建筑供配電 建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算

1、第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第一節(jié) 計(jì)算負(fù)荷的意義和計(jì)算目的 在進(jìn)行建筑供配電設(shè)計(jì)時(shí)，基本的原始資料有各種用電設(shè)備的產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)（如額定容量、額定電壓）、建設(shè)規(guī)模、負(fù)荷密度等，這是設(shè)計(jì)的依據(jù)。但是，這些原始資料要變成供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的假想負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷，才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。 不能簡單地用設(shè)備額定容量做為計(jì)算負(fù)荷，這是因?yàn)樗惭b的設(shè)備并非都同時(shí)運(yùn)行；運(yùn)行著設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)不同；同類設(shè)備實(shí)際負(fù)荷也并不是每一時(shí)刻都等于設(shè)備的額定容量，而是在不超過額定容量的范圍內(nèi)，時(shí)大時(shí)小地變化著。 求計(jì)算負(fù)荷的這項(xiàng)工作稱為負(fù)荷計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算主要包括： (1)求計(jì)算負(fù)荷，也稱需用負(fù)荷。目的是為了合理

2、的選擇供配電系統(tǒng)各級(jí)電壓供電網(wǎng)絡(luò)、主接線、變壓器容量和電器設(shè)備型號(hào)等。 (2)求尖峰電流。用于計(jì)算電壓波動(dòng)、電壓損失、選擇熔斷器和保護(hù)元件等。 (3)求平均負(fù)荷。用來計(jì)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。 求計(jì)算負(fù)荷意義重大，估算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費(fèi)和工程投資的增加。反之，如估算過低，又會(huì)使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實(shí)際負(fù)荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供配電系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第二節(jié) 用電設(shè)備的主要特征按工作制分有連續(xù)運(yùn)行、短時(shí)運(yùn)行和反復(fù)短時(shí)運(yùn)行三類。 (1)連續(xù)運(yùn)行工作制：是指工作時(shí)間較長，連續(xù)

3、運(yùn)行的用電設(shè)備，絕大多數(shù)用電設(shè)備屬于此類工作制。如通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、各種泵類、照明、各種電爐、機(jī)床、電解電鍍?cè)O(shè)備等。 (2)短時(shí)運(yùn)行工作制：是指工作時(shí)間短，停歇時(shí)間相當(dāng)長的用電設(shè)備的工作制。如金屬切削機(jī)床用的輔助機(jī)械(橫梁升降，刀架快速移動(dòng)裝置等)、水閘用電機(jī)等，這類設(shè)備的數(shù)量很少，不計(jì)入計(jì)算負(fù)荷。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算(3)斷續(xù)周期工作制 ：這類工作制的設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，好像有固定周期一樣，而工作周期一般不超過10min。此設(shè)備有兩種：電焊用變壓器和吊車、行車用電動(dòng)機(jī)。 斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負(fù)荷持續(xù)率”(又稱暫載率)來表示其工作特征。負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作

4、周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用 JC（）表示，即 設(shè)備容量的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算不考慮備用設(shè)備的容量，而且要注意，此容量的計(jì)算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。1對(duì)一般連續(xù)工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。2對(duì)斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負(fù)荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個(gè)規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率下的容量之和。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第三節(jié) 負(fù)荷曲線及計(jì)算負(fù)荷一、負(fù)荷曲線 負(fù)荷曲線是用來表示用電功率隨時(shí)間變化關(guān)系的圖形。它反映了用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律。該曲線繪制在直角坐標(biāo)系內(nèi)，縱坐標(biāo)表示電力負(fù)荷，橫坐標(biāo)表示時(shí)間（小時(shí)為單位）。 根據(jù)縱坐標(biāo)表示的負(fù)荷性質(zhì)

5、不同，可分有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線。根據(jù)橫坐標(biāo)表示的持續(xù)工作時(shí)間的不同，又可分為負(fù)荷班、日、星期、月、季度和年負(fù)荷曲線。日負(fù)荷曲線代表用戶一晝夜(0時(shí)24時(shí))實(shí)際用電負(fù)荷的變化情況。如圖2-1(a)所示。年負(fù)荷曲線代表用戶全年(8760h)內(nèi)用電負(fù)荷變化規(guī)律。負(fù)荷曲線按負(fù)荷對(duì)象分，有單位的、大樓的或某類設(shè)備的負(fù)荷曲線。 通常，為了使用方便，負(fù)荷曲線多繪制成階梯形。如圖21(b)為某工廠的階梯形的日負(fù)荷曲線。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算年負(fù)荷曲線1、負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，按負(fù)荷大小依次排列，如圖2-2c所示，全年按8760h計(jì)。 上述年負(fù)荷曲線，根據(jù)其一年中具有代表性的夏日負(fù)荷曲線(圖2-3a)和冬

6、日負(fù)荷曲線(圖2-3b)來繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r而定。例如在我國北方，可近似地認(rèn)為夏日165天，冬日200天；而在我國南方，則可近似地認(rèn)為夏日200天，冬日165天。假設(shè)繪制南方某廠的年負(fù)荷曲線(圖2-2c)，其中P1在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間T1=200(t1+t1)，P2在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間T2=200t2+165t2，其余類推。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算 年負(fù)荷曲線的另一種形式，是按全年每日的最大負(fù)荷(通常取每日最大負(fù)荷的半小時(shí)平均值)繪制的，稱為年每日最大負(fù)荷曲線，如圖所示。橫坐標(biāo)依次以全年十二個(gè)月份的日期來分格。這種年最大負(fù)荷曲線，可以用

7、來確定擁有多臺(tái)電力變壓器的變電所在一年內(nèi)的不同時(shí)期宜于投入幾臺(tái)運(yùn)行，即所謂經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算二、與負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的幾個(gè)物理量(一)年最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) 年最大負(fù)荷是指全年中最大工作班內(nèi)半小時(shí)（30分鐘）平均功率的最大值，并用符號(hào)Pm、Qm和Sm分別表示年有功、無功和視在最大負(fù)荷。 半小時(shí)（30分鐘）平均最大功率P30 所謂最大工作班，是指一年中最大負(fù)荷的工作班次，最大負(fù)荷最少出現(xiàn)23次的最大負(fù)荷，而不是偶然出現(xiàn)的某一個(gè)工作班。 年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tm，是一個(gè)假想時(shí)間。其物理意義是，如果用戶以年最大負(fù)荷(如Pm)持續(xù)運(yùn)行Tm

8、h，則所消耗的電能恰好等于全年實(shí)際消耗的電能。如圖2-3(c)所示，年持續(xù)負(fù)荷曲線與兩軸所包絡(luò)的面積，等于Pm與Tm的乘積(即面積I等于面積)，所以Tm可表達(dá)為： 年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映電力負(fù)荷特征的一個(gè)重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，Tmax18003000h；兩班制工廠，Tmax35004800h；三班制工廠，Tmax50007000h。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算(二)平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù) (1) 平均負(fù)荷是指電力用戶在一段時(shí)間內(nèi)消耗功率的平均值，記作Pav，Qav，Sav如圖所示為平均有功負(fù)荷，其值為用戶在由0到t時(shí)間內(nèi)所消耗的電能Wp(kWh)除以時(shí)間t，即：

9、(2) 負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率，它是用電負(fù)荷的平均負(fù)荷Pav與其最大負(fù)荷Pm的比值. 對(duì)負(fù)荷曲線來說，負(fù)荷系數(shù)亦稱負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它表征負(fù)荷曲線不平坦的程度，即表征負(fù)荷起伏變動(dòng)的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來說，希望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個(gè)電力系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)盡量使不平坦的負(fù)荷曲線“削峰填谷”，提高負(fù)荷系數(shù)。 負(fù)荷系數(shù)通常以百分值表示。負(fù)荷系數(shù)(負(fù)荷率)的符號(hào)有功負(fù)荷率用、無功負(fù)荷率用表示，即：第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算(三)需用系數(shù)在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，常使用需用系數(shù)Kd，其與Pm、Pe的關(guān)系為：需用系數(shù)是一個(gè)綜合系數(shù)，Kd只能靠測量統(tǒng)計(jì)確定。上述各種因素可供

10、設(shè)計(jì)人員在變動(dòng)的系數(shù)范圍內(nèi)選用時(shí)參考。表2-3為某些工廠的全廠需用系數(shù)及功率因數(shù)。表2-4為用電設(shè)備組的需用系數(shù)。表2-5為照明用電設(shè)備需用系數(shù)。表2-6電氣光源的功率因數(shù)。表2-7為民用建筑用電設(shè)備需用系數(shù)；表2-8為單機(jī)負(fù)載率。(四)利用系數(shù)（不講）第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算三、計(jì)算負(fù)荷定義求計(jì)算負(fù)荷，也稱需用負(fù)荷。目的是為了合理的選擇供配電系統(tǒng)各級(jí)電壓供電網(wǎng)絡(luò)、主接線、變壓器容量和電器設(shè)備型號(hào)等。 如何選？用按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。 根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如果以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，其發(fā)熱溫度不會(huì)超過允許值。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算一般選P30作為Pm，作為

11、計(jì)算負(fù)荷使用。原因（1）選擇設(shè)備時(shí)要考慮到最嚴(yán)重的情況下也能正常運(yùn)行。（最大負(fù)荷）（2）由于導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約需(34)，為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其r10min，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min(半小時(shí))后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值。由此可見，計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時(shí)最大負(fù)荷P30(亦即年最大負(fù)荷Pmax)是基本相當(dāng)?shù)?。所以?jì)算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷。 第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第四節(jié) 求計(jì)算負(fù)荷的方法一、按需用系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷(一)三相用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷：公式例題第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算(二)多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷多個(gè)用電設(shè)備組同時(shí)工

12、作，各個(gè)用電設(shè)備組的最大負(fù)荷也非同時(shí)出現(xiàn)，因此計(jì)算總負(fù)荷時(shí)，應(yīng)再計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)(或叫同期系數(shù)，混合系數(shù))K。具體計(jì)算如下：第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算三、計(jì)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n，每生產(chǎn)單位產(chǎn)品電能消耗量為(見表)，則：（二)負(fù)荷密度法 當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積或某建筑面積負(fù)荷密度時(shí)，車間的平均負(fù)荷或某建筑的平均負(fù)荷可按下式計(jì)算：(三)其他估算法:第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算五、單相負(fù)荷計(jì)算在工廠里，除了廣泛應(yīng)用的三相設(shè)備外，還應(yīng)用有電焊機(jī)、電爐、電燈等各種單相設(shè)備。 在民用中有大量的單相負(fù)荷。 單相設(shè)備接在三相線路中，應(yīng)盡可能均衡分配，使三相負(fù)荷盡可能均衡。 1

13、、 如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5，則不論單相設(shè)備如何分配，單相設(shè)備可與三相設(shè)備綜合按三相負(fù)荷平衡計(jì)算。 2、如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量的15時(shí)，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再與三相設(shè)備容量相加。 3、由于確定計(jì)算負(fù)荷的目的，主要是為了選擇線路上的設(shè)備和導(dǎo)線(包括電纜)，使線路上的設(shè)備和導(dǎo)線在通過計(jì)算電流時(shí)不致過熱或損壞，因此在接有較多單相設(shè)備的三相線路中，不論單相設(shè)備接于相電壓還是線電壓，只要三相負(fù)荷不平衡，就應(yīng)以最大負(fù)荷相有功負(fù)荷的3倍作為等效三相有功負(fù)荷，以滿足安全運(yùn)行的要求。（等效原則）第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算單相設(shè)備組等效三相負(fù)荷的計(jì)算

14、1單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算等效三相設(shè)備容量Pe應(yīng)按最大負(fù)荷相所接單相設(shè)備容量Pem的3倍計(jì)算，即等效三相計(jì)算負(fù)荷則按前述需要系數(shù)法計(jì)算。2單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算3單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算 首先應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷。總的等效三相有功計(jì)算負(fù)荷為其最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷P30m的3倍，即 總的等效三相無功計(jì)算負(fù)荷為最大有功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷Q30m的3倍，即第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量1、負(fù)荷均攤法：即2、系數(shù)法：第二章建筑供

15、配電的負(fù)荷計(jì)算四、民用建筑負(fù)荷計(jì)算照明：一般用電插座每個(gè)可按100W計(jì)算：需要系數(shù)：按逐級(jí)計(jì)算法確定總計(jì)算負(fù)荷：第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算第六節(jié) 供配電系統(tǒng)的功率損耗與電能需要量計(jì)算一、供電線路的功率損耗三相供電線路的有功功率損耗P，無功功率損耗Q分別按下式計(jì)算：第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算二、變壓器的功率損耗變壓器的損耗包括有功功率損耗PT和無功功率損耗QT。(一)有功功率損耗 有功功率損耗又由兩部分組成。其一為空載損耗，又稱鐵損(固定損耗），它是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗（磁滯、渦流）。因?yàn)樽儔浩髦鞔磐ㄖ慌c外加電壓有關(guān)，當(dāng)外加電壓u和頻率f恒定時(shí)，鐵損也為常數(shù)，與負(fù)荷大小無關(guān)?？蛰d損

16、耗可由空載實(shí)驗(yàn)確定。 另一部分是短路損耗，又稱銅損，它是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負(fù)荷電流平方(或功率)成正比。短路損耗可由短路實(shí)驗(yàn)確定。所以雙卷變壓器有功功率損耗表達(dá)式為(二)無功功率損耗 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(shí)，由產(chǎn)生主磁通勵(lì)磁電流所造成的無功損耗。另一部分是由變壓器負(fù)荷電流在一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功損耗（漏磁通）。其表達(dá)式為：第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算三、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷無功補(bǔ)償?shù)谋匾?電力系統(tǒng)中使用的輸變電設(shè)備及電力用戶的用電設(shè)備，如電力變壓器、電抗器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、高頻爐、日光燈等大部分具有電感的

17、特性。它們?cè)诮⒔蛔兇艌鰰r(shí)需從電力系統(tǒng)中吸收無功功率。但無功功率并不是實(shí)際作功的功率，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備在其發(fā)出的視在功率為一定時(shí)，無功功率需求的增加，將會(huì)造成發(fā)出的有功功率的下降而影響發(fā)電機(jī)的出力。同時(shí)，無功功率在系統(tǒng)的輸送中會(huì)造成許多不利的影響：(1)無功功率在通過電網(wǎng)時(shí)，會(huì)引起線路及設(shè)備的有功損耗。因此在輸送有功功率為一定時(shí)，增加無功功率會(huì)使總電流增加而引起供電線路及設(shè)備的有功功率損耗相應(yīng)的增加。 (2)電網(wǎng)的電壓損失將會(huì)隨著無功功率的增加而增加，這給電網(wǎng)電壓的調(diào)整帶來困難。(3)在電網(wǎng)輸送有功不變下，無功增加而使總電流增加，會(huì)使供電系統(tǒng)中的如變壓器、斷路器、導(dǎo)線以及測量儀器、儀表等等

18、的一次、二次設(shè)備的容量、規(guī)格尺寸增大，從而使投資費(fèi)用增加。 在供電營業(yè)規(guī)則，中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為090以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為085以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補(bǔ)償裝置（處罰） ，通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行（就地）補(bǔ)償。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算 人工補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容易可按下式計(jì)算： 式中的平均負(fù)荷Pav也可用計(jì)算負(fù)荷Pc乘以負(fù)荷系數(shù)代替，則得：無功補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷 裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以后，則在確定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)以前的總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)扣除無功補(bǔ)償容量，即總的無功計(jì)算負(fù)荷： 由上式可以看出，在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以后，由于低壓側(cè)總的視在計(jì)算負(fù)荷減小，從而可使變電所主變壓器容量選得小一些。第二章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算電力電容器的裝設(shè)位置 實(shí)際中廣泛應(yīng)用的補(bǔ)償無功的并聯(lián)電力電容器，其裝設(shè)的位置因不同的補(bǔ)償方式而不同。電力電容器的補(bǔ)償方式通常分為三種：個(gè)別補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。個(gè)別補(bǔ)償就是將電力電容器裝設(shè)在需要補(bǔ)償?shù)碾姎庠O(shè)備附近，使用中與電氣