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新聞主題 |
柴油發電機組匹配用電負荷的計算方法 |
摘要：民用建筑的用電指標，尤其是負荷計算中需要系數的大小，一直是一個意見很不一致，沒有完全解決好的問題，主要是因為民用建筑的情況非常繁雜，不同的地區，不同的單位，不同的設備，不同的使用情況，不同的工程規模，不同的建設標準等等，使每平方米建筑面積的用電量有較大的差異，很難給出一個大家均可使用的標準。工程設計者，往往寧大勿小，使已建成的許多工程的市電和柴油發電機組容量選擇偏大，多數在很低的負荷率下運行。
一、用電負荷計算的步驟
柴油發電機的用電負荷主要包括實際用電負荷和備用電力負荷兩部分。使用柴油發電機計算用電負荷主要有以下幾個步驟：
1、確定實際用電負荷
根據所需供電設備的額定功率以及每臺設備的同時工作時間，計算出每個設備的用電量，并將所有設備的用電量相加，得到總用電量。實際用電負荷是指在柴油發電機運行期間，需要供電設備實際所需的功率。
2、確定備用電力負荷
備用電力負荷一般包括預留負荷和容錯負荷兩部分。預留負荷是為了應對突發情況而設立的電力儲備，一般為總用電量的10%~20%左右。容錯負荷是為了應對柴油發電機運行時可能出現的故障或維護等情況而留出的電力備份。
3、計算總負荷
將實際用電負荷和備用電力負荷相加，得到柴油發電機的總負荷。
4、選擇合適的柴油發電機容量
根據總負荷確定柴油發電機的容量，一般建議選擇的柴油發電機容量略大于總負荷，以確保柴油發電機能夠滿足所需的電力供應。
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10KV柴油發電機組用電負載電路圖（雙電源） |
二、民用建筑常用負荷計算方法
在施工圖設計時需要進行較詳細的負荷計算，主要包括設備容量（安裝容量）的計算（即統計與累加）;計算容量（將設備容量乘需要系數）和計算電流的計算。對于干線和整個工程，除需要標注設備容量外，還要標注計算容量和計算電流，以便根據計算容量選擇柴油發電機組。
在民用建筑中有大量的單相負荷， 三相負荷不平衡的問題比較突出。 據調查，在目前運行的工程中，多數工程都比較嚴重的存在著三相不平衡的問題。有的是設計問題，有的是施工問題，有的是使用的隨意性。使用的隨意性很難解決，工程設計者的責任是在施工圖設計時盡量考慮周全些，盡量做到三相負荷分配平衡。減少運行時的特別嚴重的不平衡現象。當工程設計過程中，某些末端設備無法使三相分配平衡時，則應在柴油發電機組使用中盡量調整到三相平衡。
表1 民用建筑常用負荷計算方法
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計算方法
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需要系數法
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單位指標法
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定義
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利用設備功率以及需要系數和同時系數確定計算負荷的方法。負荷計算可作為按發熱條件選擇變壓器、導體及電器的依據，并用來計算電壓損失和功率損耗；也可作為電能消耗及無功功率補償的計算依據
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利用負荷密度或者單位用電指標來確定計算負荷的方法
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適用設計階段
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施工圖設計、初步設計
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方案設計、初步設計
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公式
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1、用電設備組的計算負荷
有功功率
Pjs=kxPe
無功功率
Qjs=PjstanΦ
視在功率
 計算電流
 2、配電干線或變電所低壓側的計算負荷
有功功率
Pjs=kΣpΣ（kxPe）
無功功率
Qjs=kΣqΣ（kxPetanΦ）
視在功率
式中Pjs——有功計算負荷（kW）;
Qjs—無功計算負荷（kvar）;
Sjs——視在功率計算負荷（kV·A）;
Ijs——計算電流（A）;
Pe——用電設備組的設備功率（kW）:
kx——需要系數
tanΦ——用電設備組的功率因數角的正切值；
kΣp、kΣq——有功功率、無功功率同時系數，對配電干線分別取0.8～0.9及0.93～0.97;對配電所分別取0.8~1及0.95～1;對降壓變電所則分別取0.8~0.9及0.93~0.97
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1、單位面積功率法
單位面積功率法計算有功功率的公式為
 式中Pjs——有功計算負荷（kW）;
P’e——單位面積功率，或稱負荷密
度（W/m²）;
S——建筑面積（m²）
2、單位指標法
單位指標法計算有功功率的公式為
 式中Pjs——有功計算負荷（kW）;
P′——單位用電指標（w/戶、w/人、W/床）;
N——單位數量，如戶數、人數、床位數
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備注
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計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一假想的持續性負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電系統中，通常采用30min的最大平均負荷作為按發熱條件選擇電器或導體的依據，同時也用來計算電壓損失和功率損耗
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10KV柴油發電機組用電負載電路圖（雙回路） |
三、負荷計算注意事項
1．當進行負荷計算時，需將用電設備按其性質分為不同的用電設備組，然后確定設備功率。
2．對于不同負載持續率下的額定功率或額定容量，應統一換算為負載持續率下的有功功率。
（1）連續工作制電動機的設備功率等于額定功率。
（2）斷續或短時工作制電動機的設備功率，當采用需要系數法或二項式法計算時，是將額定功率統一換算到負載持續率為25％時的有功功率。
① 當采用需要系數法計算負荷時，應統一換算到負載持續率ε為25％時的有功功率，即
② 當采用利用系數計算負荷時，應統一換算到負載持續率ε為100％時的有功功率，即
式中，Pe——有功功率（kW）；Pr——電動機額定功率（kW）；εr——-電動機額定負載持續率。
③ 電焊機的設備功率是指將額定功率換算到負載持續率為100％時的有功功率。
式中， Sr——電焊機的額定容量 （kV·A)；cosφ——功率因數。
3．照明用電設備的設備功率為：
（1）白熾燈、高壓鹵鎢燈是指燈泡標出的額定功率。
（2）低壓鹵鎢燈除燈泡功率外，還應考慮變壓器的功率損耗。
（3）氣體放電燈、金屬鹵化物燈除燈泡的功率外，還應考慮鎮流器的功率損耗。
4．整流器的設備功率是指額定交流輸入功率。
5．成組用電設備的設備功率不應包括備用設備。
6．當消防用電的計算有功功率大于火災時可能同時切除的一般電力、照明負荷的計算有功功率時，應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備功率。否則計算低壓總負荷時，不應考慮消防負荷。
7．當采用需要系數法計算負荷時，應將配電干線范圍內的用電設備按類型統一劃組。配電干線的計算負荷為各用電設備組的計算負荷之和再乘以同時系數。變電所或配電所的計算負荷為各配電干線計算負荷之和再乘以同時系數。計算變電所高壓側負荷時，應加上變壓器的功率損耗。
8．當采用利用系數法確定計算負荷時，不論計算范圍大小，都必須求出該計算范圍內用電設備有效臺數及最大系數，而后算出結果。
9．單相負荷與三相負荷同時存在時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加。
（1）只有線間負荷時，將各線間負荷相加，選取較大兩項數據進行計算。
（2）當多臺單相用電設備的設備功率小于計算范圍內三相負荷設備功率的15％時，按三相平衡負荷計算，且不需換算。
（3）只有相負荷時，等效三相負荷取最大相負荷的3倍。
10．各類建筑物的用電指標
方案設計階段確定計算容量時，采用單位指標法計算、并根據計算結果確定電力變壓器的容量和臺數，各類建筑物的用電指標如表2。
表2 各類建筑物的用電指標
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建筑名稱
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用電指標/（W/㎡）
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建筑名稱
|
用電指標/（W//㎡）
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公寓
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30~50
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醫院
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30~70
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旅館
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40~70
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高等學校
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20~40
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辦公
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30~70
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中小學
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12~20
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商業
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一般：40～80
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展覽館
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50~80
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大中型：60～120
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演播室
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250~500
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體育
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40~70
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汽車庫
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8~15
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劇場
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50~80
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機械停車庫
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17~23
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注：當空調冷水機組采用直燃機時，用電指標一般比采用電動壓縮機制冷時的用電指標降低35W/㎡。表中所列用電指標的上限值是按空調器采用電動壓縮機制冷時的數值
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商業建筑用電指標/（W/㎡）
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商店建筑名稱
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用電指標
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購物中心、超級市場、
百貨商場
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大型購物中心、超級市場、高檔百貨商場
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100~200
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中型購物中心、超級市場、百貨商場
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60~150
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小型超級市場、百貨商場
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40~100
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家電賣場
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100～150（含空調冷源）
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60～100（不含空調主機）
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零售
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60～100（含空調冷源）
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40～80（不含空調主機）
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步行商業街
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餐飲
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100~250
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精品服飾、日用百貨
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80~120
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專業店
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高檔商品專業店
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80~150
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一般商品專業店
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40~80
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商業服務網點
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100～150（含空調負荷）
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菜市場
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10~20
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校園的總配變電站變壓器容量指標/（W/㎡）
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學校等級及類型
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變壓器容量指標
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普通高等學校、成人高等學校（文科為主）
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20~40
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普通高等學校、成人高等學校（理工科為主）
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30~60
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高級中學、初級中學、完全中學、普通小學、成人小學
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20~30
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中等職業學校（含有實驗室、實習車間等）
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30~45
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注：本表不含供暖方式為電采暖的學校
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金融建筑用電指標/（W/㎡）
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數據中心主機房
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500~1500
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輔助區、支持區、辦公區
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70~100
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注：表中數據包括正常照明、動力及空調負荷，其中空調負荷為采用電制冷集中空調方式時的數據
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11．主要用電設備組的需要系數見表3。
用設備功率乘以需要系數和同時系數，直接求出計算負荷。這種方法比較簡單，應用廣泛，尤其適用于配、變電所的負荷計算。
表3 主要用電設備組的需要系數
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負荷名稱
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規 模
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需要系數k
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功率因數
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備 注
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照明
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面積S＜500㎡
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0.9~1
|
0.9~1
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含插座容量。熒光燈就地補償或采用電子鎮流器
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500㎡＜面積S＜3000㎡
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0.7~0.9
|
0.9
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面積S＝3000～15000㎡
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0.55~0.75
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面積S＞15000㎡
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0.4~0.7
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冷凍機、鍋爐
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1～3臺
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0.7-0.9
|
0.8
|
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＞3臺
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0.6~0.7
|
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熱力站、水泵、通風機
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1～5臺
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0.8-0.95
|
0.8
|
|
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＞5臺
|
0.6~0.8
|
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廚房設備
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≤100kW
|
0.2-0.5
|
0.8~0.9
|
|
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洗衣設備
|
>100kW
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0.3~0.4
|
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分體空調設備
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4～10臺
|
0.6~0.8
|
0.8
|
|
|
11～50臺
|
0.4-0.6
|
|||
|
＞50臺
|
0.3-0.4
|
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舞臺照明
|
<200kW
|
0.6~1
|
0.9~1
|
|
|
>200kW
|
0.4-0.6
|
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電梯
|
2臺
|
0.91
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
0.85
|
使用一般
|
|||
|
3臺
|
0.85
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.78
|
使用一般
|
|||
|
4臺
|
0.8
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.72
|
使用一般
|
|||
|
5臺
|
0.76
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.67
|
使用一般
|
|||
|
6臺
|
0.72
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.63
|
使用一般
|
|||
|
7臺
|
0.69
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.59
|
使用一般
|
|||
|
8臺
|
0.67
|
0.5
|
使用頻繁
|
|
|
0.56
|
使用一般
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12．住宅用電負荷需要系數見表4。
小區內的住宅面積可分為三類：60m2以下的為小型，60～100m2為中型，100m2以上為大型。隨著人們生活水平的提高，家用電器逐漸增多，特別是空調、熱水器、電磁灶或微波爐等大功率家用電器進入普通家庭，家庭用電由原來純照明向多功能方向發展。
表4 住宅用電負荷需要系數
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戶數
|
3
|
6
|
10
|
14
|
18
|
22
|
25
|
101
|
200
|
|
需要系數kx
|
1
|
0.73
|
0.58
|
0.47
|
0.44
|
0.42
|
0.4
|
0.33
|
0.26
|
總結：
根據負載功率來計算柴油發電機組的容量是非常重要的一步，能夠確保柴油發電機的正常運行，同時也能夠節約電力的使用。在計算時需要注意負載類型和計算方法，同時也需要考慮實際情況和后續擴容的可能性。此外，也可以采用電氣負載計算方法，但是需要通過電路圖計算，一般需要使用電氣計算軟件或手工計算。電氣負載計算需要考慮電纜電阻、電感、電容等等因素，計算方法較為復雜。
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