建筑工地临时用电负荷计算实例及问题探讨

建筑工地临时用电负荷计算实例及问题探讨

王文超王辉吕雪峰

威海建设集团股份有限公司山东省威海 264200

摘要

临时用电是建筑工程中的一个重要的组成部份，在施工准备以及在施工过程中是不可缺少的一项。本文就某工程实例进行了临时用电负荷计算，对当前施工现场临时用电负荷计算中存在的问题和涉及的因素进行探讨，以期进一步提高建筑施工现场临时用电的安全性、经济性、合理性。

关键词临时用电负荷计算需要系数暂载率功率因数

一、前言

随着我国经济的高速发展，建筑工地临时用电安全，越来越受到建设单位和施工单位的重视。为了确保施工顺利进行，各个工地都需要进行施工现场临时用电方案设计。很多建筑施工单位为了控制施工成本，压缩内部组织结构，缺少专业电工，而在添购配电器材时，存在很多的不合理配置。大多数工地临时用电组织设计中的负荷计算比实际负荷虚高，施工过程半小时最大负荷远低于计算负荷，有的只有计算负荷的50%。计算负荷的虚高虽然有利于安全用电，但浪费了大量线缆、供配电器件等宝贵资源，降低了经济效益。而少数工地由于负荷计算偏低，造成过载运作，又存在严重的安全隐患。

为响应绿色施工的倡议，提高资源的利用率，降低成本，提高经济效益，在保证安全、有效的前提下，通过精确的负荷计算，降低临时供电设备和器材的消耗是十分必要的。下面利用“需要系数法”，以某办公楼的临时用电为例进行负荷计算，以便大家在施工中参考。

二、相关概念

1、供配电系统

建筑供配电系统有交流电源、供配电线路、配电控制和用电设备组成。在设计建筑电气供配电系统时，首先应确定供配电方案，确定各种用电设备功率，在此基础上进行用电负荷计算，并选择各种配电控制设备和配电导线。

2、计算用电负荷

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择中各元件的负荷值，称为计算负荷。全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，称为半小时最大负荷。通常取半小时最大负荷作为“计算负荷”。用 P jZ (P30)、Q jZ(Q30)、I jZ和S jZ（S30）分别表示有功计算负荷、无功计算负荷、计算电流和计算容量（也称视在功率计算负荷）。其中有关系式 S jZ2= P jZ2+ Q jZ2，功率因数cosφ= P jZ/S jZ。

3、需要系数法

需要系数K d是用电设备组在半小时最大负荷时需用的有功功率（P30）与其设备容量（Pe）的比值。

即 K d＝P30/Pe；P30＝K d Pe

根据需要系数K d求总安装容量为Pe的用电设备组所需计算负荷P30的方法称需要系数法。

三、建筑工地临时用电负荷计算实例

1、工程概况

本工程为某企业配套办公楼及消防水池，地上十四层，地下二层，建筑高度56.5m，建筑面积约20000㎡。根据规划平面图及建筑工程需要，技术人员按照《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）要求，配电系统为总配电箱、分配电箱、开关箱，实行三级配电。

根据本工程的实际施工条件及各种施工机械设备的用电需求，现场设置总配电箱一个，电源由变电站引入，按照不同的区域和设备，总配电箱下设4个二级分配电箱，各二级分配电箱的主要用途及平面分布见图表（略）。

2、用电设备一览表及设备容量计算

本工程施工用电设计按照不同施工阶段（基础、主体、装饰装修）、不同设备功率分别考虑，取其最大值作为电缆线选定的依据。因主体施工阶段用电设备最多、功率最大，另外考虑流水作业，其中八层以下可能提前进入装饰装修阶段，故选取主体阶段另加部分装饰装修阶段的所有用电设备作为计算工程用电负荷的依据。

本工程混凝土采用现场搅拌，现场设搅拌站，投入QTZ63塔吊1台，工程钢筋在现场制作，木工配备圆锯等设备。在临时用电工程中，应尽量将单相用电设备均匀的分散到三相上或各相间，力求减少三相间的不平衡状态。用电设备中的电焊机、电渣压力焊机、对焊机的不对称容量大于三相用电设备总容量的15%，故设备容量Pe应按三倍最大相负荷进行换算，然后再参与负荷计算。具体机械设备见下表：

主要用电设备一览表及设备容量（表1）：

施工现场视在计算负荷(总用电量)用下述公式计算:

Pjz=Kx×∑Pe

Qjz＝Pjz×tanφ

∑P＝Sqrt（P2jz+ Q2jz）

Pjz――――用电设备的有功计算负荷

Qjz――――用电设备的无功计算负荷

∑Pe―――用电设备组的设备容量总和，但不包括备用设备量Kx――――用电设备的需要系数

tanφ―――与功率因数（cosφ）角相对用的正切值（cosφ＝～）

∑P――――用电设备的视在计算负荷

（1）、对于断续周期工作制不同暂载率的用电设备的容量换算：

1号塔吊组换算到暂载率=25%时的设备容量：

Pe=2×P e×JC =2×45×= KW

2号施工电梯组换算到暂载率=25%时的设备容量：

Pe=2×P e×JC =2×22×= KW

15号交流电焊机换算到暂载率=100%时的设备容量：

Pe=S N×cosφ×JC=××=

16号电渣压力焊机换算到暂载率=100%时的设备容量：

Pe=2×S N×cosφ×JC=40××= KW

（2）、单相设备组等效三相负荷的计算：

从表1中可以看出，单相用电设备容量超过了三相设备容量的15%，应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。在接有较多单相设备的三相线路中，不论单相设备接于相电压还是接于线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相的有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足系统安全运行的要求。

1）、单相设备接于相电压时的负荷计算：

等效三相设备容量Pe应按最大负荷相所接的单相设备容量Pmax的3倍计算，即Pe=3Pmax，若上表18-24号用电设备分别接入A、B、C相，17、18号设备接于A相则PA=7+6=13KW，19、20号设备接于B相则PB=+12=，21、22、23、24号设备接于C相则PC=++5+8=，PC＞PA＞PB，故Pe=3Pmax=3PC=3×=

2）、单相设备接于线电压时的负荷计算：

○1接于同一线电压时，由于容量为Pmax的单相设备接在线电压上产生的电流I=Pem/（U cosφ），这一电流应与等效三相设备容量Pe产生的电流I′=Pe/（√3U cosφ）相等，因此其等效三相设备容量 Pe=√3 Pem

○2接于不同线电压时，设P1＞P2＞P3（P1、P2、P3均为线电压），根据等效发热原理可得出等效三相设备容量为 Pe=√3 P1+（3-√3）P2

本工程按接于同一线电压，其计算如下：

Pe=√3 Pem=√3×（+）=

（3）、各用电设备组的计算负荷：

把工作性质相同（近），具有相近需要系数的同类用电设备合并成组，求出各组用电设备的计算负荷。

○1塔吊、施工电梯组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz1=Kx×∑Pe=×（+22）=

Qjz1＝Pjz1×tanφ=×= Kvar

○2强制式搅拌机、输送泵、配料机组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz2=Kx×∑Pe=×（+90+）=

Qjz2＝Pjz2×tanφ=×= Kvar

○3混凝土、砂浆搅拌机组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz3=Kx×∑Pe=×+=

Qjz3＝Pjz3×tanφ=×=

○4切断机、弯钩机、套丝机、圆锯组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz4=Kx×∑Pe=×（8+8+4+）=

Qjz4＝Pjz4×tanφ=×=

○5水泵组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz5=Kx×∑Pe=×3=

Qjz5＝Pjz5×tanφ=×=

○6振捣棒组：

取Kx=，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：

Pjz6=Kx×∑Pe=×=

Qjz6＝Pjz6×tanφ=×=

○7蒸汽柜组：

只有一台取Kx=1，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：Pjz7=Kx×∑Pe=1×11=11KW

Qjz7＝Pjz7×tanφ=11×= Kvar

○8开水器组：

也只有一台取Kx=1，cosφ＝，tanφ=，其计算负荷为：Pjz8=Kx×∑Pe=1×12=12KW

Qjz8＝Pjz8×tan φ=12×= Kvar

○

9电焊机、电渣压力焊组： 由上面的2-（2）-○2知其∑Pe=，取Kx=，cos φ＝，tan φ=，其计算负荷为： Pjz9=Kx ×∑Pe=×= Qjz9＝Pjz9×tan φ=×= ○

10单相接于相电压设备组： 由上面的2-（1）知其∑Pe=，取Kx=，cos φ＝1，tan φ=0，其计算负荷为： Pjz10=Kx ×∑Pe=×=

Qjz10＝Pjz10×tan φ=0 Kvar （4）、所有用电设备总的计算负荷 取有功负荷和无功负荷的同时系数Kp=Kq=

有功功率:Pjz=Kp ×（Pjz1+Pjz2+……+Pjz10）=×（++……+）= 无功功率:Qjz=:Pjz=Kq ×（Qjz1+Qjz2+……+Qjz10）=×（+90+……+0）= 视在功率:Sjz= Sqrt （P 2

jz+ Q 2

jz ）=

总计算电流:Ijz=Sjz/（3×Un ）=（3×）= 5、 变压器容量选择

根据计算的总的视在功率选择，采用一台变压器供系统运行，考虑变压器5%的过负荷能力，变压器容量≥=×=。甲方在待建区北侧约200m 处，已经安装安装1台630KVA 220/380预装式变电站 , 其主要技术数据：额定容量为630kVA> KVA ，额定电压12/，低压额定电流909A>，足以满足施工现场用电要求。

6、施工现场供电线路的选择：

（1）、供电线路主电缆是从建设单位的变压器到配电室，这段电缆由建设单位提供，电缆埋地敷

设，总长度大约为200m ，使用交联聚乙烯绝缘电力电缆，查表知电缆总截面3?185+2?95mm 2

，环境温

度25℃时，载流量为463A 大于，符合要求。

（2）、按允许电压降选择导线：

为了简化计算公式，把全部负荷集中到一路的末端，已知从甲方变电站到施工配电室的距离大约200m ；允许相对电压降为ξ=5%，采用三相四线制供电时，C=77，导线截面积为：

S=（∑P ·L/C ξ）100%=（×200）/（77×5）=＜185mm 2

，所选电缆符合要求。

其它支路计算负荷及线路选择方法，与上述相同（略）。当施工现场用电设备总用电量不大时，总用电量也可按施工手册中公式计算。

)cos (10.1~05.14

4

3

3

2

2

1

1

∑∑∑∑+++=P K P K P K P K P ?

当用电设备较多时，一般来说，这种方法所得的计算负荷偏大些。

四、临时用电负荷计算存在问题探讨

上述配套办公楼工程现场临时用电配电控制设备及配电导线等，依据上述负荷计算进行配置，在两年的施工期间运行正常，且施工过程中由于现场需要增设闪光对焊机1台，使用1个月，在使用对焊机时明显出现过载现象，必须与塔吊或搅拌站的大功率设备错开时间段，才能正常使用。综合来看此工程的临时用电施工组织设计比较符合此工程现场需要，满足安全性、经济性的要求。而笔者调查的十多个工地中，大多数现场所使用的设备总功率比上述工程要少，但现场配电系统投入要大得多，查看其临时用电施工组织设计主要存在以下几方面问题：

1、“系数”选取没有考虑建筑施工的特点，取值偏大

用需要系数法进行负荷计算时主要涉及两个系数，一是各设备组的需要系数，再是各设备组之间的同时系数。需要系数Kx是用电设备组的计算负荷与用电设备功率总和之比，主要与设备的实际负载率Kβ，同组用电设备的同时使用系数Kt，设备的平均效率ηaV，供电线路的平均效率ηL等4个因素有关：Kd=KβKt /ηaVηL 。

在当前常用的手册中，针对建筑施工临时用电情况，这个系数并没有给出明确的数值，应用时需要参考同类设备的系数，以往现场用电的实际测量情况，建筑施工临时用电的特点，还要认真分析本工地的施工组织设计等因素。而在笔者调研的十多个工地临时用电负荷计算中，多数编制临时用电组织设计的技术人员都从偏重于安全考虑，宁愿取大的系数值保险，结果往往使计算负荷大大高于实际应用中的半小时最大负荷。

另外，我国的相关手册、书籍中需要系数值一般都引用国外的一些资料, 与我国的实际情况有所差异, 而需要系数已在我国沿用了数十年, 未进行过调整和修改。原国家各部委的需要系数值也不尽相同。现有的一些需要系数表格有的就明确标注了“供参考数值偏大”。也就是说，我们查阅的一些手册中需要系数值原本就偏大，这也是负荷计算数据偏大的原因。

再是各设备组之间的同时系数值选取，各种手册中也没有针对施工现场临时用电的具体数值，更需要通过分析施工组织设计，根据工地的施工安排来考虑。而很多临时用电负荷计算根本就没有考虑这个因素，过于保守，同样造成了计算负荷偏大的现象。

根据调研情况分析，光“系数”选取这一项因素，就使许多工地的计算负荷值偏大15%以上。

2、不对称单相负荷的换算问题

不对称单相负荷的换算是在负荷计算范围内, 当单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15%时, 可全部按三相平衡分配的对称负荷考虑。否则, 应将单相负荷换算为等效三相负荷, 所谓等效三相负荷是按三倍最大负荷的方法进行换算。单相设备分别接于线电压和相电压时，首先应将

接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。

而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷的3倍。但是在负荷计算时往往将最大单相负荷的三倍作为计算负荷, 这也会使得负荷计算数据偏大。

3、有功功率和视在功率不分

以上述电焊机组为例，如果把S N当作P N来计算，将有

Pjz9=Kx×∑Pe=×√3××+40×=

Qjz9＝Pjz9×tanφ=×=

Sjz9= Sqrt（P2jz9+ Q2jz9）= KVA

而正确计算时Sjz9= Sqrt（P2jz9+ Q2jz9）= KVA

光这一项计算负荷就相差，与正确计算所获得的总计算负荷相比，多了5%。

五、总结

综上所述，在临时用电负荷计算中，“系数”取值偏大、不对称单相负荷的换算、有功功率和视在功率不分是使计算负荷普遍虚高的三个主要因素。根据笔者调查的十多个工地分析，多数工地由于以上三个因素会导致计算负荷值偏大20%以上。

需要系数法虽然计算简便, 使用广泛,但系数取值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，还与操作人员的技能及生产组织等多种因素有关，而且需要系数法的负荷计算涉及到概率论、统计学的一些学科问题, 要做到完全准确是相当困难的，然而在临时用电施工组织设计中正确的负荷计算又是合理选择各种电气设备器材的重要依据。因此，我们必须认真分析用电设备配置情况、施工工地的特点和已往现场实测数据，参考各种手册提供的计算方法和参考数值，尽可能地通过实测分析，来更准确的计算施工现场临时用电计算负荷，在确保安全的前提下，减少线

缆、供配电器件材料等的损耗，进一步提高建筑施工现场临时用电的安全性、经济性、合理性。

参考文献

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