医院建筑谐波问题分析及抑制

摘要：随着医疗技术水平的发展，医院建筑内的非线性设备的使用量日趋增多，一定程度上使得医院谐波污染问题日益严重，给医院造成具体的危害。本文分析了谐波的产生及谐波对医院设备的危害，并结合医院谐波特点，提出了抑制谐波的方案，以解决医院中谐波污染问题，保证医用设备的正常运行。

关键词：医院；谐波产生；危害；有源电力滤波器；抑制

0引言

近年来，随着经济建设的持续发展，我国医疗技术水平也不断改善，医院建筑内的非线性设备的使用也越来越多，从常见的荧光灯、计算机、变频水泵、电梯、空调，到医疗专用电子电气设备，如医用放射设备、监护仪、治疗仪、检验设备等。这些非线性设备将导致医院电网污染，电力品质下降，产生大量的谐波。谐波的大量产生将严重威胁着配电系统和用电设备的正常运行，进而影响到医院的治疗效果等，甚至会引起人身伤亡。因而了解医院建筑谐波产生的原因及危害，加强对谐波的抑制显得尤为重要。

1谐波的产生及其对医疗建筑的危害

1.1谐波的产生

按IEEE-519定义：谐波是一个周期波或量的正弦波分量，频率为基波频率的整数倍。

国内电压的基波频率为50Hz，频率为50Hz的n（n为大于1的整数）倍的正弦波称为n次谐波，例如频率为150Hz的正弦波称为3次谐波。一般来说谐波的次数为整数，但有时会有不是整数的情况，此时称之为间谐波。

描述谐波畸变的量化指标有总谐波畸变率THDi和THDu、谐波含量IH和UH、谐波含有率HRIh和HRUh。

1.2谐波对医疗建筑的危害

谐波引起的谐振，导致过电流或者过电压，容易烧毁电容器或电气设备。

谐波对配电变压器或电动机的影响，主要是引起设备的附加损耗，从而引起过热，加速绝缘老化，大大缩短变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，还可能在生产过程中造成断电的后果。

谐波对用电设备电力测量及继电保护的影响：谐波会改变保护继电器的性能，引起拒动或误动。谐波对敏感用电设备的影响：手术设备、透析设备、监护设备对电能质量要求较高；医院中一些电子电气设备的微处理芯片工作电压很低，某些很小的瞬间过电压就可能导致运算错误，显然避免瞬间过电压和高频干扰对敏感用电设备是非常重要的。

2医疗建筑谐波分析

DSA设备电流总谐波畸变率达到55.0%，主要为3、5、7、9、11次谐波。

笔者设计的某医院放射科共安装6台大型放射诊断设备，总安装容量540kVA，变压器容量1250kVA，实测THDi为74.7%、55.0%，根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》条文说明22.3.2第6款的定义，设备功率大于所在变压器容量的8%，且THDi大于35%，该医院放射科的放射设备可界定为大功率谐波骚扰源。为避免对电网其他设备造成危害，应采取谐波治理措施。

3医疗建筑电气设备的合理选择

为尽量避免谐波的危害，应合理选择医院建筑内的电气设备。

3.1变压器及系统接地形式的选择

电网中3及3的倍数次谐波电流会在D，yn11接线组别的配电变压器的三角形绕组内形成环流，选用D，yn11接线组别的配电变压器可有效阻断3及3的倍数次谐波电流在变压器一次绕组与二次绕组之间的流通，但同时变压器的一次绕组将可能出现更高温升，故应适当降低其负载率。医院建筑内精密电子仪器、荧光灯、放射设备等非线性设备，均为大功率谐波骚扰源，根据GB50052-2009《供配电系统设计规范》5.0.13条及《民用建筑电气设计规范》22.3.2条的要求，医疗建筑应选用D，yn11接线组别的配电变压器，且该变压器的负载率不宜高于70%。

配电系统接地形式应选用TN-S或TN-C-S系统，单独敷设的PE导体将有效减少谐波对电气设备的影响。

3.2电缆及其敷设方式的选取

对集中的大功率谐波骚扰源设备的配电线路，如放射科、检验科、手术部、ICU、动力中心、弱电机房等，可采用加大截面的方法来减少谐波带来的影响面。为了防止产生干扰，配电线路或信号线路可选用屏蔽线缆；或者采用屏蔽效果良好的金属导管或金属线槽对线路进行保护。

3.3选用电磁兼容性能达标的产品

按IEC定义，电磁兼容是指系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。随着如今电子电气设备的工作频率越来越高，如CPU等，辐射会越来越厉害，这就需要在选用电子电气设备时优先选用带金属屏蔽外壳的产品，并从电路的设计、布线、接地等多方面考虑。

4医疗建筑谐波的抑制

谐波抑制的措施有多种，常用的有有源电力滤波器、使用串联电抗的无功补偿电容器组等。

医疗建筑中放射科、检验科、手术部等存在大量大功率谐波骚扰源，可针对这一情况，在变压器低压侧采用滤波器进行集中治理。医院项目采用有源电力滤波装置，可同时滤除2次到61次谐波。以1250kVA变压器，负荷率70%为例，最大滤除谐波电流可根据以下谐波电流经验公式进行计算（不涉及量纲）：

在工程设计中可按此经验公式进行初步计算，方便使用方进行投资估算及工程预算，项目实际投入运行，可再进行实地测量，以精确确定谐波治理的容量。

医院的放射科、检验科等的设备均为大功率谐波骚扰源，故在有大功率谐波骚扰源的馈线上，应设置滤波装置。在医疗项目中各手术室、ICU、弱电机房等处选用末端滤波装置。

5结语

总之，谐波对医院医用设备的危害是十分明显的，抑制好谐波污染问题，不仅能降低电能损耗，而且还能延长设备使用寿命，提高医疗水平。因此，合适的设备选型及有效的谐波抑制措施是必不可少的。经实践证明，本文所介绍的谐波抑制措施是可靠有效的，为今后医院谐波抑制提供很好的应用价值。

参考文献：

[1]陈兴忠.医疗建筑内谐波治理浅析[J].电气应用，2011年22期

[2]龚世雄.现代化医院中的谐波危害及控制措施[J].山西建筑，2009年32期