关于现代建筑电气设计中电源谐波问题的探讨

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1、讨论与建议DISCUSSIONANDSUGG]ESTION关于现代建筑电气设计中电源谐波问题的探讨顾继明(江苏省建筑设计研究院有限公司，江苏南京210029)摘要：随着经济发展和人民生活水平的不断提高，对电力需求越来越大，与此同时对供电质量和可靠性要求也越来越高。本文结合笔者多年工程的实践经验，对谐波存在于智能建筑中的危害进行了分析，并针对目前在建筑电气设计中应用的谐波治理措施作了比较与分析，谨供大家作参考之用。关键词：民用建筑；电气设计；配屯系统；谐波污染；用电负荷中图分类号：TU855文献标志码：A文章编号：1674—3024(2012)06—0

2、97—04引言近年来，现代建筑逐步向智能化方向发展，建筑电气系统中包含的自动化设备逐渐增多，各种会产生谐波污染的用电负荷越来越多，特别是近几年来建筑智能化的飞速发展。使得谐波污染也日趋频繁。众所周知，谐波污染主要由谐波电流产生，而谐波电流产生的原因主要是谐波电流源。现代智能建筑中，用电负荷以计算机、网络和现代通信系统以及大量的电子、电力电子设备等对谐波敏感的非线性负荷为特征，对供电质量有特别严格的要求。因此本文分析了建筑电气设计中电源谐波的相关问题。1谐波电流源的定义国际上公认的谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。

3、所以从定义上可以看到只要电压或电流波形是非正弦的，它就含有谐波。对于电阻、电容、电感这类线性负载而言，加上正弦电压后电流也是正弦的，而对于非线性负载它加上正弦电压后会产生非正弦电流，这些非线性电流注人到电网中就是谐波的来源。电气设备中有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波，称之为谐波电流源。一般按其机理特征可分为四大类：参数型谐波源、调制型谐波源、暂态型谐波源与动态型谐波源。通常在工业用电系统中，主要谐波产生原因为动态型谐波源(如电弧炉)，其三相整流装置所产生的主要是5次及5次以上的高次谐波；而常见的电气设备中多数为调制型谐波源，如计算

4、机、家20129第6期用电器、软起动器等含有的整流器、逆变器及变频器等，这些装置产生的主要是3次及3次以上的特征谐波；另外，由于变压器磁化曲线的非线性，其产生的励磁电流也含有高次谐波分量，主要是3次和5次谐波，称为暂态型谐波源。还有一些参数型谐波源，如在一些公建设计中常采用的气体放电灯，其工作电流就含有谐波。2谐波的危害及产生原因无论是智能化办公大楼、高级宾馆、高级公寓，还是普通住宅小区，除了特殊情况之外，电力来源都是出自公用电网，一方面，公用电网中谐波问题的存在导致了供电质量的下降，它使用电设备所处的运行环境变得恶化，也对周围的通信系统和公用电网以

5、外的设备带来了危害。另一方面，智能建筑中的电力电子设备如整流、逆变、交流调压、变频等；家用电器如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等；高新技术应用的多种设备如电子计算机、敏感电子器件、激光切割设备、卫星传送器、核磁共振设备、节能灯等的广泛应用，又产生了大量的谐波，对公用电网的供电质量产生影响。谐波对电网的危害除了造成线路损耗之外，还会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，甚至产生严重的事故。经过大量的工程实践后可知，谐波电流会使输电损耗变大，损害电力电容器，增加变压器的损耗，使电动机过热和运行不稳定，影响计算机和通信设备等弱电系

6、统的正常运行，造成继电保护误动作等诸多危害。例如，在三相电流平衡但有3次谐波的电流回路中，中性线往往会因为谐波建筑建材装饰97讨论与建议DISCUSSIONANDSUGGESTION电流的叠加而发更多热，设计时需要考虑降低系数来增大回路的载流量，其值如表1所示。表1降低系歙相电流内3次谐波含量／(％)降低系数按相线电流选择截面／mm按中性线电流选择截面／mm对其产生的源头进行分析：在建筑电气设计中，一些用电负荷主要由电机负荷、电加热负荷和照明负荷三大部分组成。工程中电机绝大部分采用变频驱动，如增压泵电机。根据变频器的变频原理，变频器输入侧为整流回路，

7、具有非线性特性，所产生的高次谐波使电流源的电流波形、电压波形发生畸变，变频器输出侧为脉宽调制控制，从而使得输出电压、电流波形中均含有高次谐波。电加热器则一般采用大功率晶闸管移相调压控制手段对温度进行控制，也称交流调压器控制，通过控制晶闸管的导通角调节达到调压目的，由此造成电源电流为非正弦电流，从而使调压器输入电流出现谐波。波形图如图l所示。(一)线性负荷下的渡形(b)非线性负荷下的波形圈1渡形圈比较在一些建筑中，照明设计除了在一些大空间场所使用气体放电灯，也会大量使用荧光灯和电子镇流器，荧光灯的伏特性是严重非线性的，产生严重的谐波电流，其中以3次谐波

8、含量最高。另外，电子镇流器的大量使用，使得有些工程在变电站低压侧的电压总谐波畸变率THD有时高达20％，远高