多功能谐谐波保护器在建筑配电的应用

1、引言
　　为适应现代社会的信息化，并且随着计算机技术、通信技术和控制技术的不断发展，智能建筑不断地日新月异，同时智能建筑中使用了大量的现代化用电设备和装置如计算机、通讯系统、网络控制设备、各种数字办公设备、灯光调控系统、消防系统、监控系统、变频空调等，造成了恶劣的谐波环境，对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。
　　电子计算机、微处理器以及其它电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低、对谐波环境要求高、过电压耐受能力差的弱点。高次谐波污染往往使得这些高灵敏的电子系统在运行时，经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动，甚至造成用电设备的永久性损坏，给人们的工作和日常生活造成了巨大损失。
　　在消除或抑制谐波危害方面，智能建筑系统以往只是采取一些防范措施，如根据负载确定电力变压器额定容量时，考虑谐波畸变而留有裕量；为易受干扰的设备加装线路滤波器等，但是这些措施无法从根本上消除谐波危害。
　　谐波实际上是一种干扰，注入公用电网就会使电网受到“污染”，高次谐波还会直接对用电设备产生危害，造成电缆电线过热，绝缘加速老化，线间短路和接地故障，供电系统损耗增加，系统功率因数降低，过零噪音，浪费系统容量，降低保护作用，使医疗设备误动作等。近年，随着知识经济与信息时代的到来，电子计算机、微处理器、精密医疗仪器以及其它数字化电子设备应用日益普遍，这些电气设备都对电源的谐波质量具有很高的要求。遇到高次谐波时，经常会出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动甚至导致永久性损坏。目前，发达国家均已制定了谐波限定的标准与规范。国际电工委员会IEC于1982年开始制定IEC955－2，明确提出对谐波限定的要求，1994年及1995年又修订为IEC－1000－3－3《额定电流不小于16A的设备在低电压系统中电压波动及闪烁的限值》和IEC－1000－3－2《每相电流小于等于16A的设备谐波电流的发射限值》。美国电子电气工程师协会IEEE于1992年制定了谐波限定标准IEEE－1100。我国也已于1993年颁布了GB/T14549－93《电能质量、公用电网谐波》的国家标准，明确规定了电网标称电压380V，电压总谐波畸变率THD限值5％以下[1]。
　　目前国内最新技术的KYXBQ多功能谐波保护器能吸收各种频率各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰。
　　2、谐波的危害
　　根据相关规范，电网谐波（分量）的定义为“对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率为基波频率整数倍的分量”。理想的供电应是单一恒定频率与规定幅值的稳定电压，但随着各种新型、高效、多功能用电设备的不断更新，这些非线性电气设备使电网电压、电流波形实际上是不同程度畸变的非正弦波，非正弦波含有会直接对人体及用户设备产生危害的高次谐波。
　　智能建筑中谐波主要来自于两个方面，一是大量非线性负荷形成的谐波源，例如：计算机系统、开关电源、电子式荧光整流器等导致配电系统的电压、电流发生畸变产生谐波；二是公用电网本身具有一定的谐波含量和配电变压器作为谐波源产生的谐波，由电网侧传输至配电系统[2]。
　　2.1电脑死机
　　由设备自身产生的接地电流在设备和真实地之间引发一个电压降。虽然设备能将这种扰动的敏感性降低，但不能彻底消除，特别是当噪声频率比较高的时候。
　　2.2屏幕频闪
　　3n次谐波在中性线上叠加。中线回流能够在建筑物金属结构上任意流动，从而产生不受控制的磁场，即引发计算机屏幕的频闪现象。
　　2.3灯光频闪
　　由于开关、短路以及负载变化而引起的短时间电压变化将会引起灯光频闪。过度的频闪将会导致人体不舒服。
　　2.4影响控制装置的正常运行
　　严重的谐波畸变会引起在一个正弦周波内的额外过零点，会影响测试设备。使程序控制装置的同步性可能被干扰，PLC可能会死机。
　　2.5数据网络堵塞
　　智能建筑中线缆密布、系统设备繁多，微电子装备复杂，且防护能力单簿，高次谐波将会使智能化系统设备产生误码、错码，产生误动作；使信号系统受到污染、产生噪声，甚至连通话质量都不能保证。随着在IT设备中低电压信号使用的增加，比特错误率也随之提高，甚至可以高到使整个网络瘫痪。
　　2.6功率因数补偿设备产生问题
　　在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成电容器超载而损坏，也会使与电容器联接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变超压过负荷而损坏。据统计，70％以上的谐波故障发生在电容器装置上。
　　2.7保护装置的误跳闸
　　配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃。因此导致误跳闸或是在该跳闸的时候根本不跳。漏电电流可能会达到使漏电保护装置动作的设定值。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50％的故障电流，还会导致断路器损坏。
　　2.8严重干扰感应式电能表计
　　在谐波环境下，电能表记录的是基波电能及部分谐波电能，后者将使得用电设备性能变坏，因此用户不但多交电费，而且受到损害。
　　2.9在负载适中情况下变压器过热现象
　　谐波会引起变压器产生额外损耗，这些损耗将会导致早期故障。当前随着装置需要运行到极限值的趋势以及低电压系统日益增高的谐波污染，这个问题也变得日趋严重。
　　2.10感应电动机
　　电压谐波会导致直接的感应电动机的额外损耗。高次谐波导致的扭矩脉动在联轴器和轴承处会产生磨损和裂纹。由于速度是固定的，在谐波里储藏的能量就以额外的热量形式散发了，导致设备过早老化。
　　2.11集肤效应引起的导线过热
　　对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集肤效应，导线电阻增大，如一根直径为20mm的导线在350Hz时具有比其直流电阻率高60%的视在电阻。线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，形成潜在的火灾隐患。在智能建筑中大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合，零线电流甚至达到相线电流的两倍，致使零线过热、烧毁，甚至导致火灾。
　　2.12KYXBQ多功能谐波保护器的节能基础理论
　　KYXBQ多功能谐波保护器是一种无源型的并联在用户电路中连续不断地监测该电力系统中电流的状态，同时阻隔并吸收掉电路中的高次谐波，使各类设备本身产生的谐波不干扰其他设备的电力装置。
　　A.当消除谐波后，势必会减少导体的集肤效应，避免导体的温度升高，使变压器的铜损、铁损大为降低，减少不必要的能耗。
　　B.纠正波形并把它吸收以后返回电路系统，这是KYXBQ多功能谐波保护器所具有的其他任何节能系统的优势。
　　C.在消除了谐波的同时，KYXBQ多功能谐波保护器还消除了对用电设备极具破坏性的浪涌电压、尖峰信号等杂波，从而使各相电路中的电流、电压趋于平衡，相位差保持一致，充分发挥了各类设备的设计功能，以达到节约电能的目的。由于导体中高频谐波引起的涡流现象，会造成多达20%的能量损失。如果安装了KYXBQ多功能谐波保护器以后，就可以100%的消除电流涡流。

　　3、KYXBQ多功能谐波保护器的典型应用
　　3.1KYXBQ多功能谐波保护器保障医院高级医疗设备的正常运转
　　现代化医疗机构为提高医疗服务水平，不断引入新型、复杂的各种先进医疗设备如磁共振成像(MRI)、全身螺旋CT扫描仪、高频电刀等等。这些先进的医疗设备都具有高档的计算机部件和大量的高灵敏微电子器件，对供电电源的谐波质量要求很高。
　　由于高次谐波的存在，操作人员在工作中经常遇到这些先进的医疗仪器和设备出现故障，轻则出现数据差错、图像模糊、信息丢失，工作受到干扰。重则硬件突然损坏，软件遭到冲击，仪器设备无法继续正常工作。特别是检测人体生物电信号的仪器设备，如心电图机、脑电图机、心电监护仪、超声诊断仪等直接接触人体的仪器设备，由于信号非常的微弱，如果受到干扰，就会在检测结果如波形、图形、图像上叠加一种类似于某些病变的畸变（谐波）造成误诊，同时还会引起微电击，严重时还有生命危险。因此在使用这些先进的医疗仪器设备时，应采取谐波保护措施，确保仪器设备的安全。
　　最新技术的KYXBQ多功能谐波保护器能吸收各种频率各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰。
　　对带有计算机系统的医学仪器设备，当尖峰干扰幅度达到2V～50V，时间持续数微秒时，可引起计算机逻辑错误、信息丢失等。谐波干扰会使显像管、X线影像增强管显示图像变形失真；加速器射线偏移；计算机磁盘、磁卡记录数据破坏；呼吸机工作失灵；心脏起博器工作失效等。现代医院中含有丰富的现代精密医疗仪器，谐波污染情况可以说是无处不在。
   3.1.1手术室
　　手术室中有电刀，除颤器、心电图机等，谐波污染会造成心电图机输出数据改变和γ计数器软件故障等。
   3.1.2ICU（重症监护病房）
　　ICU病房在给病人提供支持治疗时，必须在病人附近同时安放和使用许多医疗设备，如心电监护仪、多功能呼吸机、心电图机、起搏器等。谐波污染严重而且复杂，更应采取谐波保护措施。
　　3.1.3放疗科
　　放疗科中移动式放射剂量测量系统（如速率计、校准室等）若遭受高次谐波干扰，它们内嵌的电子元件可能记录噪声并改变数据输出。
　　3.1.4医学成像室
　　γ计数仪、移动式X射线机等极易受高次谐波干扰而改变数据输出。
　　医院的信息网络系统
　　医疗的特性决定了医院信息网络系统必须24小时全天候无间隙稳定运转。高次谐波污染往往使得这些智能化系统设备产生误码、错码，产生误动作；运行时经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动，甚至可以使整个网络瘫痪。
　　医疗仪器设备种类、规模和先进程度已成为现代化医院的一个重要标志，高精尖的医疗设备更是决定着医疗服务水平。大量的事实已经证明，谐波污染已是造成大多数医疗仪器设备损坏及运行发生故障的“杀手”。为了保证医生的正确诊断和不致延误病人的病情，必须要为医疗机构创造良好的谐波环境。
　　上海坤友电气有限公司推出的KYXBQ多功能谐波保护器将为现代化医疗机构安全高效地使用先进的医疗设备带来保障。KYXBQ并联在电路中，本身不耗电。KYXBQ能有效消除、吸收设备中产生的高次谐波，清洁电能，减少对医疗器械的破坏和误操作，确保医务人员的正常工作和病人的安全。同时也提高了设备的使用寿命，减少设备的维修和维护成本。
　　3.2KYXBQ多功能谐波保护器在煤矿安全中的应用
　　煤矿提升机较普遍地采用晶闸管供电的直流拖动，称为提升机晶闸管电控系统（SCR—D）。晶闸管电控系统具有调速平稳准确、效率高、容易维护、可引入计算机监控等优点。由于晶闸管变流器采用相切控制方式调节电压或电流，使电网正弦电压波形受到切割，并由此产生谐波电流，导致供电电网电压波形畸变。SCR—D系统在整个运行期间功率因数偏低（一般在0.02～0.8之间），同时起动无功冲击大，引起电网电压发生波动，尤其对于矿井提升机这类大功率负载频繁起动，无功冲击导致电网电压产生波动，对井上下电气设备产生严重干扰。
　　现代化的煤矿选煤厂也是谐波源负荷占总负荷比例最大的用户。选煤厂大量采用整流供电的渣浆泵、真空泵、压风机、振动筛等这些非线性电气设备。为了节约电能，部分设备均大量使用晶闸管，而高次谐波问题又使电路的功率因数下降，造成选煤厂电气元件及设备的故障和损坏。
　　煤矿用的通风机是重要的耗电设备。煤矿开采遵循以风定产的要求，有多大风量就允许有多大开采量，风量随着煤的产量增加而增加。在采煤作业中瓦斯随着煤的开采不断涌出，涌出瓦斯与煤的开采量成正比，而保障每个煤矿工人正常工作所需的新鲜空气也与煤的开采量成正比。因此为了煤矿生产安全，所需风量、风压随着开采和掘进的不断延伸，巷道延长，以及开采量的增加而增加，通风机需用的功率也随之增加。通风机的耗电量往往占到生产电耗的15%~25%，因此也采用变频调速技术进行节能改造。但高次谐波污染可能造成设备故障和损坏，危及人身安全和生产任务的顺利完成，高次谐波的消除刻不容缓。
　　现代煤矿工业中由于电力电子以及电子计算机等现代技术的广泛使用，对电能质量造成了很大的影响，危及到煤矿工业的安全生产。针对越来越恶劣的电能质量，美国电气控制公司推出的KYXBQ多功能谐波保护器为设备的正常运行提供了保障。KYXBQ并联在电路中，本身不耗电。KYXBQ的使用减少了仪器设备的故障率和机器误操作，全面克服了由于谐波污染导致用电装置电能利用效率降低，故障率高的问题，保障了设备的安全运行。
　　3.3KYXBQ多功能谐波保护器为高级音响系统提供纯净的电源环境
　　音乐一直以来都是大众所喜爱的高雅艺术，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，各种高科技的音响设备更是走进了寻常百姓家。音乐成了人们生活中的一部分，音乐陶冶着人们的情操。人们对音乐的质量和音效更是提出了更高的要求。对音色、声音的还原提出了非常高的要求。
　　KYXBQ多功能谐波保护器为高级音响提供了纯净的电源环境，避免由于提供的电源的谐波造成音响失真。
　　1）音乐的主要因素
　　音高
　　音色
　　响度
　　2）高次谐波对乐音的影响
　　（1）音频的失真
　　（2）高次谐波对高级音响设备的影响
　　KYXBQ多功能谐波保护器使用非常简单，它并联在电路中，本身不耗电。实践证明在音响系统中采用了KYXBQ后，传统的数码声、晶体管声被一扫而光，在各种档次的音响系统中都起到了立竿见影的效果。
　　KYXBQ多功能谐波保护器使声音中毛剌感消失，生硬变得柔滑；平面式声像变得醇厚饱满；低音变得宽松，增加了弹性；声场变得宽阔；声像定位聚焦感也更强了。在彩电图象上，稳定度增加、色彩艳丽、层次细节增强，噪点、噪声变少、变小。在所有通讯、电脑、自动控制设备上，误动作与故障率大幅度降低，设备运行稳定，受高次谐波干扰的影响降到了最低。
　　KYXBQ多功能谐波保护器为高级音响提供提供了纯净的电源环境，是高等级音响设备的必备基础设施。
　　4、高次谐波污染的消除
　　4.1对谐波污染的防范
　　为保证智能建筑对3A系统（设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统）运行的高可靠性要求，在设计和施工阶段，可采取以下措施预防谐波对电子设备的干扰。
　　①为电子设备设计专用回路供电，尽可能避免干扰沿供电线路窜入。
　　②为易受干扰设备加装线路滤波器，消除或抑制谐波分量，达到净化电源的目的。
　　③使该类设备配线尽可能远离谐波电流畸变严重的线路，以避免空间电磁干扰。
　　从源头对谐波污染进行治理才是最根本的措施。
　　4.2多功能谐波保护器KYXBQ
　　上海坤友电气有限公司推出的KYXBQ多功能谐波保护器从源头消除谐波污染，为用电设备提供了谐波保护。KYXBQ多功能谐波保护器采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电