熱力管道施工現場臨時用電設計經濟性分析

劉宇鵬

（太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001）

隨著城市的發展和基礎建設項目的增多，越來越多的工程建設呈現規模大、周期長、科技含量高等特點。隨著建設工程項目科技含量的增加和智能化的增強，施工機械化和自動化程度不斷提高，熱力管道施工現場更離不開電，工程設備、施工設備、現場照明等用電量也大幅增加，因此，做好施工現場臨時用電設計對減少工程造價、降低施工企業成本、提高施工企業的競爭力和經濟效益都有著極其重要的意義。施工現場臨時用電組織設計應包括現場勘察，確定電源進線及配電箱的位置、線路走向，負荷計算，選擇容量、導線截面積和電器類型及規格，繪制電氣平面、立面系統圖，制訂安全用電技術措施和電氣防火措施等內容。

施工現場臨時用電中常出現的問題有2點：①臨時用電工程未編制專項組織設計，無安全交底或不切實際地進行臨時用電設計，隨意布置，浪費較多，安全隱患也多；②施工現場臨時用電的安全監管不到位，安全防護措施也不到位，

容易引發安全事故。施工現場臨時用電設計應首先滿足安全、可靠要求，然后再考慮優質、經濟等要求。所謂“經濟”，就是在安全、可靠的前提下，盡量做到投入少、施工費用低，盡可能減少電纜絕緣老化和電能損耗，減少電量消耗。下面僅從施工現場臨時用電設計的經濟性方面分析用電量計算、變壓器的選擇、導線和電纜的選擇。

1 施工現場用電量計算

1.1 施工現場用電量計算要點

對施工現場臨時總用電量進行計算時，應對同一施工現場的幾個施工單位進行統一安排，全盤考慮，方便合理選擇變壓器容量。計算用電量時，需注意以下幾點：①對于施工過程中交替使用的用電設備，只計算其中功率最大的一項，避免疊加，使變壓器容量選得過大；②在計算同類型用電設備的負荷時，應乘以相應的系數；③在計算短時斷續周期性工作的電氣設備的負荷時，應乘以暫載率；④電動機功率并未完全對外輸出做功，有一定的損耗，計算負荷時，應除以電動機效率；⑤在施工總進度計劃中，需考慮施工高峰階段同時用電的機械設備最大數量。

1.2 電力設備的類型及設備容量換算

熱力管道施工現場用到的電力設備主要有電動機、電焊機、探傷機及照明設備等。不同機械設備的工作連續性是不一樣的，有些是連續工作的，比如水泵，這類設備的負荷被稱為“連續工作制負荷”，它是指電氣設備在規定的環境溫度下運行能夠達到穩定的溫升，但設備任何部分的溫度和溫升均不超過允許值；有些是工作時間短、停歇時間長的用電設備，比如探傷機，這些設備的負荷被稱為“短時工作制負荷”，它是指電氣設備的運行時間短而停歇時間長，且在工作時間內的發熱量不足以達到穩定的溫升，而在停歇時間內能夠冷卻到環境溫度；有些是時而工作時而停歇且反復運行的設備，比如電焊機等，這類設備的負荷被稱為“反復短時工作制負荷”，它是指電氣設備以斷續的方式反復周期性地工作，工作時間與停歇時間交替重復。短時斷續周期性工作的電氣設備的特性用暫載率表征。不同工作制負荷的用電設備對電能的消耗是不同的，因而在進行用電量計算時不能直接將它們的額定功率相加，而必須換算成同一工作制下的額定功率再相加。換算成統一規定的工作制下的額定功率即稱為“設備容量”，用P表示。各用電設備并不是同時工作的，即使同時工作也不可能同時達到額定功率，這一特征可用需要系數K表示。有功功率與視在功率之比叫功率因數，用cosφ表示。

1.3 施工現場臨時總用電量的計算

目前，大部分教材或資料中都采用下式來計算施工現場臨時總用電量：

式（1）中：P為供電設備總需要容量，kVA；1P∑為電動機額定功率之和，kW；2P∑為電焊機額定功率之和，kW；3P∑為室內照明容量之和，kW；4P∑為室外照明容量之和，kW；K1為全部施工動力用電設備需要系數；K2為全部施工動力用電設備需要系數；K3為室內照明需要系數；K4為室外照明需要系數；1.05～1.10為用電不均勻系數；cosφ為電動機的平均功率因數（最高為0.75～0.78，一般為0.65～0.75）。

施工現場臨時用電量計算主要是計算電動機和電焊機的用電量，室內、外照明用電量可按總用電量的10%來估算，將式（1）簡化為：

視在功率P是矢量，如果將代數和作為用電總量，顯然數值比較大。為使計算結果更合理，對各用電設備組進行有功功率的計算后，引入下面的公式：

式（3）中：ΣPe為所有動力用電設備計算有功功率之和，kW；ΣQe為所有動力用電設備計算無功功率之和，kvar；Kx為各用電設備組的需要系數。

對于式（1），需要系數只能取所有設備的平均值，一般根據電動機和電焊機的數量來確定；而對于式（3），則采用了各用電設備自身的需要系數，取值更具體，也更接近實際使用情況。當用電設備數量較少且種類較為單一時，兩種計算方法所得結果相差不大；但當設備種類較多時，需要系數就會產生較大差異。

2 電源的確定及變壓器的選用

施工現場臨時用電的電源有兩種，一種是高壓電網，另一種是交流發電機發電。在此僅討論高壓電網供電。高壓電網供電是通過變壓器將10～35 kV的電壓降為380 V/220 V電壓供配電使用，因而高壓電網供電的關鍵就是確定變壓器的容量。電力變壓器在供電設備中效率最高，損耗功率較小，但由于變壓器長時間持續運行，因而其損耗也較大。經濟負荷系數或經濟負荷率是指變壓器的經濟負荷與額定容量之比，一般變壓器的經濟負荷率為50%左右。如果直接按此原則選擇變壓器，則會增大初次投資，電費也增多，因而，筆者認為選用70%作為變壓器的經濟負荷率比較合適。

在確定變壓器容量時，首先要滿足計算用電量并有10%的余量，同時要考慮到變壓器的經濟運行（70%的經濟負荷率），因此，單臺變壓器的容量應滿足以下關系：

系數越大，變壓器的功耗越小，變壓器的投資也相應地越大。具體選擇時，應綜合考慮多方面的因素，比如工期長短、臨時性用電設備的容量等。

3 配電導線和電纜的選擇

配電導線和電纜是分配電能的主要傳輸器件，選擇的是否合理，將直接影響到線纜的損耗與線路的投資，以及電力網的安全、穩定、經濟運行。臨時用電選擇導線和電纜按以鋁代銅的方案執行，盡量采用鋁芯導線。

導線電纜截面的選擇必須滿足安全、可靠的要求，其選取的一般原則為：對于l0 kV及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常按允許載流量選擇截面，再校驗電壓損失率和機械強度；對于低壓照明線路，因其對電壓要求較高，所以通常先按允許電壓損失選擇導線截面，再校驗其他條件。

電流通過導線時會產生熱量。對于裸導線，如果導線溫度過高，會使其接頭處發生氧化，并增加接觸電阻，如此往復，最終會導致電纜斷線。對于絕緣導線或電纜，溫度過高可能會導致其絕緣損壞甚至引起火災。因此在導線和電纜（包括母線）通過正常最大負載電流（即計算電流）時，其發熱溫度不應該超過正常運行時的最高允許溫度，這就要求通過導線或電纜的最大負荷電流不應大于其允許載流量。

由于導線有阻抗，所以在負荷電流通過線路時有一定的電壓損失。電壓損失越大，用電設備的電壓則越低，過低的電壓將影響電氣設備的正常運行。低壓配電線路的電壓損失一般為電器不超過5%，照明線路不超過2%，臨時用電可大些，但不能超過7%.使用架空線路時，在保證線路在外力的作用下不發生斷線事故同時考慮導線的最小允許截面積。

4 結論

施工現場臨時用電設計是一項需綜合考慮多方面因素的工作，要統籌多方面的問題，比如已有設備情況、電纜敷設方式、負荷過載等。本文僅僅從經濟角度出發，對節約工程造價、降低能耗等方面就用電設計的部分內容進行闡述，以供參考和探討。

［1］沈陽建筑大學，中國建筑業協會建筑安全分會，上海市

建設安全協會，等.JGJ 46—2005施工現場臨時用電安

全技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2005.

［2］中國機械業聯合會.GB 50052—2009供配電系統設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［3］中國電力工程顧問集團西南電力設計院，中國電力工程顧問集團東北電力設計院，喜利得（中國）有限公司.GB 50217—2007電力工程電纜設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2007.

［4］江正榮，朱國梁.簡明施工計算手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2016.