第2章+建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿.ppt

1、2020/8/18,第 1 页,内容提要：,建筑供配电系统的负荷计算与无功功率补偿是建筑电气设计的基础，是选择电气设备的依据之一。 本章主要讲授建筑用电负荷的特征、计算负荷和无功功率补偿的基本理论，以及这些基本理论在典型建筑负荷计算中的具体应用。,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,第2章 建筑供配电的负荷计算 与无功功率补偿,2020/8/18,第 2 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,第2章 建筑供配电的负荷计算 与无功功率补偿,2.1 计算负荷的意义与计算目的 2.2 用电设备的主要特征 2.3 负荷计算的方法 2.4 建筑用电负荷的特征 2.5 建筑供配电系统无功

2、功率的补偿 2.6 典型建筑工程的负荷计算 2.7 供配电系统中的能量损耗,2020/8/18,第 3 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,在进行建筑供配电设计时，电气设计人员是根据一个假想负荷-计算负荷，按照允许发热条件选择供配电系统的导线截面、确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备。 设计人员根据用电设备原始资料及设备的工作特性，选择适当的计算方法，通过一系列的计算将设计中的设备安装容量变成计算负荷。,2.1 计算负荷的意义与计算目的,实际上，负荷不可能一成不变，它与设备的性能、生产的组织及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。,1.

3、 计算负荷的意义,为什么不用设备额定容量作为计算负荷呢？,计算负荷如何而来？,2020/8/18,第 4 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,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用电的特点和规律。同类型的工厂（或）车间的负荷曲线大致相同。 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。 曲线种类：有功负荷曲线、无功负荷曲线； 日负荷曲线、年负荷曲线。,2. 负荷曲线,2020/8/18,第 5 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,冬季213天，夏季152天，全年365天，8760h,2020/8/18,第 6 页,第2章

4、 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,负荷曲线中的几个物理量：,（1）年最大负荷 Pmax（Qmax、Smax）,（2）最大负荷利用小时数 Tmax,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。,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，而不是偶然出现的某一个工作班。,2020/8/18,第 7 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与

5、无功功率补偿,Tmax=Wp/Pmax (h) Tmax(无功)=Wq/Qmax (h) WP有功电量 ，(kWh)； Wq无功电量 ，(kVarh)。,（3）平均负荷 Pav（Qav、Sav）,t0t小时数， Wp0t消耗的有功电能（kWh）。,Pav=Wp/t (kW),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。,（2）最大负荷利用小时数 Tmax,t全年小时数取8760h， Wp是全年消费的总电能。,2020/8/18,第 8 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,（4）负荷系数 、,负荷系数愈大，则负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。根据一般经验

6、数字，一般工厂负荷系数平均值为,负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。它是表征负荷变化规律的一个参数。,（5）需要系数 KX,Pmax(=PC)用电设备组负荷曲线上最大有功负荷（kW） Pe 用电设备组的设备功率（kW）,常用需要系数KX： 见书P1720：表2-2表2-7,2020/8/18,第 9 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,用电设备组在最大负荷班内的平均负荷。,（6）利用系数 K1,Pav用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均功负荷（k）； Pe 用电设备组的设备功率（k） K1 用电设备组在最大负荷工作班内的利用系数 见表2-8 tg用电设备组功率因数的正切值

7、见表2-7，表2-8,有功功率,无功功率,(kW),(kVar),2020/8/18,第 10 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,3. 负荷计算的主要内容,（1）设备容量 Pe,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。,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、确定备用电源容量、无功补偿容量和季节性负荷的依据，也是计算配电系统各回路中电流的依据。,

8、（2）计算容量 Pc,2020/8/18,第 11 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,（3）计算电流 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）尖峰电流 Ijf,尖峰电流是负荷短时（如电动机启动）最大负荷电流。它是计算电压损失、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。,2020/8/18,第 12 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,2.2 用电设备的主要特征,（1）长期连续工作制,指工作时间较长，连续运行的用电设备。这类设备长期

9、连续运行，负荷比较稳定。,1. 用电设备的工作制,长期连续工作制的用电设备在工作时间内，电器载流导体能达到稳定的温升。,绝大多数用电设备属于此类工作制。如：通风机、压缩机、机床电动机、电动扶梯、照明灯等。,2020/8/18,第 13 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,（2）短时工作制,指工作时间很短而停歇时间很长的用电设备。 短时工作制的用电设备，在工作时间内，来不及发热到稳定温升就开始冷却，发热足以在停歇时间内冷却到周围介质的温度。 这类设备较少，如金属切削机床用的辅助机械。求计算负荷是可以不考虑短时工作制的用电设备。,周期性地时而工作、时而停歇、如此反复运行的用电设备，如起

10、重设备、吊车用电动机、电焊用变压器等。 这类设备在工作时间内达不到稳定温升，而且在停歇时间内设备温度也恢复不到周围介质温度。,（3）断续周期工作制,2020/8/18,第 14 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,常用暂载率（负荷持续率）来表示该工作制用电设备的工作繁重程度。,T 工作周期； t 为一个工作周期内工作的时间 t0 一个工作周期内的停歇时间,我国国家技术标准规定，额定工作周期为10min。 吊车用电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种 电焊设备的标准暂载率有50%、65%、70%、100%四种,（3）断续周期工作制,2020/8/18,第 15 页,第

11、2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,一.负荷计算的方法及设备功率的确定,2.3 计算负荷的方法,二.需要系数法确定计算负荷,1. 负荷计算的方法及用途,2. 设备功率的确定,1. 用电设备组的计算负荷及计算电流,2. 多组用电设备组的计算负荷,3. 单相负荷计算,4. 尖峰电流,2020/8/18,第 16 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,一.负荷计算的方法及设备功率的确定,1. 负荷计算的方法及用途,（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=0.9），直接求出计算负荷。这种方法比较简便。应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。,（2）利用系数法:

12、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计算负荷。结果比较接近实际，适用于各种范围的负荷计算，但计算进程稍繁。,（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亦常采用，二项式法计算结果一般偏大。,（4）单位面积功率法/单位指标法/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阶段电力负荷估算。,（5）对于台数较少（4台及以下）的用电设备 3台及2台用电设备的计算负荷，取各设备功率之和；4台用电设备的计算负

13、荷，取设备功率之和乘以0.9的系数。,需要系数法 利用系数法 二项式法 单位面积功率法等,2020/8/18,第 17 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,负荷计算方法选取原则是：,需要系数法:,用于方案设计阶段进行电力负荷估算。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。,单位面积功率法和单位指标法:,用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算。,2020/8/18,第 18 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,2. 设备功率的确定,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）短时工作制：,（1）连续工作制：,用电设备的额定功率P

14、r或额定容量Sr是指铭牌上的数据。对于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率，即设备功率Pe。,Pr - 用电设备的额定功率 (kW),Pr - 用电设备的额定功率 (kW),设备功率等于设备额定功率,2020/8/18,第 19 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,（3） 断续工作制： （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。,Pr 负载持续率为r时的电动机的额定功率 (kW) r电动机的额定负载持续率,1）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

15、%下的有功功率 (kW),2020/8/18,第 20 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,2) 当采用需要系数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%时的有功功率(kW)。,S r 负载持续率为r时的电焊机的额定容量 (kVA) r 电焊机的额定负载持续率 cos电焊机的功率因数,2020/8/18,第 21 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,二.需要系数法确定计算负荷,1. 用电设备组的计算负荷及计算电流,有功功率,视在功率,无功功率,计算电流,Pe- 用电设备组的设备功率 kW KX -需要系数，见表2-2 2-

16、5 tg- 用电设备组的功率因数角的正切值 Ur- 用电设备额定电压（线电压）kV,2020/8/18,第 22 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,例题2-1：已知小型冷加工机床车间0.38kV系统，拥有设备如下： （1）机床35台，总计98.00KW； （Kx1=0.20 cos1=0.5 0 tg1=1.73） （2）通风机4台，总计5.00KW； （Kx2=0.80 cos2=0.80 tg2=0.75） （3）电炉4台，总计10.00KW； （Kx3=0.80 cos3=1.00 tg3=0.00） （4）行车2台，总计5.60KW； （Kx4=0.80 cos4=0.8

17、0 tg4=0.75 4=15%） （5）电焊机3台，总计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）？,2020/8/18,第 23 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,解：（1）机床组为连续工作制设备，故,（2）通风机组为连续工作制设备，故,2020/8/18,第 24 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,（3）电炉组为连续工作制设备，故,（4）行车组的设备功率为统一换算到负载持续率=25%时的有功功率：,2020/8/18,第 25 页,第2章 建筑供配电的负荷计

18、算与无功功率补偿,（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,2020/8/18,第 26 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,2. 多组用电设备组的计算负荷,有功功率 (kW),视在功率 (kVA),无功功率 (kVar),计算电流 (A),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，但各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此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：,- n组用电设备的计算有功功率之和； - n组用电设备的计算无功功率之和； Kp、Kq- 有功功率、无功功率同时系数，分别取0.81.0和0.931.0。,2020/8/18,第 27 页,第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿,例题2-2：已知条件同例题2-1。 当有功功率同时系数 Kp=0.90；无功功率同时系数Kq =0.95时。 试求：车间总的计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic。,解：通过