民用建筑諧波治理方案簡析-建筑電氣2012.6
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民用建筑諧波治理方案簡析-建筑電氣2012.6
【摘要】諧波使中性線電流過大，可能引發(fā)事故，通過對中性線的諧波進(jìn)行分析和計(jì)算，提出應(yīng)從源頭上對諧波進(jìn)行治理。 【關(guān)鍵詞】
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民用 建 筑 諧 波 治 理 方 案 簡 析
胡 毅 (廣州市設(shè)計(jì)院，廣州市 510620)
Brief Analysis on Harmonic Control Scheme for Civil Buildings
Hu Yi(Guangzhou Design Institute，Guangzhou 510620，China)
Abstract Harmonic will lead to excessive neutral 量的 3次諧波電流疊加在中性線上．使得中性線上
conductor current，and this may result in accidents．By 電流有可能大于相線電流。按國家對電纜選擇 的相
analyzing and calculating the harmonic of the neutral 關(guān)規(guī)定 ：銅相線截面 ≤ 16 mm ，中性線截面等于相
conductor，it is proposed that the harmonic shall be 線截面；銅相線截面 >16 mm ，中性線截面可小于
controlled from its source． 相線截面。而除最末一級開關(guān)外 。建筑的配電一般
Key words Harmonic current Neutral conductor
均為三極開關(guān) ，嚴(yán)重的中性線過電流將 引發(fā)意料不
Suppression measure
到的事故。
現(xiàn)在大家都知道節(jié)能燈節(jié)能、壽命也長，優(yōu)點(diǎn)非
摘 要 諧波使中性線電流過大，可能引發(fā)事 常明顯。所以大量的節(jié)能光源應(yīng)用于住宅建筑 ，如節(jié)
故，通過對中性線的諧波進(jìn)行分析和計(jì)算，提 出應(yīng)從 能筒燈、節(jié)能吸頂燈、節(jié)能組合花燈等等。使用節(jié)能
源頭上對諧波進(jìn)行治理。 燈，雖然優(yōu)點(diǎn)明顯，但另一方面，其工作原理決定了
關(guān)鍵詞 諧波電流 中性線 抑制措施 其屬于非線性負(fù)荷，它產(chǎn)生的諧波將影響整棟大樓的
供電系統(tǒng)。
下面以一棟普通住宅樓為例進(jìn)行說明：該住宅樓
隨著樓宇 自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程的加快．形式多樣的非
標(biāo)準(zhǔn)層為一梯 8戶，每戶 6 kW，則每層總用電安裝
線性負(fù)荷 (如計(jì)算機(jī)、熒光燈、不間斷電源 、變頻空
容量為 48 kW，每戶照明燈具均采用節(jié)能光源 ，照
調(diào)等)在各類民用建筑中得到了廣泛的應(yīng)用 ，這些非
明用電與其它家用電器用電比例為2／3。
線性負(fù)荷產(chǎn)生了大量的諧波，正 Et益成為低壓配電系
1 負(fù)荷計(jì)算
統(tǒng)的主要諧波源。
以住宅建筑為例 ，電梯 、水泵 、風(fēng)機(jī) 、空調(diào) 、
可得負(fù)荷計(jì)算結(jié)果 (如表 1所示)：
洗衣機(jī) 、電視機(jī) 、電冰箱、電腦、熒光燈 、電子節(jié)
能燈、音響設(shè)備等非線性負(fù)荷都會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波 (1)
輕則干擾電氣設(shè)備的正常工作 。重則使系統(tǒng)癱瘓 、
式中： —— 設(shè)備容量 ，kW；
設(shè)備損壞 ，甚至給人身健康帶來不 良影響。而對于
需要系數(shù)；
諧波的治理，目前主要從兩方面人手：① 減少諧波 — —
相電壓，220V；
產(chǎn)生；②濾除諧波。由于住宅建筑內(nèi)的電氣設(shè)備主 — —
COS —— 功率因數(shù)；
要以單相負(fù)荷為主 (特別是家用電器類 )，這些非線
性設(shè)備所產(chǎn)生的諧波主要是 3次諧波，這就使得大 — — 計(jì)算電流 ，A。
作者信息
胡 毅，男，廣州市設(shè)計(jì)院，高級工程師，第二設(shè)計(jì)室總工程師 。
77
墾旦塞墓 鎏童 墨煎塹f塑壅2 l
http：／／www．jzdq．net．cn 377建 荔
·_—_——__—______·—■ BUILDING
2口 1 2年第6期 I ELECTRlCITY
表 1 負(fù)荷計(jì)算
Tab．1 Load calculation
負(fù)荷分類 相序 l c璐幣 一
，kW |、 K ，kvar ／A
L1 4．8 0．9 O．9 4．32 4．8 2．O9 2l_82
照明
L2 L3 7．2 0．8 O．9 5．76 6．40 2．78 29．O9
L1 7．2 O．7 O．7 5．04 7．2 5．14 32．73
家電
L2=L3 1O．8 O．6 O．7 6．48 9．26 6．61 42．O8
L1 l2 9．36 12 7．23 54．55
總負(fù)荷
L2=L3 18 12．22 15．66 9．39 71．17
2 諧波電流計(jì)算 各種家用電器的諧波含量不好確定，也沒有參考
值可查．不同廠家、不同類型產(chǎn)品差異也較大．業(yè)內(nèi)
2．1 電流總諧波畸變率計(jì)算
普遍認(rèn)為的 THD 值為 65％ (全部家電總和)。
諧波電流含量公式如式 (2)所示：
2．2 各相總諧波電流計(jì)算
=，1× Di (2)
各相的第 h次諧波電流 計(jì)算如式 (4)所示：
式中： —— 諧波電流含量 ，A；
________________________________ _ __u u1 frf 1^______________________________一
Ih=VIh1 + ^2 +K ，^l， 2 (4)
，l—— 基波電流 (方均根值)，A；
THD —— 電流總諧波畸變率，％。 式中：，^ —— 照明負(fù)荷的第 h次諧波電流，A；
這里需要說明的是諧波源額定電流即為各相基 ，^2—— 家用電器第h次諧波電流，A；
波電流 ，各相負(fù)荷電流由表 1得出。而電流總諧波 Kh—— 諧波系數(shù)。
畸變率 THD 則由式 (3)算得：
諧波系數(shù)Kh的選取見表 3。
THD =V日R厶 +日R，5 +HRI7 4-…… (3)
表3 Kh的取值
式中：HRIh—— 第 h次諧波電流含有率，％。
Tab．3 Values of Kh
電子鎮(zhèn)流器的各次諧波電流含有率及電流總諧波
諧波次數(shù) 3 5 7 11 13 9、大于l3
畸變率見表 2。
諧波系數(shù) 1．62 1．28 0．72 0．18 O．08 O
表 2 電子鎮(zhèn)流器的各次諧波電流含有率HR&及
前面提到家用電器多產(chǎn)生 3次諧波 ，故諧波系數(shù)
電流總諧波畸變率 THD
Tab．2 Harmonic current ratio (HRIh)of 取 1．62。
various harmonic order and current total harmonic
2．3 中性線上的諧波電流計(jì)算
distortion(THDi) of electronic ballast
lh0：IhL1+，^L2+，^L 3 (5)
諧波次數(shù)h HRIh 。 翟鞣Di}％
式中： 。—— 中性線上的諧波電流，A；
3 15
5 l1．5 ， Ll、 L2、， L 3—— 相線 L 1、L 2、L 3總諧波
胡 毅 (廣州市設(shè)計(jì)院，廣州市 510620)
Brief Analysis on Harmonic Control Scheme for Civil Buildings
Hu Yi(Guangzhou Design Institute，Guangzhou 510620，China)
Abstract Harmonic will lead to excessive neutral 量的 3次諧波電流疊加在中性線上．使得中性線上
conductor current，and this may result in accidents．By 電流有可能大于相線電流。按國家對電纜選擇 的相
analyzing and calculating the harmonic of the neutral 關(guān)規(guī)定 ：銅相線截面 ≤ 16 mm ，中性線截面等于相
conductor，it is proposed that the harmonic shall be 線截面；銅相線截面 >16 mm ，中性線截面可小于
controlled from its source． 相線截面。而除最末一級開關(guān)外 。建筑的配電一般
Key words Harmonic current Neutral conductor
均為三極開關(guān) ，嚴(yán)重的中性線過電流將 引發(fā)意料不
Suppression measure
到的事故。
現(xiàn)在大家都知道節(jié)能燈節(jié)能、壽命也長，優(yōu)點(diǎn)非
摘 要 諧波使中性線電流過大，可能引發(fā)事 常明顯。所以大量的節(jié)能光源應(yīng)用于住宅建筑 ，如節(jié)
故，通過對中性線的諧波進(jìn)行分析和計(jì)算，提 出應(yīng)從 能筒燈、節(jié)能吸頂燈、節(jié)能組合花燈等等。使用節(jié)能
源頭上對諧波進(jìn)行治理。 燈，雖然優(yōu)點(diǎn)明顯，但另一方面，其工作原理決定了
關(guān)鍵詞 諧波電流 中性線 抑制措施 其屬于非線性負(fù)荷，它產(chǎn)生的諧波將影響整棟大樓的
供電系統(tǒng)。
下面以一棟普通住宅樓為例進(jìn)行說明：該住宅樓
隨著樓宇 自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程的加快．形式多樣的非
標(biāo)準(zhǔn)層為一梯 8戶，每戶 6 kW，則每層總用電安裝
線性負(fù)荷 (如計(jì)算機(jī)、熒光燈、不間斷電源 、變頻空
容量為 48 kW，每戶照明燈具均采用節(jié)能光源 ，照
調(diào)等)在各類民用建筑中得到了廣泛的應(yīng)用 ，這些非
明用電與其它家用電器用電比例為2／3。
線性負(fù)荷產(chǎn)生了大量的諧波，正 Et益成為低壓配電系
1 負(fù)荷計(jì)算
統(tǒng)的主要諧波源。
以住宅建筑為例 ，電梯 、水泵 、風(fēng)機(jī) 、空調(diào) 、
可得負(fù)荷計(jì)算結(jié)果 (如表 1所示)：
洗衣機(jī) 、電視機(jī) 、電冰箱、電腦、熒光燈 、電子節(jié)
能燈、音響設(shè)備等非線性負(fù)荷都會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波 (1)
輕則干擾電氣設(shè)備的正常工作 。重則使系統(tǒng)癱瘓 、
式中： —— 設(shè)備容量 ，kW；
設(shè)備損壞 ，甚至給人身健康帶來不 良影響。而對于
需要系數(shù)；
諧波的治理，目前主要從兩方面人手：① 減少諧波 — —
相電壓，220V；
產(chǎn)生；②濾除諧波。由于住宅建筑內(nèi)的電氣設(shè)備主 — —
COS —— 功率因數(shù)；
要以單相負(fù)荷為主 (特別是家用電器類 )，這些非線
性設(shè)備所產(chǎn)生的諧波主要是 3次諧波，這就使得大 — — 計(jì)算電流 ，A。
作者信息
胡 毅，男，廣州市設(shè)計(jì)院，高級工程師，第二設(shè)計(jì)室總工程師 。
77
墾旦塞墓 鎏童 墨煎塹f塑壅2 l
http：／／www．jzdq．net．cn 377建 荔
·_—_——__—______·—■ BUILDING
2口 1 2年第6期 I ELECTRlCITY
表 1 負(fù)荷計(jì)算
Tab．1 Load calculation
負(fù)荷分類 相序 l c璐幣 一
，kW |、 K ，kvar ／A
L1 4．8 0．9 O．9 4．32 4．8 2．O9 2l_82
照明
L2 L3 7．2 0．8 O．9 5．76 6．40 2．78 29．O9
L1 7．2 O．7 O．7 5．04 7．2 5．14 32．73
家電
L2=L3 1O．8 O．6 O．7 6．48 9．26 6．61 42．O8
L1 l2 9．36 12 7．23 54．55
總負(fù)荷
L2=L3 18 12．22 15．66 9．39 71．17
2 諧波電流計(jì)算 各種家用電器的諧波含量不好確定，也沒有參考
值可查．不同廠家、不同類型產(chǎn)品差異也較大．業(yè)內(nèi)
2．1 電流總諧波畸變率計(jì)算
普遍認(rèn)為的 THD 值為 65％ (全部家電總和)。
諧波電流含量公式如式 (2)所示：
2．2 各相總諧波電流計(jì)算
=，1× Di (2)
各相的第 h次諧波電流 計(jì)算如式 (4)所示：
式中： —— 諧波電流含量 ，A；
________________________________ _ __u u1 frf 1^______________________________一
Ih=VIh1 + ^2 +K ，^l， 2 (4)
，l—— 基波電流 (方均根值)，A；
THD —— 電流總諧波畸變率，％。 式中：，^ —— 照明負(fù)荷的第 h次諧波電流，A；
這里需要說明的是諧波源額定電流即為各相基 ，^2—— 家用電器第h次諧波電流，A；
波電流 ，各相負(fù)荷電流由表 1得出。而電流總諧波 Kh—— 諧波系數(shù)。
畸變率 THD 則由式 (3)算得：
諧波系數(shù)Kh的選取見表 3。
THD =V日R厶 +日R，5 +HRI7 4-…… (3)
表3 Kh的取值
式中：HRIh—— 第 h次諧波電流含有率，％。
Tab．3 Values of Kh
電子鎮(zhèn)流器的各次諧波電流含有率及電流總諧波
諧波次數(shù) 3 5 7 11 13 9、大于l3
畸變率見表 2。
諧波系數(shù) 1．62 1．28 0．72 0．18 O．08 O
表 2 電子鎮(zhèn)流器的各次諧波電流含有率HR&及
前面提到家用電器多產(chǎn)生 3次諧波 ，故諧波系數(shù)
電流總諧波畸變率 THD
Tab．2 Harmonic current ratio (HRIh)of 取 1．62。
various harmonic order and current total harmonic
2．3 中性線上的諧波電流計(jì)算
distortion(THDi) of electronic ballast
lh0：IhL1+，^L2+，^L 3 (5)
諧波次數(shù)h HRIh 。 翟鞣Di}％
式中： 。—— 中性線上的諧波電流，A；
3 15
5 l1．5 ， Ll、 L2、， L 3—— 相線 L 1、L 2、L 3總諧波
AIGC"該內(nèi)容描述了在2012年6月期的《建筑電氣》雜志中發(fā)表的一篇專題文章。文章深入探討了民用建筑環(huán)境中的電力質(zhì)量問題，特別是諧波現(xiàn)象的普遍存在及其對電力系統(tǒng)、設(shè)備和建筑物能耗產(chǎn)生的負(fù)面影響。針對這一問題，文章提供了詳細(xì)的民用建筑諧波治理策略與技術(shù)方案分析，包括諧波源的識(shí)別、危害評估、現(xiàn)有抑制措施如無源與有源濾波器的應(yīng)用、以及最新的諧波管理標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐推薦。通過這些具體措施，旨在提高民用建筑的電能利用效率，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并滿足現(xiàn)代建筑對于綠色、智能用電的需求。"
