负荷计算-给毕业设计同学的讲座(1)

1、电气设计系列讲座负荷分级与负荷计算负荷分级与负荷计算内容概述 本章内容包括两部分：负荷分级的原则及供电要求，负荷的计算方法 负荷分级的原则及供电要求包括：负荷按重要性分级的原则和一三级负荷供电要求。 负荷的计算方法包括：负荷计算的内容和目的、负荷计算的方法及用途、设备功率的确定、需要系数法确定计算负荷、二项式法确定计算负荷、单位功率法和单位指标法确定计算负荷、单相负荷计算和功率损耗计算。要求 掌握：负荷分级的原则及供电要求 掌握：负荷的计算方法相关的规程规范和手册 供配电系统设计规范 GB500521995 民用建筑电气设计规范 JGJ/T162008 工业和民用配电设计手册(第二版) 水利电

2、力出版社，1994 第第1 1部分部分 负荷分级的原则及供电要求负荷分级的原则及供电要求一、负荷按重要性分级的原则 a) 一级负荷 b) 二级负荷 c) 三级负荷 负荷的分级在工业和民用配电设计手册中有级别表。二、一三级负荷供电要求1.1负荷按重要性分级的原则(1) 按重要性分级的原则： 电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：负荷按重要性分级的原则(2) 符合下列情况之一时，应为一级负荷 中断供电将造成人身伤亡时。 中断供电将在政治、经济上造成重大重大损失时。例如：重大重大设备损坏、重大重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报

3、废、国家经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 中断供电将影响有重大重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。负荷按重要性分级的原则(3) 特别重要的负荷 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。负荷按重要性分级的原则(4)符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品所废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重

4、点企业大量减产等。中断供电将影响重要重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。1.2 一三级负荷供电要求(1) 一级负荷供电要求 一级负荷的供电电源应符合下列规定： 1）一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。 2）一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁严禁将其它负荷接入应急供电系统。一三级负荷供电要求(2) 二级负荷供电要求 二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区

5、供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。 三级负荷供电要求 三级负荷对供电无特殊要求，一般按其容量大小决定（可按约定供电）。下列电源可作为应急电源 一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，下列电源可作为应急电源。 1）独立于正常电源的发电机组。 2）供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。 3）蓄电池。 4）干电池。根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源 1）允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的

6、发电机组。 2）自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。 3）允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。1、负荷计算的内容和目的2、负荷计算的方法及用途3、设备功率的确定4、需要系数法确定计算负荷5、二项式法确定计算负荷6、单位功率法和单位指标法确定计算负荷7、单相负荷计算8、功率损耗计算第2部分 负荷的计算2.1 负荷计算的内容和目的 负荷计算的内容：1）计算负荷2）尖峰电流3）平均负荷计算负荷计算负荷 计算负荷计算负荷又称需要负荷或最大负荷。 计算负荷

7、是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。 在配电设计中，通常采用30min的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（稳态负荷）尖峰电流尖峰电流 尖峰电流尖峰电流指单台或多台用电设备持续1s左右的最大负荷电流。 一般取启动电流的周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。 在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 (暂态负荷）平均负荷平均负荷 平均负荷平均负荷为某段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。 常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷，有时也计算年平均负荷。 平

8、均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 (等效负荷）负荷计算的目的(1) 负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。 负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。 负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。 为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 负荷计算的目的(2) 求计算负荷：是为了合理的选择供电系统各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。 求尖峰负荷：用于计算电压波动、电压损失、选择熔断器和保护元件等。 求平均负荷：用来计

9、算供电系统中电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。2.2 负荷计算的方法及用途(1)负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位面积功率法等几种。需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。利用系数法（略）负荷计算的方法及用途(2)二项式法。将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响，适用于机修类用电设备计算，其他各类车间和车间变电所施工设计亦常采用，二项式法计算结果一般偏大。 单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。前两者多用于民用建筑，后者适用于某些工业，用于可行性研究和初

10、步设计阶段电力负荷估算。负荷计算中的几个概念和物理量 设备运行工作制设备运行工作制：连续运行工作制、短时运行工作制、反复短时工作制。 负载持续率负载持续率（暂载率）： = 工作时间加停歇时间(t +t。) 称为工作周期 %1000ttt工作周期工作时间负荷计算中的几个概念和物理量 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最大值。(用Pm、Qm、Sm表示) 年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tm： 假想时间，其物理意义是用户以年最大负荷持续运行Tm小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。负荷计算中的几个概念和物理量 平均负荷平均负荷：用户在一段时间内消耗功率的平均值。

11、 负荷系数负荷系数：在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。 有功负荷系数有功负荷系数： =Pav/Pm 无功负荷系数无功负荷系数 : =Qav/Qm2.3 设备功率的确定(1)进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。用电设备的额定功率PN或额定容量SN是指铭牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率，即设备功率Pe。设备功率Pe的确定与设备运行工作制有关。设备功率的确定(2)连续工作制电动机的设备功率=额定功率。短时或周期工作制电动机(如起重机用电动机等)的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率

12、。当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，应统一换算到负载持续率为25%下的有功功率。)(225. 0kWPPPNrNNe 设备功率的确定(2) 当采用利用系数法计算负荷时，应统一换算到负载持续率为100%下的有功功率： 式中： 电动机额定功率 电动机额定负载持续率eP N)(kWPPNNe 设备功率的确定(3)3)电焊机及电焊装置的设备容量 ：指统一换算到暂载率=100时的额定功率(kw)。若其不等于100时应进行换算，其换算公式为 4）电炉变压器的设备容量 ：是指额定功率因数时的额定功率(kW)，即 NNNNreSPPcos100NNeSPcos设备功率的确定(4)5）照明设备的设备容量 (

13、1)白炽灯、碘钨灯设备容量是指灯泡上标出的额定功率(kW)。(2)荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失(约为灯管功率的20)，其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍(kW)。 (3)高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10)，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW)。(4)金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的l0)，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW)。设备功率的确定(5) 设备数量较少时按以下原则处理： 3台及以下用电设备的计算有功功率取设备功率总和。 3台以上用电设备，而有效台数小于4时，计算有功功率取设备功率总和，再乘以0.9系数

14、。2.4 需要系数法确定计算负荷(1)用电设备组的计算负荷及计算电流：有功功率无功功率视在功率计算电流)(dkWPKPec var)ktgPQcc( )22kVAQPSccc( ）（AUSINcc 3需要系数法确定计算负荷(2)配电干线或车间变电所的计算负荷： 有功功率无功功率视在功率计算电流mieidiPCkWPKKP1)( )22kVAQPSccc( var)(1qktgPKKQieidimic( )(3AUSINcc需要系数法确定计算负荷(3)配电所或总降压变电所的计算负荷，为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数Kp和Kq。对配电所的Kp和Kq分别取0.851和0.951，对总降压变电

15、所的Kp和Kq分别取0.80.9和0.930.97。当简化计算时，同时系数Kp和Kq都取Kp值。需要系数法确定计算负荷的优点和缺点需要系数法确定计算负荷的优点和缺点 优点：(1)公式简单，计算方便。只用一个原始公式，就可以表征普遍的计算方法。 (2)对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需要系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好的条件。缺点： 没有考虑大容量电动机对整个计算负荷的影响，尤其是当总用电设备较少时，影响更大。 需要系数法确定计算负荷要注意的问题需要系数法确定计算负荷要注意的问题 需要系数法计算负荷是从供电系统末端逐级计算到电源端。 当采用需要系数

16、法计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一划组。配电干线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。变电所或配电所的计算负荷，为各配电干线计算负荷之和再乘以同时系数。计算变电所10、35kV侧负荷时，应加上变压器的功率损耗。2.5 二项式法确定计算负荷(1) 二项式系数法考虑了用电设备组的平均最大负荷，还考虑了容量最大的少数用电设备运行时对总计算负荷的额外影响，这种计算方法比较适合于确定用电设备台数较少，而其容量差别又较大的用电设备组的负荷计算。 二项式系数法突出了最大用电设备容量的影响，其计算负荷往往较实际偏大。 二项式法确定计算负荷(2)对于单个和多个用电设备组(车间变

17、电所或配电干线)的计算负荷，分别按下述方法进行计算。单个用电设备组的计算负荷： 有功功率1) 无功功率xcPbPPectgPQcc二项式法确定计算负荷(3)多个用电设备组的计算负荷：有功功率无功功率视在功率计算电流maxx1)(cPPbPeimiicxieimiijstgcPtgPbmaxx1)(Q22cccQPSNccUSI3关于二项式法计算注意问题 (1) 应将计算范围内的所有设备统一划组，不应逐级计算； (2) 不考虑同时系数； (3) 当用电设备等于或少于4台时，该用电设备组的计算负荷按设备功率乘以计算系数求得； (4) 计算多个用电设备组的负荷时，如果每组中的用电设备台数小于最大用电

18、设备台数N时，则取小于N的两组或更多组中最大用电设备的附加功率之和作为总的附加功率。 2.6单位功率法和单位指标法确定计算负荷1）单位面积功率(或负荷密度)法。单位面积法计算有功功率的公式为：式中： 单位面积功率(负荷密度),W/m2 S 建筑面积，m2)1000kWSPPNc( NP单位指标法确定计算负荷 2）单位指标法。单位指标法计算有功功率的公式为： 式中： 单位用电指标，如W/户、W/人； 单位数量，如户数、人数、床数 NP N)1000kWNPPNc( 2.7 单相负荷计算(1) 单相负荷应均衡分配到三相上，使三相负荷尽可能平衡，以使导线截面和供电设备选择合理； 当单相负荷的总计算容

19、量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。单相负荷计算(2)1、计算原则单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。1)在进行单相负荷换算时，一般采用计算功率。对需用系数法，计算功率即为需用功率；对利用系数法，计算功率为平均功率；当单相负荷均为同类用电设备时，则可直接采用设备功率计算。单相负荷计算(3)2、单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法： 1）只有相负荷时，等效三相负荷Pe取最大相负荷的3倍。 2）只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两相进行计算，设

20、PabPbcPca ,等效三相负荷Pe为： 单相负荷计算(4) Pe = 3 Pab+（3-3 ）Pbc = 1.73 Pab +1.27 Pbc 当Pab = Pbc时 Pe = 3Pab 当只有Pab时 Pe = 3 Pab 式中 Pab、Pbc接于ab、bc线间负荷， Pe等效三相负荷，kW 只有线间负荷时，等效三相负荷为：单台时取线间负荷的 倍 ；多台时取最大线间负荷的 倍加上次大线间负荷的(3- )倍。 3 3 3单相负荷计算(5)3）既有线间负荷又有相负荷时，应先将线间负荷换算为相负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷的3倍作为等效三相负荷。即：（1）先将线间负荷换算为相负荷，

21、各相负荷分别为：A相B相C相acacaaababapPpPP)()(acacaaababaqPqPQ)()(bbcbcbababbpPpPP)()(bbcbcbababbqPqPQ)()(ccacacbcbccpPpPP)()(ccacacbcbccqPqPQ)()(单相负荷计算(6)式中 Pab、Pbc、Pca 接于ab、bc、ca线间负荷， Pa、Pb、Pc 接于a、b、c相有功负荷，kW； Qa、Qb、Qc 接于a、b、c相无功负荷，kvar； 接于ab线间负荷换算为a、相负荷的有功及无功换算系数，可查表。（2）各组负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。 aabaabqp)()(,2.8 尖峰电流计算 1、单台电动机、电弧炉或电焊变压器的支线，其尖峰电流Ijf为： 2、接有多台电动机的配电线路，只考虑一台电动机启动时的尖峰电流为： 有两台以上电动机同时起动时，尖峰电流根据实际情况确定。 3、对于自起动的电动机组，其尖峰电流为所有参与起动的电动机的起动电流之和。 njfIKI max)(sjnfjIKII 2.9 功率损耗计算(1)三相线路中有功及无功功率损耗：有功功率损耗无功功率损耗电力变压器的有功及无功功率损耗：有功功率损耗无功功率损耗)103321kWRIPjs( var)103321kXIQjs( )(20kWSSPPPNckT( var)(20kS