低压配电ppt课件.ppt

第二章负荷计算与导线选择在工业生产电气系统中 变压器的容量 配电线路的导线截面积 各种开关电器的规格等都是根据电力负荷的大小来确定的 所谓 电力负荷 是指电气设备和线路的电流或功率 在实际工作中 工业生产的许多用电设备可能不是同时运行 即使同时在运行 也不一定同时满负荷运行 即使额定容量相同但设备的运行特征不同 其实际负荷的大小也各不相同 因此如果按照各用电设备容量的总和来选择导线 变压器 开关电器就会造成设备和投资的浪费 相反 若选的过小则导线 变压器及开关电器等有热损坏危险 所以 为了合理地选择电气系统中的导线 变压器和开关电器 降低投资和运行费用使电气系统安全经济地运行 必须进行电力负荷计算 电力负荷计算有多种方法 常用的有需要系数法 二项式法等 我们仅介绍需要系数法 1 2 1负荷曲线与需要系数法在实际生产中 不论是一台 一组用电设备 还是一个生产车间甚至是某一类工厂 其用电量大都不能保持固定不变 而在一个班次 一昼夜或一年内都在随时间而变化 把某一个生产班 或某车间 某工厂 每半小时的有功功率平均值记录下来绘成曲线 横坐标表示时间 h 纵坐标为有功功率负荷值 kw 得到的曲线称负荷曲线 如图2 1 2 a 所示 2 为了便于计算 负荷曲线常绘制成梯形图 如上图 b 根据记录时间的长短可分为班负荷曲线 日负荷曲线 月负荷曲线 年负荷曲线等 依负荷的不同可绘制出无功功率 有功功率 视在功率负荷曲线等 经过长期大量的负荷曲线的记录与分析发现 用电设备的实际负荷随时间在变化但不等于其铭牌功率PN 同一类型的用电设备 或车间 工厂 的负荷曲线 均有大致相似的形状 如果我们把年最大的负荷 即全年中负荷最大的生产班内 消耗电能最大的半小时平均有功功率记作P30 则P30与用电设备装机容量 PN的比值叫做用电设备的需要系数KX KX P30 PN 或者 P30 KX PN 同样 无功功率 视在功率 电流负荷曲线的最大负荷值 可记作 Q30 S30 I30 经分析发现 同一类型的用电设备 或车间 工厂 的需要系数KX的数值都是很接近 可用一个典型值来代表 一些用电设备的KX见下表 3 4 2 2计算负荷 PC QC SC IC 2 2 1各级负荷的含义计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假想持续负荷 其物理意义为 由计算负荷所产生的温升等于实际变化负荷所产生的最高温升 也即由计算负荷产生的热效应和实际变化负荷产生的最大热效应相等 由于导体通过电流而达到稳定温升的时间大约为3 4 为发热时间常数 约10min 因此 计算负荷实际上与从负荷曲线上侧量的半小时最大负荷P30 即年最大负荷 是基本相等的 所以计算负荷也可以认为就是半小时最大的负荷 即PC P30 故 PC P30 KX PN依据计算负荷PC来选择导线或电气设备 在实际运行中 导线及电器的最高温度不会超过允许值 进行电力负荷计算时 要从负载端 用电设备 开始 沿供电的相反顺序逐级上推 直到电源进线端 厂变配电所高压侧 止 为清楚起见 对各级计算负荷 以PC为例 均加数字下标以示区别 见以下负荷计算说明图 5 应用需要系数法进行电力负荷计算时 要根据已知的用电设备情况 厂区动力分布 主车间工段及楼房情况 计量和管理要求等 从负载端开始考虑 1 按用电设备的运行性质不同 如安装位置 工艺和控制要求等 分成若干用电设备组 根据每个用电器件的运行特点 计算其设备容量PS 不一定等于PN 2 采用需要系数法计算出设备组的计算负荷PC1 3 在考虑了多组用电设备运行的同时性之后 即计入一个同时系数K 求出低压干线上 或母线上 的计算负荷PC2 PC3 4 在计入变压器损耗之后 可确定变压器高压侧的计算负荷PC4 厂变配电所车间配电室动力柜用电设备 6 工厂电力负荷通常分为三相用电设备 如电动机 和单相用电设备 如电焊机 照明灯等 在进行负荷计算时一般不考虑短时间出现的尖峰电流 如电动机的起动电流 只有数秒 对备用设备 也不予考虑 但对工艺预备留设备则要计入计算负荷 需要系数法计算简便适用面广 但是 当用电设备台数少而功率相差悬殊时 需要系数的计算结果往往偏小 需要系数法常用于计算配电所的负荷 当用于低压配电线路的计算时 应作某些修正 7 2 2 2用电设备工作制在工厂电气系数中 电力负荷的大小与用电设备的工作制有很大的关系 通常用电设备按其工作方式可分为三种 1 长期连续工作制的设备 是指在规定的环境温度下连续运行 且设备的任何部分的温升不应超过最高允许值 负荷比较稳定 如通风机 照明灯具等 2 短时工作制的设备 运行时间短而停息时间长 用电设备来不及发热到稳定温度就开始冷却 其工作时的发热温升足以在停息时间内冷却到周围介质的温度 如某些生产线的起重设备 3 反复短时工作制的设备 有规律的间隔工作并反复运行 其工作时间Tg与停止时间Tt之和一般不超过10min Tg Tt称为工作周期T 如电焊机 吊车等 由于Tg Tt都较短 故工作时温升来不及达到稳定值 停止时温度又来不及降到周围温度 8 通常用 暂载率 来表征这种工作制设备的运行情况 暂载率为Jc Jc 100 Tg T 100 Tg Tg Tt 根据我国国标规定 工作周期T以10min为计算依据 吊车电动机的标准暂载率为15 25 40 60 四种 电焊设备的标准暂载率为 50 65 75 100 四种 自动电焊机为100 反复短时工作制的设备容量 一般是对应于统一标准暂载率的 必须注意 同一设备 在不同暂载率下工作时 具输出功率是不同的 9 2 2 3用电设备容量PS的确定电气设备的容量PS与用电设备的工作制有关 在不同的工作制下 同一设备的PS是不同的 分两种情况 1 对长期连续工作制和短时工作制的用电设备 设备容量就是铭牌额定容量即 PS PN2 对反复短时工作制的用电设备 设备容量是将某一暂载率下的铭牌额定容量 统一换算到一个标准暂载率下的功率 对电焊机 统一换算到JC 100 时 PS SN 电焊机铭牌额定容量 KVA JCN 与SN相对应的暂载率 用小数 JC100 100 的暂载率 用1 00 COS 满负荷时的功率因数 10 对吊车电动机 统一到JC 25 时 PS 式中 PN 吊车电动机的铭牌额定容量 KW JCN 与PN相对应的暂载率 用小数 JC25 25 时的暂载率 用0 25 3 单相用电设备单相设备在接入三相线路时 应均衡地分配到三相中 使各相的计算负荷尽量接近 为了正确选择线路中的开关电器和导线 在具有单相用电设备的三相系统中 不论单相设备是接于相电压 相间负荷 不是线电压 线间负荷 也不论单相设备是否均衡地接入三相系统 都要以三相线路中最大负荷相的相电流确定等效的三相计算负荷PS故 单相负荷接于相电压时 PS 3PN单相负荷接于线电压时 PS PN当单相负荷用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15 时 可按三相平衡负荷考虑 11 2 2 4用电设备组计算负荷PC1的确定一个用电设备组可能有多台不同功率的用电设备 它们可能具有不同的运行特征 在应用需要系数法求该组的计算负荷PC1时 要先查出与各设备相对应的系数KX 再根据下列基本公式计算 PC1 KX PN S QC1 PC1 tan SC1 PC1 cos IC SC1 UN 1 52SC1UN 额定线电压 KV 取0 38KV注意 1 计算时如出现下列情况之一时 KX 1 设备组内台数较少 设备组内各设备之间容量相差较大且台数不多 由于工艺要求或安装位置所限 必须把不作制的设备安排在同一设备组内 则总的计算负荷为各设备额定负荷的代数和 2 同组设备台数较多时 KX取小些 反之取大些 3 上式中UN 0 38KV 12 例 某机修车间的金属切削机床组 拥有额定电压380V的三相电动机15KW1台 11KW3台 7 5kw6台 4kw15台 2 2kw10台 1 5kw10台 试用需要系数法求其计算负荷 解 由于是机修车间的冷加工机床设备 因此查表2 1 小批量生产的金属冷加工机床电动机 项 得 KX 0 16 0 2 取0 2 tan 1 73 cos 0 5用需要系数法求解其计算负荷 PS 15 1 11 3 7 5 6 4 15 2 2 10 1 5 10 190Kw有功计算负荷 PC1 KX PS 0 2 190 38Kw无功计算负荷 QC1 PC1 tan 38 1 73 65 7KVar视在计算负荷 SC1 PC1 cos 38 0 5 76KVA计算电流 IC1 76KV A 0 38KV 115 5A 13 2 2 5多个用电设备组计算负荷PC2和PC3的确定确定拥有多组用电设备的干线 相当于车间配电室 的PC2或厂变电所低压母线处的PC3时 应适当考虑各组用电设备 相当于各现场动力柜或各车间 的最大负荷不同时出现的因素 因此 在确定计算负荷时 应视具体情况计入一个同时系数K 通常 对于低压配电干线 可取K 0 9 1 0对于低压配电母线 可取K 0 8 0 95计算公式 PC2 K PC1 KW QC2 K QC1 KVar SC2 KVA IC2 SC2 IC3 SC3 PC3 K PC2QC3 K QC2SC3 IC3 SC3 UN以上表达式中 UN为配电母线中的线电压 KV 取0 38KV IC2 SC2 UN 14 2 3配电网导线截面积的选择企业电力线路在供电系统中起着输送和分配电能的作用 是主要供电材料 包括祼导线 绝缘导线 母线和电缆 在选择时应以安全 可靠 优质 经济为原则 合理选择其截面 导线和电缆的截面选择时必须满足下列条件 2 3 1选择的四个条件1 发热条件 由于导体存在电阻 当电流通过导体必然产生电能损耗 会使导体发热 温度升高 温度超高时 绝缘导线会使绝缘层老化加快 甚至引起火灾 裸导线会使接头处氧化加剧 接触电阻增大 故导线和电缆在通过计算电流时产生的发热温度 不应超过正常运行时的最高允许温度 15 2 经济电流密度35KV及以上的高压长距离线路和低压大电流线路 应按国家规定的经济电流密度来选择导线和电缆的截面 使线路投资和年运行费用达到最小 一般工厂10KV及以下的线路较短 可不按经济电流密度选择 3 允许电压损耗导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗 不应超过设备正常运行时允许电压损耗 以保证电压质量 对于工厂内较短的线路 可不进行电压损耗的校验 4 机械强度为防止断线 导线的截面应不小于相应敷设方式下的最小允许截面 如下表所列架空祼导线最小截面 由于电缆结构上有机械强度很高的保护层 不需校验机械强度 架空裸导线最小截面积 16 从理论上说 选择导线截面时上述四个条件均应满足 并取其中最大的截面作为应选取的截面 但从实际运行看 对用于不同情况下的导线 选择条件应有所侧重 如对于6 10KV及以下的高压配电线路和低压动力线路 因负荷电流大 一般可先按发热条件来选择截面 然后再校验机械强度和电压损耗 对于低压照明线路 由于它对电压质量要求较高 一般应按允许电压损耗来选择截面 然后再校验发热条件和机械强度 而对于35KV及以上的长距离高压输电线路 则应先按经济电流密度来选择截面 再校验发热条件 允许电压损耗和机械强度等 此外 绝缘导线和电缆额定电压还不得小于工作电压 17 2 3 2按发热条件选择导线和电缆的截面1 相线截面的选择按发热条件选择三相线路中的相线截面A 时 应使其允许截流量Ial不小于通过相线的计算电流I30 即Ial I30 式中 Ial 导体的允许截流量 就是在规定的环境温度条件下 导体能够延续通过而不致使其温度超过最高允许温度的最大电流 表6 4 6 5介绍了常用的LJ铝绞线和部分铝芯绝缘导线的允许流量 I30 线路计算电流 对电力变压器一次测的导线 取为变压器的一次测额定电流 对并联电容器的引入线 计算电流应取并联电容器组额定电流的1 35倍 2 表中允许载流量所对应的环境温度为25 如环境温度不是25 则允许载流量应乘修正系数 18 如果导线敷设地点的环境温度Q0与导线允许载流量所采用的环境温度 25 不同时 则要乘以修正系数kt 参见教材p77 78 各种导线的允许载流量可查阅有关设计手册 另外根据等效发热条件可知 铜芯导线允许载流量是相同截面和相同类型的铝芯导线的1 3倍 同时 按发热条件选择的导线截面还要看是否与其相应的保护装置相匹配 否则应适当加大导体截面或改选保护装置 2 低压线路的中性线 保护线和保护中性线截面的选择 1 中性线截面的选择 低压三相四线制 TN TT 线路中 中性线 N线 一般通过的电流仅是较小的不平衡负荷电流 零序电流及三次谐波电流 故可按以下条件选择 一般三相四线制线路的中性线截面A0 应不小于相线截面A 的50 即A0 0 5A 对三次谐波电流突出的三相线路 由于中热线电流接近甚至超过相线电流 故此时A0 A 19 对由三相线路分出的两相三线线路和单相双线线路中的中性线 由于其中线电流和相线电流相等 故A0 A 2 保护线截面的选择 低压系统中的保护线 PE线 按GB50054 1995 低压配电设计规范 规定其最小截面应符合下表 PE线最小截面mm2 3 保护中性线截面的选择 低压系统中的保护中性线 PEN线 的截面 应同时满足上述中性线 N 和保护线条 PE 的要求 可取其中大者 20 例 有一条采用BLV 500型穿硬塑管敷设的220 380V的TN S线路 带三相电动机组 计算电流为72A 敷设地点的环境温度为35 请按发热条件选择此