負荷計算-給畢業(yè)設計同學的講座(1)

1、電氣設計系列講座負荷分級與負荷計算負荷分級與負荷計算內(nèi)容概述 本章內(nèi)容包括兩部分：負荷分級的原則及供電要求，負荷的計算方法 負荷分級的原則及供電要求包括：負荷按重要性分級的原則和一三級負荷供電要求。 負荷的計算方法包括：負荷計算的內(nèi)容和目的、負荷計算的方法及用途、設備功率的確定、需要系數(shù)法確定計算負荷、二項式法確定計算負荷、單位功率法和單位指標法確定計算負荷、單相負荷計算和功率損耗計算。要求 掌握：負荷分級的原則及供電要求 掌握：負荷的計算方法相關的規(guī)程規(guī)范和手冊 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范 GB500521995 民用建筑電氣設計規(guī)范 JGJ/T162008 工業(yè)和民用配電設計手冊(第二版) 水利電

2、力出版社，1994 第第1 1部分部分 負荷分級的原則及供電要求負荷分級的原則及供電要求一、負荷按重要性分級的原則 a) 一級負荷 b) 二級負荷 c) 三級負荷 負荷的分級在工業(yè)和民用配電設計手冊中有級別表。二、一三級負荷供電要求1.1負荷按重要性分級的原則(1) 按重要性分級的原則： 電力負荷應根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規(guī)定：負荷按重要性分級的原則(2) 符合下列情況之一時，應為一級負荷 中斷供電將造成人身傷亡時。 中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大重大損失時。例如：重大重大設備損壞、重大重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報

3、廢、國家經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復等。 中斷供電將影響有重大重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。負荷按重要性分級的原則(3) 特別重要的負荷 在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。負荷按重要性分級的原則(4)符合下列情況之一時，應為二級負荷：中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大較大損失時。例如：主要設備損壞、大量產(chǎn)品所廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復、重

4、點企業(yè)大量減產(chǎn)等。中斷供電將影響重要重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。1.2 一三級負荷供電要求(1) 一級負荷供電要求 一級負荷的供電電源應符合下列規(guī)定： 1）一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。 2）一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源，并嚴禁嚴禁將其它負荷接入應急供電系統(tǒng)。一三級負荷供電要求(2) 二級負荷供電要求 二級負荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區(qū)

5、供電條件困難時，二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路或電纜供電。當采用架空線時，可為一回架空線供電；當采用電纜線路時，應采用兩根電纜組成的線路供電，其每根電纜應能承受100%的二級負荷。 三級負荷供電要求 三級負荷對供電無特殊要求，一般按其容量大小決定（可按約定供電）。下列電源可作為應急電源 一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源，下列電源可作為應急電源。 1）獨立于正常電源的發(fā)電機組。 2）供電網(wǎng)絡中獨立于正常電源的專用的饋電線路。 3）蓄電池。 4）干電池。根據(jù)允許中斷供電的時間可分別選擇下列應急電源 1）允許中斷供電時間為15s以上的供電，可選用快速自啟動的

6、發(fā)電機組。 2）自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路。 3）允許中斷供電時間為毫秒級的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置、蓄電池機械貯能電機型不間斷供電裝置或柴油機不間斷供電裝置。1、負荷計算的內(nèi)容和目的2、負荷計算的方法及用途3、設備功率的確定4、需要系數(shù)法確定計算負荷5、二項式法確定計算負荷6、單位功率法和單位指標法確定計算負荷7、單相負荷計算8、功率損耗計算第2部分 負荷的計算2.1 負荷計算的內(nèi)容和目的 負荷計算的內(nèi)容：1）計算負荷2）尖峰電流3）平均負荷計算負荷計算負荷 計算負荷計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。 計算負荷

7、是一個假想的持續(xù)性負荷，其熱效應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。 在配電設計中，通常采用30min的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（穩(wěn)態(tài)負荷）尖峰電流尖峰電流 尖峰電流尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù)1s左右的最大負荷電流。 一般取啟動電流的周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。 在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。 (暫態(tài)負荷）平均負荷平均負荷 平均負荷平均負荷為某段時間內(nèi)用電設備所消耗的電能與該段時間之比。 常選用最大負荷班(即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班)的平均負荷，有時也計算年平均負荷。 平

8、均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。 (等效負荷）負荷計算的目的(1) 負荷計算的目的是為了掌握用電情況，合理選擇配電系統(tǒng)的設備和元件，如導線、電纜、變壓器、開關等。 負荷計算過小，則依此選用的設備和載流部分有過熱危險，輕者使線路和配電設備壽命降低，重者影響供電系統(tǒng)的安全運行。 負荷計算偏大，則造成設備的浪費和投資的增大。 為此，正確進行負荷計算是供電設計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的必要手段。 負荷計算的目的(2) 求計算負荷：是為了合理的選擇供電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡、變壓器容量和電器設備型號等。 求尖峰負荷：用于計算電壓波動、電壓損失、選擇熔斷器和保護元件等。 求平均負荷：用來計

9、算供電系統(tǒng)中電能需要量、電能損耗和選擇無功補償裝置等。2.2 負荷計算的方法及用途(1)負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項式法、單位面積功率法等幾種。需要系數(shù)法。用設備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。這種方法比較簡便，應用廣泛，尤其適用于配、變電所的負荷計算。利用系數(shù)法（略）負荷計算的方法及用途(2)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)量大容量設備影響，適用于機修類用電設備計算，其他各類車間和車間變電所施工設計亦常采用，二項式法計算結(jié)果一般偏大。 單位面積功率法、單位指標法和單位產(chǎn)品耗電量法。前兩者多用于民用建筑，后者適用于某些工業(yè)，用于可行性研究和初

10、步設計階段電力負荷估算。負荷計算中的幾個概念和物理量 設備運行工作制設備運行工作制：連續(xù)運行工作制、短時運行工作制、反復短時工作制。 負載持續(xù)率負載持續(xù)率（暫載率）： = 工作時間加停歇時間(t +t。) 稱為工作周期 %1000ttt工作周期工作時間負荷計算中的幾個概念和物理量 年最大負荷年最大負荷: 全年中最大工作班內(nèi)半小時平均功率的最大值。(用Pm、Qm、Sm表示) 年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷利用小時數(shù)Tm： 假想時間，其物理意義是用戶以年最大負荷持續(xù)運行Tm小時所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。負荷計算中的幾個概念和物理量 平均負荷平均負荷：用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值。

11、 負荷系數(shù)負荷系數(shù)：在最大工作班內(nèi)，平均負荷與最大負荷之比。 有功負荷系數(shù)有功負荷系數(shù)： =Pav/Pm 無功負荷系數(shù)無功負荷系數(shù) : =Qav/Qm2.3 設備功率的確定(1)進行負荷計算時，需將用電設備按其性質(zhì)分為不同的用電設備組，然后確定設備功率。用電設備的額定功率PN或額定容量SN是指銘牌上的數(shù)據(jù)。對于不同負載持續(xù)率下的額定功率或額定容量，應換算為統(tǒng)一負載持續(xù)率下的有功功率，即設備功率Pe。設備功率Pe的確定與設備運行工作制有關。設備功率的確定(2)連續(xù)工作制電動機的設備功率=額定功率。短時或周期工作制電動機(如起重機用電動機等)的設備功率是指將額定功率換算為統(tǒng)一負載持續(xù)率下的有功功率

12、。當采用需要系數(shù)法和二項式法計算負荷時，應統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為25%下的有功功率。)(225. 0kWPPPNrNNe 設備功率的確定(2) 當采用利用系數(shù)法計算負荷時，應統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為100%下的有功功率： 式中： 電動機額定功率 電動機額定負載持續(xù)率eP N)(kWPPNNe 設備功率的確定(3)3)電焊機及電焊裝置的設備容量 ：指統(tǒng)一換算到暫載率=100時的額定功率(kw)。若其不等于100時應進行換算，其換算公式為 4）電爐變壓器的設備容量 ：是指額定功率因數(shù)時的額定功率(kW)，即 NNNNreSPPcos100NNeSPcos設備功率的確定(4)5）照明設備的設備容量 (

13、1)白熾燈、碘鎢燈設備容量是指燈泡上標出的額定功率(kW)。(2)熒光燈還要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失(約為燈管功率的20)，其設備容量應為燈管額定功率的1.2倍(kW)。 (3)高壓水銀熒光燈亦要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失(約為燈泡功率的10)，其設備容量應為燈泡額定功率的1.1倍(kW)。(4)金屬鹵化物燈：采用鎮(zhèn)流器時亦要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失(約為燈泡功率的l0)，其設備容量應為燈泡額定功率的1.1倍(kW)。設備功率的確定(5) 設備數(shù)量較少時按以下原則處理： 3臺及以下用電設備的計算有功功率取設備功率總和。 3臺以上用電設備，而有效臺數(shù)小于4時，計算有功功率取設備功率總和，再乘以0.9系數(shù)

14、。2.4 需要系數(shù)法確定計算負荷(1)用電設備組的計算負荷及計算電流：有功功率無功功率視在功率計算電流)(dkWPKPec var)ktgPQcc( )22kVAQPSccc( ）（AUSINcc 3需要系數(shù)法確定計算負荷(2)配電干線或車間變電所的計算負荷： 有功功率無功功率視在功率計算電流mieidiPCkWPKKP1)( )22kVAQPSccc( var)(1qktgPKKQieidimic( )(3AUSINcc需要系數(shù)法確定計算負荷(3)配電所或總降壓變電所的計算負荷，為各車間變電所計算負荷之和再乘以同時系數(shù)Kp和Kq。對配電所的Kp和Kq分別取0.851和0.951，對總降壓變電

15、所的Kp和Kq分別取0.80.9和0.930.97。當簡化計算時，同時系數(shù)Kp和Kq都取Kp值。需要系數(shù)法確定計算負荷的優(yōu)點和缺點需要系數(shù)法確定計算負荷的優(yōu)點和缺點 優(yōu)點：(1)公式簡單，計算方便。只用一個原始公式，就可以表征普遍的計算方法。 (2)對于不同性質(zhì)的用電設備、不同車間或企業(yè)的需要系數(shù)值，經(jīng)過幾十年的統(tǒng)計和積累，數(shù)值比較完整和準確，為供電設計創(chuàng)造了很好的條件。缺點： 沒有考慮大容量電動機對整個計算負荷的影響，尤其是當總用電設備較少時，影響更大。 需要系數(shù)法確定計算負荷要注意的問題需要系數(shù)法確定計算負荷要注意的問題 需要系數(shù)法計算負荷是從供電系統(tǒng)末端逐級計算到電源端。 當采用需要系數(shù)

16、法計算負荷時，應將配電干線范圍內(nèi)的用電設備按類型統(tǒng)一劃組。配電干線的計算負荷為各用電設備組的計算負荷之和再乘以同時系數(shù)。變電所或配電所的計算負荷，為各配電干線計算負荷之和再乘以同時系數(shù)。計算變電所10、35kV側(cè)負荷時，應加上變壓器的功率損耗。2.5 二項式法確定計算負荷(1) 二項式系數(shù)法考慮了用電設備組的平均最大負荷，還考慮了容量最大的少數(shù)用電設備運行時對總計算負荷的額外影響，這種計算方法比較適合于確定用電設備臺數(shù)較少，而其容量差別又較大的用電設備組的負荷計算。 二項式系數(shù)法突出了最大用電設備容量的影響，其計算負荷往往較實際偏大。 二項式法確定計算負荷(2)對于單個和多個用電設備組(車間變

17、電所或配電干線)的計算負荷，分別按下述方法進行計算。單個用電設備組的計算負荷： 有功功率1) 無功功率xcPbPPectgPQcc二項式法確定計算負荷(3)多個用電設備組的計算負荷：有功功率無功功率視在功率計算電流maxx1)(cPPbPeimiicxieimiijstgcPtgPbmaxx1)(Q22cccQPSNccUSI3關于二項式法計算注意問題 (1) 應將計算范圍內(nèi)的所有設備統(tǒng)一劃組，不應逐級計算； (2) 不考慮同時系數(shù)； (3) 當用電設備等于或少于4臺時，該用電設備組的計算負荷按設備功率乘以計算系數(shù)求得； (4) 計算多個用電設備組的負荷時，如果每組中的用電設備臺數(shù)小于最大用電

18、設備臺數(shù)N時，則取小于N的兩組或更多組中最大用電設備的附加功率之和作為總的附加功率。 2.6單位功率法和單位指標法確定計算負荷1）單位面積功率(或負荷密度)法。單位面積法計算有功功率的公式為：式中： 單位面積功率(負荷密度),W/m2 S 建筑面積，m2)1000kWSPPNc( NP單位指標法確定計算負荷 2）單位指標法。單位指標法計算有功功率的公式為： 式中： 單位用電指標，如W/戶、W/人； 單位數(shù)量，如戶數(shù)、人數(shù)、床數(shù) NP N)1000kWNPPNc( 2.7 單相負荷計算(1) 單相負荷應均衡分配到三相上，使三相負荷盡可能平衡，以使導線截面和供電設備選擇合理； 當單相負荷的總計算容

19、量小于計算范圍內(nèi)三相對稱負荷總計算容量的15%時，全部按三相對稱負荷計算；當超過15%時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加。單相負荷計算(2)1、計算原則單相負荷與三相負荷同時存在時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加。1)在進行單相負荷換算時，一般采用計算功率。對需用系數(shù)法，計算功率即為需用功率；對利用系數(shù)法，計算功率為平均功率；當單相負荷均為同類用電設備時，則可直接采用設備功率計算。單相負荷計算(3)2、單相負荷換算為等效三相負荷的一般方法： 1）只有相負荷時，等效三相負荷Pe取最大相負荷的3倍。 2）只有線間負荷時，將各線間負荷相加，選取較大兩相進行計算，設

20、PabPbcPca ,等效三相負荷Pe為： 單相負荷計算(4) Pe = 3 Pab+（3-3 ）Pbc = 1.73 Pab +1.27 Pbc 當Pab = Pbc時 Pe = 3Pab 當只有Pab時 Pe = 3 Pab 式中 Pab、Pbc接于ab、bc線間負荷， Pe等效三相負荷，kW 只有線間負荷時，等效三相負荷為：單臺時取線間負荷的 倍 ；多臺時取最大線間負荷的 倍加上次大線間負荷的(3- )倍。 3 3 3單相負荷計算(5)3）既有線間負荷又有相負荷時，應先將線間負荷換算為相負荷，然后各相負荷分別相加，選取最大相負荷的3倍作為等效三相負荷。即：（1）先將線間負荷換算為相負荷，

21、各相負荷分別為：A相B相C相acacaaababapPpPP)()(acacaaababaqPqPQ)()(bbcbcbababbpPpPP)()(bbcbcbababbqPqPQ)()(ccacacbcbccpPpPP)()(ccacacbcbccqPqPQ)()(單相負荷計算(6)式中 Pab、Pbc、Pca 接于ab、bc、ca線間負荷， Pa、Pb、Pc 接于a、b、c相有功負荷，kW； Qa、Qb、Qc 接于a、b、c相無功負荷，kvar； 接于ab線間負荷換算為a、相負荷的有功及無功換算系數(shù)，可查表。（2）各組負荷分別相加，選出最大相負荷，取其3倍作為等效三相負荷。 aabaabqp)()(,2.8 尖峰電流計算 1、單臺電動機、電弧爐或電焊變壓器的支線，其尖峰電流Ijf為： 2、接有多臺電動機的配電線路，只考慮一臺電動機啟動時的尖峰電流為： 有兩臺以上電動機同時起動時，尖峰電流根據(jù)實際情況確定。 3、對于自起動的電動機組，其尖峰電流為所有參與起動的電動機的起動電流之和。 njfIKI max)(sjnfjIKII 2.9 功率損耗計算(1)三相線路中有功及無功功率損耗：有功功率損耗無功功率損耗電力變壓器的有功及無功功率損耗：有功功率損耗無功功率損耗)103321kWRIPjs( var)103321kXIQjs( )(20kWSSPPPNckT( var)(20kS