淺談智能建筑中諧波的危害及防范

摘 要：隨著現代科技的深入發展，建筑智能化水平得到了飛速的提升，電子計算機、網絡通訊裝置、大量節能熒光燈在智能建筑中得到了廣泛的應用，向供電系統注入了大量的諧波。惡劣的諧波環境給保證電力系統和設備的安全正常運行造成了極大的威脅。文章對諧波在智能建筑中的危害進行分析，并提出抑制諧波的防范措施。

關鍵詞：智能建筑；諧波；防范

1 引言

在現代的智能建筑中，電子通訊設備、計算機、變頻空調等電子產品大量的使用，這些設備對供電系統質量往往要求很高，同時這些非線性負荷在正常運行的同時也不斷的向電網注入諧波。大量的諧波引起系統電壓、電流產生畸變，異常的畸變電壓往往影響電子產品的正常運行，甚至造成設備的硬件毀壞和數據丟失。隨著智能建筑物中非線性負荷設備的大量使用，產生的諧波源對供電系統的污染變的愈來愈嚴重，致使系統中一些敏感設備無法正常工作。

2 諧波的定義及產生的原因

2.1 供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。在理想的供電系統中各相電壓隨時間作周期性變化，并且呈正弦波形，但隨著智能建筑中大量非線性整流、變頻設備的使用，造成供電系統中電網電壓、電流的波形產生了不同程度畸變。這些畸變的非正弦波含有高次諧波對供電系統中電子設備的安全運行帶來了嚴重的威脅。

2.2 智能建筑中諧波的產生主要有兩方面的原因：一是智能建筑中存在著計算機系統、開關電源、電子式熒光燈等大量非線性負荷，當系統電壓、電流作用與非線性負荷時，在負載上產生了非正弦波電壓、電流，導致整個配電系統的電壓、電流發生畸變而產生諧波；二是系統運行時配電變壓器鐵心呈飽和時，會產生三次諧波，成為諧波源，同時公用電網本身也具有一定的諧波含量，通過公用電網傳入配電系統。

3 諧波對智能建筑的危害

惡劣的諧波環境將會對智能建筑中用電設備和系統造成巨大的危害，主要表現在以下幾個方面：

3.1 諧波電壓與正弦波電壓疊加后產生更大的峰值電壓，導致電器設備的絕緣材料承受的電壓增大，易發生絕緣擊穿事故。增加了變壓器、電容器等電氣設備的磁滯及渦流損耗；諧波電流能使變壓器的銅耗增加，變壓器在嚴重的諧波負荷下將產生局部過熱、噪聲增大現象，從而加速絕緣老化，縮短變壓器等電氣設備的使用壽命，降低供電可靠性。

3.2 高次諧波會在中性線上疊加，使中性線的電流有效值接近相線的1.7倍，使中線電流過大發熱，加速電纜的老化甚至誘發火災。諧波電流流過電網阻抗時，產生了諧波電壓對UPS、變頻器等電子設備形成了干擾，致使其誤動作。

3.3 智能建筑中微電子設備使用較多，電子類設備自身防護能力較弱，系統的高次諧波通過設備連接線纜作用于電子設備上給智能設備帶來嚴重的危害。往往造成計算機網絡設備信息傳輸產生誤碼、錯碼，影響計算機系統的低電壓信號，破壞聲、像的清晰度和信息傳輸的準確性，甚至造成網絡癱瘓。高次諧波造成自動化設備信號畸變，發生誤動作，給通訊系統帶來噪聲污染，影響通訊質量。

3.4 當高次諧波產生時，系統中電容器端電壓增大，流過電容器的電流增加的更大，增大了電容器的功率損耗，造成電容器過載。大量諧波電流還會誘發系統諧振，在電容器上產生更大的諧波電流，造成電容器過熱而損壞。

3.5 諧波使交流電壓嚴重失真，諧造成電動機鐵損和銅損的增加引起額外溫升，導致電動機效率降低，同時還產生附加轉矩增加噪聲，造成電動機振動而降低使用壽命，使電動機過熱，導致設備過早老化，嚴重時甚至燒毀電機。

3.6 對于電力電纜和配電線路，由于諧波電流頻率增高會引起明顯的集膚效應，導致導線的電阻增大，使得電纜允許通過電流減少，線損加大，發熱增加，電纜絕緣老化發生接地事故，甚至導致火災的發生。

4 諧波的防范措施

為減小諧波對供電系統的危害，保證電子設備的正常運行，主要采取一下防范措施：

4.1 在選用配電變壓器容量時，適當的增大供電系統的容量。通常配電變壓器容量選擇原則為：所有設備計算負荷占比總容量為70%-80%為宜，盡量減少配電變壓滿負荷運行，可有效的降低因諧波造成變壓發熱事故的發生。

4.2 通過采用高性能的用電設備，改善其諧波的保護性能，提高設備的抗諧波干擾能力。

4.3 選擇電纜截面時，應適量的增大電纜的截面，減少因諧波引起電纜發熱絕緣損壞而造成短路事故。在三相四線制系統中，應考慮諧波電流引起集膚效應使中性線電流增大的危害，選擇中性線電纜截面時，一般應與相線截面相同，特殊情況下甚至需大于相線截面。

4.4 通過加裝交流濾波裝置吸收諧波源產生的諧波電流，從而抑制諧波電壓。

4.5 在供電系統中并聯安裝諧波保護器。諧波保護器能夠有效的對用電設備產生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾進行抑制和吸收；隨時跟蹤電壓波形，瞬時濾除電源中的尖峰、浪涌（雷電）、雜波，矯正因諧波影響而產生畸變的電壓波形，提高電網質量。

4.6 在設計和施工階段，提前采取措施抑制諧波對電子設備的干擾

4.6.1 對重要的設備設計專用供電回路，避免諧波干擾通過線路的傳入。

4.6.2 為易受干擾設備加裝線路濾波器，消除或抑制諧波分量，凈化電源。

4.6.3 使該類設備配線盡可能遠離諧波電流畸變嚴重的線路，以避免空間電磁干擾。

5 結束語

諧波的危害已經引起人們的廣泛重視，消除諧波污染，凈化供電環境，提高供電品質，才能保證智能建筑中現代化設備安全、可靠、穩定的運行。

參考文獻

[1]張文澍.淺析諧波治理措施在建筑電氣設計中的應用[J].價值工程，2010，29（9）：99-99.

[2]馬 ，王洪濤.隨機子空間的智能建筑諧波檢測方法[J].現代建筑電氣，2012，（5）：23-26.

[3]曾強，孫延軍.淺談現代智能建筑電氣設計中對諧波的治理[J].黑龍江科技信息，2011，（2）：271-271.

[4]趙珊，魏立明.智能建筑諧波問題研究[J].吉林建筑工程學院學報，2010，27（4）：45-48.

[5]吳軒.現代智能建筑電氣設計中電源諧波問題的研究[J].華章，2011（13）：320.