第5講、第二章 負荷計算建筑供配電與照明 王曉麗主編建筑工業(yè)出版社

回顧：一、設備容量的確定

1.設備容量的定義

設備的銘牌額定功率PN經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設備容量，用Pe來表示。

2.設備容量的確定

（1）長期連續(xù)工作制或短時連續(xù)工作制的用電設備，設備容量即為額定功率，Pe=PN。

式中：

t——工作周期內的工作時間；

t0——工作周期內的停歇時間。設備銘牌上暫載率為額定暫載率用JCN表示。由于反復短時工作制的用電設備。其工作時間與間歇時間相互交替，我們把一個周期內的工作時間的百分數(shù)稱作暫載率，又稱負載持續(xù)率，用JC表示，即：1）電焊機和電焊裝置組要求統(tǒng)一換算到JC=100%時的功率，即：

（2）反復短時工作制的用電設備，設備容量要換算到統(tǒng)一標準暫載率下的功率。式中，PN為電焊機額定有功功率；SN為額定視在功率；JCN為額定負荷持續(xù)率；cosφN為額定功率因數(shù)。2）起重機（吊車電動機）

要求統(tǒng)一換算到JC=25%時的功率，即：3）電爐變壓器組

設備容量是指額定功率下的有功功率，即：Pe=SNcosφN第二章負荷計算（3）照明燈具的設備容量

（4）單相負荷應均勻分配到三相上

（5）所有備用設備的容量不計入總用電設備容量之中第二章負荷計算

（6）消防用電設備的容量一般不計入總用電設備容量之中

（7）夏季有系統(tǒng)空調的制冷等用電設備，冬季利用鍋爐采暖，取大回顧：二、按需要系數(shù)法確定計算負荷

用需要系數(shù)法進行負荷計算，其方法簡便適用，為工業(yè)企業(yè)及民用建筑供配電系統(tǒng)負荷計算的主要方法，在計算過程中，需要把用電設備按照工藝性質不同，需要系數(shù)不同分成不同若干組，然后分組進行計算，最后再算出總的計算負荷，即逐級計算的方法。

1．需要系數(shù)需要系數(shù)定義為：或（Kd≤1）

來源：用電設備組的設備容量Pe，是指用電設備組所有設備的額定容量之和，即Pe=ΣPN。而設備實際運行中，諸多因素影響，就獲得了需要系數(shù)的公式：要求：會查表回顧：確定用電設備組的計算負荷

設備容量確定之后，將用電設備進行分組，即將工藝性質相同，需要系數(shù)相近的用電設備劃為一組，進行負荷計算，其計算公式為：結合實例：一機修車間的380V線路上，接有通風機組20臺共5kW，試求計算負荷。確定多個用電設備組的計算負荷引入一個系數(shù)稱同期系數(shù)（又稱同時系數(shù)），的取值為0.8~1之間，其計算公式為：確定多個用電設備組的計算負荷一機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW；另接通風機3臺共5kW；吊車電動機1個3kW（JCN=15%）試求計算負荷。4．確定車間變電所高壓側計算負荷

在負荷估算中，變壓器的損耗可近似計算，對于低損耗變壓器通常為：5．確定總降壓變電所的計算負荷

其方法同車間變電所的高、低壓側計算負荷的確定方法。這里出現(xiàn)的KΣ與低壓母線上的KΣ連乘建議不小于0.8。因為愈趨向電源端負荷愈平穩(wěn)，回路又少，所以對應的KΣ愈大。

例

某機修車間380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW(其中較大容量電動機有7.5kW1臺，4kW3臺，2.2kW7臺)，通風機2臺共3kW，電阻爐1臺2kW。試確定此線路上的計算負荷。解：先求各組的計算負荷

(1)金屬切削機床組查表，取故

(2)通風機組查表，取故(3)電阻爐查表，取故

因此總的計算負荷為（?。?/p>

第二章負荷計算第四節(jié)按二項式法確定計算負荷

需要系數(shù)法進行負荷計算比較簡便，應用廣泛，但是對于企業(yè)中用電設備數(shù)量少，容量相差懸殊的配電線路進行負荷計算，應用需要系數(shù)法計算出的結果往往偏小，與實際相差較大，因此，在這種情況下，采用二項式法進行負荷計算比較接近實際，其指導思想是考慮大容量負荷的影響，因此計算負荷由平均最大負荷和幾臺大容量用電設備的附加負荷組成。其方法如下：第二章負荷計算一、相同工作制的單組用電設備的計算負荷式中：PC、QC、SC、IC——該用電設備組的計算負荷（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；

Pe——該用電設備組的設備容量總和（kW）；

Px——該用電設備組中x臺容量最大用電設備的設備容量之和（kW）；

X——該用電設備組取用大容量用電設備的臺數(shù)；

b、c——二項式系數(shù)，（參見表2-10），由長期實踐統(tǒng)計得出的；

UN——額定電壓（kV）；

bPe——該用電設備組的平均負荷；

cPx——X臺容量最大用電設備的附加負荷（考慮容量最大用電負荷使計算負荷大于平均負荷的影響）。

當用電設備的臺數(shù)n等于最大容量用電設備的臺數(shù)X，且n=X≤3時，一般將用電設備的設備容量總和作為最大計算負荷。已知某機修車間的金屬切削機床組（小批量冷加工機床），擁有電壓為380V的三相電動機7.5kW3臺，4kW8臺，3kW17臺，1.5kW10臺。試求其計算負荷。第二章負荷計算二、不同工作制的多組用電設備計算負荷式中：PC、QC、SC、IC——多組用電設備組的計算負荷總和（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；∑bPe——各用電設備組平均負荷b·Pe的總和；（cPx）m——各用電設備組附加負荷c·Px中最大值；tanφx——與（cPx）m相對應的功率因數(shù)角的正切值；tanφ——與各用電設備組對應的功率因數(shù)角的正切值；如果每組中的用電設備數(shù)量小于最大容量用電設備的臺數(shù)X，則采用小于X的兩組或更多組中最大的用電設備附加負荷的總和，作為總的附加負荷。注意，用二項式法進行負荷計算時，把所有用電設備統(tǒng)一劃組，按照不同工作制分組，不應逐級計算。某機修車間380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW(其中較大容量電動機有7.5kW1臺，4kW3臺，2.2kW7臺)，通風機2臺共3kW，電阻爐1臺2kW。試確定此線路上的計算負荷。第二章負荷計算第五節(jié)計算負荷的常用估算方法一、單位指標法單位指標法計算有功功率PC的公式為：式中：——單位用電指標，如W/戶、W/人、W/床；

N——單位數(shù)量，如戶數(shù)、人數(shù)、床位數(shù)。第二章負荷計算二、負荷密度法

當已知車間生產(chǎn)面積或某建筑物面積負荷密度ρ時，則可估算其計算負荷：PC=ρA

式中：ρ——負荷密度（kW/m2）；A——某生產(chǎn)車間或某建筑面積（m2）。某辦公樓建筑面積2萬平米，負荷密度為60W/m2，估算計算負荷。Pc=ρA=60*20000=1200kW第二章負荷計算第六節(jié)單相負荷的負荷計算

在配電設計中，應盡量使單相設備均衡地分配在三相線路上。盡量減少三相不平衡狀態(tài)。當單相負荷的總容量小于計算范圍內三相對稱負荷總容量的15%時，全部按三相對稱負荷計算，當超過15%時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加，等效三相負荷計算方法如下：第一種情況：單相用電設備接于相電壓等效三相負荷取最大一相負荷的三倍，即

Peq=3Pm

式中：Peq——等效三相負荷容量

Pm——最大負荷相的設備容量（kW）第二章負荷計算第二種情況、單相用電設備僅接于線電壓1．當只有單臺設備或設備只接在一個線電壓上時，等效三相負荷為：式中：Pe——線間負荷容量（kW）2．當有多臺設備時，等效三相負荷當Pab≥Pbc≥Pca，則：式中：Pab、Pbc、Pca——分別接于ab、bc、ca線間負荷容量（kW）第二章負荷計算第三種情況：既有線間負荷，又有相間負荷時，應將線間負荷換算成相負荷，然后各相負荷分別相加，取最大相負荷的3倍做為等效三相負荷。換算方法如下：1．各相負荷換算第二章負荷計算2、等效三相負荷式中：Pab、Pbc、Pca——分別接于ab、bc、ca線間負荷（kW）；

Pa、Pb、Pc、Qa、Qb、Qc——換算為a、b、c相的有功負荷（kW）和無功負荷（kvar）；

p（ab）a、p（ab）b、p（bc）b、p（bc）c、p（ca）c、p（ca）a及q（ab）a、q（ab）b、q（bc）b、q（bc）c、q（ca）c、q（ca）a——功率換算系數(shù)；

Pm——最大相負荷（kW）；

Peq——等效三相負荷（kW）。

如圖2-7所示220/380V三相四線制線路上，接有220V單相電熱干燥箱4臺，其中2臺10kW接于A相，1臺30kW接于B相，1臺20kW接于C相。此外接有380V單相對焊機4臺，其中2臺14kW（JCN=100％）接于AB相間，1臺20kW（JCN=100％）接于BC間，1臺30kW（JCN=60％）接于CA相間。試求此線路的計算負荷。圖2-7例2-5的電路第二章負荷計算第七節(jié)尖峰電流的計算

用電設備持續(xù)1~2s的短時最大負荷電流，稱尖峰電流。確定尖峰電流的目的是為了計算線路的電壓波動、選擇斷路器、熔斷器和保護裝置電流整定值，以及檢驗電動機能否自起動的依據(jù)。一、單臺設備的尖峰電流單臺設備的尖峰電流主要是由感性負載在起動瞬間產(chǎn)生的電流。即

Ipk=KIN

式中：Ipk——單臺設備的尖峰電流（A）；

IN——用電設備的額定電流；

K——用電設備的起動電流倍數(shù)。一般鼠籠式電動機為5~7，繞線型電動機為2~3，直流電動機為1.5~2，電焊變壓器為3~4（詳細值可查產(chǎn)品樣本）第二章負荷計算二、多臺用電設備的尖峰電流一般只考慮起動電流最大的一臺電動機的起動電流，因此多臺用電設備的尖峰電流為：Ipk=（KIN）m+Ic（n-1）

式中：（KIn）m——起動電流最大的一臺電動機起動電流（A）；

Ic（n-1）——除起動電流最大的那臺電動機之外，其它用電設備的計算電流。三、電動機組同時起動的尖峰電流式中：

n

——同時起動的電動機臺數(shù)；

Ki、Ini——對應于第i臺電動機的起動倍數(shù)和額定電流。第二章負荷計算第八節(jié)節(jié)約電能一、節(jié)約電能1．節(jié)約電能的意義1）節(jié)約電能可降低能源的消耗，緩解電力供需的矛盾，減少環(huán)境污染。2）節(jié)約電能可減少企業(yè)的成本。3）節(jié)約電能可促進新技術、新工藝、新設備的開發(fā)與利用。大大提高生產(chǎn)力水平。2．節(jié)約電能的方法1）建立科學用電管理制度與措施。2）實行計劃供電，合理分配負荷，削峰填谷，提高電網(wǎng)供電能力、降低線損。3）采用新技術、新工藝、新設備，改造舊設備，提高用電設備效率，減少電源損失，減少線路損耗。4）提高自然功率因數(shù)和進行無功補償，使電網(wǎng)功率因數(shù)提高，從而減少損耗。第二章負荷計算二、功率損耗1.變壓器功率損耗的計算

變壓器的功率損耗，包括有功功率損耗和無功功率損耗。有功損耗又分為空載損耗和負載損耗兩部分。空載損耗又稱鐵損，它是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功功率損耗；負載損耗又稱銅損，它是變壓器負荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功功率損耗。

同樣無功功率損耗也由兩部分組成，一部分是變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流所造成的無功功率損耗，另一部分是由變壓器負載電流在一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功功率損耗。第二章負荷計算、——是通過短路試驗測得，、——是由空載試驗測得，由制造廠提供，或由下式計算。式中：ΔPT、ΔQT——變壓器的有功功率損耗（kW）、無功功率損耗（kvar）；

ΔP0、ΔQ0——變壓器的空載有功功率損耗（kW）、空載無功功率損耗（kvar）；

ΔPK、ΔQK——變壓器負載有功功率（kW）、負載無功功率（kvar），即變壓器的短路有功功率損耗和無功功率損耗。

SC

——變壓器低壓側計算視在功率（KVA）；SNT——變壓器的額定容量（KVA）。變壓器的功率損耗也可用下式概略計算。第二章負荷計算2．供電線路功率損耗的計算供電線路的有功功率損耗、無功功率損耗可按下式計算：式中:ΔP L、ΔQL——線路的有功功率損耗（kW），無功功率損耗（kvar）；

R、X——每相線路電阻、電抗。R、X可按下式計算：式中：ro、xo——線路單位長度的交流電阻和電抗；（Ω/km）；

l

——線路計算長度（km）。第二章負荷計算三、無功補償（重點）1．無功補償?shù)囊饬x在企業(yè)和民用建筑中的用電設備大多數(shù)是具有電感特性的。如：電力變壓器、感應電動機、電焊機、日光燈等，這些設備在工作中向電網(wǎng)吸收大量無功功率，而這部分功率又不是實際做功的功率，因此電網(wǎng)向負載提供有功功率的同時，又要提供無功功率，由公式可知，無功功率Q的增加，可使視在功率S增加，因此，無功功率增加可導致：（1）供電系統(tǒng)的設備容量和投資增加，如S愈大，變壓器容量愈大；（2）當電源電壓一定時，由公式可知，S增加，勢必導致線路的電流I增加，使輸電線路導線截面增加；（3）線路電流的增加，使得線路的電壓損失Ir增加，線路及設備的有功損耗I2r增加。第二章負荷計算2．無功補償?shù)姆椒ㄓ捎谏鲜鲈?，無功功率的增加，不僅能源浪費，又使設備投資增加，為了減少向電網(wǎng)索取的無功功率，由公式可知，提高功率因數(shù)cosΦ，即可減少系統(tǒng)容量S。提高功率因數(shù)的方法主要分兩方面：①采用提高自然功率因數(shù)的方法②采用人工補償?shù)姆椒?，提高功率因?shù)。這種方法不需要增加設備，如合理選擇感應電動機和變壓器容量采用人工補償?shù)姆椒?，需要增加新設備，這種方法通常有（1）采用靜電電容器；（2）采用同步調相機。第二章負荷計算3．補償容量的計算方法采用靜電電容器進行無功補償?shù)挠嬎惴椒ㄈ缦拢菏街校篞cc——補償容量（kVar）；

Pc——有功計算負荷（kW）；

tanΦ1——補償前計算負荷對應的功率因數(shù)的正切值；

tanΦ2——補償后計算負荷對應的功率因數(shù)的正切值；

Δｑc——補償率（kVar/kW）。第二章負荷計算第九節(jié)變壓器的選擇（重點）一、一般原則1．35kV主變壓器的臺數(shù)和容量應根據(jù)2．10（6）kV配電變壓器臺數(shù)和容量應根據(jù)地區(qū)供電條件負荷性質用電容量運行方式負荷情況建筑物性質（民用建筑變電所）環(huán)境條件確定工廠供電系統(tǒng)沒有特殊要求的和民用建筑獨立變電所，采用三相油浸自冷電力變壓器；對消防要求較高場所，宜采用干式電力變壓器；對電網(wǎng)電壓波動較大，為改善電壓質量采用有載調壓電力變壓器；對于工作環(huán)境惡劣，要求有防塵、防火、防爆要求的，應采用密閉式、防火、防爆電力變壓器；近年來，箱式變壓器在城市中的小區(qū)和車間也不斷采用，與高、低壓配電柜并列安裝組成箱變。第二章負荷計算第二章負荷計算二、變壓器臺數(shù)要依據(jù)以下原則選擇

1．為滿足負荷對供電可靠性的要求，對具有大量一、二級負荷或只有大量二級負荷，宜采用兩臺及以上變壓器，當一臺故障或檢修時，另一臺仍能正常工作。

2．負荷容量大而集中時，雖然負荷只為三級負荷，也可采用兩臺及以上變壓器。

3．對于季節(jié)負荷或晝夜負荷變化比較大時，為了方便、靈活地投切變壓器，也宜采用兩臺變壓器。除以上情況外，可采用一臺變壓器。.根據(jù)負荷等級確定.根據(jù)負荷容量確定.根據(jù)運行的經(jīng)濟性確定第二章負荷計算當符合下列條件之一時，可設專用變壓器：1.電力和照明采用共用變壓器將嚴重影響照明質量及光源壽命時，可設照明專用變壓器；2.季節(jié)性負荷容量較大或沖擊性負荷嚴重影響電能質量時，設專用變壓器；3.單相負荷容量較大，由于不平衡負荷引起中性導體電流超過變壓器低壓繞組額定電流的25％時，或只有單相負荷其容量不是很大時，可設置單相變壓器；4.出于功能需要的某些特殊設備，可設專用變壓器；5.在電源系統(tǒng)不接地或經(jīng)高阻抗接地，電氣裝置外露可導電部分就地接地的低壓系統(tǒng)中(IT系統(tǒng))，照明系統(tǒng)應設專用變壓器。第二章負荷計算三、變壓器容量的確定1．在民用建筑中，低壓為0.4kV單臺變壓器容量不宜大于1250kVA。因為容量太大，供電范圍和半徑太大，電能損耗大。對于戶外預裝式變電所，單臺變壓器容量不宜大于800kVA。單臺變壓器容量確定：式中：SNC——單臺變壓器容量（kVA）；

ST——計算負荷的視在功率（kVA）；

β——變壓器的最佳負荷率（一般取70%~80%為宜）從長期經(jīng)濟運行角度考慮，配電變壓器的長期工作負荷率不宜大于85%。2．如果是具有兩臺及以上變壓器的變電所，要求其中任一臺變壓器斷開時，其余主變壓器的容量應滿足一、二級負荷用電。在同一變電所內，變壓器的容量等級不宜過多。第二章負荷計算3．變壓器允許過負荷倍數(shù)和時間變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間，應按制造廠的規(guī)定執(zhí)行，如制造廠無規(guī)定時，對油浸及干式變壓器可參照下表規(guī)定執(zhí)行。油浸變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間干式變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間第二章負荷計算四、變壓器連接組別的選擇：1.

變壓器繞組連接方式

類別及連接方式高

、中壓低壓單相Ii三相星型Yy三相三角形Dd有中性線時YN、ZNyn、zn

變壓器繞組連接