浅谈谐波电流对电缆截面选择的影响

摘 要：在三相平衡系统中，有可能存在谐波电流，影响最显著的是三次谐波。中性线三次谐波电流值等于相线谐波电流的3倍，选择导线截面时，应考虑谐波电流的影响。文中阐述了谐波电流的产生原因，说明了考虑谐波时电缆截面选择的方法，进而达到正确选择电缆截面的目标。

关键词：基波 谐波 三次谐波 电缆截面选择

引言

在交流电网中，由于许多非线性电气设备的投入和运行，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的正弦波。常见的谐波源有换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、日常生活用电器等非线性设备，在电气设计和选型过程中，我们应重视谐波产生的影响。

1 谐波电流的影响及对谐波认识的现状

电气回路除50HZ的基波负载电流外，还附加有非性负载产生的过大含量的高次谐波电流，则回路会因此而过载，使过流防护电器频繁跳闸，由于不了解谐波的产生原因和电气原理，常误认为是断路器、熔断器的额定电流太小而更换电流大许多的断路器、熔断器，而不更换大截面积的回路导体，此种做法是不正确的，会造成回路过载而过电流防护电器不动作的问题产生，最终将因回路长期过载而导致短路和各种电气危害的发生。

谐波电流能引起相线过载，但最常见的和危险的导体过载是三相四线回路中的中性线过载。通常不重视谐波过载的危害，认为中性线只通过三相不平衡电流，其值很小，中性线截面只取为相线截面的二分之一至三分之一。

2 谐波电流的产生原因分析

下图中为三相四线回路各带电导体的基波50HZ和三次150HZ的电流波形，如三相电流相等，因基波相差120 ?，在中性线上的相量和为零。但由图上可知，三次谐波电流在中性线上相位并不差120 ?，而是处在同一相位上，它在中性线上的电流不是互相抵消而是互相叠加。其他9，15，21次谐波的奇数倍谐波电流也是如此。由于三相的三次谐波电流及其奇数倍谐波电流在中性线上的叠加，中性线电流不再为零而常与相线电流接近甚至超过相线电流。如果在电气设计中对三次及其奇数倍谐波含量大的回路仍将中性线截面取为相线截面积的二分之一或三分之一，则中性线必然会过载，因此必须应根据谐波电流的影响，合理选择导体的截面。以防止中性线过载，造成绝缘劣化引起事故。

3 考虑谐波时截面选择的方法

因三次谐波影响较大，通常可只考虑三次谐波的影响，三谐波电流较小时，仍可按相线电流选择导线的截面，但计算电流应按基波电流除以校正系数。例如当三次谐波电流超过33%时，它所引起的中性线电流超过基波的相电流时，应按中性线电流选择导线截面。同时应根据谐波电流的含量不同计算电流要除以相应的校正系数。

（1）相线电流的计算：当回路中有谐波电流时，相线中也增加了谐波电流，这时相线的电流IL为基波电流和各次谐波电二次方和的平方根。公式为

（2）中性线电流的计算：中性线三次谐波电流值等于相线谐波电流的3倍。

（3）谐波电流的校下系数

4 通过例子说明考虑谐波电流时导线截面的不同

假设三相四线回路在墙面上用PVC铜芯电线靠墙敷设，相电流均为270A线路截面积为3×95+1×50mm2 现因设备更新，基波电流不变，但增加了50%的三次谐波电流。试计算相线和中性线电流，并确定其截面。

（1）三次谐波电流为基波电流的50%时相线电流：

（2）中性线电流为三根相线3次谐波电流的叠加：

此时相线电流增加了12%，而中性线电流却增加为相电流1.5倍，原来的3×95+1×50mm2 的线路已经无法满足要求，相线和中性线的按载流量应放大为3×120+1×240mm2 的。即相线截面积需由95mm2 放大到120mm2 ，而中性线由50mm2 放大到240mm2 。

5 结束语

谐波电流的危险是具大的，我们一方面要尽量避免谐波电流的产生，减小谐波电流产生的危害。同时应该理解谐波电流是真实存在的，无法彻底消除。在电气设计和工作中，应正确认识谐波电流的产生原因和过程，合理选择导线的截面才是切实可行的方法，进而减小谐波电流造成电气线路的故障。

参考文献：

[1]GB/T14549-1993 电能质量 公用电网谐波

[2]GB16895.15-2002 布线系统载流量

[3]建筑电气装置600问/王厚余编著-北京：中国电力出版社，2013.5

[4]工业与民用配电设计手册（第3版）/中国航空工业规化设计研究院等编-北京：中国电力出版社，2005 ISBN7-5083-3034-X

作者简介：李伟成（1975-），工程师，主要从事电气设计，自动化程序开发。