第二章 負荷計算

第二章負荷計算第一節(jié)負荷分級與供電要求一、負荷1.負荷負荷又稱負載，指發(fā)電機或變電所供給用戶的電力。其衡量標準為電氣設備(發(fā)電機、變壓器和線路)中通過的功率或電流，而不是指它們的阻抗。滿負荷5滿負荷又叫滿載，指負荷恰好達到電氣設備銘牌所規(guī)定的數(shù)值。最大負荷最大負荷有時又稱尖峰負荷，指系統(tǒng)或設備在一段時間內(nèi)用電最大負荷值。最小負荷又稱低谷負荷，指系統(tǒng)或設備在一段時間內(nèi)用電最小負荷值。二、負荷的分類按負荷特征分類連續(xù)工作制負荷。短時工作制負荷。重復短時工作制負荷。按供電對象分類照明負荷。民用建筑照明。通訊及數(shù)據(jù)處理設備負荷。三、負荷分級電力負荷應根據(jù)供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成的損失或影響的程度，分為一級負荷、二級負荷、三級負荷。一級負荷屬下列情況者均為一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡者。中斷供電將造成重大政治影響者。中斷供電將造成重大經(jīng)濟損失者。中斷供電將造成公共場所秩序嚴重混亂者。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、國家級及承擔重大國事活動的大量人員集中的公共場所等的一級負荷為特別重要負荷。中斷供電將影響實時處理計算機及計算機網(wǎng)絡正常工作或中斷供電后將發(fā)生爆炸、火災以及嚴重中毒的一級負荷亦為特別重要負荷。二級負荷屬下列情況者均為二級負荷：中斷供電將造成較大政治影響者。中斷供電將造成較大經(jīng)濟損失者。中斷供電將造成公共場所秩序混亂者。三級負荷不屬于一級和二級的電力負荷。四、供電要求一級負荷的供電要求應由兩個獨立電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞。一級負荷容量較大或有高壓電氣設備時，應采用兩路高壓電源。如一級負荷容量不大時，應優(yōu)先采用從電力系統(tǒng)或臨近單位取得第二低壓電源，亦可采用應急發(fā)電機組，如一級負荷僅為照明或電話站負荷時，宜采用畜電池組作為備用電源。供給一級負荷的兩個電源應在最末一級配電盤(箱)處切換。一級負荷中的特別重要負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。為保證特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統(tǒng)。常用的應急電源有下列幾種：獨立于正常電源的發(fā)電機組。供電網(wǎng)絡中有效地獨立于正常電源的專門饋電線路。3)畜電池。根據(jù)允許的中斷時間可分別選擇下列應急電源：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。帶有自動投入裝置的獨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?？焖僮云饎拥牟裼桶l(fā)電機組，適用于允許中斷供電時間為15s以上的供電。二級負荷的供電要求應做到當發(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）。對二級負荷應采用兩個電源供電，或用兩回路送到適宜的配電點。當配電系統(tǒng)低壓側(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立出線的單回路供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回路10（6）kV及以上專用架空線供電。三級負荷的供電要求對供電無特殊要求。當以三級負荷為主，但有少量的一級負荷供電時，其第二電源可采用自備應急發(fā)電機組或逆變器作為一級負荷的備用電源。第二節(jié)負荷計算一、負荷曲線表示電力負荷在一定時間內(nèi)的平均功率隨時間變化情況的圖形稱為負荷曲線。

(1）分類1）根據(jù)縱坐標表示的功率不同，分為有功功率負荷曲線和無功功率負荷曲線；2）根據(jù)橫坐標時間的不同分為日負荷曲線、月負荷曲線、年負荷曲線等。（2）意義負荷曲線的物理意義是階梯形曲線所包圍的面積代表此負荷日電能需要量（用電量）。負荷曲線愈平穩(wěn)，負荷變動愈少；負荷曲線愈起伏，負荷變動愈大。（3）作用圖2-1階梯形日有功曲線負荷曲線不僅反映了設備或用戶的用電規(guī)律，同時還是設計變電所時的參考依據(jù)，設計時用戶未投產(chǎn)運行，無法按實際情況得到負荷曲線，一般是參照有關(guān)標準負荷曲線或現(xiàn)有的性質(zhì)相似的企業(yè)典型負荷曲線來繪制。二、需要系數(shù)定義由于電氣設備的額定工作條件不同，（就會造成各用電設備不會在同一時間一起工作；一起工作的設備不會都在滿負荷情況下運行；同時設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)最大負荷與全系統(tǒng)用電設備總?cè)萘恐g存在差異，前者要比后者小，兩者的比值為需要系數(shù)。負荷曲線的最大負荷PmaxkW）需要系數(shù)=X100%該組用電設備的設備容量的總和ZP（kW）需要系數(shù)是表示配電系統(tǒng)中所有用電設備同時運轉(zhuǎn)（用電）的程度，或者說表示所有用電設備同時使用的程度。通常其值小于1，只有在所有用電設備全部同時連續(xù)運轉(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反映在最大負荷時，正在工作運行的用電設備的設備容量與全部用電設備總設備容量的比值；2）負荷系數(shù)：用負荷系數(shù)kf反映在最大負荷時，正在工作運行的用電設備的實際需要的功率與正在運行的用電設備總設備容量的比值;3）平均效率：各用電設備在工作時都有一定的功率損耗，在計算負荷時要考慮一個用電設備組的平均效率nd；4）線路效率：給各用電設備組供電的線路，在輸送電能時要產(chǎn)生線路的功率損耗，因此在計算負荷時要考慮一個線路效率ni；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備的實際功率，因此，在負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?kgkxnd.ni表2-1、2-2給出了各用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)。用電設備組名禰需用系數(shù)虹功率因數(shù)CQS9通風機和水泵0.75-0.850.80運輸機，傳送帶0.52-0.600.75混凝土及砂漿挽拌機0.65-0.700.65破碎機、篩、泥泉、礫石洗滌機0.700.70起重機、掘土機、升降機0.250.70電焊機0.450.45建筑室內(nèi)照明0.801.0「?地住宅、辦公室照明0.10-0.701.0變電所0.50-0.701.0室外照明1.01.0用電設備組名稱'需要系數(shù)/"功率因數(shù)cos<p備;照明'0.7—0,810.9?0.95（就地神冷凍機房"0.65—0.750.8鍋爐房,熱力站0.65—0.750.75:水泵房0.6—0.7''0.8:通風機0.6?0.7'0.8電梯0.18-0,22'0.8:交流廚房0.35—0.450.85「洗衣房0.3-0.%0.85窗式空調(diào)0.35?0.450.8舞臺照明100—200kW200kW以上.<0.610-5..1.（1）定義：是按發(fā)熱條件選擇電氣設備的一個假定負荷，其產(chǎn)生的熱效應與實際變動負荷產(chǎn)生的最大熱效應應相等。根據(jù)計算負荷選擇的導體或電器，在運行中的最高溫升不超過導體或電器的溫升允許值。（2）物理意義：設有一電阻R的導體，在某一時間內(nèi)通過一變動負荷，其最高溫升達到t值，如果這一導體在相同時間內(nèi)通過一個不變的負荷，最高溫升也達到T值，那么這個不變負荷就稱為變動負荷的“計算負荷”，即“計算負荷”與實際變動負荷的最高溫升是等值的。一般把半小時平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷。作為按發(fā)熱條件選擇電氣設備的依據(jù)用Pj（Qj、Sj或Ij）表示。三、用“需要系數(shù)法”進行負荷計算需要系數(shù)法一般適用于計算用電設備組中設備容量差別不大的情況，其特點是計算簡單。設備容量的概念在供電系統(tǒng)的用電設備的銘牌都標有額定功率，但當設備的額定工作條件不同時，設備的實際輸出功率并不等于銘牌上的額定功率。額定功率（PN）是電氣設備銘牌中注明的功率，它是制造廠家根據(jù)電壓等級要求選用適當?shù)慕^緣材料，在額定條件下允許輸出的機械功率，即電氣設備在此功率下，其溫升均不會超過允許的溫升。設備容量又稱設備功率，是指換算到統(tǒng)一工作制下的“額定功率”，用Pe表示，即當電氣設備上注明的暫載率不等于標準暫載率時，要對額定功率進行換算到標準暫載率下。用電設備的工作制的劃分電氣設備按工作制劃分為三種：（1）長期工作制（S1）:即連續(xù)運行工作制，指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，設備連續(xù)運行，設備的任何部分的溫升均不超過允許值；（2）短時工作制（S2）:即短時運行工作制，指設備的運行時間短而停歇時間長，設備在工作時間內(nèi)的發(fā)熱量不足以達到穩(wěn)定的溫升，而在停歇時間內(nèi)足夠冷卻到環(huán)境溫度；（3）斷續(xù)工作制（S3）:即重復短時工作制，指設備以斷續(xù)方式反復進行工作，工作時間（tg）與停歇時間（tr）交替進行，用暫載率JC%或￡表示（本書采用￡）,定義為工作時間tg￡%=X100%=X100%工作周期tg+tr根據(jù)國家技術(shù)標準規(guī)定，工作周期tg+tr以10min為依據(jù)，起重專用電動機（YZ、YZR系列）的標準暫載率為15%、25%、40%、60%四種，銘牌上均按40%工作制標注的；電焊設備的標準暫載率為50%、65%、75%、100%四種。3.電力負荷計算程序圖2-2供電系統(tǒng)中具有代表性的各點的電力負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的計算負荷。4.對單臺設備供電的支線（圖2-2中的G點）的計算即用電設備的設備容量（Pe）的確定。對不同工作制的用電設備，其設備容量應按下列方法確

式中Pe——換算到￡%=100%時電焊設備的設備容量，kW；銘牌暫載率，以百分值代入公式;PN——直流電焊機的銘牌額定功率，kWSN——交流電焊機的銘牌額定視在功率，kVA；cos?——電焊設備的銘牌額定功率因數(shù)。（4）照明設備的設備容量1）白熾燈、碘鎢燈設備容量等于燈泡上標出的額定功率，kW。2）帶鎮(zhèn)流器的熒光燈的設備容量為1.2倍的額定功率kW，電子型起動的熒光燈的設備容量為熒光燈燈管的額定功率。3）高壓水銀燈、金屬鹵化物燈其設備容量為1.1倍的額定，功率，kW。（5）不對稱單相負荷的設備容量1）多臺單相設備應均勻地分配在三相上；2）在計算范圍內(nèi)，若單相設備的總?cè)萘啃∮谌嘤秒娫O備總?cè)萘康?5%時，可按三相平衡分配負荷考慮；3）如單相用電設備不對稱容量大于三相用電設備總?cè)萘康?5%時，則設備容量應按三倍最大相負荷計算。（6）短時工作制設備的設備容量為零。無功計算負荷Qe=Petg?式中tg?銘牌給出的對應于cos?的正切值；Pe——有功計算負荷，kW。5.確定用電設備組（圖2-2中的F點）的有功計算負荷（PFj）、無功計算負荷（QFj）和計算容量（SFj）將各用電設備組計算負荷按有功功率和無功功率分別相加，計算公式如下:PEj=PFj1+PFj2+,,,,+PFjn=^PFjii=1nQEj=QFj1+QFj2+,,,,+QFjn=ZQFjii=122+QEjSEj=PEjn7.低壓母線（圖2-2中的D點）的計算負荷在確定低壓母線的計算負荷時，應該考慮各干線最大負荷不可能同時出現(xiàn)的影響，應引入一個同時工作系數(shù)，故母線的計算負荷為PDj=kP注EjiQDj=kQZQFjii=122+QDjSDj=PDjmi=1n同時工作系數(shù)一般在0.7?1.0之間，當母線出線干線數(shù)量較多時kP和kQ取較小值，反之取較大值。表2-3給出了kP的數(shù)值。應用范圍虹一、確定車間變電所低壓母線的最大負荷時，所采用的有功負荷同時[:作系數(shù)二1.冷加工車間0.70—0.2,額外加上車:間0.70—0.3.動力站〔包括冶金匚業(yè)各種車間的電磁站）0.80—1二、確定企業(yè)配電所母線或總降壓變電所低床母線的最大負荷時，所采用的有功務荷同時「作系數(shù)：1?計算負荷小于500kW0.90-1A計算負荷為500—lOOOOkW0.853?計算負荷超過lOOOOkW0.80P這幾點的計算負荷只需要在D點負荷的基礎上考慮相應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點的計算負荷：PCj=PDj+APb+APlQCj=QDj+AQb+AQl22+QCjSCj=PCjPAj=PBj+APbQAj=QBj+AQb22+QAjSAj=PAjB點的計算負荷：PBj=kPZPCjQBj=kQZQCji=122+QBjSBj=PBjmi=1m式中AP1、AQl―10kV配電線路的有功和無功損耗；APb、AQb―變壓器的有功和無功損耗，一般按估算值確定：APb=0.012SjAQb=0.006Sj式中Sj分別代表上一計算點的計算容量，如計算C點的APb、AQb應代入D點的SDj；計算A點的APb、AQb應代入B點的SBj。四、負荷密度估算法負荷密度估算法是已知不同類型的負荷在單位面積上的需求量，乘以建筑面積或使用面積

得到的負荷量。如某餐廳面積為200m，負荷密度為120VA/m2，則此餐廳的負荷量是24kVA。W.a--LZ?.3]ar.a-LE9.aN-in50-Efl<C=1W-JTO＞：.=蚯袖部4il眈洶牝'W.a--LZ?.3]ar.a-LE9.aN-in50-Efl<C=1W-JTO＞：.=蚯袖部4il眈洶牝'廣Ifci岫_2_舊J-61.h51]C7.figi-jor.ar-W-Cll]^2--LEiL.5:KI.G-2fi8.j■M.6

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笑、方Zail.1-2M.BJCLJ3<17.6加空調(diào)向西其他64.5L可院26.9075.110Z洗衣「強8-107.653,8-161.586.1.1汽車修理53.853.853.8—75.4銀行帳房64.6?86.121.6-32.375.4-107.6計算機房43.1?64.621.5161.5-322.9控制室26.93464.6加空調(diào)向西其他64.5劇院'26.9075.1102.洗衣「■'53.8-107.6'5&8-161.586.1.1汽車修理'53.853.853.8—75,4銀行帳房64.6?86.121.6-32.375.4-107.6計算機房43.1-64.621.516L5-322.9控制室26.95.464..6建筑類別裝置指標（VA/m:）住宅建筑30?40公寓建筑50-70旅館建筑60-100辦公建筑80—12商業(yè)建筑—般、60-120大中型$100-200容量和臺數(shù)。表2-5是變壓器裝置指標。五、單位指標法單位指標法是已知不同類型的負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荷量。K-N1000式中K―單位指標，W/床、或W/戶；N—核算單位的數(shù)量。六、單相負荷的計算單相負荷應盡可能均勻分配在三相上。當計算范圍內(nèi)單相用電設備容量之和小于總設備容量的15%時，可按三相平衡負荷計算。單相負荷接在相電壓Pj=3P^max式中Pj——三相等效計算負荷，kW；P^max——三個相負荷中最大的相負荷，kW。單相負荷接在線電壓Pj=Plmax式中Pj——三相等效計算負荷，kW；Plmax——三個線負荷中最大的線負荷，kW。七、沖擊負荷的計算短期負荷的計算短期性負荷一般不應當計入正常負荷計算，因為計入正常負荷后會使變壓器的負荷率降低，增加工程費用。（1）季節(jié)性負荷季節(jié)性負荷如冬季采暖和夏季空調(diào)，雖然不是同時使用，但一旦進入使用期，則連續(xù)運行的時間較長，這種負荷應取較大值計入正常的負荷計算。(2)臨時性負荷對于臨時性負荷，如大型實驗設備、事故處理設備等，此類設備投入運行的時間相對較短(一般在0.5?2.0小時)，故不應計入正常的負荷計算中。但應校驗當這類設備投入運行時，變壓器、開關(guān)及供電線路等不得超過其短時過負荷允許值(包括變壓器的短時過載能力)。沖擊負荷在配電系統(tǒng)中沖擊負荷出現(xiàn)最多的是電動機的瞬時起動這一時刻。電動機起動的電流一般是其額定電流的4?7倍，一旦起動完成，電動機立即恢復到正常的額定電流。由于此負荷存在的時間較短，一般不計入正常的負荷計算中。但應校驗此沖擊負荷對變壓器、線路、開關(guān)的保護設備是否能準確動作。八、住宅建筑的負荷計算1.普通住宅每戶用電負荷的標準根據(jù)《住宅設計規(guī)范》(GB50096-1999)中規(guī)定，住宅的電氣負荷計算不是按照燈具、插座等電氣設備的容量進行計算，而是按照住宅的每套的類型可類別進行計算的。表2-6是每套住宅的電力負荷和電度表的規(guī)格。套型居住空間數(shù)(個)使用-面積用電負荷標準＜w)單相電能表的規(guī)?一類2342.5"5(20)r3452.55(20)三類3歐4.010(40)四類4684.010(.40)(1)每條配電干線采用單相220V供電的多層住宅，進行負荷計算所需的一些參數(shù)在表2-7中列出。套型居住空間數(shù)（個）使用面積（新）用電負荷標準曲）單相電影表的規(guī)■■一類2342.55(20)二類3452.55(20)三美3564.010(40)四類4684.010(40)組合戶數(shù)乾禰1基本戶6基本戶9基本戶12設備容量（kW）21S需要系數(shù)（kJ1,0.7S0.65計算容量（kW）29.11.7表2-8采用三相380V供電的住宅住宅種類及戶數(shù)12基本戶名多層住宅18基本戶21基本戶24基本戶高層住宅32基本戶36基本戶稱設備容量（kW243642486072需用系數(shù)（kx0.950.750.730.660.580.5計算容量（kW22.82730.731.734.836功率因數(shù)（cos0.90.90.90.90.90.9計算電流（A38.445.551.653.458.660.6低壓斷路器的規(guī)格（A63/5263/6363/63100/80100/80100/802導線截面（銅導體mm1625253535353.需要系數(shù)的確定當以基本戶型（二類戶型為計算負荷的依據(jù)時，需用系數(shù)的確定可參考表2-9中的數(shù)據(jù).表2-9需要系數(shù)的確定需要系數(shù)按單相配電計算時所連接的基本戶數(shù)按三相配電計算時所連接的基本戶數(shù)通用值可采用值＜39114120.950.956180.750.88240.660.710300.580.6512360.50.614420.480.5516480.470.5518540.450.521630.430.524720.410.4525?10075?3000.40.45125?200375?6000.330.35260?300780?9000.260.34.高級公寓的電氣設計（1每戶建筑面積在100?200m2時用電標準為10?15kW.（2配電干線負荷計算的需用系數(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Pcos=——S式中——功率因數(shù)角,它是相電壓與對應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)是指在一個月內(nèi)功率因數(shù)的平均值，它是電力部門每月征收電費時，作為調(diào)整收費標準的依據(jù).其值可由有功電能表(kWh及無功電能(kvarh表的月積累數(shù)字求得cosOav=WPWP2+WQ2=11+(WQ2WP式中WP--有功電能表月積累數(shù)(kWhWQ--無功電能表月積累數(shù)(kvarh3.最大功率因數(shù)最大功率因數(shù)是最大計算負荷Pjmax與最大計算容量Sjmax的比值確定的，即Pjmaxcos=Sjmax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)為電感性負載,致使功率因數(shù)偏低.當有功功率為一定值時,cos愈小(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.1.降低了供電設備(電源的供電能力降低了供電設備(電源供電設備(電源的供電能力(容量是用視在功率S來表示的.當供電設備的容量一定時，如果用戶負載的功率因數(shù)過低，其無功功率就會過大,致使供電設備輸出的有功功率減少，于是降低了供電設備的供電能力.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P=3I2Rx10-3(kW式中I——供電線路中的電流,A;R——供電線路中的線路電阻,；P——供電線路中的有功損耗,kW.當用電設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，從而影響用電設備的正常運轉(zhuǎn).民用及一般工業(yè)建筑的功率因數(shù)指標應達到下列規(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，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)標準均規(guī)定按0.95設計.(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)的方法提高用電設備的功率因數(shù),一般采用如下措施:(1合理選擇電動機的容量,使其接近滿載運轉(zhuǎn).(2對實際負載不超過額定容量40%的電動機,應更換為小容量的電動機.(3合理安排和調(diào)整工藝流程,改善用電設備的運轉(zhuǎn)方式,限制感應電動機空載運轉(zhuǎn).(4正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負載率(一般為75%?80%比較合適.對于負載率低于30%變壓器，應予以更換.(5對于負荷率在0.6?0.9的繞線式電動機，必要時可以使其同步化，這時電動機可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率.2.人工補償改善功率因數(shù)當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,應采用人工補償方法，利用專門的補償設備來提高功率因數(shù).通常采用的方法有:(1采用同步電動機補償，使用同步電動機在過激磁(overexcited方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.8?0.9時,向供電系統(tǒng)輸出無功功率,用來補償用感性電設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