廖秀华  教授级高工

一、问题的提出

随着国家的技术进步和市民生活水平的提高，新型家电产品在城市住宅中的份额越来越大，而且越来越新，并以电子型产品为主要标志。电冰箱、洗衣机家家必备，空调、电脑、彩电每户几台，节能灯在快步取代白炽灯，LED大屏幕比比皆是……。这些新的变化对民用建筑的配电设计也带来新的问题，主要是线路容量的选择方法。

以上所列的家电产品都是新型的并属电子类产品，从工作原理来说，它们的工作过程都少不了整流、逆变、变频、调控等环节，从而决定了其用电性质为非线性负荷的特征。它们工作时流过的电流和电压不成线性关系，电流波形再不是通常的正弦波，而是发生了畸变的各种波形。这些波形包含有基波成分（频率为50HZ）和各次谐波成分（频率为基波的奇次倍）。下面列出索尼彩电的实测基波和谐波电流值。

表列各电流成分中，只有基波电流才是转变成有用功率的电流，其转换后的有功功率为0.433×220×0.95＝90.5（W）。其它各次谐波电流均不能转换成有用功，而白白损耗在它们所流过的电路阻抗中，也就是额定功率中的169－90.5＝78.5（W）就是谐波电流所造成的损耗功率。这是额外的损耗也是产品的用电性质所决定的不可避免的损耗。这种损耗由配电线路输入，必然关系到线路的容量必须增大。下面从电流角度也可看出线路设计中谐波影响不容忽略。

配电线路的容量（截面积）应由通过线路的电流大小来决定，在本例既有基波又由谐波的场所，则由总电流的有效值来决定，经换算得出其值应为0.8A，该0.8A就是选择线路容量的依据，而不能把0.433A当作为依据。否则，将会埋下重大的火灾隐患。据文献[2]介绍，在常规设计中，正常情况下的中性线电流较相线电流小得多，而把中性线导线设计的较细（过去的规程为相线允许载流量的50%）。而在民用建筑中，电子家电的大量三次谐波电流流过中性线时，就会使导线过载过热，绝缘损坏，进而发生短路而引起火灾。国内曾发生多起事故，损失惨痛。

通过对电视机功率和电流的分析，可以看出电子型家电产品的用电特殊性，它是非线性负载的缩影。下面以某公司的低压中性线所碰到的谐波干扰为例，证明谐波的影响以及线路设计方法。

二、中线过热现象

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三、中性线的谐波参数测量

（一）测量做法

测量对象为上图L-G和L- F两条线路。从该线路的电流互感器采电流信号，从低压380V母线采电压信号，测量参数包括线路各相的总电流，1～20次谐波电流、母线电压、线路有功功率、无功功率、功率因数。

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四、解决中线过热问题的措施

为解决中线过热问题，后来采取了两项应对措施：对电脑和屏幕回路（L-F）的中线增加一条50mm²的铜芯线，以降低中线的电流密度，中线的过热问题得以解决；照明线路因是暗敷设方式，且涉及5000 m²场地，很难通过增加中线截面的办法来解决，只得将50%日光灯的电子式镇流器更换为电感式镇流器，以减少流过中线的谐波电流。其过热问题也得以解决。

值得一提的是，对电子式和电感式（又称线绕式）镇流器的谐波电流发生量不宜一概而论，应结合具体产品作具体分析。电子式镇流器谐波量大是对早期产品而言，经改进后，其谐波电流的总畸变率已由第一代的135%，下降至第三代的7.85%。如果是高功率因数电感式镇流器，因并联了电容器，谐波电流将被明显放大，其总畸变率也会达到35.7%的程度。而低功率因数（cosφ=0.45）的电感式镇流器，其谐波电流的总畸变率仅为8.1%。再者，当时在第三代电子式镇流器尚未问世的条件下，选用电感式镇流器和电子式镇流器混用，主要是利用它们所产生的谐波的相位错开，可起到部分相互抵消的作用。

五、IEC标准中关于电缆选择方法及运用[3]

IEC标准所规定的选择条件假设为：范围指四芯或五芯电缆，且其中线和零线为

同一材质，截面相同，系统为三相平衡负荷，在中线中基本上只有三次谐波电流（其它3*N次谐波电流小于10%，除此以外的奇次谐波电流大体平衡，矢量叠加的结果接近零）。当符合这些假设条件时，将电缆的标准载流量乘以适当的修正系数后所得出的值，便是其非正弦波负载的允许载流量。这里的修正系数特称之为降容系数，表一给出了降容系数和基于相线电流选择截面和基于中线电流选择截面的推荐值。

当知道负载电流的实际值或理论波形时，中线电流的值可以计算出来。或者可以大致的估计得出。如果负载是计算机类的IT设备，中线电流大致为相线电流的1.61倍。对于可控硅整流设备，其控制角大于60°时，中线电流可能达到相电流的1.73倍。

参考文献

[1]廖秀华 电化学整流实用技术手册，天津：中国氯碱工业协会组编—2009；

[2]王兆安等谐波抑制和无功功率补偿 机械工业出版社 2004、2 北京

[3]李东浩等 电力电容器无功补偿技术论文集，西安：中国电工技术学会电力电容器专委会等组编—2010；