三相负荷不平衡的问题对住宅建筑配电的影响

2016-08-25梅东亮

现代建筑电气 2016年7期

关键词：户数单相配电箱

梅东亮

(中油辽河工程有限公司, 辽宁盘锦　124010)

三相负荷不平衡的问题对住宅建筑配电的影响

梅东亮

(中油辽河工程有限公司, 辽宁盘锦124010)

结合某高层住宅工程实例,介绍了动力配电箱采用需要系数法进行负荷计算的4种情况,并进行了对比分析。提出未调整三相负载平衡的配电方案相比调整三相负荷平衡的方案,会使动力配电箱的进线电缆截面大一级,增加了配电系统投资成本;在三相负载不平衡的情况下,需要系数的选择方法对选择保护开关没有影响,电气设计人员可直接按照三相配电计算所连接户数的方法选择需要系数。

住宅建筑; 三相不平衡; 需要系数; 负荷计算

0　引　言

住宅建筑的用电负荷统计具有很明显的特点,其主要负载为住宅分户箱。在对单相负荷的分户箱进行配电设计时,受楼层数以及每层户数的影响,经常出现电表箱配出回路数不是3的整数倍的情况,导致电表箱三相负荷不平衡;或者即使配出回路数是3的整数倍,因所接分户箱负荷不完全相同,也会导致电表箱出现三相负荷不平衡。在对电表箱的上级配电箱进行负荷统计时,三相负载不平衡使得计算负荷和计算电流增大,增加了电能损耗及项目投资[1-2]。

1　项目概况

某高层住宅,-1F车库,地上22层,其中1F和2F为商网,3F及以上为住宅。每单元每层2户,每户建筑面积约为90 m2,设计用电负荷每户为6 kW(AC 220 V)。每5层设1个电表箱,10户电表箱AW1～AW4系统如图1所示。

图1　10户电表箱AW1～AW4系统

图1中,L1相总负荷PL1=24 kW,L2相总负荷PL2=18 kW,L3相总负荷PL3=18 kW。电表箱三相负荷不平衡,取单相最大负荷的3倍进行负荷计算。AW1～AW4电表箱的总负荷为Pe1=3PL1=3×24=72 kW。

住宅单元共有4个电表箱,需设置一面动力配电箱给电表箱配电。动力箱AP1系统如图2所示。

图2　动力箱AP1系统

2　动力箱配电设计

2.1方法1

电表箱不做相序调整(4个电表箱系统图相序一致),未考虑三相负载不平衡的问题,按照单相配电计算时所连接的户数选择需要系数。

三相负荷平衡调整前AP1配电箱单相户数及负荷统计如表1所示。

表1三相负荷平衡调整前AP1配电箱单相户数及负荷统计

相序电表箱单相户数分配AW1AW2AW3AW4单相总户数单相总负荷/kWL144441696L233331272L333331272

假设所有分户箱不通过电表箱直接连接到动力箱AP1,AP1箱配电系统L1相承担16户分户箱,L2、L3相各承担12户,其中L1相用电负荷最大(96 kW)。

根据JGJ 242—2011《住宅建筑电气设计规范》[3]条文说明第3.4.1条表1,可知需要系数为0.49。AP1箱总负荷Pe=288 kW,AP1箱用电负荷需要系数(采用最大单相配电计算时所连接的户数查表)kx1=0.49,AP1箱计算负荷Pj1=141 kW,功率因数cosφ=0.9,则采用方法1计算出的AP1箱计算电流Ij1=238.0 A。

2.2方法2

通过蓝墨云班课App推送考核试题等设置课程学习任务，让学生在教师的引导下，根据任务要求，以自主学习和协作学习的方式有目的开展学习。

电表箱不做相序调整(4个电表箱系统图相序一致),未考虑三相负载不平衡的问题,按照三相配电计算时所连接的户数选择需要系数。

该高层住宅共有住户40户,根据JGJ 242—2011条文说明第3.4.1条表1,可知需要系数为0.5。AP1箱总负荷Pe=288 kW,AP1箱用电负荷需要系数(采用三相配电计算时所连接的户数查表)kx2=0.5,AP1箱计算负荷Pj2=144 kW,功率因数cosφ=0.9,则采用方法2计算出的AP1箱计算电流Ij2=243.0 A。

2.3方法3

图3　AW1～AW4箱的相序分配

相序电表箱单相户数分配AW1AW2AW3AW4单相总户数单相总负荷/kWL133441484L234331378L343331378

2.4方法4

调整4个电表箱配出单相回路相序,使得AP1箱内的三相负载尽量平衡。计算步骤与方法3一致,按照三相配电连接户数40去查表,得出需要系数k″x=0.498,P″j=125.5 kW。负荷计算结果如下:Pe=288 kW,AP1箱用电负荷需要系数kx4=P″j/Pe=125.5/288=0.44,AP1箱计算负荷Pj4=P″j=125.5 kW,cosφ=0.9,采用方法4计算出的AP1箱计算电流Ij4=211.9 A。

3　分析讨论

3.1三相负载的平衡问题对配电系统的影响

对比表1和表2,可以看出在方法1和方法2中,AP1箱单相最大负荷是另外两相负荷的1.33倍,而方法3和方法4中最大相负荷是另外两相负荷的1.08倍。

对比方法1与方法3、方法2与方法4中动力箱AP1的计算电流:

综上所述,方法1和方法2这两种不调整三相负载平衡的配电方案存在诸多弊病,是不合理的设计方案,故采用方法3和方法4进行负荷计算[4-5]。

3.2需要系数的选择方法对配电系统的影响

对比方法4与方法3中动力箱AP1的需要系数和计算电流:

4　结　语

介绍了住宅动力配电箱负荷计算的4种方案,并进行方案对比,总结了调节三相负载平衡对优化住宅配电系统设计的重要性。本文仅针对住宅小区某个单元,如果是整栋楼或整个住宅小区,那么未调整三相负载平衡的配电方案将导致变电所内三相负载严重不平衡,中性线电流增加,配电系统中性点偏移,不利于住宅内用电设备的安全运行。

[1]林承过.住宅表箱设计及负荷计算应注意的问题[J].建筑电气,2014(2):35-40.

[2]许苏跃,陈歆技,马华中,等.配电网三相不平衡全电容无功补偿的研究[J].电器与能效管理技术,2015(20):44-48.

[3]住宅建筑电气设计规范:JGJ 242—2011[S].

[4]低压配电设计规范:GB 50054—2011[S].

[5]民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008[S].

Impact of Unbalanced Three-phase Load on Power Distribution of Residential Building

MEI Dongliang

(China Liaohe Petroleum Engineering Co., Ltd., Panjin 124010, China)

Combining by a residential building project as an example,this paper introduced four load calculation schemes of power distributing cabinet by using the demand coefficient,and compared the four load calculation schemes.It is pointed out that compared with the adjusting three-phase load balancing distribution schemes,the unadjusted three-phase load balancing distribution schemes should increase the inlet cable section of power distributing cabinet and the investment cost of distribution system.In the case of unbalanced three-phase load,the selection schemes of demand coefficient has no affect on the selection of protection switch.According to the three-phase distribution,the electrical designers can select the demand coefficient by calculating the total number of connected users.

residential building; unbalanced three-phase load; demand coefficient; load calculation