谐波对建筑电气设计的影响及对策分析王新刚

谐波对建筑电气设计的影响及对策分析王新刚

王新刚

石河子建筑规划设计研究院新疆石河子832000

摘要：随着智能建筑的蓬勃发展，谐波污染不仅降低了电能质量，而且对用电设备的正常运行及其使用寿命带来负面影响。因此，安全、可靠、经济的建筑电气设计具有十分重要的实际应用价值。本文简单分析了谐波对建筑电气设备的几点影响，并探讨了建筑电气设计中谐波的抑制对策。

关键词：谐波；建筑；电气设计；影响；对策

引言

现代建筑各方面使用功能的完善都需要现代化的设备和装置作为硬件支持，例如通信设备、电气控制设备、数码办公设备等，但是各种电子设备、电气设备的大量应用，必然会产生谐波，对建筑电气造成危害。建筑电气谐波产生的原因主要包括两点：一是非线性负荷形成的谐波源造成配电系统的电流、电压畸变，从而造成电能质量下降；二是公共电网具有一定谐波含量，同时配电变压器也是一种谐波源。

谐波对电气设备、供电系统会产生很大的危害，不仅影响电能质量，甚至会导致电气系统绝缘损坏或是引发火灾。因此，在建筑电气设计中，必须要考虑谐波干扰问题，根据供电对象制定出科学合理的谐波治理方案，尽可能地减少谐波带来的危害，以保障建筑电气系统能够安全、可靠、经济运行。

1.谐波对建筑电气设备的影响

1.1对配电变压器设备的影响

变压器主要由线圈和铁芯组成，当谐波电流经过变压器线圈时，会导致变压器发出额外的热量，给变压器的额定容量造成影响，而且使变压器内部的电阻、电抗等参数也会发生改变，进而会影响到变压器的输入电压和输出电压。图1为变压器的T型等效电路，那么谐波分量流经变压器，能够在变压器上产生叠加，此时的T型等效电路就会成为谐波作用下的等效电路，叠加到第n次谐波时，就会形成如图1所示的谐波T型等效电路，此时变压器的输入电压及输出电压都会发生改变。另外，由于变压器的铁芯在材料、工艺及结构上有很大不同，这也是导致变压器输入电压以及输出电压质量不稳定的影响因素。

图2介质损耗示意图

1.3对通信线路的影响

谐波带来的干扰会给通信线路造成信号的失真，影响线路的通信质量，进而影响设备的正常工作，甚至造成通信线路的中断，严重的还会导致人身安全方面的事故。从电力系统来看，它的传输功率通常情况下都是兆瓦、千瓦为单位，但是从通信系统来看，它的功率通常情况下都是以毫瓦为单位进行计算，两者存在着较大的悬殊。所以，哪怕是电力网中较小的谐波分量，在耦合到通信线路的过程中，就可能会形成较大分贝的噪声，其中，不平衡谐波电流对通信系统干扰最大。且当电力系统与通信系统接地点邻近时，谐波电流会通过大地对通信系统产生干扰。所以为了降低谐波的干扰，应尽量采用绞线电缆或屏蔽电缆，使电力线路与通信线路留有一定距离，通信线路距离不宜过长，电力系统与通信系统接地点之间应保持一定距离。

2.建筑电气设计的抑制对策

2.1合理选用变压器

建筑电气设计中，治理变压器谐波的方式表现在两个方面，分析如下：第一，变压器的电气环境中，受到三次谐波的干扰，治理谐波时，可以在变压器的原、副边，连接成星型，在变压器的铁心柱位置上，安装三角形绕组，其不提供负载电流，在谐波激磁时，提供闭合成环的电流方式，促使铁心柱的磁通处于正弦波形的状态，排除三次谐波的干扰；第二，变压器的容量选择，促使绕组内构成环流，阻断谐波在变压器两侧的传递路径，防止谐波扩散，期间还要预防谐波的振动干扰，保证变压器能够承受振动压力，排除谐波的振动干扰，变压器配合容量选择，设计采用Dyn11的联结组接线方式。

2.2科学应用电力滤波器

在建筑电气设计中要科学应用有源滤波器和无源滤波器：一方面，采用有源电力滤波器是抑制谐波的有效手段，有源电力滤波器的主要构造包括电力晶体管和可关断晶闸管，大部分属于可关断的电力器件，可以利用电子控制器取代传统控制系统，从而保障系统为负荷发出稳定的正弦基波电流；另一方面，采用无源滤波器，指的是利用电容、电抗、电阻元件构成谐波电流滤波器，在谐波频率下，形成低阻抗回路以吸收谐波，在基波频率下，提供无功电流以改善功率因数，无源滤波器用于谐波电流和无功负荷比较稳定，自然功率因数较低，频谱特征明显。除通过滤波器检测并过滤谐波外，还可以采用滤波保护器来降低谐波的影响，保障电气系统中的用电设备及线路正常运行。

2.3安装谐波保护器

谐波保护器在建筑电气谐波治理中，主要排除电子设备引起的谐波，规范建筑电气系统内的电能质量。建筑电气设计中，安装谐波保护器，治理建筑电气系统内的谐波，一方面保护电气系统中的用电设备，另一方面净化电源能量，预防谐波引起频闪的情况，维护电气系统内各项电源设备的安全性。用户侧谐波保护器可以随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌杂波，矫正因谐波影响而产生畸变的电压波形，对噪声进行消化并把吸收的噪声能量部分返回到电网中，以矫正电网波形。用户侧谐波保护器具有体积小可导轨安装的特点，用于电话/网络机房、有精密仪器、对谐波敏感的场所。

结束语

总而言之，谐波对建筑电气系统的影响会随大量非线性负荷的使用而增加，不仅影响电气系统及设备的正常运行，更是潜在火灾、过电压等问题，因此，在建筑电气设计中谐波的影响应给予一定的关注，尽最大可能减少谐波危害，使之能够成为建筑电气行业的一个重要研究课题，认真做好建筑工程电气设计，选择合理有效的供电方案，减少谐波的发生，降低谐波的危害，提高供电质量，为我们的生活提供一个安全、舒适的用电环境。

参考文献：

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