有关建筑电气设计中谐波治理问题分析

摘要：随着我国社会经济的快速发展，新时期全新的社会和行业形势也为我国的建筑电气设计提出了更为严格的要求。在这一过程中，谐波治理问题更是我们必须要进一步研究的重点方向。本文立足多年的实践经验，尝试对于产生谐波的设备和具体的行业、建筑配电系统谐波的严重危害以及谐波的治理措施三方面内容进行简要地论述，以供大家讨论与参考。
关键词：建筑电气设计；谐波治理；分析

信息技术的发展促进了电力电子设备的不断升级，时至今日，电力电子设备已经广泛地应用于我国建筑领域的方方面面。然而，这其中有大量的设备会产生谐波，并且数量还在持续地增长，这就不可避免地会对电网产生严重的污染。另外，高科技微电子设备的发展也对电网供电的质量提出了更高的要求。谐波的危害是不容小觑的，其对于电子设备、各种电器以及通信系统均会产生不可估量的消极影响，如果不能有效地解决建筑电气设计中的谐波智力问题，就无法根除潜在的安全隐患，就不能够促进电气工程质量的提升。因此，建筑电气设计中的谐波治理已经成为我们当前必须要攻克的技术难关。

一、建筑配电系统谐波的重要危害

在建筑电气设计中，谐波有两种产生渠道。首先，公用电网自身就存在着不成程度的配电变压器以及谐波含量作为谐波源的谐波，从公用电网转而输至配电系统当中；其次，大量的非线性负荷也能够产生谐波源，举例来说开关电源、计算机系统以及电子式荧光整流器等等，都会致使配电系统的电流、电压发生异常突变，从而导致谐波的产生。可以说消极的谐波环境必然会对建筑中的用电设备产生严重的危害，我们可以将这种危害总结为以下几个方面：
（一）当前的智能建筑中往往线缆较多，微电子装备十分复杂，系统设备数不胜数，并且与之相适应的防护能力不足，高次谐波会导致智能电气系统设备产生错码、误码以及误动作，致使信号系统产生一定的噪音，受到不同程度的污染，严重的还会影响电气设备的正常使用。再加之低电压信号在电气化设备中的大量运用，进一步提高了比特错误率，在达到一定程度后会致使网络彻底崩溃。
（二）因为设备本身产生的接地电流在设备和真实地间会出现一个电压降，所以会致使电脑瘫痪；在中性线上，高次谐波会出现叠加的情况，中性线电流可以随意地在建筑物金属结构上活动，因此产生了不受控制的磁场，表现为计算机屏幕的频闪；因为短路、开关和负载变化，会引起短时的电压变化，致使灯光频闪，严重的频闪对于人的视觉器官会产生伤害，威胁人体健康。过度的谐波畸变会造成在一个正弦周波内的额外过零点，对于测试设备会产生负面影响，更会影响程序控制装置的同步，最后表现为控制装置的死机。
（三）断路器遮断能力出现降低情况，往往是由配电回路的高含量谐波电流导致，这主要是由于畸变电流过零点的过程中，伴随着时间的推移电弧电流要比工频正弦电流大，电弧电压会更快速地得到恢复，导致电弧的易燃，直接结果就是在需要跳闸的时候不跳闸，或者是误跳闸。剩余电流甚至会达到启动剩余电流保护系统的设定参数。
（四）在谐波电压的效应下，电容器必然会出现额外的功率损耗，会促进绝缘介质快速老化。更要引起注意的是，大量的谐波电流在很大程度上会造成各个系统元件与电容器之间的串联谐振或者是并联谐振，致使电容器由于超负荷而出现损坏；使与电容器连接的配电回路中的所有设备、线路由于电压的超压、闪变以及过负荷而出现故障。
（五）从配电线路以及电力电缆角度而言，谐波电流频率的持续增长，会引发较为显著的集肤效应，线损加大、导线电阻加大，发热增多，绝缘过早老化，会引发接地短路出现故障，埋下了不能控制的火灾隐患。在当前的智能建筑中，广泛地运用电子节能气体光源照明以及高度集中使用电子计算机，均会导致中性线由于温度过高而变质甚至烧毁，最终酿成不可挽回的火灾。
（六）电压谐波会致使感应电动机的额外损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在轴承处与联轴器会产生裂纹与磨损。因为电机速度通常较为固定，谐波中包含的能量就采用额外的热量形式不断地散发，直接导致了设备的过早老化。

二、产生谐波的行业与设备

（一）民用用户。产生谐波的设备通常包括开关电源、UPS、变频器、照明设备以及医疗设备等等。这些谐波源个体本身并不会产生大量的谐波量，然而由于谐波量较大、频谱范围也广，在高度密集的情况下产生的谐波量则不可忽视。在广电大楼、雁行大厦以及通

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信枢纽楼等建筑中谐波广泛存在。除此之外还有电气化铁路、机场、地铁以及港口等行业中，也会产生大量的谐波。
（二）工业用户。产生谐波的设备包括中、高频炉、电弧炉、变频控制的设备以及直流电机控制的生产设备等等。主要关系到冶金、化工、钢铁制造、煤炭、建筑材料以及汽车行业等等。

三、在建筑电气设计中谐波治理的主要措施

(一)使用无源滤波器

以往谐波抑制主要采用无源滤波器，是一种相对传统的抑制方法，其以较低的成本，更容易受到用户的认可。而此种装置非常容易过载，在这种情况下会出现烧损。此外，还有可能会致使功率因数过补偿，导致无法控制无源滤波器。所以，在时间的推进下，伴随着配件的不断老化，谐波振频率会出现改变，让滤波的效果减弱。如果过滤不同的频率，那么就要针对具体情况使用不同的滤波器。

(二)使用混合型滤波器

可混合运用有源电力滤波器和无源电力滤波器，直流电容能够提供一个较为稳定的直流电压，保障有源滤波器的运用，滤波电感能够降低有源滤波器所产生的高频开关频率谐波。有源、无源滤波器经串联后并人电网。因为有源滤波器并不直接消除谐波电流，其产生的补偿电压中仅仅含有谐波电压，因此它的功率容量也非常小，保障了一定的经济性，在很大程度上节约了系统的资金投入。

(三)使用有源滤波器

有源滤波器的安装与谐波源距离越近，那么在效果上就会越好，这也是降低谐波电压畸变以及谐波电流的一种最佳途径。然而在有些非线性负荷分布负载的场所，就可运用变压器总补偿或二级配电补偿的策略，同时不同方案之间也能够相互配合应用。因为有源电力滤波器安装位置性对灵活，能够按照设计的需求达到高质量的谐波治理成果。但是此种装置成本极高，制作方面也比无源滤波装置要更复杂，因此成本也就更高。

(四)使用谐波保护器

采用磁性方法治理谐波相比于有源滤波器成本更低。这种产品可以抵抗不同频率能量的谐波影响，在发生源处根除谐波，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、电涌以及脉冲尖峰等影响。
结论：综上所述，在新时期的新形势下，加强建筑电气设计中的谐波治理问题研究其意义是非常深远的，其不仅具有高度的理论意义，同时还具有一定的社会实践意义。做好了谐波问题的治理，不仅能够有效地提高电气工程设计的质量，确保人民群众的生命财产安全，从长远角度来说更关系到我国全面推进社会主义市场经济建设的最终成败。因此，在实际工作中，我们必须要认识到谐波的随机性、多发性以及不可重复性的重要特点，为了保障精密电子装置以及计算机等设备的安全、有序运行，我们必须要群策群力，深入研究科学、合理并且行之有效地谐波治理措施，进一步延长相关设备的使用周期，从而有效地减少和规避建筑电气设计中谐波问题所带来的负面效应。
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