用电系数确定

目前,我国住宅业蓬勃发展,日新月异。进行住宅电气设计时,对于负荷计算,尤其是其中的需要系数如何确定,每个电气设计人员都不可回避。 需要系数是一个至关重要的数据,直接影响到负荷计算结果。而恰恰就是这个关键系数,在现行电气设计中,表述得较为笼统、模糊。如一些手册中推荐,住宅需要系数(K值)选取为,“20户以下,取0.6以上;20户~50户,取0.5~0.6; 50户~100户,取0.4~0.5;100户以上,取0.4以下”。该方法有以下不足之处: a.不确定性过强。如95户、200户时,K值分别应为多大?无从得知。b.可能导致反常结果。例如,按上述方法,95户、100户时K值分别可取0.43、0.4,每户安装功率取6kW,则95户时的Pjs=95·6·0.43=245.1kW;而100户时的 Pjs=100·6·0.4=240kW。即95户计算功率反而大于100户计算功率!这显然是不合常规的,而其根源就在于需要系数(K值)的不确定性。 到底如何确定需要系数?能否实现住宅户数与需要系数一一对应?下文将着重解决这一问,并对负荷计算中的住户安装功率、进户开关选择等问题亦作简单探讨。 2模拟公式推导 众所周知,建立住宅户数与需要系数之间的数学关系式,实际上只能是推想的模拟公式。下述推导,虽属“经验型”与“数学型”之结合,却较客观地虚拟了实际工程情况,提供了较高的模拟精度,因而必将大大地方便工程设计,值得向大家推荐。 探索模拟公式之前,有三点规律值得注意:a.户数(N)较少时,需要系数(K)为1;b.需要系数(K)随着N值增大而逐渐减小,即KN≤KN-1(KN系N所对应的K 值);而且减小速率先急后缓;c.每户安装功率P相同时,小户数总计算负荷恒小于大户数总计算负荷,即(N-1)·P·KN-1KN-1·[(N-1)/N]。 基于以上分析,本文认定,户数N≤6时,K0=1;其后,每递增3户,K值作一次调整。调整后之K值,等于调整系数乘以调整前之K值。而调整系数如何选取呢?令N为3的整数倍,且N≥9,则因KN>KN-1·[(N-1)/N],故有KN-2>KN-3·[(N-3)/(N-2)];又根据约定可知,KN-2=KN-1=KN,故有KN>KN-3·[(N-3)/(N-2)]。因 (N-1)/N>(N-3)/(N-2),故不妨令KN=KN-3·[(N-1)/N)],亦即调整系数取为(N-1)/N。(注意,KN与下述的Kn意义有所不同)。 举例说明。当N=7、8、9时,K值均相同,且此时K1=K0·(9-1)/9=1·(8/9)=8/9;当N=10、11、12时,K2=K1·(12-1)/12=(8/9)·(11/12);当N=13、14、15时,K3=K2·(15-1)/15=(8/9)·(11/12)·(14/15);……;当N=3n 4、3n 5、3n 6(n=1、2、3、4、……)时, Kn=Kn-1·[(3n 5)/(3n 6)] =(8/9)·(11/12)·(14/15)·……·[(3n 2)/(3n 3)]·[(3n 5)/(3n 6)] =2·8·11·14·……·(3n 2)·(3n 5)/[3·(n 2)!](1) 式(1)即为需要系数Kn的模拟计算式(由数学归纳法可证明,此处从略)。它体现了需要系数K与户数N之间的一种内在联系。当然,在实际工程应用中,若直接套用上述公式进行手工计算,则过程极为繁琐;即使是普通电脑运算,至N=500户左右时,也告“结果溢出”。此时,只要巧妙利用Kn/Kn-1=(3n 5)/(3n 6)这一间接关系式,并借助于电脑编程,则诸多麻烦迎刃而解。随后即给出由电脑编程计算出的K 值。 3需要系数的选取 需要系数可参照下表选取。 户数(N)≤69121518212427 需要系数(K)10.890.820.760.720.680.660.63 户数(N)8 需要系数(K)0.610.580.560.550.520.510.500.49 户数(N)5 需要系数(K)0.480.470.460.450.450.440.430.42 户数(N)160180 需要系数(K)0.410.400.390.380.370.360.350.34 户数(N)330360 需要系数(K)0.330.320.310.300.290.290.280.27 户数(N)9001000 需要系数(K)0.260.250.240.230.220.210.200.19 说明:a.任意户数的K值均可由程序得知。限于篇幅,上表中仅选取了部分数据(程序中,N≤1200户)。b.为使负荷计算结果更切合实际,表中的N值系指单台变压器所负担的住宅总户数。例如,某住宅小区共有1000户,拟由两台变压器供电,每台大致承担500户的负荷,则在负荷计算时,宜选取表中N=500、K=0.24这组数据,而不是N=1000、K=0.19。 4计算需要系数的电脑源程序 4.1源程序如下:

4.2关于源程序的简要说明 a.程序运行于DOS中文平台下的QBASIC环境; b.程序除着重计算K值以外,附带给出总计算功率、视在功率及计算电流等值;所选取变压器仅计及住户负荷; c.补偿前COSΦ=0.85;补偿后COSΦ’=0.92;变压器负荷率β=0.85; 5住户安装功率的确定 现代家用电器品种繁多。每户所有电器功率累加起来,一般从几千瓦到几十千瓦不 等。但若简单地以此累加值作为每户安装功率,显然是不恰当的。确定住户安装功率时,可遵循两条原则:a.遵照当地供电部门的相关规定;b.满足若干年限(如15年)内,该地区大多数(而不是全部)住户最大可能达到的用电高峰需要。例如, 目前深圳地区普通用户的安装功率一般取4kW~10kW/户,具体值视户型而定,其中尤以取值6kW最为常见。 6住户进户开关的选择 对应于安装功率为4、6、8、10kW,户配电箱的总开关额定电流可分别选择为20A、32A、40A、50A(在此,均指单相值)。当然,此作法与<<民用建筑电气设计

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>>3.3.11.2条存在部分“冲突”。该条规定:“由地区公共低压电网供电的220V照明负荷,线路电流不超过30A时,可用220V单相供电,否则应以220/380V三相四线制供电”。不过,在实际设计工作中,适时“突破”(即优先采用单相而不是三相供电)该条规定已是屡见不鲜,原因如下: a.该条规范规定的本意是为了降低三相低压配电系统的不对称度;只要设计时,保证了某个门栋乃至整幢住宅负荷就地三相平衡(不平衡度≤15),则线路单相电流不超过50A时,均以220V单相供电,似仍是可行的。 b.与住户单相总开关比较,住户三相总开关与分开关之间的整定配合较为不易,即配电灵活性较差; c.以三相电表计量单相负荷,结果不够理想;且三相电表及三相开关的成本都显著抬高。 随着国民生活水平的提高和房地产业的蓬勃发展,各地新建中高档住宅小区越来越多。准确计算出住宅小区的用电负荷,合理选择配变电设施,才能既满足小区居民现在及将来的用 电需要,又能合理降低工程造价、节省投资。 新的住宅设计规范对各类住宅的设计容量、进户线、电表容量都作了规定,笔者认为此

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较切合中国人口众多而能源又相对较少的实际情况,有一定的先进性,按此设计的住宅用电水准应至少可保证20~30年不落后。但该规范对各单元、楼、小区的负荷计算的需要系数取值未作规定,有的地方住宅标准列了一些具体数据,但各地标准相差较大。 表中住宅户数指接于一相电源的户数,由表可知,北京市规定200户以上的住宅Kx 取0.26,而重庆市的标准为0.46~0.42,比北京市标准高了约70%,按两个标准计算的小区负荷差距甚大。另外,《住宅设计规范》中规定四类住宅每户负荷按4kW,而江苏、上海等地方标准中已将三类住宅每户负荷提高到6kW、四类住宅每户负荷提高到8kW,两者若按同样的需要系数计算,得到的住宅小区负荷也相距甚远。到底如何计算整 个小区的用电负荷,许多设计人员无所适从。 为了真正摸清小区用电负荷情况,笔者对所在公司整个生活区的用电状况作了深入的调查分析,所有数据均为现场抄表所得。本公司为大型国营上市公司,生活区始建于1982年,分多年陆续建设,至2001年大致建成,建筑面积约100,0000m2,共有两、三居室住宅15000套左右,95年前建成的老住宅按一户4kW用电负荷标准改造配置了20A电表和进户线,一部分新建住宅按每户6kW用电负荷标准设计。所有生活区用电均由我公司自备发电厂以10kV电缆、架空线引入,由于是自备电厂,电价只及周围城市居民用电电价的一半。另外,由于公司历年效益较好,居民人均收入高于周围大中城市,所以公司生活区目前用电水准应能代表各类新建中档住宅小区近几年的用电水平。笔者所处地为长江下游地区,夏天气温高、湿度大,用电最高峰为7~8月的18~21时,主要负荷为制冷空调器,每百户空调拥有量已达115台。 笔者取样了2002年7月14、15日两天的数据,笔者所处地此两日最高气温分别达38.4℃和39℃,为近几年最高,表3为此两天的最高负荷情况。 分析表3可以验证,若每户按4kW的用电标准,200户以上的小区选择变压器时需要系数Kx取0.26较为科学。变压器由于昼夜负荷落差大,有较大的过载潜力,笔者认为Kx取0.26是完全可行性的。若每户按7kW的用电标准设计,Kx取0.26,应 可以满足今后相当长时间住宅用电的需求。 继续阅读