第2章负荷计算.

1、第二章建筑供配电的负荷计算第一节负荷计算的意义和计算的目的第二节用电设备的主要特征（亜点）第三节 负荷曲线及计算负荷（重点）第四节求计算负荷的方法（重点）第五节 负荷计算方法的应用范围及评价第六节 供配电系统的功率损耗与电能需要量计算第一节计算负荷的意义和目的一、原始资料：用电负荷的产品铭牌数据。二、考虑因素：非总时运召；运行并非在额定状态下。 不能简单地用设备额定容量作为计算负 荷。三、计算负荷计算负荷是根据已知的用电设备容量按一定统计方法确定的，预期不变的最大假想负荷。X按照允许发热条件选择导线截面。X 制定提高功率因数的措施X确定变压器容量X选择及整定保护设 备以及校验供电电 压的质量二

2、、负荷计算的目的求计算负荷的工作X 求计算负荷，也称需用负荷为了合理的选择供配电系统各级电压供电网络、 变压器容量和电器设备型号等。X求尖峰电流用于计算电压波动、电压损失、选择熔断器和 保护元件等。X求平均负荷用于计算供配电系统中电能需要量.电能损耗 和选择无功补偿装置等。第二节用电设备的主要特征一、用电设备的分类（一）按电流分：直流和交流（二）按电压分：低压一lkV及以下高压一高于lkV（三）按频率分：低频一50Hz以下工频一 50Hz中频一 501000Hz 高频一1000Hz以上（三）按工作制分：1 连续运行工作制工作时间较长，连续运行的设备 在规定的环境温度下连续运行， 设备任何部分温

3、升均不超过最高 允许值,负荷比较稳定。通风机、压缩机、各种泵类、各种 电炉、机床.电解电镀设备、照明等电阻加热炉 主要用于各种寒件的热处理电弧炉 主要用于矿石熔炼、金属熔炼感应炉 T主要用于熔炼和金属材料热处理 其它电热设备 *红外线加热、微波加热和等离子加热等电镀设备电镀设备的工作特点是:(1)工作方式是长期连续工作的。(2)供电采用直流电源，需要晶闸 管整流设备.(3)容量较大，功率因数较低。2.短时运行工作制指工作时间彳艮短，停歇时间相当长 的用电设备。在工作时间内，用电设备的温升尚 未达到该负荷稳定值，即停歇，在停 歇时间内温度又降低为周围介质的温 度。金属切削机床用的辅助机械、水闸

4、用电机等。3.反复短时工作制指有规律性的，时而工作、时而停歇、反复运 行的用电设备的工作制。III工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。 吊车电动机.电焊用变压器等。二、用电设备容量的计算不同工作制额定容量换算成统一工作制的设备功率。用匕表示。1 连续运行工作制用电设备p =p (kW)2 爲时鏈行工作制用电设备 一般不考虑3反复短时工作制用电设备设备容量是将某一暂载率下的铭牌额定功率统一换 算到一个标准暂载率下的功率。暂载率(JC%):又称负载持续率(FC%)或接电 率(£%) o用电设备工作时间与整个工作周期时间之比 值，用JC表示。 1

5、00+'（）JC = -根据国家技术标准规定，工作周期匚锂。以10分 钟为依据，起重专用电动的标准暂载率为15%, 25%, 40%, 60%四种，铭牌上均按40%工作制标 注；电焊设备的标准暂载率为50%, 65%, 75%, 100% 4种。额定暂载率JCn也叫负载持续率，是指 此设备能够满载工作时间的比率；比如常 见的电焊机：标称容量10KVA,但又标明暂 载率25%,说明此电焊机在10KVA负载下， 只能在25%的时间内工作；也就是说，在 10分钟内只能工作25分钟，否则就要过热 烧毁；还有一个说明：电焊机的负载是不 固定的，焊接电流大负载就大，焊接电流 小负载就小；再反过来说

6、，如果小型电焊 机在25%的负载下就可以连续工作。贝!I得：铭牌容量铭牌暂载率疋r匕=卩"rj设备容量V*7规定暂载率25%或100%(2)电焊机组要求设备容量统一换算到暂载率JCloo=100% 时的额定功率= Tjc S” COS0V电焊设备4 照明的设备容量电焊机的工作特点是:功率较大。功率因数很低一般电焊机的配置不稳定，经常移动。1)对白炽灯和碘钩灯的设备容量是指灯泡的额定功率(W)Pe=PN103(kW)2)对气体放电灯的设备容量是指灯管功率(W)加镇流器中的功率损失Pe=(1.11.2)PN103(kW)高压水银灯、金属卤化物灯取荧光灯、日光灯取123)对不同性质的建筑物

7、估算照明设备容量，采用单位面 积照明容量法计算PC=SX(o/1000(kW)3照明单位容量(单位安装功率，W/m2)5民用建筑中的插座，在没有具体设备接入时，按100W 算6 单台用电设备的额定容量（如1 :某中央空调机组包括制冷主机一台156kW, 冷却水泵二台2 x 22kW （一用一备）,冷冻 水泵二 台2 x 30kW （一用一备）, 冷却塔一台7.5kWo则 该组用电设备的计算负荷为：Pe=(156+22+30+7.5)=215.5kW备用设备不计算在计算负荷中。第三节负荷曲线及计算负荷一、负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。直角坐标系：纵坐标表示负荷（有功功率或无

8、功功率） 横坐标表示对应时间室按负荷性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线底按所表示的负荷变动的时间：年负荷、月负荷和日负荷曲线1.日负荷曲线以一昼夜24h为时间范围绘制的oa）逐点绘制的日负荷曲线一天时间内时间间隔一般为05h曲线下面的面积表示该 负荷所消耗的电能。b）绘成梯形的日负荷曲线 为便于计算，假定每个 时间间隔负荷是保持其 平均值不变。不同间隔时间下的负荷曲线比较示意图2.年负荷曲线反映用电负荷(365dX24h/d=8760h)的变化情况1)年运行负荷曲线(日最大负荷全年时间变化曲线)按全年每日的最大负荷间接绘制的。横坐标依次以全年12个月的日期来分格。可以用来确定拥有多台变压器的变

9、电所在一年的时 间不同时期宜投入几台运行，即经济运行方式，降低 电能损耗，提高经济效益。1/11/41/71/1031/12日期（日/月）低耗能段高耗能段运行年负荷曲线2)年持续负荷曲线根据一年中具有代表性的冬季和夏季日负荷曲线绘制 横坐标依次以全年8760h计。冬季213d,夏季152d从两条典型日负荷曲线的功率最大值开始，依功率的 递减顺序依次绘制。卩4持续时间:T4=(t4+r4) X213+r4X 152(h)年运行负荷曲线按时间先后绘制年持续负荷曲线按负荷大小和累积时间绘制-与负荷计算有关的几个物理量（一）年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷Pni全年中最大工作班内（这一工作 班

10、的最大负荷不是禺然出现的，而是全年至少出现 过23次）半小时平均功率的最大值。Pm、QnP SmTm在计算电能损耗和电气设备选择中用到。年最大负荷利用小时Tm假想时间如果用户以年最大负荷（如Pm）持续运TJ, 则所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。T/Wp/PmWp全年消耗的有功 电量，阴影部分的大小反映了用户 负荷是否均匀的重 要指标。该值越大, 负荷越平稳。(-)平均负荷和负荷系数平均负荷电力负荷在一段时间内平均耗用的功率。PavQavS日平均负荷 年平均负荷Wa全年时间内耗用的电能kWh阴影而积8760负荷系数a、卩在最大工作班内，平均负荷与 最大负荷之比有功负荷系数无功负荷系数B

11、- Qtna =Q. 70. 75P =0. 760. 82t/h().38kV<M)（三）需用系数Kj需用系数定义为：V下设备容幻1久1需用系数的物理意义心值的相关因素：K设备的同期系数；（是否同时）氐用电设备组中设备的负荷系数（是否满载）;m线路供电效率（考虑配电线路的功率损耗）；设备的实际运行效率（额定与输入功率关系）心值只能靠测量统计确定。（四）利用系数心 利用系数定义为:三、计算负荷定义计算负荷一一是按照发热条件选择导体和电器设务时使用的一个假想负荷。物理意义：按这个“计算负荷”持续运行所产生 的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的最大 热效应相等。为什么取30min平均最

12、大负荷作为“计算负荷”?对于中小截面的导体，发热时间常数约为lOmin左右，达到 稳定温升的时间约为3 4t0,约30mim“对于较大截面的导体，大于lOmin,在30min时间内达不到 稳定温升，取30min平均最大负荷为计算负荷比较保守。>综合考虑:nipc -最大工作班的有功计算负荷P30 - 30min平均最大负荷Pm-最大负荷第四节求计算负荷的方法一、按需用系数法确定计算负荷需用系数法，是将用电设备容量Pe乘以需用系数和 同时系数，直接求出计算负荷。(-)一组三相用电设备的计算负荷有功计算负荷(kW)P：=Pm=KaPc无功计算负荷(kvar)视在计算负荷(kVA) s<

13、 =COS 9计算电流(A)%参见表2-4表2-8Sc屁N例1已知一小批冷加工机床组，拥有电压380V的 三相电动机7kW3台，4.5kW8台，2.8kW17台，1.7RW10台。试用需用系数法确定其计算负荷。解由于为连续工作，此机床组电动机的总容量为Pc= =7 kWX3+4.5 kWX8+2.8kWX 17+1.7kWX 10 '=122kW査表24“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得K = 0 16、coscp =0.5、tan(p=1.73。因此可得P =ArdPe=0.16X 122=19.52kWQc = P tancp = 19.52x 1.73= 33.77k var

14、+Q； = V19.522 +39.772 = 44.3kVASc _443一屁0.38=67.3A（二）多组三相用电设备的计算负荷在确定低压干线上或低压母线上的计算负 荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数0.38kV巴 1，QePc，QcPc2，Qc2SJc*Pci' QciSc=P：+Q： (kVA)P,=心工(心匕)(kW)/=1i=l,2,，加Qc =心工(K/g0出)(kvar) <=1Sc屁N注意：总的视在计算负荷和计算电流不能直接相加后乘以0来计算由于各组设备的功率因数不一定相同同时系数K”应用范围Kz冷加工车间0.708热加工车间0.7-0.

15、9动力站040确定配电所母线的最大负荷负荷小于SOOOkW0910计算负荷小于500010000kW0.85计算负荷大于lOOOOkW0.8（三）注意事项1）负荷计算中常用的单位：有功功率kw；无功功率 kvar;视在功率kVA;电流为A;电压为kV2）计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一， 不因设备台数多少而修改査表得到的参数值。3）求多组设备计算负荷和电流时，由于各组设备的功 率因数不一定相同，总的视在计算负荷和计算电流一 般不能用各组视在计算负荷或计算电流之和来计算， 总的视在计算负荷按s “片（kVA） 计算。如果在低压母线上0.38kV装有无功补偿用的静电p匕i a】电容器组时

16、，则计算负Pc2，Qc2荷为：SJcP&、QciQe = K 疋（K<Jg%PeJ_Qo1=1（i = 1,2,，加）Qc低压母线上静电电容器组送往容量。例2某380V线路上，接有大批生产的冷加工机床电动 机20台共50kW（其中较大容量电动机2kWl台，4.5kW2 台，2.8kW7台），通风机2台共5.6kW,电炉1台。母线 装电容器Q0=10kvaro试确定线路上总的计算负荷。解先求各组用电设备的计算负荷1冷加工机床组 查附录表得K；=0.170.2（取0.2）,cos（p = 0.5, tan（p= 1.73,因此匕尸心巴=0.2 X 50kW= lOkWQc= Xi t

17、amp =10kWX1.73=17.3kvar2.通风机组 查附录表得K产0.70.8 （取0.8） cos（p=0.& tan（p=0.75,因此Pc,=0.8 X 5.6kW=4.48kWQ C2=4.48kW X 0.75=3.36kvar3电炉组 査附录表得心=0.7, cos(p=l, tan(p=OoPc3=0.7X2kW=1.4kWCc3=0总计算负荷(取Ky=0.9)为匕=0.9 X (10+4.48 + 1.4)kW= 14.3kWQc=0.9 X (17.3+3.36)-10kvar=8.6kvarS,. = JP： + Q； = V14.32 + 8.62 = i

18、6.7kVASc16.7*,人循 x 0.38电力负荷计算表序号设备名称台 数Pe/kWKdcoscptan(p计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1冷加I：机床组20500.20.51.731017.32030.42通风机细25.60.80.80.754.483.365.643电炉组120.7101.401.42总计知负荷2357.615.8820.66心=0.9Qo=lOkvar1438.616.725.4例3某旅游宾馆变电站负荷情况如下设备清单所示, 用需用系数法计算变电站总计算有功功率、无功功率、 视在功率和计算电流。设备清单：大堂、走道、餐厅、多功能厅等处照明设备容量

19、;150kW（带电容补偿cos（p=0.9）荧光灯；180k W白炽灯 客房照明设备容量：70RW白炽灯冷水机组容量：120kWX4台冷冻水泵容量：30kWX5台（其中一台备用）冷却水泵容量：22kWX5台（其中一台备用）冷却塔容:7.5kWX4台送、排风机容:=i=ullkWX5 台;22k W X 3 台；17.5kWX2 台电梯容量：30kW X 3台厨房设备容量：15kWX2台；5kWX5台；2.2kWX 6台 洗衣设备容量：30kW X 2台；6kWX3台；4kWX4台电力负荷计算表序号设备名称Pe/kWKdCOS<ptanq>计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kVA

20、Ic/A1人堂等荧光灯照明1500.70.90.48231111256389大堂等白炽灯照明1802客房门炽灯照明7()0.40028028433冷水机组4X120.7().8().75503377639971冷冻水氽4X30冷却机组水泵4X22冷却塔4X7.54迭、排风机5X11+3X22+2X 17.50.65().80.75101761261925电梯3X3010.51.73901561802736厨房设备2X 15+5X5+6X2.20.40.750.88272436557洗衣设备2X30+3X6+4X40.350.71.0233344771负荷总K£

21、;=099127009151390二、按二项式法确定计算负荷需用系数法的缺点：需用系数法未考虑用电设备组中少数容量特别大 的设备对计算负荷“举足轻重”的影响，在确定用电 设备台数少而容量差别相当大的低压支线和干线的计 算负荷时，结果偏小。二项式法的提出：克服了需用系数法的缺点，分为两项：第一项-用电设备组的平均最大负荷项，为基 本负看值；第二项- -考虑数台大容量对总计算负荷的影响 而计入的附加功率值。（一）同一工作组用电设备的计算负荷有功计算负荷（kW）Pc=bPe+cPx无功讣算负荷（kvai ）视在计算负荷（kVA）COS0计算电流（A）Sc“P；十 Q；该用电设备组的设备容量之和，计算

22、方法如前需用系数法中所述。2.PX该组中，兀台最大容量用电设备的设备容量之和。工为该组取用大容量用电设备的台数，对于不同工 作制、类型的用电设备，*取值不同。见表2-11 o如果设备用电组中nSx, P=Pe3.二项式系数b、c通过统计得到。物理 意义：Pm=Pc=Pav+Pa=KuPe+Pa =bPe+cPx b表示利用系数取值见表2-11 oC表示X台大容量电动机 综合影响系数。例4同例1。已知一小批冷加工机床组，拥有电压 380V的三相 电动机7kW3台，4.5kW8台，2.8kW17台， 1.7kW10台。试用二项式法确定其计算负荷。解 查表21广小批生产的金属冷加丄机床”项得 b=0

23、 14、c =0.4、x = 5、coscp =0.5、tancp= 1.73o 因此可得 P =122kWPx = P5 = 7 X 3+4.5 X2 = 30kWP=hP+cP=0A4X 122+0.4 X 30=29k W ce入Qc = P tan9 = 29x 1.73 = 5(k varSc = JP； + Q； = a/292 + 502 = 58kVA Ic =，一 = = 88A品5<3x0.38P9.52kWQc=33.77RWSc=44.3kVA/(=67.3A二项式法结果偏大。是由于所用系数为统计数字，有一定的 近似性。且二项式系数的统计数字也只限于机械加工行业。

24、二项 式法一般仅用于该行业的低压分支线或干线计算负荷的确定。（二）不同工作制多个用电设备组的计算负荷在确定多组用电设 备总的计算负荷时，应 考虑各组最大负荷不同 时出现的因素，但不是 计入同时系数，而是取 其中最大的附加负荷， 再加上各组平均负荷。£ =工 bpei + (cC(kW)Sc =(kVA)i=l山1,2,Qt =工即g©出 + (cPv)m fg% (kvar) lc =(A)三、计算负荷的估算方法（一）单位产品耗电量法当已知企业年生产量为，每生产单位产品电 能消耗量为（0,则年电能需要量Wa= con （kW*h）最大有功功率Pm= W.a /Tm （kW）

25、Tm -最大有功负荷年利用小时（h）各种单位产品的电能消耗量 甲仪m位严昂耗电（kW h>mat事位产屆耘电量aw. h）有直金传件It00-*100ClkVA1<300lkWu1(3080只刃具U63005500n抄机1台ItL000rt车1 mI SOO2500It1600» *1 e1-2. 5-4It 2电«i只-it25g«OC締电电3 I（二）负荷密度法当已知车间面积或某建筑面积负荷密度P时，车 间的平均负荷或建筑的平均负荷按下式计算：Pay= p- A (kW)p -负荷密度(kW/m2 )常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标用途/ (

26、kW/mz>肠0度指标/ (kW/cn2>铸镐车闻0.0600?0 080.040< 120.150.06o.oac. io金工左闽0-10办公*60 0?C Q8木工牟树0. 66中.小学0 070- 080.0J-0.13中、小学（无片怜）0. oso X0- 150 200080，1压端空气站0. 157 205 067 07（三）单位指标法民用建筑主要有照明.动力及空调负荷。例 商业性高层建筑的用电负荷大致分布：空调设备4050 %,电气照明3035 %,动力用电2025%。Pc = QN （kW）k单位用电指标，单位为kW/人.kW/床.kW/产品尊；N单位数量，单位为人数.床数