建筑供配电及照明技术课件_(2)

1、建筑供配电的建筑供配电的负荷计算负荷计算 了解：负荷计算的相关了解：负荷计算的相关概念概念重点：掌握需要系数法、重点：掌握需要系数法、单位指标法、负荷密度单位指标法、负荷密度法法2.1 计算负荷的意义和计算目的计算负荷的意义和计算目的 一、原始资料一、原始资料: 用电负荷的产品铭牌数据。用电负荷的产品铭牌数据。二、考虑因素二、考虑因素: 非同时运行；运行并非在额定状态下。非同时运行；运行并非在额定状态下。三、计算负荷三、计算负荷: 将原始资料将原始资料,结合考虑因素结合考虑因素,变成供配电系变成供配电系统设计所需要的假想负荷。统设计所需要的假想负荷。四、意义和目的四、意义和目的:（一）求计算负

2、荷（一）求计算负荷,也称需用负荷也称需用负荷 1.作为按发热条件选择供配电系统各级作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气电压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。设备的依据。 2. 用来计算电压损失和功率损耗。用来计算电压损失和功率损耗。 3.在工程上为方便计算，亦可作为能量消在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。耗量及无功功率补偿的计算依据。（二）求尖峰电流（二）求尖峰电流 计算电压波动、选择熔断器等保护元计算电压波动、选择熔断器等保护元件。件。（三）求平均负荷（三）求平均负荷 计算供配电系统中电能需要量，电能计算供配电系统中电能需要

3、量，电能损耗和选择无功补偿装置等。损耗和选择无功补偿装置等。2.2 用电设备的主要特征用电设备的主要特征一一 分类：（按工作制分分类：（按工作制分v 连续运行工作制连续运行工作制v 短时运行工作制短时运行工作制v 反复短时运行工作制反复短时运行工作制二二 设备容量设备容量 Pe 的确定的确定v 连续运行工作制用电设备的连续运行工作制用电设备的 Pe （kw)等于等于其铭牌额定功率其铭牌额定功率 PN (kw)v短时运行工作制用电设备，求计算负荷时一般不考短时运行工作制用电设备，求计算负荷时一般不考虑。虑。v 反复短时运行工作制用电设备反复短时运行工作制用电设备,是将某一是将某一 暂载率暂载率(

4、负负荷持续率荷持续率)下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂载率的功率。载率的功率。%v在参与负荷计算时，从发热的观点看，需将铭牌功在参与负荷计算时，从发热的观点看，需将铭牌功率按上式换算统一规定的负荷持续率率按上式换算统一规定的负荷持续率 下的功率：下的功率： v对于起重机对于起重机 换算到换算到 =25%v对于电焊机对于电焊机 换算到换算到 =100%v式中式中 名牌负荷持续率；名牌负荷持续率；v 换算前铭牌额定功率，单位为换算前铭牌额定功率，单位为KW。SNNePP NNPSSS2.3 负荷计算的基本概念负荷计算的基本概念一一 负荷曲线负荷曲线 表示一组

5、用电设备的功率随时间变化关系表示一组用电设备的功率随时间变化关系的图形。的图形。 可直观地反映出用户用电特点，对于同可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。1.按负荷性质分按负荷性质分 v有功负荷曲线有功负荷曲线v无功负荷曲线无功负荷曲线 2.按持续工作时间分按持续工作时间分(1)日负荷曲线日负荷曲线(24h)(2)年负荷曲线（年负荷曲线（8760hv日最大负荷全年时间变化曲线（运行年日最大负荷全年时间变化曲线（运行年负荷曲线负荷曲线v年持续负荷曲线年持续负荷曲线 Pmax1/131/12v年负荷持续时间曲线北方：冬季200天，

6、夏季165天南方：夏季200天，冬季165天二二 与负荷计算相关的物理量与负荷计算相关的物理量 （一）年最大负荷和最大负荷利用小时数（一）年最大负荷和最大负荷利用小时数v年最大负荷年最大负荷 全年中最大工作班内半小时平均功率的全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值。用最大值。用 Pm 、 Qm 、 Sm表示。表示。v 年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数 一个假想时间，反映用户以年最大负一个假想时间，反映用户以年最大负荷荷 Pm持续运行持续运行 Tm h所消耗的能量恰好等于所消耗的能量恰好等于 全年实际消耗的能量全年实际消耗的能量。（二）平均负荷和负荷系数（二）平均负荷和负荷系数v 平均

7、负荷平均负荷 电力用户在一段时间内消耗功率的平电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。用均值。用 Pav 、 Qav 、 Sav 。v负荷系数负荷系数 在最大工作班内，平均负荷与最大负荷在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。之比。mavQQmavPP 一般工厂年负荷系数年平均值为：一般工厂年负荷系数年平均值为： =0.70.75 =0.760.82（三）需要系数（三）需要系数 是一个综合系数，与设备组的同期系是一个综合系数，与设备组的同期系数、设备组的负荷系数、线路及用电设备数、设备组的负荷系数、线路及用电设备效率、以及很多随机因素有关。其定义为：效率、以及很多随机因素有关。其定义为： emd

8、PPK wleLdKKK （四）利用系数（四）利用系数eavuPPK 三三 计算负荷的定义计算负荷的定义 是按发热条件选择导体和电气设备时使是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假想负荷，通常规定取用的一个假想负荷，通常规定取30分钟平分钟平均最大负荷均最大负荷 P30、 Q30和和 S30作为该作为该 用户的用户的“计算负荷计算负荷”。 其物理意义：其物理意义： 计算负荷持续运行产生的计算负荷持续运行产生的热效应与实际变动负荷长期运行所产生的热效应与实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等最大热效应相等。 因此因此： PC= P30= Pm QC= Q30= Qm SC= S30= S

9、m四、求计算负荷的方法四、求计算负荷的方法（一）（一） 需要系数法需要系数法 计算简便，最为通用的一种方法。计算简便，最为通用的一种方法。1.用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 edcPKPkwtgPQccvark22cccQPSkVANccUSI3 A2.多个用电设备组的计算负荷多个用电设备组的计算负荷 （ 配电干线和配电干线和 变电所低压母线）变电所低压母线） K 同期系数同期系数mieidicPKKP1kwmieiicPtgKQ1vark （二（二 ）按二项式法）按二项式法 当确定的用电设备台数较少而容量差别当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的相当大的低压支线

10、和干线的 计算负荷时，采计算负荷时，采用。（略用。（略（三（三 ） 估算方法估算方法 单位产品耗量法、负荷密度法等单位指标法单位产品耗量法、负荷密度法等单位指标法。 2.4 建筑用电负荷的计算方法建筑用电负荷的计算方法 一、计算方法一、计算方法 规范中规定在方案设计设计阶段可采用规范中规定在方案设计设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。个阶段均可采用单位指标法。二、负荷统计二、负荷统计 v按使用功能，由使用单位提供。按使用功能，由使用单位提供

11、。v其他工种提供其他工种提供v按规范进行计算按规范进行计算v电气设计人员自行搜集电气设计人员自行搜集 三、单位指标法三、单位指标法 民用建筑主要有照明、动力及空调民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。负荷。例例 商业性高层建筑的用电负荷大致分布：商业性高层建筑的用电负荷大致分布： 空调设备空调设备4050%， 电气照明电气照明3035%， 动力用电动力用电2025%。（一）单位指标法的计算公式如下（一）单位指标法的计算公式如下: ScKN1000式中式中: Sc计算的在功率计算的在功率(kvA)； K单位指标单位指标(vAm2)； N建筑面积建筑面积(m2)。（二）住宅负荷的计算（二）住宅负荷的

12、计算 每套住宅用电负荷，不再按灯具、插座每套住宅用电负荷，不再按灯具、插座等容量逐一计算，而是按套型类别进行等容量逐一计算，而是按套型类别进行确定，根据我国住宅发展，每套住宅供确定，根据我国住宅发展，每套住宅供电容量标准，一般可在电容量标准，一般可在4一一12kw范围选范围选取。取。 高级公寓的每户建筑面积在高级公寓的每户建筑面积在l00200m2时用电标准可为时用电标准可为10一一15kw。四、需要系数法四、需要系数法（一）（一） 计算公式如下：计算公式如下： PcKdPe式中：式中： Pc计算有功功率计算有功功率(kw)； Kd 需要系数需要系数(三台以下时三台以下时Kd 1)； Pe用电

13、设备组的设备容量用电设备组的设备容量(kw)。 （二）进行负荷计算时，应先对用电设备容（二）进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：量进行如下处理：v照明负荷的用电设备容量应根据所用光源照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。如气体的额定功率加上附属设备的功率。如气体放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。率加上镇流器的功耗。v低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。的功率。v用电设备组的设备容量不包括备用设备，用电设备组的设备容量不包括备用设备，消防用电设备容量不列入

14、总设备容量。消防用电设备容量不列入总设备容量。v季节性用电设备季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。应择其大者计入总设备容量。v反复短时工作制的用电设备功率应换算反复短时工作制的用电设备功率应换算到负载持续率为到负载持续率为25的设备功率。的设备功率。v单相负荷应均衡的分配到三相上。当单单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内负荷的相负荷的总容量小于计算范围内负荷的总容量的总容量的15时，全部按三相对称负荷时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设备不对称容量大于计算；如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的三相用电设备

15、总容量的15时，则设备时，则设备容量应按三倍最大相负荷计算。容量应按三倍最大相负荷计算。 用电设备组的需要系数及功率因数表用电设备组的需要系数及功率因数表（三）总负荷计算（三）总负荷计算v对用电设备进行分组计算时，同类用电对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。负荷分别相加求得。v 配电干线和变电所的计算负荷为各用电配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数设备组的计算负荷之和再乘以同时系数K，一般取为一般取为0.80.9

16、。v当不同类别的建筑当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼如办公楼和宿舍楼)共共用一台变压器时，其同时系数可适当减用一台变压器时，其同时系数可适当减小。小。五五 单相负荷计算单相负荷计算 单相用电设备应尽可能均衡分配在三单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上。（单相设备的总容量不超过相线路上。（单相设备的总容量不超过三相设备的三相设备的15否则：否则：（一）（一） 单相用电设备仅接于相电压单相用电设备仅接于相电压 等效三相负荷等效三相负荷 取最大相负荷的三倍取最大相负荷的三倍 Peq=3 Pm（二）单相用电设备仅接于线电压（二）单相用电设备仅接于线电压 如如 PabPbc Pca v当当 Pbc

17、 0.15 Pab时时 Peq=1.5(Pab+ Pbc)v当当 Pbc 0.15 Pab时时 abeqPP3（三）用电设备分别接于线电压和相电压（三）用电设备分别接于线电压和相电压v先将接于的线电压的单相用电设备换算先将接于的线电压的单相用电设备换算为接于相电压的单相负荷。为接于相电压的单相负荷。v再将各负荷相加，选出最大相负荷取其再将各负荷相加，选出最大相负荷取其3倍即为等效三相负荷倍即为等效三相负荷 。v线线相折算方法相折算方法有功功率有功功率 无功功率无功功率CACCABCCBCCBCBBCABBABBCAACAABAABAPpPpPPpPpPPpPpP CACCABCCBCCBCBB

18、CABBABBCAACAABAABAQqQqQQqQqQQqQqQ 功率换算系数功率换算系数 2.5 供配电系统的功率损耗与电供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算能需要量的计算一一 供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗 式中式中 R 线路每相电阻线路每相电阻 X 线路每相电抗线路每相电抗 (kvar) 103(kw) 1033232XIQRIPclcl二二 变压器的功率损耗变压器的功率损耗式中式中 铁心损耗铁心损耗(铁耗铁耗)； 绕组损耗绕组损耗(铜耗铜耗)； 空载损耗；空载损耗； 短路损耗。短路损耗。202NckTNccuFeTSSPPPSSPPPCuFePPkPP020020020100

19、%100% 100%100%UISSSUSISQSSQQQNNcNNTNcNT式中式中: 变压器空载无功损耗变压器空载无功损耗 变压器在额定负荷下变压器在额定负荷下,消耗消耗在在 一、二次绕组电抗上的无功一、二次绕组电抗上的无功 损耗。损耗。 变压器空载电流占额定电变压器空载电流占额定电 流的百分比。流的百分比。 变压器短路电压占额定电变压器短路电压占额定电 压的百分比。压的百分比。 变压器负荷率变压器负荷率0QNQ%0I%0U 在负荷计算中，变压器的有功损耗和无在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损耗可按下式近似计算功损耗可按下式近似计算： (kvar) )10. 008. 0( (kw)

20、)02. 0016. 0(CTCTSQSP 三三 供配电系统年电能损耗供配电系统年电能损耗假设假设 ，线路电压不变，则，线路电压不变，则 876087608760mcmmavavmmTPTPPhPTP1cosavavIP ccIP 在在 时时87603 87603222mcavlTRIRIW1cos87602mT 线路年平均损耗线路年平均损耗变压器年平均损耗变压器年平均损耗lclPRIW23208760kTPPW 最大负荷损失小时数。最大负荷损失小时数。 其物理意义为：当线路和变压器中以最其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电流大负荷电流 流过流过 小时后所产生小时后所产生的电能损耗，等于

21、实际变化电流时的电的电能损耗，等于实际变化电流时的电能损耗，能损耗， 与年最大负荷利用小时数与年最大负荷利用小时数 和负荷功率因数和负荷功率因数 有关。有关。 cImTcos2.6 尖峰电流的计算尖峰电流的计算 尖峰电流是持续尖峰电流是持续12s的短时最大负荷电的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动，选择熔断器和低流，它用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置及检验电动机压断路器，整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。自起动条件等。一、单台用电设备一、单台用电设备NststpkIKII 用电设备的额定电流；用电设备的额定电流； 用电设备的起动电流；用电设备的起动电流； 用

22、电设备的起动倍数：笼型电动机为用电设备的起动倍数：笼型电动机为 57，绕线型电动机为，绕线型电动机为23，直流电，直流电动动 机为机为1.7等。等。二、多台用电设备二、多台用电设备NIstIstKmaxmax11)(NstcpkstniiNpkIIIIIIKI2.7 无功功率补偿2.7. 1 功率因数功率因数2.7.2 提高功率因数意义提高功率因数意义可减小功率损耗可减小功率损耗可减小电压损耗可减小电压损耗可提高电力系统的供电能力可提高电力系统的供电能力降低成本降低成本v供电营业规则供电营业规则规定：规定：COS大于等于大于等于0.9 奖，低于此值奖，低于此值罚。罚。SPIUPN 3cosPS

23、Q2.7.3 提高功率因数的方法提高功率因数的方法1、提高负荷的自然功率因数：、提高负荷的自然功率因数： 1）正确的选择、合理的使用电动机和变压器。）正确的选择、合理的使用电动机和变压器。 尽量选择鼠笼型电动机。避免：空载、轻载运行。尽量选择鼠笼型电动机。避免：空载、轻载运行。 2）更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的设备采）更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的设备采用同步电动机，使其工作在过激状态。用同步电动机，使其工作在过激状态。2、人工补偿提高功率因数、人工补偿提高功率因数 当当COS0.9时，采用人工补偿法来提高功率因数，广时，采用人工补偿法来提高功率因数，广泛采用并联电容器进

24、行补偿。泛采用并联电容器进行补偿。 2.7.4电容器的选择电容器的选择v电容器无功容量的计算电容器无功容量的计算 图图v电容器（柜）台数的确定电容器（柜）台数的确定v需电容器台数：需电容器台数： v每相所需电容器台数：每相所需电容器台数： 取其相等或稍大的偶数，因为变电所采取其相等或稍大的偶数，因为变电所采用单母线分段式结线。用单母线分段式结线。PQCQLS1S2 2130tantan PQC2NCWnccUUqQN3Nn 并联电容器的补偿方式v单独就地补偿方式：单独就地补偿方式： 优点：补偿范围大，补偿效果最好优点：补偿范围大，补偿效果最好 缺点：投资大，利用率低。适用经常运转而容量大缺点：投资大，利用率低。适用经常运转而容量大的感性用电设备。的感性用电设备。v低压分组补偿方式：低压分组补偿方式： 优点：补偿范围较大，补偿效果较好优点：补偿范围较大，补偿效果较好 适用：车间变电所。工厂广泛采用。适用：车间变电所。工厂广泛采用。v高压集中补偿方式：高压集中补偿方式： 优点：初期投资少，便于集中管理，利用率高。优点：初期投资少，便于集中管理，利用率高。 缺点：补偿效果差缺点：补偿效果差适用对象：适用对象：610kV 大中型工厂采用补偿方式大中型工厂采用补