柴油发电机与负载功率匹配的计算方法

摘要：根据负载功率来计算柴油发电机组的容量是非常重要的一步，能够确保柴油发电机的正常运行，同时也能够节约电力的使用。在计算时需要注意负载类型和计算方法，同时也需要考虑实际情况和后续扩容的可能性。此外，也可以采用电气负载计算方法，但是需要通过电路图计算，一般需要使用电气计算软件或手工计算。电气负载计算需要考虑电缆电阻、电感、电容等等因素，计算方法较为复杂。

一、用电负荷计算的步骤

柴油发电机的用电负荷主要包括实际用电负荷和备用电力负荷两部分。使用柴油发电机计算用电负荷主要有以下几个步骤：

1、确定实际用电负荷

根据所需供电设备的额定功率以及每台设备的同时工作时间，计算出每个设备的用电量，并将所有设备的用电量相加，得到总用电量。实际用电负荷是指在柴油发电机运行期间，需要供电设备实际所需的功率。

2、确定备用电力负荷

备用电力负荷一般包括预留负荷和容错负荷两部分。预留负荷是为了应对突发情况而设立的电力储备，一般为总用电量的10%~20%左右。容错负荷是为了应对柴油发电机运行时可能出现的故障或维护等情况而留出的电力备份。

3、计算总负荷

将实际用电负荷和备用电力负荷相加，得到柴油发电机的总负荷。

4、选择合适的柴油发电机容量

根据总负荷确定柴油发电机的容量，一般建议选择的柴油发电机容量略大于总负荷，以确保柴油发电机能够满足所需的电力供应。

柴油发电机组功率因素曲线图

二、民用建筑常用负荷计算方法

      在施工图设计时需要进行较详细的负荷计算，主要包括设备容量（安装容量）的计算（即统计与累加）;计算容量（将设备容量乘需要系数）和计算电流的计算。对于干线和整个工程，除需要标注设备容量外，还要标注计算容量和计算电流，以便根据计算容量选择柴油发电机组。

      在民用建筑中有大量的单相负荷， 三相负荷不平衡的问题比较突出。 据调查，在目前运行的工程中，多数工程都比较严重的存在着三相不平衡的问题。有的是设计问题，有的是施工问题，有的是使用的随意性。使用的随意性很难解决，工程设计者的责任是在施工图设计时尽量考虑周全些，尽量做到三相负荷分配平衡。减少运行时的特别严重的不平衡现象。当工程设计过程中，某些末端设备无法使三相分配平衡时，则应在柴油发电机组使用中尽量调整到三相平衡。

表1     民用建筑常用负荷计算方法 

计算方法	需要系数法	单位指标法
定义	利用设备功率以及需要系数和同时系数确定计算负荷的方法。负荷计算可作为按发热条件选择变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗；也可作为电能消耗及无功功率补偿的计算依据	利用负荷密度或者单位用电指标来确定计算负荷的方法
适用设计阶段	施工图设计、初步设计	方案设计、初步设计
公式	1、用电设备组的计算负荷 有功功率 Pjs=kxPe 无功功率 Qjs=PjstanΦ 视在功率     计算电流     2、配电干线或变电所低压侧的计算负荷 有功功率 Pjs=kΣpΣ（kxPe） 无功功率 Qjs=kΣqΣ（kxPetanΦ） 视在功率 式中Pjs——有功计算负荷（kW）; Qjs—无功计算负荷（kvar）; Sjs——视在功率计算负荷（kV·A）; Ijs——计算电流（A）; Pe——用电设备组的设备功率（kW）: kx——需要系数 tanΦ——用电设备组的功率因数角的正切值； kΣp、kΣq——有功功率、无功功率同时系数，对配电干线分别取0.8～0.9及0.93～0.97;对配电所分别取0.8~1及0.95～1;对降压变电所则分别取0.8~0.9及0.93~0.97	1、单位面积功率法 单位面积功率法计算有功功率的公式为   式中Pjs——有功计算负荷（kW）; P’e——单位面积功率，或称负荷密 度（W/m²）; S——建筑面积（m²） 2、单位指标法 单位指标法计算有功功率的公式为   式中Pjs——有功计算负荷（kW）; P′——单位用电指标（w/户、w/人、W/床）; N——单位数量，如户数、人数、床位数
备注	计算负荷又称需要负荷或较大负荷。计算负荷是一假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的较大热效应相等。在配电系统中，通常采用30min的较大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据，同时也用来计算电压损失和功率损耗

三、负荷计算注意事项

1．当进行负荷计算时，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。

2．对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应统一换算为负载持续率下的有功功率。

（1）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。

（2）断续或短时工作制电动机的设备功率，当采用需要系数法或二项式法计算时，是将额定功率统一换算到负载持续率为25％时的有功功率。

① 当采用需要系数法计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为25％时的有功功率，即

② 当采用利用系数计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为100％时的有功功率，即

      式中，P_e——有功功率（kW）；P_r——电动机额定功率（kW）；ε_r——-电动机额定负载持续率。

③ 电焊机的设备功率是指将额定功率换算到负载持续率为100％时的有功功率。

      式中， S_r——电焊机的额定容量 （kV·A)；cosφ——功率因数。

3．照明用电设备的设备功率为：

（1）白炽灯、高压卤钨灯是指灯泡标出的额定功率。

（2）低压卤钨灯除灯泡功率外，还应考虑变压器的功率损耗。

（3）气体放电灯、金属卤化物灯除灯泡的功率外，还应考虑镇流器的功率损耗。

4．整流器的设备功率是指额定交流输入功率。

5．成组用电设备的设备功率不应包括备用设备。

6．当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除的一般电力、照明负荷的计算有功功率时，应按未切除的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总的设备功率。否则计算低压总负荷时，不应考虑消防负荷。

7．当采用需要系数法计算负荷时，应将配电干线范围内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。计算变电所高压侧负荷时，应加上变压器的功率损耗。

8．当采用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及较大系数，而后算出结果。

9．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。

（1）只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两项数据进行计算。

（2）当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15％时，按三相平衡负荷计算，且不需换算。

（3）只有相负荷时，等效三相负荷取较大相负荷的3倍。

10．各类建筑物的用电指标

      方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如表2。

表2     各类建筑物的用电指标

11．主要用电设备组的需要系数见表3。

      用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。

表3     主要用电设备组的需要系数

12．住宅用电负荷需要系数见表4。

      小区内的住宅面积可分为三类：60m2以下的为小型，60～100m2为中型，100m2以上为大型。随着人们生活水平的提高，家用电器逐渐增多，特别是空调、热水器、电磁灶或微波炉等大功率家用电器进入普通家庭，家庭用电由原来纯照明向多功能方向发展。

表4     住宅用电负荷需要系数

总结：

      在匹配柴油发电机组和负载之前，首先需要确定负载的功率需求。负载的功率需求是指在正常运行时需要消耗的电功率。在柴油发电机组容量和负载功率需求匹配之后，需要将柴油发电机组的输出功率调整到与负载需求相匹配。总之，柴油发电机组与负载之间的匹配是非常重要的，只有正确匹配才能保证柴油发电机组的正常运行。