算結(jié)果要匹配實(shí)際使用運(yùn)行工況[J].電氣應(yīng)用，2016，35（7）：14-16.

[4]周軍，孫雪景，.建筑電氣節(jié)能技術(shù)與方案若干問題的探討——工程師與制造商伙伴們的觀點(diǎn)：太陽能光伏電站在公共建筑中的應(yīng)用——光伏電站容量不宜過大[J].電氣應(yīng)用，2015，34（14）：14-15.

（作者單位：中信建筑設(shè)計研究總院）