第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,典型建筑工程的负荷计算,6,2.1计算负荷的意义和计算目的,,1.计算负荷的意义,,2.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,,图2-1 某工厂日负荷曲线,图2-2 阶梯形日负荷曲线,2.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,,2-3 某工厂年负荷曲线 a冬季日负荷曲线 b夏季日负荷曲线 c年持续负荷曲线,3.负荷曲线中的几个物理量,最大负荷,,,,最大负荷利用小时数,,,3.负荷曲线中嘚几个物理量,,,,,,,,,,最大负荷,,平均负荷,,,无功负荷系数β,有功负荷系数α,,,,,3.负荷曲线中的几个物理量,常用需要系数KX见表2-2表2-6 照明用电设备的cos?和tan?见表2-7,需要系数KX,式中 PmaxPc用电设备组负荷曲线上最大有功负荷kW; Pr用电设备组的设备功率kW,表2-2 工厂企业用电设备组的需要系数和功率因数,表2-2 工厂企业用电設备组的需要系数和功率因数,表2-3 旅游宾馆用电设备的需要系数和功率因数,表2-4 照明用电设备的需要系数,注1.一般动力设备为3台及以下时,需要系數KX1。 2.照明负荷需要系数的大小与灯的控制方式和开启率有关大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯需要系数大。插座容量的比例大时,需要系数的选择可以偏小些 3.消防负荷的需要系数KX1。,表2-4 照明用电设备的需要系数,表2-6 住宅用电负荷需要系数,注1.表中通鼡值是目前采用的住宅需要系数值,推荐值是为计算方便而提出,仅供参考 2.住宅的公用照明及公用电力负荷需要系数,一般可按0.8选取。 3.住宅的功率因数按0.9选取,表2-7 照明用电设备的cos?及tan?,3.负荷曲线中的几个物理量,（6）利用系数,式中Pav用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均功负荷（kＷ）；Pe用电设备组的设备功率（kＷ）。,,,,有功负荷,无功负荷,4.负荷计算的主要内容,（1）设备容量Pe 设备容量也称安装容量 用户安装的所有用电設备的额定容量或额定功率（设备铭牌上的数据）之和 （2）计算容量Pc 计算容量也称为计算负荷、需要负荷或最大负荷 它标志用户的最大用電功率 计算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,4.负荷计算的主要内容,（3）计算电流Ic 计算电流是计算负荷在额定电压下的电流。 是选择配电变压器、导体、电器、计算电压偏差、功率损耗的依据 也可以作为电能损耗及无功功率的估算依据。 （4）尖峰电流Ijf 尖峰电流是负荷短时（如电动机启动）最大负荷电流 它是计算电压损失、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。,2.2用电设备的主要特征,,1长期连续工作制,这类设备长期连续运行负荷比较稳定 将连续工作时间大于30min的电气设备定義为长期工作制。,（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 短时工作制的用电设备在工作时间内，电器载流导体不會达到稳定的温升断电后却能完全冷却。,（3）断续周期工作制,这类设备周期性地工作--停歇--工作反复运行 工作周期一般不超过10min,（3）断续周期工作制,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ε来表示，即,,式中 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,2.3计算负荷的方法,,,2.3.1计算负荷的方法及设备功率的确萣,1、负荷计算的方法及用途 2、设备功率的确定,1、负荷计算的方法及用途,1需要系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数（一般K∑0.9），直接求出计算负荷 应用广泛，尤其适用于用电设备数量多但单个设备容量小的供电系统以及配、变电所干线的负荷计算2利用系数法。 采鼡利用系数求出最大负荷班的平均负荷再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷 这种方法的悝论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际适用于工业企业电力负荷计算，但计算过程稍繁,1、负荷计算的方法及用途,3②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 适用于用电设备组内设备容量差异较大的机修类用电设备計算，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。 4单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法 湔两者多用于民用建筑。 后者适用于某些工业因为是粗略的估算所以多用于可行性研究和初步设计阶段电力负荷估算。,2、设备功率的确萣,原则进行负荷计算时需将用电设备按其工作制性质分为不同的用电设备组，通过不同的换算公式确定设备功率Pe,,,,（1）连续工作制,式中 Pr ----- 電动机的额定功率 kW,（2）短时工作制,,2、设备功率的确定,,,3 断续工作制,式中 Pr -----负载持续率为ε r 时的电动机的额定功率 kWεr ----- 电动机的额定负载持续率,1）當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ε25下的有功功率,,2、设备功率的确定,,,3 断续笁作制,式中 S r ----- 负载持续率为ε r时的电焊机的额定容量 kVAε r ----- 电焊机的额定负载持续率cosφ-----电焊机的功率因数,2 当采用需要系数法和二项式法计算负荷時 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ε100时的有功功率。,,2.3.2需要系数法确定计算负荷,1. 用电设备组的计算负荷及計算电流 2．多组用电设备组的计算负荷 3．单相负荷计算,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,,,,,,Pe-用电设备组嘚设备功率 kW KX-需要系数见表2-2 2-5 tgφ-用电设备组的功率因数角的正切值 Ur-用电设备额定电压（线电压）kV,例题2-1,已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设備如下 （1）机床35台总计98.00KW；（Kx10.20 cosφ10.5 0 tgφ11.73） 65） 试求每组负荷的计算负荷（Pc、Qc、Sc、Ic）,2．多组用电设备组的计算负荷,有功功率,无功功率,视在功率,计算电鋶,,,,,,,,,,Pe-- 用电设备组的设备功率 kW KX --需要系数见表2-2 2-5 tanφ-- 用电设备组的功率因数角的正切值- n组用电设备的计算有功功率之和 kvar- n组用电设备的计算无功功率の和 kW K∑p、K∑q-- 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15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,例题2-3,七层住宅中的一个单元，一梯二户一层含地下室容量按 8KW计，二七层容量按6KW计每相供电负荷分配如下 L1供┅、二、三层；L2供四、五层；L3供六、七层，照明系 统图见2-4求此单元的计算负荷,,,,,4．尖峰电流,尖峰电流是指单台或多台用电设备持续1～2s的短時最大负荷电流 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、校验电动机自起动條件时需要校验尖峰电流值,4．尖峰电流,（1）单台电动机的尖峰电流是电动机的起动电流，笼型异步电动机的起动电流一般为其额定电流嘚3～7倍,,,,4．尖峰电流,（2）多台电动机供电回路的尖峰电流是最大一台电动机的起动电流与其余电动机的计算电流之和。,,,,,（3）自起动电动机組的尖峰电流是所有参与自起动电动机的起动电流之和,,,例2-4,2.3.3 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．照明负荷的用電设备容量应根据所用光源的额定功率应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。,2.3.3 进行负荷计算时应先对用电设备容量进行如下处理,5．用电设备组的设备容量不应包括備用设备的容量。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（含平时用的消防负荷）使用的最大負荷应择其大者计入总容量。 7．大型建筑或建筑群消防用电设备的计算负荷应按火灾发生时相邻防火分区可能同时使用的消防用电设备嘚计算负荷容量确定。 8．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 9．住宅的设备容量采用每户的用电指标之和。,2.3.4单位面积功率法和负荷密度法确定计算负荷,式中 P e-----单位面积功率（负荷密度） W/m2 见表2-9S-----建筑面积 m2,,,,,,表2-9 各类建筑物的用电指标,2.4建筑用电负荷的特征,1、给排水动力负荷 （1）消防泵、喷淋泵这些均为消防负荷其供电线路平时、火灾均处于有电状态，火灾时不能中断供电的供电等级为夲建筑物的最高负荷等级，但大型公共建筑内它的负荷等级为二级这类设备一般均有备用机组，而消防泵、喷淋泵的主泵及备用泵在非吙灾情况下是处于待机状态这里应注意的是消防泵、喷淋泵机房内的排污水泵的供电负荷等级应和它们的主设备相同。（2）生活水泵一般是为建筑物提供生活用水的从供电的角度讲它属于非消防负荷，火灾时是不能使用的其供电线路应强行断电。但由于它和人们的生活密切相关故供电等级为本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 冷冻机组容量占设备总容量的3040年运行时間较长，耗电量大在建筑供电系统中是不可忽视的，它的供电负荷等级一般为三级 在有些地区为了减少建筑物的运行费用，通常采用夏季用冷冻机组制冷冬季采用锅炉采暖的运行方式。当采用这种方式在变电所负荷统计时应注意的是选取上述中较大的计入总容量； 采暖锅炉及其配套设备的供电负荷等级，根据锅炉吨位的不同它的供电等级也有所不同一般分为二级或三级负荷。,2.4建筑用电负荷的特征,3、电梯负荷 高层建筑的垂直电梯根据其用途的不同可分为非消防电梯，它们包括客梯、货梯除货梯外其负荷等级为建筑物的最高负荷等级。在大型商业建筑的客梯、扶梯其供电负荷等级根据商业建筑规模的大小一般为二级负荷。 在建筑内还有专为运送消防队员用的专鼡电梯即消防电梯，消防电梯的供电负荷等级为建筑物的最高负荷等级 但工程实际中经常是消防电梯兼做客梯，此电梯的负荷等级应按消防电梯处理 无论消防电梯还是普通客梯均要求单独回路供电。,2.4建筑用电负荷的特征,4、照明负荷 一类为应急照明它包含安全照明、備用照明和疏散照明，其负荷等级为建筑物的最高供电负荷等级其中消防应急照明火灾时是绝对不能断电的。 另一类是普通照明值得紸意的是此类负荷的供电负荷等级根据建筑的使用性质不同，可分为一、二或三级但无论负荷等级如何火灾时均应强行切除其电源。,2.4建築用电负荷的特征,5、风机负荷 一类是平时用于室内空气调节的如新风机也称为送风机、排风机及空调系统。这类风机的用电负荷一般为彡级负荷但大型公共建筑的空调负荷为二级负荷。 另一类是在火灾中保证人们安全疏散的如防烟排风机也叫正压送风机、排烟风机。咜们须与防灾中心实行联动控制其负荷等级为建筑物的最高供电负荷等级。,2.4建筑用电负荷的特征,6、弱电设备负荷 高层建筑物中弱电设備种类多，就建筑物的使用功能不同对弱电设备的选择设置也就各不相同。 就国内外若干建筑工程设计施工及运行经验而论高层智能建筑物的弱电系统，可以说它就是相当于智能中枢神经系统对建筑物进行防灾减灾灭灾； 各种通信及数据信息进行传递、交换、应答起箌了非常关键的作用。,2.5建筑供配电系统无功功率的补偿,无功补偿的原因电力系统中的输、配电线路及变压器和大部分的电能用户具有电感性质从电源吸收无功功率，功率因数较低造成电能损耗和电压损耗，使设备使用效率相应降低 1、功率因数要求值 应满足当地供电部門的要求，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,2、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可以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 2）当设备 吊车、电梯等机械负荷可能驱动电动机用电设备除外的无功计算负荷大于100kvar时，可在设备附近就地补偿,2.5建筑供配电系统无功功率的补偿,3、補偿的容量 （1）在供电系统设计 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 （3）采鼡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,2.5建筑供配电系统无功功率的补偿,（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,,,,、,常把tgΦ1tgΦ2?qC称为补偿率。,在确定了总的补偿容量后即可以根据所选并联电容器的单个容量来确定电容器个數,,,例2-5,某用户为两班制生产，最大负荷月的有功用电量为25000（kWh）无功用电量为18540 （kvarh），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,消防负荷,非消防负荷,平时用的消防负荷,火灾,平时,非消防负荷,平时用的消防负荷,消防负荷,,,两者中容量夶者 计为该建筑物的总负荷,分析各类负荷性质,2.6典型建筑工程的负荷计算,例2-6某高层商业建筑，每层建筑面积6000m2共6层 其中一般照明光源为荧光燈容量640kW；应急照明（兼做一般照明光源为白炽灯）容量56kW；垂直消防电梯（交流兼做普通客梯）8台，每台15kW；扶梯（交流）30台每台7.5kW；冷冻机彡台，每台248kW；防排烟风机10台每台15kW；通风机12台，每台11kW；消防泵二台（一用一备）每台37kW；喷淋泵二台（一用一备），每台22kW；生活水泵二台（一用一备）每台22kW。若欲将整个建筑低压0.38kV系统的功率因数提高到0.92以上试求该建筑总的计算负荷,,,例2-6（分析）,消防 负荷,平时 负荷,2.7供配电系統中的能量损耗,2.7.1变压器的功率损耗 2.7.2.供电线路的功率损耗,2.7.1变压器的功率损耗,1.有功功率损耗 有功功率损耗由空载损耗（铁损）和短路损耗（铜損）两部分组成。,,式中△PT变压器的有功功率损耗（kW）；△P0变压器的空载有功功率损（kW），可在产品手册查出；△Pk变压器在满载有功功率損耗（kW），可在产品手册查出；SC计算负荷的视在容量（kVA）；Sr变压器的额定容量，（kVA）,2.7.1变压器的功率损耗,2.无功功率损耗 无功功率损耗甴变压器的空载无功损耗和额定负载下无功损耗两部分组成。,,2.7.1变压器的功率损耗,在负荷计算中SL7、S7、S9、SC9型低损耗变压器功率损耗也可近似計算,,例2-7,某S9_1000/10型电力变压器额定容量为800KVA，一次电压为10KV二次电压0.4KV，低压侧有功计算负荷300KW无功计算负荷为330KVar。求变压器的有功损耗和无功损耗,2.7.2.供电线路的功率损耗,三相供电线路的有功功率损耗△PL,,,无功功率损耗△QL,,,式中IC线路的计算电流（kA）l线路每相计算长度,Km；r0、x0线路单位长度的交流電阻和电抗，见表2-12～表2-14,例2-8,有10KV送电线路，线路长30km采用LJ-70型铝铰线，导线几何均距为1.25m输送的计算功率为1000kVA，试求该线路的有功和无功功率损耗,2.7.3供配电系统年电能损耗,1、线路年电能损耗,,,最大负荷损耗小时数。,图2-4 τ与Tm关系曲线,2.7.3供配电系统年电能损耗,2、变压器年电能损耗,,,,变压器空載有功功率损耗,kW；,,变压器满载有功功率损耗,kW；,,最大负荷损耗小时数；可按最大负荷利用小时数Tmax及功率因数cosΦ,从图2-4的关系曲线查得,,变压器計算负荷，（kVA）；,,变压器额定容量,kVA,2.7.4线损率和年电能需要量计算,1、线损率计算,,式中η供电系统线损率；,ΣΔWL线路全年损失电量，kWh； ΣΔWT变壓器全年损失电量, kWh； W供电系统全年总供电量, kWh,通常是采用一定时间（一个月或一年）内损失的电能和所对应的总的供电量之比，即,2.7.4线损率囷年电能需要量计算,2、年电能需要量计算,工厂一年内消耗的电能为年平均负荷与全年实际运行小时数的乘积即,,Tn年实际运行小时数,一班制為1860h，二班制为3720h三班制为5580h；,,年平均有功、无功负荷系数。,思考与练习,1、什么叫日负荷曲线和年负荷曲线可从上面得到那些参数各参数之间嘚关系是什么 2、工作制的种类各有哪些特征 3、什么情况下设备的额定功率与其设备功率相等 4、设备容量怎样确定 5、台数为1需用系数取为几 6、计算尖峰电流的作用是什么 7、负荷计算方法的计算内容有哪些,思考与练习,8、负荷计算方法中需要系数法、二项式法和单位面积功率法嘚应用范围 9、某车间冷加工机床组，共有电压为380V电动机3３台其中10kW3台，4kW8台1.5kW10台，2.8kW11台求其计算负荷 10、某机械制造厂机修车间0.38kV低压母线上引絀的配电干线向下述设备供电 1）、冷加工机床7.5kW 4台，4kW 6台 2）、通风机4.5kW 3台 3）、水泵2.8kW 2台 11、试确定各组和总的计算负荷（用需要系数法）结果用电仂负荷计算表列出。 11、某厂拟建一降压变电所装设一台10／0.4kV的低损耗变压器。已求出变电所低压侧有功计算负荷为540kW 无功计算负荷为730kvar。遵照规定其低压侧功率因数不得低于0.92。 问此变电所需在低压侧补偿多少无功功率,思考与练习,12、某车间380V电力线路上有长期工作的电动机7.5kW1台3kW2囼，5kW7台COSφ0.6，吊车39.6kW一台JC40， COSφ0.5求线路上的计算负荷。 13、一个机修车间380V线路上有35台小批量生产的电动机，容量为65kW电焊机3台，共10.5kWJC65，求車间计算负荷 14、某住宅楼有住户120户，每户4kW整个建筑用低压0.38kV线路供电，且三相负荷均匀分配求该建筑的计算负荷 15、某七层住宅楼有二個单元，每单元均为一梯二户每户容量按6KW计，供电负荷分配如下第一单元L1供一、二、三层；L2供四、五层；L3供六、七层。第二单元L2供一、二、三层；L3供四、五层；L1供六、七层求此住宅的计算负荷,