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中国矿业大学建筑环境与设备工程专业《建筑电气》第二章建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿Enter1.计算负荷的意义在进行建筑供配电设计时，电气设计人员是根据一个假想负荷----计算负荷，按照允许发热条件选择供配电系统的导线截面、确定变压器容量,制定提高功率因数的措施，选择及整定保护设备。根据这些原始资料及设备的工作特性，选择适当的计算方法，通过一系列的计算将设计中的设备安装负荷变成计算负荷。2.负荷曲线负荷曲线是反映电力负荷随时间变化情况的曲线。它直观地反映了用户用电的特点和规律。表示方法：负荷曲线制在直角坐标内，横坐标表示时间，纵坐标表示电力负荷。种类：有功负荷曲线、无功负荷曲线日负荷曲线、年负荷曲线。•3负荷曲线中的几个物理量平均负荷负荷系数最大负荷利用小时数年最大负荷需要系数利用系数•3负荷曲线中的几个物理量(1)年最大负荷年最大负荷是负荷曲线上的最高点，指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值，并用符号Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大负荷。所谓最大工作班，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。•3负荷曲线中的几个物理量（2）最大负荷利用小时数如果用户以年最大负荷（如Pmax）持续运行Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，那么Tmax即为年最大负荷利用小时数。Tmax=Wp/Pmax(h)Tmax(无功)=Wq/Qmax(h)WP—有功电量，(kWh)；Wq—无功电量，(kWarh)。•3负荷曲线中的几个物理量（3）平均负荷平均负荷是指电力用户在一段时间内消费功率的平均值，记作Pav、Qav、Sav。Pad=Wp/tKw全年小时数取8760h，Wp是全年消费的总电Pav能。•3负荷曲线中的几个物理量（4）负荷系数负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。maxmaxQQavPPav82.0~76.075.0~70.0•3负荷曲线中的几个物理量（5）需要系数KXPmax（=PC――用电设备组负荷曲线上最大功负荷（kＷ）Pr――用电设备组的设备功率（Ｗ）表2-1工厂企业用电设备组的需要系数和功率因数。rXPPKmax•3负荷曲线中的几个物理量（6）利用系数用电设备组在最大负荷班内的平均负荷有功功率(kW)PeKPavl无功功率(kvar)tgPavQav•3负荷曲线中的几个物理量（6）利用系数tgPavQavPeKPavl式中Pav――用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均功负荷（kＷ）；Pe――用电设备组的设备功率（kＷ）Kl――用电设备组在最大负荷工作班内的利用系数见表2-7tgφ――用电设备组功率因数的正切值见表2-7BEAConfidential.|12（2）计算容量（Pc）（3）计算电流（Ic）（1）设备容量（Pe）（4）尖峰电流（Ijf）•4负荷计算的主要内容BEAConfidential.|13（1）设备容量（Pe）•4负荷计算的主要内容设备容量也称安装容量，它是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率（设备铭牌上的数据）之和，是配电系统设计和负荷计算的基础资料和依据。BEAConfidential.|14•4负荷计算的主要内容（2）计算容量（Pc）计算容量也称为计算负荷、需要负荷或最大负荷。它标志用户的最大用电功率。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。是配电设计时选择变压器、确定备用电源容量、无功补偿容量和季节性负荷的依据。也是计算配电系统各回路中电流的依据。BEAConfidential.|15•4负荷计算的主要内容（3）计算电流（Ic）计算电流是计算负荷在额定电压下的电流。它是配电系统设计的重要参数，是选择配电变压器、导体、电器、计算电压偏差、功率损耗的依据。也可以作为电能损耗及无功功率的估算依据。BEAConfidential.|16•4负荷计算的主要内容（4）尖峰电流（Ijf）尖峰电流是负荷短时（如电动机启动）最大负荷电流。它是计算电压损失、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。BEAConfidential.|171.用电设备的工作制(1)长期连续工作制（2）短时工作制（3）断续周期工作制断续周期工作制的设备，可用负荷持续率（又称暂载率）来表征其工作特征。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，用ε来表示，即2－2－1式中T-----工作周期t-----工作周期内的工作时间t0-----工作周期内的停歇时间BEAConfidential.|182.3.1负荷计算的方法及设备功率的确定1．负荷计算的方法及用途需要系数法利用系数法二项式法单位面积功率法BEAConfidential.|19（1）需要系数法用设备功率乘以需要系数和同时系数（一般K∑=0.9），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。BEAConfidential.|20（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。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BEAConfidential.|21（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。BEAConfidential.|22(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，用于可行性研究和初步设计阶段电力负荷估算。BEAConfidential.|23(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。负荷计算方法选取原则是：需要系数法:用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算；单位面积功率法和单位指标法:用于方案设计阶段进行电力负荷估算。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。BEAConfidential.|242．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设备组，然后确定设备功率。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Pe。BEAConfidential.|252．设备功率的确定(1)连续工作制：(kW)2－3－1Pr-----电动机的额定功率(kW)(2)短时工作制的设备功率等于设备额定功率：(kW)2－3－2PrPePrPe2．设备功率的确定(3)断续工作制(如起重机用电动机、电焊机等)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。1）当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，起重机用电动机类的设备功率为统一换算到负载持续率ε=25%下的有功功率(kW)2－3－3Pr--负载持续率为εr时的电动机的额定功率(kW)εr--电动机的额定负载持续率rrPePr2Pr25BEAConfidential.|272．设备功率的确定2)当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，断续工作制电焊机的设备功率是指将额定容量换算到负载持续率ε=100%时的有功功率。(kW)2－3－3Sr-----负载持续率为εr时的电焊机的额定容量(kVA)εr-----电焊机的额定负载持续率cosφ-----电焊机的功率因数cosPr100SrPerrBEAConfidential.|282.3.2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tgPQCC有功功率(kW)2－3－5无功功率(kvar)2－3－6视在功率(kVA)2－3－7PeKPcX22CCCQPS计算电流(A)2－3－8UrSICC3BEAConfidential.|292.3.2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Pe----用电设备组的设备功率kWKX-----需要系数，见表2-1~2-5tgφ-----用电设备组的功率因数角的正切值Ur-----用电设备额定电压（线电压）kVBEAConfidential.|30例题2-1：已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设备如下：（1）机床35台总计98.00KW；（Kx1=0.20cosφ1=0.50tgφ1=1.73）（2）通风机4台总计5.00KW；（Kx2=0.80，cosφ2=0.80tgφ2=0.75）（3）电炉4台总计10.00KW；（Kx3=0.80cosφ3=1.00tgφ3=0.00）BEAConfidential.|31（4）行车2台总计5.60KW；（Kx4=0.80cosφ4=0.80tgφ4=0.75ε4=15%）（5）电焊机3台总计17.50KVA；（Kx5=0.35cosφ5=0.60tgφ5=1.33ε5=65%）试求：每组负荷的计算负荷（Pc、Qc、Sc、Ic）？BEAConfidential.|32解：（1）机床组为连续工作制设备,故(kW)(kvar)（2）通风机组为连续工作制设备,故(kW)(kVA)(A)60.199820.0111PeKPXC91.3372.160.19111tgPQCC17.3991.3360.192221211CCCQPS12.5938.0317.39311UrSICC00.4580.0222PeKPXC00.375.000.4222tgPQCC00.52CS60.72CI(A)(kVA)(kvar)BEAConfidential.|33解：（3）电炉组为连续工作制设备,故(Kw)(Kvar)(kVA)(A)（4）行车组的设备功率为统一换算到负载持续率ε=25%时的有功功率：(Kw)(Kvar)00.8108.0333PeKPXC00.000.000.8333tgPQCC00.83CS15.123CI34.4%156.52Pr2444Pe47.334.480.0444PeKPXCBEAConfidential.|34解：(Kvar)(kVA)60.275.064.3444tgPQCC34.44CS59.64CI(A)（5）电焊机组的设备功率为统一换算到负载持续率ε=100%时的有功功率：94.333.196.2555tgPQCC93.45CS49.75CI47.860.0%655.17cos5555SrPe(kW)（kvar）(kVA)(A)BEAConfidential.|352.3.2需要系数法确定计算负荷2.多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或在变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线或变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数（或叫同期系数）K∑具体计算如下：BEAConfidential.|362.3.2需要系数法确定计算负荷2.多组用电设备组的计算负荷有功功率(kW)2-3-9无功功率(kvar)2-3-10视在功率(kVA)2-3-11计算电流(A)2-3-12nicipPKPc122CCCQPSniciqQKQc1UrSICC3BEAConfidential.|372.3.2需要系数法确定计算负荷2.多组用电设备组的计算负荷Pe-----用电设备组的设备功率kWKX-----需要系数，见表2-1~2-5tanφ---用电设备组的功率因数角的正切值K∑p、K∑q-----有功功率、无功功率同时系数，分别取0.8～1.0和0.93～1.0。BEAConfidential.|38例题2-2：已知条件同例题2-1。当有功功率同时系数K∑p