舞臺(tái)燈光系統(tǒng)供配電設(shè)計(jì)探討

何順明

重慶市璧山區(qū)綠島中心，重慶 402760

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

1 舞臺(tái)燈光特點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)先進(jìn)

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

1.2 須進(jìn)行諧波抑制

晶閘管調(diào)光器是目前舞臺(tái)上的主流調(diào)光器，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)單相的相位控制交流調(diào)壓器，屬于非線性負(fù)荷。工作過程中非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)將產(chǎn)生諧波電壓，并引起電壓畸變，諧波電流造成電氣設(shè)備、電纜過熱，對(duì)靈敏數(shù)字系統(tǒng)、電子保護(hù)、控制系統(tǒng)造成程序動(dòng)作異常和數(shù)據(jù)的丟失，同時(shí)對(duì)音響視聽設(shè)備產(chǎn)生干擾和噪聲，調(diào)光設(shè)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(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和演出效果，璧山文化中心大劇院設(shè)計(jì)選用正弦波調(diào)光模塊，可以盡量減少對(duì)電網(wǎng)的污染，增加設(shè)備可靠性，同時(shí)在配電設(shè)計(jì)時(shí)需采取措施進(jìn)行諧波抑制。

1.3 安裝功率大，負(fù)荷分散

實(shí)際上，舞臺(tái)燈光系統(tǒng)安裝功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)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(diǎn)上，以便燈光工程師可以有最大自由來選擇布燈位置，實(shí)現(xiàn)燈光效果。設(shè)計(jì)最大瞬時(shí)功率為供應(yīng)每個(gè)場(chǎng)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(diǎn)提供電力：觀眾席天棚、舞臺(tái)前部拱墻、樂池、主舞臺(tái)及其附屬建筑空間，和演出承辦方放置設(shè)計(jì)中設(shè)備的所有點(diǎn)，負(fù)荷分散，安裝功率很大。同時(shí)晶閘管調(diào)光器有較為嚴(yán)重的三相不平衡出現(xiàn)。

2 舞臺(tái)燈光供配電設(shè)計(jì)

2.1 電氣設(shè)計(jì)條件

舞臺(tái)工藝設(shè)計(jì)院提出璧山文化中心大劇院舞臺(tái)燈光專業(yè)電氣設(shè)計(jì)條件，主要內(nèi)容如下：

① 本工程設(shè)有燈光控制室一間、調(diào)光硅柜室一間，由控制臺(tái)遠(yuǎn)程控制舞臺(tái)燈光硅控室，調(diào)光硅柜室內(nèi)共有調(diào)光立柜9臺(tái)。燈光控制室內(nèi)有主備調(diào)光控制臺(tái)、電腦燈控制臺(tái)、信號(hào)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(yán)格分開。電壓380V、三相五線。

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

④ 舞臺(tái)燈光備用電源進(jìn)線回路7回，每回路的容量不小于裝機(jī)容量，其中一層天橋上場(chǎng)口預(yù)留100kW；一層天橋下場(chǎng)口預(yù)留100kW；上場(chǎng)口側(cè)臺(tái)前側(cè)墻預(yù)留50kW；下場(chǎng)口側(cè)臺(tái)前側(cè)墻預(yù)留50kW；上場(chǎng)口側(cè)臺(tái)后側(cè)墻預(yù)留100kW；下場(chǎng)口側(cè)臺(tái)后側(cè)墻預(yù)留100kW。

⑤ 導(dǎo)線線徑。調(diào)光回路、直放回路每回導(dǎo)線型號(hào)：4平方三芯線纜。所有設(shè)備、裝置外導(dǎo)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(shè)備用電容量的設(shè)計(jì)

計(jì)算容量：Pjs=K×Pe

式中，Pjs—計(jì)算容量（kW）；K—（需要系數(shù)）；Pe—設(shè)備容量（kW）。

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》 （JGJ 16-2008） 中9.6.8條的規(guī)定，舞臺(tái)照明負(fù)荷宜采用需要系數(shù)法計(jì)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(jī)容量達(dá)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(shè)計(jì)

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(dá)到預(yù)期的效果，需要自帶部分光源在劇院臨時(shí)安裝，舞臺(tái)燈光配電就需要設(shè)計(jì)備用電源接口，根據(jù)舞臺(tái)工藝設(shè)計(jì)院提供的燈光專業(yè)備用電源配置要求：

式中，Pjs—計(jì)算容量（kW）；K—（需要系數(shù)）；Pe—預(yù)留容量（kW）。

根據(jù)規(guī)范式中K取0.5：

Pe（預(yù)留） =100+100+50+50+100+100=500kW

Pjs（預(yù)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(jì)算

Pjs（總） =Pjs（常用） +Pjs（預(yù)留） =680+278=956kVA

根據(jù)以上公式計(jì)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(shù)中心大劇院根據(jù)劇院規(guī)模按照規(guī)范，舞臺(tái)燈光屬于一級(jí)負(fù)荷，設(shè)計(jì)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(tái)燈光配電柜均進(jìn)行主備設(shè)計(jì)，硅控室配電柜設(shè)置切換開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)切換。

2.5 中性線選擇

在選擇電纜截面時(shí)，電纜的容許載流量須滿足GB 50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 （簡(jiǎn)稱GB 50054—2011） 6.3.3條中IB≤In≤IZ保護(hù)配合的規(guī)定。式中：

IB—回路計(jì)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(dǎo)體容許持續(xù)載流量（A） 。

考慮到諧波分量的作用，相關(guān)規(guī)范有如下規(guī)定：

WH/T 40—2011《舞臺(tái)燈光系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)則》 （簡(jiǎn)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(shè)計(jì)規(guī)范》 （簡(jiǎn)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(tái)照明線路宜采用單相配電。當(dāng)采用三相配電時(shí)，宜每相分別配置中性導(dǎo)體，當(dāng)共用中性導(dǎo)體時(shí)，中性導(dǎo)體截面不應(yīng)小于相導(dǎo)體截面的2倍。

璧山文化藝術(shù)中心大劇院的配電室設(shè)在負(fù)一樓，舞臺(tái)燈光硅控室設(shè)在五樓，需要從低壓配電室采用TN-S系統(tǒng)向舞臺(tái)燈光硅控室供電，中性導(dǎo)體截面配電設(shè)計(jì)為相導(dǎo)體截面的2倍。

2.6 諧波抑制

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

3 結(jié)語

表演藝術(shù)發(fā)展到今天，表現(xiàn)手段趨于多樣化，舞臺(tái)作為歌劇、舞劇、戲曲等項(xiàng)目的表演場(chǎng)合，仍然在表演藝術(shù)中占有首位位置。隨著藝術(shù)的發(fā)展，對(duì)舞臺(tái)燈光也提出了更高的要求。劇院舞臺(tái)燈光系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)有許多特殊要求需要我們不斷學(xué)習(xí)和應(yīng)用，以滿足現(xiàn)代藝術(shù)對(duì)舞臺(tái)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(shù)等措施，做好劇院舞臺(tái)燈光系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)工作，以保障演出工作。

[1] JGJ 16—2008, 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] WH/T 40—2011, 舞臺(tái)燈光系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].

[3] 胡雁.淺談大型劇院舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)[J].科學(xué)與財(cái)富，2013（3） ：71.

[4] 曹月東.羅斐.杜克儉, 等.舞臺(tái)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.