工厂供电课件第2讲

,内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。,第2章用户供电系统,第2章用户供电系统,第一节电力负荷与负荷计算第二节供电电压与电源的选择第三节用户变电所第四节变电所的电气主接线第五节变电所的二次接线第六节高低压配电网第七节用户供电系统的电能损耗与节约第八节供电系统的方案比较,组成、位置、变压器的选择、主要电气设备,要求、母线制、变配电所的主接线,监测电能，监视与保护供电系统,接线方式、结构、导线截面的选择,回顾：用户供电系统特点,1、用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路和用电设备等组成,2、用户供电系统的供电电压一般在110KV及以下。,3、大多为国家电网供电，也可建立自备发电站。,为用户提供一个安全、可靠、优质、经济的供电环境,1、安全：人身安全+设备安全2、可靠：别中断3、优质：满足用户对电压质量和频率等方面的要求4、经济：供配电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能的节约电能和有色金属的消耗量,用户供电系统的设计目标？,（1）计算电力负荷,（2）选择与调整供电电压,（3）选择电源（包括备用电源和应急电源）,（4）设计供配电系统,（5）考虑供电系统的电能节约与电能质量控制,如何达成这个目标？,第一节电力负荷与负荷计算,回顾：电力负荷的分级,这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。,关键负荷,重要负荷,一般负荷,要求由两个独立电源供电。而对特别重要的关键负荷，应由两个独立电源供电。,这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。,重要负荷应由两回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。,不属于关键和重要负荷的电能用户均属于一般负荷。,对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。,一类负荷,二类负荷,三类负荷,在电力系统中，用电设备的电功率称之为电力负荷简称负荷或功率。分为有功功率、无功功率和视在功率三种。,为了给各电力用户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、经济、优质的供电环境。设计一个好的用户供电系统。,什么是电力负荷？,为什么要计算电力负荷？,（1）连续运行工作制能长期连续运行，运行时负荷比较稳定。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、生产线、照明设备等。（2）短时运行工作制工作时间短、停歇时间长的用电设备。如机床的横梁升降、某些激光打标机、闸门电动机等。（3）断续周期工作制工作呈周期性，时而工作、时而停歇、反复运行的设备。如起重机、电梯、电焊机等。,用电设备工作制的分类,1.设备安装容量,2.负荷曲线,3.平均负荷、最大负荷、有效负荷,4.计算负荷,5.负荷系数、利用系数、需要系数、形状系数,6.年最大负荷利用小时数,关于负荷的基本概念,a)连续运行工作制直接查取其铭牌上的额定容量b)短期运行工作制若容量较小可忽略c)断续周期工作制折算,设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制，这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。,设备安装容量,负荷持续率：一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，即,常见的负荷持续率可分为15%，25%，40%，60%四种,tg工作时间tx停歇时间tg+tx工作周期,断续周期工作制折算方法,小型的电焊机标称容量10KVA，但又标明暂载率25%，说明此电焊机在10KVA负载下，只能在25%的时间内工作；也就是说，在100分钟内只能工作25分钟，否则就要过热烧毁；工业用大型电焊机标称容量10KVA，暂载率100%，就说明此电焊机在10KVA负载下，能长时间连续工作。,断续周期工作制折算方法,假设用FCE表示某一设备铭牌负荷持续率，PE表示设备铭牌标称功率，则对应负荷持续率FC下的容量P和设备安装容量PN为：,PN实际上是对应FC=100%时的功率,断续周期工作制折算方法,例:某吊车电动机给出的铭牌负荷持续率FCE=60%，铭牌标称容量PE=10KW。试求FC=25%时的容量P为多少?该电动机的设备安装容量为多少？,电力负荷：是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。,在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间而变化的。,负荷曲线：表示电力负荷随时间变化情况的曲线,电力负荷与负荷曲线,图2-1日负荷曲线与年负荷曲线a)日有功负荷曲线b)年有功负荷曲线,分析负荷曲线可以了解负荷变化的规律。对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有指导意义的统计参数；对运行人员来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。,求取日负荷曲线的时间间隔一般取30min，的取值与导体的发热时间常数有关，导体截面越大，发热时常数越大。,负荷曲线的作用？,（1）平均负荷Pav:电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间t内消耗的电能Wt除以时间t的值，即：,全年时间内耗用的电能,（2）年最大负荷Pmax（P30）：全年中负荷最大的工作班内(该工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过2次3次)消耗电能最大的半小时的平均负荷，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30,负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。有功负荷系数和无功负荷系数，即,一般工厂=0.70.75，=0.760.82,（3）负荷系数,（4）利用系数,利用系数是针对用电设备组而言的。利用系数Kx定义为用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比，即,需要系数也是针对用电设备组而言的。需要系数Kd定义为用电设备组的最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比，即,（5）需要系数,（6）形状系数,形状系数也是针对用电设备组或用户整体而言的。形状系数Kz定义为有效负荷Pe与平均负荷Pav之比，即,（7）年最大负荷利用小时Tmax：是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如图所示。,年最大负荷和年最大负荷利用小时,Wa-年实际消耗的电能量,电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，这是因为：1）所安装的设备并非同时运行2）并非所有设备都能工作于额定状态。3）并非所有设备的功率因数都相同。4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。,（8）计算负荷PC！,功率因数：,（8）计算负荷Pc,在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。在供电系统设计中，等效负荷称为计算负荷Pc。规定取30分钟平均最大负荷作为该用户的“计算负荷”。计算负荷分为有功计算负荷（30）、无功计算负荷（Q30）、视在计算负荷（S30）。,是用户供电系统结构设计、供电线路截面选择、变压器数量和容量选择、电气设备额定参数选择的依据。非常重要！过高：增加供电设备的容量、浪费有色金属、增加建设投资。过低：供电系统线路及电气设备电流过大，影响供电系统的可靠运行。,计算负荷的用处：,二、计算负荷的估算,为什么要估算？,什么时候估算？,前期规划、可行性研究、方案比较,初步设计阶段,怎么估算？,单位产品耗电量法负荷密度法形状系数法,二、计算负荷的估算,1.单位产品耗电量法,若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量和该类工厂的年最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。,2.负荷密度法,已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可按下式求得：,3.形状系数法,1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量.2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：,3）根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数Kz的值（一般情况下可取Kz=1.15），估计计算负荷：,功率因数：,三、负荷计算,什么是负荷计算？,为什么可以进行负荷计算？,相似性原理：性质相同、功能相近的用电设备组、生产车间或电力用户，其负荷曲线应相似，负荷曲线的特征参数（负荷系数、利用系数、需要系数等）应相近。,怎么算？,需要系数法二项式法,根据工艺和建筑设计等部门提供的用电设备及其安装容量确定计算负荷的工作称为负荷计算。,回顾：工厂供电系统图,负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推到电源进线端为止。,考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。,考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算：,1单台用电设备的计算负荷,三、负荷计算,当计算配电干线上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表（表2-3）得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则,需要系数法适用于用电设备台数较多，且设备容量差别不大的场合，设备组台数较少时，计算结果偏小。对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。,2用电设备组的计算负荷,车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数K，即,3车间或全厂的计算负荷,求出变压器低压侧总计算负荷后，变压器高压侧的计算负荷等于低压侧计算负荷与变压器功率损耗之和。在初步设计时，变压器的功率损耗可按下式近似估算,同期系数：见表2-4,什么是功率因数？,为什么要提高？,怎么提高？,四、功率因数及其提高,无功功率增大了负荷电流，进而导致设备容量增大、电网能耗增加（如何理解无功）,无功补偿（一般通过增加容性无功来抵消感性无功，从而降低系统总无功）,1功率因数分类和计算,瞬时功率因数,平均功率因数,最大负荷时功率因数,自然功率因数,总功率因数,指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值,指某一规定时间段内功率因数的平均值,指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数,指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数,指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数,四、功率因数及其提高,2功率因数的提高,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。,人工补偿无功功率,提高自然功率因数,提高功率因数,高压集中补偿,低压集中补偿,低压就地补偿,高压集中补偿的补偿区,未补偿区,低压集中补偿的补偿区,未补偿区,低压就地补偿的补偿区,未补偿区,变电所的主要电气设备-电容器,3补偿容量和补偿后计算负荷的计算,（1）补偿容量的计算,（2）补偿后计算负荷的计算,补偿后总的无功计算负荷为,补偿后的视在计算负荷为,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,（1）通风机通风机：PN=29kW，查表得Kd0.85和tan=0.75，于是,（2）高频加热设备高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是,1.用电设备组的负荷计算,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,（3）机加工车间冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73；热加工机床：PN=28kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是,（4）点焊机点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,取1变电所各组负荷的同期系数为：K=0.90，于是,2.1变电所低压侧计算负荷,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,采用电容器分组自动投切的低压集中补偿方式，设补偿后功率因数为cos=0.93，则,补偿后变压器低压侧计算负荷为108kW+j(120-90)kvar=108kW+j30kvarSc=112kVA。,3.低压集中补偿容量的计算,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,1变电所变压器损耗按下式估算：,1变电所高压侧计算负荷为：,4.变电所高压侧计算负荷,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,图2-4负荷计算示例图,取全厂负荷的同期系数为：K=0.90，于是,5.全厂总计算负荷,本讲小结：电力负荷与负荷计算,1、关于负