自动化毕业设计论文住宅建筑的电力负荷分析与计算.doc

北京林业大学本科毕业论文 本科毕业论文（普通高等教育）题 目 住宅建筑的电力负荷分析与计算 学 院 工学院 专业名称 自动化 班 级 自动化06-2 学 号 姓 名 指导教师 34住宅建筑的电力负荷分析与计算自动化06-2 班 指导教师 摘要电力负荷的正确计算是选择供电系统的导线、开关电器及变压器等设备的基础参数，也是保障供电系统安全、节能运行必不可少的重要一环。电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化，还会过多损耗能量，可能引起电气线路走火，引发重大事故；电力负荷计算过大，将会造成变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度；与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。通常当电力负荷增大10%时，变压器容量要增加11%一12%，电线电缆等有色金属的消耗量相应增加15%一20%，同时还会增加变压器无功功率所造成的有功电力损耗。因此电力负荷及其特征参数计算在建筑供电设计中，特别是在确定变压器容量时占据重要位置。 电力负荷计算的准确性在于负荷量与需要量的合理选取。本文选择住宅建筑的电气负荷为研究对象，根据现行国家设计规范，采用基于Excel软件的回归分析方法，建立了以家用电器功率为自变量、住宅计算负荷为因变量的负荷预测模型，从而解决了规范中单纯依靠建筑面积所带来的问题，并可应用于不同经济状况的住宅的负荷预测。另外通过研究住宅需要系数的变化规律，采用一种三段归纳求和法拟合了需要系数与住宅户数之间的数学模拟式，获得了不同的住宅户数所对应的不同的需要系数，从而避免了工程设计中需要系数选值的不确定性与经验性，提高负荷计算的精度，使之更科学地贴近工程实际。关键字：住宅计算负荷，需要系数，负荷预测，拟合Electric power load analysis and calculations on UptownAutomation Speciality 06-2 Zhang LongSupervisor Han NingAbstractCorrect calculation of load is very important, it is the correct choice of power supply system, wire, switches, transformers and other electrical appliances and the foundation of safe and reliable power supply system is to protect an important part of running essential. In program design and preliminary design, the electrical load calculation is too small or too large, would lead to serious consequences. If the load calculation is too small, overheating will cause power lines to speed up the aging of the insulation; the same time, the energy loss will be excessive, causing electrical wiring fire, triggering a major accident. The power load calculation is too large, will cause excess transformer capacity, and the supply line section is too large, the corresponding protection setting value will be too high, thereby reducing the sensitivity of the protection of electrical equipment; At the same time, the power load calculation excessive investment also increased, reducing the project's economics. Generally speaking, when the load is greater than 10% of the actual use of load, the transformer capacity to increase 11% to 12%, the consumption of non-ferrous metals such as wire and cable have increased by 15% to 20%, while also increasing transformer reactive power caused by the active power consumption. Thus, the power supply design load calculation, especially in determining the capacity of the transformer when occupied an important position. Therefore, the right to choose the method of calculation of load and the characteristic parameters of the electrical design of particular importance. Electrical load calculation residential buildings, affecting a variety of distribution facilities, residential and reasonable choice, bearing thousands of households in the electrical safety and reliable operation of electrical equipment. Under the current needs of the national standard recommended by the coefficient, critical load calculation is reasonably accurate calculation of housing need factor load and a reasonable selection, this paper to study the two main elements are: how to determine the calculation of housing units and how to load index Select a scientific factor, thus avoiding the need for engineering design in the election coefficient value of uncertainty and empirical, to improve the accuracy of load calculations, making it more scientifically close to engineering practice. Keywords: residential load calculation，needs to factor，load forecasting，fitting目录1 绪论11.1 研究的目的及意义11.2 国内外研究现状11.3本文主要工作22 电力负荷计算理论基础42.1 建筑电力负荷的分类42.2 电力负荷的分级及对供电电源的要求42.2.1 电力负荷的分级42.2.2 各级电力负荷对供电电源的要求42.3 电力用户负荷计算52.3.1 按逐级计算法确定用户负荷52.3.2 按需要系数法确定用户负荷52.3.3 按年产量估算用户负荷52.4 国家民用建筑电气设计规范中的负荷计算63 各种经典的电力负荷计算方法83.1 计算负荷及计算方法83.1.1 计算负荷83.1.2 负荷计算方法83.2 各种计算方法的适用条件及优缺点103.2.1 需要系数法使用前提及存在的问题103.2.2 二项式系数法使用前提及存在的问题113.2.3 利用系数法和单位产品耗电法使用前提及存在的问题113.3 国内住宅建筑用电负荷及计算的现状123.3.1 住宅建筑的供电方案123.4 问题的提出144 典型住宅电力负荷的回归预测与分析164.1 用电量的调查分析164.2 住宅建筑计算负荷的预测164.2.1 预测方法的确定164.2.2 回归分析理论基础174.2.3样本数据的获取184.2.4 建筑电力负荷回归模型的建立204.2.5 预测模型的显著性检验及残差分析224.3 预测模型的应用235 住宅电力负荷需要系数的分析与研究255.1 住宅建筑需要系数的分析255.1.1 需要系数的分析255.2 住宅需要系数的研究255.2.1 住宅建筑需要系数随户数变化的规律及样本数据265.2.2 归纳求和模型的需要系数拟合275.2.3 需要系数求解误差分析296 总结与展望306.1 总结306.2 前景与展望30致谢32参考文献331 绪论1.1 研究的目的及意义供电系统要能可靠地正常运行，就必须使其元件包括电力变压器、电器、电线电缆等都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值，称为计算负荷（calculated load）1。按计算负荷选择的电力变压器、电器、电线电缆如以最大负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而也不会影响其使用寿命。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约是（3-4），为发热时间常数。截面积在16mm2及以上的导体，其10min，因此截流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷Pmax）是基本相当的。所以，计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据。如果计算负荷确定过大，将合设备和导线选择偏大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线选择偏小，先造成运行时过热，增加电能损耗和电压损失，甚至有可能使设备和导线烧毁，造成事故。可见，正确计算电力负荷具有重要意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。住宅建筑的电气负荷计算，影响着住宅各种配电设施的合理选择，关系着千家万户的用电安全与电气设备可靠运行。根据现行国家规范所推荐的需要系数法，负荷计算的准确合理关键在于住宅的计算负荷与需要系数的合理选取，因此本文要研究的两个主要内容是：如何确定单位住宅的计算负荷指标与如何科学地选择需要系数。1.2 国内外研究现状目前国内外大量文献所探讨的负荷预测方法有：时间序列法2、电力弹性系数法3、灰色预测法4、神经网络法5、小区密度法6、遗传算法7等。这些方法是针对电力系统发电机组的合理规划、中压配电网规划以及小区变电所布局等系统方面。例如，文献8介绍了利用数理统计的方法来调查研究了昆明市小区居民的用电负荷，文献9介绍了1999年5月北京市建筑设计院和北京市供电局成立了课题组，通过计算机的在线监测，了解居民住宅用电水平、负荷特性及用电量等等。这些方法为不同城市的不同性质的住宅小区用电负荷指标的合理选择做了许多有意义的探讨，但都是耗资大，需要大量人手和仪器进行统计和计算。在负荷计算方面，文献101112分别介绍日本、美国等国负荷计算方法和我国香港地区的住宅设计情况，都主要是采用需要系数法，也有文献13提出了分布参数系数法，目前在新疆建筑设计院有应用，但因国内外的一些设计手册无据可查，因此也没有得到推广。而对于需要系数的取值，因其影响因素多，因此国内目前可利用资料不多。文献14介绍了西门子设备采用需要系数法计算时需要系数的变化情况文献15通过数学的归纳对比拟合需要系数与户数的对应关系等等。而在本文研究中，主要是通过观察分析需要系数的变化规律，并利用现有的需要系数数据，采用数值分析的方法来拟合数学关系，可使得所选取的需要系数贴近工程实际。1.3本文主要工作本文就国内外现行主要的经典的负荷计算算法进行研究，从中找出其实际操作过程中会出现的问题和优缺点，基于此提出自己对于这类方法的改进意见和新方法，为今后负荷计算的有效进行提供参考。本文主要研究内容：（1）分析国内常用的一些负荷计算的主要方法（利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法）；（2）基于这些经典方法，研究它们在使用过程中的优缺点和适用状况；（3）从使用最为广泛的需要系数法着手，通过住宅建筑总的计算负荷公式P30=3*N*KX*PN中两个重要参数PN、KX的分析为突破口，找出它们更贴合实际的拟合函数。工作进度安排：2月中旬3月初阶段：调研并搜集资料，了解国内建筑负荷计算采用的主要方法；3月中旬4月中旬阶段分析研究利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法各自的优缺点和适用状况；4月中旬5月中旬阶段：着手新方法和改进的研究，通过对研究对象的建筑面积、电器拥有量以及用电量等调查分析，获取建筑电器总功率与计算负荷的样本数据，基于EXCEL软件中的统计分析功能建立回归预测模型，来探求一个科学的、能反映实际状况的用电负荷指标；5月中旬5月底：分析需要系数的变化规律，并利用现有的需要系数取值范围，采用数值分析方法来拟合其数学函数，以完善建筑负荷计算时需要系数的取值；5月底6月初阶段：进行毕设总结，整理资料，撰写论文，准备答辩。2 电力负荷计算理论基础2.1 建筑电力负荷的分类电力负荷按用途分，有照明负荷和动力负荷，前者为单相负荷，在三相系统中很难达到平衡；后者一般可视为平衡负荷。按行业分，有工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷等。2.2 电力负荷的分级及对供电电源的要求电力负荷（electric power load）又称电力负载，有两种含义：一种是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等；另一种是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。2.2.1 电力负荷的分级电力负荷，按GB 50052-1995供配电系统设计规范规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为3级16：（1）一级负荷（first order load）。符合下列情况之一时，应为一级负荷：中断供电将造成人身伤亡时；中断供电将在政治、经济上造成重大损失时，例如重大设备损坏、重大产品报废。用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等；中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆等用电单位中的重要电负荷。（2）二级负荷（second order load）。符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失时，例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；中断供电影响重要用电单位的正常工作。（3）三级负荷（third order load）。三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷。2.2.2 各级电力负荷对供电电源的要求（1）一级负荷对供电电源的要求。对一级负荷必须考虑有两路独立电源供电，在发生事故时，在继电保护装置正确动作的情况下，两路电源不会同时丢失或失去一路电源，在允许的时间内第二路电源自动投入。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可使用下列几种电源：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路；蓄电池；干电池。（2）二级负荷对供电电源的要求。二级负荷也要求有两路独立电源供电，当工作电源失去时，由运行人员手动操作投入备用电源。供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在同一变电所）。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6KV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。（3）三级负荷对供电电源的要求。由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。2.3 电力用户负荷计算确定用户的计算负荷是选择电源进线和一、二次设备的基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分，也是与电力部门签定用电协议的基本依据。确定等效三相设备容量用户计算负荷的方法很多，可根据不同情况和要求采用不同的方法。在制定计划、初步设计，特别是方案比较时可以较粗略的方法。在供电设计中进行设备选择时，则应进行较详细的负荷计算。2.3.1 按逐级计算法确定用户负荷 根据用户的供配电系统图，从用电设备开始，朝电流方向逐级计算，最后求出用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。2.3.2 按需要系数法确定用户负荷将用户用电设备的总容量Pe（不包括备用设备容量）乘上一企业需要系数Kx，可得到企业的有功计算负荷，即 P30=Kx*Pe （2.1）2.3.3 按年产量估算用户负荷将用户年产量A乘以单位产品耗电量，就可得到企业全年的耗电量W： W=A （2.2）各类用户的单位产品耗电量可由有关设计单位根据实测统计资料确定，也可查有关设计手册。在求出年耗电量W后，除以用户的年最大负荷利用小时Tmax，就可求得用户的有功计算负荷： P30= （2.3）2.4 国家民用建筑电气设计规范中的负荷计算2.4.1负荷计算的内容2.4.1.1计算负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上为方便计，亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。2.4.1.2尖峰电流，用以校验电压波动和选择保护电器。2.4.1.3一级、二级负荷，用以确定备用电源或应急电源。2.4.1.4季节性负荷，从经济运行条件出发，用以考虑变压器的台数和容量。2.4.2负荷计算方法宜按下列原则选取：2.4.2.1在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。2.4.2.2用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配变电所的负荷计算。2.4.2.3用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法，一般用于支干线和配电屏（箱）的负荷计算。2.4.3进行负荷计算时，应按下列规定计算设备功率：2.4.3.1对于不同工作制的用电设备的额定功率应换算为统一的设备功率。（1）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。（2）断续或短时工作制电动机的设备功率，当采用需要系数法或二项式法计算时，是将额定功率统一换算到负载持续率为25%时的有功功率。（3）电焊机的设备功率是指将额定功率换算到负载持续率为100%时的有功功率。2.4.3.2照明用电设备的设备功率为：（1）白炽灯、高压卤钨灯是指灯泡标出的额定功率。（2）低压卤钨灯除灯泡功率外，还应考虑变压器的功率损耗。（3）气体放电灯，金属卤化物灯除灯泡的功率外，还应考虑镇流器的功率损耗。2.4.3.3整流器的设备功率是指额定交流输入功率。2.4.3.4成组用电设备的设备功率，不应包括备用设备。2.4.4当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除的一般电力、照明负荷的计算有功功率时，应按未切除的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总的设备功率，计算负荷。否则计算低压总负荷时，不应考虑消防负荷。2.4.5单相负荷应均衡分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。等效三相负荷可按下列方法计算：（1）只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。（2）只有线间负荷时，等效三相负荷为：单台时取线间负荷的3倍；多台时取最大线间负荷的3倍加上次大线间负荷的3倍。（3）既有线间负荷又有相负荷时，应先将线间负荷换算为相负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。2.4.6对用电设备进行分组计算时，应按下列条件考虑：（1）三台及以下，计算负荷等于其设备功率的总和；三台以上时，其计算负荷应通过计算确定。（2）类型相同的用电设备，其总容量可以用算数加法求得。（3）类型不同的用电设备，其总容量应按有功和无功负荷分别相加确定。2.4.7当采用需要系数法计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一划组。配电干线的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数。变电所或配电所的计算负荷，为各配电干线计算负荷之和再乘以同时系数。计算变电所高压侧负荷时，应加上变压器的功率损耗。2.4.8采用二项式法计算负荷时，应注意以下几点：（1）应将计算范围内的所有设备统一划组，不应逐级计算；（2）不考虑同时系数；（3）当用电设备等于或少于4台时，该用电设备组的计算负荷按设备功率乘以计算系数求得；（4）计算多个用电设备组的负荷时，如果每组中的用电设备台数小于最大用电设备台数n时，则取小于n的两组或更多组中最大用电设备的附加功率之和作为总的附加功率。3 各种经典的电力负荷计算方法3.1 计算负荷及计算方法3.1.1 计算负荷 供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则各个供电设施(包括变压器、保护开关、供电线缆)必须选择得当，因此有必要对供电系统的电力负荷进行统计计算，通过统计计算求出的用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，在供配电系统中以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据。本文将计算负荷记为P30。3.1.2 负荷计算方法负荷计算方法有多种，主要有需要系数法、二项式法、利用系数法、单位面积法、单位指标法以及单位产品耗电量法等。(1)需要系数法：计算公式为P30=KXPN，KX为需要系数，PN为用电设备组所有设备的额定容量之和。这种方法计算比较简便，目前在民用建筑中应用很广泛。(2)利用系数法：采用利用系数求出最大系数求出最大负荷的平均值，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法计算进程稍繁，目前利用系数的有关资料均为工业方面，故在民用建筑方面应用很少。(3)二项式法：计算公式为P30=bPN+cPX，b，c为二项式系数，PN为用电设备组所有设备的额定容量之和，PX为x台最大容量的设备总容量。二项式法主要于工业上用电设备台数较少、各台设备容量相差悬殊时应用。(4)单位面积功率法、单位指标法、单位产品耗电法等，前两者多用于民用建筑，后者用于某些企业方面。目前国内住宅电气负荷计算基本上都采用需要系数法和单位指标法。单位指标法确定每户住宅用电负荷指标，需要系数法是选取相应的需要系数来计算住宅计算负荷，计算公式按式(1.1)或(1.2)。国家行业规范<住宅设计规范第6.5.1条与<民用建筑电气设计规范都分别有对住宅负荷用电指标及需要系数做了规定，如表2.1、表2.2。但因地理位置、经济条件、气候环境等差异，各地区及主要城市要根据自己的特点又制定了相关的标准，表2.32.7列举了国内部分城市的住宅用电指标值和参考的需要系数。表2.1 住宅设计规范 GB50096-1999 普通住宅用电负荷标准Table 2.1 "Residential Design Code" GB50096-1999 standard ordinary residential power load表2.2 民用建筑电气设计规范 JCJ/T16-92住宅负荷需要系数Table 2-2 "civil electrical design" JCJ/T16-92 need residential load factor表2.3 北京地区住宅单位用电指标17Table 2.3 Power indicators of residential units in Beijing表2.4 北京地区住宅负荷需要系数17Table 2.4 Residential Beijing need to factor load表2.5 天津地区住宅单位用电指标18Table 2.5 Power indicators of residential units in Tianjin表2.6 重庆地区各类住宅综合用电指标19Table 2-6 Chongqing various types of residential electricity consumption indicators integrated表2.7 重庆地区各类住宅负荷计算需要系数19Table 2-7 Load calculation for residential development in Chongqing need to factor3.2 各种计算方法的适用条件及优缺点3.2.1 需要系数法使用前提及存在的问题需要系数法，其计算公式为P30=KXPN，KX为需要系数，PN为用电设备组所有设备的额定容量之和。它不考虑大容量设备最大负荷造成的负荷波动及用电设备的容量和台数，适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷。需要系数法比较简便，因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，故不适用于低压配电线路计算，而适用于计算变、配电所的负荷。从该方法的计算公式中不难看出，需要系数的选取直接关系到负荷计算的精度及可靠性，但现行的需要系数值大多数是转抄或参照国外的，实践证明，这些系数往往偏高偏大，比较保守。3.2.2 二项式系数法使用前提及存在的问题二项式系数法，其计算公式为P30=bPN+cPX，b，c为二项式系数，PN为用电设备组所有设备的额定容量之和，PX为x台最大容量的设备总容量。二项式法考虑两种因素:平均负荷。x台最大设备的最大负荷重叠造成的附加负荷，以弥补需要系数法计算结果在上述情况下偏小的不足。   由于二项系数法不仅考虑了用电设备最大负荷时的平均功率，而且考虑了少数容量最大的设备投人运行时对总计算负荷的额外影响。所以二项式法比较适合于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的负荷计算。但是二项式计算系数(经验系数)b、c和x的值，缺乏充分的理论依据，而且这些系数也只适于机械加工工业，其他行业缺乏这方面数据，从而使其引用受到一定局限。因此，对于负荷波动较大的干线或支线采用二项系数法确定计算负荷较为准确。在确定车间变电所和全厂总负荷计算时，则通常不采用，还是采用“需要系数法”比采用“二项式法”更接近实际用电情况。3.2.3 利用系数法和单位产品耗电法使用前提及存在的问题利用系数法是以平均负荷为基础，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。利用系数法虽然有一定的理论根据，但因要确定的系数较多，计算步骤复杂，公式中的“最大系数”与“利用系数k”的数据目前也较缺乏，因此，通常在工作中多不采用这种计算方法。  单位产品耗电量法是在初步设计阶段对供电方案作比较时，可根据车间的单位产品耗电定额，产品的年产量和年工作小时数来估算的一种方法。单位产品耗电量法求出的用电设备负荷可能与实际负荷相差较大，所以在缺乏正式的用电设备容量时，还要按“需要系数法”重新进行计算。以尽可能取得更接近实际的计算负荷，作为选择配电设备和导线的依据。3.3 国内住宅建筑用电负荷及计算的现状3.3.1 住宅建筑的供电方案住宅建筑内住户的负荷等级按供配电系统设计规范(GB 50052-95)20第2.0.1条一般是属于三级负荷，配电方式基本上是多层住宅采用放射式供电、高层住宅采用混合式(树干式和放射式)供电。因此其供电方案基本上是按小区变电所(10kV)一各栋(层)楼电表箱一各户配电箱这种模式设计。小区内单台变压器容量根据规范一般要求不大于630 kVA，对于建筑面积较大、户数较多的住宅建筑一般要求设两台及以上变压器，以便避免日后检修时造成长时间停电。同时笔者还发现国内大部分电气设计人员在建筑设计时没有对建筑性质、用户用电特点等做认真的调查研究，仅简单地套用规范来设计。例如调查了某甲级建筑设计院的两套11#、12#住宅楼的电气施工图，11#楼为农民拆迁安置房，多层建筑，12#楼为高层商住楼，11#、12#两栋楼的每户住宅建筑面积相同，均为1lOm2，故从典型住宅建筑设计图中（图3.1）住户的用电负荷指标均选择为6kW。这看起来似乎满足规范要求，但从用户性质来看，这两者的指标应当有所区别。经过相关科研人员的回返调查，基本上11#楼的日最高负荷大约于2.8kW左右，而12#楼的日最高负荷大约于4.5kW左右(该数据根据该建筑住宅所处地区气候特点，于夏日7月中旬测试)。因此仅单纯地依据建筑面积来套用规范以确定用电负荷，势必造成负荷计算的偏差，影响了变压器容量及配电施的合理选用。国内现今采用最多的计算负荷的方法是需要系数法，然而需要系数取值带有很大经验成分，甚至随意性很大。例如调查了某个较大规模的住宅建筑一、二、三期工程的电气设计图纸，其分别由三家设计单位设计，发现其中需要系数的取值有较大差异，有的是户内建筑面积、户数以及每户用电指标都相同的住宅楼，其需要系数的取值却不同，甚至更有其他指标都一样、户数多的其需要系数的取值却比户数少的取的更高。表3.1列出了该小区某两栋户数为36户、用电负荷指标为6kW的原电气设计图纸，因需要系数的取值不同，造成了其计算负荷、计算电流、所选择的配电设施以及初期投资上的差异。目前暂无定论说该两种取值中哪种性价比上更合理，但从中可知需要系数的取值不同势必影响了供配电设施的合理选择以及初期投资状况。图3.1 住宅建筑典型的户内配电箱系统图Figure 3.1 A typical indoor residential building distribution box system diagram表3.1 某地两栋住宅建筑设计参数对比Table 3.1 to 2 in a comparison of residential architectural design parameters因此，因住宅用电负荷指标及需要系数的取值不同，势必影响了整个建筑总的计算负荷值，从而不但影响了变压器容量的合理选择，以及影响了其配电设施、建筑占地面积的合理选择(如400kVA的变压器其低压铜母线规格为4(63x6.3)、低压保护开关整定值为800A，而630kVA的其低压铜母线规格为4(80x8)、低压保护开关整定值为1250A)21，增加了用户初投资，而且也降低变压器的负荷率，增加了今后变压器运行的有功损耗和无功损耗(可参见文献22计算)。造成这些问题当然一方面有电气设计人员的主观因素，如有的设计人员责任心不强，经验不足等，有的是选值时趋于保守，无视用户投资将其值选高，另一方面则主要是当前设计规范中存在的缺陷。因此，如何根据每个住宅建筑自身特点，选择一个科学的、能真实反映实际情况的住宅用电负荷指标和需要系数，对当前住宅建筑电气设计是有十分重要的现实意义和工程价值。3.4 问题的提出根据现行国家规范民用建筑电气设计规范(JGJ/T 16-92)第3.5.3条，目前住宅各单元楼总负荷计算公式如下：（1） 当每户用电负荷指标一样时，则总有功功率P30=3*N*KX*PN，式中P30为单元楼总计算负荷，KX为需要系数，PN为每户用电负荷指标，N为同一相上户数。（2） 当住宅每户用电负荷指标有不同取值时，则总有功功率P30=3*KX*（PN1*N1+ PN2*N2+ PN3*N3+），式中，PN1、PN2、PN3为不同的每户用电负荷指标，N1、N2、N3为同一相上相应的户数。因此可以从上面两式中不难看出，住宅负荷计算结果的准确与否，取决于每户用电负荷PN和需要系数KX的取值是否合理。目前住宅每户用电负荷与需要系数的取值主要参照住宅建筑电气设计规范中的规定，如表3.2、表3.3。分析表3.2、表3.3有如下不合理之处：首先，用电指标划分因素的单一性。表3.