1、,中国矿业大学建筑环境与设备工程专业 建筑电气第二章,建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,Enter,1.计算负荷的意义,在进行建筑供配电设计时，电气设计人员是根据一个假想负荷-计算负荷，按照允许发热条件选择供配电系统的导线截面、确定变压器容量,制定提高功率因数的措施，选择及整定保护设备。根据这些原始资料及设备的工作特性，选择适当的计算方法，通过一系列的计算将设计中的设备安装负荷变成计算负荷。,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。它直观地反映了用户用电的特点和规律。表示方法：负荷曲线制在直角坐标内，横坐标表示时间，纵坐标表示电力负荷。种类：有功负荷曲线、无功负荷曲线 日负
2、荷曲线、年负荷曲线。,3 负荷曲线中的几个物理量,平均负荷,负荷系数,最大负荷利用小时数,年最大 负荷,需要系数,利用系数,3 负荷曲线中的几个物理量,年最大负荷 年最大负荷是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，并用符号Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大负荷。所谓最大工作班，是指一年中最大负荷月份内最少出现23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,（2）最大负荷利用小时数 如果用户以年最大负荷（如Pmax）持续运行Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，那么Tmax即为年最大负荷利用小时数
3、。Tmax=Wp/Pmax(h)Tmax(无功)=Wq/Qmax(h)WP有功电量，(kWh)；Wq无功电量，(kWarh)。,3 负荷曲线中的几个物理量,（3）平均负荷 平均负荷是指电力用户在一段时间内消费功率的平均值，记作Pav、Qav、Sav。Pad=Wp/t Kw 全年小时数取8760h，Wp是全年消费的总电Pav能。,2.1计算负荷的意义与计算目的,3 负荷曲线中的几个物理量,（4）负荷系数 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。,2.1计算负荷的意义与计算目的,3 负荷曲线中的几个物理量,（5）需要系数KX Pmax（=PC用电设备组负荷曲线上最大功负荷（k）Pr 用电设备组的
4、设备功率（）表2-1工厂企业用电设备组的需要系数和功率因数。,2.1计算负荷的意义与计算目的,3 负荷曲线中的几个物理量,（6）利用系数,用电设备组在最大负荷班内的平均负荷有功功率(kW),无功功率(kvar),2.1计算负荷的意义与计算目的,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（k）；Pe用电设备组的设备功率（k）Kl用电设备组在最大负荷工作班内的利用系数 见表2-7 tg用电设备组功率因数的正切值 见表2-7,2.1计算负荷的意义与计算目的,BEA Confidential.|12,（2）计算容量（Pc）,（3）计算电流（Ic）
5、,（1）设备容量（Pe）,（4）尖峰电流（Ijf）,4 负荷计算的主要内容,2.1计算负荷的意义与计算目的,BEA Confidential.|13,（1）设备容量（Pe）,4 负荷计算的主要内容,设备容量也称安装容量，它是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率（设备铭牌上的数据）之和，是配电系统设计和负荷计算的基础资料和依据。,2.1计算负荷的意义与计算目的,BEA Confidential.|14,4 负荷计算的主要内容,（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电功率。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
6、最大热效应相等。是配电设计时选择变压器、确定备用电源容量、无功补偿容量和季节性负荷的依据。也是计算配电系统各回路中电流的依据。,2.1计算负荷的意义与计算目的,BEA Confidential.|15,4 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。它是配电系统设计的重要参数，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。,2.1计算负荷的意义与计算目的,BEA Confidential.|16,4 负荷计算的主要内容,（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
7、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,BEA Confidential.|17,1.用电设备的工作制,(1)长期连续工作制（2）短时工作制（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，用来表示，即 221 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,BEA Confidential.|18,2.3.1负荷计算的方法及设备功率的确定,1负荷计算的方法及用途,单位面积 功率法,2.3 计算负荷的方法,BEA
8、 Confidential.|19,（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。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。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|20,（2）利用系数法,采用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。结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算进程稍繁,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|21,（3）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
9、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。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|22,(4)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步设计阶段电力负荷估算。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|23,(5)对于台数较少(4台及以下)的用电设备。3台及2台用电设备的计算负荷，取各设备功率之和;4台用电设备的计算负荷，取设备功率之和乘以0.9的系数。负荷计算方法选取原则是：需要系数法:用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算；单位面积功率法和单位指标
10、法:用于方案设计阶段进行电力负荷估算。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|24,2设备功率的确定,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。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|25,2设备功率的确定,(1)连续工作制：(kW)231 Pr-电动机的额定功率(kW)(2)短时工作制的设备功率等于设备额定功率：(kW)23
11、2,2.3 计算负荷的方法,2设备功率的确定,(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。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(kW)233Pr-负载持续率为r 时的电动机的额定功率(kW)r-电动机的额定负载持续率,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|27,2设备功率的确定,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。(kW)233S r-负载持续率为 r时的
12、电焊机的额定容量(kVA)r-电焊机的额定负载持续率cos-电焊机的功率因数,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|28,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,1.用电设备组的计算负荷及计算电流,有功功率(kW)235无功功率(kvar)236视在功率(kVA)237,计算电流(A)238,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|29,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,1.用电设备组的计算负荷及计算电流,Pe-用电设备组的设备功率 kWKX-需要系数，见表2-1 2-5tg-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,2.3 计
13、算负荷的方法,BEA Confidential.|30,例题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=0.5 0 tg1=1.73）（2）通风机4台总计5.00KW；（Kx2=0.80，cos2=0.80 tg2=0.75）（3）电炉4台总计10.00KW；（Kx3=0.80 cos3=1.00 tg3=0.00）,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|31,（4）行车2台总计5.60KW；（Kx4=0.80 cos4=0.80 tg4=0.75 4=15%）（5）电焊机3台总计17.5
14、0KVA；（Kx5=0.35 cos5=0.60 tg5=1.33 5=65%）试求：每组负荷的计算负荷（Pc、Qc、Sc、Ic）？,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|32,解：（1）机床组为连续工作制设备,故(kW)(kvar)（2）通风机组为连续工作制设备,故(kW)(kVA)(A),(A),(kVA),(kvar),2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|33,解：（3）电炉组为连续工作制设备,故(Kw)(Kvar)(kVA)(A)（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：(Kw)(Kvar),2.3 计算负荷的方法,
15、BEA Confidential.|34,解：,(Kvar)(kVA),(A),（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：,(kW),（kvar）,(kVA),(A),2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|35,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,2.多组用电设备组的计算负荷,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：,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|36,2
16、.3.2 需要系数法确定计算负荷,2.多组用电设备组的计算负荷,有功功率(kW)2-3-9无功功率(kvar)2-3-10视在功率(kVA)2-3-11计算电流(A)2-3-12,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|37,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,2.多组用电设备组的计算负荷,Pe-用电设备组的设备功率 kWKX-需要系数，见表2-1 2-5tan-用电设备组的功率因数角的正切值Kp、Kq-有功功率、无功功率同时系数，分别取0.81.0和0.931.0。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|38,例题2-2：已知条件同例题2-1。当有功
17、功率同时系数 Kp=9.0；无功功率同时系数Kq=9.5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=8.00 KW Qc3=0.00Kvar(4)行车组:Pc4=3.47 KW Qc4=2.60Kvar,2.3 计算负荷的方法,(5)电焊机组：Pc5=2.96KW Qc5=3.94 Kvar=0.90（19.6+4+8+3.47+2.96）=34.23 KW,=0.9（33.91+3+0+2.60+3.94）=41
18、.23Kvar,（Kva）,（A）,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。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|40,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,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。例题2-3：七层住宅中的一个单元，一梯二户，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2-4。求此单元
19、的计算负荷？,2.3 计算负荷的方法,2.3 计算负荷的方法,单相负荷计算解：本单元的设备总容量：层数每层户数每户容量 kW每相容量：供电层数每层户数每户容量 kW kW kW最大相与最小相负荷之差：kW最大相与最小相负荷之差与总负荷之比：,2.3 计算负荷的方法,故本单元的设备等效总容量：kW查表2-5可知 KX=0.8 cos=0.9 tg=0.48有功功率(kW)无功功率(kvar)视在功率(kVA)计算电流(A),2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|44,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,4.尖峰电流,尖峰电流是指单台或多台用电设备持续12s的短时最大负荷电流
20、,尖峰电流一般出现在电动机起动过程中。（1）单台电动机的尖峰电流=K(A)（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。,(A),2.3 计算负荷的方法,2.3.2 需要系数法确定计算负荷,4.尖峰电流,（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。=(A)式中 n 参与自启动的电动机台数；第i 台电动机的启动电流，（）,例2-4：解：由已知条件，第三台电动机起动时的起动电流最大，故配电线路尖峰电流应为,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|46,2.3.3 用电设备容量的处理,进行负荷计算时，应先对用电设备
21、容量进行如下处理：,1单台设备的功率一般取其名牌上的额定功率。2连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，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。,2.3 计算负荷的方法,2.3.3 用电设备容量的处理,进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：,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(
22、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。,2.3 计算负荷的方法,2.3.4 单位面积功率法和负荷密度法确定计算负荷,Pe 单位面积功率（负荷密度）W/m2 S 建筑面积(m2),2.4 建筑用电负荷的特征,BEA Confidential.|49,1、给排水动力负荷,（1）消防泵、喷淋泵（2）生活水泵2、冷冻机组动力负荷（三级）3、电梯负荷（非消防电梯、消防电梯）4、照明负荷（应急照明、普通照明）5、风机负荷（非消防风机、消防风机）6、弱电设备负荷,2.5 建筑供配电系统无功功率的补偿,1.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
23、时，应满足如下值:（1）高压用户的功率因数应为09以上。（2）低压用户的功率因数应为085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）低压侧集中补偿方式。2）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.补偿的容量,（1）已在供电系统的方案设计时，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：补偿容量，（kvar）
24、；计算负荷，(kW)；、补偿前后的功率因数角。常把tg1tg2=qC，称为补偿率。确定电容器个数：电容器个数 单个电容器的容量（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。,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.1 变压器的功率损耗,当电流流过供配电线路和变压器时，引起的功率和电能损耗也要由电力系统供给。,有功功率损耗PT和无功功率损耗QT。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（铜损）两部分组成。PT变压器的有功功率损耗，（kW）；P0变压器的空载有功功率损耗，（kW）；Pk变压器的满载有功功率损耗，（kW）；SC计算负荷的视在容量，（kVA）；Sr
25、变压器的额定容量，（kVA）。,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.1 变压器的功率损耗,2.无功功率损耗由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。,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.1 变压器的功率损耗,QT变压器无功功率损耗，（kvar）Q0变压器的空载无功功率损失（kvar）；Qk变压器满载无功功率损失,(kvar)IO%变压器空载电流占额定电流百分数，可在产品手册查出；uk%变压器阻抗电压占额定电压百分数，可在产品手册查出。变压器负荷率,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.1 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
26、近似计算：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。查资料得S9型变压器规格：,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.1 变压器的功率损耗,故变压器有功损耗得：变压器的无功损耗得：,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.2 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L线路每相计算长度,(Km)；r0、x0线路单位长度的交流电阻和电抗“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
27、a1，B、C两相的线间距离为a2，C、A两相的线间距离为a3，,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.2 供电线路的功率损耗,则此三相线路的线间几何均距如三相线路为等边三角形排列,则如三相线路为水平等距离排列，则 为相邻线间距离。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|60,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。解：查表4-9，可得LJ-70型铝铰线电阻r0=0.46/km，当aav=1.25m时，x0=0.358/km，所以,2.6 供配电系统中的
28、能量消耗,2.6.3 供配电系统年电能损耗,-最大负荷损失小时数。其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电流 流过 小时后所产生的电能损耗，等于实际变化电流时的电能损耗，与年最大负荷利用小时数 和负荷功率因数 三相线路中有功功率损耗，（kW）；,有关。,2.3 计算负荷的方法,BEA Confidential.|62,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.3 供配电系统年电能损耗,2、变压器年电能损耗:t 变压器全年实际运行小时数；变压器空载有功功率损耗,(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cos,从图2-5的关系曲线查得。变压器计算负荷，（kVA）；变压器额定容量,(kVA)。,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.4 线损率和年电能需要量计算,1、线损率计算供电系统线损率；WL线路全年损失电量，(kWh)；WT变压器全年损失电量,(kWh)；W供电系统全年总供电量,(kWh)。2、年电能需要量计算 企业的计算有功功率、计算无功功率，（kW;kVar）；,2.6 供配电系统中的能量消耗,2.6.4 线损率和年电能需要量计算,Tn年实际运行小时数,一班制为1860h，二班制为3720h，三班制为5580h；年平均有功、无功负荷系数。线路年平均损耗变压器年平均损耗,
