一种直流配电线路电压损失的计算方法与流程

本发明涉及建筑电气设计，特别是一种直流配电线路电压损失的计算方法。

背景技术：

建筑中的消防应急照明和疏散指示系统是为人员疏散和发生火灾时仍需工作的场所提供照明和疏散指示的系统，采用的消防应急灯具是为人员疏散、消防作业提供照明和指示标志的各类灯具，由应急照明集中电源或应急照明配电箱供电。

随着国家标准《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》gb51309-2018开始实施，要求大部分消防应急灯具采用a型灯(即采用dc36v及以下的电压供电，可避免人员在疏散时遭受电击)，gb51309-2018实施后新编的产品标准gb17945中规定消防应急灯具的运行电压波动范围为其额定工作电压的±20％，设计中应保证每个配电线路的末端电压不小于额定电压的80％，即接入配电线路的每盏灯具的输入电压不应小于额定电压的80％，如果超出规定限值，灯具不能正常工作，就需要进行计算、调整。

常用的电压损失计算方法是先用额定电压来计算用电设备和线路的电流，再与线路阻抗就可以算出电压损失，这样计算的电流值虽然与实际有误差，但在ac220v/380v低压配电线路中，线路上的电压偏差值一般控制在额定电压的±5％内，所以计算误差并不大。但消防应急灯具直流配电线路的电压偏差可能高达±20％，用额定电压来计算电流的误差就太大了。

为了保持应急照明照度、应急灯表面亮度等性能指标，很多消防应急灯具采用了恒功率技术(灯具的输出功率保持额定功率，不随输入电压变化)，当输入电压小于额定电压时，其电流就不再是额定电流(额定电压时的电流)，而会按比例增大，最大可至额定电流的125％(输入电压为额定电压的80％时)。而且线路上不同位置有不同的电压，接在线路不同位置的灯具，应分别按其输入电压来计算电流。

综上所述，由于无法采用常用的方法来计算消防应急灯具直流配电线路上的电流，所以必须用其他方法来计算线路的电压损失。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种减小误差的直流配电线路电压损失的计算方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种直流配电线路电压损失的计算方法，采用迭代法来计算直流配电线路的电压损失，步骤包括：

1)由线路末端的电压ut计算线路始端的电压us，设线路末端的电压数值为ut；

2)当直流配电线路无分支的线路时，计算线路始端电压us＝un时的线路末端电压ut，其中un是配电线路的额定电压；

3)当直流配电线路有分支的线路时，重新计算分支线路末端电压ut；

4)直流配电线路电压损失δu＝un-ut，

所述步骤1)具体为：

1.1)灯具ek处的线路电压uk＝ut

灯具ek的电流

线路电流ik＝iek

1.2)灯具ek-1处的线路电压uk-1＝uk+ikrk

灯具ek-1的电流

线路电流ik-1＝iek-1+ik

1.3)灯具ek-2处的线路电压uk-2＝uk-1+ik-1rk-1

灯具ek-2的电流

线路电流ik-2＝iek-2+ik-1

1.4)从线路末端向始端方向，依次计算各段线路的电压uk-3～u2和电流ik-3～i2

1.5)灯具e1处的线路电压u1＝u2+i2r2

灯具e1的电流

线路电流i1＝ie1+i2

1.6)线路起始端的电压us＝u1+i1r1，其中，配电线路中共有k盏恒功率灯具，编号e1～ek；灯具的额定功率为p1～pk；每盏灯具接入位置的线路电压，即灯具的输入电压为u1～uk；每盏灯具的电流为ie1～iek；每段线路的直流电阻为r1～rk；每段线路上的电流为i1～ik。

所述配电线路的始端电压是额定电压un，假设的末端电压值ut＜实际值时，计算结果us＜un，假设的末端电压值ut＞实际值时，计算结果us＞un，通过调整末端电压ut的假设值进行迭代计算，迭代公式，m为迭代次数：经过迭代，当ut的误差值满足要求时，就得到需要的计算结果。

所述计算线路始端电压us＝un时的线路末端电压ut具体步骤包括：

2.1)输入初始数据：额定电压un、各盏灯具的功率p1～pk、根据线路的规格，按手册中的相关数据计算得到各段线路的直流电阻r1～rk、根据工程设计确定要求的误差值ε，假设线路末端电压数值为

2.2)按步骤1)计算线路起始端的电压us；

2.3)代入迭代公式

2.4)检查相邻两次迭代值的差是否满足误差要求：

如果满足误差要求，就输出计算结果

如果不满足误差要求，将迭代调整后的结果输入回到步骤2.2)。

当直流配电线路有分支的线路时，所述的线路末端电压ut计算步骤包括：确定主干部分的线路为节点0-1-2，分支线路为节点1-3；

3.1)输入初始数据：额定电压un、各盏灯具的功率、根据线路的规格，按手册中的相关数据计算得到各段线路的直流电阻、根据工程设计确定要求的误差值ε假设线路末端电压数值为u2；

3.2)按步骤1.1)-步骤1.6)计算得到节点1的电压u1；

3.3)以u1为分支线路的始端电压，采用步骤2.1)-步骤2.4)，对1-3的分支线路进行迭代计算，得到分支线路的电流i1-2和末端电压u3；

3.4)计算得到分支线路电流汇入节点1后的电流i1＝i1-1+i1-2；

3.5)继续按步骤1)计算线路起始端节点0的电压；

3.6)代入迭代公式

3.7)检查u2相邻两次迭代值的差是否满足误差要求：

如果满足误差要求，就输出计算结果u2和u3；

如果不满足误差要求，将迭代调整后的结果输入u2，回到步骤3.2)。

如果计算结果的末端电压小于额定电压的80％，超出灯具能正常工作的电压范围，判定该线路的电压损失已超出规定限值。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明应用在消防应急照明灯具上，通过迭代法来计算直流配电线路的电压损失，减小计算误差，从而更精确计算消防应急灯具直流配电线路上的电流。

附图说明

图1为本发明无分支的线路时的配电线路；

图2为计算线路始端电压us＝un时的线路末端电压ut的流程图。

图3为本发明有分支的线路时的配电线路。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

采用迭代法来计算消防应急灯具直流配电线路的电压损失。

步骤1)由线路末端的电压ut计算线路起始端的电压us：

直流配电线路的电压损失计算公式：

δu＝ir(1)

式中：δu——线路的电压损失

i——线路的电流

r——线路的直流电阻，可按手册中的相关数据计算

灯具的电流可根据灯具的电流-电压特性来计算，恒功率灯具的计算公式：

式中：ie——灯具的电流

p——灯具的额定功率

u——灯具的输入电压(即灯具接入位置的线路电压)

对于图1中的配电线路：

配电线路中共有k盏恒功率灯具，编号e1～ek

灯具的额定功率为p1～pk

每盏灯具接入位置的线路电压(即灯具的输入电压)为u1～uk

每盏灯具的电流为ie1～iek

每段线路的直流电阻为r1～rk

每段线路上的电流为i1～ik

配电线路的额定电压是un

由线路末端的电压ut计算线路始端的电压us的计算步骤：

步骤1.0：假设线路末端的电压数值为ut

步骤1.1：灯具ek处的线路电压uk＝ut

灯具ek的电流

线路电流ik＝iek

步骤1.2：灯具ek-1处的线路电压uk-1＝uk+ikrk

灯具ek-1的电流

线路电流ik-1＝iek-1+ik

步骤1.3：灯具ek-2处的线路电压uk-2＝uk-1+ik-1rk-1

灯具ek-2的电流

线路电流ik-2＝iek-2+ik-1

步骤1.4～步骤1.k-1：从线路末端向始端方向，依次计算各段线路的电压uk-3～u2和电流ik-3～i2

步骤1.k：灯具e1处的线路电压u1＝u2+i2r2

灯具e1的电流

线路电流i1＝ie1+i2

步骤1.k+1：线路起始端的电压us＝u1+i1r1

步骤2)计算线路始端电压us＝un时的线路末端电压ut：

配电线路的始端电压应该是额定电压un，但在步骤1)的计算过程中，us是根据假设的线路末端电压数值ut计算而得，显然不会等于un，从消防应急灯具直流配电线路本身的特性可知，线路始端的电压越高则线路末端的电压就越高，反之亦然，所以：

假设的末端电压值ut＜实际值时，计算结果us＜un

假设的末端电压值ut＞实际值时，计算结果us＞un

可以通过调整末端电压ut的假设值进行迭代计算，迭代公式(m为迭代次数)：

经过一定次数的迭代，当ut的误差值满足要求时，就可以得到需要的计算结果。

对于图1中的配电线路，计算步骤如下，流程框图见图2：

步骤2.1：输入初始数据：

额定电压un

各盏灯具的功率p1～pk

根据线路的规格，按手册中的相关数据计算得到各段线路的直流电阻r1～rk(根据19d702-7《应急照明设计与安装》第21页、《工业与民用配电设计手册(第四版)》第861页的数据和方法来计算)

根据工程设计确定要求的误差值ε

假设线路末端电压数值为

步骤2.2：按步骤1)的方法计算线路起始端的电压us。

步骤2.3：代入迭代公式

步骤2.4：检查相邻两次迭代值的差是否满足误差要求

如果满足误差要求，就输出计算结果

如果不满足误差要求，将迭代调整后的结果输入回到步骤2.2

步骤3)有分支的线路的末端电压计算方法：

对于有分支的线路如图3，计算步骤如下：

步骤3.0：确定主干部分的线路为节点0-1-2，分支线路为节点1-3

步骤3.1：输入初始数据

额定电压un

各盏灯具的功率

各段线路的直流电阻

根据工程设计确定要求的误差值

假设线路末端电压数值为u2。

步骤3.2：按步骤1)的方法计算得到节点1的电压u1。

步骤3.3：以u1为分支线路的始端电压，采用步骤2)的方法，对1-3的分支线路进行迭代计算，得到分支线路的电流i1-2和末端电压u3。

步骤3.4：计算得到分支线路电流汇入节点1后的电流i1＝i1-1+i1-2

步骤3.5：继续按步骤1)的方法计算线路起始端节点0的电压。

步骤3.6：代入迭代公式

步骤3.7：检查u2相邻两次迭代值的差是否满足误差要求

如果满足误差要求，就输出计算结果u2和u3

如果不满足误差要求，将迭代调整后的结果输入u2，回到步骤3.2

步骤4)电压损失的计算

通过步骤1)～步骤3)的方法，可以算出消防应急灯具直流配电线路的末端电压ut，线路的电压损失就是：

δu＝un-ut

如果计算结果的末端电压小于额定电压的80％，超出灯具能正常工作的电压范围，计算结果就可能不是该线路的实际值了，只能判定该线路的电压损失已超出规定限值。