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书名 建筑供配电系统安装ISBN 978 7 111 21776 3出版社 机械工业出版社本书配有电子课件 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 建筑供配电系统安装 主编 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 单元2负荷计算与短路电流 课题1负荷计算课题2短路电流课题3短路电流的力效应和热效应要点回顾 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 2 1 1负荷曲线负荷曲线按纵坐标所表示的功率可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线 1 日负荷曲线 1 日负荷曲线的绘制1 根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据 逐点绘制而成的平滑曲线 如图2 1所示 这样得到的负荷曲线最为准确 2 工程上为了表达和计算简单起见 往往将负荷曲线用等效的阶梯形曲线来代替 与精确的负荷曲线之间会有一定的误差 但这种误差是可以允许的 2 日负荷曲线的特征参数 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 图2 1有功日负荷的平滑曲线 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 图2 2有功日负荷的阶梯形曲线 1 日电能耗量Wd kW h 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 2 最大功率Pmax kW 表示负荷曲线上功率最大的一点的功率值 3 平均功率Pav kW 表示日负荷曲线上日电能耗量与时间 24h 的比值 即4 有功负荷系数 通常 0 7 0 75 5 无功负荷系数 通常 0 76 0 82 2 年负荷曲线 1 年负荷曲线的绘制 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 1 运行年负荷曲线 即根据每天最大负荷变动情况 按一年365d逐天绘制 绘制方法与日负荷曲线相同 2 电力负荷全年持续曲线 它的绘制方法是不分日月的时间界限 而是以全年8760h为直角坐标系的横轴 以负荷为纵轴按大小依次排列绘成 图2 3电力负荷全年持续曲线a 典型冬季日负荷曲线b 典型夏季日负荷曲线c 电力负荷全年持续曲线 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 2 年负荷曲线的特征参数1 年电能耗量Wa kW h 2 最大负荷Pmax kW 年负荷曲线上出现的最大的负荷值 即典型日负荷曲线上的最大负荷 3 年平均负荷Pav kW 全年消耗电能与全年时间8760h的比值 即4 年最大负荷利用小时数Tmax h 用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax小时即可消耗掉全年实际消耗的电能时 则Tmax称为年最大负荷利用小时数 即2 1 2计算负荷的概念 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 计算负荷 Pc 是一个假想的持续负荷 其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等 2 1 3负荷的工作制1 连续运行工作制 长期工作制 2 短时运行工作制 短时工作制 3 断续运行工作制 反复短时工作制 1 当负荷持续率为 1 100 时 2 当负荷持续率为 2 100 时 建筑供配电系统安装高职高专ppt课件 课题1负荷计算 2 1 4负荷计算的方法对于一个尚未建立和运行的供配电系统 其负荷曲线是未知的 我们无法直接得到计算负荷Pc 而要根据已有的同类型用户的用电规律来进行计算 1 需要系数法 1 需要系数Kd的确定 课题1负荷计算 1 并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用 以同时系数K 表示 2 并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行 以负荷系数KL表示 3 电气设备额定功率与输入功率不一定相等 以电气设备的平均效率 e表示 课题1负荷计算 4 考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后 电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同 以线路的平均效率 wl表示 2 负荷计算的需要系数法在计算某供电范围内的计算负荷时 先根据负荷类别进行分组 然后按照下列步骤进行计算 1 设备功率 每组中只有一台 套 电气设备时 应将设备实际向供配电系统吸取的电功率作为计算负荷 又常把单台设备的计算负荷称作设备功率 以PN表示 连续工作制负荷有 课题1负荷计算 断续运行工作制电动机类负荷 应将其额定功率换算成负荷持续率为25 时的等效功率 以便于计算 即 断续运行工作制电焊机类负荷 应将其额定功率换算成负荷持续率为100 时的等效功率 以便于计算 即 成组用电设备的设备功率是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定输入功率的总和 照明设备的设备功率应考虑辅助其正常工作的镇流器等元件上的功率损耗 2 单组设备计算负荷 当分组后同一组中设备台数多于3台时 计算负荷应考虑其需要系数 以第j组为例 即 课题1负荷计算 3 多组设备的计算负荷 当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时 先将每一组都按上述1 2 所述步骤计算后 再考虑各个设备组的计算负荷在各自的负荷曲线上不可能同时出现 以一个同时系数来表达这种不同时率 因此其计算负荷为 课题1负荷计算 解 1 分组计算 大堂 走道 餐厅 多功能厅等处荧光灯照明设备 Kd1 0 7 cos 1 0 9 tan 1 0 48 大堂 走道 餐厅 多功能厅等处白炽灯照明设备 Kd2 0 7 cos 2 1 tan 2 0 客房白炽灯照明设备 Kd3 0 4 cos 3 1 tan 3 0 课题1负荷计算 冷水机组 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔设备 Kd4 0 7 cos 4 0 8 tan 4 0 75 送 排风机 Kd5 0 65 cos 1 0 8 tan 1 0 75 电梯 Kd6 1 cos 6 0 5 tan 6 1 73 厨房设备 Kd7 0 4 cos 7 0 75 tan 7 0 88 洗衣设备 Kd8 0 35 cos 1 0 7 tan 1 1 02 2 计算 总计算负荷 2 二项式法 课题1负荷计算 1 单组用电设备组中设备台数不少于3台时的计算负荷为 2 多组用电设备组的计算负荷为 课题1负荷计算 3 利用系数法 1 利用系数 2 附加系数 课题1负荷计算 3 负荷计算的利用系数法用利用系数法进行负荷计算时的步骤与需要系数法相同 使用利用系数时的计算公式如下 1 单组用电设备组中设备台数不少于3台时的计算负荷 先由利用系数求平均负荷为 课题1负荷计算 再由附加系数求计算负荷 附加系数由设备等效台数neq和利用系数Kx得到 2 多组用电设备组的计算负荷 当供电范围内有多个性质不同的用电设备组时 设备等效台数neq为所有设备的等效台数 利用系数Kx以各设备组的加权利用系数Kxav替换 课题1负荷计算 4 利用各种用电指标的负荷计算方法 1 负荷密度法 课题1负荷计算 表2 1常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标 课题1负荷计算 表2 1常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标 不含电弧炉 有中央空调 课题1负荷计算 2 单位指标法 3 住宅用电量指标法 表2 2中国大陆和香港以及美国的住宅用电量标准比较 课题1负荷计算 表2 2中国大陆和香港以及美国的住宅用电量标准比较 课题1负荷计算 表2 3住宅用电负荷标准 表2 3住宅用电负荷标准 表2 4住宅用电同时系数推荐值 课题1负荷计算 表2 4住宅用电同时系数推荐值 课题1负荷计算 表2 5规划供电指标推荐值 表2 5规划供电指标推荐值 2 1 5各种负荷计算方法的特点及适用范围 1 指标法中除了住宅用电量指标法外的其他方法 一般只用作供配电系统的前期负荷估算 2 需要系数法计算简单 是最为常用的一种计算方法 适合用电设备数量较多 且容量相差不大的情况 课题1负荷计算 3 二项式法考虑问题的出发点就是大容量设备的作用 因此 当用电设备组中设备容量相差悬殊时 使用二项式法可以得到较为准确的结果 4 利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷 这种方法的理论依据是概率论与数理统计 因此是一种较为准确的计算方法 2 1 6单相用电设备的负荷计算单相用电设备主要是低压设备 有的接于相电压上 有的接于线电压上 1 单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷2 单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷 课题1负荷计算 1 计算三相等效负荷的一般方法先将接于线电压的单相负荷等效为接于相电压的单相负荷 再用上述求接于相电压的单相负荷的等效方法计算等效三相负荷 2 计算三相等效负荷的简化方法 课题1负荷计算 图2 4按发热等效原理将线间负荷分解成相间负荷 2 1 7供配电系统的功率损耗和电能损耗 课题1负荷计算 供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗 当有电流通过时 则会产生相应的损耗 1 年最大负荷损耗小时数 图2 5 与 cos 的关系曲线 课题1负荷计算 2 线路的功率损耗和电能损耗 1 线路的功率损耗 2 线路上的年有功电能损耗3 变压器的功率损耗和电能损耗 1 变压器的功率损耗 2 变压器的年有功电能损耗由于变压器损耗中空载损耗是只要变压器投入系统运行就会产生 因此该部分造成的有功电能损耗应该是空载有功损耗与变压器全年投入运行的时间的乘积 变压器损耗中负载损耗是在计算负荷情况下计算出的最大负载损耗 同样利用年最大损耗小时数的概念 这部分功率产生的有功电能损耗与年最大损耗小时数有关 2 1 8功率因数计算与无功功率补偿 课题1负荷计算 在工业与民用用电设备中 有大量设备的工作需要通过向系统吸收感性的无功功率来建立交变的磁场 这使系统输送的电能容量中无功功率的成分增加 1 功率因数小对供配电系统的影响 1 使变配电设备的容量增加 2 使供配电系统的损耗增加从供配电系统功率损耗计算式中不难看出 通过系统的电流增加 系统的功率损耗也会增加 3 使电压损失增加线路电流越大 电压损失也就越大 4 使发电机效率降低系统中负荷对无功功率需求量增大时 发电机必须增加无功功率去平衡 这样就降低了发电机的效率 2 提高功率因数的措施 1 提高自然功率因数的方法 课题1负荷计算 1 合理选择电动机的型号和规格 2 合理选择变压器的型号和规格 避免因长期轻载运行而造成的功率因数降低 2 采用人工补偿方法提高功率因数的方法人工补偿方法主要有两种 一是采用同步电动机补偿 一是采用并联电容器补偿 1 在供配电系统中一般只有在能使负荷使用要求得以满足的情况下 才采用同步电动机替代异步电动机工作 且同步电动机兼作无功补偿设备 此时无功补偿的调节可以作到平滑的自动调节 专为无功补偿而设的同步电动机称为同步调相机 由于投资和损耗较大 又不便于维护 检修 供配电系统中很少采用这种补偿方式 课题1负荷计算 2 采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法 也叫移相电容器静止无功补偿 3 功率因数的计算 1 瞬时功率因数 2 平均功率因数它是指系统在平均功率情况下运行时反映出来的功率因数值cos av 4 静止无功补偿装置容量的计算 1 固定补偿时补偿容量计算由于电力部门考察用户功率因数是使用的平均功率因数 固定补偿容量就应达到补偿后平均功率因数cos 2满足要求的条件 课题1负荷计算 2 自动补偿时补偿容量计算由于自动无功补偿是根据负荷对无功的需求量 针对预先设定的功率因数目标 通过投切电容器随时调整的 3 电容器的选择解 tan av1 tan arccos0 67 1 1080 能力训练 某建筑供配电系统的负荷计算 1 目的计算某建筑供配电系统的负荷 功率损耗 功率因数与无功功率补偿 2 能力及标准要求掌握建筑供配电系统的负荷 功率损耗 功率因数与无功功率补偿的计算方法 3 准备统计某建筑物的用电设备及额定功率 课题1负荷计算 4 步骤先进行负荷计算 再进行功率损耗 功率因数与无功功率补偿的计算 5 注意事项计算方法 计算公式的适用条件及选取 参数的选取等 6 讨论计算方法与参数的选取对负荷计算的影响 课题2短路电流 2 2 1短路发生的原因 种类 危害供配电系统中的短路是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接 是电力系统的常见故障之一 1 短路发生的原因 1 雷击或高电位侵入电气设备的绝缘是有一定的介电强度的 即绝缘耐压值 2 绝缘老化或外界机械损伤大多数的绝缘都是由高分子材料制造的 老化是这类材料不可避免的一种现象 3 误操作最常见的误操作是带负载拉隔离开关和未拆检修接地线就合闸引起的短路 4 动 植物造成的短路如动物跨于相导体之间或相导体与地之间 课题2短路电流 2 短路的种类3 短路的危害1 短路电流远大于正常工作电流 短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受到破坏 2 短路点附近母线电压严重下降 使接在母线上的其他回路电压严重低于正常工作电压 影响电气设备的正常工作 甚至可能造成电机烧毁等事故 3 短路点处可能产生电弧 电弧高温对人身安全及环境安全带来危害 4 不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程从而产生过电压等新的危害 课题2短路电流 5 不对称短路使磁场不平衡 会影响通信系统和电子设备的正常工作 造成空间电磁污染 4 计算短路电流的用途1 校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路 2 作为设置短路保护的依据 3 可通过短路电流的大小判断系统电气联系的紧密程度 作为评价各种接线方案的依据之一 2 2 2无限大容量电力系统三相短路的概念1 无限大容量电力系统2 无限大容量系统三相短路的物理过程 课题2短路电流 图2 6无限大容量系统中三相短路a 三相电路图b 等效单相电路图 课题2短路电流 3 短路有关的电流量 1 短路电流周期分量短路电流周期分量是按欧姆定律由短路电路的电压和阻抗所决定的一个短路电流 即图2 7中的ip 图2 7无限大容量系统中发生三相短路时的电压 电流曲线 课题2短路电流 2 短路电流非周期分量短路电流非周期分量是按楞次定律在突然短路时 短路电路中出现自感电动势而产生的一个短路电流 即图2 7中的inp 3 短路全电流 4 短路冲击电流由图2 7所示短路电流曲线可以看出 短路后经过半个周期 即0 01s 时的短路全电流瞬时值 是整个短路过程中的最大瞬时电流 课题2短路电流 课题2短路电流 5 短路稳态电流短路电流非周期分量inp衰减完毕以后 一般约经0 1 0 2s 的短路全电流 称为短路稳态电流或稳态短路电流 其有效值习惯上用I 表示 能力训练 实测某建筑供配电系统的短路电流 1 目的对短路电流的波形有一个感性认识 2 能力及标准要求掌握短路电流的波形特点及短路电流的组成 课题2短路电流 3 准备互感器 波形记录仪等 4 步骤先设计实验电路 然后再实验 测量 5 注意事项防止发生短路事故 6 讨论短路电流的组成 变化过程与规律 课题3短路电流的力效应和热效应 2 3 1短路电流的力效应1 短路电流通过两平行导体产生的电动力效应 课题3短路电流的力效应和热效应 图2 8矩形截面导体的形状系数与D bh b及bh的关系曲线 及 课题3短路电流的力效应和热效应 2 短路电流通过三相平行导体产生的电动力效应2 3 2短路电流的热效应 1 未通电时 2 正常工作时电气设备在正常工作时 由于导体中有电流通过 电流会在导体电阻中产生损耗 将部分电能转化成热能 表2 6导体或电缆的长期最高允许工作温度和短路时最高允许温度 课题3短路电流的力效应和热效应 表2 6导体或电缆的长期最高允许工作温度和短路时最高允许温度 课题3短路电流的力效应和热效应 表2 6导体或电缆的长期最高允许工作温度和短路时最高允许温度 3 短路发生后 课题3短路电流的力效应和热效应 图2 9短路前后导体温度变化曲线 2 3 3短路时导体最高温度 k的确定 课题3短路电流的力效应和热效应 1 计算假定及特点2 热力过程分析 课题3短路电流的力效应和热效应 图2 10 与A 的关系曲线 与A 课题3短路电流的力效应和热效应 2 3 4短路热脉冲与假想时间以下的讨论就针对 tk0I2tdt的计算展开 1 短路热脉冲 图2 11 随时间的变化曲线a 发电机近端短路时b 无限大容量电源系统短路时 2 假想时间tim 课题3短路电流的力效应和热效应 图2 12假想时间定义a 复杂暂态过程b 平滑暂态过程 3 假想时间计算 课题3短路电流的力效应和热效应 1 tim p的计算 对远点短路 Ip t 不随时间变化 且Ip t I 即 对近点短路 令 课题3短路电流的力效应和热效应 图2 13具有自动电压调整器的发电机供电时短路电流周期分量的假想时间曲线 课题3短路电流的力效应和热效应 2 tim np的计算 当tk 1s时 导体发热主要由周期分量决定 可不计入非周期分量的影响 此时 当tk 1s时 因inp t 2Ip 0 e 2tk Ta 故 1 目的为设备及线缆的选择作好准备 课题3短路电流的力效应和热效应 2 能力及标