第2章建筑供配电系统的负荷计算与无功功率补偿

2023/2/11第2章建筑供配电系统的负荷计算与无功功率补偿2.1计算负荷的意义与主要内容2.2用电设备的主要特征(工作制)2.3负荷计算的方法2.4建筑用电负荷的特征2.5建筑供配电系统无功功率的补偿2.6典型建筑工程的负荷计算2.7供配电系统中的能量损耗2023/2/121．计算负荷的概念及作用

所谓负荷计算，就是计算用电设备、配电线路、配电装置、以及发电机、变压器中的电流或功率。

这些按照一定方法计算出来的电流或功率称为计算电流或计算功率，我们也把它称为计算负荷。

计算负荷又称需要负荷或最大负荷，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。2.1计算负荷的意义与主要内容2023/2/131．计算负荷的概念及作用在进行建筑供配电设计时，电气设计人员可以根据计算负荷

按照允许发热条件选择供配电系统的导线截面选择开关电器的型号确定变压器容量制订提高功率因数的措施选择及整定保护设备在进行负荷计算时，要考虑环境及社会因素的影响，并应为将来的发展留有适当余量。2.1计算负荷的意义与主要内容2023/2/142．负荷曲线

负荷曲线是反映电力负荷随时间变化情况的曲线，它直观的反映了用户用电的特点和规律。根据负荷性质分类有功负荷曲线无功负荷曲线根据负荷持续时间分类日负荷曲线(0~24h)年负荷曲线(0~8760h)日负荷曲线与坐标轴所包围的面积代表该日所消耗的电能量。逐点描绘法梯形曲线法日有功负荷曲线削峰填谷2023/2/15（1）年最大负荷Pmax(Qmax、Smax)√

年最大负荷是年持续负荷曲线上的最高点，指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。所谓最大工作班，是指一年中最大负荷月份内最少出现2～3次的最大负荷工作班，而不是偶然出现的某一个工作班。3．负荷曲线中的几个物理量

年持续负荷曲线2023/2/16（2）最大负荷利用小时数Tmax√

是一个假想时间，是标志工厂负荷是否均匀的一个重要标志。其物理意义：如果用户始终保持年最大负荷Pmax运行，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为年最大负荷利用小时数。各类工厂的Tmax见15页表2-1一班制工厂Tmax=1800～3000h两班制工厂Tmax=3500～4800h三班制工厂Tmax=5000～7000h户内照明及生活用电Tmax=2000～3000h2023/2/17（3）平均负荷Pav(Qav、Sav)√

是指电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。（4）负荷系数(负荷率或负荷曲线填充系数)()√

是表征负荷变化规律的一个参数。在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比称为负荷系数。、越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。2023/2/18（5）需要系数Kx√Pmax(=PC)—用电设备组负荷曲线上最大有功负荷(kW)Pe—用电设备组的设备功率(容量)(kW)在供配电系统设计和运行中，常用需要系数KX见表2-2~表2-6。Pe是所有用电设备的额定容量或额定功率之和。2023/2/19（1）设备容量Pe

：安装容量，是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率之和。4．负荷计算的主要内容√

（2）计算容量PC：计算负荷、需要负荷或最大负荷。它标志用户的最大用电功率。（3）计算电流IC：是计算负荷在额定电压下的电流。（4）尖峰电流Ijf：短时最大负荷电流(如电动机起动)，是计算电压损失、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。2023/2/1101.长期连续工作制

这类设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、水泵、空气压缩机、电动扶梯、电炉、照明灯和大多数的机床电动机等。由于载流导体大约经30min后可达到稳定的温升值，因此这类用电设备在工作时间内，电器载流导体能达到稳定的温升。2.短时工作制

这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长，如机床上的某些辅助电动机(如进给电动机、升降电动机、水渠闸门电动机等)。这类用电设备在工作时间内，电器载流导体不会达到稳定的温升，断电后却能完全冷却。2.2用电设备的主要特征（工作制）√2023/2/111断续周期工作制的设备，可用负荷持续率（又称暂载率）来表征其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比，用来表示，即√2.2用电设备的主要特征（工作制）T—工作周期t—工作周期内的工作时间t0—工作周期内的停歇时间3.断续周期工作制这类设备周期性地工作—停歇—工作，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，如电焊机和起重机械。这类用电设备在工作时间内，电器载流导体不会达到稳定的温升，停歇时间内也不会完全冷却，在工作循环期间内温升会逐渐升高并最终达到稳定值。2023/2/1121．负荷计算的方法及用途

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。√（1）需要系数法

用电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，适用于变配电所以及施工现场的负荷计算。（2）二项式法

在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大的设备的影响，采用经验系数用加权求和法进行负荷计算，计算结果一般偏大。2.3负荷计算的方法2023/2/1131、（）对整个电力系统各部分起到纽带连接作用，负责整个系统电能的转输和分配。（A）枢纽变电站（B）区域变电站（C）用户变电站（D）配电所2、（）的额定电压应和电网的额定电压一致。（A）发电机（B）变压器二次绕组（C）用电设备（D）二次侧输电距离较长的变压器二次绕组3、当中断供电时，将造成主要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产、或在政治、经济上造成较大损失，这类负荷属于（）。（A）一级负荷（B）二级负荷（C）三级负荷（D）四级负荷4、某设备一个工作周期内，工作时间为20分钟，停歇时间为20分钟，则其负荷持续率为（）。（A）20%（B）50%（C）80%（D）100%5、供配电系统的供电质量主要由（）和（）两大指标来衡量。电能质量供电可靠性ACBB2023/2/1141．负荷计算的方法及用途

由于建筑电气负荷具有负荷容量小、数量多且分散的特点，所以需要系数法、单位面积功率法和单位指标法比较适合建筑电气的负荷计算。负荷计算方法选取原则是：①一般情况下，需要系数法用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算；②单位面积功率法和单位指标法用于方案设计阶段进行电力负荷估算。③对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。2023/2/1152．设备功率的确定

用需要系数法进行负荷计算时，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Pr或额定容量Sr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。（1）连续工作制（2）短时工作制（3）断续工作制(如起重机用电动机、电焊机等)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。2023/2/1162．设备功率的确定①当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，起重机用电动机类的设备功率为统一换算到负载持续率=25%下的有功功率。②当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，断续工作制电焊机的设备功率是指将额定容量换算到负载持续率=100%时的有功功率。2023/2/1173．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

2023/2/118例2-1已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设备如下：(1)机床35台总计98.00kW；(KX1=0.20,cos1=0.50,tan1=1.73)(2)通风机4台总计5.00kW；(KX2=0.80,cos2=0.80,tan2=0.75)(3)电炉4台总计10.00kW；(KX3=0.80,cos3=1.00,tan3=0.00)(4)行车2台总计5.60kW；(KX4=0.80,cos4=0.80,tan4=0.75,4=15%)(5)电焊机3台总计17.50kVA；(KX5=0.35,cos5=0.60,tan5=1.33,5=65%)试求：每组负荷的计算负荷（PC、QC、SC、IC）？解：(1)机床组为连续工作制设备，故Pe=Pr

2023/2/119例2-1已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设备如下：(2)通风机4台总计5.00kW；(KX2=0.80,cos2=0.80,tan2=0.75)(3)电炉4台总计10.00kW；(KX3=0.80,cos3=1.00,tan3=0.00)试求：每组负荷的计算负荷（PC、QC、SC、IC）？解：(2)通风机组为连续工作制设备，故Pe=Pr

(3)电炉组为连续工作制设备，故Pe=Pr

2023/2/120解：(4)行车组的设备功率为统一换算到负载持续率=25%时的有功功率(5)电焊机组的设备功率为统一换算到负载持续率=100%时的有功功率例2-1已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设备如下：(4)行车2台总计5.60kW；(KX4=0.80,cos4=0.80,tan4=0.75,4=15%)(5)电焊机3台总计17.50kVA；(KX5=0.35,cos5=0.60,tan5=1.33,5=65%)试求：每组负荷的计算负荷（PC、QC、SC、IC）？2023/2/121（2）多组用电设备组的计算负荷及计算电流

在配电干线上或在变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线或变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数(或叫同期系数)K。具体计算如下：2023/2/122例2-2已知条件同例2-1。当有功功率同时系数Kp=0.90；无功功率同时系数Kq=0.95时。试求：车间总的计算负荷(PC、QC、SC、IC)？解：通过上题的计算，已求出

(1)机床组：PC1=19.60kW，QC1=33.91kvar(2)通风机组：PC2=4.00kW，QC2=3.00kvar(3)电炉组：PC3=8.00kW，QC3=0.00kvar(4)行车组：PC4=3.47kW，QC4=2.60kvar(5)电焊机组：PC5=2.96kW，QC5=3.94kvar2023/2/123（2）多组用电设备组的计算负荷及计算电流在计算多组用电设备组的计算负荷时应当注意的是：当其中有一组短时工作的设备且容量相对较小时，短时工作的用电设备组的容量不计入总容量。（3）单相负荷计算单相负荷应均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡时，且最大相与最小相负荷之差大于三相总负荷的10%时，应取最大相负荷的三倍作为等效三相负荷计算。否则按三相对称负荷计算。2023/2/124例2-3七层住宅中的一个单元，一梯两户，每户容量按6kW计，每相供电负荷分配如下：L1供一、二、三层；L2供四、五层；L3供六、七层，照明系统图见下图。求此单元的计算负荷。2023/2/125例2-3七层住宅中的一个单元，一梯两户，每户容量按6kW计，每相供电负荷分配如下：L1供一、二、三层；L2供四、五层；L3供六、七层，照明系统图见下图。求此单元的计算负荷。解：本单元的设备总容量2023/2/126对上一页的说明当最大项-最小项＞百分之十时，等效总容量为最大项乘以三当最大项-最小项＜百分之十时，等效总容量就为原来的总容量2023/2/127（4）尖峰电流

尖峰电流是指单台或多台用电设备持续1～2s的短时最大负荷电流，尖峰电流一般出现在电动机起动过程中。计算电压波动、选择熔断器和自动开关、整定继电保护装置、校验电动机自起动条件时需要校验尖峰电流值。1）单台电动机的尖峰电流是其起动电流。笼型异步电动机的起动电流一般为其额定电流的3~7倍。2023/2/1282）多台电动机供电回路的尖峰电流是容量最大的一台电动机的起动电流与其余电动机的计算电流之和。3）自起动电动机组的尖峰电流是所有参与自起动电动机的起动电流之和。2023/2/129例2-4有一0.38kV配电支线给电动机供电，已知：K1=5,IrM1=4A;K2=4,IrM2=4A;K3=3,IrM3=10A;K4=2.8,IrM4=5A。求该配电线路的尖峰电流。解：由已知条件，第三台电动机的起动电流最大(30A)，故配电线路尖峰电流为2023/2/130（5）进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理①单台设备的功率一般取其铭牌上的额定功率。②连续工作的电动机的设备容量即铭牌上的额定功率，是轴输出功率，未计入电动机本身的损耗。③照明负荷的用电设备容量应取所用光源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，为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。④低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。⑤用电设备组的设备容量不应包括备用设备。非火灾时使用的消防设备容量应列入总设备容量。⑥消防时的最大负荷与非火灾时使用的最大负荷应择其大者计入总容量。⑦季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。⑧住宅的设备容量采用每户的用电指标之和。2023/2/131（6）单位面积功率法确定计算负荷建筑类别用电指标(W/m2)建筑类别用电指标(W/m2)公寓30~50医院40~70住宅基本型：50高等学校20~40提高型：75中小学0.90~0.95先进型：100展览馆50~80旅馆40~70演播室250~500办公楼30~70汽车库8~15商业一般：40~80体育馆40~70大中型：60~120剧场50~80表2-9各类建筑物的用电指标表中所列用电指标的上限值是按空调采用电动压缩机制冷时的数值。2023/2/1321．给排水动力负荷（1）消防泵、喷淋泵都是消防负荷，火灾时不能中断供电，这类设备一般均有备用机组，非火灾情况下其主泵和备用泵都不使用。（2）生活水泵为建筑物提供生活用水，属于非消防负荷，火灾时不使用。以上两种负荷的供电等级都是建筑物的最高负荷等级。2.4建筑用电负荷的特征2．冷冻机组动力负荷

冷冻机组(制冷、制热)容量占设备总容量的30%~40%，年运行时间较长，耗电量大，在建筑供电系统中不可忽视，供电负荷等级一般为三级。2023/2/1333．电梯负荷无论消防电梯还是普通客梯均要求单独回路供电。4．照明负荷2023/2/1345．风机负荷在高层建筑中常有地下层，可以做停车场、蓄水池、生活污水处理池、冷冻机及通风机组设备和变电所设备的设备用房。供配电设备设置在地下层内，有利于对这些机组就近供电，减少电能损耗。高层建筑中的防烟、排烟风机属于消防系统，根据建筑物的使用性质分为一级或二级负荷，且须与防灾中心实行联动控制。6．弱电设备负荷高层智能建筑中的弱电系统，相当于智能中枢神经系统，能对建筑物进行防灾减灾灭灾、进行各种通信和数据信息的传递，原则上按建筑物的最高供电负荷等级供电，有的甚至是特别重要负荷，如大型商场(金融中心)的经营管理计算机系统。2023/2/1351．功率因数要求值应满足当地供电部门的要求，当无明确要求时，应满足如下值:（1）高压用户的功率因数应为0.9以上。（2）低压用户的功率因数应为0.85以上。2.5建筑供配电系统无功功率的补偿CPQSSQuRLicosI当U、P一定时，P=UIcos2023/2/1362．无功补偿措施（1）提高自然功率因数1）正确选择变压器容量。2）正确选择变压器台数，以便切除季节性负荷用的变压器。3）减少供电线路感抗。4）有条件时尽量采用同步电动机。（2）采用电力电容器补偿1）一般采用在变电所低压侧集中补偿方式，且宜采用自动调节式补偿装置，防止无功倒送。

2）当设备的无功计算负荷大于100kvar时，可在设备附近就地补偿。2023/2/1373．无功补偿容量（1）在供电系统方案设计时，无功补偿容量可按变压器容量的15%~25%估算。（2）在施工图设计时应进行无功功率计算。电容器的补偿容量为：PQSSQ在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qC来确定电容器个数：2023/2/1383．无功补偿容量（3）采用自动调节补偿方式时，补偿电容器的安装容量宜留有适当余量。例2-5某用户为两班制生产，最大负荷月的有功用电能为25000kWh，无功用电能为18540kvarh，问该用户的月平均功率因数是多少？欲将功率因数提高到0.9，问需装电容器组的总容量应当是多少？解：（1）根据月无功和有功电能求出功率因数2023/2/139解：（2）补偿后的功率因数要求cos2=0.9，查表2-10得补偿率qC=0.27，用户为两班制生产，即每日生产16h。则有功计算负荷例2-5某用户为两班制生产，最大负荷月的有功用电能为25000kWh，无功用电能为18540kvarh，问该用户的月平均功率因数是多少？欲将功率因数提高到0.9，问需装电容器组的总容量应当是多少？所以用户总的无功补偿容量为若根据表2-11选并联电容器的容量和个数，应选型号为BCMJ0.4-15-3的三相电容器一个。2023/2/140认真阅读并自己演算一遍教材34页例2-6。2.6典型建筑工程的负荷计算计算负荷时不计入备用容量平时工作总负荷？？容量大者建筑物的总负荷2023/2/141当电流流过供配电线路和变压器时，引起的电能损耗也要由电力系统供给。因此在确定计算负荷时，应计入这部分损耗。线路和变压器损耗电量占总供电量的百分比，称为线损率。线路和变压器均具有电阻和电抗，因而功率损耗分为有功和无功损耗两部分。2.7供配电系统中的能量损耗2023/2/1421．变压器的功率损耗（1）有功功率损耗PT有功功率损耗由空载损耗(铁损)和短路损耗(铜损)两部分组成。2023/2/143（2）无功功率损耗QT无功功率损耗由空载无功损耗和负载下无功损耗两部分组成。在负荷计算中，当变压器负荷率不大于85%时，其功率损耗可以概略计算如下：2023/2/144解：查资料得S9型变压器规格：例2-7某S9-1000/10型电力变压器额定容量为1000kVA，一次电压为10kV，二次电压0.4kV，低压侧有功计算负荷662kW，无功计算负荷为450kvar。求变压器的有功损耗和无功损耗。则变压器有功损耗为变压器无功损耗为2023/2/1452．供电线路的功率损耗三相供电线路的有功功率损耗PL(kW)无功功率损耗QL(kvar)表格中的“线间几何均距”是指三相线路间距离的几何平均值。假设A、B两相的线间距离为a1，B、C两相的线间距离为a2，C、A两相的线间距离为a3，则此三相线路的线间几何均距