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谐波保护在医疗建筑中的作用
[2014/7/31]

    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》。  

    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。  

    2.1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。 

    3.谐波保护器的节能基础理论  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KYXBQ1000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,KYXBQ1000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KYXBQ1000谐波保护器以后,就可以100%的消除电流涡流。 

    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。  

    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。  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。  

编辑 :zhuli

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