建筑施工现场临时用电的负荷计算

建筑施工现场临时用电的负荷计算

建筑施工现场，有许多用电设备，如塔式起重机、搅拌机、卷扬机、混凝土搅拌机、混凝土振捣器、钢筋加工机械、木工加工机械、打夯机、手持电动工具、电焊机以及照明用具等设备。用电导线的正确选择、配电箱内电器元件的正确配置，临时用电设备安全可靠、经济合理的运行，都要涉及到如何进行负荷计算。

所谓负荷，是指用电设备或线路中的电流或功率。所谓满载是指负荷达到了电气设备铭牌所规定的数值。负荷计算就是通过各种计算方法，求出用电设备在正常工作状态下，从电网吸取的电流或功率。作为按发热条件选择系统中各组成元件的负荷值，该值称为计算负荷。有功计算负荷用Pjs表示，单位（kW）；无功计算负荷用Qjs表示，单位（kVAR）；视在计算负荷用Sjs表示，单位（kVA）；计算电流用Ijs表示，单位（A）。

负荷计算是建筑施工现场临时用电设计的基本依据。负荷计算是否合理，将直接影响电器和导线的选择是否经济合理。如果计算负荷过小，将使电器的导线在运行时增加损耗，并且产生过热，长时间运行将引起绝缘老化，甚至烧毁。如果计算负荷过大，将使导线和电器设备选择过大，造成投资和有色金属的浪费。但由于临时用电负荷复杂，影响负荷计算的因素较多，虽然各类负荷的变化有规律可依，但很难准确计算它的大小。这里只介绍需要系数法和二项式法。

1.1 用电基础知识

1.1.1 电力系统与电力网

在工农业生产、城镇建设和人类生活中，电能占有十分重要的地位，这是因为电能比其它形式的能量具有许多优点，例如：电能可以方便地与其它各种形式的能量进行互相转换；可以方便而经济地实现远距离输送和分配；在使用时易于控制和操作，有利于实现自动化，因此电能得到日益广泛的应用。

自然界中蕴藏的能源是极其丰富的。各种非电形式的能源，都可以很方便地通过发电厂转换成电能，来为人类服务。按其所利用的能源不同，有火力发电、水力发电、原子能发电等。此外还有潮汐发电、风力发电等。

火力发电是利用燃料在锅炉中燃烧时放出的热量使水变成高压蒸气，蒸汽在汽轮机内膨胀作功，使汽轮机拖动发电机旋转发电。

水力发电利用水流的位能来推动发电机装置旋转而发电。

与火力发电厂相比较，水力发电不需要消耗燃料，发电成本低，生产运行可靠，但是水利发电厂建设周期长，投资大，而且受自然水情况的影响大，在严重枯水季节，发电厂的容量就不能充分利用。

原子能发电厂的生产过程与火力发电机相似，它是利用原子核裂变时产生大量的热量来发电的。

为了充分而合理利用自然资源，大中型发电厂都建在能源蕴藏地，例如水力发电厂建在江河、峡谷及水库等水力资源丰富的地方；火力发电厂都在燃料的产地及交通方便的地方。而用电地区可能距离发电厂很远，所以需要将产生的电能进行远距离输送。因为采用高电压等级输电比较经济，而发电机由于受绝缘处理水平的限制，所发出的电压不能太高，目前发电厂采用的电压等级为6kV、10kV，所以在输电时除供给发电厂附近的用户外，需经过升压变压器升压，然后输送出去。一般输送距离越远，输送功率越大，则输送电压越高。目前国内输电电压有110kV、220kV、500kV等。

为了满足用电设备对工作电压的要求，在用电地区需设降压变压器，将电压降低。例如小城市供电的地方变电所或一个大型工矿企业的总降压变电所将电压降低到6-10kV，然后分配到居住区或车间变电所，再由配电变压器将电压降到380/220V，给低压用电设备供电。

由发电厂的升压变电站、输电线路以及变配电所组成的一个整体统称为电力网（简称电网）。电力网是发电厂和用户的中间环节，其任务是把发电厂产生的电能输送、分配给电能用户。

由发电厂、电力网以及用电设备组成的系统，称为电力系统。

1.1.2 用电基本参数

1.1.

2.1 频率

交流电在1秒钟内按正弦规律变化的周数叫频率，它也是衡量正弦交流电变化快慢的物理量，用符号f表示。频率的单位是赫兹（Hz），常用的较大单位还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）。它们之间的关系是：

1MHz=103=106Hz

在我国的电力系统中，国家规定动力和照明用电的频率为50Hz，习惯上称为工频，其周期为0.02s。在其它技术领域里，使用着各种不同的频率，如无线电工程上使用的频率范围是103-3×1010Hz等。

1.1.

2.2 有效值

交流电的有效值是根据其热效应来确定的。若把一交流电流i和一直流电流I分别通过同一电阻R，如果在相同的时间内产生的热量相等，则此直流电的数值就叫做该交流电的有效值。也就是说，交流电的有效值等于与它热效应相当的直流电值。交流电动势、电压和电流的有效值分别用大写字母E、U和I表示。

在工程计算与应用中，所使用的电压、电流的数值都是指有效值。例如，照明电路电源的电压为220V，动力电路的电压为380V，以及用交流电工仪表测量出来的电流、电压都是指有效值。所有使用交流电源的电器产品铭牌上标注的额

/1倍。

定电压、额定电流等也都是指有效值，且有效值等于最大值的2

1.1.

2.3 功率

（1）瞬时功率。加在电路两端的电压与通过它的电流的瞬时值的乘积叫做瞬时功率，即

P c =U c I

（2）有效功率。电路中的有功功率就是电阻上消耗的功率，其大小为

R U R I IU P P R R R 22

==== （1-1） （3）无功功率。电路中无功功率就是电感线圈磁场能量交换的规模，其大小为

L 2

L 2

S L X U X I IU ===Q （1-2） （4）视在功率。对于电源来说，其输出的总电流与总电压有效值的积叫做视在功率，用符号S 表示，单位为伏安（VA ）或千伏安（kVA ）。用公式表示为

S=IU （1-3）

（5）功率因素。有功功率P 和视在功率S 的比值等于?cos ，即

S

P =?cos （1-4） 式中?cos 叫做电路的功率因数，?角叫做功率因数角。

功率因数的大小取决于电路负载的电阻R 和阻抗Z 的比值。

功率因数是电力供应中一个非常重要的参数，通常要求负载要有较高的功率因数，这是因为：

① 如果功率因数过低，电源设备的能量就不能充分利用，电源的利用率就越低。

②如果功率因数?cos 越低，线路中的电流I 越大。电流I 越大，线路中的功率损耗也就越大，输电效率就越低。

因此，在实际的供电中，供电部门规定各用电单位的功率因数?cos 不得低于0.9。如果功率因数达不到标准，就要设法提高功率因数。

1.1.3 相线与零线

把发电机绕组的三个末端X 、Y 、Z 连接在一起，形成一个公共点N ，称为中性点，由N 点引出的导线我们把它称为中性线，若中性点接地，则该点称为零点，由零点引出的导线我们称之为零线。由A 、B 、C 三个起端分别引出的导线称为相线（或称为端线、火线），发电机的这种连接方法，叫做星形连接。这种从电源由四根导线供电的方式称作三相四线制。如果由电源只引出三根相线，则叫做三相三线制。目前建筑工地上，电源大多数采用三相四线制。在发电机作星形连接的供电线路中存在两种电压：各条相线与零线的电压，称为相电压，有效值用U A 、U B 、U C 表示。两条相线之间的电压叫线电压，其有效值用U AB 、U BC 、U CA 表示。下标的顺序用以标明线电压的正方向，例如A 、B 两条相线间的线电压U AB ，其正

方向规定为由A线指向B线，书写时不有颠倒。

①线电压在数值上等于相电压的3倍。

②各线电压的相角比它所对应的相电压超前30°。

发电机绕组还可以作三角形连接，就是把A相绕组的末端X与B相绕组的起端B相连；同样把B相的末端Y与C相的起端C相连；C相的末端Z与A相的起端A连接。由三个接点引出三条导线对外供电。可见，当发电机绕组作三角形连

接时，没有零线引出。在用电时只能得到线电压U

AB 、U

BC

、U

CA

。

在三相低压供电系统中，广泛采用的是380/220V三相四线制（或三相五线制）供电，它存在两种电压，可供给不同负载的需要，三相动力负载能够用得到三相380V的线电压，而照明、单相电热，家用电器等单相负载可以用每相220V 的相电压。

1.2 建筑施工临时用电的电力负荷和负荷曲线

1.2.1 建筑施工现场的临时用电电源

建筑施工现场的临时用电电源，既要符合供电的基本要求，又要注意到其临时性的特点，建筑施工现场的用电电源视具体情况不同常采用下面的方法。

（1）借用就近的变压器供电。一般工厂企业的变压器都留有一定的备用量，利用这些电源能节省大量投资。

（2）对于新开设工程，可以利用附近的高压电网，根据施工组织设计的要求，计算出用电总量，向供电部门提出临时用电申请，设置临时用电变压器或申请使用附近低压电源。

（3）对于边远未通电地区和有特殊要求时可以设置自备发电机。

1.2.2 建筑施工现场临时用电供电要求

施工技术人员在进行组织设计时，必须认真考虑建筑施工现场临时用电的特殊性，既要符合供电的基本要求，又要注意到其临时性的特点，合理安排用电，以达到节约用电，降低工程造价，保证工程质量、工程进程和安全生产的目的。

建筑施工现场的用电设备，主要有动力设备和照明两类，所采用的电压是380/220V。但是施工的环境比较差，通常在露天作业，用电设备易受风沙、雨雪、水溅、污染和腐蚀；用电设备的流动性较大，临时性强，一个建筑工程完成后则转移；负荷变动大，受工程进度影响较大。

1.2.3 负荷分级及对供电的要求

电力负荷按其重要性及其中断供电所造成的损失或影响的程度，分为下列三级：

（1）一级负荷

中断供电将造成人身伤亡者；或在政治、经济上造成重大损失者。如重大设备损坏、重大产品报废、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。

（2）二级负荷

中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱，需长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

（3）三级负荷

一般电力负荷，不属于一、二类负荷者。建筑施工现场临时用电一般是三级负荷。

一、二类负荷都是重要负荷。一级负荷要求由两个独立电源供电，以保证供电系统无论在正常运行还是故障状态下都能连续供电。其中两个独立电源是指中断其中之一电源供电，而不影响另一电源继续供电。二类负荷应采用双回路供电，或采用专线供电。三类负荷则无特殊要求。

1.2.4 建筑施工现场临时用电设备的工作制

由于电力负荷的大小，与用电设备的工作制有很大关系，因此，在进行负荷计算之前，先讨论用电设备的工作制。建筑施工现场临时用电设备，按工作划分，可分为长期连续工作制和反复短时工作制。

（1）长期连续工作制。长期连续工作制的设备，长期连续运行，负荷比较稳定，如建筑施工现场的照明、水泵、搅拌机、卷扬机、电锯、木工机械等。

（2）反复短时工作制。反复短时工作制的设备，时而工作，时而停歇，如此反复运行。如建筑施工现场中的电焊机、吊车电动机、施工用电梯、剪断机、震捣器等。反复短时工作的设备可用暂载率来表征其性质。暂载率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比。其符号用ε表示。如某电焊机的暂载率为65%，其含义是该电焊机在一个工作周期内只用65%的时间进行焊接。

1.2.5 建筑施工现场的负荷曲线

负荷曲线是表征电力负荷随时间而变动的一种图形。在直角坐标中，用横坐标表示时间，纵坐标表示电力负荷。按时间可划分为：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线。日负荷曲线表示了一天24小时内电力负荷的变化情况。

根据研究表明，对16mm2以上的导线，通过不变的电流后达到稳定温升的时间为30分钟。据此可将日负荷曲线改为半小时平均的负荷曲线，因而负荷曲线变为阶梯状。

由于计算负荷P

js

是用来按发热条件选择输电导线和电气元件。因而计算负

荷可以用最大半小时平均负荷代替，即P

js =P

30

。

显然，选择导线、电气元件，只要能承受有功计算负荷量P

js =（P

js

= P

max

=P

30

）

和无功计算负荷量Q

js =（Q

js

= Q

max

=Q

30

）就能达到既经济又安全的目的。

1.3 需要系数法确定计算负荷

1.3.1 按需要系数法确定计算负荷

建筑施工现场有许多用电设备，有以下几个问题需要考虑：

（1）各用电设备不一定同时运行；

（2）各用电设备不可能同时满负荷运行；

（3）设备运行时存在着效率，即设备存在功率损耗；

（4）不同的设备其工作制并不相同；

（5）输电线路、变压器等本身存在着能量的损耗；

因此，用电设备的实际负荷P js 与设备容量P s 之间并不相等，存在如下的关

系

P js =K x =P s （1-5）

式中：P js ——表示有功计算负荷（kW ）；

K x ——需要系数（无单位）；

P s ——根据每台设备的性质，把设备铭牌容量换算到长期工作制的设备

总容量。

我们把K x 称为需要系数。从上式可以看出，需要系数就是用电设备在最大

负荷时的有功功率P js 与设备总容量P s 的比值。通过长期观察和分析，发现同一

类的用电设备组，其负荷曲线都很相似，其需要系数都较相近。

目前，建筑施工现场临时用电设备组尚未有统一的需要系数，尽可能通过实测分析确定。附录表1列出了机械类常用设备组的需要系数，仅供大家参考。

实际上需要系数不仅与用电设备的工作性质、设备的台数、设备效率和线路损耗有关，而且还与工人的技术熟练程度和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能通过实测分析确定，使之与实际接近。

必须注意：附录表1中的需要系数是设备台数较多时的数据。如果采用需要系数来计算干线或分支线上的用电设备组的计算负荷，则附录表1中的数据就偏小，可适当取大一些。对于只有1-3台设备的设备组，需要系数宜取为1。对于单台电动机，其P js =P s /η，这η时为电动机的效率。

在求出有功计算负荷P js 后，就可以按下式求出无功计算负荷（单位一般用

kW ）

?tan ?=js js P Q (1-6)

可按下式计算出视在计算负荷（单位一般用kVA ）

2

2j js js s Q P S += (1-7)

可按下式计算出计算电流（单位一般用kA ）

e js e js U S U P I 3/cos 3/js ==? （1-8）

式中：U e ——用电设备的额定电压（单位一般用kV ）；

?cos 和?tan ——用电设备组的平均功率因数及对应的正切值（见附录1）。

1.3.2 设备容量的计算

式1-5中的设备容量，不包含备用设备的容量在内，且与用电设备的工作制有关。

（1）对于长期工作制的用电设备其设备容量就等于铭牌设备容量。

（2）对于反复短时制用电设备，设备容量就是将设备在某一暂载率下的铭牌容量换算到一个标准暂载率下的功率。

①对于电焊机，要统一换算到ε=100%，因此设备容量为

?εε?εεεεcos S P cos S /P /e e e e e 100e e 100e s ?=?=?=?=P （1-9） 式中：S e ——电焊机的铭牌额定容量（交流电焊机铭牌容量用视在功率给

出）；

εe ——与S e 相对应的暂载率；

ε100——其值为100的暂载率；

cos φ——满负荷时的功率因数；

P e ——电焊机的铭牌额定功率（直流电焊机的铭牌容量用有功功率给

出）。

②对于吊车电动机，要统一算到ε=25%，因此设备容量为

e e e 25e s P 2P /εεε=?=P （1-10）

式中：P e ——是指吊车电动机的铭牌额定容量；

εe ——与S e 相对应的暂载率；

ε25——其值为25%的暂载率。

（3）照明设备的设备容量

①白炽灯、碘钨灯的设备容量P s 是指灯泡上标注的额定功率；

②日光灯要考虑镇流器的功率损耗，其P s 可选为灯管功率P e 的1.2倍；

③高压水银荧光灯的设备容量P s 取灯泡额定功率P e 的1.1倍；

④对于采用镇流器的金属卤化物灯其设备容量P s 为灯泡额定功率P e 的1.1

倍。

（4）单相用电设备的设备容量：应将单相用电设备均匀地分散在三相上，力求三相基本平衡。设计时，规范规定，在计算范围内单相用电设备的总容量不超过三相用电设备的15%时，可按三相负载考虑，即设备容量等于所有单相总容量。如单相用电设备的不对称容量大于三相用电设备总容量的15%以上时，则设备容量P s 按3倍最大相负荷计算的原则进行计算。根据不同的接法有：

①单相用电设备接于相电压

P S =3P emax

式中：P emax ——三相单相用电设备的额定功率之和的最大值。

②单相用电设备接在线电压上

max 3e s P P =

式中：P emax ——接于线电压的单相用电设备铭牌功率之和的最大值。

例1－1 某建筑施工现场有如下用电设备：1台塔吊容量100kW 、380V 、ε=0.15；外用电梯容量15kW 、380V ；2台搅拌机容量各为7.5kW 、380V 、η=0.8；2台电焊机容量为21kVA 、380V 、ε=0.65、cos φ=0.87。求该建筑施工现场设备总容量。

解：对于塔吊应将设备铭牌容量转换到暂载率为0.25下的设备容量即 kW P P e e s 5.7710015.0221=?=?=ε

对于电焊机应将设备容量转换到暂载率为100%下的设备容量，即

kW P e s 14.70.8756.012cos S e 2=??=='?ε

同时由于电焊机是单相用电设备接在线电压上，其总容量已超过三相总容量的15%，等效成三相用电设备后其设备容量为

kW P s 25.514.732=?=

搅拌机的设备容量即为铭牌上所标的额定容量，即

P s3=P e =7.5kW

整个建筑施工现场设备容量为上述容量之和即

P s =P s1＋2×P s2＋2×P s3

=77.5＋2×25.5+2＋7.5

=158.5kW

1.3.3 开关箱的计算负荷

建筑施工现场临时用电，为了方便用电的控制，一般采用三级配电，即：开关箱、分配电箱、总配电箱。各级的负荷计算，是选择开关电器的重要依据之一。

根据规范要求一机一闸一箱，因此开关箱的计算负荷实际上是单台用电设备的计算负荷。对长期工作制单台用电设备，设备容量P s 实际上就是铭牌容量，

但必须考虑到设备的效率，一般为

P js =P s =P e /η

?cos 3/e js js U P I =

例1-2 某建筑工地用一开关箱来控制搅拌机，已知搅拌机的铭牌功率

7.5kW ，电压380V ，效率为0.8，功率因数为0.8，求该开关箱的计算负荷。

解：由于搅拌机属于长期工作制用电设备，其设备容量P s 等于该搅拌机的

铭牌容量，即P s =P e =7.5kW

所以P js =P s /η=7.8/0.8=9.375kW

A U P I e js js 8.178.038.03/375.9cos 3/=??==?

1.3.4 分配电箱的计算负荷

规范要求建筑施工现场的分配电箱至开关箱的水平距离不超过30m ，在这么一个施工区域内，临时用电设备台数不会很多，一般不会超过10台，负荷计算

时，与工厂供电设计有所不同（在工厂供电中，分配电箱一般处于一个加工车间的位置，对于一个车间，具有的用电设备数，可进行分组，然后根据附录1的需要系数进行负荷计算），一般不进行设备分组。根据经验，采用的需要系数取0.9-1.0，设备台数少时取1，多时取0.9。功率因数可取电动机的平均功率因数（若设备台数很多，则其负荷计算可参照总配电箱的计算负荷）。分配电箱负荷计算如下：

例如1-3 某建筑施工现场一分配电箱控制的设备如有：卷扬机2台、每台容量14kW 、电压380V 、cos φ=0.82、效率0.8；电焊机2台，每台容量21kW 、电压380V 、cos φ=0.87、ε=0.65；电锯一台，容量2.8kW 、cos φ=0.88、效率0.85。试求该分配电箱的计算负荷。

解：

1.确定各设备的容量 电焊机的总容量为（考虑两方面因素：暂载率、单相用电转三相）

()()

e 1P 32???=εs P

51kW 210.6532=???= 卷扬机设备容量

P s2=2×P e =2×14=28kW

电锯的容量为

P s3=P e =2.8kW

设备总容量为

P s =P s1+P s2+P s3=51+28+2.8=81.8kW

2.负荷计算

分配电箱的计算负荷为（需要系数取0.95）

P js =K x ?P s =0.95×81.8=77.7kW

平均功率因数cos φ=0.84

I js =P js /3×0.38×0.84=140A

1.3.5 总配电箱的计算负荷

在建筑施工现场，对于总配电箱而言，所控制的用电设备多，供电的范围较广，可对所有的用电设备进行分组，采用需要系数法进行负荷计算。而目前全国范围内，建筑施工现场临时用电设备组的需要系数尚未有统一的标准。一般采用现场提供的实测数据进行设计。其负荷计算方法如下：

（1）设备分组的计算负荷

1.4 二项式系数法确定计算负荷

上一节所述需要系数法，计算简便，普遍用于各种供电设计中。但需要系数法进行负荷计算时未考虑用电设备组中容量特别大的设备对计算负荷的影响，因而在确定用电设备台数较少而容量差别相当大的低压分支线和干线的计算负荷时，按需要系数法计算所得结果往往偏小，于是提出了二项式系数法。

1.4.1 同一工作制的单组用电设备的计算负荷

单组用电设备计算负荷的计算公式如下：

n s js P c P b P ?+?=

式中：b ?P s ——表示用电设备组的平均负荷，其中P s 是用电设备组的设备容

量，其计算方法同前需要系数法；

c ?P n ——表示用电设备组中n 台容量最大的设备运行时的附加负荷，