1 含有单相负荷的三相配电线路的负荷计算
在JGJ 16 - 2008《民用建筑电气设计规范》（以下简称《民规》）第3. 5. 5条规定：“单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15 % 时，应全部按三相对称负荷计算”。
在JGJ / T 16 -92《民规》第3. 4. 5条规定：“单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15 % 时，全部按三相对称负荷计算”。
可见《民规》2008年版的规定较1992年版增加了两个“计算”和一个“应”字。进一步强调了按“单相总负荷”作为一个整体计算的正确性。
在《工业企业和民用建筑电力设计计算手册》（北京市电力设计技术会编，1965年10月出版，以下简称《手册》）中，有如下描述：“当单相用电设备总容量（ε =1）小于三相用电设备总容量的15%时，可直接按三相平衡计算 ……”。
但是，其所列的三相及单相线间380 V用电设备基本上是电动机变压器等工业用电的设备（共列出了6类220多项工业企业的用电设备），与民用建筑尤其是住宅的纯单相用电不同。
《民规》中指的单相负荷的总计算容量，容易被理解为在三相上未能被分配平衡的那一部分单相负荷。其中三相对称负荷总计算容量，也容易被理解为将单相设备平衡地分配到三相上之后的三相总负荷。《民规》中规定的单相负荷总计算容量，小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15 %，一般容易理解为不平衡度为15%。
笔者认为，关键是规范对单相负荷在三相上分配的均衡程度没有规定，此计算方法在为确定供电变压器容量而进行负荷计算时，可以满足计算精度要求，但在确定低压配电回路的保护开关整定值及选择配电线路的电线、电缆规格时，就不能满足精度的要求了。
关键是规范对“三相对称负荷”的定义（具体含义）没有明确的规定和说明，对“单相总负荷”在三相配电系统的三相上分配的均衡程度也没有规定和说明。
假若“单相总负荷”能均匀地分配在三相上，则可不必作为单相负荷计算（但是，所有的单相负荷仍可单独运行及启停，它的负荷性质仍属于单相总负荷的范畴）。当单相负荷无法均衡地分配到三相上时，则需要根据“单相总负荷”在三相上的分配均衡情况（需关注每一相上的电流大小）进行计算。
用“单相负荷的总计算容量”作为一个指标，并规定以“三相对称负荷的总计算容量”的15 % 为界限，笔者认为计算误差过大。举例说明如下。
例如：一台14 kW的单相负荷（只能接在一相上）与96 kW的三相对称负荷组成的一个配电回路，按上述规范要求，单相负荷仅为三相对称负荷总容量的14. 6 %（14 kW / 96 kW），遵照《民规》规定：“全部按三相对称负荷计算”，该回路的计算电流如下（按cos φ = 0. 9计算）：
式中：Ped —— 最大相的负荷，kW；
Ued —— 额定相电压，220 V。
由此可见，选择200 A的断路器作为过载保护的整定值显然不行（若选的是225 A的断路器仍太小）。最大相的计算电流已经超过保护电器整定值的16 %，正常负荷时就会跳闸，无法正常工作。因为按三相对称负荷的计算电流误差过大 （232A-186A) / 186A ≈ 24. 7 %。
若14 kW的负荷可以分为两个大小相等的单相负荷，分别接在两个单相上，每相接7 kW，此时两个最大相上的电流均为：Ijs = (96kW / 3 +7kW) / (0.22kV × 0.9) = 197 A，与全部按三相对称负荷计算时电流的误差为：(197-186A) / 186A × 100 % = 5. 9 %。有两个单相回路中的正常工作电流已经达到197 A（若两个单相负荷不相等，其最大相的电流会更大）其保护开关的整定值仅为200 A，仍不满足开关过载保护整定值应大于计算电流1. 1倍的要求。
可见按《民规》此条规定计算，上述实例所产生的误差约为5. 9 % ~ 24. 7 %。
实际上，按“民规”规定的15 % 时，产生的最大误差可达25.8 %。这样大的计算误差，显然不能满足工程设计时选择断路器和选择电线电缆规格等的计算精度的要求。
《全国民用建筑工程设计技术措施》2003年版第2. 5. 2条中推荐的计算方法为：“最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷的10% 时，应取最大一相的三倍作为等效三相负荷计算”，这种计算方法产生的误差虽比《民规》的计算方法误差有所减小，但仍偏大。
所以在2009年版的第2. 6. 2条第2款第3项中，根据民用建筑的负荷不同于工业建筑负荷的实际情况，修改为“宜取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷……（不包括三相电力变压器容量的选配）”。
目前，在以单相负荷为主的民用建筑工程的低压配电系统中，三相负荷不平衡的现象普遍存在。
因此，在民用建筑工程的配电系统设计中，应尽量力求使三相负荷平衡，当已经尽力而仍不能使三相负荷平衡时，对三相不平衡负荷的计算，笔者建议采用下列两种方法之一：
a. 计算方法一：当单相负荷无法均衡地分配到三相上时，一律按最大相的3倍作为三相等效负荷。从实际工程情况来看，这样计算基本上是合理的，不至于造成保护开关整定值和电缆截面过大，投资不会增加很多，供电的可靠性却得到必要的提高。
b. 计算方法二：在三相不能平衡的配电系统中，当最大相与最小相负荷之差小于最小相负荷的10 % 时，可全部按三相对称负荷计算（否则应按最大相的3倍计算）。按这样的方法计算可使计算误差较小（小于6. 15 %）。此计算方法是否可行，供同行们讨论。
2 关于负荷计算的内容
在JGJ 16 - 2008第3. 5. 1（原JGJ / T 16 - 92第3. 4. 1）条中规定：“负荷计算应包括以下内容 ……1 计算负荷（规范中误称为“负荷计算”）…… 2 尖峰电流 …… 3 一级、二级负荷 …… 4 季节性负荷”。笔者认为：民用建筑负荷计算的内容不止以上4项，还有两项更为重要的内容未列入规范中，使规范的此条规定显得不完整：
a. “设备容量”（或称之为安装容量），它是一项建筑工程（或一个用户）安装的所有用电设备的额定功率（容量）的算数和。它是“计算负荷”的依据和基础，没有“设备容量”及计算系数就无法得到“计算负荷”。对于民用工程来说，由于需要系数的取值变化幅度较大，每位设计人员的取值会有很大的差别，所以，只有知道其“设备容量”和“计算负荷”两项数据，才能更好地了解该工程的用电规模（容量），也便于了解其计算系数的取值是否合理。
b. “计算电流”是配电系统设计和计算的最重要内容。它是在配电系统的设计过程中，选择用电设备和配电线路的保护设备（断路器、熔断器等）、电线电缆以及计算线路电压降等的依据。在JGJ 16 - 2008第3. 5. 1（原JGJ / T 16 - 92第3. 4. 1）条的计算内容中，仅列入“尖峰电流”而未列入“计算电流”。
笔者认为，不能因为“设备容量”和“计算电流”是不言而喻需要计算的内容而不列入规范。
所以，我们建议将“设备容量”和“计算电流”两项内容列入规范的“负荷计算”内容中，使规范更完整。计算电流也是线路导体的负荷，列入负荷计算的内容中也合理。
3 景观照明配电系统接地的作法
3. 1 《民规》中的规定
JGJ 16 - 2008的10. 9. 3条第3款规定：“安装于室外的景观照明中距建筑物外墙20 m以内的设施，应与室内系统的接地形式一致，距建筑物外墙大于20 m宜采用T T接地形式。”
《民规》规定的“20 m”这个距离值得研究。其实“20 m”这个距离由来已久，它包含了很多实践的概念和理论内涵。
许多人认为，要想使两个接地体间相互独立，互不影响，就需要相距至少20 m远的距离。实际上，它是对3~ 35 kV中压系统的接地而言的。
很多人都只知道“20 m”这个数值，但不是人人都明白它的真正含义，并会合理使用。
两个独立接地体间要求的距离与两个电气系统的电压高低、能量大小、频率的高低，以及接地体的形式、土壤电阻率的大小等诸多因素有关。此距离的大小，必须根据具体情况，按其实际需要而定，并不一定都是20 m。
3. 2 对“20 m”距离内涵的理解
假若将一个接地体垂直打入地下（例如中压10 kV或35 kV输配电系统的接地极），需要它向大地疏散电流。
我们将此接地体周围的大地视作一个导体，当此导体的截面等于（或大于）以20 m为直径的半球体的表面积（以平方厘米为单位）时，因其截面积极大，致使其电阻率的大小可忽略，即认为大于此截面的大地的电阻为零。
因此，当两个接地体间的距离大于20 m时，便可认为是两个相互独立互不影响的接地体。
在测量某接地体的接地电阻值时，为了使测量的结果更精确，一般使其基准接地极与被测量的接地体间的距离为20 m。
实际上，如果电压很低、功率（或总能量）很小、对电位差的要求不太严格时，两个“独立接地体”之间的距离就可以缩短，可以为10 m或5 m。
例如，在北京地区，10 kV系统采用了小电阻接地，当用户变电所采用独立变电所时，将变压器外壳的保护接地和低压配电系统的工作接地分开设置，两者之间的距离仅取为5 m。这种情况的两个接地体间的电压有时可能很高，功率（总能量）也不小（当10 kV侧发生接地故障时，其故障电流可达500 A以上，一般按600 A计算，接地电阻按2 Ω计算。
在拥挤的城市建筑物外，要想使两个接地体间的距离较远，又想采用扩大接地体面积的方法减小接地电阻，极为困难），北京供电公司为了减小占地面积，目前要求的距离仅取为5 m，也是无奈之举。
3. 3 应注意中压侧接地形式的不同
若中压（例如10 kV）配电系统采用小电阻接地形式，且高压侧的保护接地与低压侧配电系统的接地共用接地体，当10 kV侧发生接地故障时，在低压侧的PE线上会出现高接触电压。
虽然在建筑物内做了总等电位联结，“认为”建筑物内是等电位了，而当低压侧的PE线引出室外后，它与室外的大地很难等电位，此时低压配电系统的PE线便不应引出室外，室外设施应采用T T系统。
假若中压配电系统采用不接地形式，在2008年以前，无论室外设施距建筑物外墙有多远，室外设施的接地均采用与建筑物内相同的TN - S系统，其接地均与室内引出的PE线相连接。
因TN - S系统的配电线路一旦发生接地故障，其保护断路器可迅速切断电源。假如采用TT系统，当室外线路发生接地故障时，只能靠剩余电流动作保护器保护（因为故障电流较小，不足以使断路器的过载保护及短路速断保护迅速动作）切断电源。
在2008年以后，室外景观照明的安全，尚需考虑PE线上“转移故障电压”的电击危险。按照国家标准GB 16895. 28 - 2008 / IEC 60364 - 7 - 714：1996《建筑物电气装置第7 - 714 部分：特殊装置或场所的要求 户外照明装置》的要求，为防止可能出现的“故障转移电压”，室外设施（如灯杆）的接地，均采用T T系统，其PE线不再由室内引出。
3. 4 室外景观照明采用TT系统接地做法需注意的问题
a. 每条配电支路须设剩余电流动作（漏电开关）保护。
每条配电支路单设一条独立的PE线，毎一盏灯的金属杆应与PE线连接（对PE线的接地电阻大小不作要求）。
b. 当每条支路的断路器过载保护整定电流可以不大于20 A时，则宜使其PE线的接地电阻不大于10 Ω，便可利用该回路断路器的过载保护兼作T T系统接地故障短路保护的后备保护，更安全。
当配电支路需要的供电容量较大，断路器的过载保护整定电流必须大于20 A时，断路器的过载及短路保护，便不能兼作T T系统的接地故障保护，对其接地电阻的大小，也就不要求了。否则要求接地电阻非常小才行，就不合理了。
4 结语
上文对含有单相负荷的三相不平衡负荷的计算方法、负荷计算的内容和景观照明接地作法等提出了笔者的看法。由于水平有限，所述内容问题难免，诚望同行们不吝批评与指正。
作者：
李维时，中国建筑设计院有限公司，高级工程师，主任工程师。
庞传贵，中国建筑设计院有限公司，教授，顾问总工程师。
张龙，中国建筑设计院有限公司，助理工程师。
王晋恒，中国建筑设计院有限公司，高级工程师，顾问总工程师。
文章载于《建筑电气》2016年第1期：《对民用建筑电气设计一些问题的建议》，版权归《建筑电气》杂志所有，转载请注明出处。
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