第2章建筑供配电的负荷计算

用电设备的主要特征负荷曲线及计算负荷第二章建筑供配电的负荷计算计算负荷的意义和计算目的求计算负荷的方法负荷计算方法的应用范围及评价供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算第一节计算负荷的意义和计算目的原始资料计算负荷负荷计算主要包括：（1）求计算负荷，也称需用负荷目的是为了合理的选择供配电系统各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。（2）求尖峰电流“加工”为什么不能简单地用设备额定容量做为计算负荷，选择导体和各种供电设备呢?计算电压波动、电压损失、选择熔断器和保护元件等。（3）求平均负荷计算供配电系统中电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。第二节用电设备的主要特征直流、交流按电压高低分：按电流性质分：低压——额定电压在1000V及以下高压——额定电压在1000V以上按频率分：低频（50Hz以下）工频（50Hz）中频（50~1000Hz）高频（1000Hz以上）按工作制分：连续运行、短时运行和反复短时运行1、连续运行工作制工作时间较长，连续运行的用电设备2、短时运行工作制工作时间短，停歇时间相当长3、反复短时工作制有规律性的、时而工作、时而停歇、反复运行暂载率：%1000tttJCww足以使之达到热平衡状态确定各种设备容量的方法：（1）对于连续运行工作制的用电设备设备容量即等于其额定功率（2）对于短时运行工作制的用电设备将设备在某一暂载率下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂载率下的功率2）电焊机统一换算到JC=100%JCSJCJCPPNNecos1001）电动机统一换算到JC25=25%NNNNeJCPJCJCPP225（3）对于反复短时工作制的用电设备（4）照明的设备容量1）对白炽灯和碘钨灯的设备容量是指灯泡上标出的额定功率（W）310NePP（kW）2）对气体放电灯的设备容量是指灯管（W）加镇流器中的功率损失310)2.1~1.1(NePP（kW）3）对不同性质的建筑物估算照明的设备容量，可采用单位面积照明容量法来计算1000SPe（kW）ω——照明单位容量（单位安装功率，W/m2）第三节负荷曲线及计算负荷表示一组用电设备的用电功率随时间变化关系的图形负荷性质：有功负荷曲线和无功负荷曲线负荷持续工作的时间：日负荷曲线和年负荷曲线一、负荷曲线图2-1某厂日负荷曲线年持续负荷曲线的绘制年每日最大负荷曲线二、与负荷计算有关的几个物理量（一）年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷：全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值年最大负荷利用小时数：是一个假想时间，在此时间内，用户按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于全年实际消耗的电能。mpmPWTPmax8760Tmax0P/kWt/h年负荷曲线最大工作班：是指一年中最大负荷月份内最少出现2~3次的最大负荷工作班，而不是偶然出现的某一个工作班。mqmQWT)(无功（二）平均负荷和负荷系数平均负荷：电力用户在一段时间内消耗功率的平均值tWPpav年平均负荷hWPpav8760Pmax87600P/kWt/h年负荷曲线Pav负荷系数：平均负荷与其最大负荷的比值。mavPPmavQQ（三）需用系数emdPPK11rLdKKK（三）利用系数三、计算负荷定义eavuPPK定义：是按发热条件选择导体和电器设备时使用的一个假想负荷其物理意义：按计算负荷持续运行所产生的热效应与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等通常规定取30min平均最大负荷P30、Q30和S30作为该用户的“计算负荷”，并用Pc、Qc、Sc分别表示其有功、无功和视在计算负荷。为什么取用“30min平均最大负荷”呢?Pc=P30=PmQc=Q30=QmSc=S30=Sm第四节求计算负荷的方法一、按需用系数法确定计算负荷（一）用电设备组的计算负荷用电设备组：由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成组的用电设备计算公式:edcPKP有功计算负荷tanccPQ无功计算负荷22cccQPS视在计算负荷NccUSI3计算电流例：已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10台。试求其计算负荷。解：此机床组电动机的总容量为Pe=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5kW×10=120.5kW查表得Kd=1.6~0.2(取0.2),cosφ=0.5,tanφ=1.73。kWkWPc1.245.1202.0有功计算负荷var7.4173.11.24kkWQc无功计算负荷kVAkWSc2.485.01.24视在计算负荷AkVkVAIc2.7338.032.48计算电流（二）多组用电设备计算负荷的确定同时系数KΣ总的有功计算负荷为mieidicPKKP1)(总的无功计算负荷为)tan(1imieidicPKKQ总的视在计算负荷为22cccQPS总的计算电流为NccUSI3如果在低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组时，则低压母线上的无功计算负荷应为：cimieidicQPKKQ)tan(1例：某机工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，其中较大容量电动机11kW1台，7.5kW3台，4kW6台，其它为更小容量的电动机。另有通风机3台，共5kW；电葫芦1个，3kW（JC=40%）。试确定各组的和总的计算负荷。解：先求各组的计算负荷（1）机床组查表得Kd=0.18~0.25（取Kd=0.25），cosφ=0.5，tanφ=1.73，因此Pc(1)=0.25×85kW=21.3kWQc(1)=21.3kW×1.73=36.8kvarSc(1)=21.3kW/0.5=42.6kV·AIc(1)=42.6kVA/（×0.38kV）3=64.7A（2）通风机组查表得Kd=0.7~0.8（取Kd=0.8），cosφ=0.8，tanφ=0.75，因此Pc(2)=0.8×5kW=4kWQc(2)=4kW×0.75=3kvarSc(2)=4kW/0.8=5kV·AIc(2)=5kVA/（×0.38kV）3=7.6A（3）电葫芦查表得Kd=0.1~0.15（取Kd=0.15），cosφ=0.5，tanφ=1.73，而JC=25%，故Pe(JC=25%)=3kW×24.0=3.79kW因此Pc(3)=0.15×3.79kW=0.569kWQc(3)=0.569kW×1.73=0.984kvarSc(3)=0.569kW/0.5=1.138kV·AIc(1)=1.138kVA/（×0.38kV）3=1.73A因此总计算负荷（取KΣ=0.9）为：Pc=0.9×（21.3+4+0.569）kW=23.28kWQc=0.9×（36.8+3+0.984）kvar=36.71kvarSc=2271.3628.23kV·A=43.47kV·AI30=43.47kVA/（×0.38kV）3=66.05A二、按二项式法确定计算负荷（一）同一工作制的单组用电设备的计算负荷xeccPbPP（二）不同工作制的多个用电设备组的计算负荷总的有功计算负荷mxmieiiccPPbP)()(1总的无功计算负荷xmxmiieiiccPPbQtan)()tan(1bPe表示用电设备组的平均负荷，其中Pe是用电设备组的设备总容量，其计算方法与需用系数法相同；cPx表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是x台最大设备的设备容量。三、计算负荷的估算方法（一）单位产品耗电量法年电能需要量Wa=ωnmamTWP最大有功功率（二）负荷密度法APav（三）其他估算法若已知企业或车间的其他指标，如设备每1kW安装功率所需要的平均电量α（单位为kW·h/kW），则aNavTPP/四、民用建筑负荷计算（一）普通中小学负荷计算1.照明负荷采用需用系数法计算。2.一般用电插座每个可按100W计算，实验室用电插座除特殊要求外每个可按50W计算。3.教学楼负荷需用系数可根据教室与实验室的比例和插座设置的数量在0.6~0.9范围内选取。4.全校照明负荷需用系数可在0.5~0.8间选取。5.全校如有动力负荷时，一般可采取负荷分析的方法，了解设备运行工况，确定计算负荷。风机的负载率可取0.75~0.85，水泵的负载宰可取0.7~0.8。（二）高层住宅、办公及科研建筑负荷计算（三）高层旅游宾馆、饭店动力负荷计算现代高层建筑的动力负荷计算方法，基本上都采用负荷密度法和需用系数法。其最大优点是：方法简便、精度能够满足工程要求，关键在于正确选用系数值。现代高层旅游建筑的同期需用系数在0.6~0.7之间，负荷密度约在50~100VA/m2之间，这些参数的大小与建筑规模、标准要求、管理方法以及有关空调设备等许多因素有关。五、单相负荷计算（一）单相用电设备仅接于相电压等效三相负荷取最大相负荷的三倍mNeqPJCSP3cos3（二）单相用电设备仅接于线电压先将各线间负荷相加，选取其中负荷较大两项进行计算。当Pab≥Pbc≥Pca时，则取Pab、Pbc两项当Pbc＞0.15Pab时，Peq=1.5(Pab+Pbc)当Pbc≤0.15Pab时，Peq=Pab3当只有Pab、Pbc=Pca=0时，Peq=Pab3（三）一般情况Pa=Pab·p(ab)a+Pca·p(ca)aQa=Pab·q(ab)a+Pca·q(ca)aPb=Pab·p(ab)b+Pbc·p(bc)bQb=Pab·q(ab)b+Pbc·q(bc)bPc=Pbc·p(bc)c+Pca·p(ca)cQa=Pbc·q(bc)c+Pca·q(ca)cPeq=3·P∑mQeq=3·Q∑m第五节负荷计算方法的应用范围及评价在实际的建筑工程供电设计中，广泛采用需用系数法需用系数法普遍用于方案估算、初步设计和工厂大型车间变电所的施工设计。考虑了用电设备数量和大容量设备对计算负荷的影响一般用于低压分支线或干线计算负荷的确定在建筑方案设计阶段，可采用建筑面积负荷密度法进行负荷估算。在建筑施工阶段设计时，可采用需用系数法进行复核。在制定建厂规划或初步设计时，在尚无具体设备参数和工艺加工流程情况下，可采用单位产品耗电量法或生产面积负荷密度法估算全厂和车间的负荷。第六节供配电系统的功率损耗与电能需要量计算线损率：供电系统在传输电能过程中、线路和变压器损耗电量占总供电量的百分数。一、供电线路的功率损耗lrR0lxX032103RIPC（kW）32103XIQC（kvar）32223221010RUQPRUSPNccNc（kW）（kvar）32223221010XUQPXUSQNccNc二、变压器的功率损耗（一）有功功率损耗铁耗、铜耗2TNcTNCuTOTSSPPP（二）无功功率损耗2TNcTNTOTSSQQQTNTOTOSIQ100%TNkTNSuQ100%TNTSP02.0TNTSQ)10.0~08.0(（kW）（kvar）三、供配电系统年电能损耗最大负荷损耗时间τ的物理意义为：当线路或变压器中以最大负荷电流Ic梳过τ小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化电流时的电能损耗相等。（一）线路年电能损耗llPW（kW·h）（二）变压器年电能损耗2TNcTNCuTWTOTSSPtPW四、线损率和年电能需要量计算（一）线损率计算%100全年总供电量全年线损电量线损率%100（二）年电能需要量计算22qpG10.5kVT1WL1T2WL2220/38.5kVG6.3kVT1110kVT310kV电网T2220/380V电网WL1G6kVT135kVT36kV电网T2220/380V电网