负荷计算及无功补偿1分解讲课稿.ppt

负荷计算及无功补偿1分解2.1 负荷计算的意义和目的负荷计算的意义和目的F确定计算负荷计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的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导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的数的依据依据依据依据。根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及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。电器的最高温升不会超过允许值。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是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。实现供电系统安全、经济运行的必要手段。2 21 负荷曲线负荷曲线（load curve）指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。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（一般以小时为单功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。位）。4 42年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1 1）年最大负荷年最大负荷年最大负荷年最大负荷P Pmax 年最大负荷年最大负荷P Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗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半小时最大负荷P P30。（2 2）年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数T Tmaxmax 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间T Tmaxmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷最大负荷P Pmax(或或P P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于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。该电力负荷全年实际消耗的电能。5 5 下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷P Pmax就是年最大负荷，就是年最大负荷，T Tmaxmax为年最大负荷利用小时数。为年最大负荷利用小时数。6 63.平均负荷平均负荷Pav 平均负荷平均负荷P Pavav，就是电力负荷在一定时间，就是电力负荷在一定时间t t内平均消耗内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能WW除以除以时间时间t t的值，即的值，即P Pavav=W/t=W/t 年平均负荷为年平均负荷为P Pavav=W=Wa a/8760/8760 7 74 计算负荷计算负荷（calculated load）通常将以通常将以半小时平均负荷半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线为依据所绘制的负荷曲线上的上的“最大负荷最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用件选择电气设备的依据，用P Pcaca(Q(Qcaca、S Scaca、I Icaca)或或P P3030(Q(Q3030、S S3030、I I3030)表示。表示。8 8n n规定取规定取“半小时平均负荷半小时平均负荷”的原因的原因：一般中小截面导体的发热时间常数一般中小截面导体的发热时间常数为为10min10min以上，以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为约为 3 3=310=3103030（minmin），如果导线负载为短暂尖峰），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，只有持续负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在时间在30min30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。高温升。9 92.2 用电设备额定容量的确定2.2.1 用电设备的工作方式用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种：用电设备按其工作方式可分为三种：（1 1）连续运行工作制连续运行工作制（长期工作制）（长期工作制）（2 2）短时运行工作制短时运行工作制（短暂工作制）（短暂工作制）（3 3）断续运行工作制断续运行工作制（重复短暂工作制）（重复短暂工作制）n n连续运行工作制（长期工作制）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、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、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、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。照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。1111n n短时运行工作制（短暂工作制）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）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。及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。1212n n断续运行工作制（重复短暂工作制）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，其工作时间用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t t）与停歇时间（）与停歇时间（t t0 0）相互交替。工作时间内设备温）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，通常用暂载率周期工作制的设备，通常用暂载率 表征其工作特征，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，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为即为 ，即：，即：式中式中 t t，t t0 0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期期T T。13133.2.2 用电设备额定容量的计算用电设备额定容量的计算在每台用电设备的铭牌上都有在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率额定功率”P PN N，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地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，必须先将其将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算换算为同一工作制下的额定功率为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的算至统一规定的工作制下的“额定功率额定功率”称为称为“设备设备额定容量额定容量”，用，用P Pe e表示。表示。1414（1 1）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量 P Pe e=P=PN N（2 2）重复短暂工作制的设备容量）重复短暂工作制的设备容量）重复短暂工作制的设备容量）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）的设备容量统一换算到=25%=25%时的额定功率（时的额定功率（kWkW），），若其若其 N N不等于不等于25%25%时应进行换算，公式为时应进行换算，公式为:电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到 100%100%时的额定功率（时的额定功率（kWkW）。若其铭牌暂载率）。若其铭牌暂载率 N N不等于不等于100%100%时，应进行换算，公式为时，应进行换算，公式为:1515（3 3）电炉变压器的设备容量）电炉变压器的设备容量）电炉变压器的设备容量）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（定功率（kWkW），即：），即：P Pe e=P=PN N=S=SN Ncoscos 1616（4 4）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量）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白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（率（kWkW）；）；荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的的20%20%），其设备容量应为灯管额定功率的），其设备容量应为灯管额定功率的1.21.2倍倍（kWkW）；）；高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的灯泡功率的10%10%），其设备容量应为灯泡额定功率的），其设备容量应为灯泡额定功率的1.11.1倍（倍（kWkW）；）；金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的率损失（约为灯泡功率的10%10%），故其设备容量应为），故其设备容量应为灯泡额定功率的灯泡额定功率的1.11.1倍（倍（kWkW）。）。1717（5 5）不对称单相负荷的设备容量）不对称单相负荷的设备容量）不对称单相负荷的设备容量）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过三相用电设备总容量的15%15%时，可按三相对称分配时，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总容量的15%15%时，则设备容量时，则设备容量Pe Pe 应按三倍最大相负荷应按三倍最大相负荷的原则进行换算。的原则进行换算。1818n n设备接于相电压或线电压时，设备容量设备接于相电压或线电压时，设备容量PePe的计算如下：的计算如下：单相设备接于相电压时单相设备接于相电压时P Pe e3P3Pemem 式中式中 P Pe e等效三相设备容量；等效三相设备容量；P Pemem 最大负荷所接的单相设备容量。最大负荷所接的单相设备容量。单相设备接于线电压时单相设备接于线电压时式中式中 P Pelel接于同一线电压的单相设备容量。接于同一线电压的单相设备容量。返回目录19192.3 负荷计算的方法n n负荷计算的方法有负荷计算的方法有：需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法法、附加系数法.需要系数法需要系数法比较简便因而广泛使用。比较简便因而广泛使用。n n需要系数需要系数需要系数需要系数需要系数考虑了以下的主要因素：需要系数考虑了以下的主要因素：式中式中 K K 同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的同时使用系数，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；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 KL L负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表负荷系数，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；示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；wlwl线路供电效率；线路供电效率；用电设备组在实际运行功率时的平均效率。用电设备组在实际运行功率时的平均效率。2121实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定实际上，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，生产性质的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对作水平等因素，都对K Kd d有影响。所以有影响。所以K Kd d只能靠测量统只能靠测量统计确定计确定,见附录表。上述各种因素可供设计人员在变见附录表。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。动的系数范围内选用时参考。22222.3.1 需要系数法需要系数法 由负荷端逐级向电源端进行计算由负荷端逐级向电源端进行计算23231单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷（1 1）有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷：考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷算负荷P Pca1ca1为为式中式中 P Pe e换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；用电设备在额定负载下的的效率。用电设备在额定负载下的的效率。（2 2）无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷：Q Qca1ca1=P=Pca1ca1tantan 式中式中 用电设备功率因数角。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。计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。24242.用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷（1 1）有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷：Pca2=KdPe K Kd d用电设备组的需要系数用电设备组的需要系数，见附录表；，见附录表；P Pe 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。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 2）无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷：Qca2=Pca2tanwm tantan wm值见附录表。值见附录表。（3 3）视在计算负荷视在计算负荷视在计算负荷视在计算负荷：计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。2525n n当当K Kd d值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台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。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（当一条线路内的用电设备的台数较小（n3n3台）时，台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的者采用较大的K Kd d值值(0.851)(0.851)。26263确定车间配电干线或车间变电所低压母线上确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷的计算负荷（1 1）总有功计算负荷总有功计算负荷总有功计算负荷总有功计算负荷：P Pca3ca3 PPca2ca2（2 2）总无功计算负荷总无功计算负荷总无功计算负荷总无功计算负荷：Q Qca3ca3 QQca2ca2（3 3）总视在计算负荷总视在计算负荷总视在计算负荷总视在计算负荷：P Pca3ca3、Q Qca3ca3、S Sca3ca3车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；PPca2ca2、QQca2ca2各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和 最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引入的系数。现而引入的系数。的范围值见附录表的范围值见附录表6 6。注意：注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Q Qc3,c3,则当计算则当计算Q Qca3ca3时，要减去无功补偿容量时，要减去无功补偿容量，即，即Q Qca3ca3 QQca2ca2Q Qc3c3 计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或计算目的：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。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。27274.确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷P Pca4ca4P Pca3ca3+P+PT TQ Qca4ca4Q Qca3ca3+Q+QT T Pca、Qca、Sca车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷（kW、kvar及kVA）；PT、QT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上的开关设备 2828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：对SJL1等型电力变压器：PT0.02Sca3 （kW）QT0.08Sca3 （kvar）对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：PT0.015Sca3 （kW）QT0.06Sca3 （kvar）式中 Sca3变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。29295.确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷P Pca5ca5PPca4ca4+P+P4m4mQ Qca5ca5QQca4ca4+Q+Q4m4m P P4m4m、Q Q4m4m车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。30306.确定总降压变电所出线上的计算负荷确定总降压变电所出线上的计算负荷P Pca6ca6=P=Pca5 ca5+PPL LPPca5ca5Q Qca6 ca6=Q=Qca5 ca5+QQL L QQca5ca5S Sca6ca6SSca5ca5PPL L、QQL L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，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。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计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。开关设备。31317.确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷P Pca7ca7 PPcacaQ Qca7ca7 QQcaca 注意注意：如果在总降压变电所：如果在总降压变电所10kV10kV二次母线侧采用高压电容器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进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Q Qca7ca7时，应减去补偿设时，应减去补偿设备的容量备的容量Q Qc7c7 ，即，即Q Qca7ca7 QQcaca-Q Qc7c7计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及计算目的：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。选择总降压变电所主变压器容量。32328确定全厂总计算负荷确定全厂总计算负荷P Pca8ca8P Pca7ca7+P+PT TQ Qca8ca8Q Qca7ca7+Q+QT T 计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电计算目的：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。电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。3333例例3.3.1 3.3.1 一机修车间的一机修车间的380V380V线路上，接有金属切削机床电动机线路上，接有金属切削机床电动机2020台共台共50kW50kW；另接通风机；另接通风机3 3台共台共5kW5kW；电葫芦；电葫芦4 4个共个共6kW6kW（FCFCN N =40%=40%）试求计算负荷。）试求计算负荷。解：解：冷冷 加加 工工 电电 动动 机机 组组：查查 附附 录录 表表 3 3可可 得得 K Kd d=0.160.2=0.160.2（取取 0.20.2），coscos=0.5=0.5，tantan=1.73=1.73，因此，因此P Pca(1)ca(1)=K=Kd dPPe e=0.2=0.250=10(kW)50=10(kW)Q Qca(1)ca(1)=P=P ca(1)ca(1)tantan wmwm=101.73=17.3(kvar)101.73=17.3(kvar)S Sca(1)ca(1)=P=P ca(1)ca(1)/cos/cos wmwm=10/0.5=20(kVA)10/0.5=20(kVA)通通风风机机组组：查查附附录录表表3 3可可得得K Kd d=0.70.8=0.70.8（取取0.80.8），coscos=0.8=0.8，tantan=0.75=0.75，因此，因此P Pca(2)ca(2)=K=Kd dPPe e=0.8=0.85=4(kW)5=4(kW)Q Qca(2)ca(2)=P=P ca(2)ca(2)tantan wmwm=40.75=3(kvar)40.75=3(kvar)S Sca(2)ca(2)=P=P ca(2)ca(2)/cos/cos wmwm=4/0.8=5(kVA)4/0.8=5(kVA)3434电电葫葫芦芦：由由于于是是单单台台设设备备，可可取取K Kd d=1=1，查查附附录录表表3 3可可得得coscos=0.5=0.5，tantan=1.73=1.73，因此，因此P Pca(3)ca(3)=P=Pe e=3.79=3.79(kW)3.79=3.79(kW)Q Qca(3)ca(3)=P=Pca(3)ca(3)tantan wmwm=3.791.73=6.56(kvar)3.791.73=6.56(kvar)S Sca(3)ca(3)=P=Pca(3)ca(3)/cos/cos wmwm=3.79/0.5=7.58(kVA)3.79/0.5=7.58(kVA)取同时系数取同时系数 为为0.90.9，因此总计算负荷为，因此总计算负荷为Pca()Pca=0.9（10+4+3.79）=16.01(kW)Qca()Qca=0.9（17.3+3+6.56）=24.17(kW)3535为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中为了使人一目了然，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。常采用计算表格形式，如下表所示。28.9924.1716.01取=0.926.8617.7924负荷总计7.586.563.791.730.513.79（=25%）1电葫芦35340.750.80.853通风机组22017.3101.730.50.25020机床组1Sca(kVA)Qca(kVar)Pca(kW)计算负荷tancosKd设备容量（kW）台数用电设备组名称序号返回目录36362.2.3.1 利用系数法确定计算负荷利用系数法确定计算负荷 用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，然后算出结果。系数，然后算出结果。一、用电设备组在最大负荷班内的平均负荷：一、用电设备组在最大负荷班内的平均负荷：有功功率有功功率无功功率无功功率式中：式中：Pe为用电设备组的设备功率；为用电设备组的设备功率；Kx为用电设备组在最大负荷班内的利用系数；为用电设备组在最大负荷班内的利用系数；为用电设备组的功率因数角对应的正切值；为用电设备组的功率因数角对应的正切值；3737此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢