谐波对建筑电气设计的影响及对策研究

仇玉敏

摘要：建筑电气系统内，谐波的危害非常大，不仅影响电气设备、系统的运行，更是潜在火灾、过电压等问题，不利于建筑内居民的安全性，同时增加了电气设计的压力。建筑电气设计中，掌握谐波的实际影响，在此基础上，才能全面落实谐波治理的对策，缓解电气设计的压力，规避谐波的干扰，维护建筑电气设计的可靠性。

关键词：谐波;建筑电气设计;影响;对策

一、谐波对建筑电气设备的影响

1.1谐波对变压器的影响

1.1.1影响变压器输入输出电压

在谐波电流的影响下，变压器会形成集肤效应，变压器内部很多参数都会发生改变，假设变压器具备了T型等效电路，在此前提下会将不同谐波分量当做电流源在变压器上叠加，以此形成谐波作用下的等效电路，对于第n次谐波来说，变压器谐波T型等效电路模型如图1所示。

不管所带上级电网为谐波源还是负载为谐波源，变压器谐波电流都会增加，进而使原边或副边电压质量发生变化，使得谐波电压畸变率增加，使用电设备受到损坏。如果谐波蹿到高压侧，这时会对高压电网造成污染，甚至对供电质量造成严重影响。从整个变压器构造来看，变压器由铁芯、线圈等部分组成，铁芯材料选择、制造工艺及结构设计都各不相同，因此图1中电抗、电阻等相关参数会随之发生变化，最终使变压器输入输出电压质量进一步恶化。

1.1.2影响变压器损耗

如果谐波电流经过变压器线圈，那么线圈周围将会出现交变磁场，线圈中电流的分布就会不均匀，集中在线圈的表面，这就是集肤效应，集肤效应的出现将会增大导体抗阻和损耗。随着变压器制造工艺的提升，在不考虑变压器自身谐波对电网影响的前提下，谐波将会对变压器损耗产生严重影响。变压器损耗主要包括空载和负载两种损耗，其中空载损耗是指在变压器内部铁芯叠片中发生的现象，磁力线将会出现周期性变化，磁力通过材料的过程中，由材料磁滞及涡流产生的，其大小与运行电压、分接头电压都存在紧密的联系;负载损耗是指由经过变压器绕组负荷电流所产生的。通常情况下，空载损耗和负载损耗为变压器主要损耗，因此要想对变压器损耗进行分析，其中杂散损耗可以不考虑，在集肤效应的影响下变压器线圈阻抗将会进一步加大。

1.2谐波对导线的影响

1.2.1影响线路损耗

①如果低压配电系统有谐波电流存在，导线将会产生线路损耗。②以电缆直接埋地敷设为例，地和导体就是电容的两极，导线绝缘材料及相关中间材料就是电容介质，那么实际上理想的电容器是不存在的，不可能电流刚刚超前电压90°，图2为电流通过导线的等效电路图、理想介质损耗及实际介质损耗示意图。

1.2.2影响中性线

在电气设计过程中，谐波的产生将会增加线路损耗，进而出现相线过载的问题。在三相四线制、三相五线制两种配电系统中，谐波对中性线的影响非常严重，拿一般民用住宅来说，因为以前家用电器非线性负载数量少，谐波造成的影响通常忽略不计，这是要是因为中性线通过的电流比较小，但是随着电气设备的快速更新，非线性负载越来越多，因此电气回路中谐波电流快速增长。很多建筑都发生了电气火灾事故，其主要原因就是非线性设备越来越多的进入到家庭用户中，造成导线绝缘劣化。

1.3谐波对电容器的影响

谐波一旦出现，电容器就会出现额外功率损耗，加剧电容器绝缘介质老化的速度，大量谐波电流随之出现，这时电容器和其他系统元件将会出现谐振反映，整个电容器运行都将进入到超载状态中。这种情况下，和电容器连接的线路和设备，都会受到闪变、超压等问题的影响，进而面临局部甚至大范围的损害。

二、建筑电气谐波治理的对策

2.1变压器控制

（1）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，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;（2）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Dyn11的接线方式。

2.2导线控制

电气系统导线的控制，主要是通过导线截面积控制，治理谐波问题。根据谐波对电气系统导线的影响，分析导线截面积的控制方式，如：（1）谐波电流<15%基波电流，中性线=相线界面;（2）谐波电流≥15%基波电流，相线采取了明敷的方式，需要降低相线的截面积，便于增加带电导体的距离，预留导线散热的空间，促进谐波额外热量的散失，减少了导线的载流量，利用降低系数的方式，校正电气系统内的导线设计，提高导线在电气设计中的可靠性。

2.3电容器控制

电容器在建筑电气设计中，规避了潜在的谐振风险，预防谐波放大超压的问题。结合某建筑电气设计中谐波的治理，分析电容器控制的方法，如：（1）电容器中串联电抗器，变化电气阻抗，控制电容器的谐振点，同时控制电抗率，消除潜在的谐波源;（2）电容器的容量设计，需重点考虑电容器的无功补偿，电气设计中的谐波电流，会经过电容器的阻抗，此时标记好电容器内的电流，计算出电容的容量，便于抑制电气设计的谐波。

2.4发电机控制

建筑电气设计谐波治理中，发电机的控制，围绕变频器、额定功率展开。例如：某民用的建筑工程，电气设计内，电机电流=350A、电压=380V，承载着大量的变频设备，谐波畸变小于10%，在此基础上，选择恰当的发电机，保证发电机的运行能够抑制谐波的危害，保障电气系统内发电机的稳定性。

2.5滤波器安装

谐波治理中，可以根据电气设计的状态，安装滤波器，专门用于过滤电气系统内的谐波。例如：某建筑电气设计中，采用了无源滤波器，串联到电容-电抗组内，达到谐波治理的目的，该建筑在选择无源滤波器时，要充分考虑额定电压、电抗率等信息，低于该建筑电气系统内的5次主谐波，配置并联的无功补偿电容柜，提升谐波抑制的水平。除此以外，还包括有源滤波器、混合滤波器等。

三、结语

目前谐波已经严重影响到了电力系统运行的可靠性和安全性，因此，必须加大对谐波问题的研究深度，采取有效措施解決谐波问题。随着近年来我国社会经济水平的快速发展，绿色建筑电气设计中谐波问题开始引起人们的重视，这种情况下电气设计人员应清晰的了解谐波的危害，采取有效措施提升供电质量。

参考文献：

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