第5讲、第二章 负荷计算建筑供配电与照明 王晓丽主编建筑工业出版社

回顾：一、设备容量的确定

1.设备容量的定义

设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。

2.设备容量的确定

（1）长期连续工作制或短时连续工作制的用电设备，设备容量即为额定功率，Pe=PN。

式中：

t——工作周期内的工作时间；

t0——工作周期内的停歇时间。设备铭牌上暂载率为额定暂载率用JCN表示。由于反复短时工作制的用电设备。其工作时间与间歇时间相互交替，我们把一个周期内的工作时间的百分数称作暂载率，又称负载持续率，用JC表示，即：1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到JC=100%时的功率，即：

（2）反复短时工作制的用电设备，设备容量要换算到统一标准暂载率下的功率。式中，PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；JCN为额定负荷持续率；cosφN为额定功率因数。2）起重机（吊车电动机）

要求统一换算到JC=25%时的功率，即：3）电炉变压器组

设备容量是指额定功率下的有功功率，即：Pe=SNcosφN第二章负荷计算（3）照明灯具的设备容量

（4）单相负荷应均匀分配到三相上

（5）所有备用设备的容量不计入总用电设备容量之中第二章负荷计算

（6）消防用电设备的容量一般不计入总用电设备容量之中

（7）夏季有系统空调的制冷等用电设备，冬季利用锅炉采暖，取大回顾：二、按需要系数法确定计算负荷

用需要系数法进行负荷计算，其方法简便适用，为工业企业及民用建筑供配电系统负荷计算的主要方法，在计算过程中，需要把用电设备按照工艺性质不同，需要系数不同分成不同若干组，然后分组进行计算，最后再算出总的计算负荷，即逐级计算的方法。

1．需要系数需要系数定义为：或（Kd≤1）

来源：用电设备组的设备容量Pe，是指用电设备组所有设备的额定容量之和，即Pe=ΣPN。而设备实际运行中，诸多因素影响，就获得了需要系数的公式：要求：会查表回顾：确定用电设备组的计算负荷

设备容量确定之后，将用电设备进行分组，即将工艺性质相同，需要系数相近的用电设备划为一组，进行负荷计算，其计算公式为：结合实例：一机修车间的380V线路上，接有通风机组20台共5kW，试求计算负荷。确定多个用电设备组的计算负荷引入一个系数称同期系数（又称同时系数），的取值为0.8~1之间，其计算公式为：确定多个用电设备组的计算负荷一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；吊车电动机1个3kW（JCN=15%）试求计算负荷。4．确定车间变电所高压侧计算负荷

在负荷估算中，变压器的损耗可近似计算，对于低损耗变压器通常为：5．确定总降压变电所的计算负荷

其方法同车间变电所的高、低压侧计算负荷的确定方法。这里出现的KΣ与低压母线上的KΣ连乘建议不小于0.8。因为愈趋向电源端负荷愈平稳，回路又少，所以对应的KΣ愈大。

例

某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机有7.5kW1台，4kW3台，2.2kW7台)，通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。解：先求各组的计算负荷

(1)金属切削机床组查表，取故

(2)通风机组查表，取故(3)电阻炉查表，取故

因此总的计算负荷为（取）

第二章负荷计算第四节按二项式法确定计算负荷

需要系数法进行负荷计算比较简便，应用广泛，但是对于企业中用电设备数量少，容量相差悬殊的配电线路进行负荷计算，应用需要系数法计算出的结果往往偏小，与实际相差较大，因此，在这种情况下，采用二项式法进行负荷计算比较接近实际，其指导思想是考虑大容量负荷的影响，因此计算负荷由平均最大负荷和几台大容量用电设备的附加负荷组成。其方法如下：第二章负荷计算一、相同工作制的单组用电设备的计算负荷式中：PC、QC、SC、IC——该用电设备组的计算负荷（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；

Pe——该用电设备组的设备容量总和（kW）；

Px——该用电设备组中x台容量最大用电设备的设备容量之和（kW）；

X——该用电设备组取用大容量用电设备的台数；

b、c——二项式系数，（参见表2-10），由长期实践统计得出的；

UN——额定电压（kV）；

bPe——该用电设备组的平均负荷；

cPx——X台容量最大用电设备的附加负荷（考虑容量最大用电负荷使计算负荷大于平均负荷的影响）。

当用电设备的台数n等于最大容量用电设备的台数X，且n=X≤3时，一般将用电设备的设备容量总和作为最大计算负荷。已知某机修车间的金属切削机床组（小批量冷加工机床），拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。试求其计算负荷。第二章负荷计算二、不同工作制的多组用电设备计算负荷式中：PC、QC、SC、IC——多组用电设备组的计算负荷总和（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；∑bPe——各用电设备组平均负荷b·Pe的总和；（cPx）m——各用电设备组附加负荷c·Px中最大值；tanφx——与（cPx）m相对应的功率因数角的正切值；tanφ——与各用电设备组对应的功率因数角的正切值；如果每组中的用电设备数量小于最大容量用电设备的台数X，则采用小于X的两组或更多组中最大的用电设备附加负荷的总和，作为总的附加负荷。注意，用二项式法进行负荷计算时，把所有用电设备统一划组，按照不同工作制分组，不应逐级计算。某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机有7.5kW1台，4kW3台，2.2kW7台)，通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。第二章负荷计算第五节计算负荷的常用估算方法一、单位指标法单位指标法计算有功功率PC的公式为：式中：——单位用电指标，如W/户、W/人、W/床；

N——单位数量，如户数、人数、床位数。第二章负荷计算二、负荷密度法

当已知车间生产面积或某建筑物面积负荷密度ρ时，则可估算其计算负荷：PC=ρA

式中：ρ——负荷密度（kW/m2）；A——某生产车间或某建筑面积（m2）。某办公楼建筑面积2万平米，负荷密度为60W/m2，估算计算负荷。Pc=ρA=60*20000=1200kW第二章负荷计算第六节单相负荷的负荷计算

在配电设计中，应尽量使单相设备均衡地分配在三相线路上。尽量减少三相不平衡状态。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的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，等效三相负荷计算方法如下：第一种情况：单相用电设备接于相电压等效三相负荷取最大一相负荷的三倍，即

Peq=3Pm

式中：Peq——等效三相负荷容量

Pm——最大负荷相的设备容量（kW）第二章负荷计算第二种情况、单相用电设备仅接于线电压1．当只有单台设备或设备只接在一个线电压上时，等效三相负荷为：式中：Pe——线间负荷容量（kW）2．当有多台设备时，等效三相负荷当Pab≥Pbc≥Pca，则：式中：Pab、Pbc、Pca——分别接于ab、bc、ca线间负荷容量（kW）第二章负荷计算第三种情况：既有线间负荷，又有相间负荷时，应将线间负荷换算成相负荷，然后各相负荷分别相加，取最大相负荷的3倍做为等效三相负荷。换算方法如下：1．各相负荷换算第二章负荷计算2、等效三相负荷式中：Pab、Pbc、Pca——分别接于ab、bc、ca线间负荷（kW）；

Pa、Pb、Pc、Qa、Qb、Qc——换算为a、b、c相的有功负荷（kW）和无功负荷（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——功率换算系数；

Pm——最大相负荷（kW）；

Peq——等效三相负荷（kW）。

如图2-7所示220/380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（JCN=100％）接于AB相间，1台20kW（JCN=100％）接于BC间，1台30kW（JCN=60％）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。图2-7例2-5的电路第二章负荷计算第七节尖峰电流的计算

用电设备持续1~2s的短时最大负荷电流，称尖峰电流。确定尖峰电流的目的是为了计算线路的电压波动、选择断路器、熔断器和保护装置电流整定值，以及检验电动机能否自起动的依据。一、单台设备的尖峰电流单台设备的尖峰电流主要是由感性负载在起动瞬间产生的电流。即

Ipk=KIN

式中：Ipk——单台设备的尖峰电流（A）；

IN——用电设备的额定电流；

K——用电设备的起动电流倍数。一般鼠笼式电动机为5~7，绕线型电动机为2~3，直流电动机为1.5~2，电焊变压器为3~4（详细值可查产品样本）第二章负荷计算二、多台用电设备的尖峰电流一般只考虑起动电流最大的一台电动机的起动电流，因此多台用电设备的尖峰电流为：Ipk=（KIN）m+Ic（n-1）

式中：（KIn）m——起动电流最大的一台电动机起动电流（A）；

Ic（n-1）——除起动电流最大的那台电动机之外，其它用电设备的计算电流。三、电动机组同时起动的尖峰电流式中：

n

——同时起动的电动机台数；

Ki、Ini——对应于第i台电动机的起动倍数和额定电流。第二章负荷计算第八节节约电能一、节约电能1．节约电能的意义1）节约电能可降低能源的消耗，缓解电力供需的矛盾，减少环境污染。2）节约电能可减少企业的成本。3）节约电能可促进新技术、新工艺、新设备的开发与利用。大大提高生产力水平。2．节约电能的方法1）建立科学用电管理制度与措施。2）实行计划供电，合理分配负荷，削峰填谷，提高电网供电能力、降低线损。3）采用新技术、新工艺、新设备，改造旧设备，提高用电设备效率，减少电源损失，减少线路损耗。4）提高自然功率因数和进行无功补偿，使电网功率因数提高，从而减少损耗。第二章负荷计算二、功率损耗1.变压器功率损耗的计算

变压器的功率损耗，包括有功功率损耗和无功功率损耗。有功损耗又分为空载损耗和负载损耗两部分。空载损耗又称铁损，它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功功率损耗；负载损耗又称铜损，它是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功功率损耗。

同样无功功率损耗也由两部分组成，一部分是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的无功功率损耗，另一部分是由变压器负载电流在一、二次绕组电抗上产生的无功功率损耗。第二章负荷计算、——是通过短路试验测得，、——是由空载试验测得，由制造厂提供，或由下式计算。式中：ΔPT、ΔQT——变压器的有功功率损耗（kW）、无功功率损耗（kvar）；

ΔP0、ΔQ0——变压器的空载有功功率损耗（kW）、空载无功功率损耗（kvar）；

ΔPK、ΔQK——变压器负载有功功率（kW）、负载无功功率（kvar），即变压器的短路有功功率损耗和无功功率损耗。

SC

——变压器低压侧计算视在功率（KVA）；SNT——变压器的额定容量（KVA）。变压器的功率损耗也可用下式概略计算。第二章负荷计算2．供电线路功率损耗的计算供电线路的有功功率损耗、无功功率损耗可按下式计算：式中:ΔP L、ΔQL——线路的有功功率损耗（kW），无功功率损耗（kvar）；

R、X——每相线路电阻、电抗。R、X可按下式计算：式中：ro、xo——线路单位长度的交流电阻和电抗；（Ω/km）；

l

——线路计算长度（km）。第二章负荷计算三、无功补偿（重点）1．无功补偿的意义在企业和民用建筑中的用电设备大多数是具有电感特性的。如：电力变压器、感应电动机、电焊机、日光灯等，这些设备在工作中向电网吸收大量无功功率，而这部分功率又不是实际做功的功率，因此电网向负载提供有功功率的同时，又要提供无功功率，由公式可知，无功功率Q的增加，可使视在功率S增加，因此，无功功率增加可导致：（1）供电系统的设备容量和投资增加，如S愈大，变压器容量愈大；（2）当电源电压一定时，由公式可知，S增加，势必导致线路的电流I增加，使输电线路导线截面增加；（3）线路电流的增加，使得线路的电压损失Ir增加，线路及设备的有功损耗I2r增加。第二章负荷计算2．无功补偿的方法由于上述原因，无功功率的增加，不仅能源浪费，又使设备投资增加，为了减少向电网索取的无功功率，由公式可知，提高功率因数cosΦ，即可减少系统容量S。提高功率因数的方法主要分两方面：①采用提高自然功率因数的方法②采用人工补偿的方法，提高功率因数。这种方法不需要增加设备，如合理选择感应电动机和变压器容量采用人工补偿的方法，需要增加新设备，这种方法通常有（1）采用静电电容器；（2）采用同步调相机。第二章负荷计算3．补偿容量的计算方法采用静电电容器进行无功补偿的计算方法如下：式中：Qcc——补偿容量（kVar）；

Pc——有功计算负荷（kW）；

tanΦ1——补偿前计算负荷对应的功率因数的正切值；

tanΦ2——补偿后计算负荷对应的功率因数的正切值；

Δｑc——补偿率（kVar/kW）。第二章负荷计算第九节变压器的选择（重点）一、一般原则1．35kV主变压器的台数和容量应根据2．10（6）kV配电变压器台数和容量应根据地区供电条件负荷性质用电容量运行方式负荷情况建筑物性质（民用建筑变电所）环境条件确定工厂供电系统没有特殊要求的和民用建筑独立变电所，采用三相油浸自冷电力变压器；对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器；对电网电压波动较大，为改善电压质量采用有载调压电力变压器；对于工作环境恶劣，要求有防尘、防火、防爆要求的，应采用密闭式、防火、防爆电力变压器；近年来，箱式变压器在城市中的小区和车间也不断采用，与高、低压配电柜并列安装组成箱变。第二章负荷计算第二章负荷计算二、变压器台数要依据以下原则选择

1．为满足负荷对供电可靠性的要求，对具有大量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。

2．负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。

3．对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，为了方便、灵活地投切变压器，也宜采用两台变压器。除以上情况外，可采用一台变压器。.根据负荷等级确定.根据负荷容量确定.根据运行的经济性确定第二章负荷计算当符合下列条件之一时，可设专用变压器：1.电力和照明采用共用变压器将严重影响照明质量及光源寿命时，可设照明专用变压器；2.季节性负荷容量较大或冲击性负荷严重影响电能质量时，设专用变压器；3.单相负荷容量较大，由于不平衡负荷引起中性导体电流超过变压器低压绕组额定电流的25％时，或只有单相负荷其容量不是很大时，可设置单相变压器；4.出于功能需要的某些特殊设备，可设专用变压器；5.在电源系统不接地或经高阻抗接地，电气装置外露可导电部分就地接地的低压系统中(IT系统)，照明系统应设专用变压器。第二章负荷计算三、变压器容量的确定1．在民用建筑中，低压为0.4kV单台变压器容量不宜大于1250kVA。因为容量太大，供电范围和半径太大，电能损耗大。对于户外预装式变电所，单台变压器容量不宜大于800kVA。单台变压器容量确定：式中：SNC——单台变压器容量（kVA）；

ST——计算负荷的视在功率（kVA）；

β——变压器的最佳负荷率（一般取70%~80%为宜）从长期经济运行角度考虑，配电变压器的长期工作负荷率不宜大于85%。2．如果是具有两台及以上变压器的变电所，要求其中任一台变压器断开时，其余主变压器的容量应满足一、二级负荷用电。在同一变电所内，变压器的容量等级不宜过多。第二章负荷计算3．变压器允许过负荷倍数和时间变压器允许事故过负荷倍数和时间，应按制造厂的规定执行，如制造厂无规定时，对油浸及干式变压器可参照下表规定执行。油浸变压器允许事故过负荷倍数和时间干式变压器允许事故过负荷倍数和时间第二章负荷计算四、变压器连接组别的选择：1.

变压器绕组连接方式

类别及连接方式高

、中压低压单相Ii三相星型Yy三相三角形Dd有中性线时YN、ZNyn、zn

变压器绕组连接