舞臺燈光系統(tǒng)供配電設計探討

何順明

重慶市璧山區(qū)綠島中心，重慶 402760

專業(yè)劇場劇院是展演文藝創(chuàng)作精品、豐富群眾文化生活的重要場所，也是傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、弘揚社會主義核心價值觀的重要陣地。近年來，我國專業(yè)劇場劇院發(fā)展迅速，已經(jīng)成為推動藝術市場繁榮發(fā)展的重要力量。目前劇院舞臺燈光設計仍大量采用白熾（鹵鎢） 光源燈具，調(diào)光裝置嚴重依賴晶閘管的現(xiàn)象還沒有改變，由于晶閘管對電源的污染，使得舞臺燈光供配電設計不同于一般的民用建筑，如果忽視其特殊性，設計就會出現(xiàn)缺陷，輕則影響劇場演出，重則將會埋下嚴重的安全隱患，因此對其的研究非常有意義。本文從劇場燈光的工作原理及理論分析等方面，以璧山文化藝術中心大劇院為例，對劇場燈光系統(tǒng)的供配電設計給出分析和建議。

1 舞臺燈光特點

1.1 設計先進

璧山文化中心大劇院為設計1700座的乙等特大型劇院，需同時滿足一流的國內(nèi)外各類大型歌劇、舞劇、話劇、音樂會、綜藝演出、會議等使用要求，適應國內(nèi)外燈光設計和燈光操作人員的管理和使用，能滿足電視現(xiàn)場直播和錄像的要求，符合國際先進的舞臺燈光系統(tǒng)使用、控制理念，潮流和趨勢。作為國內(nèi)一流劇場，整體系統(tǒng)配置既要滿足現(xiàn)代劇場要求，又考慮擴充余量，并要求有合理的性能價格化，保證劇場在相當長時間內(nèi)不會落伍，滿足各類演出團體的使用要求。供電系統(tǒng)需提供全系列的標準連接方案，符合國際標準：IEC60439-1，充分保證運行的可靠性和操作安全性。

1.2 須進行諧波抑制

晶閘管調(diào)光器是目前舞臺上的主流調(diào)光器，實質(zhì)上就是一個單相的相位控制交流調(diào)壓器，屬于非線性負荷。工作過程中非線性負荷接入電網(wǎng)系統(tǒng)時將產(chǎn)生諧波電壓，并引起電壓畸變，諧波電流造成電氣設備、電纜過熱，對靈敏數(shù)字系統(tǒng)、電子保護、控制系統(tǒng)造成程序動作異常和數(shù)據(jù)的丟失，同時對音響視聽設備產(chǎn)生干擾和噪聲，調(diào)光設備作為燈光系統(tǒng)的控制咽喉，本身的穩(wěn)定和調(diào)光控制系統(tǒng)的可靠將直接影響到整個系統(tǒng)的正常運行和演出效果，璧山文化中心大劇院設計選用正弦波調(diào)光模塊，可以盡量減少對電網(wǎng)的污染，增加設備可靠性，同時在配電設計時需采取措施進行諧波抑制。

1.3 安裝功率大，負荷分散

實際上，舞臺燈光系統(tǒng)安裝功率要遠遠大于實際需要的功率，這取決于劇院中的裝置自身，也就是說，要將功率分布在許多點上，以便燈光工程師可以有最大自由來選擇布燈位置，實現(xiàn)燈光效果。設計最大瞬時功率為供應每個場所的（調(diào)光和直通） 電力線，這些電力線將為以下這些地方的布燈點提供電力：觀眾席天棚、舞臺前部拱墻、樂池、主舞臺及其附屬建筑空間，和演出承辦方放置設計中設備的所有點，負荷分散，安裝功率很大。同時晶閘管調(diào)光器有較為嚴重的三相不平衡出現(xiàn)。

2 舞臺燈光供配電設計

2.1 電氣設計條件

舞臺工藝設計院提出璧山文化中心大劇院舞臺燈光專業(yè)電氣設計條件，主要內(nèi)容如下：

① 本工程設有燈光控制室一間、調(diào)光硅柜室一間，由控制臺遠程控制舞臺燈光硅控室，調(diào)光硅柜室內(nèi)共有調(diào)光立柜9臺。燈光控制室內(nèi)有主備調(diào)光控制臺、電腦燈控制臺、信號中繼站等。

② 燈光電源來自低壓配電室，接地形式采用TN-S系統(tǒng)，中心線與接地線嚴格分開。電壓380V、三相五線。

③ 舞臺燈光調(diào)光立柜室設調(diào)光柜9個，N1-N8調(diào)光柜每個配電容量小于240kW，各輸出正弦波調(diào)光回路96個，共768回路，每回路裝機容量3kW；場燈作為演出燈光的一部分，有必要將場燈控制部分歸到舞臺燈光控制臺進行控制，與演出燈光進行完整的結合，所以N9調(diào)光柜設計為場燈調(diào)光柜，容量不小于120kW，輸出正弦波調(diào)光回路48個，每回路裝機容量3kW。進線電纜進入調(diào)光硅柜，其中進線電纜、室內(nèi)的供電柜、燈光控制室/舞臺備用電源配電箱部分由建筑電氣設計單位設計。

④ 舞臺燈光備用電源進線回路7回，每回路的容量不小于裝機容量，其中一層天橋上場口預留100kW；一層天橋下場口預留100kW；上場口側臺前側墻預留50kW；下場口側臺前側墻預留50kW；上場口側臺后側墻預留100kW；下場口側臺后側墻預留100kW。

⑤ 導線線徑。調(diào)光回路、直放回路每回導線型號：4平方三芯線纜。所有設備、裝置外導電部分、燈具外殼、橋架的金屬部分均須可靠的接地連接。

2.2 調(diào)光設備用電容量的設計

計算容量：Pjs=K×Pe

式中，Pjs—計算容量（kW）；K—（需要系數(shù)）；Pe—設備容量（kW）。

根據(jù)《民用建筑電氣設計規(guī)范》 （JGJ 16-2008） 中9.6.8條的規(guī)定，舞臺照明負荷宜采用需要系數(shù)法計算，需要系數(shù)宜符合表9.6.8的規(guī)定，式中K取0.25；

Pe（常用） =（768+48） ×3=2448kW（正弦波調(diào)光，每回路最大輸出功率3kW，最大裝機容量達2448kW。）

Pjs（常用） =0.25×2448=612kW

視在容量：Sjs=Pjs/cosΦ（根據(jù)規(guī)范cosΦ取0.90）

表1 表9.6.8需要系數(shù)

2.3 備用電源容量設計

由于劇院演出具有多樣性，部分演出單位為了保證在不同的劇院演出都能達到預期的效果，需要自帶部分光源在劇院臨時安裝，舞臺燈光配電就需要設計備用電源接口，根據(jù)舞臺工藝設計院提供的燈光專業(yè)備用電源配置要求：

式中，Pjs—計算容量（kW）；K—（需要系數(shù)）；Pe—預留容量（kW）。

根據(jù)規(guī)范式中K取0.5：

Pe（預留） =100+100+50+50+100+100=500kW

Pjs（預留） =0.5×500=250kW

視在容量：Sjs=Pjs/cosΦ（根據(jù)規(guī)范cosΦ取0.90）

2.4 總配電計算

Pjs（總） =Pjs（常用） +Pjs（預留） =680+278=956kVA

根據(jù)以上公式計算，綜合考慮，該劇院燈光系統(tǒng)供電容量最小不低于950kVA。

璧山文化藝術中心大劇院根據(jù)劇院規(guī)模按照規(guī)范，舞臺燈光屬于一級負荷，設計高壓電源分別來自兩座變電站，低壓配電室從變壓器到硅控室的舞臺燈光配電柜均進行主備設計，硅控室配電柜設置切換開關進行自動切換。

2.5 中性線選擇

在選擇電纜截面時，電纜的容許載流量須滿足GB 50054—2011《低壓配電設計規(guī)范》 （簡稱GB 50054—2011） 6.3.3條中IB≤In≤IZ保護配合的規(guī)定。式中：

IB—回路計算電流（A） ；

In—熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A） ；

IZ—導體容許持續(xù)載流量（A） 。

考慮到諧波分量的作用，相關規(guī)范有如下規(guī)定：

WH/T 40—2011《舞臺燈光系統(tǒng)工藝設計導則》 （簡稱WH/T40—2011） 中，5.6.4規(guī)定零線截面積宜為相線的2倍。

JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》 （簡稱JGJ 16—2008） 第9.6.3條第2款要求：由晶閘管調(diào)光裝置配出的舞臺照明線路宜采用單相配電。當采用三相配電時，宜每相分別配置中性導體，當共用中性導體時，中性導體截面不應小于相導體截面的2倍。

璧山文化藝術中心大劇院的配電室設在負一樓，舞臺燈光硅控室設在五樓，需要從低壓配電室采用TN-S系統(tǒng)向舞臺燈光硅控室供電，中性導體截面配電設計為相導體截面的2倍。

2.6 諧波抑制

根據(jù)《民用建筑電氣設計規(guī)范》 （JGJ 16—2008） 中9.6.7條的規(guī)定，為了防止供電電源對舞臺的電聲、電視轉播設備產(chǎn)生干擾，影響其正常運行，要求電聲、電視轉播設備的電源不宜接在舞臺照明變壓器上，即舞臺照明和舞臺音響分別由不同的變壓器供電。因此璧山文化藝術中心大劇院專設兩臺1250kVA變壓器分別為舞臺照明及舞臺機械電力設備等負荷供電，另外2臺1000kVA變壓器為其它照明、動力、空調(diào)、舞臺音響等負荷供電，和舞臺機械、舞臺照明及舞臺音響等重要負荷的供電采用兩路電源末端切換，以保證重要負荷的供電安全可靠。為有效抑制諧波，在變配電所供舞臺機械、舞臺照明及舞臺音響的配電干線上，設置配電抗器的功率因數(shù)補償電容器組，還加設了有源濾波裝置。

3 結語

表演藝術發(fā)展到今天，表現(xiàn)手段趨于多樣化，舞臺作為歌劇、舞劇、戲曲等項目的表演場合，仍然在表演藝術中占有首位位置。隨著藝術的發(fā)展，對舞臺燈光也提出了更高的要求。劇院舞臺燈光系統(tǒng)的配電設計有許多特殊要求需要我們不斷學習和應用，以滿足現(xiàn)代藝術對舞臺燈光的要求，有必要合理考慮配電容量、加大中性線線徑、采用諧波抑制技術等措施，做好劇院舞臺燈光系統(tǒng)的配電設計工作，以保障演出工作。

[1] JGJ 16—2008, 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[2] WH/T 40—2011, 舞臺燈光系統(tǒng)工藝設計導則[S].

[3] 胡雁.淺談大型劇院舞臺燈光設計[J].科學與財富，2013（3） ：71.

[4] 曹月東.羅斐.杜克儉, 等.舞臺燈光系統(tǒng)中性線截面積選擇的分析[J].演藝科技，2016（11）：5-7.