第2章 负荷计算分解

第二章建筑供配电的负荷计算第一节负荷计算的意义和计算的目的第二节用电设备的主要特征（重点）第三节负荷曲线及计算负荷（重点）第四节求计算负荷的方法（重点）第五节负荷计算方法的应用范围及评价第六节供配电系统的功率损耗与电能需要量计算第一节计算负荷的意义和目的一、原始资料:用电负荷的产品铭牌数据。二、考虑因素:非同时运行；运行并非在额定状态下。不能简单地用设备额定容量作为计算负荷。计算负荷是根据已知的用电设备容量按一定统计方法确定的，预期不变的最大假想负荷。按照允许发热条件选择导线截面。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以及校验供电电压的质量三、计算负荷载流导体温升曲线二、负荷计算的目的求计算负荷的工作求计算负荷，也称需用负荷为了合理的选择供配电系统各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。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。求平均负荷用于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。第二节用电设备的主要特征一、用电设备的分类（一）按电流分：直流和交流（二）按电压分：低压－1kV及以下高压－高于1kV（三）按频率分：低频－50Hz以下工频－50Hz中频－50~1000Hz高频－1000Hz以上（三）按工作制分：1.连续运行工作制工作时间较长，连续运行的设备在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。通风机、压缩机、各种泵类、各种电炉、机床、电解电镀设备、照明等电阻加热炉电弧炉感应炉其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等电热设备泵类电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。电镀设备2.短时运行工作制指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备。在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷稳定值，即停歇，在停歇时间内温度又降低为周围介质的温度。金属切削机床用的辅助机械、水闸用电机等。3.反复短时工作制指有规律性的，时而工作、时而停歇、反复运行的用电设备的工作制。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。吊车电动机、电焊用变压器等。二、用电设备容量的计算不同工作制额定容量换算成统一工作制的设备功率。用Pe表示。1.连续运行工作制用电设备Pe=PN(kW)2.短时运行工作制用电设备一般不考虑3.反复短时工作制用电设备设备容量是将某一暂载率下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂载率下的功率。暂载率（JC%）:又称负载持续率（FC%）或接电率（ε%）。用电设备工作时间与整个工作周期时间之比值，用JC表示。%1000tttJCWW根据国家技术标准规定，工作周期tw+to以10分钟为依据，起重专用电动的标准暂载率为15%，25%，40%，60%四种，铭牌上均按40%工作制标注；电焊设备的标准暂载率为50%，65%，75%，100%4种。额定暂载率JCN也叫负载持续率，是指此设备能够满载工作时间的比率；比如常见的电焊机：标称容量10KVA，但又标明暂载率25％，说明此电焊机在10KVA负载下，只能在25％的时间内工作；也就是说，在10分钟内只能工作2.5分钟，否则就要过热烧毁；还有一个说明：电焊机的负载是不固定的，焊接电流大负载就大，焊接电流小负载就小；再反过来说，如果小型电焊机在25％的负载下就可以连续工作。规定暂载率25％或100％铭牌暂载率铭牌容量设备容量则得：（1）电动机组要求设备容量统一换算到暂载率JC25=25%时的功率。JCJCPPNNeNNNNeJCPJCJCPP225起重运输设备吊车行车输送机电梯自动扶梯（2）电焊机组要求设备容量统一换算到暂载率JC100=100%时的额定功率NNNNNNeSJCJCPJCJCPPcos100电焊设备电焊机的工作特点是：功率较大。功率因数很低。一般电焊机的配置不稳定，经常移动。4.照明的设备容量1)对白炽灯和碘钨灯的设备容量是指灯泡的额定功率(W)Pe=PN·10-3(kW)2)对气体放电灯的设备容量是指灯管功率(W)加镇流器中的功率损失Pe=(1.1~1.2)PN·10-3(kW)高压水银灯、金属卤化物灯取1.1荧光灯、日光灯取1.23)对不同性质的建筑物估算照明设备容量，采用单位面积照明容量法计算Pe=S×ω/1000(kW)ω-照明单位容量（单位安装功率，W/m2）5.民用建筑中的插座，在没有具体设备接入时，按100W算6.单台用电设备的额定容量〔如〕:某中央空调机组包括制冷主机一台156kW，冷却水泵二台2×22kW（一用一备），冷冻水泵二台2×30kW（一用一备），冷却塔一台7.5kW。则该组用电设备的计算负荷为：Pe=(156+22+30+7.5)=215.5kW备用设备不计算在计算负荷中。第三节负荷曲线及计算负荷一、负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。直角坐标系：纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）横坐标表示对应时间按负荷性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线按所表示的负荷变动的时间：年负荷、月负荷和日负荷曲线1.日负荷曲线以一昼夜24h为时间范围绘制的。a)逐点绘制的日负荷曲线b)绘成梯形的日负荷曲线一天时间内时间间隔一般为0.5h曲线下面的面积表示该负荷所消耗的电能。为便于计算，假定每个时间间隔负荷是保持其平均值不变。不同间隔时间下的负荷曲线比较示意图100%80%60%40%20%8910111213141516ΔtΔt=60minΔt=30min2.年负荷曲线反映用电负荷（365d×24h/d=8760h）的变化情况1)年运行负荷曲线（日最大负荷全年时间变化曲线）按全年每日的最大负荷间接绘制的。横坐标依次以全年12个月的日期来分格。可以用来确定拥有多台变压器的变电所在一年的时间不同时期宜投入几台运行，即经济运行方式，降低电能损耗，提高经济效益。运行年负荷曲线低耗能段高耗能段2)年持续负荷曲线根据一年中具有代表性的冬季和夏季日负荷曲线绘制横坐标依次以全年8760h计。冬季213d，夏季152d从两条典型日负荷曲线的功率最大值开始，依功率的递减顺序依次绘制。P1持续时间：T1=t1×213(h)P4持续时间：T4=(t4+t’4)×213+t’’4×152(h)年运行负荷曲线按时间先后绘制年持续负荷曲线按负荷大小和累积时间绘制夏季日负荷曲线年持续负荷曲线冬季日负荷曲线t4t'4t4(a)(b)(c)87602400240P(KW)P(KW)P(KW)t(h)t(h)t(h)PmTmT4二、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Pm——全年中最大工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过2~3次）半小时平均功率的最大值。Pm、Qm、Sm。08760年负荷曲线PmPt/hTmax年最大负荷利用小时Tm——假想时间如果用户以年最大负荷（如Pm）持续运Tmh，则所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。Tm=Wp/PmWp全年消耗的有功电量，阴影部分Tm在计算电能损耗和电气设备选择中用到。Tm的大小反映了用户负荷是否均匀的重要指标。该值越大，负荷越平稳。08760年负荷曲线PmPt/hTmax（二）平均负荷和负荷系数平均负荷——电力负荷在一段时间内平均耗用的功率。PavQavSav日平均负荷年平均负荷aav8760WP全年时间内耗用的电能kW·h阴影面积tWPtav08760年负荷曲线Pt/hPmPav负荷系数α、β——在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比有功负荷系数08760年负荷曲线Pt/hPmPavavmPPmavQQ无功负荷系数α＝0.7～0.75β＝0.76～0.82（三）需用系数Kd需用系数定义为：mdePKP设备容量需用系数的物理意义Kd值的相关因素：K∑设备的同期系数；(是否同时)KL用电设备组中设备的负荷系数(是否满载)；η1线路供电效率(考虑配电线路的功率损耗)；ηr1设备的实际运行效率(额定与输入功率关系)Kd值只能靠测量统计确定。Pe0.38kVMMMPm11rLdKKK（四）利用系数Ku利用系数定义为：avuePKP三、计算负荷定义计算负荷－－是按照发热条件选择导体和电器设备时使用的一个假想负荷。物理意义：按这个“计算负荷”持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。为什么取30min平均最大负荷作为“计算负荷”？对于中小截面的导体，发热时间常数τ0约为10min左右，达到稳定温升的时间约为3～4τ0，约30min。对于较大截面的导体，τ0大于10min，在30min时间内达不到稳定温升，取30min平均最大负荷为计算负荷比较保守。综合考虑：PC=P30=PmQC=Q30=QmSC=S30=SmPC－最大工作班的有功计算负荷P30－30min平均最大负荷Pm－最大负荷第四节求计算负荷的方法一、按需用系数法确定计算负荷（一）一组三相用电设备的计算负荷需用系数法，是将用电设备容量Pe乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。cctanPQcmdePPKPcccosPSccN3SIU有功计算负荷（kW）无功计算负荷（kvar）视在计算负荷（kVA）计算电流（A）22cccQPSKd参见表2-4~表2-8[解]由于为连续工作，此机床组电动机的总容量为[例1]已知一小批冷加工机床组，拥有电压380V的三相电动机7kW3台，4.5kW8台，2.8kW17台，1.7kW10台。试用需用系数法确定其计算负荷。查表2-4“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得Kd＝0.16、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝7kW×3＋4.5kW×8＋2.8kW×17＋1.7kW×10N.iPPc=KdPe＝0.16×122=19.52kW=122kWvar77.3373.152.19tankPQcckVAQPSccc3.4477.3952.192222AUSINcc3.6738.033.443在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑(二)多组三相用电设备的计算负荷0.38kVPc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci,Qci)(1eidimicPKKPmi,,2,1(kW))(1eiidimicPtgKKQ(kvar)22cccQPS(kVA)ccN3SIU(A)注意：总的视在计算负荷和计算电流不能直接相加后乘以K∑来计算。由于各组设备的功率因数不一定相同应用范围KΣ确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间热加工车间动力站0.7~0.80.7~0.90.8~1.0确定配电所母线的最大负荷负荷小于5000kW计算负荷小于5000~10000kW计算负荷大于10000kW0.9~1.00.850.8同时系数KΣ(三)注意事项1)负荷计算中常用的单位：有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;电流为A;电压为kV2)计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，不因设备台数多少而修改查表得到的参数值。3)求多组设备计算负荷和电流时，由于各组设备的功率因数不一定相同，总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷按计算。22cccQPS(kVA)0.38kVPc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci,Qci如果在低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组时，则计算负荷为：01)(QPtgKKQeiidimic),,2,1(miQc－低压母线上静电电容器组送往容量。[例2]某380V线路上，接有大批生产的冷加工机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机2kW1台，4.5kW2台，2.