建筑供配电的负荷计算综述课件

第二章 建筑供配电的负荷计算第一节 计算负荷的意义和计算目的l1.1什么是计算负荷l 1.计算负荷是一种假定负荷，它的确定是主要依据用电设备的铭牌数据，以及设备的工作特性，并通过一定的计算方法进行。l2.由于负荷是随时变动的，计算负荷是指在一定时间间隔中的持续负荷，它在该时间间隔中产生的热效应与实际变动负荷所产生的最大热效应相等。l3.计算负荷按使用使用用途，选取不同的负荷效应及持续时间，采用不同的计算原则和方法，从而得出不同的计算结果。12 计算负荷的意义计算负荷的意义l非同时运行；运行并非在额定状态下。非同时运行；运行并非在额定状态下。l直接用额定容量来选择供电设备与供电系统，必将估直接用额定容量来选择供电设备与供电系统，必将估算过高，导致有色金属的浪费和工程投资的提高。算过高，导致有色金属的浪费和工程投资的提高。l估算过低，又会使供电系统的线路及电气设备由于承估算过低，又会使供电系统的线路及电气设备由于承受不了实际负荷过热的电流，加速其绝缘老化的速度，受不了实际负荷过热的电流，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命降低使用寿命 13 计算负荷的目的计算负荷的目的l 1.作为按照发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体（导线截面）和电气设备的依据。l2.用来计算电压损失和功率损耗。l3.在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。第二节第二节 负荷曲线负荷曲线l2.1 负荷曲线l 表示电力负荷随时间变化关系情况的曲线。它直观地反映了用户用电的特点和规律，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。l负荷曲线绘绘制在直角坐标内，横坐标表示时间，纵坐标表示电力负荷。l按负荷性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线l按持续工作时间分：日负荷曲线(24h)、年负荷曲线（8760h l2.2 负荷曲线中的相关物理量 l1.年最大负荷：负荷曲线上的最高点，指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值。用 Pmax、Qmax 、Smax分别表示年有功、无协和视在功率最大负荷。l2.年最大负荷利用小时数：一个假想时间，标志工厂负荷是否均匀的一个重要指标。物理意义：如果用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax 小时所消耗的能量恰好等于全年实际消耗的能量，那么Tmax即为年最大负荷利用小时数。l3.平均负荷：电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。Pav、Qav、Sav。l4.负荷系数（负荷率）：在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。负荷系数越大，负荷曲线越平坦。一般工厂年负荷系数年平均值为：=0.70.75 =0.760.825.需要系数Kx：是一个综合系数，与设备组的负荷系数、线路及用电设备效率、以及很多随机因素有关。l6.利用系数K1：用电设备组在最大负荷班内的平均负荷l 计算负荷的定义计算负荷的定义 是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假想负荷，通常规定取想负荷，通常规定取30分钟平均最大负荷分钟平均最大负荷 P30、Q30和和 S30作为该作为该 用户的用户的“计算负荷计算负荷”。其物理意义：其物理意义：计算负荷持续运行产生的热效应与实计算负荷持续运行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际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。因此因此：PC=P30=Pm QC=Q30=Qm SC=S30=Sm第三节第三节 用电设备的主要特征用电设备的主要特征3.1 用电设备工作制分类l1.连续运行工作制 这类设备长期连续运行，负荷比较稳定。如:水泵、照明、电动扶梯、通风机、空压机等。l2.短时运行工作制 这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长 如:机床上的辅助电机(进给、升降、闸门电动机)l 3.反复短时运行工作制 这类设备周期性地工作-停歇-工作，如此反复运行，而工作周期一般不超过10分钟。如：电焊机、起重机。3.2 设备功率设备功率 Pe 的确定的确定(单台单台)l1.连续工作制的设备功率 Pe等于其额定功率Pr。即:Pe=Prl 2.短时工作制的设备功率 Pe等于其额定功率Pr。即:Pe=Pr 但求计算负荷时一般不考虑。l3.断续工作制的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的功率。负载持续率:一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比l(1)起重机类:起重机有电动机类的设备功率统一换算到负载持续率=25%下的有功功率。l(2)电焊机类：将额定功率换算到负载持续率=100%时的有功功率。l4.白炽灯和卤钨灯的设备功率为为灯泡功率l气体放电灯的设备功率为灯管功率加镇流器的功率损耗l（荧光灯 普通镇流器 +25%；节能型镇流器 +15%-18%；电子镇流器 +10%l金属卤化物，高压钠灯，荧光高压汞灯 普通镇流器14%-16%;节能镇流器 9%-10%）l举例：l例1.有一台断续工作制的电动机,在负载持续率为此60%时,其额定功率为48KW,在采用需要系数法进行负荷计算时,其计算时采用的设备功率是多少?l例2.有一台电焊机,额定容量为23KVA,单相380V,负载持续率65%,COS=0.5,在进行负荷计算时,其采用的设备功率应是多少?3.3 设备功率的确定原则（用电设备组，设备功率的确定原则（用电设备组，建筑物，变压器）建筑物，变压器）l用电设备组的设备容量不包括备用设备。l消防时的最大负荷与非火灾时使用的最大负荷应择其大者计入容量。l季节性用电设备应择其最大者计入总设备功率（制冷和采暖设备）l住宅的设备容量采用每户的用电指标之和第四节第四节 负荷计算负荷计算l4.1 负荷计算的主要内容l 1.设备容量Pe 配电系统设计和负荷计算的基础资料和依据。l 2.计算容量Pc 即计算负荷、需要负荷或最大负荷。标志用户的最大用电功率。l3.计算电流Ic 计算负荷在额定电压下的电流。l 4.尖峰电流Ijf 负荷短时（电动机起动）最大负荷电流。4.2 计算负荷的方法计算负荷的方法l 计算负荷的方法：需要系数法 利用系数法 二项式法 单位面积功率法 l1.需要系数法：引入需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。计算简便，应用广泛，适用于配、变电所的负荷计算。l2.利用系数法：引入利用系数，求出最在负荷班的平均负荷，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得出计算负荷。依据概率论和数理统计，比较接近实际，但计算过程繁琐。l3.二项式法：将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响。适用于车间和车间变电所施工图设计。（设备台数少，而容量差别大）l4.单位指标法：适用于可行性研究和初步设计进行负荷计算。注：注：一、计算方法一、计算方法 规范中规定在方案设计设计阶段可采用规范中规定在方案设计设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段宜单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。段均可采用单位指标法。二、负荷统计二、负荷统计 l按使用功能，由使用单位提供。按使用功能，由使用单位提供。l其他工种提供其他工种提供l按规范进行计算按规范进行计算l电气设计人员自行搜集电气设计人员自行搜集 4.2.1 需要系数法确定计算负荷需要系数法确定计算负荷l1用电设备组的计算负荷 有功功率：有功功率：PcKxPe 式中：式中：Pc计算有功功率计算有功功率(kw)；Kx 需要系数；需要系数；Pe用电设备组的设备容量用电设备组的设备容量(kw)l无功功率：Qc=Pctanl视在功率：Scl计算电流：Ic 式中：tan-用电设备组的功率因数角的正切值 Ur-用电设备额定电压（kv）注：注：进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：l照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。定功率加上附属设备的功率。如：气体放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额如：气体放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。定功率加上镇流器的功耗。低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。率。l用电设备组的设备容量不包括备用设备，消防用电设备组的设备容量不包括备用设备，消防用电设备容量不列入总设备容量用电设备容量不列入总设备容量l季节性用电设备季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备如制冷设备和采暖设备)应择应择其大者计入总设备容量其大者计入总设备容量l反复短时工作制的用电设备功率应换算到负载反复短时工作制的用电设备功率应换算到负载持续率为持续率为25的设备功率。的设备功率。l单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内负荷的总容量的的总容量小于计算范围内负荷的总容量的15时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的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时，则设备容量应按三倍最大相负荷计算用电设备组的需要系数及功率因数表用电设备组的需要系数及功率因数表l 2多组用电设备组、配电干线或车间变电所的计算负荷 同时系数（同期系数）引入原因：各用电设备组的最大负荷非同时出现。l有功功率：Pc KP PCil无功功率：无功功率：Qc Kq QCil视在功率：视在功率：Scl计算电流：计算电流：Ic式中式中:PCi-n组用电设备的计算有功功率之和；组用电设备的计算有功功率之和；QCi-n组用电设备的计算无功功率之和；组用电设备的计算无功功率之和；KP Kq-有功功率、无功功率同时系数，有功功率、无功功率同时系数，分别取分别取0.8-1.0和和0.93-1.0l对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。l配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数的计算负荷之和再乘以同时系数K，一般取为一般取为0.80.9。l当不同类别的建筑当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼如办公楼和宿舍楼)共用一共用一台变压器时，其同时系数可适当减小。台变压器时，其同时系数可适当减小。4.2.2 利用系数法确定计算负荷利用系数法确定计算负荷l用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，而后算出结果。l（1）用电设备组在最大负荷班内的平均负荷l 有功功率 l 无功功率l（2）平均利用系数l（3）用电设备组有效台数 （将不同设备功率和工作制的用电设备台数换算为相同设备功率和工作制的等效值）l（4）计算负荷4.2.3 二项式法确定计算负荷二项式法确定计算负荷(1)单组 有功功率 Pc=bPe+cPnmax （当用电设备只有一两台时：b=1 c=0）l（2）多组 考虑最大负荷不同时出现的因数，确定总计算负荷时，只能在各组中用电设备中取其中一组最大的附加负荷 有功功率 Pc=(bPe）+（cPnmax）max 无功功率 Qc=(bPetg）+（cPnmax tg）max 例：例：l某车间380V 线路上，机床电动机20台共50KW（其中，较大容量7KW-1台，4.5KW-2台,2.8KW-7台）；通风机2台共5.6KW，电阻炉1台2KW；用二项式法确定计算负荷。l解：（1）每组有功功率：机房：b=0.14 c=0.4 n=5 cos=0.5 Pc1=bPe+cPnmax =0.14X50+0.4X(1X7+2X4.5+2X2.8)=7+8.64=15.64 kw 通风机：b=0.65 c=0.25 cos=0.8 Pc2=bPe+cPnmax =0.65X5.6+0.25X5.6 =4.75+1.4=6.15 kw电阻炉：b=0.7 c=0 cos=1 Pc3=bPe+cPnmax=0.7X2=1.4 kwl(2)多组Pc=(bPe）+（cPnmax）max =(7+4.75+1.4)+8.64 =21.8 kwQc=(bPetg）+（cPnmax tg）max =(7X1.73+4.75X0.75+1.4X0)+(8.64X1.73)=30.6 kvar Sc=37.5 kva Ic=56.98 A4.2.4单位指标法法确定计算负荷单位指标法法确定计算负荷民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。例例 商业性高层建筑的用电负荷大致分布：商业性高层建筑的用电负荷大致分布：空调设备空调设备4050%，电气照明电气照明3035%，动力用电动力用电2025%。（一）单位（一）单位 面积法面积法 PcPeS1000式中式中:Pc计算功率计算功率(kw)；Pe单位面积功率单位面积功率(wm2)；S建筑面积建筑面积(m2)。（二）综合单位指标法（二）综合单位指标法 PcPeN1000式中式中:Pc计算功率计算功率(kw)；Pe单位面积功率单位面积功率(w户；人；床户；人；床)；N单位数量。如户数，人数，床数单位数量。如户数，人数，床数4.3 单相负荷计算单相负荷计算l配电原则：单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上，尽量三相平衡。（单相设备的总容量不超过三相设备的（单相设备的总容量不超过三相设备的15否则，既为三相不平衡。否则，既为三相不平衡。计算方法：计算方法：1、只有相负荷：、只有相负荷：Pd=3 Pmax （Pd为等效三相负荷）为等效三相负荷）l2、只有线间负荷：将各线间负荷相加，选取较大两项数据进行计算。以Puv=Pvw=Pwu为例，计算等效三相负荷。Pd=1.73Puv+1.27Pvw 当Puv=Pvw时，Pd=3Puv 当只有Puv时，Pd=1.73Puv3、既有相负荷又有线间负荷：l先将接于的线电压的单相用电设备换算为接于相电压的单相负荷。再将各负荷相加，选出最大相负荷取其3倍即为等效三相负荷例：P26 例2-34.4 尖峰电流的计算尖峰电流的计算l尖峰电流是单台或多台用电设备持续12s的短时最大负荷电流，一般出现在电动机起动过程中。它用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。校验电动机自起动条件时需要校验尖峰电流。l1.单台电动机：电动机的起动电流。Ijf=K Irm Ijf尖峰电流；K 起动电流倍数；笼型异步电动机为37 Irm 电动机的额定电流 l2.多台电动机：最大一台电动机的起动电流与其余电动机的计算电流之和。Ijf=(K Irm)max+Ic (K Irm)max 最大容量电动机的起动电流 Ic 除最大容量电动机外其它电动机计 算电流之和l3.自起动电动机组：所有参与自起动电动机的起动电流之和。Ijf=Ijfi n参与自起动的电动机台数 Ijfi 第i台电动机的起动电流 例：P28 例2-4第五节第五节 建筑用电负荷的特征建筑用电负荷的特征l给排水动力负荷包括消防负荷（消防泵、喷淋泵、消防电梯、消防照明等）及生活水泵一般为本建筑物的最高负荷等级。第六节第六节 无功功率补偿无功功率补偿 l 6.1 无功功率补偿的必要性 （1）电力系统中电能损耗和电压损耗，使设备使用效率降低。（2）供电部门的要求，一般满足：高压用户 cos0.9 低压用户 cos0.856.2 无功功率补偿措施：无功功率补偿措施：l（1）提高自然功率因数 1）正确选择变压器容量（75%-85%负荷率）2）正确选择变压器台数（切除季节性负荷）3）减少线路感抗 4）选择同步电动机（定子加励磁）l（2）采用并联电力电容补偿器1）变电所低压侧集中补偿 2）当无功功率大于100Kvar时，考虑就地补偿6.3 补偿容量的确定补偿容量的确定l1、功率因数计算 有户自然平均功率因数为 采用人工补偿后，最大负计算荷时的功率因数应在0.9以上。已经投入使用的用户，其平均功率因数为l2、补偿容量 补偿容量Qc按无功负荷曲线或下式确定式中，tg 1-补偿前计算负荷功率因数角的正切值tg 2-补偿后功率因数角的正切值qc -无功功率补偿率。l补偿后的功率因数为 式中，Q-人工补偿的无功功率，Kvar 所需电容器个数：n=Qc/qcl 式中，qc-电容器单个容量6.4无功功率补偿的作用无功功率补偿的作用l1改善功率因数及相应地减少电费l2降低系统的能耗 l3减少了线路的压降 l4增加了供电功率，减少了用电贴费 l例 P33 2-5 P34 2-6第七节第七节 供配电系统能量损耗供配电系统能量损耗l7.1 企业年电能消耗量计算1、用年平均负荷来确定。企业年电能消耗量用年平均负荷和实际工作小时数计算。当已知企业的计算有功功率Pc及计算无功功率Qc后，企业的年有功Wy及无功电能Wm消耗量可按下式确定。有功电能 Wy=avPcTn无功电能 Wm=avQcTn av、av-年平均有功、无功负荷系数 Pc、Qc-年有功、无功功率 Tn-年实际工作小时数。一班制取1860h 二班制取3720h 三班制取5580hl2、单位产品耗电量法。根据企业年产量的定额（m）和单位产品耗电量（）来确定。有功电能 Wy=m单位产品耗电量，kwh/单位产品m产品年产量无功电能 Wm=Wy*tg tg-企业年平均功率因数角的正切值7.2 供配电系统中的能量损耗供配电系统中的能量损耗l 当电流流过供配电线路和变压器时，引起的功率和电能损耗也要由电力系统供给。因此在确定计算负荷时，应计入这部分损耗。l 线路和变压器均具有电阻和电抗，功率损耗分别为有功和无功两部分。l1、电网中的功率损耗（1）、三相电路中有功功率及无功功率损耗 有功功率损耗 无功功率损耗式中，R每相线路电阻，R=rl X每相线路电抗，X=rl l线路计算长度，km Ic计算电流，A r、x线路单位长度的交流电阻及电抗，/km 例 P40 例2-8l（2）电力变压器的有功功率及无功功率损耗 有功功率损耗分为空载损耗（铁损）和短路损耗（铜损）两部分。无功功率损耗分为空载无功损耗和额定负载直无功损耗两部分。l式中，Sc变压器计算负荷，KVAl Sr变压器额定容量，KVAl Po变压器空载有功损耗，KWl Pk变压器满载有功损耗，KWl Qo-变压器空载无功损耗，Kvar，l Qk变压器满载有功损耗，Kvarl Io%-变压器空载电流占额定电流的百分数l Uk%-变压器阻抗电压占额定电压的百分数 其中，Po、Pk、Io%、Uk%均可由变压器产品样本中查得。在负荷计算中，当变压器负荷率不大于85%时，其功率损耗可由下式概略计算：PT=0.01Sc QT=0.05Sc 例 P38 2-7l 2、电网中电能损耗 在供配电系统中通常利用最大负荷损耗时间，近似地计算线路和变压器有功功率损耗。最大负荷损耗时间的物理意义：当线路或变压器中以最大负荷电流流过小时后所产生的电能损耗，等于全年流过实际变化电流时的电能损耗。l（1）线路年有功电能损耗 式中，Pl-三相线路中有功功率损耗 -最大负荷损耗小时数。l（2）变压器年电能损耗 WT=P0t+Pk(Sc/Sr)2 式中，Po变压器空载有功损耗，KW Pk变压器满载有功损耗，KW t-变压器全年年投入运行小时数。Sc变压器计算负荷，KVA Sr变压器额定容量，KVA。l3、线损率 线损率：供电系统在传输电能过程中,线路和变压器损耗电量占总供电量的百分比。线损率的计算取一定的时间段（月或年）=(WL+WT)/W*100%式中，-供电线路线损失 WL-线路全年损失电量 WT-变压器全年损失电量 W-供电系统全年总供电量