建筑供配電的負荷計算

1、第二章 建筑供配電的負荷計算第一節(jié) 計算負荷的意義和計算目的l1.1什么是計算負荷l 1. 計算負荷是一種假定負荷，它的確定是主要依據(jù)用電設(shè)備的銘牌數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的工作特性，并通過一定的計算方法進行。 l2. 由于負荷是隨時變動的，計算負荷是指在一定時間間隔中的持續(xù)負荷，它在該時間間隔中產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。l3. 計算負荷按使用使用用途，選取不同的負荷效應(yīng)及持續(xù)時間，采用不同的計算原則和方法，從而得出不同的計算結(jié)果。12 計算負荷的意義計算負荷的意義l非同時運行；運行并非在額定狀態(tài)下。非同時運行；運行并非在額定狀態(tài)下。l直接用額定容量來選擇供電設(shè)備與供電系統(tǒng)，必將

2、估直接用額定容量來選擇供電設(shè)備與供電系統(tǒng)，必將估算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費和工程投資的提高。算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費和工程投資的提高。 l估算過低，又會使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承估算過低，又會使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承受不了實際負荷過熱的電流，加速其絕緣老化的速度，受不了實際負荷過熱的電流，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命降低使用壽命 13 計算負荷的目的計算負荷的目的l 1. 作為按照發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡(luò)變壓器容量、導(dǎo)體（導(dǎo)線截面）和電氣設(shè)備的依據(jù)。l2. 用來計算電壓損失和功率損耗。l3.在工程上為方便計算，亦可作為能量消耗量及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。第二

3、節(jié)第二節(jié) 負荷曲線負荷曲線l2.1 負荷曲線l 表示電力負荷隨時間變化關(guān)系情況的曲線。它直觀地反映了用戶用電的特點和規(guī)律，對于同類型的用戶，其負荷曲線形狀大致相同。l負荷曲線繪繪制在直角坐標內(nèi)，橫坐標表示時間，縱坐標表示電力負荷。l按負荷性質(zhì)分：有功負荷曲線、無功負荷曲線l按持續(xù)工作時間分：日負荷曲線(24h)、年負荷曲線（8760h l2.2 負荷曲線中的相關(guān)物理量 l1. 年最大負荷：負荷曲線上的最高點，指全年中最大工作班內(nèi)半小時平均功率的最大值。用 Pmax 、 Qmax 、 Smax分別表示年有功、無協(xié)和視在功率最大負荷。l2. 年最大負荷利用小時數(shù)：一個假想時間，標志工廠負荷是否均勻

4、的一個重要指標。物理意義：如果用戶以年最大負荷Pmax持續(xù)運行Tmax 小時所消耗的能量恰好等于全年實際消耗的能量，那么Tmax即為年最大負荷利用小時數(shù)。l3. 平均負荷：電力用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值。 Pav、Qav、Sav 。l4. 負荷系數(shù)（負荷率）：在最大工作班內(nèi)，平均負荷與最大負荷之比。 mavPPmavQQ負荷系數(shù)越大，負荷曲線越平坦。一般工廠年負荷系數(shù)年平均值為：=0.70.75 =0.760.825.需要系數(shù)Kx：是一個綜合系數(shù)，與設(shè)備組的負荷系數(shù)、線路及用電設(shè)備效率、以及很多隨機因素有關(guān)。 l6.利用系數(shù)K1：用電設(shè)備組在最大負荷班內(nèi)的平均負荷l 計算負荷的定義計算負

5、荷的定義 是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時使用的一個假是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時使用的一個假想負荷，通常規(guī)定取想負荷，通常規(guī)定取30分鐘平均最大負荷分鐘平均最大負荷 P30、 Q30和和 S30作為該作為該 用戶的用戶的“計算負荷計算負荷”。 其物理意義：其物理意義： 計算負荷持續(xù)運行產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實計算負荷持續(xù)運行產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。 因此因此： PC= P30= Pm QC= Q30= Qm SC= S30= Sm第三節(jié)第三節(jié) 用電設(shè)備的主要特征用電設(shè)備的主要特征3.1 用電設(shè)備工作制分類l1. 連續(xù)運行工

6、作制 這類設(shè)備長期連續(xù)運行，負荷比較穩(wěn)定。 如:水泵、照明、電動扶梯、通風(fēng)機、空壓機等。 l2. 短時運行工作制 這類設(shè)備的工作時間較短，而停歇時間相對較長 如:機床上的輔助電機(進給、升降、閘門電動機)l 3. 反復(fù)短時運行工作制 這類設(shè)備周期性地工作-停歇-工作，如此反復(fù)運行，而工作周期一般不超過10分鐘。 如：電焊機、起重機。3.2 設(shè)備功率設(shè)備功率 Pe 的確定的確定(單臺單臺)l1. 連續(xù)工作制的設(shè)備功率 Pe等于其額定功率Pr。 即: Pe=Prl 2. 短時工作制的設(shè)備功率 Pe等于其額定功率Pr。 即: Pe=Pr 但求計算負荷時一般不考慮。l3. 斷續(xù)工作制的設(shè)備功率是指將額

7、定功率換算為統(tǒng)一負載持續(xù)率下的功率。 負載持續(xù)率:一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比l(1)起重機類:起重機有電動機類的設(shè)備功率統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率=25%下的有功功率。l(2)電焊機類：將額定功率換算到負載持續(xù)率=100%時的有功功率。l4. 白熾燈和鹵鎢燈的設(shè)備功率為為燈泡功率l氣體放電燈的設(shè)備功率為燈管功率加鎮(zhèn)流器的功率損耗l（熒光燈 普通鎮(zhèn)流器 +25%； 節(jié)能型鎮(zhèn)流器 +15%-18%； 電子鎮(zhèn)流器 +10%l金屬鹵化物，高壓鈉燈，熒光高壓汞燈 普通鎮(zhèn)流器14%-16%; 節(jié)能鎮(zhèn)流器 9%-10%）l舉例：l例1. 有一臺斷續(xù)工作制的電動機,在負載持續(xù)率為此60%時,其額定功率

8、為48KW,在采用需要系數(shù)法進行負荷計算時,其計算時采用的設(shè)備功率是多少?l例2. 有一臺電焊機,額定容量為23KVA,單相380V,負載持續(xù)率65%,COS =0.5,在進行負荷計算時,其采用的設(shè)備功率應(yīng)是多少?3.3 設(shè)備功率的確定原則（用電設(shè)備組，設(shè)備功率的確定原則（用電設(shè)備組，建筑物，變壓器）建筑物，變壓器）l用電設(shè)備組的設(shè)備容量不包括備用設(shè)備。l消防時的最大負荷與非火災(zāi)時使用的最大負荷應(yīng)擇其大者計入容量。l季節(jié)性用電設(shè)備應(yīng)擇其最大者計入總設(shè)備功率（制冷和采暖設(shè)備）l住宅的設(shè)備容量采用每戶的用電指標之和第四節(jié)第四節(jié) 負荷計算負荷計算l4.1 負荷計算的主要內(nèi)容l 1. 設(shè)備容量Pe 配

9、電系統(tǒng)設(shè)計和負荷計算的基礎(chǔ)資料和依據(jù)。l 2. 計算容量Pc 即計算負荷、需要負荷或最大負荷。標志用戶的最大用電功率。l3. 計算電流Ic 計算負荷在額定電壓下的電流。l 4. 尖峰電流Ijf 負荷短時（電動機起動）最大負荷電流。4.2 計算負荷的方法計算負荷的方法l 計算負荷的方法：需要系數(shù)法 利用系數(shù)法 二項式法 單位面積功率法 l1. 需要系數(shù)法：引入需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。 計算簡便，應(yīng)用廣泛，適用于配、變電所的負荷計算。 l2. 利用系數(shù)法：引入利用系數(shù)，求出最在負荷班的平均負荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計算負荷。 依據(jù)概率論和數(shù)

10、理統(tǒng)計，比較接近實際，但計算過程繁瑣。l3. 二項式法：將負荷分為基本部分和附加部分，后者考慮一定數(shù)量大容量設(shè)備影響。 適用于車間和車間變電所施工圖設(shè)計。（設(shè)備臺數(shù)少，而容量差別大）l4. 單位指標法：適用于可行性研究和初步設(shè)計進行負荷計算。注：注：一、計算方法一、計算方法 規(guī)范中規(guī)定在方案設(shè)計設(shè)計階段可采用規(guī)范中規(guī)定在方案設(shè)計設(shè)計階段可采用單位指標法；在初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段宜單位指標法；在初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段宜采用需要系數(shù)法。對于住宅，在設(shè)計的各個階采用需要系數(shù)法。對于住宅，在設(shè)計的各個階段均可采用單位指標法。段均可采用單位指標法。二、負荷統(tǒng)計二、負荷統(tǒng)計 l按使用功能，由使用單位提

11、供。按使用功能，由使用單位提供。l其他工種提供其他工種提供l按規(guī)范進行計算按規(guī)范進行計算l電氣設(shè)計人員自行搜集電氣設(shè)計人員自行搜集 4.2.1 需要系數(shù)法確定計算負荷需要系數(shù)法確定計算負荷l1用電設(shè)備組的計算負荷 有功功率：有功功率： PcKxPe 式中：式中： Pc計算有功功率計算有功功率(kw)； Kx 需要系數(shù)；需要系數(shù)； Pe用電設(shè)備組的設(shè)備容量用電設(shè)備組的設(shè)備容量(kw)l無功功率：Qc=Pctanl視在功率：Scl計算電流：Ic 式中： tan-用電設(shè)備組的功率因數(shù)角的正切值 Ur-用電設(shè)備額定電壓（kv）注：注：進行負荷計算時，應(yīng)先對用電設(shè)備容量進行如下處理：l照明負荷的用電設(shè)備

12、容量應(yīng)根據(jù)所用光源的額照明負荷的用電設(shè)備容量應(yīng)根據(jù)所用光源的額定功率加上附屬設(shè)備的功率。定功率加上附屬設(shè)備的功率。 如：氣體放電燈、金屬鹵化物燈，為燈泡的額如：氣體放電燈、金屬鹵化物燈，為燈泡的額定功率加上鎮(zhèn)流器的功耗。定功率加上鎮(zhèn)流器的功耗。 低壓鹵鎢燈為燈泡的額定功率加上變壓器的低壓鹵鎢燈為燈泡的額定功率加上變壓器的功率。功率。l用電設(shè)備組的設(shè)備容量不包括備用設(shè)備，消防用電設(shè)備組的設(shè)備容量不包括備用設(shè)備，消防用電設(shè)備容量不列入總設(shè)備容量用電設(shè)備容量不列入總設(shè)備容量l季節(jié)性用電設(shè)備季節(jié)性用電設(shè)備(如制冷設(shè)備和采暖設(shè)備如制冷設(shè)備和采暖設(shè)備)應(yīng)擇應(yīng)擇其大者計入總設(shè)備容量其大者計入總設(shè)備容量l反復(fù)

13、短時工作制的用電設(shè)備功率應(yīng)換算到負載反復(fù)短時工作制的用電設(shè)備功率應(yīng)換算到負載持續(xù)率為持續(xù)率為25的設(shè)備功率。的設(shè)備功率。l單相負荷應(yīng)均衡的分配到三相上。當單相負荷單相負荷應(yīng)均衡的分配到三相上。當單相負荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)負荷的總?cè)萘康牡目側(cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)負荷的總?cè)萘康?5時，全部按三相對稱負荷計算；如單相用電時，全部按三相對稱負荷計算；如單相用電設(shè)備不對稱容量大于三相用電設(shè)備總?cè)萘康脑O(shè)備不對稱容量大于三相用電設(shè)備總?cè)萘康?5時，則設(shè)備容量應(yīng)按三倍最大相負荷計時，則設(shè)備容量應(yīng)按三倍最大相負荷計算算用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)表用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)表l 2多組用電設(shè)備組、配電干線

14、或車間變電所的計算負荷 同時系數(shù)（同期系數(shù)） 引入原因：各用電設(shè)備組的最大負荷非同時出現(xiàn)。l有功功率： Pc KP PCil無功功率：無功功率： Qc Kq QCil視在功率：視在功率：Scl計算電流：計算電流：Ic式中式中: PCi-n組用電設(shè)備的計算有功功率之和；組用電設(shè)備的計算有功功率之和； QCi-n組用電設(shè)備的計算無功功率之和；組用電設(shè)備的計算無功功率之和；KP Kq -有功功率、無功功率同時系數(shù)，有功功率、無功功率同時系數(shù)， 分別取分別取0.8-1.0和和0.93-1.0l對用電設(shè)備進行分組計算時，同類用電設(shè)備的對用電設(shè)備進行分組計算時，同類用電設(shè)備的總?cè)萘繛樗銛?shù)相加。不同類用電設(shè)

15、備的總?cè)萘靠側(cè)萘繛樗銛?shù)相加。不同類用電設(shè)備的總?cè)萘繎?yīng)按有功功率和無功功率負荷分別相加求得。應(yīng)按有功功率和無功功率負荷分別相加求得。l配電干線和變電所的計算負荷為各用電設(shè)備組配電干線和變電所的計算負荷為各用電設(shè)備組的計算負荷之和再乘以同時系數(shù)的計算負荷之和再乘以同時系數(shù)K，一般取為一般取為0.80.9。l當不同類別的建筑當不同類別的建筑(如辦公樓和宿舍樓如辦公樓和宿舍樓)共用一共用一臺變壓器時，其同時系數(shù)可適當減小。臺變壓器時，其同時系數(shù)可適當減小。4.2.2 利用系數(shù)法確定計算負荷利用系數(shù)法確定計算負荷l用利用系數(shù)法確定計算負荷時，不論計算范圍大小，都必須求出該計算范圍內(nèi)用電設(shè)備有效臺數(shù)及最大

16、系數(shù)，而后算出結(jié)果。l（1）用電設(shè)備組在最大負荷班內(nèi)的平均負荷l 有功功率 l 無功功率l（2）平均利用系數(shù)l（3）用電設(shè)備組有效臺數(shù) （將不同設(shè)備功率和工作制的用電設(shè)備臺數(shù)換算為相同設(shè)備功率和工作制的等效值）l（4）計算負荷4.2.3 二項式法確定計算負荷二項式法確定計算負荷(1) 單組 有功功率 Pc=bPe+cPnmax （當用電設(shè)備只有一兩臺時：b=1 c=0） l（2）多組 考慮最大負荷不同時出現(xiàn)的因數(shù)，確定總計算負荷時，只能在各組中用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負荷 有功功率 Pc= (bPe）+（cPnmax）max 無功功率 Qc= (bPetg）+（cPnmax tg ）ma

17、x 例：例：l某車間380V 線路上，機床電動機20臺共50KW（其中，較大容量7KW-1臺，4.5KW-2臺,2.8KW-7臺）；通風(fēng)機2臺共5.6KW，電阻爐1臺2KW；用二項式法確定計算負荷。l解：（1）每組有功功率：機房：b=0.14 c=0.4 n=5 cos=0.5 Pc1=bPe+cPnmax =0.14X50+0.4X(1X7+2X4.5+2X2.8) =7+8.64=15.64 kw 通風(fēng)機：b=0.65 c=0.25 cos=0.8 Pc2=bPe+cPnmax =0.65X5.6+0.25X5.6 =4.75+1.4=6.15 kw電阻爐： b=0.7 c=0 cos=1

18、 Pc3=bPe+cPnmax=0.7X2=1.4 kwl(2)多組Pc= (bPe）+（cPnmax）max =(7+4.75+1.4)+8.64 =21.8 kwQc= (bPetg）+（cPnmax tg ）max =(7X1.73+4.75X0.75+1.4X0)+(8.64X1.73) =30.6 kvar Sc=37.5 kva Ic=56.98 A4.2.4單位指標法法確定計算負荷單位指標法法確定計算負荷民用建筑主要有照明、動力及空調(diào)負荷。民用建筑主要有照明、動力及空調(diào)負荷。例例 商業(yè)性高層建筑的用電負荷大致分布：商業(yè)性高層建筑的用電負荷大致分布： 空調(diào)設(shè)備空調(diào)設(shè)備4050%，

19、電氣照明電氣照明3035%， 動力用電動力用電2025%。（一）單位（一）單位 面積法面積法 PcPeS1000式中式中: Pc計算功率計算功率(kw)； Pe單位面積功率單位面積功率(wm2)； S建筑面積建筑面積(m2)。（二）綜合單位指標法（二）綜合單位指標法 PcPeN1000式中式中: Pc計算功率計算功率(kw)； Pe單位面積功率單位面積功率(w戶；人；床戶；人；床)； N單位數(shù)量。如戶數(shù)，人數(shù)，床數(shù)單位數(shù)量。如戶數(shù)，人數(shù)，床數(shù)4.3 單相負荷計算單相負荷計算l配電原則：單相用電設(shè)備應(yīng)盡可能均衡分配在三相線路上，盡量三相平衡。（單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備的（單相設(shè)備的總?cè)萘坎?/p>

20、超過三相設(shè)備的15否則，既為三相不平衡。否則，既為三相不平衡。計算方法：計算方法：1、只有相負荷：、只有相負荷： Pd=3 Pmax （ Pd為等效三相負荷）為等效三相負荷） l2、只有線間負荷： 將各線間負荷相加，選取較大兩項數(shù)據(jù)進行計算。 以Puv=Pvw=Pwu為例，計算等效三相負荷。 Pd =1.73Puv+1.27Pvw 當Puv=Pvw時，Pd=3Puv 當只有Puv時，Pd=1.73Puv3、既有相負荷又有線間負荷：l先將接于的線電壓的單相用電設(shè)備換算為接于相電壓的單相負荷。再將各負荷相加，選出最大相負荷取其3倍即為等效三相負荷例：P26 例2-34.4 尖峰電流的計算尖峰電流的

21、計算l尖峰電流是單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)12s的短時最大負荷電流，一般出現(xiàn)在電動機起動過程中。它用來計算電壓波動，選擇熔斷器和低壓斷路器，整定繼電保護裝置及檢驗電動機自起動條件等。校驗電動機自起動條件時需要校驗尖峰電流。l1. 單臺電動機：電動機的起動電流。 Ijf=K Irm Ijf尖峰電流； K 起動電流倍數(shù)；籠型異步電動機為37 Irm 電動機的額定電流 l2. 多臺電動機：最大一臺電動機的起動電流與其余電動機的計算電流之和。 Ijf=(K Irm)max+Ic (K Irm)max 最大容量電動機的起動電流 Ic 除最大容量電動機外其它電動機計 算電流之和l3. 自起動電動機組：所有參與

22、自起動電動機的起動電流之和。 Ijf=Ijfi n參與自起動的電動機臺數(shù) Ijfi 第i臺電動機的起動電流 例：P28 例2-4第五節(jié)第五節(jié) 建筑用電負荷的特征建筑用電負荷的特征l給排水動力負荷包括消防負荷（消防泵、噴淋泵、消防電梯、消防照明等）及生活水泵一般為本建筑物的最高負荷等級。第六節(jié)第六節(jié) 無功功率補償無功功率補償 l 6.1 無功功率補償?shù)谋匾?（1）電力系統(tǒng)中電能損耗和電壓損耗，使設(shè)備使用效率降低。 （2）供電部門的要求，一般滿足： 高壓用戶 cos0.9 低壓用戶 cos0.856.2 無功功率補償措施：無功功率補償措施： l（1）提高自然功率因數(shù) 1）正確選擇變壓器容量（75

23、%-85%負荷率） 2）正確選擇變壓器臺數(shù)（切除季節(jié)性負荷） 3）減少線路感抗 4）選擇同步電動機（定子加勵磁） l（2）采用并聯(lián)電力電容補償器1）變電所低壓側(cè)集中補償 2）當無功功率大于100Kvar時，考慮就地補償6.3 補償容量的確定補償容量的確定l1、功率因數(shù)計算 有戶自然平均功率因數(shù)為 采用人工補償后，最大負計算荷時的功率因數(shù)應(yīng)在0.9以上。 已經(jīng)投入使用的用戶，其平均功率因數(shù)為l2、補償容量 補償容量Qc按無功負荷曲線或下式確定式中，tg 1 -補償前計算負荷功率因數(shù)角的正切值tg 2 -補償后功率因數(shù)角的正切值qc -無功功率補償率。l補償后的功率因數(shù)為 式中，Q-人工補償?shù)臒o功

24、功率，Kvar 所需電容器個數(shù)：n=Qc/qcl 式中，qc-電容器單個容量6.4無功功率補償?shù)淖饔脽o功功率補償?shù)淖饔胠1改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費l2降低系統(tǒng)的能耗 l3減少了線路的壓降 l4增加了供電功率，減少了用電貼費 l例 P33 2-5 P34 2-6第七節(jié)第七節(jié) 供配電系統(tǒng)能量損耗供配電系統(tǒng)能量損耗l7.1 企業(yè)年電能消耗量計算1、用年平均負荷來確定。 企業(yè)年電能消耗量用年平均負荷和實際工作小時數(shù)計算。當已知企業(yè)的計算有功功率Pc及計算無功功率Qc后，企業(yè)的年有功Wy及無功電能Wm消耗量可按下式確定。有功電能 Wy=avPcTn無功電能 Wm= avQcTn av、 av-年平均

25、有功、無功負荷系數(shù) Pc、Qc-年有功、無功功率 Tn-年實際工作小時數(shù)。一班制取1860h 二班制取3720h 三班制取5580hl2、單位產(chǎn)品耗電量法。 根據(jù)企業(yè)年產(chǎn)量的定額（m）和單位產(chǎn)品耗電量（）來確定。有功電能 Wy= m單位產(chǎn)品耗電量，kwh/單位產(chǎn)品m產(chǎn)品年產(chǎn)量無功電能 Wm=Wy*tg tg-企業(yè)年平均功率因數(shù)角的正切值7.2 供配電系統(tǒng)中的能量損耗供配電系統(tǒng)中的能量損耗l 當電流流過供配電線路和變壓器時，引起的功率和電能損耗也要由電力系統(tǒng)供給。因此在確定計算負荷時，應(yīng)計入這部分損耗。l 線路和變壓器均具有電阻和電抗，功率損耗分別為有功和無功兩部分。l1、電網(wǎng)中的功率損耗 （1）、三相電路中有功功率及無功功率損耗 有功功率損耗 無功功率損耗(kvar) 103(kw) 1033232XIQRIPclcl