摘要：著(zhù)重分析了智能建筑中引發(fā)諧波畸變的各類(lèi)擾動(dòng)源，并針對諧波畸變的危害，提出相應的防范措施。

　　關(guān)鍵詞：智能建筑 諧波畸變 擾動(dòng)源

　　1、引言

　　智能建筑三A系統（設備自動(dòng)化系統、辦公自動(dòng)化系統、通信自動(dòng)化系統）中大量自動(dòng)化設備需要高質(zhì)量的電源，但同時(shí)其中相當數量的設備由于具有非線(xiàn)性負載特性，又是引發(fā)諧波畸變的擾動(dòng)源。因此分析引發(fā)諧波畸變的各類(lèi)擾動(dòng)源，并針對諧波畸變的危害，提出相應的防范措施，對智能建筑中三A系統的安全運行具有重要意義。

　　2、諧波分析

　　依據國際電工委員會(huì )（IEC）在文獻［1］中制定了單次諧波電壓的兼容水平，即最大容許值。當各次諧波電壓低于文獻［1］規定的限值時(shí)，總的諧波電壓畸變不超過(guò)8％。該規定兼顧了供電系統與制造商的共同利益。

　　在GB／T14549-93標準中規定：380V電網(wǎng)中各奇次諧波電壓含有率限值為4％，各偶次諧波電壓含有率限值為2％�？偟闹C波電壓畸變率允許值為5％。以上均指相電壓。

　　GB50174-93（電子計算機房設計規范）在電源質(zhì)量分級中對諧波電壓畸變率提出明確限值。計算機房電源質(zhì)量劃分為A、B、C三級，允許諧波電壓畸變率限值A級為3％～5％，B級為5％～8％，C級為8％～10％。筆者認為智能建筑中其他自動(dòng)化設備對電源質(zhì)量的要求均可參考此規定限值。

　　總諧波畸變率THD是以基波為準的一個(gè)比值，用百分數表示，分為總電壓諧波畸變率和總電流諧波畸變率�？傠娏髦C波畸變率計算公式如下：諧波電流畸變能對電壓畸變產(chǎn)生很大影響，因此采取降低各類(lèi)電氣及電子設備的諧波電流至允許值，來(lái)滿(mǎn)足低壓配電網(wǎng)的兼容水平是行之有效的手段。在分析諧波電流時(shí)，應注意多臺設備產(chǎn)生的諧波電流具有一定規則的疊加性，也應考慮并非所有產(chǎn)生諧波的設備同時(shí)處于工作狀態(tài)。

　　依據上述有關(guān)標準，在國內標準對智能建筑低壓配電網(wǎng)總諧波電壓畸變率限值尚無(wú)明確規定時(shí)，筆者認為可考慮將電源系統的總諧波電壓畸變率限制在5％以下。若超過(guò)5％應適當采取防范措施，以保證智能建筑三A系統的安全運行。

　　3、智能建筑內容

　　主要請波擾動(dòng)源智能建筑中具有一定非線(xiàn)性負載特性的設備是產(chǎn)生諧波畸變的主要擾動(dòng)源，可歸納為以下幾類(lèi)：①照明系統中的照明鎮流器、調光設備（相位角控制器）。②計算機、復印機、打印機等辦公自動(dòng)化設備。③UPS不間斷電源及開(kāi)關(guān)電源。④電梯、空調等動(dòng)力設備中普遍應用的變頻傳動(dòng)裝置（VFD）。⑤其他具有一定非線(xiàn)性負載特性的電子控制設備。

　　以上①、②類(lèi)設備具有數量大、多臺型號規格相同、負載特性相同的特點(diǎn)，其中同種設備產(chǎn)生的諧波電流大致線(xiàn)性疊加，如個(gè)人計算機電流偕波畸變率可達75％，此類(lèi)設備對總諧波畸變率的影響不容忽視；③類(lèi)擾動(dòng)源UPS不間斷電源及開(kāi)關(guān)電源屬于非線(xiàn)性負荷，在它們的交流輸入也有大量諧波電流反饋至低壓配電網(wǎng)，使電網(wǎng)遭受污染；④類(lèi)擾動(dòng)源變頻傳動(dòng)裝置（VFD）產(chǎn)生的諧波可使輸入電流波形嚴重畸變。此類(lèi)設備（未采取防范措施時(shí)產(chǎn)生的諧波畸變對總諧波畸變率影響較大。

　　電網(wǎng)輸入上述設備的波形是正弦波，但由于該類(lèi)設備自身是諧波發(fā)生源，從而導致設備輸入波形畸變。

　　4、諧波畸變產(chǎn)生的主要危害

　�。�1）導致電力變壓器發(fā)熱諧波導致電力變壓器發(fā)熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加變壓器的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。變壓器的發(fā)熱程度直接影響了變壓器使用容量的降低程度。

　�。�2）導致電力電纜發(fā)熱 在三相對稱(chēng)回路中，三次諧波在三相導線(xiàn)中相位相同，在中性線(xiàn)上疊加后產(chǎn)生了3倍于相線(xiàn)的諧波電流和諧波電壓，導致中性線(xiàn)溫度升高。智能建筑中大量的OA設備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統中的占有率增大，因此諧波引起中性線(xiàn)發(fā)熱問(wèn)題值得關(guān)注。當高頻電流通過(guò)導線(xiàn)時(shí)，電流具有集膚效應，顯然高次諧波電流的存在使線(xiàn)路集膚效應加重，線(xiàn)路外表面電流密度加大，從而導致線(xiàn)路（相線(xiàn)及中性線(xiàn)）發(fā)熱。

　�。�3）導致對電子設備的干擾智能建筑中自動(dòng)化及電子信息設備均要求有較高的電源質(zhì)量，且都工作于低電壓水平，極易受到諧波的干擾而使控制失常�？刂剖С？赡芤�發(fā)三A系統的嚴重故障。

　�。�4）導致低壓配電設備工作異常諧波畸變可使配電用低壓電器設備（斷路器、漏電保護器、接觸器、熱繼電器等）發(fā)生故障。諧波電流使低壓電器設備鐵損、銅損增加，集膚效應加劇，從而產(chǎn)生異常發(fā)熱，誤動(dòng)作等故障。

　　5、諧波畸變的防范措施

　　鑒于智能建筑對三A系統運行的高可靠性要求，應適當采取消除或抑制諧波危害的防范措施如下：

　�。�1）在根據負載確定電力變壓器額定容量時(shí)，應考慮諧波畸變而留有格量。在民用建筑設計中一般應保證變壓器負荷率為70％～80％左右，該負荷率的工程裕量即可防范諧波引起的變壓器發(fā)熱危害。

　�。�2）在電纜截面選擇中應考慮諧波引起線(xiàn)纜發(fā)熱的危害。對于聯(lián)接諧波主要擾動(dòng)源設備的配線(xiàn)，確定線(xiàn)纜載流量時(shí)應日有足夠裕量，可適當放大一級選擇線(xiàn)纜截面。在三相四線(xiàn)制系統中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的集膚郊應對中性線(xiàn)的發(fā)熱危害，即在中性線(xiàn)截面的選擇中應有足夠裕量。

　�。�3）在設計和施工階段，建議采取以下措施抑制諧波對電子設備的干擾。

　�、贋樵擃�(lèi)設備設計專(zhuān)用回路供電，盡可能避免干擾沿供電線(xiàn)路竄入。

　�、跒橐资芨蓴_設備加裝線(xiàn)路濾波器，消除或抑制諧波分量，達到凈化電源目的。

　�、凼乖擃�(lèi)設備配線(xiàn)盡可能遠離諧波電流畸變嚴重的線(xiàn)路，以避免空間電磁干擾。

　�。�4）智能建筑中的變頻傳動(dòng)裝置（VFD）是主要的諧波擾動(dòng)源，建議采取以下措施抑制其引發(fā)的諧波畸變：

　�、僭谧冾l傳動(dòng)裝置上加裝一直流申接扼流圈，其可等效為在直流母線(xiàn)電容器前濾波電路中的一個(gè)電感，它可降低流入電容器的線(xiàn)路電流變化率（d i / d t），從而降低電流峰值。

　�、谠谧冾l傳動(dòng)裝置上申接輸入電抗器。該電抗器可過(guò)濾高頻干擾，提高防電涌水平和減少諧波。其作用原理也是減緩流人傳動(dòng)裝置電容器電流的d i / d t，從而降低了電流的畸變水平。電抗器按通過(guò)全電流時(shí)的電壓降標定，其常用值為3％～5％，一個(gè)3％的輸入電抗器可降低40％～60％的電流畸變。在廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品樣本中，常列出輸入電抗器供設計選用。

　�、勰承￢FD產(chǎn)品利用兩臺并聯(lián)的6脈沖整流器（12脈沖整流器）通過(guò)相位變換有效地消除諧波。一般是用特別設計的12脈沖變壓器來(lái)實(shí)現電源的相位變換，該措施能降低90％的電流畸變水平。

　�。�5）為克服諧波畸變引起的低壓開(kāi)關(guān)設備的發(fā)熱和誤動(dòng)作，建議按以下原則選擇低壓配電設備：熱磁型、電子型配電用斷路器應適當降低額定電流使用；漏電保護器除應適當降低額定電流使用外，尚應在選定額定電流靈敏度時(shí)考慮諧波的泄漏電流；接觸器、熱繼電器應適當降低額定電流使用；在諧波畸變較嚴重的配電回路中可放大一級選擇低壓配電設備。

　　6、結束語(yǔ)

　　智能建筑三A系統中存在尤其大量產(chǎn)生諧波擾動(dòng)的設備，在設計中應針對產(chǎn)生諧波擾動(dòng)的設備特點(diǎn)，采取適當的防范措施，這對消除諧波故障隱患是非常必要的。