摘要：民用建筑的设计行为涉及到民用建筑的质量，在民用建筑设计中，电气系统设计一直是设计人员关注的重点，而在电气设计过程中，需要重点排除的是谐波的危害，要不断制定出完善的谐波危害的抑制方案。本文在探究民用建筑电气系统设计时，就是以谐波危害为主要的研究对象，并积极的探寻更加有效的谐波危害的抑制方法，以提高电气系统的整体稳定性，确保持续供电和用电安全。
关键词：民用建筑；电气设计；谐波危害；抑制方法
引言：
民用建筑的电气系统自民用建筑形式不断变化以来，已经产生了较大程度的变化。再加上人们娱乐生活的逐渐丰富，使得传统的基础的电气系统中的设备类型不断增加，电子系统中国娱乐性质的电器设备越来越多。对于当前的民用建筑的电气系统设计而言，应关注系统中的谐波危害，尽量降低其对电气设备正常运行的影响。要深入的研究导致谐波出现的各个原因，并有针对性的对其进行抑制，为人们的日常生活提供安全的用电环境。
一、民用建筑的电气系统设计工作中常见的谐波产生环节
谐波是一种会对电气系统的正常运行产生严重影响的波形，和基波等波形不同，谐波的波形经试验可知，其具体的波动幅度较大，且在每两个时间分隔来看，呈对称分布，具体见下图1。认识到谐波的危害，并找出电气设计工作中常见的谐波产生环节，已经成为当前民用建筑电气设计工作的重点。
图1谐波电流实验波形
（一）电源本身与输电系统所产生的谐波
在一般的发电机设备中，其基本构成大部分为三相绕组，在实际的发电机设备中，要尽可能的对称布置发电机内部的三相绕组，同时要保持完全一致的发电机的铁心，在这些基本设置达到标准要求的情况下，发电机自身产生的三相正弦电压才能满足其自身稳定运行的要求。在实际的发电机设备中，制作三相绕组时很难保证绝对对称，原因在于存在很多因素会影响发电机三相绕组的配置以及铁心的统一布置。在这样的情形下，就会致使发电机设备不仅产生基波，还会产生谐波。但是根据具体的情况可知，发电机产生的谐波的大小是有限的，其谐波数值相对较小，不需要特别的注意。而需要特别关注的则是电气系统中变压器可能产生的谐波，这种谐波在输电以及配电系统运行过程中会产生较大的危害，且当变压器相对饱和时，还会出现谐波源现象。当铁心饱和时，这时去关注磁化曲线可知，其呈现非线性的变化，且饱和度较大，则会导致谐波变形程度增大。在电气系统设计过程中，设计人员要关注到工程成本，因此，常常在磁性材料工作状态下，不断促使其接近磁化曲线的饱和区域，最终出现磁化电流的尖顶波形，从而出现奇次谐波。在分析谐波大小时，还需要考虑磁路的实际结构形式以及铁心的实际饱和度，二者都会影响谐波的实际大小。
（二）用电设备中的谐波
当将非电性负荷与民用建筑的电网相接时，正线电压是当前的电压形式，但是由于已经接入了非线性负荷，一旦有电流经过，就会导致非正弦的电流出现，而非正弦的电流的出现则会导致谐波产生。在谐波产生的过程中，一些与非线性负荷并联的线性负荷也会有相应的谐波产生，但是在实际的谐波构成中，主要还是非线性的符合。
二、民用建筑电气系统设计工作中常见的谐波危害
随着节约型社会步伐的推进，民用建筑电气中谐波产生增加了电费支出和电能的消耗。与此同时，谐波还会造成其他方面的危害。
（一）影响供电系统的稳定运行和供电质量；在供电系统中的敏感元件，例如电力线路和电力变压器，容易受到谐波影响而产生误动作；谐波电流在系统阻抗中会产生谐波电压，使供电电源波形严重畸变，大量的谐波电流在系统中流动，并且其中大部分谐波流向电源（变压器）侧，使得电网中电压与电流畸变，进而降低电网的电压和浪费电能。
（二）缩短电机的使用寿命
电动机是民用建筑电气系统中的关键设备，而在电气系统中常见的谐波危害则表现在电机方面。谐波的出现对于电机而言，会使其产生大量的热效应，从而使其自身的附加损耗增加。谐波抑制人员要尽可能的考虑电机的谐波损害，关注导线位置的谐波。当具有相同的有效数值时，谐波在绕组的导线位置较为丰富。且谐波较为丰富的位置会产生更多的热量，从而使发动机产生较多的热量，影响其自身的正常运行。长时间在发热过多的状态下运行，会缩短电机使用寿命，甚至导致电机损坏。
（三）导致电容器损坏
电容器的存在，主要的作用是实现无功补偿，从而使功率的实际因数得到最大范围的提高，电容器常安装在负载位置。电容器是电气系统中的重要构成，当电容器中谐波过大时，很容易导致电容器产生较多的功率损耗，从而致使电容器产生过多的热量，使电容器老化现象加重，从而出现设备损坏。电压受到谐波的影响，其波形中会出现尖顶，这种波形会增加电容介质的局部放电情况发生的频率，同时使绝缘介质的老化程度加快，不利于电容器的长期使用。
（四）增大变压器的实际损耗
谐波危害和变压器的关系体现在谐波损耗与变压器相应环节损耗之间的关系，变压器线圈出现热量耗散、铜耗、铁耗以及趋肤效应时，就会产生实际的谐波损耗。这里提到的趋肤效应指的是谐波损耗与变压器损耗均为电流有效数值的二次方函数。根据实践情况可知，和低次谐波相比，高次谐波的实际分量会引发更多的变压器的发热现象。在变压器中，若谐波的实际频率不断的增加，其自身会表现出越来越明显的趋肤效应。且越来越多的谐波会导致电流增加，从而影响发变压器外层硅钢片、部分紧固片以及外壳，使其散发的热量增加，且会出现局部受热现象。变压器在运行过程中，受到谐波的影响时，其铁心会出现伸缩，并会表现出噪声增加等现象。
谐波电流还会产生的电磁干扰，以及引起变电站局部的并联或串联谐振，使正常的供电中断、事故扩大、电网解裂等，并且会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。
三、民用建筑的电气系统设计工作中有效的谐波抑制方法
“凡事预则立不预则废”，为贯彻和执行国家有关建筑节能的方针政策，在民用建筑电气工程中，预防和减少谐波的产生，进而达到响应节能的方针。因此，为确保建筑电气电网的安全、稳定和有效运行，保证电能质量，以便能够更好的为群众服务，需要对建筑电气中产生的谐波源采取有效的预防措施：
（一）安装滤波器
滤波器是一种专业的吸收谐波电流的设备，其常常被用在抑制电气系统中的谐波危害之中，尤其是比较容易受到谐波危害的场所，更需要安装滤波器。在安装滤波器时，要安装在合理的位置，一般安装在变压器的低电压母线位置。经实践可知，在这一位置安装滤波器能够有效的对不同类型的谐波进行吸收，同时能够有效地降低谐波分量。在安装滤波器时，安装人员有两种滤波器可供选择，包括有源滤波器和无源滤波器，两种滤波器的工作原理有所差别，对于选用无源滤波器的工程而言，其在发挥谐波抑制作用时，是一种传统的思路，需要通过LC 谐振对谐波流进行分析，而在使用无源滤波器的过程中要把握住供电系统的相关参数，对无源滤波器安装活动进行相应的计算，确保得出科学精准的参数，为无源滤波器的正常运行提供支持。无源滤波器在谐波抑制中其实并不常用，原因在于其虽然能够起到对固定频率的部分谐波的抑制作用，但会导致出现系统谐振，在应用过程中，出现了较多的劣势。因此，在条件允许的情况下，要尽可能的使用有源滤波器来吸收谐波。有源滤波器的工作原理是，通过对功率半导体部件进行控制，从而向相应部位注入与谐波的电流频率几乎相等以及相位相反的实际电流，可以实现与谐波电流的抵消，最终使电源的实际总谐波的电流值达到0这一状态，可以看做是对谐波电流的实时补偿。
（二）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。
（三）最大限度增加线路中性线的截面面积
谐波电流产生时，供电干流中的中性线很容易受到其的影响，且影响较为直接和严重，当干线中的中性线受到严重影响之后，会致使一些超过相线的实际电流出现在供电线路中。而降低谐波对供电干流中心线的影响的有效的做法是增大线路中性线的截面面积，并使其增加到最大范围。而在整个中性线截面面积增大的过程中，设计人员要注重遵循相应的专业化的理论，对电流方面的中性线谐波进行专业测量，并分析测量结果，判断谐波的电流大小。若电流较大，则需要对中性线的截面面积进行增大，且增大到最大范围。在选择电缆电线时，则需要尽快选用四芯的电缆电线，这样能够将中性线抵抗谐波危害的效用发挥到最大。
（四）科学配置供电回路
民用建筑的电气设计人员在设计供电回路时，最关键的步骤是供电电压的合理选择，在控制供电电压的过程中，设计人员要尽可能的平衡三相电压，这样做的目的在于为抑制谐波危害提供基础保障。对供电回路进行科学的配置，要求设计人员集中地在一个或多个专业回路中放置非线性的设备。这样做的目的在于使回路中的大量谐波与部分谐波相抵消，对于一些非谐波设备而言，这样做能够降低谐波对其的危害。在供电回路配置过程中，要关注电容器这一关键的设备，其很容易受到谐波的影响，因此，要重点关注电容器的供电回路的设置，一般要使其处于更接近电源的位置。这样可以有效的规避谐波对电容器的影响，使其处于安全的运行环境中。
结语
民用建筑的电气设计人员要把握住谐波危害抑制这一工作重点，要认识到谐波产生原因的复杂性以及抑制谐波危害的重要性，全面制定谐波危害抑制方案。谐波产生的危害主要内容作用于变压器、电容器等重要的电气设备，因此，电气设计人员要重视抑制谐波，采用多种方法来抑制谐波危害，要根据具体的谐波产生原因及电气系统状况选择合适的谐波抑制方法，包括安装滤波器、科学配置回路等，这些方法都能够相对有效的使谐波危害降低，从而保障电气系统的安全稳定运行。
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论文作者:毕丽娴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/25
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电流论文; 抑制论文; 系统论文; 民用建筑论文; 电气论文; 《基层建设》2018年第32期论文;