第2章負(fù)荷計算.

1、第二章建筑供配電的負(fù)荷計算第一節(jié)負(fù)荷計算的意義和計算的目的第二節(jié)用電設(shè)備的主要特征（亜點(diǎn)）第三節(jié) 負(fù)荷曲線及計算負(fù)荷（重點(diǎn)）第四節(jié)求計算負(fù)荷的方法（重點(diǎn)）第五節(jié) 負(fù)荷計算方法的應(yīng)用范圍及評價第六節(jié) 供配電系統(tǒng)的功率損耗與電能需要量計算第一節(jié)計算負(fù)荷的意義和目的一、原始資料：用電負(fù)荷的產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)。二、考慮因素：非總時運(yùn)召；運(yùn)行并非在額定狀態(tài)下。 不能簡單地用設(shè)備額定容量作為計算負(fù) 荷。三、計算負(fù)荷計算負(fù)荷是根據(jù)已知的用電設(shè)備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷。X按照允許發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面。X 制定提高功率因數(shù)的措施X確定變壓器容量X選擇及整定保護(hù)設(shè) 備以及校驗供電電 壓的質(zhì)量二

2、、負(fù)荷計算的目的求計算負(fù)荷的工作X 求計算負(fù)荷，也稱需用負(fù)荷為了合理的選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡(luò)、 變壓器容量和電器設(shè)備型號等。X求尖峰電流用于計算電壓波動、電壓損失、選擇熔斷器和 保護(hù)元件等。X求平均負(fù)荷用于計算供配電系統(tǒng)中電能需要量.電能損耗 和選擇無功補(bǔ)償裝置等。第二節(jié)用電設(shè)備的主要特征一、用電設(shè)備的分類（一）按電流分：直流和交流（二）按電壓分：低壓一lkV及以下高壓一高于lkV（三）按頻率分：低頻一50Hz以下工頻一 50Hz中頻一 501000Hz 高頻一1000Hz以上（三）按工作制分：1 連續(xù)運(yùn)行工作制工作時間較長，連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備 在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運(yùn)行， 設(shè)備任何部分溫

3、升均不超過最高 允許值,負(fù)荷比較穩(wěn)定。通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、各種泵類、各種 電爐、機(jī)床.電解電鍍設(shè)備、照明等電阻加熱爐 主要用于各種寒件的熱處理電弧爐 主要用于礦石熔煉、金屬熔煉感應(yīng)爐 T主要用于熔煉和金屬材料熱處理 其它電熱設(shè)備 *紅外線加熱、微波加熱和等離子加熱等電鍍設(shè)備電鍍設(shè)備的工作特點(diǎn)是:(1)工作方式是長期連續(xù)工作的。(2)供電采用直流電源，需要晶閘 管整流設(shè)備.(3)容量較大，功率因數(shù)較低。2.短時運(yùn)行工作制指工作時間彳艮短，停歇時間相當(dāng)長 的用電設(shè)備。在工作時間內(nèi)，用電設(shè)備的溫升尚 未達(dá)到該負(fù)荷穩(wěn)定值，即停歇，在停 歇時間內(nèi)溫度又降低為周圍介質(zhì)的溫 度。金屬切削機(jī)床用的輔助機(jī)械、水閘

4、用電機(jī)等。3.反復(fù)短時工作制指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇、反復(fù)運(yùn) 行的用電設(shè)備的工作制。III工作時間內(nèi)設(shè)備溫度升高，停歇時間溫度又下降，若干周期后，達(dá)到一個穩(wěn)定的波動狀態(tài)。 吊車電動機(jī).電焊用變壓器等。二、用電設(shè)備容量的計算不同工作制額定容量換算成統(tǒng)一工作制的設(shè)備功率。用匕表示。1 連續(xù)運(yùn)行工作制用電設(shè)備p =p (kW)2 爲(wèi)時鏈行工作制用電設(shè)備 一般不考慮3反復(fù)短時工作制用電設(shè)備設(shè)備容量是將某一暫載率下的銘牌額定功率統(tǒng)一換 算到一個標(biāo)準(zhǔn)暫載率下的功率。暫載率(JC%):又稱負(fù)載持續(xù)率(FC%)或接電 率(£%) o用電設(shè)備工作時間與整個工作周期時間之比 值，用JC表示。 1

5、00+'（）JC = -根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作周期匚鋰。以10分 鐘為依據(jù)，起重專用電動的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為15%, 25%, 40%, 60%四種，銘牌上均按40%工作制標(biāo) 注；電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為50%, 65%, 75%, 100% 4種。額定暫載率JCn也叫負(fù)載持續(xù)率，是指 此設(shè)備能夠滿載工作時間的比率；比如常 見的電焊機(jī)：標(biāo)稱容量10KVA,但又標(biāo)明暫 載率25%,說明此電焊機(jī)在10KVA負(fù)載下， 只能在25%的時間內(nèi)工作；也就是說，在 10分鐘內(nèi)只能工作25分鐘，否則就要過熱 燒毀；還有一個說明：電焊機(jī)的負(fù)載是不 固定的，焊接電流大負(fù)載就大，焊接電流 小負(fù)載就??；再反過來說

6、，如果小型電焊 機(jī)在25%的負(fù)載下就可以連續(xù)工作。貝!I得：銘牌容量銘牌暫載率疋r匕=卩"rj設(shè)備容量V*7規(guī)定暫載率25%或100%(2)電焊機(jī)組要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到暫載率JCloo=100% 時的額定功率= Tjc S” COS0V電焊設(shè)備4 照明的設(shè)備容量電焊機(jī)的工作特點(diǎn)是:功率較大。功率因數(shù)很低一般電焊機(jī)的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動。1)對白熾燈和碘鉤燈的設(shè)備容量是指燈泡的額定功率(W)Pe=PN103(kW)2)對氣體放電燈的設(shè)備容量是指燈管功率(W)加鎮(zhèn)流器中的功率損失Pe=(1.11.2)PN103(kW)高壓水銀燈、金屬鹵化物燈取熒光燈、日光燈取123)對不同性質(zhì)的建筑物

7、估算照明設(shè)備容量，采用單位面 積照明容量法計算PC=SX(o/1000(kW)3照明單位容量(單位安裝功率，W/m2)5民用建筑中的插座，在沒有具體設(shè)備接入時，按100W 算6 單臺用電設(shè)備的額定容量（如1 :某中央空調(diào)機(jī)組包括制冷主機(jī)一臺156kW, 冷卻水泵二臺2 x 22kW （一用一備）,冷凍 水泵二 臺2 x 30kW （一用一備）, 冷卻塔一臺7.5kWo則 該組用電設(shè)備的計算負(fù)荷為：Pe=(156+22+30+7.5)=215.5kW備用設(shè)備不計算在計算負(fù)荷中。第三節(jié)負(fù)荷曲線及計算負(fù)荷一、負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動情況的圖形。直角坐標(biāo)系：縱坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功功率或無

8、功功率） 橫坐標(biāo)表示對應(yīng)時間室按負(fù)荷性質(zhì)分：有功負(fù)荷曲線、無功負(fù)荷曲線底按所表示的負(fù)荷變動的時間：年負(fù)荷、月負(fù)荷和日負(fù)荷曲線1.日負(fù)荷曲線以一晝夜24h為時間范圍繪制的oa）逐點(diǎn)繪制的日負(fù)荷曲線一天時間內(nèi)時間間隔一般為05h曲線下面的面積表示該 負(fù)荷所消耗的電能。b）繪成梯形的日負(fù)荷曲線 為便于計算，假定每個 時間間隔負(fù)荷是保持其 平均值不變。不同間隔時間下的負(fù)荷曲線比較示意圖2.年負(fù)荷曲線反映用電負(fù)荷(365dX24h/d=8760h)的變化情況1)年運(yùn)行負(fù)荷曲線(日最大負(fù)荷全年時間變化曲線)按全年每日的最大負(fù)荷間接繪制的。橫坐標(biāo)依次以全年12個月的日期來分格。可以用來確定擁有多臺變壓器的變

9、電所在一年的時 間不同時期宜投入幾臺運(yùn)行，即經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，降低 電能損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。1/11/41/71/1031/12日期（日/月）低耗能段高耗能段運(yùn)行年負(fù)荷曲線2)年持續(xù)負(fù)荷曲線根據(jù)一年中具有代表性的冬季和夏季日負(fù)荷曲線繪制 橫坐標(biāo)依次以全年8760h計。冬季213d,夏季152d從兩條典型日負(fù)荷曲線的功率最大值開始，依功率的 遞減順序依次繪制。卩4持續(xù)時間:T4=(t4+r4) X213+r4X 152(h)年運(yùn)行負(fù)荷曲線按時間先后繪制年持續(xù)負(fù)荷曲線按負(fù)荷大小和累積時間繪制-與負(fù)荷計算有關(guān)的幾個物理量（一）年最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時數(shù)年最大負(fù)荷Pni全年中最大工作班內(nèi)（這一工作 班

10、的最大負(fù)荷不是禺然出現(xiàn)的，而是全年至少出現(xiàn) 過23次）半小時平均功率的最大值。Pm、QnP SmTm在計算電能損耗和電氣設(shè)備選擇中用到。年最大負(fù)荷利用小時Tm假想時間如果用戶以年最大負(fù)荷（如Pm）持續(xù)運(yùn)TJ, 則所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。T/Wp/PmWp全年消耗的有功 電量，陰影部分的大小反映了用戶 負(fù)荷是否均勻的重 要指標(biāo)。該值越大, 負(fù)荷越平穩(wěn)。(-)平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷電力負(fù)荷在一段時間內(nèi)平均耗用的功率。PavQavS日平均負(fù)荷 年平均負(fù)荷Wa全年時間內(nèi)耗用的電能kWh陰影而積8760負(fù)荷系數(shù)a、卩在最大工作班內(nèi)，平均負(fù)荷與 最大負(fù)荷之比有功負(fù)荷系數(shù)無功負(fù)荷系數(shù)B

11、- Qtna =Q. 70. 75P =0. 760. 82t/h().38kV<M)（三）需用系數(shù)Kj需用系數(shù)定義為：V下設(shè)備容幻1久1需用系數(shù)的物理意義心值的相關(guān)因素：K設(shè)備的同期系數(shù)；（是否同時）氐用電設(shè)備組中設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)（是否滿載）;m線路供電效率（考慮配電線路的功率損耗）；設(shè)備的實際運(yùn)行效率（額定與輸入功率關(guān)系）心值只能靠測量統(tǒng)計確定。（四）利用系數(shù)心 利用系數(shù)定義為:三、計算負(fù)荷定義計算負(fù)荷一一是按照發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電器設(shè)務(wù)時使用的一個假想負(fù)荷。物理意義：按這個“計算負(fù)荷”持續(xù)運(yùn)行所產(chǎn)生 的熱效應(yīng)，與按實際變動負(fù)荷長期運(yùn)行所產(chǎn)生的最大 熱效應(yīng)相等。為什么取30min平均最

12、大負(fù)荷作為“計算負(fù)荷”?對于中小截面的導(dǎo)體，發(fā)熱時間常數(shù)約為lOmin左右，達(dá)到 穩(wěn)定溫升的時間約為3 4t0,約30mim“對于較大截面的導(dǎo)體，大于lOmin,在30min時間內(nèi)達(dá)不到 穩(wěn)定溫升，取30min平均最大負(fù)荷為計算負(fù)荷比較保守。>綜合考慮:nipc -最大工作班的有功計算負(fù)荷P30 - 30min平均最大負(fù)荷Pm-最大負(fù)荷第四節(jié)求計算負(fù)荷的方法一、按需用系數(shù)法確定計算負(fù)荷需用系數(shù)法，是將用電設(shè)備容量Pe乘以需用系數(shù)和 同時系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷。(-)一組三相用電設(shè)備的計算負(fù)荷有功計算負(fù)荷(kW)P：=Pm=KaPc無功計算負(fù)荷(kvar)視在計算負(fù)荷(kVA) s<

13、 =COS 9計算電流(A)%參見表2-4表2-8Sc屁N例1已知一小批冷加工機(jī)床組，擁有電壓380V的 三相電動機(jī)7kW3臺，4.5kW8臺，2.8kW17臺，1.7RW10臺。試用需用系數(shù)法確定其計算負(fù)荷。解由于為連續(xù)工作，此機(jī)床組電動機(jī)的總?cè)萘繛镻c= =7 kWX3+4.5 kWX8+2.8kWX 17+1.7kWX 10 '=122kW査表24“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)”項得K = 0 16、coscp =0.5、tan(p=1.73。因此可得P =ArdPe=0.16X 122=19.52kWQc = P tancp = 19.52x 1.73= 33.77k var

14、+Q； = V19.522 +39.772 = 44.3kVASc _443一屁0.38=67.3A（二）多組三相用電設(shè)備的計算負(fù)荷在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負(fù) 荷時，可結(jié)合具體情況對其有功和無功計算負(fù)荷計入一個同時系數(shù)0.38kV巴 1，QePc，QcPc2，Qc2SJc*Pci' QciSc=P：+Q： (kVA)P,=心工(心匕)(kW)/=1i=l,2,，加Qc =心工(K/g0出)(kvar) <=1Sc屁N注意：總的視在計算負(fù)荷和計算電流不能直接相加后乘以0來計算由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同同時系數(shù)K”應(yīng)用范圍Kz冷加工車間0.708熱加工車間0.7-0.

15、9動力站040確定配電所母線的最大負(fù)荷負(fù)荷小于SOOOkW0910計算負(fù)荷小于500010000kW0.85計算負(fù)荷大于lOOOOkW0.8（三）注意事項1）負(fù)荷計算中常用的單位：有功功率kw；無功功率 kvar;視在功率kVA;電流為A;電壓為kV2）計算多組設(shè)備總的計算負(fù)荷時，為了簡化和統(tǒng)一， 不因設(shè)備臺數(shù)多少而修改査表得到的參數(shù)值。3）求多組設(shè)備計算負(fù)荷和電流時，由于各組設(shè)備的功 率因數(shù)不一定相同，總的視在計算負(fù)荷和計算電流一 般不能用各組視在計算負(fù)荷或計算電流之和來計算， 總的視在計算負(fù)荷按s “片（kVA） 計算。如果在低壓母線上0.38kV裝有無功補(bǔ)償用的靜電p匕i a】電容器組時

16、，則計算負(fù)Pc2，Qc2荷為：SJcP&、QciQe = K 疋（K<Jg%PeJ_Qo1=1（i = 1,2,，加）Qc低壓母線上靜電電容器組送往容量。例2某380V線路上，接有大批生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動 機(jī)20臺共50kW（其中較大容量電動機(jī)2kWl臺，4.5kW2 臺，2.8kW7臺），通風(fēng)機(jī)2臺共5.6kW,電爐1臺。母線 裝電容器Q0=10kvaro試確定線路上總的計算負(fù)荷。解先求各組用電設(shè)備的計算負(fù)荷1冷加工機(jī)床組 查附錄表得K；=0.170.2（取0.2）,cos（p = 0.5, tan（p= 1.73,因此匕尸心巴=0.2 X 50kW= lOkWQc= Xi t

17、amp =10kWX1.73=17.3kvar2.通風(fēng)機(jī)組 查附錄表得K產(chǎn)0.70.8 （取0.8） cos（p=0.& tan（p=0.75,因此Pc,=0.8 X 5.6kW=4.48kWQ C2=4.48kW X 0.75=3.36kvar3電爐組 査附錄表得心=0.7, cos(p=l, tan(p=OoPc3=0.7X2kW=1.4kWCc3=0總計算負(fù)荷(取Ky=0.9)為匕=0.9 X (10+4.48 + 1.4)kW= 14.3kWQc=0.9 X (17.3+3.36)-10kvar=8.6kvarS,. = JP： + Q； = V14.32 + 8.62 = i

18、6.7kVASc16.7*,人循 x 0.38電力負(fù)荷計算表序號設(shè)備名稱臺 數(shù)Pe/kWKdcoscptan(p計算負(fù)荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1冷加I：機(jī)床組20500.20.51.731017.32030.42通風(fēng)機(jī)細(xì)25.60.80.80.754.483.365.643電爐組120.7101.401.42總計知負(fù)荷2357.615.8820.66心=0.9Qo=lOkvar1438.616.725.4例3某旅游賓館變電站負(fù)荷情況如下設(shè)備清單所示, 用需用系數(shù)法計算變電站總計算有功功率、無功功率、 視在功率和計算電流。設(shè)備清單：大堂、走道、餐廳、多功能廳等處照明設(shè)備容量

19、;150kW（帶電容補(bǔ)償cos（p=0.9）熒光燈；180k W白熾燈 客房照明設(shè)備容量：70RW白熾燈冷水機(jī)組容量：120kWX4臺冷凍水泵容量：30kWX5臺（其中一臺備用）冷卻水泵容量：22kWX5臺（其中一臺備用）冷卻塔容:7.5kWX4臺送、排風(fēng)機(jī)容:=i=ullkWX5 臺;22k W X 3 臺；17.5kWX2 臺電梯容量：30kW X 3臺廚房設(shè)備容量：15kWX2臺；5kWX5臺；2.2kWX 6臺 洗衣設(shè)備容量：30kW X 2臺；6kWX3臺；4kWX4臺電力負(fù)荷計算表序號設(shè)備名稱Pe/kWKdCOS<ptanq>計算負(fù)荷Pc/kWQc/kvarSc/kVA

20、Ic/A1人堂等熒光燈照明1500.70.90.48231111256389大堂等白熾燈照明1802客房門熾燈照明7()0.40028028433冷水機(jī)組4X120.7().8().75503377639971冷凍水氽4X30冷卻機(jī)組水泵4X22冷卻塔4X7.54迭、排風(fēng)機(jī)5X11+3X22+2X 17.50.65().80.75101761261925電梯3X3010.51.73901561802736廚房設(shè)備2X 15+5X5+6X2.20.40.750.88272436557洗衣設(shè)備2X30+3X6+4X40.350.71.0233344771負(fù)荷總K£

21、;=099127009151390二、按二項式法確定計算負(fù)荷需用系數(shù)法的缺點(diǎn)：需用系數(shù)法未考慮用電設(shè)備組中少數(shù)容量特別大 的設(shè)備對計算負(fù)荷“舉足輕重”的影響，在確定用電 設(shè)備臺數(shù)少而容量差別相當(dāng)大的低壓支線和干線的計 算負(fù)荷時，結(jié)果偏小。二項式法的提出：克服了需用系數(shù)法的缺點(diǎn)，分為兩項：第一項-用電設(shè)備組的平均最大負(fù)荷項，為基 本負(fù)看值；第二項- -考慮數(shù)臺大容量對總計算負(fù)荷的影響 而計入的附加功率值。（一）同一工作組用電設(shè)備的計算負(fù)荷有功計算負(fù)荷（kW）Pc=bPe+cPx無功訃算負(fù)荷（kvai ）視在計算負(fù)荷（kVA）COS0計算電流（A）Sc“P；十 Q；該用電設(shè)備組的設(shè)備容量之和，計算

22、方法如前需用系數(shù)法中所述。2.PX該組中，兀臺最大容量用電設(shè)備的設(shè)備容量之和。工為該組取用大容量用電設(shè)備的臺數(shù)，對于不同工 作制、類型的用電設(shè)備，*取值不同。見表2-11 o如果設(shè)備用電組中nSx, P=Pe3.二項式系數(shù)b、c通過統(tǒng)計得到。物理 意義：Pm=Pc=Pav+Pa=KuPe+Pa =bPe+cPx b表示利用系數(shù)取值見表2-11 oC表示X臺大容量電動機(jī) 綜合影響系數(shù)。例4同例1。已知一小批冷加工機(jī)床組，擁有電壓 380V的三相 電動機(jī)7kW3臺，4.5kW8臺，2.8kW17臺， 1.7kW10臺。試用二項式法確定其計算負(fù)荷。解 查表21廣小批生產(chǎn)的金屬冷加丄機(jī)床”項得 b=0

23、 14、c =0.4、x = 5、coscp =0.5、tancp= 1.73o 因此可得 P =122kWPx = P5 = 7 X 3+4.5 X2 = 30kWP=hP+cP=0A4X 122+0.4 X 30=29k W ce入Qc = P tan9 = 29x 1.73 = 5(k varSc = JP； + Q； = a/292 + 502 = 58kVA Ic =，一 = = 88A品5<3x0.38P9.52kWQc=33.77RWSc=44.3kVA/(=67.3A二項式法結(jié)果偏大。是由于所用系數(shù)為統(tǒng)計數(shù)字，有一定的 近似性。且二項式系數(shù)的統(tǒng)計數(shù)字也只限于機(jī)械加工行業(yè)。

24、二項 式法一般僅用于該行業(yè)的低壓分支線或干線計算負(fù)荷的確定。（二）不同工作制多個用電設(shè)備組的計算負(fù)荷在確定多組用電設(shè) 備總的計算負(fù)荷時，應(yīng) 考慮各組最大負(fù)荷不同 時出現(xiàn)的因素，但不是 計入同時系數(shù)，而是取 其中最大的附加負(fù)荷， 再加上各組平均負(fù)荷。£ =工 bpei + (cC(kW)Sc =(kVA)i=l山1,2,Qt =工即g©出 + (cPv)m fg% (kvar) lc =(A)三、計算負(fù)荷的估算方法（一）單位產(chǎn)品耗電量法當(dāng)已知企業(yè)年生產(chǎn)量為，每生產(chǎn)單位產(chǎn)品電 能消耗量為（0,則年電能需要量Wa= con （kW*h）最大有功功率Pm= W.a /Tm （kW）

25、Tm -最大有功負(fù)荷年利用小時（h）各種單位產(chǎn)品的電能消耗量 甲儀m位嚴(yán)昂耗電（kW h>mat事位產(chǎn)屆耘電量aw. h）有直金傳件It00-*100ClkVA1<300lkWu1(3080只刃具U63005500n抄機(jī)1臺ItL000rt車1 mI SOO2500It1600» *1 e1-2. 5-4It 2電«i只-it25g«OC締電電3 I（二）負(fù)荷密度法當(dāng)已知車間面積或某建筑面積負(fù)荷密度P時，車 間的平均負(fù)荷或建筑的平均負(fù)荷按下式計算：Pay= p- A (kW)p -負(fù)荷密度(kW/m2 )常見的工業(yè)與民用電能用戶的負(fù)荷密度指標(biāo)用途/ (

26、kW/mz>腸0度指標(biāo)/ (kW/cn2>鑄鎬車聞0.0600?0 080.040< 120.150.06o.oac. io金工左閩0-10辦公*60 0?C Q8木工牟樹0. 66中.小學(xué)0 070- 080.0J-0.13中、小學(xué)（無片憐）0. oso X0- 150 200080，1壓端空氣站0. 157 205 067 07（三）單位指標(biāo)法民用建筑主要有照明.動力及空調(diào)負(fù)荷。例 商業(yè)性高層建筑的用電負(fù)荷大致分布：空調(diào)設(shè)備4050 %,電氣照明3035 %,動力用電2025%。Pc = QN （kW）k單位用電指標(biāo)，單位為kW/人.kW/床.kW/產(chǎn)品尊；N單位數(shù)量，單位為人數(shù).床數(shù)