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1、高层建筑电气设计,第二章 供电系统设计,负荷的分级与计算 供电系统概况 常用变配电设备及其选择 变配电所主接线的确定 变电所的位置和布置 备用电源 功率因素和无功补偿 工程实例分析,本章学习内容,1 负荷的重要性分级与计算,作为按发热条件选择电气设备的依据； 用来计算电压损失和功率损耗； 作为电能消耗量和无功补偿的计算依据； 一、二级负荷的计算用来确定备用电源或应急电源的容量； 季节性负荷的确定用以从经济运行条件出发选择变压器的台数和容量。,1.1 负荷计算的作用与意义,电气设备中通过的功率或电流，而不是指它们的阻抗。 当线路中的电压U一定时，线路输送的功率与电流成正比，线路中的负荷-导线通过
2、的电流值。,1.2 负荷大小的衡量标准,旅游宾馆：由于配套服务设施比较齐全，一般电力负荷比较大，照明负荷较小； 办公、综合楼建筑：照明负荷较大，一般电力负荷较小； 高层住宅建筑：一般电力负荷较小，照明负荷也不大，但由于一般不采用中央空调系统，空调负荷比重显著增加。,1.3 高层建筑的电力负荷分布特点,照明（包括电热）：占30%左右 空调：占40%左右 一般电力（电梯、生活水泵、消防泵、喷淋泵、锅炉房设备。 ）：占30%左右,1.4 电力负荷在高层建筑中的分布位置,用电负荷遍布整个大楼的各层； 地下层（或大楼底部）是用电负荷集中的地方（空调设备、生活水泵、消防泵、喷淋泵） 顶层（或顶部）也是用电
3、负荷集中区（电梯机房、风机、加压泵） 超高层建筑的中部位置（分区电梯机房、中间泵站、分区空调设备的布置多在大楼的中部）。,1.5 负荷的分级 民用建筑电气设计规范（JGJ/T 16-92）的划分标准 (1)一级负荷： 中断供电将造成人身伤亡者； 中断供电将造成重大政治影响者； 中断供电将造成重大经济损失者； 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。,举例：特等建筑，重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆国事活动的大量人员集中的公共场所、实时处理计算机及计算机网络、中断供电后将发生爆炸、以及严重中毒等。,(2)二级负荷： 中断供电将造成较大政治影响者； 中断供电将造成较大经济损失者； 中断供电将造
4、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。,民用建筑常用重要电力负荷分级表(部分),1.6 供电要求 (1)一级负荷的供电要求： 应由两个独立电源供电源应不致同时受到损坏。 负荷容量较大或有高压电气设备时：应采用两路高压电源供电； 负荷容量不大时：应优先采用从电力系统或邻近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组； 仅为照明或电话站负荷时：宜采用蓄电池组作为备用电源； 特别重要负荷：除上述两个电源外，还必须增设应急电源。严禁将其他负荷接入应急供电系统。,应急电源种类： 发电机组； 专门馈电线路； 蓄电池、不间断电源装置。 应急电源的选择（根据允许的中断时间）： 不间
5、断电源装置：适用于允许中断供电时间为毫秒级的供电。 专门馈电线路（自动投入）：适用于允许中断供电时间为1.5s以上的供电。 柴油发电机组：适用于允许中断供电时间为15s以上的供电。,(2)二级负荷的供电要求： 当电力变压器故障或线路常见故障时：不中断供电(或中断后能迅速恢复)两回路供电。 在负荷较小或地区供电条件困难时：可由一个回路10(6)kv及以上专用架空线供电。 (3)三级负荷的供电要求： 无特殊要求。,1.7 负荷工作制的划分,(1) 长期工作制连续运行工作制 (2) 短时工作制 (3) 断续工作制重复短时工作制,(1) 长期工作制 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过
6、最高允许值，负荷比较稳定。如电炉、空调、电加热设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。,(2) 短时工作制 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短时工作的特点。高层建筑中，这类设备的数量不多，如启动水闸的电动机。,(3) 断续工作制 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机、电梯等。 断续周期工作制的设备，通常用暂载率JC表征其工作特征，取一个工作周期内的工
7、作时间与工作周期的百分比值，即为JC ，即： t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。,计算方法： 需要系数法 利用系数法 单位指标法 二项式法 形状系数法 附加系数,单位指标法与需要系数法因比较简便因而广泛使用。,1.9 负荷计算,N单位数量（ m2 、户、床） KP单位负荷密度（ W/m2 、W/户、W/床） KS单位负荷密度（ VA/m2 、 VA /户、 VA /床),(1) 单位指标法 常用于规划设计和初步设计,国内外部分旅馆变压器的装机容量和用电指标,(2) 需要系数法常用于施工图设计阶段 定义需要系数KC 需要系数考虑了以下的主要因素： K：同时使用系数，为在最大负荷工
8、作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL：负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比 wl：线路供电效率； ：用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，如一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对KC有影响。所以KC只能靠测量统计确定,见相关手册。 上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。,需要系数 KC,需要系数-考虑建筑内各用电负荷同时使用概率而确定的负荷计算系数,民用建筑照明负荷需要系数KC,
9、(kW),(kVar),计算电流,用电设备的计算负荷,A,有功计算负荷,无功计算负荷,视在计算负荷,：设备额定容量/kW,：用电设备功率因素角,：线电压/kV,(1) 用电设备额定容量的计算 在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”或“设备负荷”，用Pe表示。,计算设备额定容量中的几个注意点,同一设备在不同暂载率时，设备负荷是不同的。为了用一个统一的标准衡量设备负荷，应将设备的额定功率由对应的额定暂
10、载率JCN换算到一个统一规定的暂载率JCe下，以此作为设备负荷的基准。折算公式：,式中JCN 、JCe设备的额定暂载率和规定暂载率 PN 、 Pe 设备的额定功率和折算后的设备负荷,民用建筑电气设计规范规定：对于不同工作制的用电设备的额定功率应换算为统一(暂载率下)的设备功率。,(2) 照明设备的设备容量 白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）； 荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）； 高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）； 金属卤化物灯
11、：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）。,(3) 不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内， 单相负荷的总容量计算范围内的三相对称负荷总容量的15%时，则供配电设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算。 注意区分相负荷与线负荷，并进行换算。,(4) 备用设备的容量不列入设备总容量 无论是小区或高层建筑，都有相当一部分的备用设备，如小区的备用通风机、水泵、鼓风机、空压机，高层建筑中的备用生活水泵、空调制冷设备等，这些备用设备的容
12、量在计算时不能列在设备总容量之中。 消防水泵、专用消防电梯以及在消防状态下才使用的送风机、排烟机等，及在非正常状态下使用的用电设备都不列入总设备容量之内；当夏季有制冷的空调系统，而冬季则利用锅炉采暖时，由于后者用电设备容量小于前者，因此锅炉的用电设备容量也不计入总用电设备容量。,供配电系统总计算负荷的确定,1 配电干线上的负荷计算（每回干线带一组用电设备） （1）有功计算负荷：Pca1=KCPe KC用电设备组的需要系数见相关手册； Pe用电设备组的设备额定容量之和 （2）无功计算负荷： Qca1=Pca1tanwm tanwm值见相关手册 。 （3）视在计算负荷： 计算目的：用于选择各配电干
13、线截面积及保护控制该线路的开关设备。,2 确定变电所低压母线上的计算负荷 （1）总有功计算负荷：Pca2pPca1 （2）总无功计算负荷：Qca2qQca1 （3）总视在计算负荷： Pca2、Qca2、Sca2变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷； Pca1、Qca2 各配电干线上的有功、无功计算负荷的总和 p 、Kq 有功功率、无功功率的同时系数。 注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc2,则当计算Qca2时，要减去无功补偿容量，即 Qca2qQca2Qc2 计算目的：用于变电所电力变压器容量的选择。,变电所的变压器容量和台数的确定 (1)变压器的总容量必
14、须大于或等于由该变电所供电的用电设备的总计算负荷； (2)一般变电所只选用l2台变压器，因为变压器台数过多，不仅使电气主接线复杂，增加基本建设投资，而且给运行管理带来麻烦； (3)对于一级、二级负荷较多的变电所，应采用两台变压器，当一台变压器因故障切除时，另一台变压器及时启用，以保持重要负荷不中断供电； 凡是选用两台变压器的变电所，都应考虑到其中任一台变压器的容量在其单独运行时能满足该变电所总计算负荷60以上的需要。 (4)变电所选用的变压器的单台容量，一般采用750kVA及以下为宜，以便使变压器接近负荷中心，缩短配电线路，减少线路上的电能损耗。,对于负荷不大的建筑物(群)，是否需要设置单独的
15、变压器，应视负荷情况及与邻近变压器的距离而定。下表列出了380V配电线路允许送电的最大距离。,若变压器为动力和照明供电，一般可共用一台变压器；若动力设备的启、停严重影响照明质量及灯泡寿命时，应考虑照明与动力分开，单独设专用照明变压器。,380V配电线路允许送电的最大距离,尖峰电流的计算,意义： 尖峰电流是持续时间为1-2秒的短时最大负荷电流.为了选择熔断器和自动开关、整定继电保护装置，以及检验电动机自启动，必须计算尖峰电流。,1、单台用电设备尖峰电流的计算,启动电流倍数，设备启动电流与其额定电流的比值,鼠笼式异步电动机 绕线式异步电动机 交流电焊变压器,：67,：23,：3,2.多台用电设备尖
16、峰电流的计算,供多台电动机的配电线路上的尖峰电流，一般以启动电流与额定电流之差最大的一台电动机的启动电流与其余电动机正常运行电流之和，作为该线路的尖峰电流，公式如下：,Istmax：启动电流与额定电流之差最大的那台电动机的启动电流； ：其余的n-1台电动机额定电流之和； Kt： n-1台电动机的同时系数，一般取0.7 1.0。,例题 1 某高层综合楼 13层商场（空调）每层 1500m2 ：P1P3（ KC=0.7，90W/m2) 13层商场（照明）每层 1500m2 ：P8（ KC=0.7， 30W/m2) 415层住宅 每层8户： P4P7（ KC=0.6， 5.5kW/户) 负一层车库及设备用房（照明）1100m2 （ KC=1， 10W/m2) 楼道照明 10KW ：（ KC=1) 电 梯 2*15KW：P10 生活水泵
