《建筑電氣技術》課件-第4章

4.1供配電系統(tǒng)及電力負荷

4.2電力負荷分級及供電要求

4.3負荷曲線與負荷計算的基本概念4.4電力負荷的計算方法小結

4.1.1電力系統(tǒng)組成及特點

1.電力系統(tǒng)的組成

典型電力系統(tǒng)示意圖如圖4-1所示。

（1）發(fā)電廠。

（2）電力網。

(3)電力用戶。4.1電力系統(tǒng)及電力負荷

圖4-1電力系統(tǒng)示意圖

2.配電系統(tǒng)的組成

(1)供電電源。

(2)配電網。

(3)用電設備。4.1.2額定電壓及供電電壓的選擇

1.額定電壓

我國交流電網和電力設備常用的額定電壓見表4-1~表4-3。(1)第一類額定電壓。

第一類額定電壓是100V以下的電壓，主要用于安全照明、蓄電池及開關設備的直流操作電源，如表4-1所示。表4-1第一類額定電壓

(2)第二類額定電壓。

第二類額定電壓是大于100V、小于1kV的電壓，主要用于電力及照明設備，如表4-2所示。

(3)第三類額定電壓。

第三類額定電壓是1kV以上的電壓，主要用于發(fā)電機、送電線路、變壓器及受電器，如表4-3所示。表4-2第二類額定電壓表4-3第三類額定電壓

2.電力網的額定電壓

3.用電設備的額定電壓

圖4-2為用電設備和發(fā)電機的額定電壓示意圖。

4.發(fā)電機的額定電壓

5.電力變壓器的額定電壓圖4-2用電設備和發(fā)電機的額定電壓示意圖①變壓器滿載時，變壓器的二次繞組的額定電壓一方面要補償變壓器二次繞組自身的阻抗電壓降(相當于電力網額

定電壓的5%)，另一方面為彌補線路中的電壓損失，變壓

器的二次繞組的額定電壓要滿足線路始端應高于線路的額定電壓5%，因此變壓器二次繞組的額定電壓規(guī)定比同級電力網額定電壓高10%，如圖4-3中的變壓器T1。②當變壓器靠近用戶，供電半徑較小時，由于線路較短，線路的電壓損失可以忽略不計，這時變壓器的二次繞組的額定電壓應高于電力網額定電壓5%，用以補償變壓器自身的電壓損失，如圖4-3中的變壓器T2。圖4-3電力變壓器的額定電壓示意圖

6.供電電壓的選擇

用電單位供電電壓的選擇原則上應根據(jù)用電容量、用電設備特性、供電距離、供電線路的回路數(shù)、當?shù)毓搽娋W現(xiàn)狀及其發(fā)展規(guī)劃等因素，經技術經濟比較確定。

表4-4列出了各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離的關系。表4-4各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離的關系4.1.3供電質量

1.電壓質量

1)電壓偏差

(1)電壓偏差的含義及評價指標。

電壓偏差也稱電壓偏移，是指用電設備的實際端電壓U偏離其額定電壓UN的百分數(shù)，即

(4-1)

(2)電壓偏差對用電設備的影響。

①對異步電動機的影響。

端電壓偏差對異步電動機特性的影響如表4-5所示。

②對同步電動機的影響。

③對電熱設備的影響。

④對光源的影響。

⑤對并聯(lián)電容器的影響。

⑥對電阻焊機的影響。表4-5端電壓偏差對異步電動機特性的影響(18.5kW以上)

(3)電壓偏差的改善方法。

①正確設計配電系統(tǒng)的運行方式，減少電網或變壓器電壓降。

②按照允許電壓降來選擇導線截面，是減少電壓降、調節(jié)電壓的有效措施之一。

③合理選擇變壓器，利用設備自身特性減少電壓降損耗。

2)電壓波動和閃變

(1)電壓波動的定義。

為了表征電壓在短時間內的快速變動情況，電壓波動值以變動過程中最大電壓Umax與最小電壓Umin之差同電網額定電壓UN之比的百分值來表示，即

(4-2)

(2)電壓波動的產生及其危害。

(3)抑制或減小電壓波動的措施:

一是采取合理的供電方式，給負載變化劇烈的電氣設備以專線單獨供電。

3)三相電壓不平衡度

(1)三相電壓不平衡度的定義和允許值。

三相電壓不對稱度是衡量三相負荷平衡狀態(tài)的指標，用電壓不平衡度εu的百分數(shù)來表示，即

(4-3)

(2)三相電壓不平衡的產生原因及危害。

(3)改善三相不平衡度的措施。

2.電網高次諧波及其抑制

1)諧波電流的產生原因

2)諧波電流的危害

3)抑制電網諧波的措施

3.頻率偏差

4.供電可靠性

表4-6給出了電子計算機供電電源的電能質量要求。

表4-6計算機性能所允許的電能參數(shù)變動范圍表4.2.1負荷分級

1.一級負荷

2.二級負荷

3.三級負荷4.2電力負荷分級及供電要求4.2.2民用建筑電力負荷分級

民用建筑中常用重要電力負荷級別可參見表4-7。

表4-7民用建筑中各類建筑物的主要用電負荷分級4.2.3電力負荷對供電的要求

1.一級負荷的供電要求

2.二級負荷的供電要求

3.三級負荷的供電要求

4.3.1負荷曲線

1.負荷曲線的概念

日負荷曲線代表電能用戶24小時內用電負荷變化的情況，如圖4-4所示。4.3負荷曲線與負荷計算的基本概念圖4-4日負荷曲線

2.負荷曲線的繪制

日負荷曲線的繪制方法一般有兩種:一是根據(jù)某一監(jiān)測點24h內各個時刻的功率表中顯示的數(shù)據(jù)，逐點繪制而成的平滑曲線，如圖4-5(a)所示，這樣得到的負荷曲線最為準確；另外在工程上，為了表達和計算簡單起見，往往將負荷曲線用等效的階梯形曲線來代替，這與精確的負荷曲線之間會有一定的誤差，但這種誤差是可以允許的。最為常見的負荷曲線是以半小時為時間間隔所繪制的曲線，如圖4-5(b)所示。圖4-5負荷曲線的繪制方法4.3.2負荷計算的基本概念

1.計算負荷的概念

2.負荷計算的內容

3.負荷的工作制

一般用暫載率(或負荷持續(xù)率)JC％或ε(本書采用ε)表示其工作特性，即

(4-4)4.4.1用需要系數(shù)法計算負荷

1.需要系數(shù)的定義

由于用電設備實際上不可能全部同時運行，也不可能全部滿負荷工作，同時設備和線路存在功率損耗，所有這些因素綜合起來，使系統(tǒng)內最大負荷與全系統(tǒng)用電設備總容量之間存在差異，前者要比后者小，兩者的比值稱為需要系數(shù)，即

(4-5)4.4電力負荷的計算方法表4-8、表4-9給出了各用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)值，供計算時參考。表4-8工業(yè)企業(yè)常用用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)表4-9民用建筑常用用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)于是需要系數(shù)可表達為

(4-6)

2.用電設備功率計算

(1)單臺用電設備的設備功率。

(2)斷續(xù)運行工作制電動機類負荷。應將其額定功率換算成暫載率為25％時的等效功率，以便于計算。即

(4-7)

【例4-1】

有一臺斷續(xù)工作制的電動機，在負載持續(xù)率為60%時，其額定功率為48kW,在采用需要系數(shù)法進行負荷計算時，其計算時采用的設備功率是多少？

解由式(4-7)知，設備功率為

(3)斷續(xù)運行工作制電焊機類負荷。應將其額定功率換算成負荷持續(xù)率為100％時的等效功率，以便于計算。即

(４-８)

工程實際中，常用到無功計算負荷Qe，有

(4-9)

3.單相負荷計算

(1)當單相負荷全部為相負荷(接在相電壓上)時，有

(4-10)

(2)當單相負荷全部為線間負荷(接在線電壓上)時，有

(4-11)其余系數(shù)類推。具體見表4-10。表4-10線間負荷換算為相負荷的換算系數(shù)表

【例4-2】某建筑工程工地有兩臺電焊機，銘牌容量為20kVA，cosφ為0.7。銘牌ε為25%，接于380V線路上，求三相等效負荷。

解每臺電焊機的設備容量為

假設兩臺設備分別接在ab、bc線電壓上，則三相等效負荷為

【例4-3】某線路上裝有單相220V電熱干燥箱40kW2臺，20kW2臺，電加熱器20kW1臺及單相380V自動焊接機(ε=100%)46kW3臺、51kW2臺、32kW1臺，進行負荷計算。

解首先應將單相負荷逐相分配，盡量使其平衡。負荷計算見表4-11。表4-11某單項用電設備的三相網路負荷計算

4.電力負荷計算程序

負荷計算時一般按圖4-6中的G、F、E、D、C、B、A的順序逐級確定各點的計算負荷。圖4-6當分組后同一組中設備臺數(shù)大于3臺時，計算負荷應考慮其需要系數(shù)，以第j組為例，即在計算設備組單臺的設備容量Pe后，將用電設備進行分組，即將工藝性質相同、需要系數(shù)相近的設備劃為一組，根據(jù)所提供的需要系數(shù)，逐個進行負荷計算，公式為

(4-12)將各用電設備組計算負荷按有功功率、無功功率等分別相加，計算公式如下:

(4-13)④低壓母線(圖4-6中的D點)的計算負荷。

在確定低壓母線或配電干線的計算負荷時，考慮到各干線最大負荷不可能同時出現(xiàn)的影響，應引入一個同時工作系數(shù)，故母線的計算負荷為

(4-14)同時工作系數(shù)一般在0.7～1.0之間，當母線出線干線數(shù)量較多時，KΣP和KΣQ取較小值，反之取較大值。表4-12給出了KΣP的數(shù)值。表4-12最大負荷時的同時工作系數(shù)KΣP的值⑤企業(yè)10kV輸電線路、母線及高壓進線(圖4-6中的C、B、A點)計算負荷的確定。

電線路C點的計算負荷，有

(4-15)高壓進線A點的計算負荷，有

(4-16)

母線B點的計算負荷，有

(4-17)⑥施工現(xiàn)場負荷量的計算。

總負荷量可按以下公式計算:

(4-18)建筑工地常用用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)如表4-13所示。表4-13建筑工地常用用電設備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)

【例4-4】已知某車間負荷數(shù)據(jù)見表4-14，采用需要系數(shù)法求:①整流弧焊機的設備功率；②點焊機的設備功率；③起重機的設備功率；④該車間計算負荷的視在功率(有功

功率同時系數(shù)為0.9，無功功率同時系數(shù)為0.95)。表4-14某車間負荷數(shù)據(jù)

解①依據(jù)式(4-8)可知

②依據(jù)式(4-8)可知

③依據(jù)式(4-7)可知

④本題單相負荷只有點焊機，其設備功率為20kW，三相負荷設備功率為195kW(機床、整流弧焊機、起重機設備功率之和)，單相負荷設備功率為三相負荷設備功率的10.3%，所以單相負荷不必換算為三相負荷。

依據(jù)式(4-12)可知設備組的有功計算負荷為

Pc=Kxj∑Pe=120×0.15+45×0.35+20×0.35+30×0.1=44kW設備組的無功計算負荷為

考慮同時系數(shù)后，要得到車間的有功功率

P=KΣP∑Pc=0.9×44=40kW車間的無功功率

Q=KΣQ∑Qc=0.95×66=63kVA

故可得車間計算負荷的視在功率為

表4-15所示為例4-4的負荷計算表。表4-15例4-4的負荷計算表4.4.2用單位指標法計算負荷

1.負荷密度估算法

負荷密度估算法的計算公式為

Pc=ρS(4-19)

常見的工業(yè)與民用電能用戶的負荷密度指標如表4-16所示。表4-16常見的工業(yè)與民用電能用戶的負荷密度指標

2.單位指標法

單位指標法是已知不同類型的負荷在核算單位上的需求量，乘以核算單位所得到的負荷量，即

Pc=αN

(4-20)

國內在進行電氣方案設計階段使用單位指標法的優(yōu)點，主要是便于確定供電方案及選擇變壓器的容量和臺數(shù)。表4-17是變壓器裝置指標。表4-17變壓器裝置指標表

3.住宅用電量指標法

住宅用電量指標法的計算公式為

Pc=KΣβN(4-21)

4.住宅建筑的負荷計算

(1)普通住宅每戶用電負荷的標準。

表4-18是每套住宅的電力負荷和電度表的規(guī)格。表4-19是中國大陸和中國香港、美國的住宅用電量標準比較。表4-18國家標準《住宅設計規(guī)范》每套住宅的用電負荷標準及電能表的規(guī)格表4-19中國大陸和中國香港、美國的住宅用電量標準比較

(2)電氣負荷計算。

①每條配電干線采用單相220V供電的多層住宅，進行負荷計算所需的一些參數(shù)在表4-20中列出。

②每條干線采用三相380V供電時，進行負荷計算所需的一些參數(shù)在表4-21中列出。

③需要系數(shù)的確定。

當以基本戶型(二類戶型)為計算負荷的依據(jù)時，需要系數(shù)的確定可參考表4-22中的數(shù)據(jù)。表4-20采用單相220V供電的多層住宅表4-21采用三相380V供電的住宅表4-22需要系數(shù)的確定

【例4-5】已知某公寓負荷數(shù)據(jù)如表4-23所示，采用需要系數(shù)法求該公寓的計算負荷:

①住戶用電的設備功率；②空調的設備功率；③水泵的設備功率；④該公寓計算負荷的視在功率(有功功率同時系數(shù)為0.9，無功功率同時系數(shù)為0.95)；⑤該項目的總需要系數(shù)。表4-23某公寓負荷數(shù)據(jù)

解①住戶用電設備功率應取有功功率為

Pe1=SNcosφ=6×0.9×200=1080kW

②根據(jù)題意，三套空調可能同時工作，設備功率應取

Pe2=