低壓供配電系統(tǒng)中負荷的計算實例分析

負荷計算目的和意義

低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計中負荷的統(tǒng)計計算是一項重要內(nèi)容，負荷計算結(jié)果對供電容量報裝、選擇供配電設(shè)備及安全經(jīng)濟運行均起決定性的作用。負荷計算的目的是：

1. 計算變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。

2. 計算流過各主要電氣設(shè)備 （斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等）的負荷電流，作為選擇設(shè)備的依據(jù)。

3. 計算流過各條線路（電源進線、高低壓配電線路等）的負荷電流，作為選擇線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。

4. 計算尖峰負荷，用于保護電器的整定計算和校驗電動機的啟動條件。

負荷計算方法

我國目前普遍采用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法確定用電設(shè)備的負荷，其中需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計算負荷的方法，最為簡便;而二項式系數(shù)法在確定設(shè)備臺數(shù)較少且各臺設(shè)備容量差別大的分支干線計算負荷時比較合理;在建筑配電中，還常用負荷密度法和單位指標法統(tǒng)計計算負荷。在方案設(shè)計階段可采用單位指標法;在初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段，宜采用需要系數(shù)法。

負荷計算原則

進行負荷計算時，應(yīng)按下列原則計算設(shè)備功率：

1. 對于不同工作制的用電設(shè)備的額定功率應(yīng)換算為統(tǒng)一的設(shè)備功率。

2. 整流器的設(shè)備功率是指額定交流輸入功率。

3. 成組用電設(shè)備的設(shè)備功率，不應(yīng)包括備用設(shè)備。

4. 當消防用電的計算有功功率大于火災(zāi)時可能同時切除一般電力、照明負荷計算有功功率，應(yīng)按未切除的一般電力、照明負荷加上消防負荷計算低壓總的設(shè)備功率、計算負荷。否則計算低壓總負荷時，不應(yīng)考慮消防負荷。當消防負荷中有與平時兼用的負荷時，該部分負荷也應(yīng)計入一般電力、照明負荷。

5. 單相負荷應(yīng)均衡分配到三相上，當單相負荷的總計算容量小于計算范圍內(nèi)三相對稱負荷總計算容量的15%時，全部按三相對稱負荷計算;當超過15%時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加。

數(shù)據(jù)中心相關(guān)經(jīng)驗總結(jié)

負荷計算是供配電系統(tǒng)設(shè)計的基本計算，數(shù)據(jù)中心的負荷計算更適合使用需要系數(shù)法。計算時需要系數(shù)的取值、負荷取舍計入、蓄電池充電和空調(diào)照明的估算等內(nèi)容，在數(shù)據(jù)中心的計算中還是有別于其他建筑專業(yè)的計算，現(xiàn)總結(jié)如下：

1. 數(shù)據(jù)中心的IT 負荷重要性都比較高，必須使用 UPS等設(shè)備來保證不間斷供電，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標準不同，UPS會采取“1+1”、“2+1”、“2N”等不同的配置。由于供電部門需要統(tǒng)計機房設(shè)備安裝總?cè)萘?，所以?shù)據(jù)中心的IT 設(shè)備額定容量要用 UPS設(shè)備的總裝機容量。計算IT 設(shè)備容量時的需要系數(shù)根據(jù) UPS設(shè)備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)=主 用UPS設(shè)備數(shù)量UPS配置數(shù)量。例如：UPS按照2N 設(shè)置，進行負荷計算時，需要系數(shù)取0.5.

2. UPS配置的蓄電池充電容量需計入負荷計算。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標準不同，UPS蓄電池需按照不同后備時間配置，即每臺UPS配置的蓄電池容量及組數(shù)不同。UPS蓄電池充電容量=電流×電壓×組數(shù)×效率根據(jù)計算可知，UPS蓄電池充電容量約為UPS配置容量的10%~20%，做負荷計算時可直接應(yīng)用結(jié)論簡化計算。

3. 在數(shù)據(jù)中心中，除了IDC機架外，空調(diào)在總負荷中占的比重也相當大，一般會配置備用空調(diào)設(shè)備，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)等級備用數(shù)量會不同。計算空調(diào)設(shè)備容量時的需要系數(shù)根據(jù)空調(diào)設(shè)備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)=主用空調(diào)設(shè)備數(shù)量/空調(diào)配置數(shù)量。2007年綠色網(wǎng)絡(luò)組織制定了數(shù)據(jù)中心能效比指標PUE，目前被行業(yè)廣泛使用，PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備總能耗。根據(jù)對數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)中心的PUE值一般介于1.6～1.8之間，即機房空調(diào)和照明負荷約為IT設(shè)備負荷的60%~80%，照明負荷與空調(diào)相比來說占比相當小，所以可近似認為機房空調(diào)負荷約為IT設(shè)備負荷的60%~80%，此 結(jié)論可以直接在負荷計算中應(yīng)用來簡化計算。

4. 根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗據(jù)，照明負荷一般按照30w/m2估算、辦公空調(diào)負荷一般按照50w/m2估算、有餐廳用電的情況下按照2kW/人估算、用燃氣的情況下按照5w/人估算。

5. 根據(jù)負荷計算要求，季節(jié)性用電設(shè)備應(yīng)選擇其最大者計入總設(shè)備容量。數(shù)據(jù)中心空調(diào)負荷一般會遠遠大于采暖負荷，所以計算時只需計算空調(diào)負荷即可。

6. 根據(jù)負荷計算要求，消防設(shè)備容量一般不計入總設(shè)備容量，所以計算時消防電梯不計入。

7. 根據(jù)供電部門要求，進行無功補償后的功率因數(shù)需達到0.95以上，一般按照變壓器容量的30%進行補償。

8. 根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，負荷計算中同時系數(shù)取0.9-0.95.

實例分析

本文以某運營商新建數(shù)據(jù)中心為例：建設(shè)標準為Toer IV 等 級，IDC 機 房 約1000m2，新建單機功耗5kW的IT設(shè)備200架、單機功耗100kW的IT設(shè)備50架，IDC機房內(nèi)空調(diào)和照明按配套配置（空調(diào)系統(tǒng)暫不考慮由UPS系統(tǒng)供電）。變配電及UPS等設(shè)備機房約1000m2、辦公區(qū)約1000m2.消防電梯2臺1用1備，設(shè)備容量為50kW/臺。辦公室設(shè)電采暖2臺，容量分別約80kW和50kW.要求通過負荷計算確定本數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)備配置。

步驟1：確定為IT 設(shè)備供電的系統(tǒng)配置

根據(jù)《通信用不間斷電源—UPS》（YD ╱T095-2008）對UPS設(shè)備輸出有功功率的要求為：≥額定容量×0.7kW/kVA，因 此，配置的UPS容量應(yīng)為：（200*5+50*10）/0.7kVA=2142.86kVA.IDC機房按 Tier IV 標準機房設(shè)置，UPS設(shè)備按2N配置考慮，配置的 UPS設(shè)備總?cè)萘坎粦?yīng)小于4285.71kVA.本工程需新建2套“3+3”并機400kVA UPS電源系統(tǒng)。UPS主機配置的蓄電池組按單機滿負荷情況下后備時間為15min（2V蓄電池單體的放電終止電壓為1.8V）考慮，每臺UPS設(shè)備配置3組200AH蓄電池組，共計36組。

步驟2：進行負荷計算

需進行計算的各要素：UPS、UPS蓄電池充電、機房空調(diào)及照明、辦公區(qū)空調(diào)及照明等。并按照供電部門要求進行無功補償。

步驟3：根據(jù)負荷計算結(jié)果及配置設(shè)備

根據(jù)負荷計算，交流總負荷約為6425.36kVA，需油機保障負荷為6032.88kW.按照Tier IV 等級和電源配置的要求，擬設(shè)置2路10kV市電引入，雙路市電應(yīng)滿足單路承擔全部負荷的能力。安裝高壓開關(guān)柜1套（包含進線隔離柜2臺、進線柜2臺、計量柜2臺、聯(lián)絡(luò)柜2臺、出線柜 N 臺）;安裝4臺2000kVA干式變壓器;低壓抽屜式開關(guān)柜2套（每套包含2臺進線柜、2臺油機市電轉(zhuǎn)換柜、1 臺低壓聯(lián)絡(luò)柜、N臺低壓饋電柜、4臺低壓電容器柜）;安裝4臺1600kW柴油發(fā)電機組。