第2章负荷计算

建筑配电与设计二、用电设备的工作制第二章第一节电力负荷计算的用途1.长期工作制S1在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡的工作条件。2.短时工作制S2设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升，而在两个工作周期之间的间歇时间又很长，能使设备冷却到环境温度值。3.断续周期工作制S3用电设备周期性地工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过10分钟。负荷持续率e，又称暂载率一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值。Tttttg0gg=+=e式中：T－工作周期；tg－工作周期内的工作时间；t0－工作周期内的停歇时间。必须注意：在计算负荷时，必须考虑设备容量所对应的负荷持续率，要按规定的负荷持续率对设备容量进行统一换算。建筑配电与设计第二章第一节电力负荷计算的用途三、设备容量的确定1.不同工作制的用电设备的额定功率应换算为统一工作制下设备功率。1)连续工作制电动机的设备功率等于其额定功率。2)断续或短时工作制电动机的设备功率，应将额定功率统一换算到负荷持续率为25%时的有功功率。具体计算公式为：3)电焊机的设备功率是指将额定功率换算到负荷持续率为100%时的有功功率。具体计算公式为：eeP2PNe=其中：Pe－吊车电动机铭牌标定的额定容量，kW；ee－铭牌标定的，与Pe对应的负荷持续率。je=CosSPeeNjCosee其中：Se－电焊机铭牌标定容量，kVA；－电焊机满负荷时的功率因数；－铭牌标定的、与Se对应的负荷持续率。建筑配电与设计第二章第一节电力负荷计算的用途2.照明设备的设备容量：在计算照明支路的设备容量时，要根据不同类型的光源分别计算。3.一般用电设备的插座，均计入照明负荷。一般用电插座每个按设备容量100W计算，住宅插座每个按设备容量50W计算。4.对于动力负荷：动力支路的设备容量一般为其额定容量，但当用电设备由多个环节组成，而又不能同时使用时，其计算方法有多种情况。5.成组用电设备的设备容量不应包括备用设备容量。第二节电力负荷曲线及有关物理概念建筑配电与设计第二章第二节电力负荷曲线及有关物理概念一、负荷曲线负荷曲线是用来表示一组用电设备的电功率随时间变化的曲线，它反映用户用电的特点和规律。日负荷曲线与坐标轴所包围的面积代表全日消耗的电能数。0100200300400500600700800036912151821t(h)P(kW)0100200300400500600700800036912151821t(h)P(kW)日有功负荷曲线建筑配电与设计第二章第二节电力负荷曲线及有关物理概念二、与负荷曲线有关的物理量1.年最大负荷和年最大负荷利用小时数1)年最大负荷(Pmax)Pmax是全年中负荷最大的工作班内，消耗电能最大的半小时平均功率（P30）。01002003004005006007008000t(h)P(kW)年有功负荷曲线PmaxTmax8760Acabd01002003004005006007008000t(h)P(kW)年有功负荷曲线Pav87602)年最大负荷利用小时数(Tmax)在这一假想时间内电力负荷按年最大负荷持续运行消耗的电能，恰恰等于电力负荷全年实际消耗的电能。maxnmaxPWT=其中，Wn表示全年所消耗的电能，kWh。建筑配电与设计第二章第二节电力负荷曲线及有关物理概念2.平均负荷和负荷系数1)平均负荷(Pav)即：tWPtav=Pav就是电力负荷在一定时间间隔内平均消耗的功率。则年平均负荷：8760WPnavn·=2)负荷系数(KL)即：KL是平均负荷与最大负荷之比。maxavLPPK=负荷系数也称为负荷持续率，对负荷曲线来说，负荷系数也称为负荷曲线的填充系数。它表征了负荷曲线的不平坦程度，也就是实际负荷变化的均匀程度。如果负荷曲线越平坦，负荷系数KL就越接近1，这说明用电负荷的用电配置较为合理，可以更有效地发挥供电设备的效率。第三节负荷计算建筑配电与设计第二章第三节负荷计算一、计算负荷取负荷曲线中负荷最大的30min平均负荷作为选择导线和电器的依据，并将此负荷称为计算负荷(Pc)，又称半小时最大负荷(P30)，实际上这就是年最大负荷曲线中的年最大负荷(Pmax)。建筑设计中常用的负荷计算方法：单位指标法负荷密度法需要系数法二项式系数法建筑配电与设计第二章第三节负荷计算二、计算负荷的估算1.负荷密度法使用根据国家的电力政策、建筑物的性质、负载的性质等多方面的因素，以及对已竣工工程的数据进行分析统有功功率估算公式：()kW1000SpP0C=式中：p0－单位面积功率（负荷密度），Ｗ／m2；S－建筑面积，m2。有功功率估算公式：()kW1000NpPeC=式中：pe－单位用电指标，如Ｗ/户、Ｗ/人、Ｗ/床；N－单位数量，如户数、人数、床数。2.单位指标法根据已有的单位用电指标来估算计算负荷。计后确定的单位面积功率(负荷密度)数据，来估算所设计系统的计算负荷。建筑配电与设计第二章第三节负荷计算三、按需要系数法确定计算负荷1.按需要系数法确定计算负荷的公式：有功计算负荷：NdCPKP=j=tgPQCC无功计算负荷：22CCCQPS+=视在计算负荷：NCCU3SI=计算电流：其中：Kd－需要系数；PN－用电设备组的设备容量总和，kW；tgj－该用电设备组功率因数角的正切值；UN－额定线电压，kV。需要系数主要考虑了下述因素：(1)同组用电设备中不是所有用电设备都同时工作；(2)同时工作的用电设备不可能同时满载运行；(3)用电设备组的平均效率；(4)配电线路的平均效率。建筑配电与设计第二章第三节负荷计算2.三相用电设备组计算负荷的确定：(1)用电设备分组：在使用需要系数法确定计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一分组，并取用不同的需要系数，再根据各组用电设备的功率因数，对各组的计算负荷进行计算。注意：用电设备组的台数少于等于三台时，计算负荷等于设备功率的总和。(2)单组用电设备计算负荷的确定：单组用电设备计算负荷的公式为：NdCPKP=j=tgPQCC22CCCQPS+=NCCU3SI=建筑配电与设计第二章第三节负荷计算(3)单相用电设备计算负荷的确定：《民用建筑电气设计规范》中规定：“单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15%时，应全部按三相对称负荷计算，当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称负荷相加”。等效三相负荷可按下列方法计算：1)只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍；3)既有线间负荷又有相间负荷时，应先将线间负荷换算为相间负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷的3倍作为等效三相负荷。2)只有线间负荷时，等效三相负荷为单台时取线间负荷的倍；多台时取最大线间负荷的倍加上次线间最大负荷的(3—)倍。333建筑配电与设计第二章第三节负荷计算3.多组用电设备计算负荷的确定：=S=n1icicPKP=Sj=n1iicictgPKQ2c2ccQPS+=NccU3SI=多组用电设备计算负荷的计算公式：其中：Pci－第i组用电设备的计算负荷；tgij－第i组用电设备功率因数角的正切值。－同时系数，又叫参差系数或混合系数。KS对低压干线，=0.9~1KS对低压母线，由用电设备组直接相加来确定计算负荷时，=0.8~0.9KS建筑配电与设计第二章第三节负荷计算例2－1：某住宅区照明供电干线如右图所示。各建筑物均采用三相四线制进线，额定电压为380V，且光源容量已由单相负荷换算为三相负荷，各荧光灯具均采用无功补偿，试计算该住宅区各幢楼的照明计算负荷及变压器低压侧计算负荷。WLM1WLM2WLM3WLM4WLM52号住宅楼1号住宅楼3号住宅楼4号住宅楼托儿所30kW15kW30kW15kW30kW15kW5kW2kW荧光灯容量及补偿后功率因数白炽灯容量30kW15kW380V0.90.90.90.90.9解：查表2－8可知：白炽灯的功率因数Cosj=1荧光灯的功率因数（有补偿）Cos=0.9tgj=0.48查表2－5可知：住宅楼照明负荷的需要系数Kd=0.5（0.4～0.7）托儿所照明负荷的需要系数Kd=0.6（0.55～0.65）每幢住宅楼白炽灯的计算负荷为：PB·C=KdPB·N=0.515kW=7.5kWQB·C=0每幢住宅楼荧光灯的计算负荷为：PY·C=KdPY·N=0.530kW=15kWQY·C=PY·Ctgj=15kW0.48=7.2kVAR建筑配电与设计第二章第三节负荷计算每幢住宅楼总照明计算负荷为：PZZ·C=PB·C+PY·C=7.5kW+15kW=22.5kWQZZ·C=QB·C+QPY·C=0+7.22kVAR=7.2kVAR托儿所白炽灯的计算负荷为：PB·C=KdPB·N=0.62kW=1.2kWQB·C=0托儿所荧光灯的计算负荷为：PY·C=KdPY·N=0.65kW=3kWQY·C=PY·Ctgj=3kW0.48=1.44kVAR托儿所总照明计算负荷为：PTRZ·C=PB·C+PY·C=1.2kW+3kW=4.2kWQTRZ·C=QB·C+QY·C=0+1.44kVAR=1.44kVAR低压母线上的计算负荷为：取KS=0.9PMX·C=KSS(PZZ·C+PTR·C)=0.9(22.5kW4+4.2kW)=84.78kWQMX·C=KSS(QZZ·C+QTR·C)=0.9(7.2kVAR4+1.44kvAR)=27.22kVAR(kVA)04.8922.2778.84QPS222CMX2CMXCMX=+=+=···A83.135kV38.03kVA04.89U3SINCMXCMX===··×第四节变配电系统总计算负荷的确定建筑配电与设计第二章第四节变配电系统总计算负荷的确定一、变配电系统功率损耗的计算1.输电线路的功率损耗1)输电线路的有功损耗这部分损耗是由负荷电流流过线路电阻产生的，其计算公式为：Pl=3Ic2Rwl其中：r0－导线单位长度电阻，/km；l－导线长度，km。Rwl=r0l－线路电阻，；2)电力线路的无功损耗这部分损耗是由负荷电流流过线路电抗产生的，其计算公式为：Ql=3Ic2XwlXwl=x0l－线路电抗，；其中：x0－导线单位长度电抗，/km。建筑配电与设计第二章第四节变配电系统总计算负荷的确定1)变压器的有功损耗其中：2)变压器的无功损耗其中：2.电力变压器的功率损耗2NCK02NCCuFeTSSPPSSPPPD+DD+D=DSN－变压器的额定容量；Sc－变压器的计算负荷；DP0、DPk的数值都可以通过查阅产品样本得到。+D+D=D2NCk0NN0TSS100%U100%ISQQQ100%ISQ0N0D100%USQkNNDI0%－变压器空载电流占额定电流的百分值。Uk%－变压器短路电压占额定电压的百分值。I0%、Uk%可以通过手册查到。低损耗电力压器的损耗也可以用下列公式近似计算：1)电力变压器的有功损耗：PT=0.015Sc2)电力变压器的无功损耗：QT=0.06Sc建筑配电与设计第二章第四节变配电系统总计算负荷的确定二、变配电系统总计算负荷的确定配电干线多组用电设备单组用电设备用电设备变压器高压供电线路按各组负荷的需要系数确定各组的计算负荷配电分支线考虑分支线损耗后,选择K值计算多组用设备计算负荷S考虑配电干线损耗后,选择K值计算低压母线处计算负荷S考虑变压器的损耗,计算高压母线计算负荷考虑高压线路损耗,计算高压总计算负荷需要系数法确定变配电系统总计算负荷的计算过程1.首先按负荷的性质划分用电设备组；2.根据各组负荷的需要系数计算单组用电设备的计算负荷；3.考虑分支线路的导线损耗，计算出线路始端计算负荷；4.考虑同时系数，计算多组用电设备的计算负荷；5.考虑配电干线路的导线损耗，计算出干线路始端计算负荷；6.考虑同时系数，计算低压母线上的计算负荷；7.考虑变压器的损耗，计算出变