摘要：随着科技的发展以及人民生活水平的提高，越来越多的非线性用电设备出现在民用建筑中，这些非线性用电设备会产生大量的谐波，影响到民用建筑的低压配电系统，如果不及时的对其进行控制，就会影响到电网波形，在严重浪费电能的基础上，还会在很大程度上影响到电网的安全运行。因此，一定要对电气中的谐波污染进行治理。
关键词：民用建筑；建筑电气；谐波治理
1.谐波污染的主要来源
谐波是指电流中所含有的频率为基波倍数的电量，通常在工作中对周期性的非正弦电量进行技术分解，其他大于基波频率的电流。而虽然谐波现象早就存在，但是对谐波治理的研究和工程实施主要集中在功率较大的工业设备，民用建筑低压配电系统谐波治理的工作尚没有引起足够重视，缺少系统的谐波治理方法。随着楼宇自动化进程的不断发展，形式多样的非线性负载，如计算机、荧光灯、不间断电源以及变频空调等非线性设备在办公楼宇等民用建筑中得到了广泛应用，这些非线性设备产生了大量的谐波，正日益成为低压配电系统主要的谐波源。
2.民用建筑的电气系统设计中的谐波危害
2.1谐波会缩短电机的使用寿命
民用建筑的电气系统设计中产生的谐波将会引起电动机的附加损耗以及产生大量的热效应，由于导线的实际有效电阻是会随着频率的变化而变化的。因此，在有效数值相同的情况下，绕组的导线位置有着丰富的谐波电流，它比正弦波电流所产生的实际热量要多，热效应情况严重时会导致电动机发热过度，从而缩短其使用寿命。谐波会产生频率存在差异的转矩分量，使电动机发生振动以及噪声，也影响到电动机的使用寿命。
2.2谐波会导致电容器损坏
为了在一定程度上补偿无功功率，最大限度提高功率的实际因数，经常会在负载位置安装并联的电容器。而在变电室位置安装电容器是为了提升系统的实际电压水平，滤波器中也安装有电容器以及电抗器。高次谐波中的电压频率较大，导致谐波的电流也不断增大，电容器的电流以及损耗功率也会增加，在损耗达到一定程度的时候，会使得电容器出现异常发热的现象，从而加速其老化，给电容器造成较大损坏。谐波导致电压出现尖顶波形，使电容器介质比较容易出现局部放电情况，加速绝缘介质的老化程度，从根本上减少电容器的实际使用时间。通常情况下，电压升高百分之十的时候，电容器的实际寿命将会缩短一半左右，使电容器出现鼓肚、爆炸以及击穿等情况。
2.3谐波会增大变压器的实际损耗
一般情况下，谐波的实际损耗是来自于变压器中线圈的热量耗散、铜耗、铁耗以及趋肤效应。具体来说，趋肤效应就是指两者都是电流有效数值的二次方函数。这种形式的热效应会使变压器中的绝缘材料实际寿命大大缩短，而且会随着谐波的实际频率增加，自身的趋肤效应将会更加严重，所以在一定程度上来讲，高次谐波的实际分量比低次谐波引发的变压器发热程度要高。谐波电流还能够引发变压器外层硅钢片、部分紧固片以及外壳出现发热现象，从而造成变压器局部受热。此外，谐波的危害还包括变压器运行过程中噪声增加，具体是由于铁心的伸缩引发的。谐波的次数不断增加，其振动的实际频率维持在1kHz左右的谐波将会导致噪声加大。
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3.民用建筑电气中谐波治理的主要措施
3.1提高供电量
可以采用加大供电量的方式，抑制谐波的出现，比如，将电缆的横截面加大，或者将发电机、电容器的容量提升，以相对地降低谐波对于系统的危害等。但是，此种方法不能够彻底地抑制谐波的出现，只能是降低谐波出现的频率，而且，它还会导致投资增加，成本加大，并非一种良性的治理措施。如果设计人员必须使用这种方法抑制谐波，就应当结合非线性负载的具体状况，为供电系统设计合理的增容裕度。
3.2最大限度增加线路中性线的截面面积
从某种程度上来讲，供电电路中的中性线会受到谐波电流的严重影响，从而导致其产生一些超过相线的实际电流。因此，需要在实际操作过程中，加大线路中的中性线的截面面积。电气系统设计工作中，需要根据专业化的理论计算结果以及实际测量的中性线谐波在电流方面的测量结果进行判断，当谐波的电流较大的时候，就需要最大限度增大中性线的实际截面面积，科学选用四芯的电缆电线。
3.3使用无源滤波器
如果对于谐波成份较小的民用建筑，可以使用比较传统的无源滤波器来抑制谐波。它的原理是通过一组串联方式把电抗器和电容器相连。此电路的阻抗在某个频率下，设计成比其他电路要低很多。这样的装置的缺点比较明显，比较容易被过载，然后在过载时容易被烧损。再加上配件的逐渐老化，或者电路负载情况增大，会改变这种谐波的谐振频率。使得这种无源滤波器滤波效果明显降低。而无源滤波器由于只能过滤一种谐波，不同频率的谐波，则需要不同的无源滤波器。而且，有的滤波器只能过滤三次谐波。所以使用条件受到限制。
3.4使用有源滤波器
因为有源滤波器的性质是并联型的，而且是一个容易受控制的，反应非常快速的过滤谐波装置。它是与非线性负荷通过并联的方式连接在一起。有源滤波器会对该并联线路内所有的非线性负荷产生的谐波，进行自动地检测。然后DSP就会发出控制信号，对IGBT调整开关器件进行控制，通过输出与电器产生同等电流大小的谐波，与谐波相位的相反方向发出，从而起到谐波补偿，达到一个相对平衡。避免谐波对电元件造成损害。有源滤波器系统只能向非线性负荷提供基波电流。
所以，在安装有源滤波器时，其位置一定要根据民用建筑配电系统和负荷的产生源，设置合理的安装位置。一般情况，离谐波源越近的位置，有源滤波器产生的滤波效果就越完美。这也是民用建筑减小谐波或电压畸变的最佳方案。对于一些非性负荷超载现象严重的现象，可以采用变压器补偿再结合有源滤波器混合使用，由于其安装灵活。可能会起到更好的滤波效果。
3.5有源和无源混合使用
考虑到经济因素，为了更好地降低系统运行的成本。可以采用有源和无源滤波器混合使用的方法。线路中，无源是指单调谐滤波器和高能滤波器形成。而有源是由直流电容、滤波电感和八个IGBT组成。直流电容的主要功能是为有源提供一个相对稳定的直流电压。而滤波电感，则可以减小有源滤波器因高频开关频率产生的谐波。将这两种滤波器串联连接后并入电网，就可以因为有源滤波器不需要直接对谐波电流消除，串联后产生的补偿电压也只含有有谐波电压，功率容量小，因此具有很好的经济性。
结束语：总之，谐波问题是破坏电力系统安全、稳定、可靠运行的关键因素，严重地影响着建筑电力用户对于电力的正常使用，因此，建筑电气设计的工作人员，目前必须加大对于谐波问题的研究力度，并且采取有效的措施，对此问题加以解决，以维护建筑用户的电力使用效益。
参考文献
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[3]齐立芬，姚宁.电力系统中谐波的产生、危害和抑制方法分析[J].煤炭工程.2010.
论文作者:王宇航
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/22
标签：谐波论文; 滤波器论文; 无源论文; 电容器论文; 电流论文; 民用建筑论文; 频率论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;