安科瑞有源濾波器智能建築中的應用

摘要:隨著科技的進步,能建築中廣泛使用高靈敏度的現代化用電設備和裝置。高次諧波汙染往往導致這些電子係統運行錯誤乃至損壞。通過諧波保護器能夠淨化電源，保護用電設備和功率因數補償(chang) 設備,防止保護裝置誤跳閘,從(cong) 而保證設備正常穩定地運行。

關(guan) 鍵詞:智能建築;諧波，諧波汙染;諧波保護器;諧波治理;電能質量

0引言

為(wei) 了適應現代社會(hui) 信息化與(yu) 經濟國際化的需要,智能建築中使用了大量的現代化用電設備和裝置,如通信係統、計算機、網絡控製設備、變頻空調、數碼辦公設備、燈光調控設備、消防係統、監控係統等,惡劣的諧波環境對保證係統和設備的正常運行造成了較大的威脅。

電子計算機、微處理器以及其他電子儀(yi) 器設備普遍存在著絕緣強度低、對諧波環境要求高、過電壓耐受能力差等缺點。高次諧波汙染往往使得這些高靈敏度的電子係統在運行時經常出現程序運行錯誤、數據錯誤、時間錯誤、死機無故重新啟動,甚至造成用電設備的損壞,給人們(men) 的工作和日常生活造成了巨大損失。

在消除或抑製諧波危害方麵,智能建築係統以往隻是采取一些防範措施(如根據負載確定電力變壓器額定容量時,考慮諧波畸變而留有裕量;為(wei) 易受幹擾設備加裝線路濾波器等)。這些措施無法從(cong) 根本上消除諧波危害。

采用改良技術的諧波保護裝置(HPD)能吸收各種頻率各種能量的諧波幹擾,從(cong) 發生源消除諧波，自動消除對用電設備產(chan) 生的隨機高次諧波高頻噪聲、脈衝(chong) 尖峰、電湧等幹擾。

1諧波的危害及防範

電網諧波(分量)的定義(yi) 為(wei) :對周期性交流量進行傅裏葉級數分解,得到的頻率為(wei) 基波頻率整數倍的分量。理想的供電應是單一恒定頻率與(yu) 規定幅值的穩定電壓。但隨著各種新型、多功能用電設備的不斷更新，這些非線性電氣設備使電網電壓、電流波形實際上是不同程度畸變的非正弦波。非正弦波含有對人體(ti) 及用戶設備產(chan) 生危害的高次諧波。

智能建築中諧波主要來自兩(liang) 方麵。一是大量非線性負荷形成的諧波源,例如計算機係統、開關(guan) 電源、電子式熒光整流器等導致配電係統的電壓電流發生畸變，產(chan) 生諧波;二是公用電網本身具有一定的諧波含量和配電變壓器作為(wei) 諧波源產(chan) 生的諧波,由公用電網側(ce) 傳(chuan) 輸至配電係統。

1.1諧波產(chan) 生的危害

惡劣的諧波環境將會(hui) 對智能建築中用電設備和係統造成巨大的危害。主要表現在以下幾個(ge) 方麵:

(1)電腦死機。於(yu) 設自身生的接電流在設備和真實地之間產(chan) 生一個(ge) 電壓降，因此，容易使電腦死機。雖然設備能將這種擾動的敏感性降低,但不能消除,特別是當噪聲頻率較高的時候。

(2)屏幕頻閃。高次諧波會(hui) 在中性線上疊加,中性線電流能夠在建築物金屬結構上任意流動，從(cong) 而產(chan) 生不受控製的磁場，即引發計算機屏幕的頻閃現象。

(3)燈光頻閃。由於(yu) 開關(guan) 短路以及負載變化而引起的短時間電壓變化將會(hui) 引起燈光頻閃過度的頻閃將會(hui) 使人體(ti) 不舒服。

(4)影響控製裝置的正常運行。嚴(yan) 重的諧波畸變會(hui) 引起在一個(ge) 正弦周波內(nei) 的額外過零點，影響測試設備，幹擾程序控製裝置的同步性，導致控製裝置死機。

(5)數據網絡堵塞。智能建築中線纜密布係統設備繁多,微電子裝備複雜,且防護能力弱高次諧波將會(hui) 使智能化係統設備產(chan) 生誤碼、錯碼誤動作,使信號係統受到汙染、產(chan) 生噪聲甚至連通話質量都不能保證。隨著低電壓信號在IT設備中使用的增加,比特錯誤率也隨之提高,甚至可以高到使整個(ge) 網絡癱瘓。

(6)功數補償(chang) 設產(chan) 故。在電壓作用下,電容器會(hui) 產(chan) 生額外的功率損耗加快絕緣介質的老化。更為(wei) 嚴(yan) 重的是,大量諧波電流很可能引發電容器和係統其他元件之間的並聯諧振或串聯諧振,造成電容器超載而損壞;使與(yu) 電容器連接的配電回路中所有線路、設備因電壓閃變、超壓、過負荷而損壞。據統計,七成以上的諧波故障發生在電容器裝置上。

(7)保護裝置誤跳閘。配電回路的諧波電流含量高會(hui) 使斷路器遮斷能力降低。這是因為(wei) 畸變電流過零點時,電弧電流隨時間的變化要比工頻正弦電流大,電弧電壓的恢複要迅速得多,使電弧容易重燃導致誤跳閘或在該跳閘的時候根本不跳。剩餘(yu) 電流可能會(hui) 達到使剩餘(yu) 電流保護裝置動作的設定值。事實表明,空氣電磁斷路器不能遮斷其分斷能力範圍內(nei) 波形變率超過五成的故障電流，而且還會(hui) 導致斷路器損壞。

(8)嚴(yan) 重幹擾感應式電能表。在諧波環境下,電能表記錄的是基波電能及部分諧波電能諧波電能會(hui) 使得用電設備性能變壞，因此用戶不但多交電費,而且利益受到損。

(9)在負載適中情況下變壓器過熱。諧波會(hui) 引起變壓器的額外損耗,這些損耗將會(hui) 導致變壓器早期故障。隨著當前裝置需要運行到限值的趨勢以及低電壓係統日益增加的諧波汙染，這個(ge) 問題也變得日趨嚴(yan) 重。

(10)感應電動機損耗。電壓諧波會(hui) 導致感應電動機的額外損耗。高次諧波導致的扭矩脈動在聯軸器和軸承處會(hui) 產(chan) 生磨損和裂紋。由於(yu) 電機速度是固定的，諧波中儲(chu) 藏的能量就以額外的熱量形式散發了,導致設備過早老化。

(11)集膚效應引起的導線過熱。對於(yu) 電力電纜和配電線路,諧波電流頻率增高會(hui) 引起明顯的集膚效應導線電阻增大(如一根直徑為(wei) 20mm的導線在350H時具有比其直流電阻率高六成的視在電阻),線損加大，發熱增加,絕緣過早老化,容易發生接地短路故障,形成潛在的火災隱患。在智能建築中大量集中使用電子計算機和大麵積采用電子節能氣體(ti) 光源照明的場合,中性線電流甚至達到相線電流的2倍致使中性線過熱燒毀,甚至導致火災。

1.2諧波汙染的主要防範措施

為(wei) 保證智能建對3A係統(自動化係統、辦公自動化係統通信自動化係統)運行的高可靠性要求，在設計和施工階段，目前主要采取以下措施預防諧波對電子設備的幹擾。

(1)為(wei) 電子設備設計回路供電,盡可能避免諧波幹擾沿供電線路竄人。

(2)為(wei) 易受幹擾設備加裝線路濾波器,消除或抑製諧波分量,達到淨化電源的目的。

(3)該設備配盡能離電流畸變嚴(yan) 重的線路,以避免空間電磁幹擾。

然而,這些措施卻不是從(cong) 源頭對諧波汙染進行治理。

2諧波保護裝置

某公司推出的諧波保護器從(cong) 源頭消除了諧波汙染,為(wei) 用電設備提供諧波保護功能。HPD采用了超微晶合金材料與(yu) 創新科技的特別電路，在2kHz10MH頻段內(nei) 有較好的濾波吸收效果,對用電設備產(chan) 生的隨機高次諧波和高頻噪聲、脈衝(chong) 尖峰、電湧等幹擾具有抑製和吸收作用;隨時測量電壓波形,瞬時濾除電源中的尖峰浪湧(雷電)、雜波,矯正因諧波影響而產(chan) 生畸變的電壓波形;除對電源中的幹擾噪聲有濾波作用外，還對電源波形有矯正作用,把有用的電能返還到電源,達到提高電能質量的效果。

2.1 HPD工作原理

HPD的工作原理如圖1所示。

圖1HPD的工作原理

首先要探知電壓瞬間急劇變化的情況，根據感應線圈的成分，使能源延遲接收;根據電容器的成分,將能源先暫時儲(chu) 存;當逆向電壓繼續變化時,將能源返還原處後取消;用電壓變化之差,將多餘(yu) 的能源分割成複數諧振成分後返回;根據內(nei) 部阻抗(電阻)的成分，以熱能形式逐漸消耗。HPD將電源線上傳(chuan) 輸的不需要的噪聲成分作為(wei) 熱量全部吸收而不丟(diu) 棄。將能源返還到電源線上的同時形成清潔、光滑的電源波形。在這裏高科技的超微晶合金材料起到了重要作用。HPD使用時並聯在電路中,本身不耗電.

HPD典型接線圖如圖2所示

圖2HPD典型接線圖

2.2 HPD功能

(1)自保護用電設。於(yu) 設自身產(chan) 的接地電流在設備和地之間會(hui) 引發一個(ge) 電壓降當噪聲頻率較高時,很容易造成計算機、電子設備、PLC電機、電器等死機。HPD能自動消除具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪湧、尖峰瞬變等,確保了用電設備的使用壽命。

(2)淨化電源。HPD具有很強的抑製諧波能力,可消除九成九的因各種諧波引起的電壓電流的畸變，防止諧波引發的計算機屏幕頻閃，以及由於(yu) 開關(guan) 、短路、負載變化引起的燈光頻閃。

(3)保護補償(chang) 備。高率可能和雜散的電網電感及功率因數補償(chang) (PFC)設備組合的諧波頻率形成並聯諧振回路,諧振電路引起的諧波放大使電壓和電流波形畸變更為(wei) 嚴(yan) 重,從(cong) 而導致設備過早出現故障。HPD消除了諧波汙染確保了功率因數補償(chang) 設備的使用壽命(4)防止保護裝置的誤跳閘。諧波電流會(hui) 導致斷路器誤跳閘或是在該跳閘的時候根本不跳HPD可有效防止保護裝置誤跳閘。

2.3 HPD用場合

(1)計算機電子設備PLC電機電器等

(2)淨化電源，消除浪湧、尖峰電壓、電路噪聲和靜電等幹擾。

(3)晶閘管整流裝置

(4)絕緣電阻。導電部分與(yu) 外殼間絕緣電阻 ≥50 Mn(冷態)。

(5)電腦服器(包括流水生產(chan) 線上的各類服電機等)。

(6)電子光裝置。

(7)電子鎮流裝置。

(8)各類高壓燈具(如碘鎢燈、汞燈節能燈、日光燈等)。

(9)電腦供電係統

(10)不間斷電源裝置(UPS)

(11)電梯空調等。

(12)複印機微爐像機電視機及各充電器等日常辦公生活用電器。

(13)電腦網絡。

2.4 HPD主要性能指標

(1)額定電壓。額定電壓為(wei) 250V，50/60HZ

(2)鉗位電壓。相(L)對中性(N)電壓為(wei) 510V

(3)抗浪湧電流。對2500V的浪湧電壓(1.2/50us),浪湧電流不超過12000A(8/2048)

(4)絕緣電阻。導電部分與(yu) 外殼間絕緣電陽≥50MN(冷態)。

(5)耐壓。導電部與(yu) 外殼應能承受電AC2000V，曆時1min，無擊穿和閃絡現象(試驗時電路中的並接在L和N之間的兩(liang) 隻聯電容應斷開)。

(6)剩餘(yu) 電流。相線對地中性線對地間的剩餘(yu) 電流S2mA(冷)。

(7)濾波效能。並接在網電源上對網電源中的尖峰瞬變和2kHz~10MH雜波有明顯的濾波效果。在頻率100kHz左右不低於(yu) 40dB。

(8)其他。功耗:小於(yu) 3W;接點容量:50A:外殼;鑄鋁;安裝尺寸;122mmx100mmx65mm;端子:酚醛樹脂，耐高溫900C。

3 安科瑞APF有源濾波器產(chan) 品選型

3.1產(chan) 品特點

(1)DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體(ti) 積小，安裝便利，方便擴容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控製，使用方便，易於(yu) 操作和維護；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力係統的影響；

(7)多機並聯，達到較高的電流輸出等級；

3.2型號說明

3.3尺寸說明

3.4產(chan) 品實物展示

ANAPF有源濾波器

4 安科瑞智能電容器產(chan) 品選型

4.1產(chan) 品概述

AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

AZC/AZCL係列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2型號說明

AZC係列智能電容器選型：

AZCL係列智能電容器選型：

4.3產(chan) 品實物展示

AZC係列智能電容模塊AZCL係列智能電容模塊

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

5結語

智能建築中的諧波汙染對設備造成了大量危害。脈衝(chong) 幹擾會(hui) 導致電子器件、設備的損壞,計算機及應用計算技術的儀(yi) 表程序錯誤,存儲(chu) 丟(diu) 失甚至係統損壞。在實際工作中,由於(yu) 諧波具有多發性隨機性和不可重複性,使設備性能下降、無法工作的現象時有發生。為(wei) 保證現代智能建築中各種不同類型設備和計算機及電子裝置正常可靠、穩定地運行,所以要采取相應措施,消除對用電設備具有破壞性的高次諧波、高頻噪聲、浪湧、尖峰瞬變等,防止計算機電子設備、PLC、電機電器等死機,確保用電設備的使用壽命。

安科瑞侯文莉