杨江
哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨150090
摘要：在交流电网中有较多非线性电气设备，这些设备在投入运行时，其电压、电流的波形不是完整的正弦波，是畸变的非正弦波，从而产生大量的谐波，而谐波的产生会对电气设备的使用、性能及使用寿命造成直接的影响，进而影响了整个电气系统的运行。因此，有必要对谐波的来源及其危害进行总结和分析，然后采取适当的措施对谐波进行治理，有效提升电气设备的使用效果。
关键词：电气设计；谐波影响；滤波装置；优化对策
引言：若要做好建筑电气设计工作中的谐波治理工作，一方面需站在谐波产生角度，确定谐波的物理特征，判定可能对电气系统带来的损害，并提出针对性的解决意见；另一方面还需从滤波装置、线路管控与保护装置等角度判断适宜的谐波解决对策，确保从根源上解决谐波问题，以便使电气设计质量与水准可控。基于建筑电气设计中谐波特征与影响展开分析，在明确谐波问题的有效解决对策同时，期望能够为后续建筑电气设计工作的开展提供良好参照。
1谐波产生的来源
1.1照明设备产生谐波
荧光灯中含有电子镇流器，电子镇流器的整流电路流及高频逆变电路会产生大量的谐波电流，即便是电感整流器也会产生少量的谐波电流；气体放电灯，在电弧放电时因负阻抗特性而产生谐波电流；LED灯的驱动电源也会产生谐波，尤其LED大屏幕会产生较多的谐波。
1.2铁芯设备产生谐波
铁芯设备主要为各种变压器及铁芯电抗器，变压器中的铁芯具有非线性的磁化特性，当工作磁密在磁化曲线的近饱和段时，磁化电流会呈现含有奇次谐波的尖顶波形，其大小与磁路的结构形式及铁心的饱和程度有关，铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。而当变压器处于空载或是轻载的状态时，虽然空载电流较小，但空载电流中的谐波在线路电感和对地电容的放大下，以及变压器数量多，就会产生不小的谐波。
1.3生活日用电器产生谐波
生活日用电器在使用时，常会对其进行电压通断控制或电压调整，从而产生谐波，如电脑、电视机、电磁炉、电烤箱等；变频空调机产生谐波。
1.4换流设备产生谐波
换流器利用整流元件的导通、截止特性强行接通和切断电流，产生谐波电流，这种设备主要包括整流器、逆变器、变频器等，在建筑中这些设备具体为变频空调、变频电梯、变频水泵、UPS和电脑及大的开关电源、核磁共振、CT及造影仪等医疗设备、弱电机房服务器、地下室电动汽车充电设备等。
2谐波对建筑电气设计工作的影响
从低压配电系统设计的角度来看，谐波电压和电流对低压系统的正常使用会造成较大的影响，如果没有有效的控制和强制啊，不仅会影响电子设备、电器元件、电器设备的使用寿命，使居民的生活和工作用电环境质量变差，而且对周围的无线通信环境造成干扰，对无线信号造成不必要的损害。特别是现代建筑中，随着家用电器数量和功能的增加，用户越来越关注建筑用电质量，如果继续使用原有的电气系统设计规范和标准，势必会造成更多的谐波干扰问题，最终影响整个建筑的供电质量。在调查的基础上，谐波对建筑电气设计的影响可归纳为以下几个方面的讨论。
首先，在谐波电流高于相电流的环境下，势必会诱发三相负载不均衡的情况，诱使电力系统内的变压设备发热，造成电气设备加速老化、能耗水平增高与噪音等问题，久而久之，变压器功能无法彻底发挥，导致功率下降与电压过载等问题出现。
其次，从能源传输角度来看，谐波电流通常强于常规电流，受线缆阻抗值的影响，线缆的功率损耗明显增大，甚至会诱发线缆发热等状况，使线缆的使用寿命与安全性无法得到保障。期间，甚至容易直接对绝缘层造成伤害，使建筑电力系统出现接地故障等风险，不但会因为漏电等问题威胁住户的生命安全，而且受高温影响，也极易产生火灾。再次，谐波极易诱发电压与电流畸变，受电力系统波动等影响，其中噪声与振动频率会增高，使居民在日常使用中产生恐慌情绪。
最后，谐波自身能耗通常高于常规电力系统，在电流与电压波动性影响下，线缆与电容器等装置势必会承受更高的能耗，最终使电容器等装置的使用寿命缩短。而基于调查资料可知，受谐波等因素影响，电容器与线缆等部件也极易产生谐振反应，不但极易诱发装置短路等故障，同时与电容器相连的设备和线路，也极易被烧毁，最终损害住户生命与经济安全。另外，感应式电机作为建筑电力系统能源的产生渠道，在谐波环境中，会将部分能量以热量的方式从线缆与设备中消耗，极大增加电机运转的能耗，同时也会加速电气系统的老化速度。
3解决谐波对建筑电气设计影响的对策
基于建筑电气设计中谐波的来源及危害，在电气设计的过程中应通过适当的方式来加强谐波的治理，降低其对电气系统的影响。
3.1减少谐波出现的频次
要从源头上来控制和减少谐波的出现，这也是减少谐波影响的最主要措施。可以改善电力供应，以抑制谐波对电力系统的影响。通过增加电源可以将电缆的截面进行改善，避免集肤效应的产生，这样可以很有效地遏制谐波的产生。因为谐波对变压器的影响很大，要结合实际情况，及时更换新的变压器。使用和设定专用的变压器能够有效抑制谐波的产生，减少其对电气设计的影响。
3.2滤波器检查
滤波器的检测也是减少谐波对电气设计影响的有效途径。根据滤波器的特点，可以分为有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。谐波的产生可以用有源电力滤波器快速检测出，这也是其较为突出的特点，并能迅速做出反应。它在整个电气系统中对非线性负荷系统进行了全面的测试，与非线性负载相连，以保证谐波能被及时滤除，减少谐波对电力系统的影响。将无源滤波器与电容器相结合，可以实现检测和分析某些谐波。采用有源滤波器和无源滤波器相结合的混合滤波器，可以保证系统的正常运行，避免系统烧毁，它可以通过设备对谐波进行滤波和控制。
3.3电力系统采用滤波保护装置
在电力系统整体设计过程中，电力系统保护装置是最为重要的组成部分。因此，对于易受谐波影响的电力系统，有必要安装滤波保护装置来对谐波进行控制，减少其影响。滤波保护器能保证电力系统的正常运行，有效降低电力系统谐波的不利影响，这是电力系统稳定运行的前提保证。选择合适的磁场作为有效磁场来处理谐波，减少谐波对电力系统的影响，利用磁场来进行相互作用。采用超微晶吸收和消除谐波，以此材料作为主体，来保护滤波装置。
3.4应用谐波保护器
谐波保护器同样也是建筑电气系统谐波治理中的重要组成部分。谐波保护器是通过特别设计的电路来吸收各种谐波的干扰，降低电气系统中的谐波量，进而达到治理谐波的效果。该方法具有非常高的可靠性，特别是针对电气系统中的重要设备、灵敏度较高的设备而言，可通过主动谐波保护器来防止谐波的进一步侵入，治理的效果较好，能将谐波在发生源处就进行消除，滤波效果较好。
结束语：综上所述，随着我国建筑行业开始向着绿色的方向发展，谐波治理工作也逐渐受到了更多的重视。在建筑电气系统设计的过程中，设计人员应先明确谐波的产生源，明确谐波对电气设备的危害，并在此基础上通过各种方式对谐波进行有效治理，降低其对电气系统的危害，包括各种滤波器的使用、供电环境的改善、无功补偿装置的加装等，有效对谐波进行治理，为建筑电气系统的正常运行及电气设备的稳定运行奠定良好的基础。
参考文献：
[1]袁红.基于傅里叶变换的居民建筑电气谐波检测仿真[J].计算机仿真,2019,36(10):112-115.
[2]刘晖.探讨建筑电气节能设计[J].中华建设,2019(09):74-75.
[3]李恺恺.谐波防治和无功功率补偿在医疗建筑电气设计的应用[J].建筑技术开发,2019,46(11):29-30.
[4]吴奕颂.住宅建筑的电气节能技术研究[D].北京建筑大学,2018.
[5]廖燕丽.分析建筑电气谐波检测方法[J].通讯世界,2018(10):180-181.
[6]陈爱平.建筑电气设计中谐波治理措施的应用[J].通讯世界,2018(09):113-114.