现代住宅配电系统需要系数Kx的取值

摘要:现代住宅配电系统负荷计算取决于需要系数Kx的选择，Kx的取值范围必须进行深层面的分析，求得一个合理的参数，不同类别的住宅建筑应区别对待。对于一些手册、图集和地方规定的取值范围，提出了笔者的观点。在满足用电高峰需求的同时，还应考虑电网变压器的运行效率及投资成本，使供、配、用电整个链条收到相得益彰的效果。关键词:负荷计算需要系数节能进入21世纪以来，人们的居住面积不断增加，对于生活质量有了更高的要求。因此，用电量比起20世纪末有了较大幅度的增长，一些南方大城市出现了厦季闹电荒的情况。为了解决好当前的供电需求问题，只有在大力发展电力生产的同时，还要从节约电能人手研发和使用节能产品，并且调配好电能来解决好当今突出的用电矛盾。所以，现代建筑供配电是一个值得深入研讨的课题。应把握好设计负荷计算和配电这一环节，做到精心设计，合理配电。笔者基于此目的，提出了负荷计算中需要系数的问题与同行探讨。1设计手册和一些地区文件关于需要系数Kx选择所提供的参数（见表1、表2）注：户数为同一相电源上的户数。上述表中，对于Kx≤0.6的范围，我们在实践中认为是比较合适的，而对于Kx＞0.7乃至Kx=1的范围，笔者则要提出个人不同的看法，对这个区间内的Kx值应该认真深入地调研，从不同层面加以分析，力求得到一个合理的系数，使电力资源、设备资源得到有效利用。2目前住宅家居用电负荷情况的分析20世纪80年代，我国普通住宅每户一般负荷在1-2KW左右（设计指标每户按2KW计算）；20世纪末用电负荷有了很大的增长，大多数家庭增加了空调、电热水器、计算机、电磁炉、饮水机等。建设部相继发布了小康住宅的用电标准，设计负荷增加到4-8KW，甚至更高一些，电能的需求翻了两翻。现在一般三口之家为例，二室二厅住宅建筑面积在100-120m2之间，具体用电负荷见表3。以一个家庭为例，在使用高峰期夏季下班后下午5：30-8：30或6：30-9：30常用负荷为：空调1800W（3小时），电热水器1500W（1.5小时），电饭煲（或电磁炉）800-1200W（1小时），彩电100W（3小时），实际用电功率合计：约为4.13-4.5KW。在上述时间内也有用电负荷较小的家庭，只开空调、冰箱、电视、照明负荷大约在2KW左右，笔者通过调查，一般家庭基本用电负荷无论在冬季或夏季，高峰时段平均值大致在3.0-4.0KW.笔者居住的小区（多层住宅）一般家庭月用电费在60-80元之间，只有个别住宅电费为120-160元，每Kw•h按0.5元计算，每日耗电量在4-6Kw•h之间，个别户在8-12Kw•h。80%的用电都集中在下班后三个小时的时段上，不难看出，吉林省住户用电耗电水平，在高峰时不超过2.0-3.0KW。南方由于夏季炎热，冬季阴冷潮湿空调耗电要占用户用电的60%左右，加上这个因素，在东北2.0-3.0KW基础上，每户用电可上升到3.5-5.0KW。好多大城市实行了用电峰、平、谷调剂价格，住户更会使一些大负荷设备躲峰使用。3住宅需要系数选择的意义首先让我们分析住宅需要系数的内涵，它有以下三层意思：A．每一户的设计用电点（设备）在使用时（指峰值负荷），仅占总数的一部分，一般在0.6-0.8(a因素)之间。B．就每一台用电设备而言（如空调、冰箱、洗衣机、电磁炉、电饭煲等），其输出功率因温度设置、负荷大小不同达不到额定值，输出功率一般在0.8-0.9(b因素)之间。C．每栋住宅（负荷计算单位）内，各户实际用电量有差异，部分住户达不到最大用电量。还有个别家庭因出差、旅游和闲置时，用电量为零，所以它们存在着可调节性和互补性。比如：50%住户为大负荷，40%住户为一般负荷，10%家庭负荷为0，此时，用电量仅为全部大负荷电量的0.7；(加权系数值)我们把它介定在0.7-0.8(c因素)之间。以上三个因素之积，就决定了住宅配电中需要系数Kx值的结果。绝对不能达到0.75-1。它的下限值为：0.6×0.8×0.7=0.33，中间值为：0.7×0.85×0.75=0.44，上限值为：0.8×0.9×0.8=0.57。不难看出设计中参照执行的Kx＞0.7以上的取值偏大。计算出的结果与实际相差甚远。需要系数Kx的选择合理与否，在负荷计算中关系到一系列参数的变化。我们在几个别墅小区设计中就遇到这样的问题。单体独立别墅、连体别墅、连排叠加别墅的需要系数选择在目前规范没有确定，仅在一些设计手册或地方法规中参照表1、表2执行，Kx只能选择在0.9-1之间。近期一些出版、发行的图集，以及相关资料也按Kx=0.9取值计算。单体别墅因为面积大，用电单位容量指标高；豪华别墅有三相负荷，一般采用三相供电，单相负荷每一层Kx只能为1；连体别墅也是一相一户；连排叠加别墅最多做到12户，三相供电，每相4户，表中Kx=0.93。2003年我们设计了长春市净月旅游开发区•森林华墅小区（全部单体别墅）和净月•香墅街小区（连体、连排别墅）。在连体别墅中，我们按中档水平每户以10KW计算，Kx=1，cosФ=0.9，那么Ijs=50.5A，选断路器2P-63A，断路器后的导线应选BV25mm2，电源线至少要选到VV2225mm2；如果按Kx=0.6取值，cosФ=0.9,则Ijs=30A，微断可选2P-63/40A，导线可选BV10mm2，电源线可降到VV2216m2，电度表：10（40A），这样才能符合实际，单位容量与电气开关导线截面、电度表相匹配。没有大马拉小车的感觉。以上实例不难看出，Kx系数的选择必须做到精细，要用末级单位负荷逆向计算看结果是否合理。如果一个用电单位就有较大的泡沫，那么一个小区对于电量的需求将是一个很大数量。按Kx=1或0.9时，每45户（10-12KW）就要占有500KV•A变压器，而实际用电量远远达不到变压器的额定功率；如果按Kx=0.6计算，500KV•A的箱变可以承担70户以上的用电量，这将减小投资的一半，而且让变压器始终在经济状态下运行。4关于住宅需要系数选择的建议4.1多层住宅及高层住宅的Kx值对于多层住宅及高层住宅，都是三相电源供电，每相超过了8-10户，Kx=0.6；超过12户Kx=0.5（手册中的取值），以及高层建筑每相超过25户Kx=0。4，都是比较合适的。通过三个因素的分析计算，在系数中已经留有充分的裕度，笔者认为Kx=0.4为最底线较为合理。4.2单体别墅、连体别墅、连排叠加别墅的Kx值单体独立别墅、连体别墅（1-2户），是高标准的家居，其特点是面积大（300-800m2），人均占有面积都在100-150m2左右。因此单位估算容量大，一般在16-30KW（豪华别墅设中央空调、电梯容量在内）。但居住人口基本二代三口之家或三代五口之家，人均使用电量（同时使用的用电设备）与一般小康家居差别不大（除中央空调外），其占用容量不会超过6-7KW，所以，需要系数也只在0.4-0.5之间。笔者认为别墅面积越大，单位容量指标大，人均占有的用电指标越大，但其实际使用量（按常规）与设计容量之比越小，Kx系数可以选取低一些。当然在具体计算时还应留有一定的安全裕度。并应考虑各地区（尤其是炎热南方）的差异。比如，别墅中的空调，在设计容量中占有很大的比例，在北方夏季高温超过30℃的天数一般在10-15天，有的年份（2003年）3-5天即逝，Kx在0.55比较适当；在南方空调用电占60%份额，夏季制冷，冬季采暖，而且时间较长，所以Kx可选0.65为宜。连排叠加别墅，建筑面积、人均使用电量指标，比单体、连体别墅要低一个档次，设计时每户按10KW单位容量计算，完全能满足一家3-5口人的用电需求。前面的案例，已分析过每户高峰时用电可在4.5-6KW之间，所在需要系数可在0.5-0.6之间，南方可放到0.65，它的取值可与单体独立和连体别墅持平。笔者以表4阐述选用Kx的观点。注:①Kx=a•b•c其中a—设计容量与实际峰值负荷之比（0.6-0.8）；b—每一台用电设备实际耗电量与额定功率之比（0.8-0.9）；c—一个电源负荷计算单位各户之间实际用电的百分比（0.7-0.8）。②推荐Kx系数值中括号内为炎热地区值。从上表的具体分析和计算可以看出按表中Kx值，每户的计算功率完全满足用户用电的需要。高层或多层个别用户可能短时突破这个值，但户数基数大，它们之间是可以互补的，在总容量内是可以调节的。（在大部分住宅小区内供电公司一般按每户2KW配置变压器、供电效果很好）。在设计时已充分考虑了短时过负荷因素，每户按10KW计算，无论在导线、电度表、开关诸方面均可满足安全用电的需求。就目前住宅及别墅设计的单位容量法的指标，笔者认为在20-30年内仍是可行的。由于我国目前人民生活水平的提高，家用电器的使用无论从量和品种上已有较高水平，总的趋势应处于平稳，再上升的幅度不会太大。随着高技术的发展，大量节能产品问世，节能和智能化产品将会使住宅用电更节能，运行更合理、安全可靠。总之，在负荷计算中要精心选择Kx系数值，让它趋于合理，一是满足住户的用电高峰的需求，并留有一定的裕度；二是不要让电网变压器利用率过低，造成运行成本的浪费；三是要节约开发前期的经济投入。一个合理的负荷计算，来自合理的Kx系数的取值，它将会使供、配、用电整个链条收到相得益彰的效果。