负荷分级及计算

第3册第5章负荷分级及计算本章内容概述本章内容包括两部分，即负荷分级的原则及供电要求和负荷的计算方法负荷分级的原则及供电要求包括：负荷按重要性分级的原则和一~三级负荷供电要求。负荷的计算方法包括：负荷计算的内容和目的、负荷计算的方法及用途、设备功率的确定、需要系数法确定计算负荷、利用系数法确定计算负荷、二项式法确定计算负荷、单位功率法和单位指标法确定计算负荷、单相负荷计算和功率损耗计算。本章考试大纲要求掌握：负荷分级的原则及供电要求掌握：负荷的计算方法电气专业要了解的基本知识电力系统组成组成：发电—变电—输电—配电—用电要解决的四个方面的问题：电、磁、热、机。与本章相关的规程规范和手册《供配电系统设计规范》GB50052—1995《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16—92《工业和民用配电设计手册》(第二版)水利电力出版社，1994一、负荷分级的原则及供电要求（掌握）1、负荷按重要性分级的原则a)一级负荷b)二级负荷c)三级负荷•负荷的分级在《工业和民用配电设计手册》中有级别表。2、一~三级负荷供电要求1、负荷按重要性分级的原则按重要性分级的原则电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定。常用重要电力级别1、负荷按重要性分级的原则符合下列情况之一时，应为一级负荷1)中断供电将造成人身伤亡时。2)中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国家经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。1、负荷按重要性分级的原则特别重要的负荷•在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。1、负荷按重要性分级的原则符合下列情况之一时，应为二级负荷：1)中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品所废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。2、一~三级负荷供电要求一级负荷供电要求•一级负荷的供电电源应符合下列规定：•1）一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。•2）一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。2、一~三级负荷供电要求二级负荷供电要求•二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。三级负荷供电要求•三级负荷对供电无特殊要求，一般按其容量大小决定。下列电源可作为应急电源一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，下列电源可作为应急电源。•1）独立于正常电源的发电机组。•2）供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。•3）蓄电池。•4）干电池。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源•1）允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。•2）自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。•3）允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。1、负荷计算的内容和目的2、负荷计算的方法及用途3、设备功率的确定4、需要系数法确定计算负荷5、利用系数法确定计算负荷6、二项式法确定计算负荷7、单位功率法和单位指标法确定计算负荷8、单相负荷计算9、功率损耗计算二、负荷的计算（掌握）1、负荷计算的内容和目的1)计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30min的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（稳态负荷）2)尖峰电流指单台或多台用电设备持续1s左右的最大负荷电流。一般取启动电流的周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。(暂态负荷）3)平均负荷为某段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。(等效负荷）2、负荷计算的方法及用途负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法、二项式法、1)需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。2)利用系数法。采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算进程稍繁。由于计算器的普遍使用，本方法必将被广泛采用。2、负荷计算的方法及用途3)二项式法。将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响，适用于机修类用电设备计算，其他各类车间和车间变电所施工设计亦常采用，二项式法计算结果一般偏大。4)单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。前两者多用于民用建筑，后者适用于某些工业，用于可行性研5)对于台数较少(4台及以下)的用电设备。3台及2台用电设备的计算负荷，取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷，取设备功率之和乘以0.9的系数。3、设备功率的确定•进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电•用电设备的额定功率Pr或额定容量Sr是指铭牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率，即设备功率PN。1)2)短时或周期工作制电动机(如起重机用电动机等)的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率。•当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为25%kWPPPrrrrN,225.04、需要系数法确定计算负荷1)用电设备组的计算负荷及计算电流：有功功率无功功率视在功率计算电流kWPKPNrjs,var,ktgPQjsjskVAQPSjsjsjs,22AUSIrjsjs,34、需要系数法确定计算负荷2)配电干线或车间变电所的计算负荷：有功功率无功功率视在功率kWPKKPNXPjs),(kVAQPSjsjsjs,22var),(ktgPKKQNXPjs4、需要系数法确定计算负荷3)配电所或总降压变电所的计算负荷，为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数K∑p和K∑q。对配电所的K∑p和K∑q分别取0.85～1和0.95～1，对总降压变电所的K∑p和K∑q分别取0.8～0.9和0.93～0.97。•当简化计算时，同时系数K∑p和K∑q都取K∑p值。5、利用系数法确定计算负荷•用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，而后算出结果。1)用电设备组在最大负荷班内的平均负荷：有功功率无功功率K1见表5-2-6kWPKPNP,1var,ktgPQPP5、利用系数法确定计算负荷2)平均利用系数为3)用电设备的有效台数nyx是将不同设备功率和工作制的用电设备台数换算为相同设备功率和工作制的等效值。故NPlpPPK212)(NNYXPn5、利用系数法确定计算负荷4)计算负荷及计算电流：有功功率无功功率视在功率计算电流kWPKPPmjs,var,kQKQPmjskVAQPSjsjsjs,22var,3kUSINjsjs5、利用系数法确定计算负荷•3台及以下用电设备的计算有功功率取设备功率总和。•3台以上用电设备，而有效台数小于4时，计算有功功率取设备功率总和，再乘以0.9系数。•多数情况下车间变电所低压母线上的负荷，其平均利用系数K1p为0.2～0.6，有效台数nyx相应为50～12及以上，持续时间0.5h的最大系数Km为1.05～1.23，则相应于母线t≥1h的最大系数Km(t)，按上式计算不大于1.035～1.16。6、二项式法确定计算负荷•对于单个和多个用电设备组(车间变电所或配电干线)的计算负荷，分别按下述方法进行计算。1)单个用电设备组的计算负荷：有功功率无功功率SNjsbPcPPtgPQjsjs6、二项式法确定计算负荷2)多个用电设备组的计算负荷：有功功率无功功率视在功率计算电流SNjsbPcPPmax)()()(maxtgbPtgcPPSnNjs22jsjsjsQPSrjsjsUSI37、单位功率法和单位指标法确定计算负荷1)单位面积功率(或负荷密度)法。单位面积法计算有功功率的公式为2)单位指标法。单位指标法计算有功功率的公式为kWSPPNjs,1000'kWNPPNjs,1000'8、单相负荷计算1.1)单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。2)在进行单相负荷换算时，一般采用计算功率。对需要系数法，计算功率即为需要功率；对利用系数法，计算功率为平均功率；当单相负荷均为同类用电设备时，则可直接采用设备功率计算。8、单相负荷计算2.单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法，对于既有线间负荷又有相负荷的情况，计算步骤如下：1)先将线间负荷换算为相负荷。2)各组负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。8、单相负荷计算2.单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法：1)只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两项数据进行计算。2)只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。3)当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15%时，按三相平衡负荷计算，不需换算。9、功率损耗计算1.三相线路中有功及无功功率损耗：1)有功功率损耗2)无功功率损耗2.电力变压器的有功及无功功率损耗：1)有功功率损耗2)无功功率损耗kWRIPjs,103321var,103321kXIQjskWSSPPPrjskT,)(20var,)(20kSSQQQrjskT单项选择题1.不同负荷等级的供电要求，下列条件中哪组是正确？Ⅰ.一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障，另一个电源不应同时受到损坏。Ⅱ.一级负荷中特别重要负荷，除一个正常电源供电外，尚应增设应急电源。Ⅲ.二级负荷宜由两回线路供电。Ⅳ.同时供电的两回及以上供配电线路中，一回路中断供电时，其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷。AⅠ、ⅡBⅠ、Ⅱ、ⅢCⅠ、Ⅲ、ⅣDⅡ、IV答案：C单项选择题2.某加工厂有小批生产的冷加工机床组,接于380V线路上的三相交流电动机:5kW的6台,4.5kW的8台,2.8kW的15台(设备均为同一类型，其需要系数0.16.cosΦ=0.5.)。用需要系数法计算线路负荷为（）。A.108kVA。B.29.89kVA。C.17.28kVA。D.34.56kVA。◆答案：D题解：Pe=5*6+4.5*8+2.8*15=108kWPis=108*0.16=17.28kWQis=17.28*1.73=29.89kvarSis=(17.282+29.892)1/2=34.56kVA