存在諧波電流時(shí)如何選擇導(dǎo)體的截面積

近年來，隨著系統(tǒng)中非線性負(fù)荷的增多，像直流電源、計(jì)算機(jī)、變頻器和氣體發(fā)電燈等設(shè)備，使三相平衡系統(tǒng)中出現(xiàn)了諧波，尤其是三次諧波最為嚴(yán)重。此時(shí)，如果只根據(jù)其功率計(jì)算電流來選擇導(dǎo)體截面，在運(yùn)行過程中可能會使線路處于過載運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致斷路器頻繁跳閘。這是因?yàn)榉蔷€性負(fù)荷的存在，相線中不僅有50Hz基波負(fù)載電流，還有其它高頻率的諧波電流，此時(shí)相線中電流為基波電流與各次諧波電流的平方之和的平方根，可以按照下面公式表示：

式中，IL為相線電流，I1為基波電流，Ih為第h次諧波電流。

通過上面公式可知，由于存在諧波電流，使得相線中的電流增大。對于三相四線制系統(tǒng)中的中性線，三相線性負(fù)荷平衡的情況下，中性線中通過的電流為零。對于非線性負(fù)荷來說，即使三相負(fù)荷平衡，也會使中性線中通過三個(gè)相線得三次及其奇數(shù)倍諧波電流，從而使中性線中的電流增大，但偶次諧波不會使中性線中電流增大。由于三相的三次及其奇數(shù)倍諧波電流在中性線上進(jìn)行了疊加，使得中性線中存在3倍的三次及其奇數(shù)倍諧波電流。

系統(tǒng)中存在非線性負(fù)荷使得線路中存在諧波電流，從而造成相線和中性線中通過的電流增大。諧波嚴(yán)重的情況下，中性線中通過電流要大于相線中通過的電流。對于非線性負(fù)荷，如果只根據(jù)設(shè)備功率計(jì)算出負(fù)荷電流來選擇導(dǎo)體的截面，可能會使導(dǎo)體處于過載運(yùn)行狀態(tài)，長期運(yùn)行使其絕緣發(fā)生劣化，嚴(yán)重情況下可能會發(fā)生電氣火災(zāi)。

那么存在諧波電流時(shí)如何選擇導(dǎo)體截面呢？下面對這個(gè)問題進(jìn)行分析。對于低壓配電線路的按照其形式分為兩類：

（1）第一類為導(dǎo)線采用絕緣子明敷方式，導(dǎo)線為單芯導(dǎo)線，不同導(dǎo)線之間拉開了布線距離。這種方法下，發(fā)熱導(dǎo)體有足夠的空間將熱量擴(kuò)散到周圍空氣中，導(dǎo)體之間的發(fā)熱互不影響。其載流量仍然可以按照單個(gè)導(dǎo)體的發(fā)熱來進(jìn)行標(biāo)定。

例如，某三相平衡系統(tǒng)，采用三相四線制供電方式，相線電流為39A，采用4根PVC絕緣銅芯電線在墻面上以瓷瓶明敷，求在負(fù)載電流含有不同諧波的情況下的電線截面。

注：電線載流參照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版）表9.3-18，在40℃時(shí)環(huán)境溫度下電線的載流量，4(6)表示4根6mm2的電線。

從上面的計(jì)算結(jié)果可得，隨著諧波含量的增大，相線和中性線的電流變大；諧波含量大時(shí)，中性線通過的電流要大于相線通過的電流；當(dāng)諧波含量大時(shí)，要考慮到相線和中性線導(dǎo)體截面的增加。

（2）第二類為多芯電纜和穿管電線，這時(shí)多芯電纜和穿管電線相互貼緊，它們之間發(fā)熱相互影響，此時(shí)多芯電纜或穿管電線可以視為一個(gè)綜合發(fā)熱體。諧波電流作為基波電流的一種附加的電流，它使回路增加的附加發(fā)熱，造成導(dǎo)體載流量減小。為了確定存在諧波電流后導(dǎo)體的截面時(shí)相線應(yīng)該除以降低系數(shù)，從而提高導(dǎo)體的截面。下面來自《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版）表9.2-2為含有諧波電流時(shí)計(jì)算電流較正系數(shù)。

   　例如，某三相平衡系統(tǒng)，采用三相四線制供電方式，相線電流為39A，采用PVC絕緣四芯銅電纜明敷，求在負(fù)載電流含有不同諧波的情況下的電線截面。

注：電線載流參照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版）表9.3-27，在40℃時(shí)環(huán)境溫度下電線的載流量，4×10表示4芯10mm2的電纜。