5 负荷分级及计算.ppt

全国注册电气工程师考试供配电专业部分,,5负荷分级及计算,1掌握负荷分级的原则及供电要求；2掌握负荷的计算方法。,5.1负荷分级的原则及供电要求,5.1.1负荷按重要性分级的原则对供电可靠性的要求中断供电在政治、经济的影响（对公共秩序的影响）,一、负荷分级电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。1．一级负荷属下列情况者均为一级负荷（1）中断供电将造成人身伤亡者。（2）中断供电将造成重大政治影响者。（3）中断供电将造成重大经济损失者。（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。,对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通讯枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷为特别重要负荷。中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。,2．二级负荷属下列情况者均为二级负荷（1）中断供电将造成较大政治影响者。（2）中断供电将造成较大经济损失者。（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。3．三级负荷不属于一级和二级的电力负荷。,二、供电要求1．一级负荷的供电要求（1）应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷容量较大或有高压电气设备时，应采用两路高压电源。如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组，如一级负荷仅为照明或电话站负荷时，宜采用畜电池组作为备用电源。供给一级负荷的两个电源应在最末一级配电盘（箱）处切换。,（2）一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。（3）常用的应急电源有下列几种1）独立于正常电源的发电机组。2）供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。3）畜电池。,2．二级负荷的供电要求应做到当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。对二级负荷应采用两个电源供电，或用两回路送到适宜的配电点。当配电系统低压侧为单母线分段且母联断路器采用自动投入方式时，也可选用线路可靠独立出线的单回路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路10（6）kV及以上专用架空线供电。,3．三级负荷的供电要求对供电无特殊要求。当以三级负荷为主，但有少量的一级负荷供电时，其第二电源可采用自备应急发电机组或逆变器作为一级负荷的备用电源。,5.2负荷的计算方法,5.2.1负荷计算的内容和目的（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。,5.2.2负荷计算的方法,1.经验公式计算法（已知用电设备的数量和额定容量）（1）需要系数法用于设备数量多，容量差别不大的工程计算。（2）二项式法用于设备容量差别大的工程计算。（3）利用系数法有平均负荷求计算负荷，利用概率和数理统计方法。,2.用电指标法（已知建筑物的使用功能，未知用电设备的数量和额定容量）（1）负荷密度法单位容量法（2）单位指标法（3）住宅用电指标法用电指标法有时又称负荷估算法。用于工程的初步设计阶段对符合的估算。,4.数量较少的用电设备（4台以下），2至3台设备的用电负荷等于各个用电设备功率的和，4台设备的用电负荷等于各个用电设备功率的和乘0.9的系数。,5.2.3设备功率的确定1.设备的额定功率额定功率（）是电气设备铭牌中注明的功率，它是制造厂家根据电压等级要求选用适当的绝缘材料，在额定条件下允许输出的机械功率，即电气设备在此功率下，其温升均不会超过允许的温升。,,2.设备功率设备功率是指换算到统一工作制下的“额定功率”，用表示，即当电气设备上注明的暂载率不等于标准暂载率时，要对额定功率进行换算到标准暂载率下。,3.计算负荷计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其产生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应应相等。根据计算负荷选择的导体或电器，在运行中的最高温升不超过导体或电器的温升允许值。一般把半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷。作为按发热条件选择电气设备的依据用（、或及）表示。,4.计算用电设备的设备功率（）的确定。对不同工作制的用电设备，其设备功率应按下列方法确定1）长期连续工作制电动机的设备功率等于其铭牌上的额定功率，kW。,2）反复短时工作制电动机的设备功率需要系数法和二项式系数法是指统一换算到暂载率％＝25％时的额定功率（kW），即式中换算到％＝25％时电动机的设备容量，kW；铭牌暂载率，以百分值代入公式；电动机的铭牌额定功率，kW。二项式系数法是指统一换算到暂载率％＝100％时的额定功率（kW），即,,,3）电焊机及电焊设备的设备功率指统一换算到暂载率％＝100％时的额定功率，即式中换算到％＝100％时电焊设备的设备容量，kW；铭牌暂载率，以百分值代入公式；直流电焊机的铭牌额定功率，kW；交流电焊机铭牌额定视在功率，kVA；电焊设备的铭牌额定功率因数。,,4）电炉变压器的设备功率是指额定功率因数时的有功功率。式中电炉变压器的额定容量，kVA。5）整流器的设备功率是指额定直流功率。6）设备组的设备功率是指不包含备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。,7）照明设备的设备功率白炽灯、碘钨灯设备功率等于灯泡上标出的额定功率，kW。带镇流器的荧光灯的设备功率为1.2倍的额定功率，kW，电子型启动的荧光灯的设备功率为荧光灯灯管的额定功率。高压水银灯、金属卤化物灯其设备功率为1.1倍的额定功率，kW。8）短时工作制设备的设备功率为零。,5.2.4需要系数法确定计算负荷,1．负荷计算程序下图是供电系统中具有代表性的各点的电力负荷计算图。计算时一般按图中的G、F、E、D、C、B、A的顺序逐级确定各点的计算负荷。,（1）确定用电设备组（图中的F点）的有功计算负荷（）、无功计算负荷（）和计算容量（）在计算设备组单台的设备功率（）后，可以根据所提供的需要系数，得到设备组的有功计算负荷式中──给出的需用系数，表5-2-1、2、3；──单台电气设备的设备功率，kW。,设备组的无功计算负荷式中──给出的正切值tg，表5-2-1、2、3；──有功计算负荷，kW。设备组的视在功率,设备组的计算电流式中──系统的额定电压，kV。设备组的功率因数,（2）低压干线（图中E点）的计算负荷将各用电设备组计算负荷按有功功率和无功功率分别相加，计算公式如下有功功率无功功率视在功率,有功功率、无功功率同时工作系数分别取0.8～0.9和0.93～0.97之间，当母线出线干线数量较多时和取较小值，反之取较大值。（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乘以同时系数和，配电所的分别取0.85～1和0.95～1之间，总降压配电所的分别取0.8～0.9和0.93～0.97之间。,,,5.2.5利用系数法确定计算负荷,利用系数法以概率论为理论基础，分析所有用电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据，通过利用系数、平均利用系数、有效台数、最大系数等系数来确定计算负荷，计算结果接近实际负荷，但计算方法复杂。,,,,,1.用电设备最大负荷班内的平均负荷有功功率无功功率式中同一用电设备组的设备容量之和，要统一换算到，用电设备容量的确定和需要系数法相同，kW；用电设备组在最大负荷班内的利用系数，表5-2-6；用电设备组的功率因数角的正切值，表5-2-6；,,,,,2.求平均利用系数式中用电设备组平均负荷的有功功率之和，kW；各用电设备组的设备功率之和，kW。,,,3.求有效台数有效台数是将不同设备功率和工作制的用电设备台数换算为相同设备功率和工作制的等效值。式中单各用电设备的设备容量，kW。1）当有效台数为4台及以上，且最大一台设备功率与最小一台设备功率的比值时，取在确定值时，可将组内总功率不超过全组总功率5的一些最小用电设备略去。,,,2）当和时，取如按上式求得的比实际台数还多时，取3）当和时，取,,,式中在所有用电设备中，单台设备功率超过其中最大一台用电设备的设备功率一半以上的台数；用电设备的总台数；台用电设备的设备功率之和，kW；台用电设备的设备功率之和，kW。根据和查表5-2-7的得到相对有效台数，则,,,,,,,,4.求最大系数根据有效台数和平均利用系数查表5-2-8得到最大系数值。一般大于1。5.计算负荷和计算电流有功功率无功功率视在功率计算电流式中──系统的额定电压，kV。,,,注意按利用系数法确定计算负荷时，都必须先将各类用电设备组的平均有功负荷和平均无功负荷分别代数相加，求得和，再依次求、和值。在计算负荷时，只在最后乘一次即可，不需要乘同期系数，不要逐级求、、后，又求、、再乘同期系数。,,5.2.6二项式法确定计算负荷,1.同一工作制的单组用电设备的计算负荷式中、、该用电设备的有功、无功、视在功率的计算负荷，kW、kvar、kVA；用电设备组中台容量最大用电设备的设备功率之和，kW；该用电设备组的设备功率，kW；、二项式系数，表5-2-9；各用电设备组的功率因数的正切值，表5-2-9。,,,,,2.对不同工作制的多组用电设备式中各用电设备组中附加负荷的最大值，kW；各用电设备组中平均负荷的总和，kW；与相对应的功率因数角正切值；各用电设备组的功率因数的正切值，表5-2-9。,,,,,注意（1）当单组用电设备的实际台数等于最大容量用电设备的台数，且时，一般将用电设备的设备功率总和作为最大计算负荷。（2）每组用电设备数量小于最大容量用电设备的台数，则采用小于的两组或更多组中的最大的用电设备的第一项的总和，作为计算公式中的最大计算负荷。（3）将计算范围内的所有用电设备统一分组，不应逐级计算后再代数相加，并且计算最后结果，不再乘以最大负荷同期系数。,,,5.2.7单位面积功率法和单位指标法确定计算负荷,1.单位面积功率（负荷密度法）负荷密度估算法是已知不同类型的负荷在单位面积上的需求量，乘以建筑面积或使用面积得到的负荷量。式中单位面积功率（负荷密度），W/m2；建筑面积，m2。,,,2.单位指标法单位指标法是已知不同类型的负荷在单位核算单位上的需求量，乘以单位核算单位得到的负荷量。式中──单位指标，W/床、或W/户；──核算单位的数量。,,,,5.2.8单相负荷的计算,单相负荷应尽可能均匀分配在三相上。当计算范围内单相用电设备容量之和小于总设备容量的15时，可按三相平衡负荷计算。,1.单相负荷换算为等效三相负荷（1）将线间负荷换算为相负荷a相b相c相式中、、接于ab、bc、ca线间负荷；、、换算为a、b、c相有功负荷；、、换算为a、b、c相无功负荷；、、换算系数，表5-2-10。,,,,,,（2）各相负荷分别相加，将最大相负荷的3倍作为等效三相负荷。2.简化算法（1）单相负荷接在相电压式中──三相等效计算负荷，kW；──三个相负荷中最大的相负荷，kW。,（2）单相负荷接在线电压式中──三相等效计算负荷，kW；──三个线负荷中最大的线负荷，kW。,5.2.9功率损耗的计算,1.线路的功率损耗有功损耗无功损耗式中──线路中的计算相电流，A；、──线路中的每相电阻、电抗，；,,,,,2.电力变压器的功率损耗有功损耗无功损耗式中变压器的计算负荷，kVA；变压器的额定容量，kVA；变压器的空载有功损耗，kW；变压器的短路有功损耗，kW；,,,变压器的空载无功损耗，kW；变压器的短路无功损耗，kW；变压器空载电流百分比；变压器短路电压百分比；当变压器的负荷率在85以下时，功率损耗可以采用估算法。,,,3.高压电动机的功率损耗式中电动机的额定功率，kW；电动机的效率；电动机功率因数的正切值。,,,1．某机修车间有冷加工机床50台，共310kW，长期工作制（Kx0.2，cosф0.5）；桥式吊车1台，50kW，反复短时工作制其暂载率JC15，效率η0.8，cosφ0.8；通风机及水泵共4台，32kW，长期工作制（Kx0.8，cosφ0.8）。车间变电所采用三相四线制380/220伏供电，试求该车间低压线路的计算负荷Pjs、Qjs、Sjs、Ijs。,解（1）冷加工机床，长期工作制（2）桥式吊车，反复短时工作制,,,（3）通风机及水泵，长期工作制（4）计算负荷Pjs、Qjs、Sjs、Ijs,,,,,,,2．某机修车间有冷加工机床50台，共310kW，长期工作制桥式吊车1台，50kW，反复短时工作制其暂载率JC15，效率η0.8，cosφ0.8；通风机及水泵共4台，32kW，长期工作制车间变电所采用三相四线制380/220伏供电，试求该车间低压线路的计算负荷Pjs、Qjs、Sjs、Ijs。,,解（1）冷加工机床，长期工作制（2）桥式吊车，反复短时工作制,,,（3）通风机及水泵，长期工作制2.求平均利用系数,,,,,,,3.求有效台数该车间共有用电设备55台，其设备功率总和366.3kW，最大一台设备的设备功率是8kW,不小于最大机组功率一半的台数55台，其设备功率总和为366.3kW，，。查表5-2-7，4.求最大系数根据有效台数52和平均利用系数0.16,查表5-2-8得到最大系数1.3。,,,5.计算负荷和计算电流,,,3．某机修车间有冷加工机床50台，共310kW，长期工作制（c0.4，b0.14，cosф0.5，n5）；桥式吊车1台，50kW，反复短时工作制其暂载率JC15，效率η0.8，（c0.2，b0.06，cosφ0.5，n3）通风机及水泵共4台，32kW，长期工作制（c0.25，b0.65，cosφ0.8，n5）车间变电所采用三相四线制380/220伏供电，试求该车间低压线路的计算负荷Pjs、Qjs、Sjs、Ijs。,1.同一工作制的单组用电设备的计算负荷冷加工机床桥式吊车,,,,,通风机及水泵,2.对不同工作制的多组用电设备,,,,,