【摘要】谐波的存在对电能质量有着重要的影响。建筑电气设计中谐波的主要来源就是建筑中大量的非线性负荷，不但会导致电能质量下降，还会对电气设备的运行产生影响。所以必须充分的认识到建筑电气设计中谐波的影响，并且结合实际情况提出有效的对策解决谐波问题。
【关键词】建筑；谐波；电气；有源滤波器；无源滤波器
引言
随着建筑电气自动化的不断发展，越来越多的自动化设备应用到建筑电气设计中。但是这些大量的非线性负荷如电子设备和电气设备形成的谐波源会对配电系统产生严重的污染，进而产生谐波。所以在现代建筑电气设计中，谐波治理非常关键，必须充分的认识到谐波的危害，实施有效的谐波抑制对策。
1建筑电气设计中谐波的特点分析
随着科学技术的发展，工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运在建筑电气设计中，造成了谐波分量占的比重越来越大。谐波给建筑电气系统带来的危害十分严重，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。因此，对谐波的研究以及如何抑制、治理已成为一个具有重要意义的课题。目前建筑物中的供电系统设计依然是以三相四制为主，但是现代建筑一个非常突出的特点就是单相用电设备使用的比较多。根据调查统计发现，单相用电占据总用地的比例达到70%以上，并且单相设备基本上都是非线性负载，随着建筑电气自动化的不断发展，非线性负荷逐渐增加，一种是电子计算机、电视机、打印机、电气监控设备等，另外一种是电感性负荷，如电子式荧光照明灯具等，这类用电设备虽然功率比较小，但是因为电网中数量非常大，所以必须要重视其引起的谐波的问题。不仅如此，大量的单相设备，导致三相负荷很难平衡，进而造成波形畸变，产生谐波。变频空调、影剧院可控硅调光装置、微波炉、彩电、单相变频空调、个人电脑的谐波含有率分别高达130％、17％、100％，是谐波重要来源。
2谐波对建筑电气设计的影响
低压配电系统中的谐波电压和谐波电流，对低压配电系统是一种污染，不但能使配电系统中电气设备、电子设备、智能化系统用电环境恶化，并对周围的通讯系统产生干扰。民用建筑电能质量问题中最严重的是谐波干扰问题。在建筑电气中，其危害主要表现在下面几个方面：（1）三相负荷的不平衡可能会导致出现谐波电流高于相电流，使得变压器因为发热，使电力变压器线圈发热，加速绝缘老化，寿命缩短、引起附加损耗和噪音，造成效率下降或者导致出现变压器出现过载的情况。（2）对于电气设计中的线路和电缆，谐波电流环境会造成导线的阻值变大，线路上的功率损耗变大，进而导致出现发热增加，使得线路出现老化加速和寿命降低的情况，一旦出现绝缘失效的情况，很容易会导致出现接地故障，不但可能会对人体健康产生影响，还会造成出现火灾隐患。在现代建筑中应用的电子设备和电子式照明装置数量逐渐增大，在中性线限流达到相电流的倍数，很容易导致中性线被烧毁，造成火灾的出现。（3）谐波还会导致电气系统中的电压和电流出现畸变，进而导致用电设备的振动和噪声增大。（4）在谐波的环境中，电容器会出现更大的功耗，刀子电容器出现老化加速、寿命降低，还可能出现短路情况。更严重的是电容器和其他器件还可能出现谐振，不但电容器自身会出现故障，与电容器连接回路中的设备和线路还会受到牵连被损毁。（5）在谐波的环境中，感应式电机也会出现更大的功耗，由于电机的运转速率是一定的，所以谐波中的能量只能够以热能方式散发，进而造成电气设备出现老化加速的情况。谐波还会对电气系统中的电子设备造成多种危害电压突变会出现脉冲，造成电子设备误动作；谐波会导致电子设备和真实地之间出现漂移，所以其中一些电子设备会出现供电不稳定的情况从而造成工作出现异常情况；谐波电流还会引起感应磁场，对电子设备产生影响；在谐波的环境中，电气系统中的通信传输会出现误码等问题，导致信号传输质量变差或者出现错误的情况，比如电视的图像会出现不清楚的情况。由于谐波，使电压突变造成电子设备损坏、出现误动作，影响计算机程序正常运行。造成数据丢失，甚至损坏硬件，引起楼宇自动化、消防报警系统、安全防范系统误动作，甚至无法工作。
3建筑电气设计中谐波治理的对策
3.1安装有源滤波器
有源滤波器是通过对电流中高次谐波进行检测并根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位的电流，从而达到实时补偿谐波电流的目的。有源滤波器不仅具有高度可控性和快速响应性，而且可以消除与系统阻抗发生谐振的危险，同时也能自动跟踪补偿变化的谐波。由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，其制作也较之无源滤波装置复杂得多，成本也就高得多。有源滤波器类型见图1。
3.2无源滤波器
无源滤波器由L、C元件构成虑波回路，设计L、C回路在某一谐振频率呈现低阻抗（与系统阻抗相比）而吸收谐波电流。这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次谐波治理的目的。无源滤波器投资少、结构简单、运行可靠、维护方便，但也存在一定的缺点———即滤波容易受系统参数影响，对某些次谐波有放大的可能、体积大。无源滤波器需要根据配电系统和负荷情况的不同进行位置的确定。有源滤波器和谐波源安装越近，产生的滤波效果就越好，是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。但在一些非线性负荷分布负载的场合，可以采取变压器总补偿或二级配电补偿的方案，而且不同方案可以配合使用。由于有源电力滤波装置安装位置灵活，可以完全实现根据设计需要达到最完美的谐波治理效果。
3.3采用混合型滤波装置
将有源滤波器和无源滤波器两种类型的滤波器装置混合使用。其中，无源滤波装置由3、5、7、9次单调谐滤波装置支路及高通滤波装置支路组成。有源滤波装置由8个IGBT、直流电容及滤波电感构成。直流电容能够为有源滤波装置提供一个较为稳定的直流电压。滤波电感能够对有源滤波装置产生的高频开关频率谐波进行减少。需要将两者串联之后进入到电网中，因为有源滤波器不能够直接对谐波电流进行消除，其所产生的补偿电压中仅仅含有谐波电压，因而其功率容量比较小，所以具有非常好的经济性，能够对电气系统的成本进行有效的降低。
3.4采用多功能谐波保护器
采取磁性手段对谐波进行治理其成本要低于有源滤波装置，多功能谐波保护器能够从谐波对电气系统带来的危害从根本上进行解决，也就是采用磁场吸收谐波能量的方法，不仅具有较高的可靠性，而且其使用寿命也比较长。此类产品如多功能谐波保护器（KYXBQ），采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电路，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、脉冲尖峰、电涌等干扰。
4结语
在建筑电气系统中，谐波的存在具有随机性、多发行和不可重复性，进而造成建筑中的各类电气设备新能降低。所以，为了对现代建筑中的各种类型的设备以及电子设备的可靠、高效的运行，必须采取有效的措施，确保用电设备的寿命。在具体工程设计中，应根据用电负荷的特点制定合理可行的配置方案：将有源滤波器和无源滤波器配合使用。对于大功率的谐波源，在谐波源处治理（可安装性能较好的有源滤波器），对于小功率的非线性负载安装性能一般的无源滤波器。根据需要，在母线上安装谐波滤波器，消除母线上的谐波电流。当变频器数量较多、功率不大，且集中时，通过适当组合，用一台滤波器驱动多台变频器，以降低成本。
参考文献
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作者:罗琼 单位:贵州省城乡规划设计研究院