第2章 供配电工程-电力负荷及其计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第,2,章 电力负荷及其计算,供配电技术,山东农业大学电气工程系,第,2,章 负荷计算及无功补偿,2.1,负荷曲线与计算负荷,2.2,用电设备额定容量的确定,2.3,负荷计算的方法,2.4,功率损耗与电能损耗,2.5,工厂的计算负荷和年电能消耗量,2.6,建筑用电负荷的计算方法,2.7,功率因数与,无功功率补偿,2.8,尖峰电流计算,2,2.1,负荷曲线与计算负荷,一、,负荷曲线,负荷曲线,（,load curve,）,是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。,3,1,负荷曲线的分类,按负荷的功率性质分：,可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类设备负荷曲线。,按所表示的负荷变动的时间分：,可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。,4,2,日负荷曲线,日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（,024h,）,变化情况。如图,2-1,。日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法是：,（,1,）以某个监测点为参考点，在,24h,中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线，见图,2-1a,。,（,2,）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出,0.5h,的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线，图,2-1b,所示。,5,3,年负荷曲线,年负荷曲线反映负荷全年（,8760h,）,变动情况。,如图,2-2,所示。,年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图,2-2,所示。,其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定。一般在北方，近似认为冬季,200,天，夏季,165,天；在南方，近似认为冬季,165,天，夏季,200,天。图,2-2,是南方某用户的年负荷曲线，图中,P,1,在年负荷曲线上所占的时间计算为,T1=200t1+165t2,。,6,注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。,分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，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。,7,8,9,2,年最大负荷和年最大负荷利用小时数,（,1,）,年最大负荷,P,max,年最大负荷,P,max,就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷,P,30,。,（,2,）,年最大负荷利用小时数,T,max,年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间,T,max,，,它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷,P,max,(,或,P,30,),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。,10,下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷,P,max,就是年最大负荷，,T,max,为年最大负荷利用小时数。,11,T,max,是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，则负荷越平稳。如果年最大负荷利用小时为,8760h,，,说明负荷常年不变（实际不太可能）。,T,max,与用户的性质和生产班制有关，例如一班制工厂，,T,max,约为,1800,3000h,，,两班制工厂，,T,max,约为,3500,4800h,三班制工厂，,T,max,约为,5000,7000h,，,居民用户,T,max,约为,1200,2800h,。,12,表,2-2,某些企业的年最大负荷利用小时数,电器工厂,4280,6420,工厂类别,年最大负荷利用小时数（,h,）,有功负荷,无功负荷,重型机械制造厂,3770,4840,机床厂,4345,4750,工具厂,4140,4960,滚珠轴承厂,5300,6130,起动运输设备厂,3300,3880,汽车拖拉机厂,4960,5240,农业机械制造厂,5330,4220,仪器制造厂,3080,3180,汽车修理厂,4370,3200,车辆修理厂,3560,3660,金属加工厂,4355,5880,13,3.,平均负荷,P,av,平均负荷,P,av,，,就是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内消耗的电能,W,除以时间,t,的值，即,P,av,=W/t,年平均负荷为,P,av,=W,a,/8760,14,15,负荷系数,在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。,一般工厂年负荷系数年平均值为：,=0.70.75,=0.760.82,16,负荷系数又称负荷率或负荷填充系数，他表征负荷曲线不平坦的程度，负荷系数越接近,1,，负荷越平坦。,所以用户应尽量提高负荷系数，从而充分发挥供电设备的供电能力、提高供电效率。有时也用,表示有功负荷系数，用,表示无功负荷系数。,一般工厂,=0.70.75,，,=0.760.82,他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。,对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率,P,和设备额定容量,P,N,之比值，即,17,二、,计算负荷,（,30lculated load,）,计算负荷是供电设计计算的基本依据，它是选择供电系统中各元件的依据，故非常重要。,计算负荷的定义：,通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择导体和电器设备的一个假想负荷。以这个不变的“假想负荷”持续运行所产生的热效应与实际运行的变动的负荷所产生的最大热效应相等,18,计算负荷的数值与半小时最大负荷,P,30,基本相等，,通常将以,半小时平均负荷,为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，,所以用,P,30,来表示有功计算负荷（,KW,），,无功计算负荷表示为,Q,30,（,Kvar,），,视在计算负荷表示为,S,30,（,KVA,），,计算电流表示为,I,30,（,A,）。,也有用,P,c,(Q,c,、,S,c,、,I,c,),表示的。,计算负荷的物理意义：设有一电阻为,R,的导体，在一定时间内通过一变动负荷，其最高温升达到,值，如果这根导体在相同的时间内通过另一不变负荷其最高温升也达到,值，则这个不变负荷就是该变动负荷的计算负荷，即计算负荷和实际负荷最高温升是等值的。,19,规定取“半小时平均负荷”的原因,：,一般中小截面导体的发热时间常数,为,10min,以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为,3=310,30,（,min,），,如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在,30min,以上的负荷时，才有可能,构成,导线的最高温升。,较大截面的导体发热时间常数往往大于,10min,，,30min,还不能达到稳定温升。,20,21,三、,负荷计算的意义和目的,负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。,计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。,22,正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。,计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷不能定得太大，否则选择的电器设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费；计算负荷也不能定得过小，否则选择的电器设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。,返回目录,23,2.2,用电设备额定容量的确定,一、,用电设备的工作方式,用电设备按其工作方式可分为三种：,（,1,）,连续运行工作制,（长期工作制）,（,2,）,短时运行工作制,（短暂工作制）,（,3,）,断续运行工作制,（重复短暂工作制）,24,连续运行工作制（长期工作制）,在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。,25,短时运行工作制（短暂工作制）,用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。,26,断续运行工作制（重复短暂工作制）,用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（,t,）,与停歇时间（,t,0,）,相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，通常用暂载率,表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为,，,即：,式中,t,，,t,0,工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期,T,。,27,二、,用电设备额定容量的计算,在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”,P,N,，,但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其,换算为同一工作制下的额定功率,，然后才能相加。,经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用,P,e,表示。,28,（,1,）长期工作制和短时工作制的设备容量,P,e,=P,N,（,2,）,重复短暂工作制的设备容量,吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量统一换算到,=25%,时的额定功率（,kW,），,若其,N,不等于,25%,时应进行换算，公式为,:,29,（,3,）电炉变压器的设备容量,电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（,kW,），,即：,P,e,=P,N,=,S,N,cos,电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到,100%,时的额定功率（,kW,）。,若其铭牌暂载率,N,不等于,100%,时，应进行换算，公式为,:,30,（,4,）照明设备的设备容量,白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（,kW,）,:,P,e,=P,N,荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的,20%,），其设备容量应为灯管额定功率的,1.2,倍,:,P,e,=1.2P,N,高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率,的,10%,），其设备容量应为灯泡额定功率的,1.1,倍（,kW,）,:,P,e,=1.1P,N,金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的,10%,），故其设备容量应为灯泡额定功率的,1.1,倍（,kW,）,:,P,e,=1.1P,N,31,（,5,）不对称单相负荷的设备容量,当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量,的,15%,时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的,15%,时，则设备容量,Pe,应按三倍最大相负荷的原则进行换算。,32,设备接于相电压或线电压时，设备容量,Pe,的计算如下：,单相设备接于相电压时,P,e,3P,em,式中,P,e,等效三相设备容量；,P,em,最大负荷所接的单相设备容量。,单相设备接于线电压时,式中,P,el,接于同一线电压的单相设备容量。,返回目录,33,2.3,负荷计算的方法,在供配电工程设计中常用的负荷计算方法有：负荷密度法、单位指标法、需要系数法、二项式系数法等。,一、计算负荷的估算,1,、负荷密度法,(kW),P,0,单位面积的功率（负荷密度），,W/m,2,S,建筑面积，,m,2,P,0,的选取应综合考虑车间、建筑物的性质、负荷的性质（空调的形式、照明灯具的选择）等多方面的因素。如教学楼的,P,0,=11 15,34,一、,计算负荷的估算,2,、,单位指标法,(kW),P,e,单位用电指标，,W/,户、,W/,人，,W/,床,N,单位数量，如户数、人数、床数,如上海地区普通住宅的单位指标为,46kW/,户,35,3,.,单位产品耗电量法,若已知某车间或企业的年产量,m,和每一产品的单位耗电量,a,（,见表,2-1,），则企业全年电能,W,a,为：,W,a,=am,估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。,36,表,2-1,各种产品的单位耗电量,工作母机,T,1000,产品名称,单位,单位产品耗电量（,kW,h,）,电动机,kW,14,铸铁件,T,300,变压器,kVA,2.5,拖拉机,台,5000,8000,汽车,辆,1500,2500,轴承,套,1,4,并联电容器,kvar,3,电表,只,7,电动机,kW,14,量具、刃具,T,6300,8500,重型机床,T,1600,37,需要系数,需要系数考虑了以下的主要因素：,式中,K,同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；,K,L,负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；,wl,线路供电效率；,用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,二、计算负荷的确定方法,-,需要系数法,38,实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对,K,d,有影响。所以,K,d,只能靠测量统计确定,见附录表,35,。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。,39,1,单台用电设备的计算负荷,Q,301,=P,301,tan,（,2,）,无功计算负荷,：,（,1,）,有功计算负荷,：,考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷,P,301,为,计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。,式中：,P,e,换算到统一暂载率下,电动机的额定容量；,用电设备在额定负载,下的效率。,式中,用电设备功率因数角。,40,2.,用电设备组的计算负荷,（,1,）,有功计算负荷,：,K,d,用电设备组的需要系数,，见附录表,3,；,P,e,用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。,（,2,）,无功计算负荷,：,tan,值见附录表,3,。,（,3,）,视在计算负荷,：,（,4,）,计算电流,：,P,30,=,K,d,P,e,Q,30,=P,30,tan,计算目的：,用于选择各组配电干线及其上的开关设备,。,41,当,K,d,值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较小（,n3,台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的,K,d,值,(0.851),。,42,2,、多组用电设备组计算负荷的确定,P,30,=K,p,P,30,Q,30,=K,q,Q,30,K,同时系数,对于车间干线：,K,P,=0.850.95,K,Q,=0.900.97,对于低压母线,：,K,P,=0.900.95,K,Q,=0.930.97,43,44,例,2-1,一机修车间的,380V,线路上，接有金属切削机床电动机,20,台共,50kW,；,另接通风机,3,台共,5kW,；,电葫芦,4,个共,6kW,（,FC,N,=40%,）,试求计算负荷。,解：,冷加工电动机组：查附录表,3,可得,K,d,=0.160.2,（取,0.2,），,cos,=0.5,，,tan,=1.73,，,因此,P,30(1),=,K,d,P,e,=0.2,50=10(kW),Q,30(1),=P,30(1),tan,=,101.73=17.3(,kvar,),S,30(1),=P,30(1),/cos,=,10/0.5=20(kVA),通风机组：查附录表,3,可得,K,d,=0.70.8,（取,0.8,），,cos,=0.8,，,tan,=0.75,，,因此,P,30(2),=,K,d,P,e,=0.8,5=4(kW),Q,30(2),=P,30(2),tan,=,40.75=3(,kvar,),S,30(2),=P,30(2),/cos,=,4/0.8=5(kVA),45,电葫芦：由于是单台设备，可取,K,d,=1,，,查附录表,3,可得,cos,=0.5,，,tan,=1.73,，,因此,P,30(3),=,P,e,=,3.79=3.79(kW),Q,30(3),=P,30(3),tan,=,3.791.73=6.56(kvar),S,30(3),=P,30(3),/cos,=,3.79/0.5=7.58(kVA),取同时系数,为,0.9,，因此总计算负荷为,P,30(),P,30,=0.9,（,10+4+3.79,）,=16.01(kW),Q,30(),Q,30,=0.9,（,17.3+3+6.56,）,=24.17(kW),46,为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。,28.99,24.17,16.01,取,=0.9,26.86,17.79,24,负荷总计,7.58,6.56,3.79,1.73,0.5,1,3.79,（=25%）,1,电葫芦,3,5,3,4,0.75,0.8,0.8,5,3,通风机组,2,20,17.3,10,1.73,0.5,0.2,50,20,机床组,1,S,30,(,kVA,),Q,30,(,kVar,),P,30,(kW),计算负荷,tan,cos,K,d,设备容量,（,kW,）,台数,用电设备组名称,序号,返回目录,47,48,49,三、计算负荷的确定方法,-,二项式系数法,1.,用电设备组的计算负荷,（,1,）,有功计算负荷,-,基本公式,：,P,30,=,bP,e,+cP,x,式中，,b,P,e,为二项式的第一项，表示设备组的平均负荷，其中,P,e,是,用电设备组的设备总容量（同样不包括备用设备容量）,;,cP,x,为二项式的第二项，表示设备组中,x,台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中,P,x,是,x,台最大容量,的设备总容量,;,b,c,为二项式系数,见附录表。,50,（,2,）,无功计算负荷,：,tan,值见附录表。,（,3,）,视在计算负荷,：,（,4,）,计算电流,：,Q,30,=P,30,tan,注意事项,：按,二项式系数法确定计算负荷时，若设备总台数,n,少于附录表中规定的最大容量设备台数,x,的,2,倍（,n 2x,），,需修正,x,，,建议取,x=n/2,（,四舍五入取整）。,51,2,、多组用电设备组计算负荷的确定,tan,max,为最大的附加负荷,(,cP,x,),max,的,设备组的平均,功率因数角,的正切值,52,53,54,四、单相负荷计算,工厂里除了三相设备外，还有电焊机、电灯等单相设备。,如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的,15%,，则单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡来计算，如果单相设备总容量超过三相设备总容量的,15%,，则应将单相设备换算为等效的三相设备容量，再与三相设备容量相加。,单相用电设备仅接于相电压,等效三相负荷 取最大相负荷的三倍,P,eq,=3 P,m,基本原则：单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上。,55,2.4,供配电系统的,功率损耗与电能损耗,电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率和电能损耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。,一、供电线路的功率损耗,线路具有电阻和电抗，所以其功率损耗包括有功和无功两部分,。,在实际工作中，常根据计算负荷来求线路的功率损耗，即最大功率损耗，故三相线路的有功功率损耗,P,WL,和无功功率损耗,Q,WL,可分别按下式计算：,56,式中，,I,30,-,线路的计算电流（,A,）,；,R,WL,-,线路每相的电阻（,），,R,WL,=R0L,，,R,0,为线路单位长度的电阻（,/km,），,l-,线路的计算长度（,km,）。,式中，,I,30,-,线路的计算电流（,A,）；,X,WL,-,线路每相的电抗（,），,X,WL,=X,0,L,，,X,0,为线路单位长度的电抗（,/km,）,。,一般对架空线路，其值为,0.4,/km,左右，对电缆线路，其值为,0.08,/km,左右，,L,为线路的计算长度（,km,）。,57,二、变压器的功率损耗,变压器同样具有电阻和电抗，所以其功率损耗也包括有功功率损耗,P,T,和无功功率损耗,Q,T,两部分。,(1),有功功率损耗,变压器的有功功率损耗又由两部分组成：,铁损,P,Fe,铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。变压器空载时的损耗为空载损耗，由铁损和一次绕组中的有功损耗产生，因空载电流,I,0,很小，在一次绕组中产生的有功功率损耗也很小，可忽略不计，故空载损耗,P,0,可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。,变压器主磁通只与外加电压有关，当外加电压和频率恒定时，铁损与负荷无关，是定值。,58,铜损,P,Cu,铜损是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流（或功率）的平方成正比。变压器负载试验（旧称短路试验）时，一次侧施加的电压,U,k,很小，铁心中的主磁通很小，在铁芯中产生的有功功率损耗可略去不计，故变压器的负载损耗,P,k,可认为就是额定电流下的铜损,P,Cu,。,因此变压器的有功功率损耗为,式中,S,30,变压器低压侧的计算负荷，,kVA,；,S,NT,变压器额定容量，,kVA,；,P,0,变压器空载有功损耗，,kW,；,P,k,变压器有功短路损耗，,kW,。,59,变压器的无功功率损耗也由两部分组成：,(2),无功功率损耗,Q,0,，,是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的。和绕组电压有关，与负荷无关。其值与励磁电流（或近似与空载电流）成正比，即,式中，,I,0,%,为变压器空载电流占额定电流的百分值。,60,Q,N,，,是变压器负荷电流在一次、二次绕组电抗上所产生的无功功率损耗，其值也与电流的平方成正比。因变压器绕组的电抗远大于电阻，故可认为其在额定电流时的值与短路电压（即阻抗电压）成正比，即,式中，,U,k,%,为变压器的短路电压百分值。,因此，变压器的无功功率损耗为,：,61,以上各式中，,P,0,、,P,k,、,I,0,%,和,U,k,%,均可由变压器产品目录和附录表中查得。,在负荷计算中，变压器功率损耗也可按近似方法计算,经验公式：,62,式中,P,WL,按计算负荷求得的线路最大功率损耗；,年最大负荷损耗时间（小时数）。,三、供电系统的电能损耗,1,供电线路年电能损耗的计算,63,的含义是：,当线路或变压器中以最大计算电流,I,30,流过,小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗相等。,称为年最大负荷损耗时间,。可见，,是一个假想时间，他与年最大负荷利用小时,T,max,和负荷功率因数有一定关系。如图,2-5,所示即为不同功率因数下的,与,T,max,的关系。,64,图,2-5,-T,max,关系曲线,65,2.,变压器年电能损耗的计算,包括两部分：,变压器空载不变的功率损耗,(,铁损,),所引起的年电能损耗与接电时间,T,on,（,近似取,8760h,）,有关，即：,W,aT1,=P,0,T,on,随负荷而变化的有载功率损耗,(,铜损,),所引起的年电能损耗为：,66,变压器总的年电能损耗为,：,变压器负荷率,67,2.5,工厂的计算负荷和年电能消耗量,一、,工厂计算负荷的确定,确定用户的计算负荷是选择电源进线和一、二次设备的基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分，也是与电力部门签订用电协议的基本依据。,确定等效三相设备容量用户计算负荷的方法很多，可根据不同的情况和要求采用不同的方法。在制定计划、初步设计特别是方案估算时可用较粗略的方法，如估算法。在供电设计中进行设备选择时则应进行较详细的负荷计算，如逐级计算法。,(,一,),逐级计算法：,从用电设备开始，朝电源方向逐级计算，最后求出用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。,68,(1),、首先按负荷的性质划分用电设备组；,(2),、根据各组负荷的需要系数计算单组用电设备的计算负荷；,(3),、考虑分支线路的导线损耗，计算出线路始端计算负荷；,（往往分支线路的长度比较短，所以这一步可忽略）,(4),、考虑同时系数，计算多组用电设备的计算负荷；,(5),、考虑配电干线的导线损耗，计算出干线始端的计算负荷；,(6),、考虑同时系数，计算低压母线上的计算负荷；,(7),、考虑变压器的损耗，计算出变压器高压侧的计算负荷；,(8),、考虑变压器高压侧输电线路的损耗，计算出变配电系统总的计算负荷。,在各级负荷计算中，可用需要系数法或二项式法来计算，常用的是需要系数法。,计算步骤,：,69,70,1,单台用电设备的计算负荷,（,1,）,有功计算负荷,：,考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷,P,30,1,为：,式中：,P,e,换算到统一暂载率下,电动机的额定容量；,用电设备在额定负载,下的效率。,（,2,）,无功计算负荷,：,Q,301,=P,301,tan,式中,用电设备功率因数角。,计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。,71,P,30.2,=,K,d,P,e,Q,30.2,=P,30.2,tan,计算目的：,用于选择各组配电干线及其上的开关设备,。,2.,用电设备组的计算负荷,72,3,、,确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷,K,同时系数,对于车间干线：,K,P,=0.850.95,K,Q,=0.900.97,对于低压母线,：,K,P,=0.900.95,K,Q,=0.930.97,P,30,3,P,P,30,2,Q,303,Q,Q,302,计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。,73,P,30,、,Q,30,、,S,30,车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷,；,P,T,、,Q,T,变压器的有功损耗与无功损耗（,kW,、,kvar,）。,计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备,在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按下列经验公式估算：,4.,确定车间变电所变压器高压侧的计算负荷,P,304,P,303,+P,T,Q,304,Q,303,+Q,T,P,T,0.015S,303,（,kW,）,Q,T,0.06S,303,（,kvar,）,74,5.,确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷,P,305,P,304,Q,305,Q,304,计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。,75,6.,确定总降压变电所出线上的计算负荷,P,30,6,=P,30,5,+P,WL,P,30,5,Q,30,6,=Q,30,5,+Q,WL,Q,30,5,S,30,6,S,30,5,P,WL,、,Q,WL,高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，故可忽略不计。,计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。,76,7.,确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷,P,307,P,30,Q,307,Q,30,注意：如果在总降压变电所,10kV,二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率,Q,307,时，应减去补偿设备的容量,Q,c7,，,即,Q,307,Q,30,-Q,c7,计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。,77,8,确定全厂总计算负荷,P,308,P,307,+P,T,Q,308,Q,307,+Q,T,计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。,78,二、企业年电能需要量（消耗量）,企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的电能，它是企业供电设计的重要指标之一。,可用工厂的年产量和单位产品耗电量进行估算。也可据工厂有功和无功计算负荷计算：,W,p.a,=P,30,T,a,W,q.a,=Q,30,T,a,-,年平均有功负荷系数，取,0.7,0.75,；,-,年平均无功负荷系数，取,0.76,0.82,；,T,a,-,年实际工作小时数，一班制取,2300h,两班制取,4600h,三班制取,6900h,返回目录,79,-,年平均有功负荷系数，取,0.7,0.75,；,-,年平均无功负荷系数，取,0.76,0.82,；,T,a,-,年实际工作小时数，一班制取,2300h,两班制取,4600h,三班制取,6900h,返回目录,二、企业年电能需要量（消耗量）,企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的电能，它是企业供电设计的重要指标之一。,可用工厂的年产量和单位产品耗电量进行估算。也可据工厂有功和无功计算负荷计算：,W,p.a,=P,30,T,a,W,q.a,=Q,30,T,a,80,2.6,建筑用电负荷的计算方法,对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。,一、计算方法,规范中规定：,方案设计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。,81,二、负荷统计,按使用功能，由使用单位提供。,其他工种提供,按规范进行计算,电气设计人员自行搜集,民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。,例 商业性高层建筑的用电负荷大致分布：,空调设备,4050%,，,电气照明,3035%,，,动力用电,2025%,。,对建筑物所采用的单位指标为每,m,2,建筑面积容量,(V A,m,2,),82,83,84,85,86,87,88,89,90,三、住宅负荷的计算,每套住宅用电负荷，不再按灯具、插座等容量逐一计算，而是按套型类别进行确定，根据我国住宅发展，每套住宅供电容量标准，一般可在,4,一,12,kw,范围选取。,高级公寓的每户建筑面积在,l00200m,2,时用电标准可为,10,一,15,kw,。,91,返回目录,92,2.7,功率因数和无功功率补偿,用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机以及交流接触器等，他们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场。除白炽灯、电阻电热器等设备负荷的功率因数接近于,1,外，其他如电动机、变压器、电抗器等功率因数均小于,1,。,功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。,功率因数,cos,是反映在有功功率一定的条件下，取用无功功率的多少。取用的无功功率越多，则功率因数越低。,93,一、功率因数的计算,功率因数是随着负荷和电源电压的变动而变动的，因此该值的计算也就有多种方法。,（,1,）瞬时功率因数,瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：,式中：,P,功率表测出的三相功率读数（,kW,）；,U,电压表测出的线电压读数（,kV,）；,I,电流表测出的相电流读数（,A,）。,瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。,94,（,2,）平均功率因数,平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：,式中：,W,p,-,某一段时间内消耗的有功电能（,kWh,）；,由有功电度表读出。,W,q,-,某一段时间内消耗的无功电能（,kvar,h,）；,由无功电度表读出。,供电部门根据月平均功率因数调整用户的电费电价，即实行高奖低罚的奖惩制度。,上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。,95,对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法：,式中：,P,30,-,全企业的有功功率计算负荷,，,kW,；,Q,30,-,全企业的无功功率计算负荷，,kvar,；,-,有功负荷系数，一般,为,0.70.75,；,-,无功负荷系数，一般为,0.760.82,。,96,（,3,）最大负荷时的功率因数,最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分别写出：,式中：,P,30,全企业的有功功率计算负荷，,kW,；,Q,30,全企业的无功功率计算负荷，,kvar,；,S,30,全企业的视在计算负荷，,kVA,。,97,综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标,。,二、功率因数对供电系统的影响,（,1,）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。,（,2,）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。,（,3,）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。,（,4,）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用,。,98,正是由于功率因数在供配电系统中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到一定的值，不能太低，太低就必须进行补偿。,国家标准,GB/T3485-1998,评价企业合理用电技术导则,中规定：,“,在企业最大负荷时的功率因数应不低于,0.9,，凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备,”,。,供电部门规定，凡功率因数低于规定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖励，即采用,“,高惩低罚,”,的原则。,99,三、功率因数的改善,（一）提高自然功率因数,自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，就是不添置任何补偿设备，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。,最理想最经济改善功率因数的方法。,100,电力变压器不宜轻载运行；,合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；,使用无电压运行的电磁开关（交流接触器）。,正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；,更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；,提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有：,101,并联电容器补偿,同步电动机补偿,动态无功功率补偿,人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：,（二）人工补偿无功功率,当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到,供用电规则,所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。,102,a.,当电网频率稳定时，他的转速稳定；,b.,转矩仅和电压的一次方成正比，电压波动时，转矩波动比异步电动机小；,c.,便于制造低速电动机，可直接和生产机械连接，减少损耗；,d.,铁芯损耗小，同步电动机效率比异步电动机效率高。,同步电动机补偿,在满足生产工艺的要求下，选用同步电动机，通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数。过去，由于同步电机的励磁机是同轴的直流电机，其价格高，维修麻烦，所以同步电动机应用不广。现在随着半导体变流技术的发展，励磁装置已比较成熟，因此采用同步电动机补偿是一种比较经济实用的方法。,同步电动机与异步电动机相比有不少优点：,返回,103,动态无功功率补偿,在现代工业生产中，有一些容量很大的冲击性负荷（如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等），他们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢无法满足要求。因此必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机等。,目前已投入到