第5講、第二章 負(fù)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(shè)備容量的確定

1.設(shè)備容量的定義

設(shè)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(shè)備容量，用Pe來表示。

2.設(shè)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(shè)備，設(shè)備容量即為額定功率，Pe=PN。

式中：

t——工作周期內(nèi)的工作時間；

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

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

要求統(tǒng)一換算到JC=25%時的功率，即：3）電爐變壓器組

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

（4）單相負(fù)荷應(yīng)均勻分配到三相上

（5）所有備用設(shè)備的容量不計入總用電設(shè)備容量之中第二章負(fù)荷計算

（6）消防用電設(shè)備的容量一般不計入總用電設(shè)備容量之中

（7）夏季有系統(tǒng)空調(diào)的制冷等用電設(shè)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(fù)荷

用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)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(fù)荷計算的主要方法，在計算過程中，需要把用電設(shè)備按照工藝性質(zhì)不同，需要系數(shù)不同分成不同若干組，然后分組進(jìn)行計算，最后再算出總的計算負(fù)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(shè)備組的設(shè)備容量Pe，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備的額定容量之和，即Pe=ΣPN。而設(shè)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(shè)備組的計算負(fù)荷

設(shè)備容量確定之后，將用電設(shè)備進(jìn)行分組，即將工藝性質(zhì)相同，需要系數(shù)相近的用電設(shè)備劃為一組，進(jìn)行負(fù)荷計算，其計算公式為：結(jié)合實例：一機(jī)修車間的380V線路上，接有通風(fēng)機(jī)組20臺共5kW，試求計算負(fù)荷。確定多個用電設(shè)備組的計算負(fù)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(shè)備組的計算負(fù)荷一機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動機(jī)20臺共50kW；另接通風(fēng)機(jī)3臺共5kW；吊車電動機(jī)1個3kW（JCN=15%）試求計算負(fù)荷。4．確定車間變電所高壓側(cè)計算負(fù)荷

在負(fù)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(fù)荷

其方法同車間變電所的高、低壓側(cè)計算負(fù)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(fù)荷愈平穩(wěn)，回路又少，所以對應(yīng)的KΣ愈大。

例

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

(1)金屬切削機(jī)床組查表，取故

(2)通風(fēng)機(jī)組查表，取故(3)電阻爐查表，取故

因此總的計算負(fù)荷為（取）

第二章負(fù)荷計算第四節(jié)按二項式法確定計算負(fù)荷

需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計算比較簡便，應(yīng)用廣泛，但是對于企業(yè)中用電設(shè)備數(shù)量少，容量相差懸殊的配電線路進(jìn)行負(fù)荷計算，應(yīng)用需要系數(shù)法計算出的結(jié)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(jìn)行負(fù)荷計算比較接近實際，其指導(dǎo)思想是考慮大容量負(fù)荷的影響，因此計算負(fù)荷由平均最大負(fù)荷和幾臺大容量用電設(shè)備的附加負(fù)荷組成。其方法如下：第二章負(fù)荷計算一、相同工作制的單組用電設(shè)備的計算負(fù)荷式中：PC、QC、SC、IC——該用電設(shè)備組的計算負(fù)荷（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；

Pe——該用電設(shè)備組的設(shè)備容量總和（kW）；

Px——該用電設(shè)備組中x臺容量最大用電設(shè)備的設(shè)備容量之和（kW）；

X——該用電設(shè)備組取用大容量用電設(shè)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(shè)備組的平均負(fù)荷；

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

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

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

式中：ρ——負(fù)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(fù)荷密度為60W/m2，估算計算負(fù)荷。Pc=ρA=60*20000=1200kW第二章負(fù)荷計算第六節(jié)單相負(fù)荷的負(fù)荷計算

在配電設(shè)計中，應(yīng)盡量使單相設(shè)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(dāng)單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負(fù)荷總?cè)萘康?5%時，全部按三相對稱負(fù)荷計算，當(dāng)超過15%時，應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷，再與三相負(fù)荷相加，等效三相負(fù)荷計算方法如下：第一種情況：單相用電設(shè)備接于相電壓等效三相負(fù)荷取最大一相負(fù)荷的三倍，即

Peq=3Pm

式中：Peq——等效三相負(fù)荷容量

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

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

Peq——等效三相負(fù)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(jī)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(fù)荷。圖2-7例2-5的電路第二章負(fù)荷計算第七節(jié)尖峰電流的計算

用電設(shè)備持續(xù)1~2s的短時最大負(fù)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(hù)裝置電流整定值，以及檢驗電動機(jī)能否自起動的依據(jù)。一、單臺設(shè)備的尖峰電流單臺設(shè)備的尖峰電流主要是由感性負(fù)載在起動瞬間產(chǎn)生的電流。即

Ipk=KIN

式中：Ipk——單臺設(shè)備的尖峰電流（A）；

IN——用電設(shè)備的額定電流；

K——用電設(shè)備的起動電流倍數(shù)。一般鼠籠式電動機(jī)為5~7，繞線型電動機(jī)為2~3，直流電動機(jī)為1.5~2，電焊變壓器為3~4（詳細(xì)值可查產(chǎn)品樣本）第二章負(fù)荷計算二、多臺用電設(shè)備的尖峰電流一般只考慮起動電流最大的一臺電動機(jī)的起動電流，因此多臺用電設(shè)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(jī)起動電流（A）；

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

n

——同時起動的電動機(jī)臺數(shù)；

Ki、Ini——對應(yīng)于第i臺電動機(jī)的起動倍數(shù)和額定電流。第二章負(fù)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(jìn)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)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(xué)用電管理制度與措施。2）實行計劃供電，合理分配負(fù)荷，削峰填谷，提高電網(wǎng)供電能力、降低線損。3）采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，改造舊設(shè)備，提高用電設(shè)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(jìn)行無功補(bǔ)償，使電網(wǎng)功率因數(shù)提高，從而減少損耗。第二章負(fù)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(fù)載損耗兩部分?？蛰d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(fù)載損耗又稱銅損，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(fù)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(fù)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(fù)載有功功率（kW）、負(fù)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(cè)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(fù)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(fù)荷計算三、無功補(bǔ)償（重點）1．無功補(bǔ)償?shù)囊饬x在企業(yè)和民用建筑中的用電設(shè)備大多數(shù)是具有電感特性的。如：電力變壓器、感應(yīng)電動機(jī)、電焊機(jī)、日光燈等，這些設(shè)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(fù)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(dǎo)致：（1）供電系統(tǒng)的設(shè)備容量和投資增加，如S愈大，變壓器容量愈大；（2）當(dāng)電源電壓一定時，由公式可知，S增加，勢必導(dǎo)致線路的電流I增加，使輸電線路導(dǎo)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(shè)備的有功損耗I2r增加。第二章負(fù)荷計算2．無功補(bǔ)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(shè)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(bǔ)償?shù)姆椒?，提高功率因?shù)。這種方法不需要增加設(shè)備，如合理選擇感應(yīng)電動機(jī)和變壓器容量采用人工補(bǔ)償?shù)姆椒?，需要增加新設(shè)備，這種方法通常有（1）采用靜電電容器；（2）采用同步調(diào)相機(jī)。第二章負(fù)荷計算3．補(bǔ)償容量的計算方法采用靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒ㄈ缦拢菏街校篞cc——補(bǔ)償容量（kVar）；

Pc——有功計算負(fù)荷（kW）；

tanΦ1——補(bǔ)償前計算負(fù)荷對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值；

tanΦ2——補(bǔ)償后計算負(fù)荷對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值；

Δｑc——補(bǔ)償率（kVar/kW）。第二章負(fù)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(yīng)根據(jù)2．10（6）kV配電變壓器臺數(shù)和容量應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件負(fù)荷性質(zhì)用電容量運行方式負(fù)荷情況建筑物性質(zhì)（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(zhì)量采用有載調(diào)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(yīng)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(fù)荷計算第二章負(fù)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(fù)荷對供電可靠性的要求，對具有大量一、二級負(fù)荷或只有大量二級負(fù)荷，宜采用兩臺及以上變壓器，當(dāng)一臺故障或檢修時，另一臺仍能正常工作。

2．負(fù)荷容量大而集中時，雖然負(fù)荷只為三級負(fù)荷，也可采用兩臺及以上變壓器。

3．對于季節(jié)負(fù)荷或晝夜負(fù)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(fù)荷等級確定.根據(jù)負(fù)荷容量確定.根據(jù)運行的經(jīng)濟(jì)性確定第二章負(fù)荷計算當(dāng)符合下列條件之一時，可設(shè)專用變壓器：1.電力和照明采用共用變壓器將嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及光源壽命時，可設(shè)照明專用變壓器；2.季節(jié)性負(fù)荷容量較大或沖擊性負(fù)荷嚴(yán)重影響電能質(zhì)量時，設(shè)專用變壓器；3.單相負(fù)荷容量較大，由于不平衡負(fù)荷引起中性導(dǎo)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(fù)荷其容量不是很大時，可設(shè)置單相變壓器；4.出于功能需要的某些特殊設(shè)備，可設(shè)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(dǎo)電部分就地接地的低壓系統(tǒng)中(IT系統(tǒng))，照明系統(tǒng)應(yīng)設(shè)專用變壓器。第二章負(fù)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(yù)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(fù)荷的視在功率（kVA）；

β——變壓器的最佳負(fù)荷率（一般取70%~80%為宜）從長期經(jīng)濟(jì)運行角度考慮，配電變壓器的長期工作負(fù)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(yīng)滿足一、二級負(fù)荷用電。在同一變電所內(nèi)，變壓器的容量等級不宜過多。第二章負(fù)荷計算3．變壓器允許過負(fù)荷倍數(shù)和時間變壓器允許事故過負(fù)荷倍數(shù)和時間，應(yīng)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(fù)荷倍數(shù)和時間干式變壓器允許事故過負(fù)荷倍數(shù)和時間第二章負(fù)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