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1、电气设计系列讲座配电系统设计电气设计系列讲座第一部分第一部分负荷分级与负荷计算负荷分级与负荷计算内容概述本章内容包括两部分：负荷分级的原则及供电要求，负荷的计算方法负荷分级的原则及供电要求包括：负荷按重要性分级的原则和一三级负荷供电要求。负荷的计算方法包括：负荷计算的内容和目的、负荷计算的方法及用途、设备功率的确定、需要系数法确定计算负荷、单位功率法和单位指标法确定计算负荷、单相负荷计算。相关的规程规范和手册供配电系统设计规范GB500521995民用建筑电气设计规范JGJ/T162008工业和民用配电设计手册(第二版)水利电力出版社，1994一、一、负荷分级的原则及供电要求负荷分级的原则及供
2、电要求1、负荷按重要性分级的原则a)一级负荷b)二级负荷c)三级负荷负荷的分级在工业和民用配电设计手册和民用建筑电气设计规范 JGJ/T162008附录A中有级别表。2、一三级负荷供电要求1.1负荷按重要性分级的原则(1)按重要性分级的原则：电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：负荷按重要性分级的原则(2)符合下列情况之一时，应为一级负荷1)中断供电将造成人身伤亡时；2)中断供电将造成重大影响或重大损失；3)中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信
3、息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。负荷按重要性分级的原则(3)特别重要的负荷在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。负荷按重要性分级的原则(4)符合下列情况之一时，应为二级负荷：1)中断供电将造成较大影响或损失；2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。民用建筑中消防用电的负荷等级，应符合下列规定：1）一类高层民用建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照
4、明及疏散指示标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电应为一级负荷，二类高层民用建筑内的上述消防用电应为二级负荷；2）特、甲等剧场的消防用电应为一级负荷，乙、丙等剧场应为二级负荷；3）特级体育场馆的应急照明为一级负荷中的特别重要负荷；甲级体育场馆的应急照明应为一级负荷。4）当主体建筑中有一级负荷中特别重要负荷时，直接影响其运行的空调用电应为一级负荷；当主体建筑中有大量一级负荷时，直接影响其运行的空调用电应为二级负荷。5）重要电信机房的交流电源，其负荷级别应与该建筑工程中最高等级的用电负荷相同。6）区域性的生活给水泵房、采暖锅炉房及换
5、热站的用电负荷，应根据工程规模、重要性等因素合理确定负荷等级，且不应低于二级。7）有特殊要求的用电负荷，应根据实际情况与有关部门协商确定。民用建筑电气设计规范JGJ/T162008的附录A有主要用电负荷分级。1.2一三级负荷供电要求(1)一级负荷供电要求一级负荷的供电电源应符合下列规定：1）一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。2）一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁严禁将其它负荷接入应急供电系统。一三级负荷供电要求(2)二级负荷供电要求：二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一
6、回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。三级负荷供电要求：三级负荷对供电无特殊要求，一般按其容量大小决定（可按约定供电）。下列电源可作为应急电源一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，下列电源可作为应急电源。1）独立于正常电源的发电机组。2）供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3）蓄电池。4）干电池。1、负荷计算的内容和目的2、负荷计算的方法及用途3、设备功率的确定4、需要系数法确定计算负荷5、单位功率法和单位指标法确定计算负荷6、单相负荷计算
7、7、尖峰电流计算8、负荷计算需要注意的问题二、负荷的计算2.1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容：1）计算负荷2）尖峰电流3）平均负荷计算负荷计算负荷计算负荷计算负荷又称需要负荷或最大负荷。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。在配电设计中，通常采用30min的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（稳态负荷）尖峰电流尖峰电流尖峰电流尖峰电流指单台或多台用电设备持续1s左右的最大负荷电流。一般取启动电流的周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。(暂态
8、负荷）平均负荷平均负荷平均负荷平均负荷为某段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。(等效负荷）负荷计算的目的(1)负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。负荷计算的目的(2
9、)求计算负荷：是为了合理的选择供电系统各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。求尖峰负荷：用于计算电压波动、电压损失、选择熔断器和保护元件等。求平均负荷：用来计算供电系统中电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。2.2 负荷计算的方法及用途(1)负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位面积功率法等几种。1)需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数，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)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。这种方法的理论根据
10、是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算进程繁琐。（略）负荷计算的方法及用途(2)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。（略）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。负荷计算中的几个概念和物理量设备运行工作制设备运行工作制：连续运行工作制、短时运行工作制、反复短时工作制。负载持续率负载持续率（暂载率）：=工作时间加停歇时间(t+t。)
11、称为工作周期2.3 设备功率的确定(1)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PN或额定容量SN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。设备功率Pe的确定与设备运行工作制有关。设备功率的确定(2)1)连续工作制电动机的设备功率=额定功率。2)短时或周期工作制电动机(如起重机用电动机等)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。当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，应统一换算到负载持续率为25%下的有功功率。设备功率的确定(3)3)电焊机及电焊装置的设备
12、容量：指统一换算到暂载率=100时的额定功率(kw)。若其不等于100时应进行换算，其换算公式为4）电炉变压器的设备容量：是指额定功率因数时的额定功率(kW)，即设备功率的确定(4)5）照明设备的设备容量(1)白炽灯、碘钨灯设备容量是指灯泡上标出的额定功率(kW)。(2)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)。(3)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)。(4)金属卤化物灯：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l0)，其设备容量应为灯泡额定功率的
13、1.1倍(kW)。设备功率的确定(5)设备数量较少时，按以下原则处理：3台及以下用电设备的计算有功功率取设备功率总和。3台以上用电设备，而有效台数小于4时，计算有功功率取设备功率总和，再乘以0.9系数。2.4 需要系数法确定计算负荷(1)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需要系数法确定计算负荷(2)2)配电干线或车间变电所的计算负荷：有功功率无功功率视在功率计算电流需要系数法确定计算负荷(3)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再乘以同时系数Kp和Kq。对配电所的Kp和Kq分别取0.851和0.951，对总降压变电所的Kp和Kq分别取
14、0.80.9和0.930.97。当简化计算时，同时系数Kp和Kq都取Kp值。需要系数法确定计算负荷的优点和缺点需要系数法确定计算负荷的优点和缺点优点：(1)公式简单，计算方便。只用一个原始公式，就可以表征普遍的计算方法。(2)对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需要系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好的条件。缺点：没有考虑大容量电动机对整个计算负荷的影响，尤其是当总用电设备较少时，影响更大。需要系数法确定计算负荷要注意的问题需要系数法确定计算负荷要注意的问题需要系数法计算负荷是从供电系统末端逐级计算到电源端。当采用需要系数法计算负荷时，应将配电干线范围内
15、的用电设备按类型统一划组。配电干线的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数。变电所或配电所的计算负荷，为各配电干线计算负荷之和再乘以同时系数。计算变电所10、35kV侧负荷时，应加上变压器的功率损耗。2.5单位功率法和单位指标法确定计算负荷1）单位面积功率(或负荷密度)法。单位面积功率法计算有功功率的公式为：式中：单位面积功率(负荷密度),W/m2S建筑面积，m2单位指标法确定计算负荷2）单位指标法。单位指标法计算有功功率的公式为：式中：单位用电指标，如W/户、W/人；单位数量，如户数、人数、床数2.6 单相负荷计算(1)单相负荷应均衡分配到三相上，使三相负荷尽可能平衡，以使导线截
16、面和供电设备选择合理；当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量的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。单相负荷计算(2)1、计算原则1)单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。2)在进行单相负荷换算时，一般采用计算功率。对需用系数法，计算功率即为需用功率；当单相负荷均为同类用电设备时，则可直接采用设备功率计算。单相负荷计算(3)2、单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法：1）只有相负荷时，等效三相负荷Pe取最大相负荷的3倍。2）只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两相进行
17、计算，设PabPbcPca，等效三相负荷Pe为：单相负荷计算(4)Pe=3Pab+（3-3）Pbc=1.73Pab+1.27Pbc当Pab=Pbc时Pe=3Pab当只有Pab时Pe=3Pab式中Pab、Pbc接于ab、bc线间负荷，Pe等效三相负荷，kW只有线间负荷时，等效三相负荷为：单台时取线间负荷的倍；多台时取最大线间负荷的倍加上次大线间负荷的(3-)倍。单相负荷计算(5)3）既有线间负荷又有相负荷时，应先将线间负荷换算为相负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷的3倍作为等效三相负荷。即：（1）先将线间负荷换算为相负荷，各相负荷分别为：A相B相C相单相负荷计算(6)式中Pab、Pbc、
18、Pca接于ab、bc、ca线间负荷，Pa、Pb、Pc接于a、b、c相有功负荷，kW；Qa、Qb、Qc接于a、b、c相无功负荷，kvar；接于ab线间负荷换算为a、相负荷的有功及无功换算系数，可查表。（2）各相负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。2.7 尖峰电流计算1、单台电动机、电弧炉或电焊变压器的支线，其尖峰电流Ijf为：2、接有多台电动机的配电线路，只考虑一台电动机启动时的尖峰电流为：有两台以上电动机同时起动时，尖峰电流根据实际情况确定。3、对于自起动的电动机组，其尖峰电流为所有参与起动的电动机的起动电流之和。2.8负荷计算需要注意的问题1、单相负荷电流计算公式三相负荷
19、计算：注：此处Ic为三相电流，UN为线电压380V单相负荷计算：注：此处Ic为单相电流，UN为相电压220V2、合理选择需用系数需用系数可由相关数据表中查到，表中通常给出一个范围，原则上在此范围内可任意选取。有时考虑到长远发展，或保险起见通常选取需用系数偏大些。但是，对于较大的工程计算中，参数选取较大会造成投资过大，需要进行经济技术分析。此时，具有丰富的工作经验很重要。住宅需用系数第二部分配电系统设计低压配电系统的一般规定一、低压配电系统的设计应根据工程的种类、规模、负荷性质、容量及可能的发展等因素综合确定。二、确定低压配电系统时，应符合下列要求：1供电可靠和保证电能质量要求；2系统接线简单可
20、靠并具有一定灵活性；3保证人身、财产、操作安全及检修方便；4节省有色金属，减少电能损耗；5经济合理，技术先进。三、低压配电系统的设计应符合下列规定：1、变压器二次侧至用电设备之间的低压配电级数不宜超过三级；2、各级低压配电屏或低压配电箱宜根据发展的可能留有备用回路；3、由市电引入的低压电源线路，应在电源箱的受电端设置具有隔离作用和保护作用的电器；4、由本单位配变电所引入的专用回路，在受电端可装设不带保护的开关电器；对于树干式供电系统的配电回路，各受电端均应装设带保护的开关电器。四、多层公共建筑及住宅的低压配电系统应符合下列规定：1照明、电力、消防及其他防灾用电负荷，应分别自成配电系统；2电源可
21、采用电缆埋地或架空进线，进线处应设置电源箱，箱内应设置总开关电器；电源箱宜设在室内，当设在室外时，应选用室外型箱体；3当用电负荷容量较大或用电负荷较重要时，应设置低压配电室，对容量较大和较重要的用电负荷宜从低压配电室以放射式配电；4由低压配电室至各层配电箱或分配电箱，宜采用树干式或放射与树干相结合的混合式配电；5多层住宅的垂直配电干线，宜采用三相配电系统。五、高层公共建筑及住宅的低压配电系统应符合下列规定：1高层公共建筑的低压配电系统，应将照明、电力、消防及其他防灾用电负荷分别启成系统。2对于容量较大的用电负荷或重要用电负荷，宜从配电室以放射式配电。3高层公共建筑的垂直供电干线，可根据负荷重要
22、程度、负荷大小及分布情况，采用下列方式供电：1)可采用封闭式母线槽供电的树干式配电；2)可采用电缆干线供电的放射式或树干式配电；当为树干式配电时，宜采用电缆T接端子方式或预制分支电缆引至各层配电箱；3)可采用分区树干式配电。4高层公共建筑配电箱的设置和配电回路的划分，应根据防火分区、负荷性质和密度、管理维护方便等条件综合确定；5高层住宅的垂直配电干线，应采用三相配电系统。民用住宅的配电系统设计一、一般要求：1、普通住宅套型按居住空间个数和使用面积分为一、二、三、四类。2、康居住宅分为：基本型（1A）、提高型（2A）、先进型（3A）。3、住宅电气设计应与国家同期经济发展水平相适应。二、负荷等级1
23、、住宅楼的负荷等级应遵守民用建筑电气设计规范JGJ/T162008规定。消防电梯、应急照明等消防用电设备的负荷等级应符合消防电源的供电要求。2、19层及以上普通住宅的消防供电系统应按一级负荷要求设计。3、10层至18层的普通住宅的消防供电系统应按二级负荷要求设计。三、住宅小区的供配电系统供配电系统设计应符合下列要求：1、住宅小区的10kV供电系统宜采用环网方式。2、住宅小区的220/380V配电系统，宜采用放射式、树干式、或是二者相结合的方式。3、住宅小区供电系统宜留有发展的备用回路。4、住宅小区内重要的集中负荷宜由变电所设专线供电。5、住宅供电系统的设计，应采用TT、TN-S、TN-C-S接
24、地方式，并进行总等电位联结。6、每幢住宅的总电源进线断路器，应能同时断开相线和中性线，应具有剩余电流动作保护功能。剩余电流动作值的选择应符合下列要求：1）当住宅的电源总进线断路器整定值不大于250A时，断路器的剩余电流动作值宜为300mA。2）当住宅的电源总进线断路器整定值为250400A时，断路器的剩余电流动作值宜为500mA。3）消防设备供电回路的剩余电流动作保护装置不应作用于切断电源，只应作用于报警。4）电源总进线处的剩余电流动作保护装置的报警除在配电柜上有显示外，还宜在小区值班室设声光报警。7、供配电系统应考虑三相用电负荷平衡。8、单元（层）应设电源检修断路器一个。9、只有单相用电设备
25、的用户，其计算负荷电流小于等于40A时应单相供电；计算负荷电流大于40A时应三相供电。四、多层住宅的配电系统1电源引入1）多层住宅小区应分区域设置若干户外10/0.4/0.23kV预装式变电站（带环网柜）。低压供电以住宅楼单元为供电单元，从户外变电站至单元总电源箱采用等截面电缆供电。2）多层住宅宜采用树干式供电，并宜采用电缆埋地进线，进线处应设有电源箱，电源箱可选用室内型或室外型。3）底层有商业设施的多层住宅，住户与商业设施宜分别引入电源并设置电源进线开关，商业设施的电度表宜安装在各核算单位，或集中安装在公共电表箱内。2配电系统1）多层住宅的垂直干线，宜采用三相供电系统。每户宜采用单相配电方式
26、。2）多层住宅的配电系统宜按下列原则设计：采用树干式或分区树干式系统，向各层配电小间或配电箱供电；采用放射式或与树干式相结合的系统，由层配电小间或配电箱向本层各住户分配电箱配电。3）住宅的楼梯照明、有线电视系统、访客对讲系统等公用电源，宜单独装设电度表。4）公寓式单身宿舍及有计费要求的单身宿舍，宜设置电度表。五、高层住宅的配电系统1电源引入1）高层住宅在底层或地下一层设10/0.4/0.23kV户内变电所或预装式变电站（带环网柜）。2）十八层及以下住宅，视用电负荷的具体情况可以采用放射式或树干式供电系统，电源柜设在一层或地下室内，电源柜至室外宜留有不少于2回路的备用管，管径为100150mm，
27、照明、电力及应急电源应分别引入。3）十九层及以上住宅，宜由变电所设专线回路采用放射式系统供电，电力、照明及应急电源宜分别引入。2配电系统1）向高层住宅供电的垂直干线，应采用三相供电系统，视负荷大小及分布状况可以采用如下形式：插接母线式系统，宜根据功能要求分段供电；电缆干线系统，宜采用预制分支电缆；应急照明可以采用树干式或分区树干式系统。2）高层住宅每户宜采用单相配电方式。公共走廊、楼梯间、电梯前室等处照明电源，有线电视系统、访客对讲系统等公共电源，宜单独装设电度表。3）住户电度表宜集中安装在每层配电间内。六、别墅群区的配电系统1电源引入1）别墅群区宜分区域设置10/0.4/0.23kV户外预装
28、式变电站（带环网柜）。2）别墅群区宜采用树干式或树干式与放射式相结合的方式供电，低压供电以别墅为供电单元采用电缆进线，进线处应在室内或室外设置电源箱。3）对用电负荷较大，离小区变电站较近的别墅，也可采用放射式供电。2配电系统1）别墅的配电，应根据用电负荷的大小决定配电方式，当每户用电负荷为12kW及以下时，宜采用单相配电，选用单相电度表；当每户用电负荷超过12kW，宜采用三相配电，并应考虑单相负荷的平衡配置，选用三个单相电度表。2）别墅住户的配电箱宜安装在一层或便于检修的地方。3）别墅的内部庭院照明应由住户配电箱供电。4）别墅区的室外公共照明及其他公共用电由小区变电站供电。七、建筑物(群)的消
29、防用电设备供电，应符合下列要求：1消防用电负荷等级为一级时，应由主电源和自备电源或城市电网中独立于主电源的专用回路的双电源供电；2消防用电负荷等级为二级时，应由主电源和与主电源不同变电系统，提供应急电源的双回路电源供电；3为消防用电设备提供的两路电源同时供电时，可由任一回路作主电源，当主电源断电时，另一路电源应自动投入；4消防水泵、消防电梯、防烟及排烟风机等的两个供电回路，应在最末一级配电箱处自动切换。5当消防应急电源由自备发电机组提供备用电源时，应符合下列要求：1）消防用电负荷为一级时，应设自动启动装置，并应在30s内供电；2）当消防用电负荷为二级，且采用自动启动有困难时，可采用手动启动装置
30、；3）主电源与应急电源间，应采用自动切换方式。6、应急照明电源应符合下列规定：1）当建筑物消防用电负荷为一级，且采用交流电源供电时，宜由主电源和应急电源提供双电源，并以树干式或放射式供电。应按防火分区设置末端双电源自动切换应急照明配电箱，提供该分区内的备用照明和疏散照明电源。2）当消防用电负荷为二级并采用交流电源供电时，宜采用双回线路树干式供电，并按防火分区设置自动切换应急照明配电箱。当采用集中蓄电池或灯具内附电池组时，可由单回线路树干式供电，并按防火分区设置应急照明配电箱。3）高层建筑楼梯间的应急照明，宜由应急电源提供专用回路，采用树干式供电。宜根据工程具体情况，设置应急照明配电箱。4备用照明和疏散照明，不应由同一分支回路供电，严禁在应急照明电源输出回路中连接插座。作业：1、设计项目的负荷计算（写出详细的计算书），下周交。2、根据指导教师要求，进行配电系统设计，画出配电系统图。本次讲座结束谢谢