2. 1. 2 负荷计算是确定供配电系统方案和施工图设计的重要依据
2. 1. 3 提高供电系统的功率因数、治理谐波是提高供电质量、节约能源的又一途径
1.负荷计算是供电系统的设计依据。
1）通过负荷计算，利用最佳负载系数法确定变压器容量和系统开关设备，确保系统安全、可靠，在经济运行方式下运行。
2）提高功率因数，降低变压器的无功功率。
2. 负荷计算中需要关注的问题。
1）正确构成配电系统。除要保障人身安全、供电可靠、技术先进外，还要检验实际运行中系统是否经济、合理。
2）按需要系数法确定导线截面
3）系统损耗由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按损耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗，见表2.2.1.
3 配电系统的节能措施
1）配电系统电压等级的确定：选用较高的配电电压深入负荷中心。
2）合理选定供电中心：将变压器（变电所）设置在负荷中心，可以减少低压侧线路长
度，降低线路损耗。
3)合理选择变压器：选用高效低耗变压器。力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷，提高变压器的技术经济效益，减少变压器能耗。
4)优化变压器的经济运行方式：即最小损耗的运行方式。尤其是季节性负荷(如空调机组)或专用设备(如体育场建筑的场地照明负荷)，可考虑设专用变压器，以降低变压器损耗。
5)合理选择线路路径：负荷线路尽量短，以降低线路损耗。
2. 2．2 负荷计算方法：负荷密度法、单位指标法、需用系数法。
负荷密度法主要适用于规划设计。
单位指标法适用于方案设计阶段，确定变压器的容量和台数。
需用系数法适用于初步设计和施工图设计阶段。
负荷计算的主要内容有：设备容量、计算容量、计算电流。
设备容量：也称为安装容量，是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率(设备铭牌数据)之和。
计算容量：也称计算负荷、需要负荷，通常采用30min最大平均负荷，标志用户的最大用电功率。
计算电流：是计算容量在额定电压下的电流，是选择配电变压器、导体的依据
1．单位指标法，
在方案设计阶段，为确定供电方案利选择变压器的容量及台数，通常采用单位指标法。其指标见表2. 2．2—1。
单位指标法的计算公式如下：
2．需用系数法
需用系数法源自工业企业单位的负荷计算。
1)需用系数法的特点：
①按需用系数法确定负荷时，计算负荷是采用30min时间间隔平均负荷的最大值。因此，电气设备和导线截面已留有一定余量，提高了供电的安全可靠性。
②由于需用系数法末考虑用电设备同时运行台数的影响和设备容量的动态变化，将导致计算结果较实际偏大。因此，进行负荷计算时，须正确选取与各级变配电所或配电干线计算负荷相匹配的同时系数(K1)。
2)有关用电设备组的需用系数及功率因数见表2．2．2—2。
4)需用系数法进行负荷计算的注意事项：
①照明负荷的容量应根据所用光源的额定功中加上附属设备的功率确定。如：气体放电灯、金属卤化物灯的镇流器的功耗，低压卤钨灯为灯泡的变压器的功耗。
②用电设备组的设备容量不包括备用设备的容量。
③消防用电设备容量不列入总设备容量。
④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。
⑤反复短时工作制的用电设备功率应换算到负荷持续率为25％的设备功率。
⑥单相负荷应均衡地分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷的总容量的15％时，按最大相负荷的3倍作为三相对称负荷计算。
⑦对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。
⑧配电干线和变电所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kt。K1一般取0.8-0．9。
⑨当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼)共用一台变压器时，其同时系数可按负荷高峰时段较大的一组考虑选取。
2．办公建筑。空调负荷占总电力负荷的1／4-1／3，
3. 医疗建筑
医院的用电负荷以空调、照明负荷为主体，其中空调电制冷为用电负荷的45％～55％，照明为30％，动力及医疗设备用电为15％—25％。
ECT室、CT室及X光室，其供电电源应单独引自配变电所专用回路， ECT的设备容量为150kV·A左右，CT的设备容量为35—50kV·A，各自带有专用调压器， X光射线机每台设备容量50kV·A左右，一般医院设有5-6台，总用电量约为250kV·A左右，但需用系数只有0.2左右，每台设—个配电箱。
②为使血透机互相不受干扰，应满足每台一路电源，
③手术室是医院的心脏部位，不得中断供电，除两路lOkV同时供电外，还须设应急自备柴油发电机组，在低压配电室设应急母线段，末端自动切换。每个手术室设置独立的电源控制箱，并装剩余电流检测装置，但不应设剩余电流保护器（仅报警不跳闸）。
4. 文化建筑。包括剧院、电影院、图书馆、博物馆、档案馆、文化馆、展览馆、音乐厅等。
1)负荷特点：空凋负荷占总电力负荷的1／4—1／3，
①，图书馆建筑照度要求高的场所宜设局部照明，存放善本书的场所不宜采用紫外线辐射较强的光源，阅览室荧光灯宜采用无噪声的电子镇流器．书库照明应采用专用的书库照明灯具。
5．商业建筑。包括百货公司、超级市场、菜市场、旅馆、餐馆、饮食店、洗浴中心、美容中心等。
1)负荷特点：空调负荷占总用电负荷的1／4～1／3，
分为店前照明、门厅照明、橱窗照明，店内照明以及整个建筑物的立面(外观)照明，
做到既有区别，又相互协调。
2商业照明系统的一个显著特点是相间不平衡度很高，应设置分相无功功率自动补偿装置，以提高功率因数和供电质量。
6．体育建筑。包括体育场、体育馆、游泳馆、健身房等。
1)负荷特点：仅在比赛期间才使用的大型用电设备宜设置单独变压器供电。宜选择多台小容量变压器的供电方案。大型体育场馆还应预留一定的备用容量，作为在场馆内举行其他活动的临时电源。 ②体育建筑分室内和室外照明，室内可使用投光灯和顶灯相结合的照明方式，室外体育场一般采用投光灯。 ③层高较低的健身房—般采用荧光灯照明，灯具宜与视线平行以减少眩光。
④层高较高的体育馆一般采用高强气体放电灯，
7．教育建筑。包括托儿所、幼儿园、中小学校．高等院校。职业学校、特殊教育学校等。
1)负荷特点：以照明负荷为主，一般教室照明采用荧光灯，美术教室宜采用显光指数高的光源。荧光灯长轴应与黑板垂直，照明灯具距桌面的高度不应小于1．7m。黑板应设专用的照明设施，其平均垂直照度不能低于2001x。
2．2．4 住宅建筑的负荷参数。
1．负荷特点：住宅健筑分为住宅和宿舍。住宅包括经济适用房、普通住宅，高档住宅、公寓别墅等；宿舍主要是职工宿舍、职工公寓、学生宿舍、学生公寓等。
2．负荷参数：住宅单元应采用单相供电，计量电能表应按当地供电局有关规定安装。
住宅用电指标可根据户型不同按3~8kW／户估算；当住宅户数不确定时取15~50W／m2(乘以建筑面积)估算。
住宅用电负荷宜采用需要系数法计算，需用系数的选定可根据表2．2．4—l选取，也可从住宅用电需用系数曲线上选取。
3. 各地区的相关规定。
1)北京地区：住宅用电负荷见表2．2．4—2-表2．2．4—4规定。
2．3 功率因数补偿
2．3．1 要点。
1．正确选择电动机，变压器的容量以及照明灯具启动器，降低线路感抗。
2．采用并联电力电容器作为无功补偿装置。
3. 高压电气设备的无功功率宜由高压电容器补偿，低压电器设备的无功功率宜由低压电容器补偿。
4．宜采用低压自动补偿装置。
5．宜在配变电所内集中补偿。
6．容量较大、负载稳定且长期运行的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。
7．谐波较严重时，电容器应串联适当参数的电抗器，
功率因数的数值应满足当地供电部门的要求。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。
2．4 谐波治理
3. 由于谐波分布的多变性和谐波工程计算的复杂性，要在设计阶段完全解决谐波问题非常困难，故工程调试与试运行阶段的谐波实测与分析，对于电力系统的谐波治理和最终提高电能利用率起着决定性作用。
2．变压器选择原则
变压器的经常性负载应以在变压器额定容量的60％为宜。
符合下列条件之—时，宜装设两台及以上变压器（对昼夜或季节性波动较大的负荷供电的变压器，经技术经济比较，可采用容量不一致的变压器）。
①有重要及以上级别的负荷。
②季节性负荷变化较大。
③集中负荷较大。
动力和照明宜共用变压器。属下列情况之一时，可设专用变压器：
①照明负荷较大，或由于负荷变动引起的电压闪变或电压升高，严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。
②单相负荷很大时，可设单相变压器。
③冲击性负荷(如试验设备、电焊机群及大型电焊设备等)较大，严重影响供电质量时
④在接地形式为IT系统的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。
⑤当季节性的负荷容量较大时（如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷)，可设专用变压器。
⑥出于某些特殊设备的功能需要(如容量较大的X光机等)，宜设专用变压器。
5)在一般情况下应选用D，ynll接线的变压器，使变压器容量在三相不平衡负荷下得以充分利用，并有利于抑制三次谐波电流。
在下列条件下，必须选用D，ynll接线的变压器。
①变压器单相负荷较多，超过每相负荷的15％的。民用建筑中的照明负荷都是单项负荷，故变压器大部分属于此类。
②为了使单相接地短路保护装置有足够的灵敏度，需要提高单相接地短路的电流值时。
③当需要限制系统中因采用气体放电灯的电子镇流器、可控硅设备产生的大量三次谐波含量时。D、ynll接线的中性点接地系统将会把三次谐波引入大地，不会流入用户以外的电网中。
6)变电所在多层建筑或高层建筑主体内，宜选用不燃或难燃型变压器。
7)运行在多尘或有腐烛性气体环境场所的变压器，应选用防腐、防尘型变压器。
2．5．3 应急电源的选择。
1．应急电源类型。
1)柴油发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以上的负荷。
2)UPS不间断电源是由电力变流器储能装置(蓄电池)、开关(电子和机械式)构成的静止型交流不间断电源装置。适用于允许中断供电时间为毫秒级的负荷。
3)EPS应急电源是由充电器、逆变器，蓄电池，隔离变压器、切换开关等装置组成的把直流电能逆变成交流电能的应急电源装置，适用于允许中断供电时间为0．25s以上的负荷。
4）有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路，适用于自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间1．5s以上的应急电源。
6)容量不大、采用直流电源且允许停电时间为毫秒级的特别重要负荷，应采用蓄电池组作为应急电源。
以上几种应急电源，以柴油(或燃气轮)发电机组和有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路方案为节约电能的最佳选择。因为UPS、EPS、蓄电池组均需要对蓄电池进行充电，长期运行必然造成电能的消耗。 2．应急电源供电要求。
1)为确保对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。工程设计中，对于其他专业提出的特别重要负荷，应仔细研究协调，尽量减少特别重要负荷的负荷量。
2)应急电源与正常电源之间必须采取安全可靠措施，防止其并列运行。保证应急电源的专用性，尤其要防止向系统反送电。
4．UPS不间断电源。
1)UPS不间断电源的组成。UPS一般由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关和控制系统组成，根据负载要求可分为：在线式、非在线式。
2)UPS不间断电源设置原则。符合下列情况之一时，应设置不间断电源：
①重要场所(如监控中心等)的备用电源。
②需要高质量电源(如对电压、频率，波形失真等有较高要求)的场所。
4)不间断电源没备的容量确定。
①不间断电源设备输出功率，应按下列条件选择：
a. 不间断电源设备给电子计算机供电时，单台UPS输出功率应大于电子计算机各设备额定功率总和的1．5倍。对其他用电设备供电时，为最大计算负荷的1．3倍。
5)UPS不间断电源供电时间。
①不间断电源系统在交流输入发生故障后，为保证用电设备按照操作顺序进行停机时，其供电时间(蓄电池的额定放电时间)可按停机所需最长时间来确定，一般取8-15min。
②当有备用电源时，不间断电源系统在交流输入发生故障后，为保证用电设备供电连续性，并等待备用电源投入，其供电时间(蓄电池额定放电时间)一般可取10-30min。在供电系统中设有应急发电机的UPS应急供电时间可以短一些，否则应长一些。
5．EPS应急电源。EPS是利用IGBT大功率模块及相关的逆变技术把直流电能逆变成交流电能的大型应急电源，它的容量为0.5-400kW，是一种集中供电式应急电源装置。
1)EPS应急电源装置的组成。EPS应急电源由充电器、蓄电池，逆变器、隔离变压器，
切换开关、脸控器和显示．机箱及保护等装置组成。
2)EPS应急电源的分类。EPS应急电源一般分为不可变频应急电源和可变频应急电源两类。
3)EPS应急电源供电时间。供电时间一般为60、90、120min三种规格，还可以根据用户需要选择更长的。
4)EPS应急电源选择。容量必须大于所供负载中同时工作容量总和的1．1倍以上。
3 电气照明的节能
3．1. 5 电气照明的智能化控制应以节能作为主要目的之一，并能改善照明的视觉环境，展示手法等。
2．照明节能设计措施。
3) 应优先选用灯具效率高的灯具以及开启式直接照明灯具，一般室内的灯具效率不宜低于70％，灯具的反射罩具有较高的反射比。
4) 应尽可能降低灯具的安装高度，以节约电能。
6) 应选择电子镇流器，荧光灯单灯功率因数不应小于0．9，气体放电灯的单灯功率因数不应小于0．85，
9)设置具有光控、时控、人体感应等功能的智能照明控制装置，做到需要照明时，将
灯打开，不需要照明时，将灯关闭。
3．2．2 照明节能指标的确定。
1．照明功率密度值(LPD)作为照明节能的评价指标。
3．各类建筑所对应的照明功率密度值：
1)居住建筑：
2)办公建筑：
3)商业建筑：
5)医院建筑：
3．2．3 节能光源、附件及其选择。
④照明设计时，应尽量减少白炽灯的使用量。
⑥一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯。
⑦应推广使用高光效、长寿命的高压钠灯和金属卤化物灯。
b．荧光灯应以直管荧光灯为主，并应选用细管径型(d≤26mm)，有条件时应优先选用宜管稀土三基色细管径荧光灯(T8、T5)，以达到光效高，寿命长、显色性好的品质要求。
白光LED，无红外线及紫外线辐射，适用于博物馆及展览厅有特殊要求的场所。
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