民用建筑电气系统设计中谐波的危害及抑制方法探讨
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摘要：近年来，随着现代化社会发展水平的不断提高以及科学技术的进步发展，我国民用建筑的发展规模不断扩大，电气系统的设计工作发挥的作用也越来越重要。但是现阶段在民用建筑的电气系统设计工作中由于发展不成熟，经常产生相对严重的谐波危害，严重影响到广大人民群众的用电安全。因此，在实际工作中需要采取正确的方法对谐波进行有效的抑制。本文就民用建筑的电气系统设计工作中的谐波危害以及不同的抑制方法进行详细论述。
关键词：民用建筑;电气系统设计;谐波危害;抑制方法
现阶段，随着广大人民群众的生活质量水平不断提高，各类电子设备、娱乐性质的电器以及各种家用电器等在民用建筑中的使用频率越来越高，直接导致民用建筑内的谐波危害程度不断加大。因此，需要我们在民用建筑的电气系统设计工作中，针对谐波产生的具体原因，采取科学的抑制方法，最大限度减小谐波对广大人民群众日常生产生活的危害，从根本上实现民用建筑的电力系统设计工作规范化以及安全化。
一、现阶段民用建筑的电气系统设计工作中谐波产生的常见原因
（一）民用建筑的电气系统设计中电源本身与输电系统所产生的谐波
一般情况下来说，发电机主要是由三相绕组形成的，而且发电机本身的三相绕组在一定程度上是完全对称的，发电机的铁心需要完全一致，这样发电机才可以产生相对良好的三相正弦电压。但是，在发电机三相绕组的实际制作工作中，由于受到各种因素的影响，很难实现三相绕组的绝对性对称，而且铁心也不容易实现一致，导致电源在发出基波的基础上，也同时产生了谐波[1]。不过值得注意的是，它产生谐波的实际数值相对较小，在通常情况下，可以忽略不计这些谐波问题。在输电以及配电系统运行中，产生谐波的主要是系统中的变压器，系统中变压器在相对饱和的状态下会出现谐波源现象。铁心在饱和情况下，磁化的实际曲线是呈现出非线性的，在一定程度上相当于非线性的部件，而且饱和的程度越大，则谐波的变形程度也就越大。在电气系统的设计工作中，出于对成本的考虑，往往会使磁性材料实际工作到磁化曲线接近饱和区域，导致磁化的电流逐渐呈现出尖顶波形，从而使其存在奇次谐波。谐波的大小还与磁路的实际结构形式以及铁心的实际饱和度有着密切关系。
（二）民用建筑的电气系统设计中用电设备中的谐波
民用建筑的电网中接入到非线性的负荷时，尽管电压属于正弦电压，但是电流在经过这些非线性的负荷过程中，仍然会形成非正弦的电流，从而产生谐波。而且还会使一些其他并联的线性负荷也产生一定的谐波。从某种程度上来讲，非线性的负荷才是电网中的主要谐波产生源。
二、现阶段民用建筑的电气系统设计工作中的谐波危害
（一）谐波会缩短电机的使用寿命
民用建筑的电气系统设计中产生的谐波将会引起电动机的附加损耗以及产生大量的热效应，由于导线的实际有效电阻是会随着频率的变化而变化的。因此，在有效数值相同的情况下，绕组的导线位置有着丰富的谐波电流，它比正弦波电流所产生的实际热量要多，热效应情况严重时会导致电动机发热过度，从而缩短其使用寿命。谐波会产生频率存在差异的转矩分量，使电动机发生振动以及噪声，也影响到电动机的使用寿命。
（二）谐波会导致电容器损坏
为了在一定程度上补偿无功功率，最大限度提高功率的实际因数，经常会在负载位置安装并联的电容器。而在变电室位置安装电容器是为了提升系统的实际电压水平，滤波器中也安装有电容器以及电抗器。高次谐波中的电压频率较大，导致谐波的电流也不断增大，电容器的电流以及损耗功率也会增加，在损耗达到一定程度的时候，会使得电容器出现异常发热的现象，从而加速其老化，给电容器造成较大损坏。谐波导致电压出现尖顶波形，使电容器介质比较容易出现局部放电情况，加速绝缘介质的老化程度，从根本上减少电容器的实际使用时间[2]。通常情况下，电压升高百分之十的时候，电容器的实际寿命将会缩短一半左右，使电容器出现鼓肚、爆炸以及击穿等情况。
（三）谐波会增大变压器的实际损耗
一般情况下，谐波的实际损耗是来自于变压器中线圈的热量耗散、铜耗、铁耗以及趋肤效应。具体来说，趋肤效应就是指两者都是电流有效数值的二次方函数。这种形式的热效应会使变压器中的绝缘材料实际寿命大大缩短，而且会随着谐波的实际频率增加，自身的趋肤效应将会更加严重，所以在一定程度上来讲，高次谐波的实际分量比低次谐波引发的变压器发热程度要高。谐波电流还能够引发变压器外层硅钢片、部分紧固片以及外壳出现发热现象，从而造成变压器局部受热。此外，谐波的危害还包括变压器运行过程中噪声增加，具体是由于铁心的伸缩引发的。谐波的次数不断增加，其振动的实际频率维持在1kHz左右的谐波将会导致噪声加大。
三、民用建筑的电气系统设计工作中谐波抑制方法
（一）安装滤波器进行有效抑制
在民用建筑的电气系统设计工作中遭受到谐波影响较为严重的场所，应该尽量在变压器的低电压母线位置安装必要的滤波装置，从而有效吸收不同类型的谐波电流，最终达到降低谐波分量的实际目的。一般情况下，常见的滤波器分为两种，一种是无源滤波器，另一种是有源滤波器。具体来说，无源滤波器主要是较为传统的谐波抑制方法，利用LC谐振吸收谐波流，值得注意的是无源滤波器在运行过程中需要严格按照安装的供电系统的具体参数进行有效计算和设计管理，当电路的具体参数出现变化的时候，无源滤波器也将不可以正常运行。此外，无源的滤波器仅仅可以抑制住具有固定频率的部分谐波，而且还会造成系统的谐振现象，自身存在着不可以克服的缺点。因此，在实际运行过程中，较少使用无源滤波器进行谐波抑制[3]。对于有源滤波器来说，其主要是利用控制的功率半导体部件注入与谐波的电流频率几乎相等以及相位相反的实际电流，从而使电源的实际总谐波的电流值保持为零，实现实时补偿这些谐波电流的最终目的。
（二）最大限度增加线路中性线的截面面积
从某种程度上来讲，供电电路中的中性线会受到谐波电流的严重影响，从而导致其产生一些超过相线的实际电流。因此，需要在实际操作过程中，加大线路中的中性线的截面面积。电气系统设计工作中，需要根据专业化的理论计算结果以及实际测量的中性线谐波在电流方面的测量结果进行判断，当谐波的电流较大的时候，就需要最大限度增大中性线的实际截面面积，科学选用四芯的电缆电线。
（三）科学配置民用建筑的供电回路
在电气系统的实际设计工作中，需要科学选择供电电压，而且要最大限度保持三相电压之间的平衡，尽量减少谐波对民用建筑电网的严重影响。需要将非线性的设备集中放置在一个或者是多个专用回路中，那么回路中的大量谐波将会抵消一部分的谐波，从而减少对一些非谐波设备回路的影响。尤其是，电容器对于谐波的敏感度相对较强，需要将电容器的供电回路设置得距离电源较近的位置，尽量降低谐波对电容器的损伤力度。
结语：
总而言之，民用建筑的电气系统设计工作中谐波的抑制工作是一项非常重要的工作，专业性以及自身的复杂性较强。因此，需要在实际工作中，利用安装滤波器，增加线路中性线的截面面积以及科学配置回路等方式，来降低谐波对变压器以及电容器等使用寿命的损害，从根本上尽量较小谐波的危害。
参考文献：
[1]迟珊.民用建筑电气系统设计中谐波的危害及抑制方法[J].电气应用，2013，06：66-71.
[2].2014年《机电信息》总目次[J].机电信息，2014，36：1-20.
[3]徐生贵.浅谈剧场建筑低压配电系统的谐波治理设计[J].艺术科技，2011，02：1-7.