建筑供配电 第二章 建筑供配电的负荷计算

第二章建筑供配电的负荷计算第二章建筑供配电的负荷计算第一节计算负荷的意义和计算目的在进行建筑供配电设计时，基本的原始资料有各种用电设备的产品铭牌数据（如额定容量、额定电压）、建设规模、负荷密度等，这是设计的依据。但是，这些原始资料要变成供配电系统设计所需要的假想负荷——计算负荷，才能进行设计。不能简单地用设备额定容量做为计算负荷，这是因为所安装的设备并非都同时运行；运行着设备的负荷性质不同；同类设备实际负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。

求计算负荷的这项工作称为负荷计算。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、主接线、变压器容量和电器设备型号等。

(2)求尖峰电流。用于计算电压波动、电压损失、选择熔断器和保护元件等。

(3)求平均负荷。用来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。求计算负荷意义重大，估算过高，导致有色金属的浪费和工程投资的增加。反之，如估算过低，又会使供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供配电系统的正常可靠运行。第二章建筑供配电的负荷计算第二节用电设备的主要特征按工作制分有连续运行、短时运行和反复短时运行三类。

(1)连续运行工作制：是指工作时间较长，连续运行的用电设备，绝大多数用电设备属于此类工作制。如通风机、压缩机、各种泵类、照明、各种电炉、机床、电解电镀设备等。

(2)短时运行工作制：是指工作时间短，停歇时间相当长的用电设备的工作制。如金属切削机床用的辅助机械(横梁升降，刀架快速移动装置等)、水闸用电机等，这类设备的数量很少，不计入计算负荷。第二章建筑供配电的负荷计算(3)断续周期工作制：这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，好像有固定周期一样，而工作周期一般不超过10min。此设备有两种：电焊用变压器和吊车、行车用电动机。断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”(又称暂载率)来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用JC（ε）表示，即设备容量的计算负荷计算不考虑备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。1．对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。2．对断续周期工作制的用电设备组设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。第二章建筑供配电的负荷计算第三节负荷曲线及计算负荷一、负荷曲线负荷曲线是用来表示用电功率随时间变化关系的图形。它反映了用户用电的特点和规律。该曲线绘制在直角坐标系内，纵坐标表示电力负荷，横坐标表示时间（小时为单位）。根据纵坐标表示的负荷性质不同，可分有功负荷曲线和无功负荷曲线。根据横坐标表示的持续工作时间的不同，又可分为负荷班、日、星期、月、季度和年负荷曲线。日负荷曲线代表用户一昼夜(0时～24时)实际用电负荷的变化情况。如图2-1(a)所示。年负荷曲线代表用户全年(8760h)内用电负荷变化规律。负荷曲线按负荷对象分，有单位的、大楼的或某类设备的负荷曲线。通常，为了使用方便，负荷曲线多绘制成阶梯形。如图2－1(b)为某工厂的阶梯形的日负荷曲线。第二章建筑供配电的负荷计算年负荷曲线1、负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图2-2c所示，全年按8760h计。上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线(图2-3a)和冬日负荷曲线(图2-3b)来绘制。其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地认为夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地认为夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线(图2-2c)，其中P1在年负荷曲线上所占的时间T1=200(t1+t1′)，P2在年负荷曲线上所占的时间T2=200t2+165t2′，其余类推。第二章建筑供配电的负荷计算

年负荷曲线的另一种形式，是按全年每日的最大负荷(通常取每日最大负荷的半小时平均值)绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图所示。横坐标依次以全年十二个月份的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压器的变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。第二章建筑供配电的负荷计算二、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是指全年中最大工作班内半小时（30分钟）平均功率的最大值，并用符号Pm、Qm和Sm分别表示年有功、无功和视在最大负荷。半小时（30分钟）平均最大功率P30

所谓最大工作班，是指一年中最大负荷的工作班次，最大负荷最少出现2～3次的最大负荷，而不是偶然出现的某一个工作班。

年最大负荷利用小时数Tm，是一个假想时间。其物理意义是，如果用户以年最大负荷(如Pm)持续运行Tmh，则所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。如图2-3(c)所示，年持续负荷曲线与两轴所包络的面积，等于Pm与Tm的乘积(即面积I等于面积Ⅱ)，所以Tm可表达为：年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂，Tmax≈1800～3000h；两班制工厂，Tmax≈3500～4800h；三班制工厂，Tmax≈5000～7000h。第二章建筑供配电的负荷计算(二)平均负荷和负荷系数

(1)平均负荷是指电力用户在一段时间内消耗功率的平均值，记作Pav，Qav，Sav如图所示为平均有功负荷，其值为用户在由0到t时间内所消耗的电能Wp(kWh)除以时间t，即：

(2)负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pm的比值.

对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。负荷系数通常以百分值表示。负荷系数(负荷率)的符号有功负荷率用α、无功负荷率用β表示，即：第二章建筑筑供配电的的负荷计算算(三)需用系数在供配电系系统设计和和运行中，，常使用需需用系数Kd，其与Pm、Pe的关系为：：需用系数是是一个综合合系数，Kd只能靠测量统计计确定。上述述各种因素素可供设计计人员在变变动的系数数范围内选选用时参考考。表2-3为某些工厂厂的全厂需需用系数及及功率因数数。表2-4为用电设备备组的需用用系数。表表2-5为照明用电电设备需用用系数。表表2-6电气光源的的功率因数数。表2-7为民用建筑筑用电设备备需用系数数；表2-8为单机负载载率。(四)利用系数（（不讲）第二章建筑筑供配电的的负荷计算算三、计算负负荷定义求计算负荷荷，也称需需用负荷。。目的是为了了合理的选选择供配电电系统各级级电压供电电网络、主主接线、变变压器容量量和电器设设备型号等等。如何选？用用按发热条条件选择供供电系统中中各元件的的负荷值。。根据计算负负荷选择的的电气设备备和导线电电缆，如果果以计算负负荷连续运运行，其发发热温度不不会超过允允许值。第二章建筑筑供配电的的负荷计算算一般选P30作为Pm，作为计算算负荷使用用。原因（1）选择设备备时要考虑虑到最严重重的情况下下也能正常常运行。（（最大负荷）（2）由于导体体通过电流流达到稳定定温升的时时间大约需需(3～4)τ，τ为发热时间间常数。截截面在16mm2及以上的导导体，其r≥10min，因此载流流导体大约约经30min(半小时)后可达到稳稳定温升值值。由此可见，，计算负荷荷实际上与与从负荷曲曲线上查得得的半小时时最大负荷荷P30(亦即年最大大负荷Pmax)是基本相当当的。所以以计算负荷荷也可以认认为就是半半小时最大大负荷。第二章建筑筑供配电的的负荷计算算第四节求求计算负负荷的方法法一、按需用用系数法确确定计算负负荷(一)三相用电设备组组的计算负负荷：公式例题第二章建筑筑供配电的的负荷计算算(二)多个用电设设备组的计计算负荷多个用电设设备组同时时工作，各各个用电设设备组的最最大负荷也也非同时出出现，因此此计算总负负荷时，应应再计入一一个同时系系数(或叫同期系系数，混合合系数)KΣ。具体计算算如下：第二章建筑筑供配电的的负荷计算算三、计算负负荷的估算算方法(一)单位产品耗耗电量法当已知企业业年生产量量为n，每生产单单位产品电电能消耗量量为ω(见表)，则：（二)负荷密度法法当已知车间间生产面积积或某建筑筑面积负荷荷密度ρ时，车间的的平均负荷荷或某建筑筑的平均负负荷可按下式式计算：(三)其他估算法法:第二章建筑筑供配电的的负荷计算算五、单相负负荷计算在工厂里，，除了广泛泛应用的三三相设备外外，还应用用有电焊机机、电炉、、电灯等各各种单相设设备。在民用中有有大量的单单相负荷。。单相设备接接在三相线线路中，应应尽可能均均衡分配，，使三相负负荷尽可能能均衡。1、如果三相线线路中单相相设备的总总容量不超超过三相设设备总容量量的15％，则不论论单相设备备如何分配配，单相设设备可与三三相设备综综合按三相相负荷平衡衡计算。2、如果单相相设备容量量超过三相相设备容量量的15％时，则应应将单相设设备容量换换算为等效效三相设备备容量，再再与三相设设备容量相相加。3、由于确定定计算负荷荷的目的，，主要是为为了选择线线路上的设设备和导线线(包括电缆)，使线路上上的设备和和导线在通通过计算电电流时不致致过热或损损坏，因此此在接有较较多单相设设备的三相相线路中，，不论单相设设备接于相相电压还是是线电压，，只要三相相负荷不平平衡，就应应以最大负负荷相有功功负荷的3倍作为等效效三相有功功负荷，以以满足安全全运行的要要求。（等等效原则））第二二章章建建筑筑供供配配电电的的负负荷荷计计算算单相相设设备备组组等等效效三三相相负负荷荷的的计计算算1．单单相相设设备备接接于于相相电电压压时时的的等等效效三三相相负负荷荷计计算算等等效效三三相相设设备备容容量量Pe应按按最最大大负负荷荷相相所所接接单单相相设设备备容容量量Pemφ的3倍计计算算，，即即等效效三三相相计计算算负负荷荷则则按按前前述述需需要要系系数数法法计计算算。。2．单单相相设设备备接接于于线线电电压压时时的的等等效效三三相相负负荷荷计计算算3．单单相相设设备备分分别别接接于于线线电电压压和和相相电电压压时时的的等等效效三三相相负负荷荷计计算算首先先应应将将接接于于线线电电压压的的单单相相设设备备换换算算为为接接于于相相电电压压的的设设备备容容量量，，然然后后分分相相计计算算各各相相的的设设备备容容量量和和计计算算负负荷荷。。总总的的等等效效三三相相有有功功计计算算负负荷荷为为其其最最大大有有功功负负荷荷相相的的有有功功计计算算负负荷荷P30mφφ的3倍，，即即总的的等等效效三三相相无无功功计计算算负负荷荷为为最最大大有有功功负负荷荷相相的的无无功功计计算算负负荷荷Q30mφφ的3倍，，即即第二二章章建建筑筑供供配配电电的的负负荷荷计计算算线电电压压的的单单相相设设备备容容量量换换算算为为接接于于相相电电压压的的设设备备容容量量1、负负荷荷均均摊摊法法：：即即2、系系数数法法：：第二二章章建建筑筑供供配配电电的的负负荷荷计计算算四、、民民用用建建筑筑负负荷荷计计算算照明明：：一般般用用电电插插座座每每个个可可按按100W计算算：：需要要系系数数：：按逐逐级级计计算算法法确确定定总总计计算算负负荷荷：：第二二章章建建筑筑供供配配电电的的负负荷荷计计算算第六六节节供供配配电电系系统统的的功功率率损损耗耗与与电电能能需需要要量量计计算算一、、供供电电线线路路的的功功率率损损耗耗三相相供供电电线线路路的的有有功功功功率率损损耗耗△△P，无无功功功功率率损损耗耗△△Q分别别按按下下式式计计算算：：第二二章章建建筑筑供供配配电电的的负负荷荷计计算算二、、变变压压器器的的功功率率损损耗耗变压压器器的的损损耗耗包包括括有有功功功功率率损损耗耗△△PT和无无功功功功率率损损耗耗△△QT。(一)有功功功功率率损损耗耗有功功功功率率损损耗耗又又由由两两部部分分组组成成。。其其一一为为空空载载损损耗耗，，又又称称铁损损(固定定损损耗耗），，它它是是变变压压器器主主磁磁通通在在铁铁芯芯中中产产生生的的有有功功损损耗耗（（磁磁滞滞、、涡涡流流））。。因因为为变变压压器器主主磁磁通通只只与与外外加加电电压压有有关关，，当当外外加加电电压压u和频频率率f恒定定时时，，铁铁损损也也为为常常数数，，与与负负荷荷大大小小无无关关。。空空载载损损耗耗可可由由空空载载实实验验确确定定。。另一一部部分分是是短短路路损损耗耗，，又又称称铜损损，它它是是变变压压器器负负荷荷电电流流在在一一次次、、二二次次绕绕组组的的电电阻阻中中产产生生的的有有功功损损耗耗，，其其值值与与负负荷荷电电流流平平方方(或功功率率)成正正比比。。短短路路损损耗耗可可由由短短路路实实验验确确定定。。所所以以双双卷卷变变压压器器有有功功功功率率损损耗耗表表达达式式为为(二)无功功功功率率损损耗耗同样样，，无无功功功功率率损损耗耗也也由由两两部部分分组组成成。。一一部部分分是是变变压压器器空空载载时时，，由由产产生生主主磁磁通通励励磁磁电电流流所所造造成成的的无无功功损损耗耗。。另另一一部部分分是是由由变变压压器器负负荷荷电电流流在在一一、、二二次次绕绕组组电电抗抗上上产产生生的的无无功功损损耗耗（（漏漏磁磁通通））。。其其表表达达式式为为：：第二章建建筑供配配电的负负荷计算算三、无功功补偿及及补偿后后的计算算负荷无功补偿偿的必要要性电力系统统中使用用的输变变电设备备及电力力用户的的用电设设备，如如电力变压压器、电电抗器、、感应电电动机、、电焊机机、高频频炉、日日光灯等等大部分分具有电电感的特特性。它们在在建立交交变磁场场时需从从电力系系统中吸吸收无功功功率。。但无功功功率并并不是实实际作功功的功率率，电力力系统中中的发电设备备在其发发出的视视在功率率为一定定时，无功功功率需求求的增加加，将会会造成发发出的有有功功率率的下降降而影响响发电机机的出力力。同时时，无功功功率在在系统的的输送中中会造成成许多不不利的影影响：(1)无功功率率在通过过电网时时，会引引起线路路及设备备的有功功损耗。。因此在在输送有有功功率率为一定定时，增增加无功功功率会会使总电电流增加加而引起起供电线线路及设设备的有有功功率率损耗相相应的增增加。(2)电网的电电压损失失将会随随着无功功功率的的增加而而增加，，这给电电网电压压的调整整带来困困难。(3)在电网输输送有功功不变下下，无功功增加而而使总电电流增加加，会使使供电系系统中的的如变压压器、断断路器、、导线以以及测量量仪器、、仪表等等等的一一次、二二次设备备的容量量、规格格尺寸增增大，从从而使投投资费用用增加。。在《供电营业业规则》，中规定定：“用用户在当当地供电电企业规规定的电电网高峰峰负荷时时的功率率因数应应达到下下列规定定：100kV·A及以上高高压供电电的用户户功率因因数为0．90以上，其其他电力力用户和和大、中中型电力力排灌站站、趸购购转售电电企业，，功率因因数为0．85以上。””并规定定，凡功功率因数数未达到到上述规规定的，，应增添添无功补补偿装置置（处罚），通通常采用用并联电电容器进进行（就地）补偿。。第二章建建筑供配配电的负负荷计算算人工补偿偿装置的的补偿容容易可按按下式计计算：式中的平平均负荷荷Pav也可用计计算负荷荷Pc乘以负荷荷系数α代替，则则得：无功补偿偿后的计计算负荷荷装设了无无功补偿偿装置以以后，则则在确定补补偿地点点以前的的总计算算负荷时时，应扣扣除无功功补偿容容量，即总的无无功计算算负荷：：由上式可可以看出出，在变变电所低低压侧装装设了无无功补偿偿装置以以后，由由于低压压侧总的的视在计计算负荷荷减小，，从而可可使变电电所主变变压器容容量选得得小一些些。第二章建建筑供配配电的负负荷计算算电力电容容器的装装设位置置实际中广广泛应用用的补偿偿无功的的并联电电力电容容器，其其装设的的位置因因不同的的补偿方方式而不不同。电电力电容容器的补补偿方式式通常分分为三种种：个别别补偿、、分组补补偿和集集中补偿偿。个别别补偿就就是将电电力电容容器装设设在需要要补偿的的电气设设备附近近，使用用中与电电气设备备同时运运行和退退出，如如图所示示。个别补偿偿处于供供电的末末端负荷荷处，它它可补偿偿安装地地点前面面所有高高、低压压输电线线路及变变压器的的无功功功率，能能最大限限度地减减少系统统的无功功输送量量，使得得整个线线路和变变压器的的有功损损耗减少少，及导导线的截截面、变变压器的的容量、、