建筑供配電 第二章 建筑供配電的負荷計算

第二章建筑供配電的負荷計算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在進行建筑供配電設(shè)計時，基本的原始資料有各種用電設(shè)備的產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)（如額定容量、額定電壓）、建設(shè)規(guī)模、負荷密度等，這是設(shè)計的依據(jù)。但是，這些原始資料要變成供配電系統(tǒng)設(shè)計所需要的假想負荷——計算負荷，才能進行設(shè)計。不能簡單地用設(shè)備額定容量做為計算負荷，這是因為所安裝的設(shè)備并非都同時運行；運行著設(shè)備的負荷性質(zhì)不同；同類設(shè)備實際負荷也并不是每一時刻都等于設(shè)備的額定容量，而是在不超過額定容量的范圍內(nèi)，時大時小地變化著。

求計算負荷的這項工作稱為負荷計算。負荷計算主要包括：

(1)求計算負荷，也稱需用負荷。目的是為了合理的選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡(luò)、主接線、變壓器容量和電器設(shè)備型號等。

(2)求尖峰電流。用于計算電壓波動、電壓損失、選擇熔斷器和保護元件等。

(3)求平均負荷。用來計算供配電系統(tǒng)中電能需要量、電能損耗和選擇無功補償裝置等。求計算負荷意義重大，估算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費和工程投資的增加。反之，如估算過低，又會使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實際負荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供配電系統(tǒng)的正?？煽窟\行。第二章建筑供配電的負荷計算第二節(jié)用電設(shè)備的主要特征按工作制分有連續(xù)運行、短時運行和反復(fù)短時運行三類。

(1)連續(xù)運行工作制：是指工作時間較長，連續(xù)運行的用電設(shè)備，絕大多數(shù)用電設(shè)備屬于此類工作制。如通風(fēng)機、壓縮機、各種泵類、照明、各種電爐、機床、電解電鍍設(shè)備等。

(2)短時運行工作制：是指工作時間短，停歇時間相當(dāng)長的用電設(shè)備的工作制。如金屬切削機床用的輔助機械(橫梁升降，刀架快速移動裝置等)、水閘用電機等，這類設(shè)備的數(shù)量很少，不計入計算負荷。第二章建筑供配電的負荷計算(3)斷續(xù)周期工作制：這類工作制的設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復(fù)運行，好像有固定周期一樣，而工作周期一般不超過10min。此設(shè)備有兩種：電焊用變壓器和吊車、行車用電動機。斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負荷持續(xù)率”(又稱暫載率)來表示其工作特征。負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用JC（ε）表示，即設(shè)備容量的計算負荷計算不考慮備用設(shè)備的容量，而且要注意，此容量的計算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。1．對一般連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。2．對斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個規(guī)定的負荷持續(xù)率下的容量之和。第二章建筑供配電的負荷計算第三節(jié)負荷曲線及計算負荷一、負荷曲線負荷曲線是用來表示用電功率隨時間變化關(guān)系的圖形。它反映了用戶用電的特點和規(guī)律。該曲線繪制在直角坐標系內(nèi)，縱坐標表示電力負荷，橫坐標表示時間（小時為單位）。根據(jù)縱坐標表示的負荷性質(zhì)不同，可分有功負荷曲線和無功負荷曲線。根據(jù)橫坐標表示的持續(xù)工作時間的不同，又可分為負荷班、日、星期、月、季度和年負荷曲線。日負荷曲線代表用戶一晝夜(0時～24時)實際用電負荷的變化情況。如圖2-1(a)所示。年負荷曲線代表用戶全年(8760h)內(nèi)用電負荷變化規(guī)律。負荷曲線按負荷對象分，有單位的、大樓的或某類設(shè)備的負荷曲線。通常，為了使用方便，負荷曲線多繪制成階梯形。如圖2－1(b)為某工廠的階梯形的日負荷曲線。第二章建筑供配電的負荷計算年負荷曲線1、負荷持續(xù)時間曲線，按負荷大小依次排列，如圖2-2c所示，全年按8760h計。上述年負荷曲線，根據(jù)其一年中具有代表性的夏日負荷曲線(圖2-3a)和冬日負荷曲線(圖2-3b)來繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r而定。例如在我國北方，可近似地認為夏日165天，冬日200天；而在我國南方，則可近似地認為夏日200天，冬日165天。假設(shè)繪制南方某廠的年負荷曲線(圖2-2c)，其中P1在年負荷曲線上所占的時間T1=200(t1+t1′)，P2在年負荷曲線上所占的時間T2=200t2+165t2′，其余類推。第二章建筑供配電的負荷計算

年負荷曲線的另一種形式，是按全年每日的最大負荷(通常取每日最大負荷的半小時平均值)繪制的，稱為年每日最大負荷曲線，如圖所示。橫坐標依次以全年十二個月份的日期來分格。這種年最大負荷曲線，可以用來確定擁有多臺電力變壓器的變電所在一年內(nèi)的不同時期宜于投入幾臺運行，即所謂經(jīng)濟運行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。第二章建筑供配電的負荷計算二、與負荷計算有關(guān)的幾個物理量(一)年最大負荷和最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷是指全年中最大工作班內(nèi)半小時（30分鐘）平均功率的最大值，并用符號Pm、Qm和Sm分別表示年有功、無功和視在最大負荷。半小時（30分鐘）平均最大功率P30

所謂最大工作班，是指一年中最大負荷的工作班次，最大負荷最少出現(xiàn)2～3次的最大負荷，而不是偶然出現(xiàn)的某一個工作班。

年最大負荷利用小時數(shù)Tm，是一個假想時間。其物理意義是，如果用戶以年最大負荷(如Pm)持續(xù)運行Tmh，則所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。如圖2-3(c)所示，年持續(xù)負荷曲線與兩軸所包絡(luò)的面積，等于Pm與Tm的乘積(即面積I等于面積Ⅱ)，所以Tm可表達為：年最大負荷利用小時是反映電力負荷特征的一個重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，Tmax≈1800～3000h；兩班制工廠，Tmax≈3500～4800h；三班制工廠，Tmax≈5000～7000h。第二章建筑供配電的負荷計算(二)平均負荷和負荷系數(shù)

(1)平均負荷是指電力用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值，記作Pav，Qav，Sav如圖所示為平均有功負荷，其值為用戶在由0到t時間內(nèi)所消耗的電能Wp(kWh)除以時間t，即：

(2)負荷系數(shù)又稱負荷率，它是用電負荷的平均負荷Pav與其最大負荷Pm的比值.

對負荷曲線來說，負荷系數(shù)亦稱負荷曲線填充系數(shù)，它表征負荷曲線不平坦的程度，即表征負荷起伏變動的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來說，希望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個電力系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)盡量使不平坦的負荷曲線“削峰填谷”，提高負荷系數(shù)。負荷系數(shù)通常以百分值表示。負荷系數(shù)(負荷率)的符號有功負荷率用α、無功負荷率用β表示，即：第二章建筑筑供配電的的負荷計算算(三)需用系數(shù)在供配電系系統(tǒng)設(shè)計和和運行中，，常使用需需用系數(shù)Kd，其與Pm、Pe的關(guān)系為：：需用系數(shù)是是一個綜合合系數(shù)，Kd只能靠測量統(tǒng)計計確定。上述述各種因素素可供設(shè)計計人員在變變動的系數(shù)數(shù)范圍內(nèi)選選用時參考考。表2-3為某些工廠廠的全廠需需用系數(shù)及及功率因數(shù)數(shù)。表2-4為用電設(shè)備備組的需用用系數(shù)。表表2-5為照明用電電設(shè)備需用用系數(shù)。表表2-6電氣光源的的功率因數(shù)數(shù)。表2-7為民用建筑筑用電設(shè)備備需用系數(shù)數(shù)；表2-8為單機負載載率。(四)利用系數(shù)（（不講）第二章建筑筑供配電的的負荷計算算三、計算負負荷定義求計算負荷荷，也稱需需用負荷。。目的是為了了合理的選選擇供配電電系統(tǒng)各級級電壓供電電網(wǎng)絡(luò)、主主接線、變變壓器容量量和電器設(shè)設(shè)備型號等等。如何選？用用按發(fā)熱條條件選擇供供電系統(tǒng)中中各元件的的負荷值。。根據(jù)計算負負荷選擇的的電氣設(shè)備備和導(dǎo)線電電纜，如果果以計算負負荷連續(xù)運運行，其發(fā)發(fā)熱溫度不不會超過允允許值。第二章建筑筑供配電的的負荷計算算一般選P30作為Pm，作為計算算負荷使用用。原因（1）選擇設(shè)備備時要考慮慮到最嚴重重的情況下下也能正常常運行。（（最大負荷）（2）由于導(dǎo)體體通過電流流達到穩(wěn)定定溫升的時時間大約需需(3～4)τ，τ為發(fā)熱時間間常數(shù)。截截面在16mm2及以上的導(dǎo)導(dǎo)體，其r≥10min，因此載流流導(dǎo)體大約約經(jīng)30min(半小時)后可達到穩(wěn)穩(wěn)定溫升值值。由此可見，，計算負荷荷實際上與與從負荷曲曲線上查得得的半小時時最大負荷荷P30(亦即年最大大負荷Pmax)是基本相當(dāng)當(dāng)?shù)?。所以以計算負荷荷也可以認認為就是半半小時最大大負荷。第二章建筑筑供配電的的負荷計算算第四節(jié)求求計算負負荷的方法法一、按需用用系數(shù)法確確定計算負負荷(一)三相用電設(shè)備組組的計算負負荷：公式例題第二章建筑筑供配電的的負荷計算算(二)多個用電設(shè)設(shè)備組的計計算負荷多個用電設(shè)設(shè)備組同時時工作，各各個用電設(shè)設(shè)備組的最最大負荷也也非同時出出現(xiàn)，因此此計算總負負荷時，應(yīng)應(yīng)再計入一一個同時系系數(shù)(或叫同期系系數(shù)，混合合系數(shù))KΣ。具體計算算如下：第二章建筑筑供配電的的負荷計算算三、計算負負荷的估算算方法(一)單位產(chǎn)品耗耗電量法當(dāng)已知企業(yè)業(yè)年生產(chǎn)量量為n，每生產(chǎn)單單位產(chǎn)品電電能消耗量量為ω(見表)，則：（二)負荷密度法法當(dāng)已知車間間生產(chǎn)面積積或某建筑筑面積負荷荷密度ρ時，車間的的平均負荷荷或某建筑筑的平均負負荷可按下式式計算：(三)其他估算法法:第二章建筑筑供配電的的負荷計算算五、單相負負荷計算在工廠里，，除了廣泛泛應(yīng)用的三三相設(shè)備外外，還應(yīng)用用有電焊機機、電爐、、電燈等各各種單相設(shè)設(shè)備。在民用中有有大量的單單相負荷。。單相設(shè)備接接在三相線線路中，應(yīng)應(yīng)盡可能均均衡分配，，使三相負負荷盡可能能均衡。1、如果三相線線路中單相相設(shè)備的總總?cè)萘坎怀^三相設(shè)設(shè)備總?cè)萘苛康?5％，則不論論單相設(shè)備備如何分配配，單相設(shè)設(shè)備可與三三相設(shè)備綜綜合按三相相負荷平衡衡計算。2、如果單相相設(shè)備容量量超過三相相設(shè)備容量量的15％時，則應(yīng)應(yīng)將單相設(shè)設(shè)備容量換換算為等效效三相設(shè)備備容量，再再與三相設(shè)設(shè)備容量相相加。3、由于確定定計算負荷荷的目的，，主要是為為了選擇線線路上的設(shè)設(shè)備和導(dǎo)線線(包括電纜)，使線路上上的設(shè)備和和導(dǎo)線在通通過計算電電流時不致致過熱或損損壞，因此此在接有較較多單相設(shè)設(shè)備的三相相線路中，，不論單相設(shè)設(shè)備接于相相電壓還是是線電壓，，只要三相相負荷不平平衡，就應(yīng)應(yīng)以最大負負荷相有功功負荷的3倍作為等效效三相有功功負荷，以以滿足安全全運行的要要求。（等等效原則））第二二章章建建筑筑供供配配電電的的負負荷荷計計算算單相相設(shè)設(shè)備備組組等等效效三三相相負負荷荷的的計計算算1．單單相相設(shè)設(shè)備備接接于于相相電電壓壓時時的的等等效效三三相相負負荷荷計計算算等等效效三三相相設(shè)設(shè)備備容容量量Pe應(yīng)按按最最大大負負荷荷相相所所接接單單相相設(shè)設(shè)備備容容量量Pemφ的3倍計計算算，，即即等效效三三相相計計算算負負荷荷則則按按前前述述需需要要系系數(shù)數(shù)法法計計算算。。2．單單相相設(shè)設(shè)備備接接于于線線電電壓壓時時的的等等效效三三相相負負荷荷計計算算3．單單相相設(shè)設(shè)備備分分別別接接于于線線電電壓壓和和相相電電壓壓時時的的等等效效三三相相負負荷荷計計算算首先先應(yīng)應(yīng)將將接接于于線線電電壓壓的的單單相相設(shè)設(shè)備備換換算算為為接接于于相相電電壓壓的的設(shè)設(shè)備備容容量量，，然然后后分分相相計計算算各各相相的的設(shè)設(shè)備備容容量量和和計計算算負負荷荷。?？偪偟牡牡鹊刃嘞嘤杏泄τ嬘嬎闼阖撠摵珊蔀闉槠淦渥钭畲蟠笥杏泄ω撠摵珊上嘞嗟牡挠杏泄τ嬘嬎闼阖撠摵珊蒔30mφφ的3倍，，即即總的的等等效效三三相相無無功功計計算算負負荷荷為為最最大大有有功功負負荷荷相相的的無無功功計計算算負負荷荷Q30mφφ的3倍，，即即第二二章章建建筑筑供供配配電電的的負負荷荷計計算算線電電壓壓的的單單相相設(shè)設(shè)備備容容量量換換算算為為接接于于相相電電壓壓的的設(shè)設(shè)備備容容量量1、負負荷荷均均攤攤法法：：即即2、系系數(shù)數(shù)法法：：第二二章章建建筑筑供供配配電電的的負負荷荷計計算算四、、民民用用建建筑筑負負荷荷計計算算照明明：：一般般用用電電插插座座每每個個可可按按100W計算算：：需要要系系數(shù)數(shù)：：按逐逐級級計計算算法法確確定定總總計計算算負負荷荷：：第二二章章建建筑筑供供配配電電的的負負荷荷計計算算第六六節(jié)節(jié)供供配配電電系系統(tǒng)統(tǒng)的的功功率率損損耗耗與與電電能能需需要要量量計計算算一、、供供電電線線路路的的功功率率損損耗耗三相相供供電電線線路路的的有有功功功功率率損損耗耗△△P，無無功功功功率率損損耗耗△△Q分別別按按下下式式計計算算：：第二二章章建建筑筑供供配配電電的的負負荷荷計計算算二、、變變壓壓器器的的功功率率損損耗耗變壓壓器器的的損損耗耗包包括括有有功功功功率率損損耗耗△△PT和無無功功功功率率損損耗耗△△QT。(一)有功功功功率率損損耗耗有功功功功率率損損耗耗又又由由兩兩部部分分組組成成。。其其一一為為空空載載損損耗耗，，又又稱稱鐵損損(固定定損損耗耗），，它它是是變變壓壓器器主主磁磁通通在在鐵鐵芯芯中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的有有功功損損耗耗（（磁磁滯滯、、渦渦流流））。。因因為為變變壓壓器器主主磁磁通通只只與與外外加加電電壓壓有有關(guān)關(guān)，，當(dāng)當(dāng)外外加加電電壓壓u和頻頻率率f恒定定時時，，鐵鐵損損也也為為常常數(shù)數(shù)，，與與負負荷荷大大小小無無關(guān)關(guān)。?？湛蛰d載損損耗耗可可由由空空載載實實驗驗確確定定。。另一一部部分分是是短短路路損損耗耗，，又又稱稱銅損損，它它是是變變壓壓器器負負荷荷電電流流在在一一次次、、二二次次繞繞組組的的電電阻阻中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的有有功功損損耗耗，，其其值值與與負負荷荷電電流流平平方方(或功功率率)成正正比比。。短短路路損損耗耗可可由由短短路路實實驗驗確確定定。。所所以以雙雙卷卷變變壓壓器器有有功功功功率率損損耗耗表表達達式式為為(二)無功功功功率率損損耗耗同樣樣，，無無功功功功率率損損耗耗也也由由兩兩部部分分組組成成。。一一部部分分是是變變壓壓器器空空載載時時，，由由產(chǎn)產(chǎn)生生主主磁磁通通勵勵磁磁電電流流所所造造成成的的無無功功損損耗耗。。另另一一部部分分是是由由變變壓壓器器負負荷荷電電流流在在一一、、二二次次繞繞組組電電抗抗上上產(chǎn)產(chǎn)生生的的無無功功損損耗耗（（漏漏磁磁通通））。。其其表表達達式式為為：：第二章建建筑供配配電的負負荷計算算三、無功功補償及及補償后后的計算算負荷無功補償償?shù)谋匾噪娏ο到y(tǒng)統(tǒng)中使用用的輸變變電設(shè)備備及電力力用戶的的用電設(shè)設(shè)備，如如電力變壓壓器、電電抗器、、感應(yīng)電電動機、、電焊機機、高頻頻爐、日日光燈等等大部分分具有電電感的特特性。它們在在建立交交變磁場場時需從從電力系系統(tǒng)中吸吸收無功功功率。。但無功功功率并并不是實實際作功功的功率率，電力力系統(tǒng)中中的發(fā)電設(shè)備備在其發(fā)發(fā)出的視視在功率率為一定定時，無功功功率需求求的增加加，將會會造成發(fā)發(fā)出的有有功功率率的下降降而影響響發(fā)電機機的出力力。同時時，無功功功率在在系統(tǒng)的的輸送中中會造成成許多不不利的影影響：(1)無功功率率在通過過電網(wǎng)時時，會引引起線路路及設(shè)備備的有功功損耗。。因此在在輸送有有功功率率為一定定時，增增加無功功功率會會使總電電流增加加而引起起供電線線路及設(shè)設(shè)備的有有功功率率損耗相相應(yīng)的增增加。(2)電網(wǎng)的電電壓損失失將會隨隨著無功功功率的的增加而而增加，，這給電電網(wǎng)電壓壓的調(diào)整整帶來困困難。(3)在電網(wǎng)輸輸送有功功不變下下，無功功增加而而使總電電流增加加，會使使供電系系統(tǒng)中的的如變壓壓器、斷斷路器、、導(dǎo)線以以及測量量儀器、、儀表等等等的一一次、二二次設(shè)備備的容量量、規(guī)格格尺寸增增大，從從而使投投資費用用增加。。在《供電營業(yè)業(yè)規(guī)則》，中規(guī)定定：“用用戶在當(dāng)當(dāng)?shù)毓╇婋娖髽I(yè)規(guī)規(guī)定的電電網(wǎng)高峰峰負荷時時的功率率因數(shù)應(yīng)應(yīng)達到下下列規(guī)定定：100kV·A及以上高高壓供電電的用戶戶功率因因數(shù)為0．90以上，其其他電力力用戶和和大、中中型電力力排灌站站、躉購購轉(zhuǎn)售電電企業(yè)，，功率因因數(shù)為0．85以上?！薄辈⒁?guī)定定，凡功功率因數(shù)數(shù)未達到到上述規(guī)規(guī)定的，，應(yīng)增添添無功補補償裝置置（處罰），通通常采用用并聯(lián)電電容器進進行（就地）補償。。第二章建建筑供配配電的負負荷計算算人工補償償裝置的的補償容容易可按按下式計計算：式中的平平均負荷荷Pav也可用計計算負荷荷Pc乘以負荷荷系數(shù)α代替，則則得：無功補償償后的計計算負荷荷裝設(shè)了無無功補償償裝置以以后，則則在確定補補償?shù)攸c點以前的的總計算算負荷時時，應(yīng)扣扣除無功功補償容容量，即總的無無功計算算負荷：：由上式可可以看出出，在變變電所低低壓側(cè)裝裝設(shè)了無無功補償償裝置以以后，由由于低壓壓側(cè)總的的視在計計算負荷荷減小，，從而可可使變電電所主變變壓器容容量選得得小一些些。第二章建建筑供配配電的負負荷計算算電力電容容器的裝裝設(shè)位置置實際中廣廣泛應(yīng)用用的補償償無功的的并聯(lián)電電力電容容器，其其裝設(shè)的的位置因因不同的的補償方方式而不不同。電電力電容容器的補補償方式式通常分分為三種種：個別別補償、、分組補補償和集集中補償償。個別別補償就就是將電電力電容容器裝設(shè)設(shè)在需要要補償?shù)牡碾姎庠O(shè)設(shè)備附近近，使用用中與電電氣設(shè)備備同時運運行和退退出，如如圖所示示。個別補償償處于供供電的末末端負荷荷處，它它可補償償安裝地地點前面面所有高高、低壓壓輸電線線路及變變壓器的的無功功功率，能能最大限限度地減減少系統(tǒng)統(tǒng)的無功功輸送量量，使得得整個線線路和變變壓器的的有功損損耗減少少，及導(dǎo)導(dǎo)線的截截面、變變壓器的的容量、、