电气系统负荷计算

所谓负荷计算，就是计算用电设备、配电线路、配电装置，以及发电机、变压器中的电流或功率。这些按照一定方法计算出来的电流或功率称为计算电流或计算功率，我们也把它称为计算负荷。（1）计算负荷的概念及作用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。2.4三相负荷的计算我们根据计算负荷来选择变压器的容量、导线的截面积及开关电器的型号等,同时也为能合理地进行无功功率补偿提供依据。在进行负荷计算时,要考虑环境及社会因素的影响,并应为将来的发展留有适当余量.（2）负荷计算的方法①需要系数法用电设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，适用于变配电所以及施工现场的负荷计算。②二项式法在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大的设备的影响，采用经验系数用加权求和法进行计算负荷。③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求得计算负荷。在工业企业中，上述三种方法都是常用的。民用建筑常用需要系数法。（3）设备容量PS的确定采用需要系数法时,应首先确定用电设备的设备容量.用电设备的额定功率PN和额定容量SN是指铭牌上的数据。负荷计算中的所谓设备容量PS不能简单地理解为用电设备的铭牌功率，它是根据用电设备的工作性质和铭牌功率或铭牌容量经换算后得到的换算功率。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，然后确定设备容量。①连续工作制和短时工作制用电设备的设备容量该电气设备的设备容量等于其额定功率（即铭牌上规定的额定功率）。PS=PN②非连续工作制电气设备的设备容量该电气设备的设备容量等于将其额定功率换算为统一（标准）负载持续率下的有功功率，或换算到负载持续率JC=25%时的有功功率。用电设备在一个周期内的工作时间与周期时间的比值称为负载持续率，用JC(%)表示，负载持续率也称为暂载率。起重机的设备容量在进行负荷计算时，要统一换算到负载持续率JC=25%时的功率。252SNNJCPPPJCJC【例2.1】某施工现场有一吊车，其额定功率为20kW，铭牌负载持续率JC=40%，求换算到JC=25%时的设备容量。【解】22200.425.30SNPPJCkW电焊机的设备容量电焊机的设备容量是将其铭牌额定容量换算到负载持续率为100%时的有功功率。coscos100SNNJCPSSJCJC【例2.2】一台单相电焊机380V，SN=80kV·A，JC=50%，cosφ=0.5，求换算到JC=100%时的设备容量。【解】cos800.50.528.3SNPSJCkW③白炽灯的设备容量为灯泡的额定功率。④气体放电灯的设备容量为灯管额定功率加上镇流器的功率损耗（荧光灯加20%额定功率，荧光高压汞灯及镝灯加8%）。（4）单相负荷的设备容量的计算1)计算原则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在进行单相负荷计算时，一般采用计算功率。当单相负荷均为同类用电设备时，直接用设备容量进行计算。2)单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法①只有相负荷时，等效三相负荷Pd为最大相负荷的3倍。②只有线间负荷Pab时，其等效三相负荷Pd为：③只有线间负荷Pab、Pbc时，如果Pab=Pbc，其等效三相负荷Pd为Pd=3Pab④有线间负荷Pab、Pbc、Pca时，选取较大两相数据计算。现以Pab≥Pbc≥Pca为例：3dabPP3(33)1.731.27dabbcabbcPPPPP3)当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算，不必换算；当单相负荷不对称容量超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，等效三相负荷为单相最大功率的3倍。【例2.3】某新建办公楼照明设备采用白炽灯A相3.６kＷ，Ｂ相4kＷ，C相5kＷ,求设备容量是多少?如果改为Ａ相3.8kＷ，Ｂ相4kＷ，C相4.8kW,求设备容量是多少?【解】三相平均容量为：（3.6＋4＋5）/3=4.2kW三相负载不平衡容量占三相平均容量的百分比为：（5-4.2）/4.2=0.8÷4.2=19%，大于15%，所以白炽灯的设备容量为3×5=15kW；改善后：（4.8-4.2）÷4.2=14.29%，小于15%，所以白炽灯的设备容量为3.6+4+5=12.6kW。【例2.4】某施工现场有两台单相电焊机，其型号为SN=21kV·A，UN=380V，JC=65%，cosφ=0.87,分别接于AB相、BC相上，该低压供电系统的线电压为380V，求这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量。【解】一台电焊机的设备容量为：这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为：PS=3×14.7=44.1kWcos210.650.8714.7SNPSJCkW【例2.5】假如例2.4中的两台单相电焊机，都接在AB相上，求这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量。【解】这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为：3214.750.9SPkW【例2.6】假如该施工现场有四台电焊机，型号与例2.5相同，求这四台电焊机的等效三相负荷的设备容量。【解】这四台电焊机应尽量均衡地分配到三相上，两台电焊机接于AB相，其它两台电焊机分别接于BC相、AC相。这两台电焊机的等效三相负荷的设备容量为：314.7314.769.56kW（1）用电设备组分组计算时应注意以下几点：①成组用电设备的设备容量，指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备容量之和。②设备数量小于或等于3台时，计算负荷等于其设备容量的总和；设备数量大于3台以上时，计算负荷应通过计算确定。③类型相同的用电设备，其设备总容量可以用算术加法求得。④类型不同的用电设备，其设备总容量应按有功和无功负荷分别相加确定。3.4.2用需要系数法确定计算负荷（2）用电设备组的计算负荷及计算电流式中，PX-用电设备组的设备功率；KX-需用系数；cosφ、tanφ-用电设备组的功率因数及功率角的正切；JSxSJSJS22P=KPQ=Ptan3JSJSJSJSJSNSPQSIU（3）总计算负荷的确定总计算负荷是由不同类型的多组用电设备的设备容量组成。总有功功率的计算负荷为KP、KQ-有功、无功同时系数，分别取0.8~1.0及0.93~1.0。JSpxSJSQxS22P=K(KP)Q=K(KQ)3JSJSJSJSJSNSPQSIU需要系数是在一定的条件下，根据统计方法得出的，它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数，即需要系数，有时也称为需用系数。显然，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数也不相同。在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一般而言，当用电设备组内的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。设备使用率较高时，需要系数应取较大值；反之，则应取较小值。部分用电设备的需用系数和功率因数参见教材中P24~26表2-2和2-5或参考教材P98~99中表3-9和3-10。住宅用电负荷需用系数参见教材中P26表2-6。2.4.3尖峰电流的计算尖峰电流是持续1~2s的短时最大负荷电流.为了计算电压波动、选择熔断器和断路器整定继电保护装置以及检验电动机自启动条件等,必须计算尖峰电流.1．单台用电设备单台用电设备的尖峰电流就是启动电流,按下式计算INF=KQIN(参考教材式3-21)2.多台用电设备的尖峰电流的计算（3-22）式中IQ,max-用电设备中启动电流与额定电流之差为最大的那台设备的启动电流；-将用电设备中启动电流与额定电流之差为最大的那台设备外的n-1台设备的额定电流之和；K∑-n-1台设备的同时系数(同时系数指设备同时间使用的概率)，其值按台数多少而定，一般为0.7~1。max,11,QNiiNNFIIKI11,NiiNI或INF=IC+(IQ-IN)max(3-23)式中(IQ-IN)max-用电设备中启动电流与额定电流之差为最大的那台设备的启动电流与额定电流之差；IC-全部设备接入时线路的计算电流。参见参考教材P100中例3-3。习题4.什么叫“计算负荷”？为什么应确定计算负荷？5.在确定多组用电设备的总的视在计算负荷时，是否可以直接将各组的视在计算负荷相加而得？为什么？6.什么叫“尖峰负荷”？确定尖峰负荷的目地是什么？如何计算多台设备的尖峰负荷？7.某实验室有220V的单相加热器5台，其中3台各1KW，2台各3KW.试合理分配各单相加热器在380V∕220V的线路上，并求其计算负荷Pc、Qc、Sc和Ic.8.某大楼采用三相四线制380/220V供电，楼内装有单相用电设备:电阻炉4台各2kW,干燥器5台各3kW,照明用电共5kW.试将各类单相用电设备合理分配在三相四线制线路上,并确定大楼的计算负荷是多少?9.有一条线路供电给5台电动机，负荷资料见下表。试计算线路上的计算电流和尖峰电流（提示：计算电流在此可近似地用下式计算IC=K∑∑IN,K∑可根据台数多少选取，这里可假定为0.9）。参数电动机1M2M3M4M5M额定电流（A）10..232.4306.120启动电流（A）66.322716534140