没有多少电气知识也可以搞懂家居配电设计.docx
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没有多少电气知识也可以搞懂家居配电设计
没有多少电气知识，也可以搞懂家居配电设计
家居配电如何设计才合理？
PatrickZhang，电气工程师
居家配电，涉及到的原理性的东西不是很多，但要能一一解析出来，还是有一定难度的。
题主事实上代表了绝大多数业主的实际需求。
大家没有多少电气知识，但期望装修完成后家里的一切都十分完美，布局合理，使用方便，物尽其用。
对于题主的这个范例，我来说明一下吧。
1.居家配电负荷的分类
家里的用电设备很多，大略的分类包括厨房类电器、空调类电器、照明类电器、洗手间洁具和沐浴类电器，还有许多其它小家电，例如笔记本、充电宝之类。
因此，我们可以把居家配电的负荷分为五类：
厨电、空调、照明、洗手间和插座。
2.确定某电器电流的方法
由于家用电器一般都是用功率P来表明它的容量的，因此我们要明确如何根据电器铭牌上的功率P来计算它的工作电流。
对于1000W的功率来说，它的电流Iu为：
所以，我们只需要把电器的瓦数乘以4.55，即可得出它的电流。
以题主的范例来举例：
净水器电流：
消毒柜电流：
…………
小厨宝加热器电流：
注意：
在计算电流时，要把家电的额定功率换算为千瓦。
例如净水器的功率96W换算为0.096kW。
3.确定分开关额定电流的方法
确定分开关电流几个原则。
第一个原则：
同时系数
一般来说，家用电器不会同时使用。
例如上图中，我们不会同时使用这些电器，因此在配电设计中，用某配电分区总电流乘以同时系数来确定分区的计算电流。
同时系数一般取值为：
Kc=0.8。
设分区的总电流是Iz，则分区的计算电流：
第二个原则：
常用功率大于1500W的用电设备应当单独供电。
注意这里所指的是常用功率大于1500W的用电设备。
对于临时性的用电设备，它不在此列。
例如上图中，多头电陶炉的功率达6500W，小厨宝加热器的功率为2000W，它们都不属于常用用电设备。
常用用电设备一般指的是空调、电热水器等等。
第三个原则：
对于电动机负载，需要乘以电动机起动系数
家用电动机类的负荷，它的电动机起动系数Km=3。
空调是典型的电动机负荷。
空调的功率一般是用多少匹来定义的，1匹=735W=0.735kW。
例如一台1.5匹的空调，它的电流为：
空调的计算电流为：
有了这三个原则，我们就可以来计算题主的范例了。
4.厨房配电计算
厨房配电计算：
厨房的总功率：
25602W，取为25.6kW。
总计算电流：
我们看到，这个值已经远远大于允许的居家配电总电流值了。
可见，题主的厨房用电需要精简，一些并不常用的电器无需计算在内。
如果去掉所谓的灵活使用电器，那么总功率为18.822kW。
我们再来计算：
厨房总功率：
18.822kW。
总计算电流：
这个值还是很大。
疑问是：
题主在使用洗碗机时，是不是一定会使用电烤箱和电蒸锅？
可以想见，这个疑问是没有结果的。
那么在工程上如何来解决此类问题？
解决的办法是，配套一个新的系数，叫做需要系数Kx。
需要系数的意义在于，某种设备在实际配套使用时，并不一定会立即投运，可能会因为某种原因和其它设备错开使用；需要系数另外一个意义是：
把某设备在某工作制下的功率换算为在长期工作制下的功率。
需要系数的值为：
Kx=0.8~0.85。
我们把题主家厨房设备的需要系数均设定为0.8，再来重新计算如下：
这就是题主家厨房的分开关的电流值。
我们看到，这个值很大，需要精简。
我们且等题主更新吧。
5.确定总进线断路器计算电流的方法
设，总进线的计算电流是Izjs，则有：
注意到这里再次出现了同时系数。
也就是说，在计算分开关时我们已经把总电流乘以0.8，在计算总开关时，我们再次乘以0.8。
如果再加上需要系数，则总电流近似等于全系统计算电流的0.8X0.8X0.8=0.512倍。
注意：
这里的0.512又叫做使用系数。
现在，我们要推出一个重要计算公式，就是家装配电总功率和总进线开关电流之间的关系：
我们已经知道：
由此可知，当已知家里的电器总功率P后，乘以2.33，就是总进线开关的计算电流值；反过来，如果已知总进线开关的额定电流值，再除以，就是总功率，也即P=0.43I。
例如，我们家里的总开关额定电流是40A，则家里的电器总功率为17.2kW。
6.其它分配电计算
1）我们来看分开关2的参数：
总功率：
11.5kW；
总电流：
。
2）分开关3的参数：
总功率：
0.55kW；
总电流：
分开关3属于客厅回路，考虑到其中可能会有其它一些装置，因此按10A来考虑。
3）分开关4和分开关5的参数：
总电流：
房间空调可以和房间内的插座合并考虑，按16A来设计。
7.总体设计
先计算总电流：
我们看到，总电流很大。
现在我们来看看如何设计系统，如下：
图中，总进线配套了RCD（漏电开关）。
当然也可以把漏电开关配到QF1、QF2、QF4和QF5支路。
其中，QF4和QF5支路可以合并。
不过，从题主的描述看，QF2似乎是卫浴加上洗衣机。
如果两者不在同一个位置，最好分开成为两个独立支路。
8.配套漏电开关的方法
原则是，凡是人可能接触到的电器都必须配套漏电断路器。
但我们有两个方案：
第一个方案是在总进线开关设漏电断路器，第二个方案是在厨房、卫浴和插座等分开关设置漏电断路器。
相比之下，第一个方案更简洁，第二个方案保护更周到。
不过，要注意到卫浴的电热水器其实商家已经配套了漏电保护器。
漏电断路器由两个部分构成，其一是测量漏电的装置，其二就是普通开关。
漏电的测量依据的是：
当系统正常时，相线电流和N线电流大小相等方向相反，因此两者之和为零。
如果发生了漏电，则两者之和不为零，漏电电流就等于两者之差。
由于漏电电流可能会流过人体，因此漏电断路器RCD必须在不大于人体能够承受的极限电流的情况下就会开断，这个电流就是30mA。
上图中将漏电开关设定在总开关。
9.居家配电的线制和接地
线制和接地，对于绝大多数非电气专业的人士来说，很难理解。
在这里，我只想让大家记住以下几点：
第一点：
电源线从户外引入户内，应当有三条线。
其中之一是相线，它的颜色在黄、绿和红之间选择；其中之二是中性线N，它的颜色是蓝色；其中之三是保护线PE，它的颜色是黄绿相间。
这三种线缺一不可。
第二点：
保护线用于保护人身安全，入户后与所有用电设备的外壳相连，例如电冰箱的外壳、笔记本的外壳，也包括浴房的热水器外壳。
第三点：
相线也叫做火线，但N线却不是零线，户内不存在任何零线，只有中性线。
考虑到零线这个叫法已经深入人心，即使不是零线，我们似乎也很愿意把N线叫做零线。
就像熊猫明明就是熊，却被硬叫做猫一样。
10.开关选择和导线选择
1）开关的选择
由前面的计算可知，总开关的计算电流为128A，厨电分开关QF1的计算电流是74.55A，卫浴分开关QF2的计算电流是33.5A，照明分开关QF3的计算电流是10A，房间1和房间2分开关QF5和QF6都是16A。
我们知道，低压断路器有三种，分别是框架断路器ACB，塑壳断路器MCCB和微型断路器MCB。
我们平常使用的微型断路器MCB有时又被称为空气开关，它的额定电流最大值为63A。
塑壳断路器MCCB的电流范围为10A到1250A。
由此可见，题主的这个配电箱已经超越了寻常的规格，其中主开关和厨电开关不得不使用塑壳断路器MCCB。
于是，按给定的参数，我替题主选择如下开关：
主开关：
MCCB，额定电流125A；
厨电开关：
MCCB，额定电流80A；
卫浴开关：
MCB，额定电流40A；
照明开关：
MCB，额定电流10A；
房间1开关：
MCB，额定电流16A；
房间2开关：
MCB，额定电流16A。
说实在的，开关规格之所以选用如此之大，和题主选用的厨电有关。
例如电陶炉，它的特点是什么锅都能用，不像电磁炉只能用于铁质锅。
但电陶炉的热效率很低，消耗功率大，但真正用于加热炊具的热量却不大。
要是我，肯定不会选用这种产品。
开关的生产厂家最好的是施耐德，可优选。
其它厂家次之。
下图是ABB的微型断路器MCB（空气开关）的参数：
注意看右边的额定电流规格，最大值为63A。
下图是ABB的塑壳断路器MCCB的参数：
其中的T1开关符合题主的总开关和厨电开关的要求。
T1开关的额定电流范围如下：
可见其中的125A规格。
另外，选主开关时可选用IP+N规格，也即仅仅对相线保护，N线可合分，但不保护。
而厨电开关则选用1P的规格即可。
2）导线的选择
查阅《电气工程师实务手册》的表17-23，绝缘电缆在空气中敷设时允许载流量表，数据如下：
聚氯乙烯两芯铜导线，截面4平方，额定载流量24A；
聚氯乙烯两芯铜导线，截面6平方，额定载流量31A；
聚氯乙烯两芯铜导线，截面10平方，额定载流量44A；
聚氯乙烯两芯铜导线，截面16平方，额定载流量60A；
聚氯乙烯单芯铜导线，截面25平方，额定载流量95A；
聚氯乙烯单芯铜导线，截面35平方，额定载流量115A；
聚氯乙烯单芯铜导线，截面50平方，额定载流量147A。
以上导线规格和载流量供题主参考。
本想多写一些，但实在太占用时间了，就这样吧。
这个帖子我深信会给许多人带来一定的冲击，原先认为很复杂的计算，却原来如此简单。
确实如此。
若某些知友希望对这种方法有更多的了解，请阅读任何一本《配电与电气工程》类的教科书，在有关负荷计算的章节中能看到同时系数和需要系数，以及它们的应用。
记住：
同时系数决定了电器设备的同时使用问题，需要系数决定了某具体电器折算到长期工作制下的功率值；前者面对的是系统，后者面对的是某具体设备。
这两个系数在配电设计中具有十分重要的意义和地位。
这种方法，也是当下建筑设计院的工程师们设计配电系统时常用的方法之一。
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