第4讲第二章负荷计算建筑供配电与照明王晓丽主编建筑工业

第二章负荷计算概述1负荷曲线与负荷计算的基本概念2按二项式法确定计算负荷4按需要系数法确定计算负荷3计算负荷的常用估算方法5单相负荷的负荷计算6第二章负荷计算尖峰电流的计算7节约电能8变压器的选择9负荷计算示例10第二章负荷计算第一节概述1．负荷计算的目的负荷计算主要是确定“计算负荷”。其目的主要是为了选择电气设备、导线和电缆；进行变压器损耗、线路能量损耗、电压损失和年用电量的计算。2．负荷计算的内容（1）求计算负荷是按发热条件选择导线、电缆、电气设备的依据。（2）求尖峰电流是计算线路的电压损失、电压波动和选择熔断器以及确定保护装置整定值的重要依据。（3）季节性负荷计算用于确定变压器台数，容量以及计算变压器经济运行的依据。（4）一级、二级负荷的计算用于确定变压器台数、备用电源和应急电源。（三级负荷的概念学生要掌握）第二章负荷计算3．负荷计算的常用方法负荷计算的方法比较多，每种方法都具有不同的适用范围。常用的方法有：（1）需要系数法。（2）二项式法。（3）利用系数法。（4）单位指标法。（5）负荷密度法。第二章负荷计算第二节负荷曲线与负荷计算的基本概念一、负荷曲线负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形。负荷曲线可直观地反映出电能用户的用电特点和规律，即最大负荷Pmax、平均负荷Pav和负荷波动程度。负荷曲线又分为有功负荷曲线、无功负荷曲线；日负荷曲线、年负荷曲线。（1）日负荷曲线代表电能用户24小时内用电负荷变化的情况。通常，为了使用方便，负荷曲线绘制成阶梯形。如图2-1a、b所示。（2）年负荷曲线代表电能用户全年用电负荷变化情况。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线（b）冬季日负荷曲线（c）年负荷持续时间曲线第二章负荷计算第二章负荷计算二、负荷计算的几个基本概念1．最大负荷在负荷曲线中用Pmax表示的负荷就称为最大负荷。如图2-2所示。分为日最大负荷和年最大负荷。图2-2年最大负荷和年最大负荷利用小时2．计算负荷用“PC”（QC，SC或IC）表示，负荷曲线的时间间隔为半小时，则曲线上的最大负荷就是计算负荷，通常又用P30，Q30，S30或I30分别表示有功、无功、视在计算负荷和计算电流。“计算负荷”是按发热条件选择导体和电气设备的一个“假想负荷”。其物理意义是：这个不变的“计算负荷”持续运行时所产生的热效应，与实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。即：PC=P30=PmaxQC=Q30=QmaxSC=S30=SmaxIC=I30=Imax第二章负荷计算第二章负荷计算3．最大负荷年利用小时数用“Tmax”表示，是一个“假想时间”，如图2-2所示。其物理意义是指电能用户按年最大负荷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。其表达式为：maxmaxPWTP式中：Tmax——最大负荷年利用小时（h）；WP——全年消耗的有功电（kWh）。查表法：表2-14．平均负荷用Pav、Qav和Sav表示，平均负荷是指电能用户在一段时间内消耗功率的平均值。如图2-3所示。第二章负荷计算5．负荷系数用和分别表示有功负荷系数和无功负荷系数，负荷系数又称负荷率，它表明负荷波动程度的一个参数，其值越大负荷曲线越平坦，负荷波动越小。其关系式为：maxmaxQQPPavav一般企业负荷系数年平均值为：α=0.7~0.75β=0.76~0.82阴影部分表示全年实际消耗的电能WP，则：Pav=WP/8760图2-3年平均负荷第二章负荷计算maxmaxQQPPavav某电气开关厂全厂计算负荷为3000kW，功率因数为0.75，求：（1）该厂全年有功及无功电能量；（2）求该厂的平均负荷。maxmaxPWTP第二章负荷计算第三节按需要系数法确定计算负荷一、设备容量的确定1.设备容量的定义设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。2.设备容量的确定（1）长期连续工作制或短时连续工作制的用电设备，设备容量即为额定功率，Pe=PN。%1000tttJC式中：t——工作周期内的工作时间；t0——工作周期内的停歇时间。设备铭牌上暂载率为额定暂载率用JCN表示。由于反复短时工作制的用电设备。其工作时间与间歇时间相互交替，我们把一个周期内的工作时间的百分数称作暂载率，又称负载持续率，用JC表示，即：1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到JC=100%时的功率，即：NNNN100NeJCCOSSPJCJCP第二章负荷计算（2）反复短时工作制的用电设备，设备容量要换算到统一标准暂载率下的功率。式中，PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；JCN为额定负荷持续率；cosφN为额定功率因数。2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到JC=25%时的功率，即：NNN25NeJC2PPJCJCP3）电炉变压器组设备容量是指额定功率下的有功功率，即：Pe=SNcosφN第二章负荷计算（3）照明灯具的设备容量（4）单相负荷应均匀分配到三相上（5）所有备用设备的容量不计入总用电设备容量之中第二章负荷计算（6）消防用电设备的容量一般不计入总用电设备容量之中（7）夏季有系统空调的制冷等用电设备，冬季利用锅炉采暖，取大2-2有一台吊车起重机，其名牌上的额定功率PN=11kW，额定暂载率JCN=15%，求该起重机的设备容量。Pe=2PNsqrt（JCN）=8.52kW第二章负荷计算第二章负荷计算二、按需要系数法确定计算负荷用需要系数法进行负荷计算，其方法简便适用，为工业企业及民用建筑供配电系统负荷计算的主要方法，在计算过程中，需要把用电设备按照工艺性质不同，需要系数不同分成不同若干组，然后分组进行计算，最后再算出总的计算负荷，即逐级计算的方法。1．需要系数需要系数定义为：edPPKmax或ecdPPK（Kd≤1）第二章负荷计算来源：用电设备组的设备容量Pe，是指用电设备组所有设备的额定容量之和，即Pe=ΣPN。而设备实际运行中，诸多因素影响，就获得了需要系数的公式：WLeLdKKK式中：KL——用电设备组的负荷系数，即用电设备组在最大负荷时，工作着的用电设备实际所需的功率与这些用电设备总容量之比；KΣ——用电设备组的同时系数，即用电设备组在最大负荷时，工作着的用电设备容量与该组用电设备总容量之比；ηe——用电设备组的平均效率，即用电设备组输出与输入功率之比；ηWL——供电线路的平均效率，即供电线路末端与线路首端功率之比。因此，由上面分析可知，需要系数Kd是一个综合指标，其值一般小于1。会查表第二章负荷计算2．确定用电设备组的计算负荷设备容量确定之后，将用电设备进行分组，即将工艺性质相同，需要系数相近的用电设备划为一组，进行负荷计算，其计算公式为：edCPKP1tan11CCPQ21211CCCQPSNCCUSI311式中：PC1、QC1、SC1——该用电设备组的有功、无功、视在计算负荷（kW）、（kvar）、（kVA）；ΣPe——该用电设备组的设备容量总和（kW），不包括备用设备容量；Kd——该用电设备组的需要系数；设备台数小于等于3台时，Kd取1；IC1——该用电设备组的计算电流（A）；tanφ——与运行功率因数角相对应的正切值；UN——该用电设备组的额定电压（kV）。一机修车间的380V线路上，接有通风机组20台共5kW，试求计算负荷。解：通风机组：查表可得Kd=0.75-0.85（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此Pc1=Kd∑Pe=0.8×5KW=4kWQc1=Pc1tan=4KW×0.75=3kvarSc1=Pc1/cos=4KW/0.8=5kV·A第二章负荷计算3．确定多个用电设备组的计算负荷引入一个系数称同期系数（又称同时系数），的取值为0.8~1之间，其计算公式为：12CCPKP12CCQKQ22222CCCQPSNCCUSI322KK式中：PC2、QC2、SC2——配电干线或车间变电所低压母线上的有功、无功、视在计算负荷（kW）、（kvar）、（kVA）；ΣPC1、ΣQC1——分别为各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和；KΣ——同时系数；IC2——配电干线或车间变电所低压母线上的计算电流（A）；UN——配电干线或车间变电所低压母线上的额定电压（kV）。•一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；吊车电动机1个3kW（JCN=15%）试求计算负荷。第二章负荷计算4．确定车间变电所高压侧计算负荷TCCPPP23TCCQQQ2323233CCCQPSNCCUSI333如果需要进行低压补偿，低压干线或母线上的总的无功负荷QC2应为：补偿QQKQCC12式中：PC3、QC3、SC3——车间变电所高压侧有功、无功、视在计算负荷（kW）、（kVar）、（kVA）；PC2、QC2——车间变电所低压侧有功、无功计算负荷；IC3——车间变电所高压侧母线上计算电流（A）；UN——车间变电所高压侧额定电压（kV）；ΔPT、ΔQT——变压器的有功、无功损耗。（kW、kvar）。第二章负荷计算在负荷估算中，变压器的损耗可近似计算，对于低损耗变压器通常为：201.0CTSP205.0CTSQ式中：SC2——车间变电所低压母线上的视在计算负荷（kVA）。5．确定总降压变电所的计算负荷其方法同车间变电所的高、低压侧计算负荷的确定方法。这里出现的KΣ与低压母线上的KΣ连乘建议不小于0.8。因为愈趋向电源端负荷愈平稳，回路又少，所以对应的KΣ愈大。第二章负荷计算第四节按二项式法确定计算负荷需要系数法进行负荷计算比较简便，应用广泛，但是对于企业中用电设备数量少，容量相差悬殊的配电线路进行负荷计算，应用需要系数法计算出的结果往往偏小，与实际相差较大，因此，在这种情况下，采用二项式法进行负荷计算比较接近实际，其指导思想是考虑大容量负荷的影响，因此计算负荷由平均最大负荷和几台大容量用电设备的附加负荷组成。其方法如下：第二章负荷计算一、相同工作制的单组用电设备的计算负荷xeCcPbPPtanCCPQ22CCCQPSNCCUSI3式中：PC、QC、SC、IC——该用电设备组的计算负荷（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；Pe——该用电设备组的设备容量总和（kW）；Px——该用电设备组中x台容量最大用电设备的设备容量之和（kW）；X——该用电设备组取用大容量用电设备的台数；b、c——二项式系数，（参见表2-10），由长期实践统计得出的；UN——额定电压（kV）；bPe——该用电设备组的平均负荷；cPx——X台容量最大用电设备的附加负荷（考虑容量最大用电负荷使计算负荷大于平均负荷的影响）。当用电设备的台数n等于最大容量用电设备的台数X，且n=X≤3时，一般将用电设备的设备容量总和作为最大计算负荷。第二章负荷计算二、不同工作制的多组用电设备计算负荷mxeCcPbPP)()(xmxeCcPbPQtan)()tan(22CCCQPSNCCUSI3式中：PC、QC、SC、IC——多组用电设备组的计算负荷总和（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；∑bPe——各用电设备组平均负荷b·Pe的总和；（cPx）m——各用电设备组附加负荷c·Px中最大值；tanφx——与（cPx）m相对应的功率因数角的正切值；tanφ——与各用电设备组对应的功率因数角的正切值；如果每组中的用电设备数量小于最大容量用电设备的台数X，则采用小于X的两组或更多组中最大的用电设备附加负荷的总和，作为总的附加负荷。注意，用二项式法进行负荷计算时，把所有用电设备统一划组，按照不同工作制分组，不应逐级计算。第二章负荷计算第五节计算负荷的常用估算方法一、单位指标法单位指标法计算有功功率PC的公式为：kWNePcP1000'式中：——单位用电指标，如W/户、W/人、W/床；N——单位数量，如户数、人数、床位数。'eP第二章负荷计算二