李玉幸， 狄彥強(qiáng)， 李顏頤， 馬靖， 張志杰

（1.中國建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京100013；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京100013）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國能源也日趨緊張，節(jié)能降耗要求日益緊迫。建筑能耗在我國能源消耗中占有重要比例，建筑節(jié)能減排成為了緩解能源壓力的方案之一。電氣節(jié)能是節(jié)能環(huán)節(jié)中不容忽視的部分，因此在工程設(shè)計(jì)與既有建筑改造中，合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)中／低壓配電系統(tǒng)，縮短供電線路的長度，提高電能質(zhì)量，保證供電的安全可靠，對節(jié)約能源起到重大作用。

電壓偏差是電能質(zhì)量的主要內(nèi)容，如果用電設(shè)備的實(shí)際電壓和額定電壓值之間差距比較大，會直接對他們的性能產(chǎn)生一定的影響。常用照明設(shè)備熒光燈，其發(fā)光效率、光通量、使用壽命均與電壓有關(guān)。熒光燈的光通量約與它的端電壓平方成正比，過低則啟輝發(fā)生困難，過高，則鎮(zhèn)流器過熱而縮短使用壽命。一些異步電動機(jī)（如風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)壓縮機(jī)等）如果電壓偏低，就不能帶動電動機(jī)的工作；如果電壓偏高，就會損壞這些電動機(jī)，無法工作。因此在工程設(shè)計(jì)中解決電壓偏差是提高電能質(zhì)量的一個重要方法。

1 電壓偏差概念及計(jì)算

如果在某段時間內(nèi)線路或其他供電元件首端的電壓偏差為Δμ0，線路電壓降為Δμ1，則線路末端電壓偏差為：

當(dāng)有變壓器或其他調(diào)壓設(shè)備時，還應(yīng)計(jì)入該類設(shè)備內(nèi)的電壓提升，即：

由公式（1）～（2）可以看出，電壓偏差與線路電壓降與調(diào)壓設(shè)備有關(guān)。

電壓降通常用系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示。三相系統(tǒng)中以線電壓為基準(zhǔn)的電壓降百分?jǐn)?shù)按式（3）計(jì)算：

式中，ΔU%為電壓降百分?jǐn)?shù)，%；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；I為負(fù)荷電流，A；P為負(fù)荷有功功率，kW；Q為負(fù)荷無功功率，kvar；cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)；R、X為串聯(lián)元件的電阻和電抗（感抗），Ω。

（1）線路電壓降計(jì)算公式如表1所示。

線路電壓損失的計(jì)算 表1

式中，ΔU%為電壓降百分?jǐn)?shù)，%；P為某一個集中負(fù)荷的有功功率，kW；Q為某一個集中負(fù)荷的無功功率，kvar；Pi為第i個集中負(fù)荷的有功功率，kW；Qi為第i個集中負(fù)荷的無功功率，kvar；r、x為分別是三相電力線路單位長度的電阻和電抗，Ω／km；x′為單相電力線路單位長度的電抗，Ω／km，工程計(jì)算時其值可近似為x；l為某一個集中負(fù)荷至線路末端的線路長度，km；li為第i個集中負(fù)荷至線路首端的部分線路長度，km；Un為線路標(biāo)稱相電壓，kV；Unph為線路標(biāo)稱相電壓，kV。

（2）變壓器電壓降計(jì)算

變壓器電壓降計(jì)算公式詳見式（4）～（6）。

式中，ΔμT為變壓器電壓降百分?jǐn)?shù)，%；SrT為變壓器額定容量，kVA；μa為變壓器阻抗電壓的有功分量，%；μr為變壓器阻抗電壓的無功分量，%；μT為變壓器的阻抗電壓，%；ΔPT為變壓器的短路損耗，kW；β為變壓器的負(fù)載率，即實(shí)際負(fù)荷與額定容量ST的比值；cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)；P為三相負(fù)荷的有功功率因數(shù)，kW；Q為三相負(fù)荷的無功功率，kvar。

2 電壓偏差限值

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中對電壓偏差的規(guī)定如下文所述。

（1）用電單位受電端供電電壓的偏差允許值，應(yīng)符合下列要求：1）10kV及以下三相供電電壓允許偏差應(yīng)為標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的±7%；2）220V單相供電電壓允許偏差應(yīng)為標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的+7%、-10%；3）對供電電壓允許偏差有特殊要求的用電單位，應(yīng)與供電企業(yè)協(xié)議確定。

（2）正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子處的電壓偏差允許值（以標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的百分?jǐn)?shù)表示），宜符合下列要求：1）對于照明，室內(nèi)場所宜為±5%；對于遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時，可為+5%、-10%；應(yīng)急照明、景觀照明、道路照明和警衛(wèi)照明宜為+5%、-10%；2）一般用途電動機(jī)宜為±5%；3）電梯電動機(jī)宜為±7%；4）其他用電設(shè)備，當(dāng)無特殊規(guī)定時宜為±5%。

GB／T 12325-2008《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》供電電壓偏差限制如表2。

供電電壓偏差限值 表2

設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時，應(yīng)驗(yàn)算用電設(shè)備的電壓偏差，以保證電壓偏差范圍不超過限定值，并盡量減小電壓偏差，以便提高電能質(zhì)量。

3 電壓偏差分析

由于電氣中變壓器相關(guān)參數(shù)較為繁瑣，本文只選取典型樣本進(jìn)行分析計(jì)算。

（1）線路電壓降分析

由于干線電纜一般截面積在95mm2以上，因此電纜選擇 YJV-（4×120+1×70）、YJV-（4×150+1×70）、YJV-（4×185+1×95）、YJV-（4×240+1×120），共計(jì)4種類型，電纜參數(shù)如表3。

YJV電力電纜參數(shù) 表3

供電半徑選 150m、180m、200m、250m，功率因數(shù)選為0.8。根據(jù)電纜載流量算出不同電纜所能帶的負(fù)荷有功功率，根據(jù)表1三相平衡負(fù)荷線路帶1個集中負(fù)荷計(jì)算公式進(jìn)行線路電壓降計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表4～5。

不同截面積電纜在不同供電半徑下線路電壓降／% 表4

由計(jì)算結(jié)果可知：1）對于截面積超過95mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜供電半徑超過150m時，線路電壓降會大于3%，由于建筑施工過程中不可預(yù)測問題、變壓器及配電箱內(nèi)各元件均會造成電壓損失，因此干線設(shè)計(jì)時，供電半徑不宜超過150m；2）同一負(fù)荷下，電纜截面越大，線路電壓降越小。

（2）變壓器電壓降分析

本次計(jì)算以某品牌變壓器SCB11系列10kV級配電變壓器技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，如表6所示。

根據(jù)公式（4）～（6），分別選取負(fù)載率為60%、70%、75%、80%，功率因數(shù)選取0.9、0.95兩個樣本，計(jì)算變壓器壓降結(jié)果如表7。

根據(jù)不同功率因數(shù)不同負(fù)載率下不同容量變壓器壓降計(jì)算可知：1）變壓器電壓降隨著功率因數(shù)的增大而減??；2）隨著負(fù)載率的增大而增大；3）隨著變壓器容量增大，壓降減?。?30kVA變壓器較500kVA變壓器壓降大是由于額定阻抗電壓變大）。

不同截面積電纜在同一負(fù)荷不同供電半徑下線路電壓降／% 表5

SCB11系列10kV級配電變壓器技術(shù)參數(shù) 表6

SCB11變壓器在不同功率因數(shù)不同負(fù)載率時電壓降／% 表7

4 結(jié)束語

本文對建筑電氣設(shè)計(jì)中線路及變壓器電壓降問題進(jìn)行了計(jì)算分析，從結(jié)果中可知：（1）采用阻抗較低的變壓器；（2）盡量縮短供電線路長度；（3）采取補(bǔ)償無功功率的措施，提高功率因數(shù)；（4）可以通過提高電纜截面積降低線路電壓降。