辽宁省人防建筑设计研究院有限责任公司辽宁沈阳110001
摘要：当前时期，谐波问题已经成为了破坏电力系统安全、稳定、可靠运行的关键因素，严重地影响着建筑电气设备特别是医疗电气设备对于电力的正常使用，因此，建筑电气设计的设计人员，目前必须加大对于谐波问题的研究力度，并且采取有效的措施，对此问题加以解决，以维护建筑用户的电力使用效益。
关键词：医疗建筑；谐波源；谐波危害；谐波治理
一、谐波问题产生的原因以及危害医疗建筑电气的表现
1.1谐波问题产生的原因
一般来说，在电力系统的运行过程中，会产生一种谐波的情况。而谐波准确的说，就是周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。谐波产生的原因主要有三个方面引起：其一，电源端产生的谐波。准确来说，谐波在电力系统中是一种较为常见的现象，而且一般发电机的三相绕组在制作的过程中很难达到绝对的对称，在一定程度上受制作工艺的影响，其对应的铁芯也很难达到绝对均匀的状态，这些情况都会导致谐波的产生。此外，由于发电机在运行过程中出现不稳定的情况也会导致谐波的产生。但是相对于前者，由后者造成的谐波产生情况要小得多。其二，输配电过程中产生的谐波。通过对谐波产生的来源分析来看，极大部分谐波的产生都来于电力变压器的输配电过程中，具体的说，由于电力变压器在设计时候，需要考虑对应的经济性，而与之对应铁芯的磁化曲线会处于一种特殊的状态，即：非线性的饱和状态，导致在具体的工作状态中磁化电流为顶尖型的波形，从而产生奇次谐波。而较高的变压器铁芯饱和程度会使其工作点产生偏离，即：偏离原定的线性曲线，从而产生较大的谐波电流。其三，电力设备产生的谐波。电力设备本身也是产生谐波的因素之一，且由于电气设备的种类不同，对应产生的原因也并不相同。
1.2危害医疗建筑电气的表现
一个完善且功能齐全的医疗建筑，其内部自然少不了与电气有关的设施，无论是照明还是医疗设备，都需要电力能源作为最基本的支撑。但是反过来说，当电力系统内部受到谐波的影响，对应的设备也会产生影响，从而影响医疗建筑的日常运行，甚至还会在一定程度上对部分电气医疗设备造成损坏：其一、对发电机和电动机而言，由于谐波的产生位置在定子绕组、转子回路以及铁芯中，就会在极大程度上提升与其相对应的损耗，从而降低发电机、电动机的工作效率。而且还会产生一种更为严重的现象，即谐波带来的震荡效果会使发电机发生震荡力
矩，从而导致机械共振，产生不可逆转的损毁。其二、谐波的产生使电流波形变尖。在具体的使用过程中会导致发电机、变压器、电动机等相关电气设备的磁滞和涡流损耗增加，对应线路的绝缘层承受的电应力增大，导致产生破损或者断裂的现象，从而对医疗建筑的相关设备造成损坏。而且，谐波电流的产生也能够直接导致变压器的铜耗增加，所以相对来说，变压器、电动机等电气设备都会在严重的谐波复杂下升温、发热、振动等，从而严重地缩短相关电力设备的使用寿命和使用性能，尤其是对与医疗有关的电气设备，单是对使用性能造成的影响就有可能导致发生严重的问题。
二、医疗建筑电气中的谐波治理措施
2.1减少谐波出现的方法
对于治理谐波危害我们可以采取的措施有以下几种方法：①提高供电量抑制谐波，这种方法的缺点是谐波抑制的不够彻底这是降低谐波产生的频率而且成本较大。②利用变压器抑制谐波，这种方法的缺点是投资为一次性投资前期成本极高，只适用于特殊场合。③使用谐波保护器来抑制谐波，这种方法可以快捷有效地解决谐波问题并且节约成本较为推崇。④使用滤波器抑制谐波，这种方法的缺点是易过量，使得产品受损。
2.2医疗建筑电气需采取的谐波治理方法
国家医疗建筑电气规定：二级以上的综合医院等医疗场所和场所内部设备的用电负荷一般分为以下几种：①断电恢复供电时间小于等于0.5s的二类医疗场所的电力负荷为特别的一级负荷。②自动恢复供电时间大于0.5s小于等于1s的一类医疗场所由于医疗建筑内部最高用电等级为一级所以定为一级负荷。医院建筑应当选择避免谐波危害的电气设备，并且实时观察设备的运行状况，一旦发生问题立刻采取应急措施。医院建筑当中的大多数照明设备、电子仪器、医疗设备都是非线性设备，也是谐波骚扰的主要对象。因此医院建筑可以采用以下的几种电气设备来防治谐波。
2.3选取适当的电线及铺设方式
像ICU、手术部、检验科、弱电机房等因使用了大功率仪器而易被谐波源骚扰的医院建筑可以使用截面加大法让谐波影响减小。同时为了防干扰，在配电和通信方面可以使用屏蔽线缆或是使用屏蔽性强的金属导管保护线路。
2.4选用电磁兼容性能达标的产品
IEC（电磁兼容）通常被定义为设备、系统在相应的电磁影响下能够进行常规的工作，并且不会对其他设备、系统造成影响。当今社会随着电子设备使用得越来越频繁，辐射也会越来越强，因此需要多加考虑电路的规划、接地等方面同时在选择电子电气装置时就需要优先考虑屏蔽性强的带有金属外壳的装置。
2.5串联电容器组及串联电抗器
2.5.1通过在电容器组中串联电抗器来治理谐波是十分常见的手段，使用的方法也各种各样，通常使用较多的方法是串联无功补偿的电容器组等。医疗建筑的许多地方都有许多吸引谐波的大功率电气设备，例如手术室、检验科、放射科等。因此我们可以采用滤波器集中处理变压器低压谐波的方法，医院的各个项目也可以采用有源的滤波器来治理谐波。
2.5.2串联电抗器
（1）串联电抗器选型时，应根据工程条件经技术经济比较确定选用干式电抗器或油浸式电抗器。安装在屋内的串联电抗器，宜采用设备外漏磁场较弱的干式铁心电抗器或类似产品。
（2）串联电抗器电抗率选择，应根据电网条件与电容器参数经相关计算分析确定，电抗率取值范围应符合下列规定：
1仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%~1%；
2用于抑制谐波时，电抗率应根据并联电容器装置接人电网处的背景谐波含量的测量值选择。当谐波为5次及以上时，电抗率宜取5%；当谐波为3次及以上时，电抗率宜取12%，亦可采用5%与12%两种电抗率混装方式。
2.6医疗设备谐波治理措施
①针对大型的的治疗诊断设备通过设置隔离变压器，可以有效的减少三至五次谐波，但是对其他的高次谐波无用；②无源滤波，滤波配对相应的滤波回路，在有限的滤波次数中，使电容器增大运行的电流，也许会和系统产生串联、并联谐振，比较适合用在简单的谐波环境；③通过有源滤波设备可以排除2~51次的全频谱型的谐波电流，不会有谐波的隐患，也不会发生因为过载而造成的损坏，并且具有反应时间短，没有负载变化极差的优点所以不会产生补偿，适合系统复杂、负载变化频繁、负载种类多样化的医疗建筑配电系统等谐波源负载系统；④针对单个分布分散的、谐波量小的设备，集中治理在变压器低压母线或配电干线上的谐波；⑤在对大型谐波源设备进行谐波处理时要就地治理，避免谐波进入配电系统，减少谐波带给电网的伤害。
三、结语
医院建筑由于其本身功能的特殊性，建筑的复杂性，使其对电气设计有着极为严苛的要求。保证医疗设备的可靠、安全用电毋庸置疑是每个设计人员的首要任务，但是设备使用的舒适性、布局的合理性也不容忽视。
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