民用建筑采用需要系数法计算负荷应注意的问题

摘要详细介绍民用建筑电气负荷计算的常用方法――需要系数法，并将计算中需要注意的问题加以归纳与分析。

关键词民用建筑电气设计负荷计算需要系数法

负荷计算概述

负荷计算是供配电系统设计的重要一环。负荷计算得出的数据是选择和校验供配电系统及其各个元件的依据。由于电气负荷是随时变动的，故计算负荷是一个假想的、在一定时间间隔中的持续负荷，它在该时间间隔中产生的特定效应与实际变动负荷的效应相等。因此，负荷计算方法是否正确、参数选取是否合理，将直接关系到变配电系统能否安全稳定的运行，同时也影响到变配电系统的初投资及运行费用的高低。设计容量过大会造成社会资源浪费及投资成本升高，过小又可能影响建筑功能的实现，甚至会产生无法估量的经济损失及政治上的重大影响。

在民用建筑的负荷计算中，常用负荷计算方法有单位功率密度法及单位指标法、需要系数法等。单位功率密度法及单位功率指标法适用于设备功率不明确的各类项目，如民用建筑中的的分布负荷，尤其适用于设计前期的负荷框算和对计算结果的校核。需要系数法计算过程简便，在民用建筑初步设计及施工图阶段都有非常广泛的用途。需要系数法的计算基础是负荷曲线，特点是逐级打系数。设备台数越多，精确度越高。适用于各类民用建筑，特别是变配电所的负荷计算。因此民用建筑电气设计中我们要重点掌握需要系数法。

2. 需要系数法确定计算负荷

2.1需要系数法几个计算指标：

设备容量（也称安装容量）――用户安装的所有设备的额定容量或额定功率（设备铭牌数据）之和，是配电系统设计和计算的基础资料和依据。

计算负荷（也称计算容量）――通常采用30分钟最大平均负荷，标志用户的最大用电功率，是选择变压器容量、确定备用电源容量和季节性负荷划分的依据，也是计算配电系统各回路计算电流的依据。

计算电流――计算负荷在额定电压下的电流，是选择配电变压器、导体、电器，计算电压偏差及功率损耗的依据，也可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。

2.2计算步骤为：

a. 用电设备组的计算负荷：

应注意的问题：

3.1计算中要注意个参数的单位

为kW，为kvar, 为KVA, 为A, 为kV.其中尤其要注意的是电压的单位。

3.2设备功率选取问题

a. 成组用电设备的设备容量不包括备用设备容量。如设置三台水泵，平时2台工作，1台作为备用。则计入2台的设备功率。即不同时使用的设备其功率不叠加。

b. 对长期连续工作制和短时工作制的用电设备组，设备容量即为用电设备铭牌额定容量之和，周期工作制电动机（例如起重机）取负载持续率25%下的有功功率。

kW

――周期工作制电动机的额定功率，kW；

――电动机额定负载持续率。

c. 照明负荷的用电设备功率应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率（如金属卤化物等需加上整流器的功耗，低压卤钨灯需加上变压器的功耗等）。

d. 消防设备与火灾时切除的设备取其大者计入总设备容量。消防负荷，除消防中心在正常情况下需用电外，其他均处于待用电状态，且火灾时可能同时切除一般电力、照明负荷的计算有功功率大于消防用电的计算有功功率，故消防负荷不计在计算负荷内。但是对于多用途的负荷，例如消防电梯在平常兼做客梯使用，火灾时用于消防电梯；有些消防排烟风机平时用于通风，火灾时时用于消防排烟；有些消防水泵平时用于排生活污水，火灾时用于消防排水；有些应急照明平时用于正常照明，火灾时用于应急照明。这些在平时使用的消防负荷用电量应计入用电设备的设备功率统计值之内。

e. 不同时使用的季节性负荷，如空调制冷设备与采暖设备取其大者计入总设备容量。

f. 单相负荷需要换算为三相负荷的判断依据是：单相负荷设备功率大于等于三相负荷设备的15%，才进行换算。注意：在《工业与民用配电设计手册》第三版（以下简称《配电手册》）第13页中“当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15%时，按三相负荷平衡计算，可不换算”。笔者在其他一些书籍文献中，看到对此判断依据有另外的说法，就是要求拿单相负荷的计算功率来与三相负荷的计算功率的15%比较。笔者认为因设备功率是负荷计算中最基础的材料，按照设备功率来比较，省去了先换算为计算功率的步骤，简化了设计中计算的复杂程度。并且实际负荷本身就是不断变动的，用设备功率来比较是在误差允许的范围内的。

如果是单相设备功率大于等于三相设备功率的15%时就需要换算，而换算时就不能用设备功率换算，而要用计算功率换算。对于需要系数法，计算功率即为需要功率。数量多而单个功率小的用电设备例如照明负荷，视为已均衡分配到三相，因为即使某一个配电箱三相分配的不均匀，整栋建筑内的三相负荷是均匀的。所以某一个短时间内可能负荷不平衡，但整栋建筑在长期运行时，负荷是平衡的。

在设计时，单相负荷应注意三相均衡分配。需要单换三的主要是380V线间单相负荷的电焊机。按照简化算法中，线间负荷情况。三相换单相绝大多数是电焊机问题。需要系数的设备功率问题主要是起重机问题。在《配电手册》13页上有“只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。”比如一个单元有10户住宅，三相上的最合适分配比例应为3，3，4。每户如果4kW，其三相总负荷因为最高相4户负荷的3倍48kW。

3.3需要系数、功率因数同时系数的取值

a. 关于需要系数及功率因数的取值，《全国民用建筑工程设计技术措施/电气（2009版）》（以下简称《技术措施》）表2.7.7与《配电手册》表1-2至表1-5，为我们提供了设计依据。

b. 需要注意的是，《技术措施》2.6.2中“不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根值”。所以我们在做负荷计算时注意不要将空调和照明用同一需要系数和同一功率因数计算。否则会致使计算的结果偏大，造成浪费。

c. 需注意与需要系数相匹配的同时系数的选取，不要漏打同时系数。对配电所的分别取0.85-1.0和0.95-1.0；对总降变电所的分别取0.8-0.9和0.93-0.97。当简化计算时可都取值。

3.4变压器容量选择

民用建筑的变压器容量按照下式计算

kVA

――变压器的负荷率；

――民用建筑变压器总容量，kVA。

由此可知，S由和确定，然后按变压器标称系列来规整。当单台变压器运行时，的取值范围一般在70%~80%为宜。

在选择变压器时，《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）4.3.6中“变压器低压侧电压为0.4kV时，单台变压器容量不宜大于1250kVA。预装式变电所变压器，单台容量不宜大于800kVA。”

结语

利用需要系数法进行负荷计算的关键问题首先是设备功率的确定，其次是需要系数、功率因数和同时系数的取值，最后是依据计算结果经济可靠的选择电气设备。目前负荷计算没有一个全国的统一标准，这就要求设计人员要充分了解建筑物实际使用功能，把握好建筑物总体的用电需求，真正做到民用建筑计算负荷得以充分利用，降低初投资及运行费用，节约电能。

参考文献

[1] 中国航空工业规划设计研究院，组编. 工业与民用配定设计手册.第三版. 北京：中国电力出版社，2005.

[2] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院. 全国民用建筑工程设计技术措施 / 电气（2009）.北京：中国计划出版社，2009.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。