建筑物用电设备电能质量分析

摘要：智能建筑有大量的电气设备与电子设备等非线性负荷形成的谐波源，产生谐波和无功功率，对配电系统造成严重污染，使电能质量下降。本文主要分析了建筑物用电设备电能质量，对于今后建筑电气节能化发展具有一定作用。
　　关键词：建筑节能，电气设备，电能质量，用电节能
　　
　　1引言
　　基于电力电子器件的整流设备以及变频调速设备在工业的各个领域得到了广泛应用，电网的负荷结构正在发生着重大变化，尤其是非线性、冲击性、波动性负荷会产生大量的高次谐波，造成电网电压波动、闪变、三相不平衡等严重的电能质量问题，并降低了电网供电的安全性和可靠性，极大的削弱和干扰了电网的经济运行。在现代商用综合办公大楼或高层住宅的供配电设备、动力用电设备、智能楼宇管理控制设备、家用电器设备都是非线性负荷，所产生的谐波都会影响其所在的电网[1,2]。随着智能建筑及智能小区迅速发展，若治理不力，这种污染将愈来愈重，甚至会成为公用电网的主要污染源。
　　2建筑常用电气设备电能质量情况分析
　　2.1变频调速装置对电能质量的影响分析
　　交-直-交变频调速装置具有节省电能20％．50％的优点，广泛应用于变频空调、风机、水泵等电动机的变频调速。变频装置一般采用晶闸管或大功率晶体管线路制成，这种电路在输入周期的部分时间提取脉冲式电流，因而，在电源线上产生的谐波电流比同功率的旋转电机所产生的谐波电流大的多。谐波电流主要是由元器件的非线性、波形的破碎及晶闸管、晶体管、二级管等半导体器件的反向尖峰电流所造成。我们对电梯、恒压供水、通风设备专用回路进行了检测。从检测结果可以看出，变频调速装置的谐波电流主要是5次和7次谐波，其次是11次以后的高次谐波。
　　家用变频空调由于具有快速制冷、舒适性好、超低温制热、快速除霜、电压适应性好等优点受到人们的广泛欢迎。再加上具有节约电能、降低加速器运动部件的磨损等优点，变频空调基本取代了传统空调。由于目前国内变频空调市场的管理比较混乱，很多厂家仅更换了压缩机就冒充变频空调出售，变频技术多采用较低端的交流变频技术，对电网的影响还是比较大的。对此，我们对办公楼内的目前使用的普通空调在不同工况下的电能质量进行了测试，从结果可以看出，普通空调的谐波电流含量视工作方式不同而不同，强热、中热以及各种制冷情况下电流的谐波畸变率都比较高。而变频空调机的谐波电流是普通空调的谐波电流和变频器产生的谐波电流的叠加远大于一般空调机。
　　2.2三相UPS对电能质量的影响分析
　　在一些重要的建筑供电负荷以及一些对持续供电有特殊要求的用电设备，广泛采用UPS电源保证供电的持续性。UPS电源是一种典型的电力电子整流逆变装置，在工作中由于控制方式简单，因此在持续供电的同时，也产生了大量的谐波电流。是UPS设备在不同负荷率下的专用电路谐波实测数据中不难看出5、7次谐波超标严重。
　　2.3照明光源及配件对电能质量的影响分析
　　照明用电的电量约占全社会总用电量的10％，晚间高峰负荷时，照明用电负荷约占各电网总负荷的20％左右，照明负荷的性质对低压公共电网安全运行和供电质量的影响很大。
　　照明光源大体上可分两大类，第一类是热辐射光源，包括白炽灯和各种类型的卤钨灯，碘钨灯。它们是纯电阻线性负载，对电网无不良影响。第二类是气体放电光源，包括荧光灯、紧凑型节能灯、高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯、霓虹灯等。它们是气体电弧放电性负载，由于用作限流、稳弧的镇流器技术性能不好，他们已经成为低压公用电网的主要谐波源。照明设备量多且分散，在电网中所占负荷比重又很高，所以危害很大。
　　普通直管型荧光灯，高压钠灯和高压汞灯，现在大多仍是使用电感镇流器，因为交流电弧在每半周电流过零值要熄弧，到下半周必须待加在灯管两端的反向电压大于电弧重燃电压后，电弧才能重新点燃，故灯电流的波形不可能是正弦波，而必然会发生畸变，所以它们会向公用电网注人高次谐波电流。
　　近几年推出的荧光灯、紧凑型节能灯、高压钠灯、高压汞灯的电子镇流器。其工作原理是先将工频50Hz交流电整流成直流电，再逆变成频率为20KHz以上的高频交流电供给灯管。因需先经整流，故电网的输入电流的波形为尖峰波，未采取有效滤波技术的劣质电子镇流器，将会向公用电网注入大量高次谐波电流，危害很大。
　　自镇流高压汞灯是工矿企业、商业、宾馆及城镇路灯广泛使用的照明光源，它利用白炽灯的钨丝电阻来限制气体放电的电弧电流，即将高压汞灯的气体放电管与钨丝串联装于同一个玻璃壳内，利用钨丝的电阻起限流作用，不需外接镇流器，光效较低，耗电量大，工作电流的波形畸变程度也远大于外接电感镇流器的高压汞灯。
　　金属卤化物灯是90年代才从国外进的新电光源技术，它的光效很高，而显色性远优于高压钠灯。由于它必须使加于灯管两端的电压高于280V才能点燃灯管，现是使用容性超前顶峰式镇流器，来限制和稳定灯管的气体放电电弧电流。这种镇流器的主要缺点是导致电源输人电流和灯工作电流的波形发生严重畸变，电源输人电流的总谐波畸变率约为35％一40％，对低压公用电网危害很大。
　　2.4家用电器对电能质量的影响分析
　　家用电器类别丰富，本文着重分析了电视机、电冰箱和洗衣机、个人计算机设备。不同的厂家生产的电器产品的电源器件质量相差较大，整流环节会产生的谐波电流。这些设备单台的用电量不算太大，但设备的数量却非常的庞大，因此，这些设备给电能质量带来的危害还是不容忽视的。下面将会从原理和实际测试情况说明它们对电能质量带来的影响。
　　日本电气协同研究会对日本典型地点的电网畸变率进行调查显示每天的19—22时电网畸变率最高，这也是电视收视率最高的时候，可见电视机群对电网的影响还是比较大。经测试表明，彩色电视机输入电流的总谐波含量高达基波的127％，3、5、7等奇次谐波分别高达89.3，72.3和50.6，且输入线路的功率因数只有0.58左右。
　　3结语
　　以上介绍的各类用电设备都是谐波源，它们对建筑配电系统产生了极大的危害。随着智能建筑以及智能小区的迅速发展，若治理不力，这种污染将愈来愈重，将成为公用电网的主要污染源。这些负荷可以分为两类：一类是含有开关电源的非线性负荷(电压型谐波源属容性负载)，如：个人计算机、打印机、电信设施、含电子镇流器的照明灯具、电视机、楼宇智能化设施等：另一类是呈电感性非线性负荷，如含电感镇流器的照明灯具等。这两类非线性负荷构成了智能建筑的主要谐波源。本文对建筑中的各种用电设备的电气特性进行了分析，着重分析了变频设备、电力电子变换设备UPS、照明设备和家用电器对电能质量的影响，分析发现这些设备对电能质量的主要影响是3、5、7次谐波污染。
　　
　　参考文献：
　　[1]薛立军.智能建筑谐波畸变及其防范[J].电工技术杂志,2002,(1).
　　[2]戴瑜兴,张义兵,胡庆伟.智能建筑谐波和无功功率的综合治理[J].电工技术杂志,2003,(12).