常用的用电负荷计算

第二章负荷计算第一节负荷分级与供电要求一、负荷1．负荷负荷又称负载，指发电机或变电所供给用户的电力。其衡量标准为电气设备（发电机、变压器和线路）中通过的功率或电流，而不是指它们的阻抗。2．满负荷满负荷又叫满载，指负荷恰好达到电气设备铭牌所规定的数值。3．最大负荷最大负荷有时又称尖峰负荷，指系统或设备在一段时间内用电最大负荷值。4．最小负荷又称低谷负荷，指系统或设备在一段时间内用电最小负荷值。二、负荷的分类1．按负荷特征分类（1）连续工作制负荷。（2）短时工作制负荷。（3）重复短时工作制负荷。2．按供电对象分类（1）照明负荷。（2）民用建筑照明。（3）通讯及数据处理设备负荷。三、负荷分级电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。1．一级负荷属下列情况者均为一级负荷：（1）中断供电将造成人身伤亡者。（2）中断供电将造成重大政治影响者。（3）中断供电将造成重大经济损失者。（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通讯枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷为特别重要负荷。中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。2．二级负荷属下列情况者均为二级负荷：（1）中断供电将造成较大政治影响者。（2）中断供电将造成较大经济损失者。（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。3．三级负荷不属于一级和二级的电力负荷。四、供电要求1．一级负荷的供电要求（1）应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷容量较大或有高压电气设备时，应采用两路高压电源。如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组，如一级负荷仅为照明或电话站负荷时，宜采用畜电池组作为备用电源。供给一级负荷的两个电源应在最末一级配电盘（箱）处切换。（2）一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。（3）常用的应急电源有下列几种：1）独立于正常电源的发电机组。2）供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。3）畜电池。（4）根据允许的中断时间可分别选择下列应急电源：1）静态交流不间断电源装置适用于允许中断供电时间为毫秒级的供电。2）带有自动投入装置的独立于正常电源的专门馈电线路，适用于允许中断供电时间为1.5s以上的供电。3）快速自起动的柴油发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以上的供电。2．二级负荷的供电要求应做到当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。对二级负荷应采用两个电源供电，或用两回路送到适宜的配电点。当配电系统低压侧为单母线分段且母联断路器采用自动投入方式时，也可选用线路可靠独立出线的单回路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路10（6）kV及以上专用架空线供电。3．三级负荷的供电要求对供电无特殊要求。当以三级负荷为主，但有少量的一级负荷供电时，其第二电源可采用自备应急发电机组或逆变器作为一级负荷的备用电源。第二节负荷计算一、负荷曲线表示电力负荷在一定时间内的平均功率随时间变化情况的图形称为负荷曲线。（1）分类1）根据纵坐标表示的功率不同，分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线；2）根据横坐标时间的不同分为日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线等。（2）意义负荷曲线的物理意义是阶梯形曲线所包围的面积代表此负荷日电能需要量（用电量）。负荷曲线愈平稳，负荷变动愈少；负荷曲线愈起伏，负荷变动愈大。（3）作用图2-1阶梯形日有功曲线负荷曲线不仅反映了设备或用户的用电规律，同时还是设计变电所时的参考依据，设计时用户未投产运行，无法按实际情况得到负荷曲线，一般是参照有关标准负荷曲线或现有的性质相似的企业典型负荷曲线来绘制。二、需要系数1．定义由于电气设备的额定工作条件不同，就会造成各用电设备不会在同一时间一起工作；一起工作的设备不会都在满负荷情况下运行；同时设备和线路存在功率损耗；所有这些因素综合起来，使系统内最大负荷与全系统用电设备总容量之间存在差异，前者要比后者小，两者的比值为需要系数。负荷曲线的最大负荷Pmax（kW）需要系数＝——————————————————×100％该组用电设备的设备容量的总和P（kW）需要系数是表示配电系统中所有用电设备同时运转（用电）的程度，或者说表示所有用电设备同时使用的程度。通常其值小于1，只有在所有用电设备全部同时连续运转且满载时，才能为1。（2）构成1）同时工作系数：同时工作系数kt反映在最大负荷时，正在工作运行的用电设备的设备容量与全部用电设备总设备容量的比值；2）负荷系数：用负荷系数kf反映在最大负荷时，正在工作运行的用电设备的实际需要的功率与正在运行的用电设备总设备容量的比值；3）平均效率：各用电设备在工作时都有一定的功率损耗，在计算负荷时要考虑一个用电设备组的平均效率d；4）线路效率：给各用电设备组供电的线路，在输送电能时要产生线路的功率损耗，因此在计算负荷时要考虑一个线路效率l；5）工作系数：加工条件和工人的操作水平也将影响用电设备的实际功率，因此，在负荷计算中要考虑一个工作系数kg。综合考虑上述因素后，用需要系数kx表示kt·kf·kgkx＝——————d．l表2-1、2-2给出了各用电设备组的需要系数及功率因数。表2-1建筑工地常用用电设备组的需要系数及功率因数用电设备组名称需用系数kx功率因数costg通风机和水泵运输机、传送带混凝土及砂浆搅拌机破碎机、筛、泥泵、砾石洗涤机起重机、掘土机、升降机电焊机建筑室内照明工地住宅、办公室照明变电所室外照明0.75～0.850.52～0.600.65～0.700.700.250.450.800.40～0.700.50～0.701.00.800.750.650.700.700.451.01.01.01.00.750.881.771.021.021.980000表2-2民用建筑常用用电设备组的需要系数及功率因数用电设备组名称需要系数kx功率因数cos备注照明0.7～0.80.9～0.95（就地补偿后）冷冻机房0.65～0.750.8锅炉房、热力站0.65～0.750.75水泵房0.6～0.70.8通风机0.6～0.70.8电梯0.18～0.220.8交流梯厨房0.35～0.450.85洗衣房0.3～0.350.85窗式空调0.35～0.450.8舞台照明100～200kW200kW以上0.610.512．计算负荷的概念（1）定义：是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其产生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应应相等。根据计算负荷选择的导体或电器，在运行中的最高温升不超过导体或电器的温升允许值。（2）物理意义：设有一电阻R的导体，在某一时间内通过一变动负荷，其最高温升达到值，如果这一导体在相同时间内通过一个不变的负荷，最高温升也达到值，那么这个不变负荷就称为变动负荷的“计算负荷”，即“计算负荷”与实际变动负荷的最高温升是等值的。一般把半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷。作为按发热条件选择电气设备的依据用Pj（Qj、Sj或Ij）表示。三、用“需要系数法”进行负荷计算需要系数法一般适用于计算用电设备组中设备容量差别不大的情况，其特点是计算简单。1．设备容量的概念在供电系统的用电设备的铭牌都标有额定功率，但当设备的额定工作条件不同时，设备的实际输出功率并不等于铭牌上的额定功率。额定功率（PN）是电气设备铭牌中注明的功率，它是制造厂家根据电压等级要求选用适当的绝缘材料，在额定条件下允许输出的机械功率，即电气设备在此功率下，其温升均不会超过允许的温升。设备容量又称设备功率，是指换算到统一工作制下的“额定功率”，用Pe表示，即当电气设备上注明的暂载率不等于标准暂载率时，要对额定功率进行换算到标准暂载率下。2．用电设备的工作制的划分电气设备按工作制划分为三种：（1）长期工作制（S1）：即连续运行工作制，指在规定的环境温度下，设备连续运行，设备的任何部分的温升均不超过允许值；（2）短时工作制（S2）：即短时运行工作制，指设备的运行时间短而停歇时间长，设备在工作时间内的发热量不足以达到稳定的温升，而在停歇时间内足够冷却到环境温度；（3）断续工作制（S3）：即重复短时工作制，指设备以断续方式反复进行工作，工作时间（tg）与停歇时间（tr）交替进行，用暂载率JC％或表示（本书采用），定义为工作时间tg％＝—————×100％＝—──—×100％工作周期tg＋tr根据国家技术标准规定，工作周期tg＋tr以10min为依据，起重专用电动机（YZ、YZR系列）的标准暂载率为15％、25％、40％、60％四种，铭牌上均按40%工作制标注的；电焊设备的标准暂载率为50％、65％、75％、100％四种。3．电力负荷计算程序图2-2供电系统中具有代表性的各点的电力负荷计算图计算时一般按图中的G、F、E、D、C、B、A的顺序逐级确定各点的计算负荷。4．对单台设备供电的支线（图2-2中的G点）的计算即用电设备的设备容量（Pe）的确定。对不同工作制的用电设备，其设备容量应按下列方法确定：（1）长期工作制电动机的设备容量：等于其铭牌上的额定功率，kW。Pe＝PN（2）反复短时工作制电动机的设备容量：指统一换算到暂载率％＝25％时的额定功率（kW），即Pe＝──PN＝2PN25式中Pe——换算到％＝25％时电动机的设备容量，kW；——铭牌暂载率，以百分值代入公式；PN——电动机的铭牌额定功率，kW。（3）电焊机及电焊设备的设备容量：指统一换算到暂载率％＝100％时的额定功率，即Pe＝──PN＝SNcos100式中Pe——换算到％＝100％时电焊设备的设备容量，kW；——铭牌暂载率，以百分值代入公式；PN——直流电焊机的铭牌额定功率，kW；SN——交流电焊机的铭牌额定视在功率，kVA；cos——电焊设备的铭牌额定功率因数。（4）照明设备的设备容量1）白炽灯、碘钨灯设备容量等于灯泡上标出的额定功率，kW。2）带镇流器的荧光灯的设备容量为1.2倍的额定功率，kW，电子型起动的荧光灯的设备容量为荧光灯灯管的额定功率。3）高压水银灯、金属卤化物灯其设备容量为1.1倍的额定功率，kW。（5）不对称单相负荷的设备容量1）多台单相设备应均匀地分配在三相上；2）在计算范围内，若单相设备的总容量小于三相用电设备总容量的15％时，可按三相平衡分配负荷考虑；3）如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15％时，则设备容量应按三倍最大相负荷计算。（6）短时工作制设备的设备容量为零。无功计算负荷Qe＝Petg式中tg──铭牌给出的对应于cos的正切值；Pe──有功计算负荷，kW。5．确定用电设备组（图2-2中的F点）的有功计算负荷（PFj）、无功计算负荷（QFj）和计算容量（SFj）在计算设备组单台的设备容量（Pe）后，可以根据所提供的需要系数kFj，得到设备组的有功计算负荷PFjPFj＝kxPe式中kFj──表2-1、表2-2给出的需用系数；Pe──单台电气设备的设备容量，kW。设备组的无功计算负荷QFjQFj＝PFjtg式中tg──表2-1、2-2给出的正切值tg；PFj──有功计算负荷，kW。设备组的计算容量SFjSFj＝22FjFjQP设备组的计算电流IFjSFjIFj＝───3UN式中UN──系统的额定电压，kV。设备组的功率因数PFjcos＝───SFj6．低压干线（图2-2中E点）的计算负荷将各用电设备组计算负荷按有功功率和无功功率分别相加，计算公式如下：PEj＝PFj1＋PFj2＋……＋PFjn＝niFjiP1QEj＝QFj1＋QFj2＋……＋QFjn＝niFjiQ1SEj＝22EjEjQP7．低压母线（