照明設計的負荷計算和減少諧波的方法

鐘易，寧存岱

諧波的定義就是當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，形成了非正弦電流，從而產生諧波。諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。所有諧波中，以3（及其整數倍）次諧波危害最大，我們已經知道，三相交流電的中性點在三相平衡時矢量和為零，即零線上電流矢量和為零（即便不平衡，零線電流也有限），但120度的3倍是360度，即3次諧波之間在三相電網中的矢量和是同相的，它們相互疊加，使零線上出線遠大于相線上的諧波電流，這對線路、設備的危害就容易理解了；三次諧波會產生特別高的中線電流，甚至會超過相電流值，因此造成電器設備壽命大為減短，電網過熱，甚至可能引起火災。

人們已經意識到電器和電子產品產生的諧波電流進入商用電網會引起許多問題。由于半導體的非線性特征，采用半導體材料的帶功率轉換器的電氣裝置產生更多的諧波電流。大量使用這種產品如空調電視各種辦公設備，電子鎮流器等增加了進入電網的總諧波電流。它對電網危害主要有：功率損耗增加、設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、電網過熱等。對配電站，諧波會造成電子器件誤動作、電容器損壞、附加磁場、中性線過載和電纜著火。

供配電照明設計中減少諧波的產生的方法主要方法是使配電線路達到三相平衡，即使L1,L2,L3相上的負荷相等。如圖1所示：在此配電箱負責三層防火分區二的空調用電，空調用電為單相電，那么不同區域分別為不同單相電源負責供電。

在通常的照明配電設計中。給出的配件導線計算公式是基本不考慮，還有諧波情況下得出的。因此，在諧波條件下的配電導線截面的計算就不能直接套用。需要特別處理才行在設計選取導線截面時需要充分考慮到配電導線的象限中線中心線的附加諧波電流影響急需要考慮電流增大所造成的導線截面增大的情況。在有熒光燈為主的線路中，中性線應不小于相線，如果尚地不滿足導線的發熱條件，還需增大中性線的面積，直至滿足導線的發熱條件為止。

同樣道理節能光源照明配電裝置諧波電流的大量存在。在具體選擇配電線路的熔斷器和斷路器時，就要考慮到諧波電流的疊加效應對其他工作特性的影響。要保證所選取的電器參數能夠很好的與被保護的照明配電線路光源的特性相配合，防止在正常工作中物動作或者在故障情況下的拒動作，以確保起到應有的保護作用。

圖1 空調配電箱3AP.KT2系統圖

照明配電箱的負荷計算原則：當單相負荷的總容量小于計算范圍內負荷的總容量的15%時，全部按三相對稱負荷計算；如單相用電設備容量大于三相用電設備總容量的15%時，則須將單相設備容量換算成等效的三相設備容量，然后進行負荷計算。

以下面的圖2為例，如果照明配電箱中的負荷中有三相負荷和單相負荷，配電箱的負荷計算方法為：

先判斷全部單相之和是否大于三相之和的15%（注：全部單相之和就是把全部的各個單相負荷全部直接相加，得到的數值與三相負荷數值之和相比較）。

（1）當全部單相之和小于三相之和的15%時，配電箱設備容量＝全部單相之和＋三相負荷之和。

（2）當全部單相之和大于或等于三相之和的15%時，配電箱設備容量＝等效三相負荷＋真正三相負荷之和。

上面的第（2）種情況中，等效三相負荷的計算方法為：找出最大單相，然后這個數的3倍得到的就是全部單相的用電量了，稱為等效三相。具體作法：把各個單相分別相加，（即單相L1的數值相加，單相L2的數值相加，單相L3的數值相加），看看是哪相的最大，假設是L1相最大為P1，那么3×P1得到的數值就是等效三相了。

以圖2為例。單相負荷有n1，n2，ng1，ne1四條回路,三相負荷有NL1， NL2兩條回路。n1， ne1接L1相，那么L1相的負荷之和為n1和ne1回路相加為0.8KW，n2回路接L2相，那么L2相的負荷為2.5KW, ng1回路接L3回路其負荷為0.5KW,最大單相負荷為L2相為2.5KW,那么其3倍為7.5KW,由此可得到此配電箱中的單相負荷的等效三相負荷為7.5KW； 三相負荷有NL1， NL2，這兩條回路的負荷值之和為22KW（10+12=22KW）,此配電箱設備容量＝等效三相負荷 ＋ 真正三相負荷之和，即：7.5+22=29.5KW。

圖2 公共照明配電箱AW系統圖

以圖3為相同單相的負荷計算方法：

（1）出線全是同一單相的時候：全部單相直接相加得到設備容量Pe。

（2）此配電箱出線回路為G1～G9回路，為同一單相負荷 ，此箱總負荷為G1～G9回路之和等于2.543KW。

總之，供配電照明設計中減少諧波的產生的方法主要方法是使配電線路達到三相平衡；供配電照明負荷單相設備、三相設備混接于線路中，負荷計算的方法步驟為兩步：（1）先把單相設備轉化為等效三相設備，（2）把真正的三相設備與等效三相相加，即得混合線路的負荷值。

圖3 公共照明配電箱GAL系統圖