建筑供配电工程负荷计算与无功补偿课件

1、第二章 负荷计算与无功功率补偿 第二章第二章 负荷计算与无功功率补偿负荷计算与无功功率补偿 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 三相用电设备组计算负荷的确定三相用电设备组计算负荷的确定 第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 第四节第四节 尖峰电流的计算尖峰电流的计算 第五节第五节 无功功率补偿无功功率补偿 第六节第六节 供配电系统的计算负荷供配电系统的计算负荷 本章小结本章小结 第二章 负荷计算与无功功率补偿 第一节第一节 概述概述 主要内容主要内容 一、一、 计算负荷的概念计算负荷的概念 二、用电设备的工作制二、用电设备的工作制 三、负荷曲线三、负荷曲线

2、四、确定计算负荷的系数四、确定计算负荷的系数 第二章 负荷计算与无功功率补偿 一、一、 计算负荷的概念计算负荷的概念统计计算求出来的；统计计算求出来的； 供电设计计算的基本依据；供电设计计算的基本依据； 力求接近实际。力求接近实际。 表示符号表示符号： Pc：有功计算负荷：有功计算负荷(kW) Qc ：无功计算负荷：无功计算负荷 (kVar) Sc：视在计算负荷：视在计算负荷(kVA) Ic：计算电流：计算电流 (kA) 。 我们选取一个假想的持续性的负荷，在一定时间间隔和特定效 应上与实际负荷相等。这一计算过程就是负荷计算。这一假想 的持续性的负荷就称为计算负荷。 载流导体温升曲载流导体温升

3、曲 线线 第二章 负荷计算与无功功率补偿 二、用电设备的工作制和设备功率的确定二、用电设备的工作制和设备功率的确定 %100 0 tt t 1、连续工作制连续工作制：在恒定负载下连续运行达到热稳定状态在恒定负载下连续运行达到热稳定状态的的 用电设备；用电设备； 2、短时工作制短时工作制：在未达到热稳定前即停机和断能，其在未达到热稳定前即停机和断能，其时间时间 足以使设备冷却下来的足以使设备冷却下来的用电设备；用电设备； 3、断续周期工作制断续周期工作制：时而工作，时而停歇的用电设备。：时而工作，时而停歇的用电设备。 t 为工作周期内的工作时间；为工作周期内的工作时间；t0 为工作周期内的停歇时

4、间为工作周期内的停歇时间 负荷持续率（暂载率）负荷持续率（暂载率） 铭牌上的功率铭牌上的功率PN是对应于某一特定负荷持续率是对应于某一特定负荷持续率N的额定功率。的额定功率。 要换算到实际的负荷持续率要换算到实际的负荷持续率下的功率下的功率 ，应采用下面的公式：，应采用下面的公式： N NePP 第二章 负荷计算与无功功率补偿 连续工作制的设备组连续工作制的设备组：设备组中的所有设备（不包括备用设：设备组中的所有设备（不包括备用设 备）的额定容量之和。备）的额定容量之和。 周期工作制和短时工作制的设备组周期工作制和短时工作制的设备组：其设备功率应为各设备其设备功率应为各设备 在不同负荷持续率下

5、的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率 下的容量之和。下的容量之和。 举例：举例： N e PP 将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。 （工厂（工厂 中的用电设备组见附表中的用电设备组见附表1、民用建筑的用电设备组见附表、民用建筑的用电设备组见附表4 ） 用电设备组用电设备组 设备功率设备功率Pe的确定的确定 第二章 负荷计算与无功功率补偿 (1) 电焊机组电焊机组 要求统一换算到要求统一换算到=100% (2) 吊车电动机组吊车电动机组 要求统一换算到要求统一换算到=25%。电葫芦、起

6、重。电葫芦、起重 机、行车等均按吊车电动机考虑。机、行车等均按吊车电动机考虑。 N N N Ne PPP N N N N2 PPPe 按负荷对象可分为工厂、车间或设备的负荷曲线。按负荷对象可分为工厂、车间或设备的负荷曲线。 按功率性质可分为有功和无功负荷曲线。按功率性质可分为有功和无功负荷曲线。 按时间可分为有年、月、日或工作班的负荷曲线。按时间可分为有年、月、日或工作班的负荷曲线。 表征电力负荷随时间变动情况的一种图形表征电力负荷随时间变动情况的一种图形 1、负荷曲线的绘制与类型、负荷曲线的绘制与类型 三、负荷曲线三、负荷曲线 第二章 负荷计算与无功功率补偿 日有功负荷曲线日有功负荷曲线 0

7、.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2001年夏季 2001年冬季 半小时平均功率半小时平均功率 第二章 负荷计算与无功功率补偿 年每月（日）最大负荷曲线：年每月（日）最大负荷曲线： 每年每个月（或日）最大负荷的变化情况。每年每个月（或日）最大负荷的变化情况。 年每月最大负荷曲线年每月最大负荷曲线 第二章 负荷计算与无功功率补偿 年负荷持续时间曲线年负荷持续时间曲线：根据一年中最大（具有代表性）的夏日根据一年中最大（具有代表性）的夏日 负荷曲线和冬日负荷曲线来绘制。年负荷曲线和冬日负荷曲

8、线来绘制。年(按按8760h计计)每小时负荷按每小时负荷按 大小排队作出的曲线。大小排队作出的曲线。 图2-2 年负荷持续时间曲线的绘制 a) 夏日负荷曲线 b) 冬日负荷曲线 c) 年负荷持续 时间曲线 第二章 负荷计算与无功功率补偿 2、与负荷曲线有关的物理量、与负荷曲线有关的物理量 从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是 基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即 Pc=PmP30。 P/kW 87608000600040002000 0 t/h 200 400 600 800 Pm 年最大负荷年最大负荷Pm 年最大负荷年最大负荷持续时间持续时间曲线曲线 第二章 负

9、荷计算与无功功率补偿 年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时Tmax：在此：在此 时间内，电力负荷按年最大负荷时间内，电力负荷按年最大负荷 Pm持续运行所消耗的电能恰好等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于该电力负荷全年实际消耗的电 能。能。 产业产业Tmax(h)产业产业Tmax(h) 第一产业第一产业20002800第三产业第三产业35004000 第二产业第二产业40005500居民产业居民产业25003500 各产业的年最大负荷利用小时的取值各产业的年最大负荷利用小时的取值 0 8760 年负荷曲线 Pm P t/h Tmax a max m W T P 第二章 负

10、荷计算与无功功率补偿 第二节第二节 三相用电设备组计算负荷的确定三相用电设备组计算负荷的确定 主要内容主要内容 一、单位指标法一、单位指标法 二、按需要系数法确定计算负荷二、按需要系数法确定计算负荷 第二章 负荷计算与无功功率补偿 一、单位指标法一、单位指标法 1、单位产品耗电量法单位产品耗电量法 (kW) 每一单位产品的耗电量，每一单位产品的耗电量，W/台、台、 W /吨吨 N 企业年产量企业年产量 c max N P T 2、单位指标法单位指标法 (kW) P0 单位面积的功率，单位面积的功率，W/m2 ， W/户，户， W/人人 S 建筑面积，建筑面积， m2 ， 户，人户，人 P0的选

11、取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质等多方面的的选取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质等多方面的 因素。各类建筑物的单位面积功率见附表因素。各类建筑物的单位面积功率见附表8 。 1000 0S P Pc 第二章 负荷计算与无功功率补偿 二、按需要系数法确定计算负荷二、按需要系数法确定计算负荷 1、一组用电设备组计算负荷的确定、一组用电设备组计算负荷的确定 Kd： ：需要系数 需要系数 Pe： ：一组用电设备的设备功率 一组用电设备的设备功率 ede WLe L c PKP KK P M M M Pc WL Pe KL：负荷率，设备不一定满负荷运行。：负荷率，设备不一定满负荷运行。 K：同时系数

12、，一组设备不一定都同时运行。：同时系数，一组设备不一定都同时运行。 e：设备组的平均效率。：设备组的平均效率。 wL：线路的平均效率，考虑线路损耗。：线路的平均效率，考虑线路损耗。 m d e P K P 第二章 负荷计算与无功功率补偿 Qc = Pc tan 或或 3、多组用电设备组计算负荷的确定、多组用电设备组计算负荷的确定 Pc =Kp Pc Qc =Kq Qc Kp 、 、Kq为有功同时系数和无功同时系数 为有功同时系数和无功同时系数 P32 22 ccc QPS cosccPS cos33N c N c c U P U S I 22 cc cQPS N c c U S I 3 其他物

13、理量的计算其他物理量的计算 思考：思考： Qc = Pc tan 可以吗？可以吗？ 第二章 负荷计算与无功功率补偿 JGJ16-2008民用建筑电气设计规范民用建筑电气设计规范： 第第3.5.2条条 方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工 图设计阶段，宜采用需要系数法。图设计阶段，宜采用需要系数法。 第第3.5.2条条文说明：在各类用电负荷尚不够具体或明确的方条条文说明：在各类用电负荷尚不够具体或明确的方 案设计阶段可采用单位指标法。案设计阶段可采用单位指标法。 需要系数法计算较为简便实用，所以本规范将需要系数需要系数法计算较为简便实用，所以本

14、规范将需要系数 法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法。法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法。 各种计算方法的选用：各种计算方法的选用： 第二章 负荷计算与无功功率补偿 某生产厂房内有冷加工机床电动机50台共305kW，另 有生产用通风机15台共45kW，点焊机3台共19kW （=20%),试确定线路上总的计算负荷。 解:先求各组用电设备的计算负荷 d 0.170.20K d 0.20K cos0.5tan1.73 c.11 tanP 1.机床电动机组查附录表1得（取）， ， Pc.1= Kd.1Pe.10.20305kW=61.0kW Q c.1= 61kW1.73=105.5kvar ，因此

15、 例题例题2-2 1 1、先将用电设备分组；、先将用电设备分组； 2 2、根据需要系数法求每一组的计算负荷；、根据需要系数法求每一组的计算负荷； 3 3、求总的（多组）计算负荷。、求总的（多组）计算负荷。 注意（P32）：若设备台数较少时，则需要系数值宜适当取大。当只若设备台数较少时，则需要系数值宜适当取大。当只 有有3 3台及以下用电设备时，需要系数台及以下用电设备时，需要系数K Kd d可取为可取为1 1。当只有。当只有1 1台电动机时，则台电动机时，则 此电动机的计算电流就取其额定电流。此电动机的计算电流就取其额定电流。 第二章 负荷计算与无功功率补偿 2.通风机组查附录表1得Kd=0.

16、750.85（取Kd=0.8）， cos=0.8 ,tg=0.75 ，因此 Pc.2=0.845kW=36.0kW Qc.2=36kW0.75=27.0kvar 3.点焊机组设备台数只有3台，取Kd=1.0， cos=0.6 , tg=1.33， 先求出在统一负荷持续率=100%时的设备功率 P c.3=1.08.5kW=8.5kW Q c.3=8.5kW1.33=11.3kvar p K q K 因此，总计算负荷（取0.95； 0.97）为 Pc0.95(61.036.08.5)kW=100.2kW Qc0.97(105.5+27.0+11.3)kvar=139.5kvar kVA8 .17

17、15 .1502 .100 22 c S 270A0.383/8 .171 c I kW5 . 8%2019 e P 第二章 负荷计算与无功功率补偿 作业：作业：P52 习题习题2-8 第二章 负荷计算与无功功率补偿 前提前提：单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。：单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。 原则原则：如果单相负荷应均衡分配到三相上，当单相设备的如果单相负荷应均衡分配到三相上，当单相设备的 总功率不超过三相设备总功率的总功率不超过三相设备总功率的15时，单相设备可与三相时，单相设备可与三相 设备综合，按三相平衡负荷计算；如果超过设备综合，按三相平衡负荷计算；如果超过15时，应

18、将单时，应将单 相设备功率换算为等效三相设备功率，再与三相设备功率相相设备功率换算为等效三相设备功率，再与三相设备功率相 加。加。 等效公式（单相设备接于相电压）等效公式（单相设备接于相电压）： 第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 mphee PP 3 Pe：等效后的三相负荷；：等效后的三相负荷；Pe mph ：最大相负荷。：最大相负荷。 第二章 负荷计算与无功功率补偿 第四节第四节 尖峰电流的计算尖峰电流的计算 尖峰电流尖峰电流：持续时间：持续时间12秒的短时最大负荷电流。秒的短时最大负荷电流。 单台设备尖峰电流的计算：单台设备尖峰电流的计算： kst:

19、设备的起动电流倍数，设备的起动电流倍数，Irm : 设备的额定电流设备的额定电流 多台设备尖峰电流的计算：多台设备尖峰电流的计算： Istmax：起动电流最大的那台设备的起动电流：起动电流最大的那台设备的起动电流; Ic(n-1)：除起动设备以外的线路的计算电流。：除起动设备以外的线路的计算电流。 mrststpk IkII pkst.maxc(n-1) III 第二章 负荷计算与无功功率补偿 第五节无功功率补偿第五节无功功率补偿 主要内容主要内容 一、功率因数的定义一、功率因数的定义 二、无功补偿的意义二、无功补偿的意义 三、无功补偿容量的确定三、无功补偿容量的确定 四、无功补偿装置的选择四

20、、无功补偿装置的选择 五、无功补偿装置的装设位置五、无功补偿装置的装设位置 第二章 负荷计算与无功功率补偿 一、功率因数一、功率因数 瞬时功率因数瞬时功率因数 平均功率因数平均功率因数 最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数 由功率因数表直接测得，以确定是否由功率因数表直接测得，以确定是否 进行无功补偿进行无功补偿 供电部门收取电费的依据供电部门收取电费的依据 Wp:有功电度表读取的一月内消耗的有功电能有功电度表读取的一月内消耗的有功电能 Wq:无功电度表读取的一月内消耗的无功电能无功电度表读取的一月内消耗的无功电能 22 cos qp p WW W 在供电系统设计时，进行无功补在供电系统设计时

21、，进行无功补 偿的依据。偿的依据。 c c S P cos 供电营业规则供电营业规则规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率 因数，因数，100kVA及以上高压供电的用户，不得低于及以上高压供电的用户，不得低于0.90；其他电力用户，不得；其他电力用户，不得 低于低于0.85。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。 在周期状态下，有功功率在周期状态下，有功功率P的的 绝对值与视在功率绝对值与视在功率S的比值。的比值。 P Q S 第二章 负荷计算与无功功率补偿

22、c P c Q c S c Q c S 二、无功功率补偿的意义二、无功功率补偿的意义 22 30 QPS N U S I 3 30 RIP 2 3 线路 cos c Q 假设功率因数由假设功率因数由cos提高到提高到 ，这时在有功，这时在有功 不变的情况下，无功功率将由不变的情况下，无功功率将由Qc 减小到减小到 ，那，那 么么Sc和和Ic也相应地减小，这使得系统的电能损耗也相应地减小，这使得系统的电能损耗 和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电 压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和 导线电缆，因此提供功率因

23、数对电力系统大有导线电缆，因此提供功率因数对电力系统大有 好处。好处。 M P Q 意义意义 cos Q I cos0.9 第二章 负荷计算与无功功率补偿 三、无功补偿容量的确定三、无功补偿容量的确定 tantan ccccr PQQQ crcc QQQ 22 ccc QPS 要使功率因数由要使功率因数由 提高到提高到 ，必须装设的无功补偿设备，必须装设的无功补偿设备 的容量为：的容量为： cos cos 补偿后的计算负荷为：补偿后的计算负荷为： 第二章 负荷计算与无功功率补偿 四、无功补偿装置的选择四、无功补偿装置的选择 并联电容器并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器、同步调相机、静止无功

24、补偿器(SVC) A B C A B C 22 )( 93 相线 CUCUQc 2 )( 3 相 CUQ Yc (1)(1)、 接线时的容量为同一电路中接成接线时的容量为同一电路中接成Y Y形时容量的形时容量的3 3倍；倍； (2)(2)、任一边电容器断线时，三相线路仍能得到补偿；、任一边电容器断线时，三相线路仍能得到补偿； (3)(3)、但是、但是接线时，任一相击穿短路时，短路电流很大，可能引起爆炸，接线时，任一相击穿短路时，短路电流很大，可能引起爆炸， 所以要接有熔断器保护。所以要接有熔断器保护。 ： 并联电容器的接线并联电容器的接线 第二章 负荷计算与无功功率补偿 GB50053-199

25、4 10kV及以下变电所设计规范及以下变电所设计规范规定：高压规定：高压 电容器组电容器组宜宜接成中性点不接地星形，容量较小时（接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及及 以下）以下）宜宜接成三角形，低压电容器组接成三角形，低压电容器组应应接成三角形。接成三角形。 ： 手动投切手动投切 自动调节自动调节 （自动无功补偿屏自动无功补偿屏） 图图10-9 并联电容器的控制并联电容器的控制 第二章 负荷计算与无功功率补偿 五、并联电容器的装设位置（补偿方式）五、并联电容器的装设位置（补偿方式） 高压集中补偿高压集中补偿 低压集中补偿低压集中补偿 分散就地补偿（个别补偿）分散就地补偿（个别补

26、偿） M 1C 分散就地补偿 2C 3C 610kV 0.38kV 高压集中补偿 高压集中补偿的 补偿区 低压集中补偿的补偿区 分散就地补偿的补偿区 未补偿区 未补偿区 未补偿区 低压集中补偿 第二章 负荷计算与无功功率补偿 装设地点装设地点优点优点缺点缺点适用场合适用场合 高压集高压集 中补偿中补偿 变配电所的变配电所的 610kV母线母线 初投资少，运行初投资少，运行 维护方便维护方便 母线后的厂内线路母线后的厂内线路 得不到补偿。得不到补偿。 大中型工厂大中型工厂 低压集低压集 中补偿中补偿 车间变电所的低车间变电所的低 压母线上压母线上 补偿范围较广，补偿范围较广， 可减小变压器容可减

27、小变压器容 量，较经济量，较经济 工程中应用普工程中应用普 遍遍 分散就分散就 地补偿地补偿 用电设备旁边用电设备旁边补偿范围最大，补偿范围最大， 效果最好效果最好 投资大，投资大，利用率较利用率较 低低。 负荷平稳、长负荷平稳、长 期运转的设备期运转的设备 并联电容器的三种装设位置的比较并联电容器的三种装设位置的比较 第二章 负荷计算与无功功率补偿 例题例题2-4 某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW580kvar。 若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电 容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容 量。 解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因

28、数 （2）确定无功补偿容量 800(tanarccos0.810tanarccos0.92) 2222 ccc 800580 kVA988.1kVASPQ c c 800kW cos0.810 988.1kVA P S r Cc (tantan)QP 238.4kvar 第二章 负荷计算与无功功率补偿 （3）选择电容器组数及每组容量 选择BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量 qr.C=20kvar。 2222 cccr C ()800(580240)869.3kVASPQQ 补偿后的视在计算负荷 减少118.8kVA。 若选择成套并联电容器屏，可安装的电容器组数为12组。 则需

29、要安装的电容器单组容量为 r.C r.C 238.4kvar 19.9kvar 12 Q q n 功率因数 c c 800kW cos0.920 869.3kVA P S 满足要求。 作业：作业：P52 习题习题2-12 无功功率改为无功功率改为620kvar 第二章 负荷计算与无功功率补偿 第六节第六节 供配电系统的计算负荷供配电系统的计算负荷 主要内容主要内容 一、供配电系统的功率损耗一、供配电系统的功率损耗 二、供配电系统计算负荷的确定二、供配电系统计算负荷的确定 第二章 负荷计算与无功功率补偿 一、供配电系统的功率损耗一、供配电系统的功率损耗 （一）电力（一）电力线路的功率损耗线路的功

30、率损耗 1、线路的有功功率损耗、线路的有功功率损耗 2、线路的无功功率损耗、线路的无功功率损耗 x0与导线类型、导线截面和与导线类型、导线截面和线间几何均距线间几何均距aav有关。有关。 WL 2 WL3RIP c WL 2 WL3XIQ c RWL：线路每相电阻：线路每相电阻 RWL =r0 L XWL：线路每相电抗：线路每相电抗 XWL =x0 L 3 321 aaaaav r0 0取值见附录表取值见附录表1313 x0 0取值见附录表取值见附录表1313 线路的功率损耗线路的功率损耗 变压器的功率损耗变压器的功率损耗 第二章 负荷计算与无功功率补偿 （二）变压器的功率损耗（二）变压器的功率损耗 1、变压器的有功功率损耗、变压器的有功功率损耗 Sc:变压器低压侧的视在计算负荷；变压器低压侧的视在计算负荷；SrT :变压器的额定容量变压器的额定容量 2、变压器的无功功率损耗、变压器的无功功率损耗 CuFeTPPP 2 0 Tr S S PP c K NTQQQ0 2 0 100 % 100 % Tr c K Tr S SUI S =， 变压器的负荷率变压器的负荷率 P0 0、Pk k