智能建筑諧波畸變及其防范

1、智能建筑諧波畸變及其防范摘要：著重分析了智能建筑中引發(fā)諧波畸變的各類擾動(dòng)源，并針對(duì)諧波畸變的危害，提出相應(yīng)的防范方法。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(tǒng)（設(shè)每自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)）中大量自動(dòng)化設(shè)笛需要高質(zhì)量的電源，但同時(shí)其中相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備由于具有非線性負(fù)載特性，又是引發(fā)諧波畸變的擾動(dòng)源。因此分析引發(fā)諧波畸變的各類擾動(dòng)源，并針對(duì)諧波畸變的危害，提出相應(yīng)的防范方法，對(duì)智能建筑中三A系統(tǒng)的平安運(yùn)行具有重要意義。2諧波分析依據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（1EC）在文獻(xiàn)口中制定了單次諧波電壓的兼容水平，即最大允許值。當(dāng)各次諧波電壓低于文獻(xiàn)n規(guī)定的限值時(shí)，總的諧波電壓畸變不超過

2、8%。該規(guī)定兼顧了供電系統(tǒng)與制造商的一起利益。在GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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波電壓畸變率許諾值為5%。以上均指相電壓。GB50174-93（電子運(yùn)算機(jī)房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）在電源質(zhì)量分級(jí)中對(duì)諧波電壓畸變率提出明確限值。運(yùn)算機(jī)房電源質(zhì)量劃分為A、B、C三級(jí),許諾諧波電壓畸變率限值A(chǔ)級(jí)為3%5%,B級(jí)為5%8%,C級(jí)為8%10%。筆者以為智能建筑中其他自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量的要求都可參考此規(guī)定限值。總諧波畸變率THD是以基波為準(zhǔn)的一個(gè)比值，用百分?jǐn)?shù)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(jì)算公式如

3、下：諧波電流畸變能對(duì)電壓畸變產(chǎn)生專門大阻礙，因此采取降低各類電氣及電子設(shè)備的諧波電流至許諾值，來知足低壓配電網(wǎng)的兼容水平是行之有效的手腕。在分析諧波電流時(shí)，應(yīng)注意多臺(tái)設(shè)缶產(chǎn)生的諧波電流具有必然規(guī)那么的疊加性，也應(yīng)考慮并非所有產(chǎn)生諧波的設(shè)備同時(shí)處于工作狀態(tài)。依據(jù)上述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能建筑低壓配電網(wǎng)總諧波電壓畸變率限值尚無明確規(guī)按時(shí)，筆者以為可考慮將電源系統(tǒng)的總諧波電壓畸變率限制在5%以下。假設(shè)超過5%應(yīng)適當(dāng)采取防范方法，以保證智能建筑三A系統(tǒng)的平安運(yùn)行。3智能建筑內(nèi)要緊請(qǐng)波擾動(dòng)源智能建筑中具有必然非線性負(fù)載特性的設(shè)備是產(chǎn)生諧波畸變的要緊擾動(dòng)源，可歸納為以下幾類：照明系統(tǒng)中的照明鎮(zhèn)流器、調(diào)

4、光設(shè)備（相位角操縱器）。運(yùn)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備。UPS不中斷電源及開關(guān)電源。電梯、空調(diào)等動(dòng)力設(shè)備中普遍應(yīng)用的變頻傳動(dòng)裝置（VFD）。其他具有必然非線性負(fù)載特性的電子操縱設(shè)備。以上、類設(shè)備具有數(shù)量大、多臺(tái)型號(hào)規(guī)格相同、負(fù)載特性相同的特點(diǎn)，其中同種設(shè)得產(chǎn)生的諧波電流大致線性疊加，如個(gè)人運(yùn)算機(jī)電流偕波畸變率可達(dá)75%,此類設(shè)缶對(duì)總諧波畸變率的阻礙不容輕忽；類擾動(dòng)源UPS不中斷電源及開關(guān)電源屬于非線性負(fù)荷，在它們的交流輸入倒有大量諧波電流反饋至低壓配電網(wǎng)，使電網(wǎng)蒙受污染；類擾動(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(yán)峻畸變，如圖1所示。此類設(shè)備(未采取防范方法時(shí)產(chǎn)生的諧波畸

5、變對(duì)總諧波畸變率阻礙較大。圖1變頻傳動(dòng)裝置輸入電流波形電網(wǎng)輸入上述設(shè)缶的波形是正弦波，但由于該類設(shè)窗自身是諧波發(fā)生源，從而致使設(shè)缶輸入波形畸變。4諧波畸變產(chǎn)生的要緊危害(1)致使電力變壓器發(fā)燒諧波致使電力變壓器發(fā)燒源于兩方面緣故，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)燒程度直接阻礙了變壓器利用容量的降低程度。(2)致使電力電纜發(fā)燒在三相對(duì)稱回路中，三次諧波在三相導(dǎo)線中相位相同，在中性線上疊加后產(chǎn)生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，致使中性線溫度升高。智能建筑中大量的。A設(shè)備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統(tǒng)中的占有率增大，因此諧波引發(fā)中性線發(fā)燒問題值得關(guān)

6、注。當(dāng)高頻電流通過導(dǎo)線時(shí)，電流具有集膚效應(yīng)，顯然高次諧波電流的存在使線路集膚效應(yīng)加重，線路外表面電流密度加大，從而致使線路(相線及中性線)發(fā)燒。(3)致使對(duì)電子設(shè)備的干擾智能建筑中自動(dòng)化及電子信息設(shè)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操縱失常。操縱失?？赡芤l(fā)三A系統(tǒng)的嚴(yán)峻故障。(4)致使低壓配電設(shè)備工作異樣諧波畸變可使配電用低壓電器設(shè)備(斷路器、漏電愛惜器、接觸器、熱繼電器等)發(fā)生故障。諧波電流使低壓電器設(shè)備鐵損、銅損增加，集膚效應(yīng)加重，從而產(chǎn)生異樣發(fā)燒,誤動(dòng)作等故障。5諧波畸變的防范方法鑒于智能建筑對(duì)三A系統(tǒng)運(yùn)行的高靠得住性要求，應(yīng)適當(dāng)采取排除或抑制諧波危

7、害的防范方法如下：(1)在依照負(fù)載確信電力變壓器額定容量時(shí)，應(yīng)考慮諧波畸變而留有格量。在民用建筑設(shè)計(jì)中一樣應(yīng)保證變壓器負(fù)荷率為70%80%左右，該負(fù)荷率的工程裕量即可防范諧波引發(fā)的變壓器發(fā)燒危害。(2)在電纜截面選擇中應(yīng)考慮諧波引發(fā)線纜發(fā)燒的危害。關(guān)于聯(lián)接諧波要緊擾動(dòng)源設(shè)備的配線，確信線纜載流量時(shí)應(yīng)日有足夠裕量，可適當(dāng)放大一級(jí)選擇線纜截面。在三相四線制系統(tǒng)中，應(yīng)考慮三次諧波電流和高次諧波電流引發(fā)的集膚郊應(yīng)付中性線的發(fā)燒危害，即在中性線截面的選擇中國(guó)有足夠裕量。(3)在設(shè)計(jì)和施工時(shí)期，建議采取以下方法抑制諧波對(duì)電子設(shè)備的干擾。為該類設(shè)備設(shè)計(jì)專用回路供電，盡可能幸免干擾沿供電線路竄入。為易受干擾設(shè)

8、缶加裝線路濾波器，排除或抑制諧波分量，達(dá)到凈化電源目的。使該類設(shè)缶配線盡可能遠(yuǎn)離諧波電流畸變嚴(yán)峻的線路，以幸免空間電磁干擾。（4）智能建筑中的變頻傳動(dòng)裝置（VFD）是要緊的諧波擾動(dòng)源，建議采取以下方法抑制其引發(fā)的諧波畸變：在變頻傳動(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路電流轉(zhuǎn)變率（di/dt）,從而降低電流峰值，改善輸入電流波形如圖2所示。在變頻傳動(dòng)裝置上申接輸入電抗器。該電抗器可過濾高頻干擾，提高防電涌水平和減少諧波。其輸入電流波形如圖3所示。其作用原理也是減緩流人傳動(dòng)裝置電容器電流的di/dt,從而降低了電流的畸變水平。電抗器

9、按通過全電流時(shí)的電壓降標(biāo)定，其經(jīng)常使用值為3%5%,一個(gè)3%的輸入電抗器可降低40%60%的電流畸變。在廠家提供的產(chǎn)品樣本中，常列出輸入電抗器供設(shè)計(jì)選用。某些VFD產(chǎn)品利用兩臺(tái)并聯(lián)的6脈沖整流器（12脈沖整流器）通過相位變換有效地排除諧波。一樣是用專門設(shè)計(jì)的12脈沖變壓器來實(shí)現(xiàn)電源的相位變換，其輸入電流波形如圖略所示，該方法能降低90%的電流畸變水平。圖2帶直流串接扼流目的VFD輸入電流波形圖3帶輸入電抗器的VFD輸入電流波形圖4具有12脈沖整流器的VFD輸入電流波(5)為克服諧波畸變引發(fā)的低壓開關(guān)設(shè)缶的發(fā)燒和誤動(dòng)作，建議按以下原那么選擇低壓配電設(shè)備：熱磁型、電子型配電用斷路器應(yīng)適當(dāng)降低額定電流暢用；漏電愛惜器除應(yīng)適當(dāng)降低額定電流暢用外，尚應(yīng)在