李恒富

【摘要】随着我国经济的快速增长，民用建筑电气系统的安全性也受到了人们的重视。电器产品在日常生活中占据了大部分的电气系统，逐渐出现了谐波问题。本文通过分析民用建筑电气系统中谐波问题的特点提出几点有效的治理措施。

【关键词】电气系统；谐波；特点；治理方法

谐波问题大部分都是由于非线性负荷存在电气系统中而产生的，对于变压器、电容器、电动机等都会产生危害，目前谐波干扰已经被列为电气系统的三大公害之一，引起了人们的重视。

一、谐波产生的原因

谐波在电气系统中产生的主要原因和以下两方面有关：

（一）电源本身以及输配电系统产生的谐波

理论上来讲，发电机是由三相绕组组成的，因此其必须完全对称，发电机内的铁芯也一定要完全一致，这样才能产生完美的三相正弦电压。由于技术或设备等原因，在制作发电机三相绕组时是很难做到绝对对称的，而且铁芯也不是均匀一致，这样的问题会使电源产生谐波电势，但由于其值很小，一般可以忽略。

产生谐波的原因大多数是输配电系统中的变压器出现问题。由于铁芯饱和时磁化曲线并不是线性的，相当于非线性器件，变压器就会因为饱和度过大导致波形畸变，成为了谐波源。而且在处于经济上的考虑，在设计变压器时会使磁性材料在磁化曲线的近饱和区段工作，使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。

（二）用电设备产生的谐波

当电网中接入非线性负荷时，就算所加电压为正弦电压，电流流经非线性负荷之后还是会形成非正弦电流，从而产生了谐波，另外还会使得其他并联在电网中的线性负荷线路中也产生谐波。

二、谐波源的电器

随着新时代的发展，电气领域也在开发新的技术，特别是电力电子技术的发展。由于引入电气系统中的非线性负荷越来越多，谐波问题也越来越严重了。在民用建筑电气系统中含有谐波源的主要有以下几种电器：

（一）发电机和变压器

民用建筑供配电系统中的发电机和变压器必然会产生一定的谐波。

（二）电动机

电动机主要存在于民用建筑中的空调系统、给排水系统和电梯系统中，如果电动机的定子或者转子线槽中存在少许不对称或三相绕组的缠绕方式就会产生谐波电流。另外磁芯饱和也将产生谐波电流。

（三）气体放电类光源

随着科学技术的进步民用建筑在照明方面开始使用荧光灯、紧凑型节能灯与金属卤化物灯作为主要光源，它们比白炽灯的效率要高许多。但在这其中由于白炽灯是线性负荷，不会产生谐波，而荧光灯、紧凑型节能灯和金属卤化物灯等气体放电类光源其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

三、谐波产生的危害

（一）增加变压器损耗

通常，谐波损耗来源于变压器线圈中越来越多的热量耗散和趋肤效应以及铜耗和铁耗。这种热效应会显著减少变压器绝缘材料的使用寿命，随着谐波频率的增高，趋肤效应就会愈加严重，因此高次谐波分量比低次谐波分量更易引起变压器的发热。谐波电流还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件的发热，并有可能引起变压器局部严重过热。谐波还会引起变压器的噪声增大，变压器的振动噪声主要是由于铁芯的磁致伸缩引起的，随着谐波次数的增加，振动频率在1kHz左右的谐波使混杂噪声增加。

（2）缩短电动机寿命

与变压器类似，电动机也会因为谐波而引起附加损耗和产生热效应。因为导线的有效电阻是随着频率的增大而增大的，所以在有效值相同的前提下，绕组导线上含有大量的谐波电流要比正弦波形的电流产生的热量多，这种热效应严重时使电动机过热，缩短寿命。另外，正序谐波和负序谐波引起的磁通势和基波频率下磁通势相互作用产生了不同频率的转矩分量，这种谐波转矩引起了电动机的机械振动和噪声。

四、民用建筑电气谐波的治理方法

目前对民用建筑电气谐波治理可采用两种方式，第一种，改变负载运行方式，减小负载谐波电流注入电网，尽量使单相负载在三相配电系统中平衡运行，增加三相负载的脉动数从以达到减小谐波电流的效果；第二种，在装设滤波器为谐波电流提供支路以减小电流注入电网，滤波器包括无源滤波器和有源滤波器两种类型，有源滤波器效果较好，但由目前的技术来说其稳定性和经济性要比无源滤波器差。无源滤波器又包括并联LC滤波器，中线串联阻断器类型，以及曲折接线变压器型。对于设计成熟的建筑电气，采用第二种方式较为自由和方便，以下将着重分析不同结构形式的无源滤波器在民用建筑电气中治理谐波的优势。

（一）调谐LC滤波器

调谐LC滤波器可以对单相系统、三相系统以及三相四线制系统进行谐波抑制，具有非常广泛的使用范围。LC滤波器常采用单调谐形式，传统的单调谐滤波器为并联形式，为了提高滤波器效果，在负载上游用来进行谐波治理滤波器也常设计采用串联电抗器和并联电抗器相组合的方式进行抑制谐波，国外的MTE、Schaffner以及国内的航天706所均有成熟的现成产品。单调谐滤波器利用R、L、C电路串联谐振原理构成，通常也具有无功补偿的功能。

（二）中线串联型滤波器

为了抑制中性线谐波电流。可在三相四线制中线串联滤波器。串联阻断器将电容电抗串联，设置谐振在3次，从而对三次谐波形成高阻抗回路。为了能有更显著的抑制作用，应对中性线电流使用阻断器。在负载不平衡情况下，谐波抑制性能也较好。串联阻断器会引起中线电压偏移，增大中线阻抗。在电容滤波的整流桥，零线电压漂移将稳定为30～40V左右，若整流桥中具有电抗器，则零线漂移将随中线电流的增大而增大，影响负载端电压。串联阻断器对中线零序谐波电流具有抑制作用，但是对与相线上5次、7次谐波电流具有放大作用。