臨時用電負(fù)荷計算

1、第二章 負(fù)荷計算 第一節(jié) 負(fù)荷分級與供電要求 一、負(fù)荷1負(fù)荷負(fù)荷又稱負(fù)載，指發(fā)電機(jī)或變電所供給用戶的電力。其衡量標(biāo)準(zhǔn)為電氣設(shè)備（發(fā)電機(jī)、變壓器和線路）中通過的功率或電流，而不是指它們的阻抗。2滿負(fù)荷滿負(fù)荷又叫滿載，指負(fù)荷恰好達(dá)到電氣設(shè)備銘牌所規(guī)定的數(shù)值。3最大負(fù)荷最大負(fù)荷有時又稱尖峰負(fù)荷，指系統(tǒng)或設(shè)備在一段時間內(nèi)用電最大負(fù)荷值。4最小負(fù)荷又稱低谷負(fù)荷，指系統(tǒng)或設(shè)備在一段時間內(nèi)用電最小負(fù)荷值。 二、負(fù)荷的分類1按負(fù)荷特征分類（1）連續(xù)工作制負(fù)荷。（2）短時工作制負(fù)荷。（3）重復(fù)短時工作制負(fù)荷。2按供電對象分類（1）照明負(fù)荷。（2）民用建筑照明。（3）通訊及數(shù)據(jù)處理設(shè)備負(fù)荷。 三、負(fù)荷分級電力負(fù)荷

2、應(yīng)根據(jù)供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成的損失或影響的程度，分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷。1一級負(fù)荷屬下列情況者均為一級負(fù)荷：（1）中斷供電將造成人身傷亡者。（2）中斷供電將造成重大政治影響者。（3）中斷供電將造成重大經(jīng)濟(jì)損失者。（4）中斷供電將造成公共場所秩序嚴(yán)重混亂者。對于某些特等建筑，如重要的交通樞紐、重要的通訊樞紐、國賓館、國家級及承擔(dān)重大國事活動的大量人員集中的公共場所等的一級負(fù)荷為特別重要負(fù)荷。中斷供電將影響實時處理計算機(jī)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正常工作或中斷供電后將發(fā)生爆炸、火災(zāi)以及嚴(yán)重中毒的一級負(fù)荷亦為特別重要負(fù)荷。2二級負(fù)荷屬下列情況者均為二級負(fù)荷：（1）中斷供電將造成較大政治

3、影響者。（2）中斷供電將造成較大經(jīng)濟(jì)損失者。（3）中斷供電將造成公共場所秩序混亂者。3三級負(fù)荷不屬于一級和二級的電力負(fù)荷。 四、供電要求1一級負(fù)荷的供電要求（1）應(yīng)由兩個獨(dú)立電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不致同時受到損壞。一級負(fù)荷容量較大或有高壓電氣設(shè)備時，應(yīng)采用兩路高壓電源。如一級負(fù)荷容量不大時，應(yīng)優(yōu)先采用從電力系統(tǒng)或臨近單位取得第二低壓電源，亦可采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，如一級負(fù)荷僅為照明或 站負(fù)荷時，宜采用畜電池組作為備用電源。供給一級負(fù)荷的兩個電源應(yīng)在最末一級配電盤（箱）處切換。（2）一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，除上述兩個電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證特別重要負(fù)荷的供電，嚴(yán)禁將

4、其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。（3）常用的應(yīng)急電源有下列幾種：1）獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組。2）供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨(dú)立于正常電源的專門饋電線路。3）畜電池。（4）根據(jù)允許的中斷時間可分別選擇下列應(yīng)急電源：1）靜態(tài)交流不間斷電源裝置適用于允許中斷供電時間為毫秒級的供電。2）帶有自動投入裝置的獨(dú)立于正常電源的專門饋電線路，適用于允許中斷供電時間為1.5s以上的供電。3）快速自起動的柴油發(fā)電機(jī)組，適用于允許中斷供電時間為15s以上的供電。2二級負(fù)荷的供電要求應(yīng)做到當(dāng)發(fā)生電力變壓器故障或線路常見故障時不致中斷供電（或中斷后能迅速恢復(fù)）。對二級負(fù)荷應(yīng)采用兩個電源供電，或用兩回路送到適宜的配電點(diǎn)。當(dāng)配電系統(tǒng)低壓

5、側(cè)為單母線分段且母聯(lián)斷路器采用自動投入方式時，也可選用線路可靠獨(dú)立出線的單回路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負(fù)荷可由一回路10（6）kV及以上專用架空線供電。3三級負(fù)荷的供電要求對供電無特殊要求。當(dāng)以三級負(fù)荷為主，但有少量的一級負(fù)荷供電時，其第二電源可采用自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)組或逆變器作為一級負(fù)荷的備用電源。 第二節(jié) 負(fù)荷計算 一、負(fù)荷曲線表示電力負(fù)荷在一定時間內(nèi)的平均功率隨時間變化情況的圖形稱為負(fù)荷曲線。（1）分類1）根據(jù)縱坐標(biāo)表示的功率不同，分為有功功率負(fù)荷曲線和無功功率負(fù)荷曲線；2）根據(jù)橫坐標(biāo)時間的不同分為日負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等。（2）意義負(fù)荷曲線的物理意義是階梯形曲

6、線所包圍的面積代表此負(fù)荷日電能需要量（用電量）。負(fù)荷曲線愈平穩(wěn)，負(fù)荷變動愈少；負(fù)荷曲線愈起伏，負(fù)荷變動愈大。（3）作用圖2-1 階梯形日有功曲線負(fù)荷曲線不僅反映了設(shè)備或用戶的用電規(guī)律，同時還是設(shè)計變電所時的參考依據(jù)，設(shè)計時用戶未投產(chǎn)運(yùn)行，無法按實際情況得到負(fù)荷曲線，一般是參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷曲線或現(xiàn)有的性質(zhì)相似的企業(yè)典型負(fù)荷曲線來繪制。二、需要系數(shù)1定義由于電氣設(shè)備的額定工作條件不同，就會造成各用電設(shè)備不會在同一時間一起工作；一起工作的設(shè)備不會都在滿負(fù)荷情況下運(yùn)行；同時設(shè)備和線路存在功率損耗；所有這些因素綜合起來，使系統(tǒng)內(nèi)最大負(fù)荷與全系統(tǒng)用電設(shè)備總?cè)萘恐g存在差異，前者要比后者小，兩者的比值為需要

7、系數(shù)。負(fù)荷曲線的最大負(fù)荷Pmax（kW）需要系數(shù)×100該組用電設(shè)備的設(shè)備容量的總和åP（kW）需要系數(shù)是表示配電系統(tǒng)中所有用電設(shè)備同時運(yùn)轉(zhuǎn)（用電）的程度，或者說表示所有用電設(shè)備同時使用的程度。通常其值小于1，只有在所有用電設(shè)備全部同時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且滿載時，才能為1。（2）構(gòu)成1）同時工作系數(shù)：同時工作系數(shù)kt反映在最大負(fù)荷時，正在工作運(yùn)行的用電設(shè)備的設(shè)備容量與全部用電設(shè)備總設(shè)備容量的比值；2）負(fù)荷系數(shù)：用負(fù)荷系數(shù)kf反映在最大負(fù)荷時，正在工作運(yùn)行的用電設(shè)備的實際需要的功率與正在運(yùn)行的用電設(shè)備總設(shè)備容量的比值；3）平均效率：各用電設(shè)備在工作時都有一定的功率損耗，在計算負(fù)荷時要考

8、慮一個用電設(shè)備組的平均效率hd；4）線路效率：給各用電設(shè)備組供電的線路，在輸送電能時要產(chǎn)生線路的功率損耗，因此在計算負(fù)荷時要考慮一個線路效率hl；5）工作系數(shù)：加工條件和工人的操作水平也將影響用電設(shè)備的實際功率，因此，在負(fù)荷計算中要考慮一個工作系數(shù)kg。綜合考慮上述因素后，用需要系數(shù)kx表示kt·kf·kgkxhdhl表2-1、2-2給出了各用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)。（1）定義：是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假定負(fù)荷，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負(fù)荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)應(yīng)相等。根據(jù)計算負(fù)荷選擇的導(dǎo)體或電器，在運(yùn)行中的最高溫升不超過導(dǎo)體或電器的溫升允許值。（2）物理意義：設(shè)有一

9、電阻R的導(dǎo)體，在某一時間 tge ×100 ×100工作周期 tgtr根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作周期tgtr以10min為依據(jù)，起重專用電動機(jī)（YZ、YZR系列）的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為15、25、40、60四種，銘牌上均按40%工作制標(biāo)注的；電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為50、65、75、100四種。3電力負(fù)荷計算程序圖2-2 供電系統(tǒng)中具有代表性的各點(diǎn)的電力負(fù)荷計算圖計算時一般按圖中的G、F、E、D、C、B、A的順序逐級確定各點(diǎn)的計算負(fù)荷。4對單臺設(shè)備供電的支線（圖2-2中的G點(diǎn)）的計算即用電設(shè)備的設(shè)備容量（Pe）的確定。對不同工作制的用電設(shè)備，其設(shè)備容量應(yīng)按下列方法確定：（1）長期工作

10、制電動機(jī)的設(shè)備容量：等于其銘牌上的額定功率，kW。PePN（2）反復(fù)短時工作制電動機(jī)的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到暫載率e25時的額定功率（kW），即PePN2PN 25式中 Pe換算到e25時電動機(jī)的設(shè)備容量，kW；e銘牌暫載率，以百分值代入公式；PN電動機(jī)的銘牌額定功率，kW。（3）電焊機(jī)及電焊設(shè)備的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到暫載率e100時的額定功率，即PePNSNcosj 100式中 Pe換算到e100時電焊設(shè)備的設(shè)備容量，kW；e銘牌暫載率，以百分值代入公式；PN直流電焊機(jī)的銘牌額定功率，kW；SN交流電焊機(jī)的銘牌額定視在功率，kVA；cosj電焊設(shè)備的銘牌額定功率因數(shù)。（4）照明設(shè)備的設(shè)備容

11、量1）白熾燈、碘鎢燈設(shè)備容量等于燈泡上標(biāo)出的額定功率，kW。2）帶鎮(zhèn)流器的熒光燈的設(shè)備容量為1.2倍的額定功率，kW，電子型起動的熒光燈的設(shè)備容量為熒光燈燈管的額定功率。3）高壓水銀燈、金屬鹵化物燈其設(shè)備容量為1.1倍的額定功率，kW。（5）不對稱單相負(fù)荷的設(shè)備容量1）多臺單相設(shè)備應(yīng)均勻地分配在三相上；2）在計算范圍內(nèi)，若單相設(shè)備的總?cè)萘啃∮谌嘤秒娫O(shè)備總?cè)萘康?5時，可按三相平衡分配負(fù)荷考慮；3）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?5時，則設(shè)備容量應(yīng)按三倍最大相負(fù)荷計算。 （6）短時工作制設(shè)備的設(shè)備容量為零。無功計算負(fù)荷QePetgj式中 tgj銘牌給出的對應(yīng)于cosj的正切值

12、；Pe有功計算負(fù)荷，kW。5確定用電設(shè)備組（圖2-2中的F點(diǎn)）的有功計算負(fù)荷（PFj）、無功計算負(fù)荷（QFj）和計算容量（SFj）在計算設(shè)備組單臺的設(shè)備容量（Pe）后，可以根據(jù)所提供的需要系數(shù)kFj，得到設(shè)備組的有功計算負(fù)荷PFjPFjkxåPe式中 kFj表2-1、表2-2給出的需用系數(shù)；Pe單臺電氣設(shè)備的設(shè)備容量，kW。設(shè)備組的無功計算負(fù)荷QFjQFjPFjtgj式中 tgj表2-1、2-2給出的正切值tgj ；PFj有功計算負(fù)荷，kW。設(shè)備組的計算容量SFj22+QFjSFjPFj設(shè)備組的計算電流IFjSFjIFj 3UN式中 UN系統(tǒng)的額定電壓，kV。設(shè)備組的功率因數(shù)PFjc

13、osjSFj6低壓干線（圖2-2中E點(diǎn)）的計算負(fù)荷將各用電設(shè)備組計算負(fù)荷按有功功率和無功功率分別相加，計算公式如下：PEjPFj1PFj2PFjnåPFjii=1nQEjQFj1QFj2QFjnåQFjii=122+QEj SEjPEj n7低壓母線（圖2-2中的D點(diǎn)）的計算負(fù)荷在確定低壓母線的計算負(fù)荷時，應(yīng)該考慮各干線最大負(fù)荷不可能同時出現(xiàn)的影響，應(yīng)引入一個同時工作系數(shù)，故母線的計算負(fù)荷為PDjkPåPEjii=1mQDjkQåQFjii=122+QDj SDjPDj n同時工作系數(shù)一般在0.71.0之間，當(dāng)母線出線干線數(shù)量較多時kP和kQ取較小值，反

14、之取較大值。表2-3給出了kP的數(shù)值。這幾點(diǎn)的計算負(fù)荷只需要在D點(diǎn)負(fù)荷的基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)配電變壓器或降壓變壓器、線路的功率損耗以及同時工作系數(shù)后確定。C和A點(diǎn)的計算負(fù)荷：PCjPDjDPbDPlQCjQDjDQbDQl22+QCj SCjPCjPAjPBjDPbQAjQBjDQb22+QAj SAjPAjB點(diǎn)的計算負(fù)荷：PBjkP åPCjQBjkQ åQCji=122+QBj SBjPBj mi=1m式中 DPl、DQl10kV配電線路的有功和無功損耗；DPb、DQb變壓器的有功和無功損耗，一般按估算值確定：DPb0.012SjDQb0.006Sj式中Sj分別代表上一計算點(diǎn)

15、的計算容量，如計算C點(diǎn)的DPb、DQb應(yīng)代入D點(diǎn)的SDj；計算A點(diǎn)的DPb、DQb應(yīng)代入B點(diǎn)的SBj。 四、負(fù)荷密度估算法負(fù)荷密度估算法是已知不同類型的負(fù)荷在單位面積上的需求量，乘以建筑面積或使用面積得到的負(fù)荷量。如某餐廳面積為200m2，負(fù)荷密度為120VA/m2，則此餐廳的負(fù)荷量是24kVA。2 容量和臺數(shù)。表2-5是變壓器裝置指標(biāo)。五、單位指標(biāo)法單位指標(biāo)法是已知不同類型的負(fù)荷在單位核算單位上的需求量，乘以單位核算單位得到的負(fù)荷量。K·NPj1000式中 K單位指標(biāo)，W/床、或W/戶；N核算單位的數(shù)量。 六、單相負(fù)荷的計算單相負(fù)荷應(yīng)盡可能均勻分配在三相上。當(dāng)計算范圍Pj三相等效計

16、算負(fù)荷，kW；Pfmax三個相負(fù)荷中最大的相負(fù)荷，kW。2單相負(fù)荷接在線電壓PjPlmax式中 Pj三相等效計算負(fù)荷，kW；Plmax三個線負(fù)荷中最大的線負(fù)荷，kW。 七、沖擊負(fù)荷的計算1短期負(fù)荷的計算短期性負(fù)荷一般不應(yīng)當(dāng)計入正常負(fù)荷計算，因為計入正常負(fù)荷后會使變壓器的負(fù)荷率降低，增加工程費(fèi)用。（1）季節(jié)性負(fù)荷季節(jié)性負(fù)荷如冬季采暖和夏季空調(diào)，雖然不是同時使用，但一旦進(jìn)入使用期，則連續(xù)運(yùn)行的時間較長，這種負(fù)荷應(yīng)取較大值計入正常的負(fù)荷計算。（2）臨時性負(fù)荷對于臨時性負(fù)荷，如大型實驗設(shè)備、事故處理設(shè)備等，此類設(shè)備投入運(yùn)行的時間相對較短（一般在0.52.0小時），故不應(yīng)計入正常的負(fù)荷計算中。但應(yīng)校驗當(dāng)

17、這類設(shè)備投入運(yùn)行時，變壓器、開關(guān)及供電線路等不得超過其短時過負(fù)荷允許值（包括變壓器的短時過載能力）。2沖擊負(fù)荷在配電系統(tǒng)中沖擊負(fù)荷出現(xiàn)最多的是電動機(jī)的瞬時起動這一時刻。電動機(jī)起動的電流一般是其額定電流的47倍，一旦起動完成，電動機(jī)立即恢復(fù)到正常的額定電流。由于此負(fù)荷存在的時間較短，一般不計入正常的負(fù)荷計算中。但應(yīng)校驗此沖擊負(fù)荷對變壓器、線路、開關(guān)的保護(hù)設(shè)備是否能準(zhǔn)確動作。 八、住宅建筑的負(fù)荷計算1普通住宅每戶用電負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)住宅設(shè)計規(guī)范（GB50096-1999）中規(guī)定，住宅的電氣負(fù)荷計算不是按照燈具、插座等電氣設(shè)備的容量進(jìn)行計算，而是按照住宅的每套的類型可類別進(jìn)行計算的。表2-6是每套住宅

18、的電力負(fù)荷和電度表的規(guī)格。（1）每條配電干線采用單相220V供電的多層住宅，進(jìn)行負(fù)荷計算所需的一些參數(shù)在表2-7中列出。當(dāng)以基本戶型（二類戶型）為計算負(fù)荷的依據(jù)時，需用系數(shù)的確定可參考表2-9中的數(shù)據(jù)。（1）每戶建筑面積在100200m2時用電標(biāo)準(zhǔn)為1015kW。（2）配電干線負(fù)荷計算的需用系數(shù)可參考住宅需用系數(shù)確定。 第三節(jié) 功率因數(shù)的提高 一、功率因數(shù)的定義1定義在交流供電線路中，功率因數(shù)定義為有功功率與視在功率之比，即PcosjS式中 j功率因數(shù)角，它是相電壓與對應(yīng)的相電流的相位差角。2平均功率因數(shù)平均功率因數(shù)有月平均和年平均功率因數(shù)兩種。月平均功率因數(shù)是指在一個月 22WQ2P+WQ+

19、()WP式中 WP有功電能表月積累數(shù)（kW·h）WQ無功電能表月積累數(shù)（kvar·h）3最大功率因數(shù)最大功率因數(shù)是最大計算負(fù)荷Pjmax與最大計算容量Sjmax的比值確定的，即PjmaxcosjSjmax 二、功率因數(shù)低造成的危害一般交流供電線路中，大多數(shù)為電感性負(fù)載，致使功率因數(shù)偏低。當(dāng)有功功率為一定值時，cosj愈小（j角愈大），其視在功率就愈大，因而供電線路中的電流大，線路的損失（電壓和有效功率損耗）隨之增大，不經(jīng)濟(jì)。1降低了供電設(shè)備（電源）的供電能力供電設(shè)備（電源）的供電能力（容量）是用視在功率S來表示的。當(dāng)供電設(shè)備的容量一定時，如果用戶負(fù)載的功率因數(shù)過低，其無功功

20、率就會過大，致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少，于是降低了供電設(shè)備的供電能力。2增加供電系統(tǒng)的有功損耗供電線路有功損耗的大小，與通過供電線路電流的平方成正比，即DP3I2R×103（kW）式中 I供電線路中的電流，A；R供電線路中的線路電阻，W；DP供電線路中的有功損耗，kW。當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。3供電線路的電壓降增大功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 民用及一般工業(yè)建筑的功率因數(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：（1）高壓供電的用電單位，功率因數(shù)一般規(guī)定為0.9以上；（2）其他電力用戶

21、，功率因數(shù)為0.85以上。（3）對新建的工業(yè)企業(yè)用戶，功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定按0.95設(shè)計。（4）對農(nóng)業(yè)用電單位，要求功率因數(shù)在0.8以上。 三、提高功率因數(shù)的方法1提高自然功率因數(shù)的方法提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，一般采用如下措施：（1）合理選擇電動機(jī)的容量，使其接近滿載運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）對實際負(fù)載不超過額定容量40的電動機(jī)，應(yīng)更換為小容量的電動機(jī)。（3）合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，限制感應(yīng)電動機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)載率（一般為7580比較合適）。對于負(fù)載率低于30變壓器，應(yīng)予以更換。（5）對于負(fù)荷率在0.60.9的繞線式電動機(jī)，必要時可以使其同步化，這時

22、電動機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。2人工補(bǔ)償改善功率因數(shù)當(dāng)采用提高自然功率因數(shù)的方法，仍不能滿足電力部門所要求的數(shù)值時，應(yīng)采用人工補(bǔ)償方法，利用專門的補(bǔ)償設(shè)備來提高功率因數(shù)。通常采用的方法有：（1）采用同步電動機(jī)補(bǔ)償，使用同步電動機(jī)在過激磁（over excited）方式呈現(xiàn)容性時運(yùn)轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.80.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補(bǔ)償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。因而，提高了用戶的功率因數(shù)。（2）利用同步調(diào)相機(jī)作為無功功率電源（發(fā)電機(jī)），用來補(bǔ)償所需要的無功功率。同步調(diào)相機(jī)是軸上不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。以上兩