建筑電氣設計中諧波治理措施的應用

陳丹　張萬較

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

【關鍵詞】建筑;電氣設計;諧波治理

自從電力能源發展以來，人們的生活就離不開電力了。以電力作為能源的家用設備和建筑設備數不勝數，在整個建筑行業當中，電力設備發揮了極其重要的作用，各種粗活細活都能夠運用到電力設備，為此電力設備的更新和研發的速度也很快，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中的電氣設計問題。

一、諧波產生的原因

（一）由電力設備產生的

進入現代化社會以來，利用電力作為能源的各種家用設備層出不窮，正因為電力設備的實用性使得每家每戶都有非常多的電力設備，而諧波主要存在于每個電器設備當中，當然并不是電器設備就會產生諧波污染，這是由設備的功能和結構所決定的，在電力設備正常運轉時，每個電器設備都可以看作一個恒定的諧波源，這時的電力設備并不會對電力系統造成影響，而一旦電器當中有諧波電流通過，就會給電力系統造成影響，最突出的表現是設備的壓降起伏變化，這種狀況會引發設備的壓強產生變化，從而影響到整個電力系統的壓強，進而使電力系統出現各種問題，對于諧波污染來說，電力設備是一個重要的污染源[1]。

（二）由變壓器產生的

變壓器可以導致電流產生不同的波形，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會伴隨著奇次諧波的產生，而這種諧波產生的強度并不穩定，這就會導致大量的次諧波產生。造成這種現象的主要原因是由于變壓器內部元件產生的正弦波磁通，其次是變壓器每次產生的諧波強度不同，每次產生的諧波強度受到變壓器工作狀態的限制，對于正常運轉的變壓器來說，諧波產生的強度較低，只有當變壓器的輸出功率很小時，才會產生諧波，這是由于變壓器內部的鐵芯進入了飽和狀態，因此變壓器產生的電流會大大減小[2]。

（三）由電壓電器產生的

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

二、建筑電氣中諧波產生的危害

在電器設備的發展當中，諧波污染問題一直困擾著人們，按照電器的設計標準及工作原理來講，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生諧波，不過并不是所有諧波都會對電力系統造成危害。當電器產生的諧波低于國家制定的標準值時便不會對電力系統產生影響，而一旦超出了這個固定值，就會給社會的經濟帶來危害，在整個建筑配電系統當中，當該建筑行業擁有獨立的接地電流時，電器設備產生的諧波會使設備和地面之間的壓強降低，從而使電器設備無法正常工作。再者隨著人們對于設備靈敏性的追求催生出了許多靈敏度高的電子設備，而諧波對于這些設備的危害是巨大的，就以計算機為例，高強度的諧波可能會使計算機出現代碼錯誤或者指令錯誤，一旦計算機執行錯誤的指令或者代碼，就有可能造成巨大的經濟損失。諧波最主要的是著名的集膚效應，當諧波電流增大時，配電線路產生的集膚效應會使線路虧損，從而引起線路發熱，若是遇到一些老化電路還可能引發火災[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控諧波對于電氣系統的影響，一般高規格的設備中都附帶這種裝置，為的就是把對機器的損害降到最低，由于每個電器設備都是一個潛在的諧波發射器，所以在設備當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載進行關聯，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揮到最大，設計人員在設計電力設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，越能夠發揮自身的優勢。

（二）使用無源濾波器

無源濾波器是電器設計當中常用的裝置，只不過這種裝置在長期的使用當中暴露出了很多缺點，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的電容和電阻組合而成的，在實際運用當中，由于在同一頻率范圍內無源濾波器產生的阻抗會遠小于電網的阻抗，這就導致此類裝置已出現過載現象，從而引起裝置的燒毀。另外對機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）利用諧波保護裝置

諧波保護裝置的工作機理較為簡單，實際上就是利用磁場能夠吸收諧波的性質而發明的，這類裝置的濾波效果相較于濾波器來講非常穩定，并且其裝置的制造成本也要遠低于濾波器的制造成本，因此諧波保護裝置裝置在現實當中的使用相當廣泛。

（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點，對于諧波的消除較為穩定，同時串聯后的濾波器無論是在成本還是在性能上都要遠高于兩種濾波器，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上，使用有源濾波器加強了濾波性能，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。

結語：總體來看，電器設備產生的諧波對于整個電力系統的發展影響巨大，特別是應用電力設備較多的建筑業，為了有效的改善諧波污染狀況，相關部門需要在建筑電氣的設計中采取有效的治理手段，以此來保證電力系統的安全性。

參考文獻：

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

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

[3]陳波.建筑電氣節能技術與方案若干問題的探討：工程師與制造商伙伴們的觀點——負荷計算結果要匹配實際使用運行工況[J].電氣應用，2016，35（7）：14-16.

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

（作者單位：中信建筑設計研究總院）