建筑电气建筑供配电的负荷计算和无功补偿实用教案

1、 负荷曲线是反映电力负荷随时间变化情况的曲线。它直观地反映了用户(yngh)用电的特点和规律。 表示方法：负荷曲线制在直角坐标内，横 坐标表示时间，纵坐标表示电 力负荷。种类：有功负荷曲线、无功负荷曲线 日负荷曲线、年负荷曲线。 2 2负荷(fh)(fh)曲线 第1页/共54页第一页，共55页。3 3负荷曲线(qxin)(qxin)中的几个物理量 （1）年最大负荷年最大负荷是负荷曲线上的最高点，指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值，并用符号Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大负荷。所谓(suwi)最大工作班，是指一年中最大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作班，而

2、不是偶然出现的某一个工作班。（2）最大负荷利用小时数第2页/共54页第二页，共55页。如果用户以年最大负荷（如Pmax）持续运行Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，那么Tmax即为年最大负荷利用小时数。 Tmax=Wp/Pmax Tmax(无功)=Wq/Qmax WP有功电量(dinling) (kWh)； Wq无功电量(dinling) (kvarh)。 （3）平均负荷 平均负荷是指电力用户在一段时间内消费功率的平均值，记作Pav、Qav、Sav。第3页/共54页第三页，共55页。 Pav=Wp/t 全年小时数取8760h，Wp是全年消费的总电能(dinnng)。（4）负荷系

3、数 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。maxmaxQQavPPav 82. 076. 075. 070. 0第4页/共54页第四页，共55页。（5）需要系数KxPmax用电设备组负荷(fh)曲线上最大有功负荷(fh)(k)Pr 用电设备组的设备功率(k)rxPPKmax第5页/共54页第五页，共55页。（6 6）利用系数(l yn x sh)(l yn x sh)用电设备组在最大负荷班内的平均负荷有功功率 (kW) (kW) 无功功率 (kvar) (kvar) PeKPavltanavavPQelavPKP第6页/共54页第六页，共55页。 (kW) 式中PavPav用电设备组在最大

4、负荷工作班内消耗(xioho)(xioho)的平均功负荷（k k）；PePe用电设备组的设备功率（k k）KlKl用电设备组在最大负荷工作班内的利用系数 见表2-72-7tantan用电设备组功率因数的正切值 见表2-72-73 3负荷计算的主要内容（1 1）设备容量(Pe)(Pe)第7页/共54页第七页，共55页。设备容量也称安装容量，它是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率（设备铭牌上的数据）之和，是配电系统设计和负荷计算的基础资料和依据。（2 2）计算容量(Pc)(Pc)计算容量也称为计算负荷、需要负荷或最大负荷。它标志用户的最大用电功率。计算负荷是一个假想的持续性负荷。其热效应与

5、同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。是配电设计时选择变压器、确定(qudng)(qudng)备用电源容量、无功补偿容量和第8页/共54页第八页，共55页。季节性负荷的依据。也是计算配电系统各回路(hul)(hul)中电流的依据。（3 3）计算电流(Ic)(Ic)计算电流是计算负荷在额定电压下的电流。它是配电系统设计的重要参数，是选择配电变压器、导体、电器、计算电压偏差、功率损耗的依据。也可以作为电能损耗及无功功率的估算依据。（4 4）尖峰电流(Ijf)(Ijf)尖峰电流是负荷短时（如电动机启动）第9页/共54页第九页，共55页。最大负荷(fh)(fh)电流。它是计算电压损失、电压波动

6、和选择导体、电器及保护元件的依据。2.22.2用电设备的主要特征1.1.用电设备的工作制 (1) (1)长期连续工作制（2 2）短时工作制（3 3）断续周期工作制断续周期工作制的设备，可用负荷(fh)(fh)持续第10页/共54页第十页，共55页。率（又称暂载率）来表征其工作特征。负荷(fh)(fh)持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比，用来表示，即 2 22 21 1 式中 T - T - 工作周期 t - t -工作周期内的工作时间 t0 - t0 -工作周期内的停歇时间2.32.3计算负荷(fh)(fh)的方法2.3.12.3.1负荷(fh)(fh)计算的方法及设备功率的确定

7、%100%1000tttTt第11页/共54页第十一页，共55页。2.3.12.3.1负荷计算的方法及设备功率的确定(qudng)(qudng)1 1负荷计算的方法及用途需要系数法利用系数法二项式法单位面积功率法等(1)(1)需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数（一般K=0.9K=0.9），直接求出计算负荷。这种方法比较简便。应用第12页/共54页第十二页，共55页。广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。 (2) (2)利用系数法。 采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出(d (d ch)ch)计算负荷。结果比较接近实际。

8、适用于各种范围的负荷计算，但计算进程稍繁 第13页/共54页第十三页，共55页。(3)(3)二项式法。将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响，适用于机修类用电设备计算，其他各类车间和车间变电所施工设计(shj)(shj)亦常采用，二项式法计算结果一般偏大。(4)(4)单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。前两者多用于民用建筑。后者适用于某些工业，用于可行性研究和初步设计(shj)(shj)阶段电力负荷估算。第14页/共54页第十四页，共55页。(5)(5)对于台数较少 (4 (4台及以下) )的用电设备。3 3台及2 2台用电设备的计算负荷，取各设备功率之和;4;

9、4台用电设备的计算负荷，取设备功率之和乘以0.90.9的系数。负荷计算方法选取原则是： 需要系数法: :用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算；单位面积功率法和单位指标法: :用于方案设计阶段进行电力负荷估算。对于住宅(zhzhi)(zhzhi)，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。 第15页/共54页第十五页，共55页。2 2设备功率的确定(1)(1)进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。(2)(2)用电设备的额定功率PrPr或额定容量SrSr是指铭牌上的数据。对于(duy)(duy)不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功

10、率，即设备功率PePe。 (I) (I)连续工作制： (kW) (kW) Pr - Pr - 电动机的额定功率 (kW) (kW) (kW) rePP 第16页/共54页第十六页，共55页。(II) (II) 短时工作制的设备功率等于设备额定功率： (kW) (kW) (III) (III) 断续(dun x)(dun x)工作制( (如起重机用电动机、电焊机等) )的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率。当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，起重机用电动机类的设备功率为统一换算到负载持续率=25%=25%下的有功功率 (kW) (kW)rePP Pr2Pr25rrPe (k

11、W) 第17页/共54页第十七页，共55页。当采用需要系数(xsh)(xsh)法和二项式法计算负荷时，断续工作制电焊机的设备功率是指将额定容量换算到负载持续率=100%=100%时的有功功率。 (kW) (kW) cosPr100SrPerr第18页/共54页第十八页，共55页。3.3.用电设备组的计算负荷及计算电流有功功率(gngl) (kW)(gngl) (kW)无功功率(gngl) (kvar) (gngl) (kvar) 视在功率(gngl) (kVA)(gngl) (kVA)计算电流 (A) (A) PeKPcXtgPQCC22CCCQPSUrSICC3第19页/共54页第十九页，共

12、55页。例例题题2-12-1：已知小型冷加工机床：已知小型冷加工机床车间车间0.38kV0.38kV系系统统(xtng)(xtng)，拥拥有有设备设备如下：如下： （1 1）机床）机床3535台台总计总计98.00KW98.00KW；（Kx1=0.20 cos1=0.5 0 tg1=1.73Kx1=0.20 cos1=0.5 0 tg1=1.73）（2 2）通）通风风机机4 4台台总计总计5.00KW5.00KW；（Kx2=0.80 cos2=0.80 tg2=0.75Kx2=0.80 cos2=0.80 tg2=0.75）（3 3）电电炉炉4 4台台总计总计10.00KW10.00KW；（K

13、x3=0.80 cos3=1.00 tg3=0.00Kx3=0.80 cos3=1.00 tg3=0.00）（4 4）行）行车车2 2台台总计总计5.6kW5.6kW；（Kx4=0.80 cos4=0.80 tg4=0.75 Kx4=0.80 cos4=0.80 tg4=0.75 4=15%4=15%）第20页/共54页第二十页，共55页。（5）电焊机3台总计(zngj)17.50KVA；（Kx5=0.35 cos5=0.60 tg5=1. 33 5 =65%） 试求：每组负荷的计算负荷（Pc、Qc、Sc、Ic）？ 第21页/共54页第二十一页，共55页。解：（1）机床(jchung)组为连续

14、工作制设备,故 (kW) (kvar) (kVA) (A)（2）通风机组为连续工作制设备,故 (kW) (kvar) (kVA) (A) 60.199820. 0111PeKPXC91.3372. 160.19111tgPQCC17.3991.3360.192221211CCCQPS12.5938. 0317.39311UrSICC 00. 4580. 0222PeKPXC00. 375. 000. 4222tgPQCC00. 52CS60. 72CI第22页/共54页第二十二页，共55页。（3）电炉组为连续工作制设备,故 (kW) (kvar) (kVA) (A) （4）行车组的设备功率为统

15、一换算(hun sun)到负载持续率 =25%时的有功功率： (kW) (kvar)00. 8108 . 0333PeKPXC00. 000. 000. 8333tgPQCC 00. 83CS 15.123CI34. 4%156 . 52Pr2444Pe47. 334. 480. 0444PeKPXC第23页/共54页第二十三页，共55页。 (Kvar) (kVA) (A) （5）电焊机组的设备功率为统一换算到负载持续率 =100%时的有功功率： (kW) (kvar) (kVA) (A)4多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或在变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但各个(gg)用电

16、设备组的最大负荷并非同时出现，因此 60. 275. 064. 3444tgPQCC 34. 44CS 59. 64CI94. 333. 196. 2555tgPQCC93. 45CS49. 75CI47. 860. 0%655 .17cos5555SrPe第24页/共54页第二十四页，共55页。在求配电干线或变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数（或叫同期系数）K 具体计算如下：有功功率 (kW)无功功率 (kvar)视在功率(sh zi n l) (kVA)计算电流 (A) nicipPKPc122CCCQPSniciqQKQc1UrSICC3第25页/共54页第二十五页，共55

17、页。Pe- 用电设备组的设备功率(gngl) kWKX -需要系数，见表2-1 2-5tan-用电设备组的功率(gngl)因数角的正切值Kp、Kq- 有功功率(gngl)、无功功率(gngl)同时系数，分别取0.81.0和0.931.0。例题2-2：已知条件同例题2-1。 当有功功率(gngl)同时系数 Kp=0.9；无功功率(gngl)同时系数Kq =0.95时。试求：车间总的计算负荷（Pc、Qc、Sc、Ic） 解：通过上题的计算，已求出第26页/共54页第二十六页，共55页。(1)机床组：Pc1= 19.60kW Qc1=33.91kvar(2)通风机组(jz)：Pc2= 4.00kW Q

18、c2=3.00kvar(3)电炉组:Pc3 =8.00 kW Qc3=0.00kvar(4)行车组:Pc4=3.47 kW Qc4=2.60kvar(5)电焊机组(jz)：Pc5= 2.96kW Qc5=3.94 kvar 0.9*(19.6+4+8+3.47+2.96） =34.23 kW 0.95*(33.91+3+0+2.60+3.94） =41.23 KvarnicipPKPc1niciqQKQc1第27页/共54页第二十七页，共55页。64.5123.4110.312222CCCQPS （kvar） （A）在计算多组用电设备组的计算负荷时应当注意的是：当其中有一组短时工作的设备且容量

19、相对较小时，短时工作的用电设备组的容量不计入总容量。5单相负荷计算单相负荷应均衡的分配到三相上。当无法(wf)使三相完全平衡时，且最大相与最小相负荷之差大于三相总负荷的10%时，应取最大相负荷的三倍作为等效三相负荷计算。 46.7838. 0374.573UrSICC第28页/共54页第二十八页，共55页。例题2-3：七层住宅(zhzhi)中的一个单元，一梯二户，每户容量按6KW计，每相供电负荷分配如下：L1供一、二、三层；L2供四、五层；L3供六、七层，照明系统图见2-4。求此单元的计算负荷？第29页/共54页第二十九页，共55页。单相负荷计算解：本单元的设备总容量(rngling)： 层数

20、每层户数每户容量(rngling)=84kW每相容量(rngling)： 供电层数每层户数 每户容量(rngling) kW kW kW最大相与最小相负荷之差： kW最大相与最小相负荷之差与总负荷之比：Pe1LPe246222LPe246223LPe3662312243621LLPePe%10%29.14%1008412第30页/共54页第三十页，共55页。故本单元的设备等效总容量： kW查表2-5可知KX=0.8 cos=0.9,tg=0.48有功功率 (kW) 无功功率 (kvar) 视在功率(sh zi n l) (kVA) 计算电流 (A) 10836331LPePePeKPcX40.

21、861088 . 0tgPQCC47.4148. 040.8622CCCQPS84.9547.4140.8622UrSICC361.145.38. 0384.95第31页/共54页第三十一页，共55页。4尖峰电流尖峰电流是指单台或多台用电设备持续12s的短时最大负荷电流,尖峰电流一般出现在电动机起动过程(guchng)中。（1）单台电动机的尖峰电流 =K (A) （2）多台电动机供电回路的尖峰电流是最大一台电动机的起动电流与其余电动机的计算电流之和。 (A)（3）自起动电动机组的尖峰电流是所有参与自起动电动机的起动电流之和。 = (A)式中 n参与自启动的电动机台数；jfIrMICrMjfIK

22、IImax)(jfInijfiI1第32页/共54页第三十二页，共55页。 第i 台电动机的启动电流例2-4：解：由已知条件，第三台电动机起动时的起动电流最大，故配电线路尖峰电流应为2.3.3 进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：1单台设备的功率一般取其名牌上的额定功率。2连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是轴输出功率，未计入(j r)电动机本身的损耗。3照明负荷的用电设备容量应根据所用光jfiIAIIIIKIrMrMrMrMjf43)544(103)(42133第33页/共54页第三十三页，共55页。源的额定功率应加上附属设备的功率。如气体放电灯、金属卤化物灯，为灯泡

23、的额定功率加上镇流器的功耗。4低压(dy)卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。5用电设备组的设备容量不应包括备用设备。非火灾时使用的消防设备容量应列入总设备容量。6消防时的最大负荷与非火灾时使用的最大负荷应择其大者计入总容量。7季节性用电设备(如制冷设备和采暖设第34页/共54页第三十四页，共55页。备)应择其大者计入总设备容量。8住宅的设备容量采用每户的用电指标之和。2.3.4单位面积功率法和负荷密度(md)法确定计算负荷 P e:单位面积功率(负荷密度(md) W/m2 S:建筑面积(m2)kWSPPeC1000第35页/共54页第三十五页，共55页。2.5建筑供配电系统无功功率的补偿

24、1、功率因数要求值。 应满足当地供电部门的要求，当无明确要求时，应满足如下值:（1）高压(goy)用户的功率因数应为09以上。（2）低压用户的功率因数应为085以上。第36页/共54页第三十六页，共55页。2、无功补偿措施。（1）提高自然功率因数。 1）正确选择变压器容量。 2）正确选择变压器台数，可以切除季节性负荷(fh)用的变压器。 3）减少供电线路感抗。 4）有条件时尽量采用同步电动机。（2） 采用电力电容器补偿。1）低压侧集中补偿方式。 第37页/共54页第三十七页，共55页。2）设备附近就地补偿。3、补偿的容量。（1）在供电系统的方案设计时，无功补偿容量可按变压器容量的15%-25%

25、估算。（2）在施工图设计时应进行无功功率计算(j sun)。电容器的补偿容量为：QC 补偿容量，（kvar）；PC 计算(j sun)负荷，(kW)； 、 补偿前后的功率因数角。常把tan1-tan2=qC，称为补偿率。确定电容器个数：21tantanCCPQ12第38页/共54页第三十八页，共55页。电容器个数 ， 为单个电容器的容量（3）采用自动调节补偿(bchng)方式时，补偿(bchng)电容器的安装容量宜留有适当余量。cCqQn Cq第39页/共54页第三十九页，共55页。2.7供配电系统中的能量损耗当电流流过供配电线路和变压器时，引起的功率和电能损耗也要由电力系统(din l x

26、tn)供给 。2.7.1变压器的功率损耗 1.有功功率损耗 有功功率损耗由空载损耗（铁损）和短路损耗（铜损）两部分组成。PT变压器的有功功率损耗，（kW）；P0-变压器的空载有功功率损耗，（kW），可在产品手册查出； 20)(rCkTSSPPP第40页/共54页第四十页，共55页。Pk变压器在满载有功功率损耗；SC计算负荷的视在容量；Sr变压器的额定容量。 2.无功功率(w n n l)损耗由变压器的空载无功损耗和额定负载下无功损耗两部分组成。第41页/共54页第四十一页，共55页。20020020100%100% 100%100%UISSSUSISQSSQQQNNcNNTNcNT第42页/共

27、54页第四十二页，共55页。QT变压器无功功率损耗(snho)，（kvar）Q0变压器的空载无功功率损失（kvar）；Qk变压器满载无功功率损失,(kvar) IO%变压器空载电流占额定电流百分数，可在产品手册查出；uk%变压器短路阻抗电压占额定电压百分数，可在产品手册查出。 变压器负荷率第43页/共54页第四十三页，共55页。在负荷(fh)计算中，SL7、S7、S9、SC9型低损耗变压器功率损耗也可近似计算：例2-7: 某S9_1000/10型电力变压器额定容量为800KVA，一次电压为10KV，二次电压0.4KV，低压侧有功计算负荷(fh)300KW，无功计算负荷(fh)为330KVar。

28、求变压器的有功损耗和无功损耗。查资料得S9型变压器规格： var)(05. 0)(01. 0kScQkWScPTT5 . 4%, 7 . 1%,3 .10,7 . 10kkOuIkWPkWP第44页/共54页第四十四页，共55页。故变压器有功损耗(snho)(snho)得：变压器的无功损耗(snho)(snho)得：20)(rCkTSSPPPkW29. 810008003 .107 . 1220)(SrSQQQCkTvar8 .45100080010001005 . 410001007 . 12k第45页/共54页第四十五页，共55页。 2.7.2.供电线路的功率损耗 三相供电线路的有功(yu

29、 n)功率损耗PL：无功功率损耗QL：式中L线路每相计算长度,(Km)；r0、x0线路单位长度的交流电阻和电抗 “线间几何均距”是指三相线路间距离的几何平均值。假设A、B两相的线间距离为a1，B、C两相的线间距离为a2，C、A两相的线间距离为a3，32103lrIPoCLvar)(10332klXIQoCL第46页/共54页第四十六页，共55页。则此三相(sn xin)线路的线间几何均距如三相(sn xin)线路为等边三角形排列,则如三相(sn xin)线路为水平等距离排列，则 为相邻线间距离。 3321aaaaav0326. 12aaaav0aaav0a第47页/共54页第四十七页，共55页。例2-8 2-8 有10KV10KV送电线路，线路长30km30km，采用(ciyng)LJ-70(ciyng)LJ-70型铝铰线，导线几何均距为1.25m1.25m，输送的计算功率为1000kVA1000kVA，试求该线路的有功和无功功率损耗。解：查表4-94-9，可得LJ-70LJ-70型铝铰线电阻r 0 = 0 . 4 6 / k mr 0 = 0 . 4 6 / k m ， 当 a a v = 1 . 2 5 ma a v = 1