智能建筑谐波畸变及其防范

1.引言
智能建筑的三A系统(设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统)中的大量自动化设备需要高质量的电源，但同时也有相当一部分是因其非线性负载特性而引起谐波畸变的干扰源。因此，分析引起谐波失真的各种干扰源，并针对谐波失真的危害提出相应的防范措施，对于智能建筑中三A系统的安全运行具有重要意义。
2。谐波分析
根据国际电工委员会(IEC)的规定，参考文献[1]建立了单次谐波电压的兼容水平，即允许值。当各次谐波电压低于参考文献[1]规定的限值时，总谐波电压失真小于8%。这一规定考虑到了供电系统和制造商的共同利益。
根据GB/T14549-93标准，380V电网中奇次谐波电压含量限值为4%，偶次谐波电压含量限值为2%。总谐波电压畸变率的允许值为5%。以上都是指相电压。
GB50174-93(电子计算机房设计规范)对电能质量分级中的谐波电压畸变率提出了明确的限值。计算机电源的质量分为A、B、C三个等级，允许的谐波电压畸变率限值为:A为3% ~ 5%，B为5% ~ 8%，C为8% ~ 10%，笔者认为智能建筑中其他自动化设备对电能质量的要求可以参考此规定限值。
总谐波畸变率THD是基于基波的比值，用百分比表示，分为总电压谐波畸变率和总电流谐波畸变率。总电流谐波畸变率的计算公式如下:谐波电流畸变能对电压畸变产生较大的影响，因此将各类电气电子设备的谐波电流降低到允许值，以满足低压配电网的兼容水平，是一种有效的手段。在分析谐波电流时，需要注意的是多个设备产生的谐波电流有一定的叠加规律，还应考虑到并非所有产生谐波的设备都在同时工作。【/br/】根据上述标准，当国内标准对智能建筑低压配电网总谐波电压畸变率限值没有明确规定时，笔者认为供电系统总谐波电压畸变率可限制在5%以内。如果超过5%，应采取适当的预防措施，确保智能建筑三A系统的安全运行。
3。智能建筑的内容
主波干扰源智能建筑中具有一定非线性负载特性的设备是产生谐波畸变的主要干扰源，可以归纳为以下几类:①照明系统中的照明镇流器和调光设备(相角控制器)。②电脑、复印机、打印机等办公自动化设备。③UPS不间断电源和开关电源。④变频驱动(VFD)广泛应用于电梯等动力设备，空。⑤其他具有一定非线性负载特性的电控设备。
上述①、②类设备具有数量多、规格相同、负载特性相同的特点，其中同一类设备产生的谐波电流大致呈线性叠加，如个人电脑电流谐波畸变率可达75%，此类设备对总谐波畸变率的影响不容忽视；③ UPS和开关电源是相似的扰动源，是非线性负载，大量谐波电流在其交流输入端反馈到低压配电网，污染电网；④具有相似干扰源的变频驱动(VFD)产生的谐波会严重扭曲输入电流波形。这类设备产生的谐波畸变(无预防措施)对总谐波畸变率影响很大。
电网中上述设备输入的波形是正弦波，但这类设备本身就是谐波的来源，导致设备输入波形失真。
4。谐波畸变造成的主要危害
(1)谐波造成电力变压器发热的原因有两个。一是谐波电流会增加变压器的铜损和漏磁损耗；第二，谐波电压会增加铁损。变压器的发热程度直接影响到变压器使用容量的降低程度。
(2)导致电源线发热。在三相对称电路中，三次谐波在三相导体中相位相同，叠加在中性线上后，产生三倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的OA设备和电子荧光灯增加了三次谐波在系统中的份额，因此谐波引起的中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导体时，电流具有趋肤效应。显然，高次谐波电流的存在加剧了线路的趋肤效应，线路外表面的电流密度增大，导致线路(相线和中性线)发热。
(3)对电子设备造成干扰。智能建筑中的自动化和电子信息设备对电能质量要求较高，且都工作在低电压水平，容易受到谐波的干扰，导致控制异常。控制不当可能导致三A系统出现严重故障。
(4)引起低压配电设备异常运行的谐波畸变，可使配电用低压电气设备(断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等。)失败。谐波电流增加了低压电气设备的铁损和铜损，加剧了趋肤效应，造成异常发热和误操作。
5。谐波畸变的预防措施
鉴于智能建筑对三A系统运行的高可靠性要求，应采取相应的预防措施，消除或抑制谐波危害，具体如下:
(1)根据负荷确定电力变压器的额定容量时，应考虑谐波畸变，并预留电网量。在民用建筑设计中，变压器的负载率一般应在70% ~ 80%左右，这个负载率的工程余量可以防止谐波对变压器发热的危害。
(2)电缆截面选择应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接主要谐波骚扰源设备的接线，在确定电缆载流量时，每天应有足够的余量，电缆截面可适当放大一级。在三相四线制系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的结皮，以应对中性线的发热危害，即在中性线截面的选择上应有足够的裕量。
(3)在设计和施工阶段，建议采取以下措施抑制谐波对电子设备的干扰。
①为此类设备设计专用电路供电，尽量避免干扰沿供电线路逸出。
②对易受干扰的设备安装线路滤波器，消除或抑制谐波成分，净化电源。
③使这类设备的接线尽量远离谐波电流畸变严重的线路，以避免空之间的电磁干扰。
(4)智能建筑中的变频驱动(VFD)是谐波干扰的主要来源。建议采取以下措施抑制VFD引起的谐波畸变:
①在VFD上安装一个DC扼流圈，它可以等效为DC母线电容前滤波电路中的一个电感，它可以降低流入电容的线电流的变化率(d i/d t)，从而降低峰值电流。
②将输入电抗器应用于变频驱动。电抗器可以滤除高频干扰，提高浪涌保护水平，减少谐波。其作用原理也是减缓流入人体传输装置电容的电流的d i/d t，从而降低电流的失真度。电抗器是根据通过全电流时的压降来标定的，其常用值为3% ~ 5%。一个3%输入的电抗器可以减少40% ~ 60%的电流畸变。在制造商提供的产品样本中，经常列出输入电抗器用于设计选择。
③有些VFD产品采用两个并联的6脉波整流器(12脉波整流器)，通过换相来有效消除谐波。一般采用专门设计的12脉波变压器来实现电源的相变，可以降低90%的电流畸变水平。
(5)为克服谐波畸变引起的低压开关柜发热和误动作，建议按以下原则选择低压配电设备:配电用热磁式和电子式断路器应适当降低额定电流；漏电保护器在选择额定电流灵敏度时，除了降低额定电流外，还应考虑谐波泄漏电流。接触器和热继电器应适当降低额定电流；在谐波畸变严重的配电线路中，低压配电设备可以放大一级。
6。结论
智能建筑3A系统中存在大量产生谐波干扰的设备。在设计中，应根据产生谐波干扰的设备的特点采取相应的防范措施，这对于消除谐波故障隐患是非常必要的。