第6讲第二章负荷计算建筑供配电与照明王晓丽主编建筑工业出版社讲述素材.ppt

回顾：按二项式法确定计算负荷（重点）回顾：按二项式法确定计算负荷（重点）需要系数法进行负荷计算比较简便，应用广泛，但是对于企业中用电设备数量少，容量相差悬殊的配电线路进行负荷计算，应用需要系数法计算出的结果往往偏小，与实际相差较大，因此，在这种情况下，采用二项式法进行负荷计算比较接近实际，其指导思想是考虑大容量负荷的影响，因此计算负荷由平均最大负荷和几台大容量用电设备的附加负荷组成。其方法如下：回顾：一、相同工作制的单组用电设备的计回顾：一、相同工作制的单组用电设备的计算负荷（结合例题）算负荷（结合例题）式中：PC、QC、SC、IC 该用电设备组的计算负荷（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；Pe 该用电设备组的设备容量总和（kW）；Px 该用电设备组中x台容量最大用电设备的设备容量之和（kW）；X 该用电设备组取用大容量用电设备的台数；b、c 二项式系数，（参见表2-10），由长期实践统计得出的；UN 额定电压（kV）；bPe 该用电设备组的平均负荷；cPx X台容量最大用电设备的附加负荷（考虑容量最大用电负荷使计算负荷大于平均负荷的影响）。当用电设备的台数n等于最大容量用电设备的台数X，且n=X3时，一般将用电设备的设备容量总和作为最大计算负荷。已知某机修车间的金属切削机床组（小批量冷加工机床），拥有电压为380V的三相电动机7.5kW 3台，4kW 8台，3kW 17台，1.5kW 10台。试求其计算负荷。回顾：二、不同回顾：二、不同工作制工作制的多组用电设备计算负荷的多组用电设备计算负荷（结合例题）（结合例题）式中：PC、QC、SC、IC 多组用电设备组的计算负荷总和（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；bPe 各用电设备组平均负荷bPe的总和；（cPx）m 各用电设备组附加负荷cPx中最大值；tanx 与（cPx）m相对应的功率因数角的正切值；tan 与各用电设备组对应的功率因数角的正切值；如果每组中的用电设备数量小于最大容量用电设备的台数X，则采用小于X的两组或更多组中最大的用电设备附加负荷的总和，作为总的附加负荷。注意，用二项式法进行负荷计算注意，用二项式法进行负荷计算时，把所有用电设备统一划组，时，把所有用电设备统一划组，按照不同工作制分组，不应逐级按照不同工作制分组，不应逐级计算。计算。某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机有7.5kW1台，4kW3台，2.2 kW7台)，通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。了解：计算负荷的常用估算方法了解：计算负荷的常用估算方法 一、单位指标法一、单位指标法单位指标法计算有功功率PC的公式为：式中：单位用电指标，如W/户、W/人、W/床；N 单位数量，如户数、人数、床位数。二、负荷密度法二、负荷密度法 当已知车间生产面积或某建筑物面积负荷密度时，则可估算其计算负荷：PC=A 式中：负荷密度（kW/m2）；A 某生产车间或某建筑面积（m2）。某办公楼建筑面积2万平米，负荷密度为60W/m2，估算计算负荷。Pc=A=60*20000=1200kW回顾：单相负荷的负荷计算回顾：单相负荷的负荷计算 当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算，当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加，等效三相负荷计算方法如下：第一种情况：单相用电设备接于相电压第一种情况：单相用电设备接于相电压等效三相负荷取最大一相负荷的三倍，即 Peq=3 Pm 式中：Peq 等效三相负荷容量Pm 最大负荷相的设备容量（kW）例题：例题：如图所示如图所示220/380V220/380V三相四线制线路上，接有三相四线制线路上，接有220V220V单相电热干燥箱单相电热干燥箱4 4台，其中台，其中2 2台台10kW10kW接于接于A A相，相，1 1台台30kW30kW接于接于B B相，相，1 1台台20kW20kW接于接于C C相。相。第二种情况、单相用电设备仅接于线电压第二种情况、单相用电设备仅接于线电压1 1当只有单台设备或设备只接在一个线电压上时，等效三相负荷为：当只有单台设备或设备只接在一个线电压上时，等效三相负荷为：式中：Pe 线间负荷容量（kW）2 2当有多台设备时，等效三相负荷当当有多台设备时，等效三相负荷当P PababPPbcbcPPcaca，则，则：式中：Pab、Pbc、Pca 分别接于ab、bc、ca线间负荷容量（kW）图所示220/380V三相四线制线路上，此外接有380V单相对焊机2台共28kW（JCN=100）接于AB相间第三种情况：既有线间负荷，又有相间负荷时，应将线间负荷换算成相负荷，然后各相负荷分别相加，取最大相负荷的3倍做为等效三相负荷。（两步走）（两步走）换算方法如下：第一步：第一步：1 1各相负荷换算各相负荷换算第二章第二章 负荷计算负荷计算2、等效三相负荷、等效三相负荷式中：Pab、Pbc、Pca 分别接于ab、bc、ca线间负荷（kW）；Pa、Pb、Pc、Qa、Qb、Qc 换算为a、b、c相的有功负荷（kW）和无功负荷（kvar）；p（ab）a、p（ab）b、p（bc）b、p（bc）c、p（ca）c、p（ca）a 及q（ab）a、q（ab）b、q（bc）b、q（bc）c、q（ca）c、q（ca）a 功率换算系数；Pm 最大相负荷（kW）；Peq 等效三相负荷（kW）。如图所示220/380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。，1台20kW（JCN=100）接于BC间，1台30kW（JCN=60）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。图2-7 例2-5的电路 解：解：(1)电热干燥箱的各相计算负荷 查附录表得 因此只需计算其有功计算负荷：(2)对焊机的各相计算负荷 先将接于CA相间的30kW（=60%）换算至=100%的容量，即 查附录表得 再由表查得 时的功率换算系数 因此各相的有功和无功设备容量为 A相 B相 C相各相的有功和无功计算负荷为 A相 B相C相(3)各相总的有功和无功计算负荷A相B相C相(4)总的等效三相计算负荷 因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得回顾：尖峰电流的计算回顾：尖峰电流的计算用电设备持续12s的短时最大负荷电流，称尖峰电流。确定尖峰电流的目的是为了计算线路的电压波动、选择断路器、熔断器和保护装置电流整定值，以及检验电动机能否自起动的依据。一、单台设备的尖峰电流一、单台设备的尖峰电流单台设备的尖峰电流主要是由感性负载在起动瞬间产生的电流。即 Ipk=KIN 式中：Ipk 单台设备的尖峰电流（A）；IN 用电设备的额定电流；K 用电设备的起动电流倍数。一般鼠笼式电动机为57，绕线型电动机为23，直流电动机为1.52，电焊变压器为34（详细值可查产品样本）第二章第二章 负荷计算负荷计算二、多台用电设备的尖峰电流二、多台用电设备的尖峰电流一般只考虑起动电流最大的一台电动机的起动电流，因此多台用电设备的尖峰电流为：Ipk=（KIN）m+Ic（n-1）式中：（KIn）m 起动电流最大的一台电动机起动电流（A）；Ic（n-1）除起动电流最大的那台电动机之外，其它用电设备的计算电流。三、电动机组同时起动的尖峰电流三、电动机组同时起动的尖峰电流式中：式中：n n 同时起动的电动机台数；同时起动的电动机台数；K Ki i、I Inini 对应于第对应于第i i台电动机的起动倍数和额定电流。台电动机的起动倍数和额定电流。第二章第二章 负荷计算负荷计算第八节第八节 节约电能节约电能一、节约电能1节约电能的意义1）节约电能可降低能源的消耗，缓解电力供需的矛盾，减少环境污染。2）节约电能可减少企业的成本。3）节约电能可促进新技术、新工艺、新设备的开发与利用。大大提高生产力水平。2节约电能的方法1）建立科学用电管理制度与措施。2）实行计划供电，合理分配负荷，削峰填谷，提高电网供电能力、降低线损。3）采用新技术、新工艺、新设备，改造旧设备，提高用电设备效率，减少电源损失，减 少线路损耗。4）提高自然功率因数和进行无功补偿，使电网功率因数提高，从而减少损耗。二、功率损耗二、功率损耗1.变压器功率损耗的计算 变压器的功率损耗，包括 有功功率损耗 和无功功率损耗 。有功损耗又分为空载损耗和负载损耗两部分。空载损耗又称铁损，它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功功率损耗；负载损耗又称铜损，它是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功功率损耗。同样无功功率损耗也由两部分组成，一部分是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的无功功率损耗，另一部分是由变压器负载电流在一、二次绕组电抗上产生的无功功率损耗。第二章第二章 负荷计算负荷计算 、是通过短路试验测得，、是由空载试验测得，由制造厂提供，或由下式计算。式中：PT、QT变压器的有功功率损耗（kW）、无功功率损耗（kvar）；P0、Q0变压器的空载有功功率损耗（kW）、空载无功功率损耗（kvar）；PK、QK变压器负载有功功率（kW）、负载无功功率（kvar），即变压器的短路有功功率损耗和无功功率损耗。SC 变压器低压侧计算视在功率（KVA）；SNT 变压器的额定容量（KVA）。变压器的功率损耗也可用下式概略计算。第二章第二章 负荷计算负荷计算2供电线路功率损耗的计算 供电线路的有功功率损耗、无功功率损耗可按下式计算：式中:PL、QL线路的有功功率损耗（kW），无功功率损耗（kvar）；R、X 每相线路电阻、电抗。R、X可按下式计算：式中：ro、xo线路单位长度的交流电阻和电抗；（/km）；l 线路计算长度（km）。三、无功补偿（重点）三、无功补偿（重点）1无功补偿的意义 在企业和民用建筑中的用电设备大多数是具有电感特性的。如：电力变压器、感应电动机、电焊机、日光灯等，这些设备在工作中向电网吸收大量无功功率，而这部分功率又不是实际做功的功率，因此电网向负载提供有功功率的同时，又要提供无功功率，由公式 可知，无功功率Q的增加，可使视在功率S增加，因此，无功功率增加可导致：（1）供电系统的设备容量和投资增加，如S愈大，变压器容量愈大；（2）当电源电压一定时，由公式 可知，S增加，势必导致线路的电流I增加，使输电线路导线截面增加；（3）线路电流的增加，使得线路的电压损失Ir增加，线路及设备的有功损耗I2r增加。第二章第二章 负荷计算负荷计算2无功补偿的方法由于上述原因，无功功率的增加，不仅能源浪费，又使设备投资增加，为了减少向电网索取的无功功率，由公式 可知，提高功率因数cos，即可减少系统容量S。提高功率因数的方法主要分两方面：采用提高自然功率因数的方法采用人工补偿的方法，提高功率因数。这种方法不需要增加设备，如合理选择感应电动机和变压器容量采用人工补偿的方法，需要增加新设备，这种方法通常有（1）采用静电电容器；（2）采用同步调相机。第二章第二章 负荷计算负荷计算3补偿容量的计算方法采用静电电容器进行无功补偿的计算方法如下：式中：Qcc 补偿容量（kVar）；Pc 有功计算负荷（kW）；tan1 补偿前计算负荷对应的功率因数的正切值；tan2 补偿后计算负荷对应的功率因数的正切值；c 补偿率（kVar/kW）。某建筑变电所低压侧有功计算负荷为980kW，功率因数为0.78，要使得功率因数提高到0.9，需并联多大容量的电容器？解：见课本29页（实践中是不行的）某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800 kvar。为了使工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？解：解：(1)补偿前应选变压器的容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷为主变压器容量的选择条件为SNT S30(2)，因此在未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250kVA（变压器容量分级），这时变电所低压侧的功率因数为 某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800 kvar。为了使工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？(2)无功补偿容量 按规定变电所高压侧的 ，低压侧补偿后的功率因数 要使低压侧功率因数由0.63提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为 取(3)补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为因此补偿后变压器容量可改选为800kVA，比补偿前容量减少450kVA。变压器的功率损耗为变电所高压侧的计算负荷为 补偿后工厂的功率因数为第二章第二章 负荷计算负荷计算第九节第九节 变压器的选择变压器的选择（重点）（重点）一、一般原则一、一般原则135 kV主变压器的台数和容量应根据210（6）kV配电变压器台数和容量应根据地区供电条件负荷性质用电容量运行方式负荷情况建筑物性质（民用建筑变电所）环境条件确定工厂供电系统没有特殊要求的和民用建筑独立变电所，采用三相油浸自冷电力变压器；对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器；对电网电压波动较大，为改善电压质量采用有载调压电力变压器；对于工作环境恶劣，要求有防尘、防火、防爆要求的，应采用密闭式、防火、防爆电力变压器；近年来，箱式变压器在城市中的小区和车间也不断采用，与高、低压配电柜并列安装组成箱变。第二章第二章 负荷计算负荷计算第二章第二章 负荷计算负荷计算二、变压器台数要依据以下原则选择二、变压器台数要依据以下原则选择1为满足负荷对供电可靠性的要求，对具有大量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。2负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。3对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，为了方便、灵活地投切变压器，也宜采用两台变压器。除以上情况外，可采用一台变压器。.根据负荷等级确定.根据负荷容量确定.根据运行的经济性确定第二章第二章 负荷计算负荷计算当符合下列条件之一时，可设专用变压器：1.电力和照明采用共用变压器将严重影响照明质量及光源寿命时，可设照明专用变压器；2.季节性负荷容量较大或冲击性负荷严重影响电能质量时，设专用变压器；3.单相负荷容量较大，由于不平衡负荷引起中性导体电流超过变压器低压绕组额定电流的25时，或只有单相负荷其容量不是很大时，可设置单相变压器；4.出于功能需要的某些特殊设备，可设专用变压器；5.在电源系统不接地或经高阻抗接地，电气装置外露可导电部分就地接地的低压系统中(IT系统)，照明系统应设专用变压器。第二章第二章 负荷计算负荷计算三、变压器容量的确定三、变压器容量的确定1在民用建筑中，低压为0.4kV单台变压器容量不宜大于1250kVA。因为容量太大，供电范围和半径太大，电能损耗大。对于户外预装式变电所，单台变压器容量不宜大于800kVA。单台变压器容量确定：式中：SNC 单台变压器容量（kVA）；ST 计算负荷的视在功率（kVA）；变压器的最佳负荷率（一般取70%80%为宜）从长期经济运行角度考虑，配电变压器的长期工作负荷率不宜大于85%。2如果是具有两台及以上变压器的变电所，要求其中任一台变压器断开时，其余主变压器的容量应满足一、二级负荷用电。在同一变电所内，变压器的容量等级不宜过多。第二章第二章 负荷计算负荷计算3变压器允许过负荷倍数和时间变压器允许事故过负荷倍数和时间，应按制造厂的规定执行，如制造厂无规定时，对油浸及干式变压器可参照下表规定执行。油浸变压器允许事故过负荷倍数和时间干式变压器允许事故过负荷倍数和时间第二章第二章 负荷计算负荷计算四、变压器连接组别的选择：四、变压器连接组别的选择：1.变压器绕组连接方式类别及连接方式类别及连接方式高高、中、中 压压低压低压单相单相I Ii i三相星型三相星型Y Yy y三相三角形三相三角形D Dd d有中性线时有中性线时YNYN、ZNZNynyn、znzn 变压器绕组连接方式变压器绕组连接方式 不同绕组间电压相位差，即相位移为30的倍数，故有0、1、2，11共12个组别。通常绕组的绕向相同，端子和相别标志一致，联结组别仅为0和11两种，中、低压绕组连接组标号有Y、Yn0（或Y、Yn12）与D、Yn12。第二章第二章 负荷计算负荷计算2 变压器连接组别的选择（1）D,yn11连接组别具有以下三种情况之一者应选用D,yn11联结方式：三相不平衡负荷超过变压器每相额定功率以上；需要提高单相短路电流值，确保低压单相接地保护装置动作灵敏度；需要限制三次谐波含量。在民用建筑供电系统中，因单相负荷较多，而且存在较多的谐波源，所以配电变压器宜选用D,yn11接线组别的变压器。（）Y,yn0连接组别当三相负荷基本平衡，或不平衡负荷不超过变压器每相额定功率；且供电系统中谐波干扰不严重时选择Y,yn0连接方式。第二章第二章 负荷计算负荷计算五、变压器并列运行的条件五、变压器并列运行的条件变压器并列运行时，应使各台变压器二次侧不出现环流，并使各变压器承担的负载按变压器的额定容量成正比分配，因此，要满足这两点，变压器必须符合下列条件：1.1.变比应相等，最大误差不超过变比应相等，最大误差不超过0.0.。2.2.连接组标号必须一致。连接组标号必须一致。3.3.短路电压应相等，最大误差不超过短路电压应相等，最大误差不超过1 1。4.4.变压器容量比不应超过变压器容量比不应超过1/31/3。5.5.连接相序必须相同。连接相序必须相同。第二章第二章 负荷计算负荷计算第十节第十节 负荷计算示例负荷计算示例一、工业建筑负荷计算示例一、工业建筑负荷计算示例 现以某工厂机修车间为例，按需要系数法确定车间的计算负荷，并进行无功补偿。设备种类、参数及计算结果参见书中列表2-20，其中行车的暂载率为JCN=15%，点焊机的暂载率为65%，采用220/380V三相四线制供电。第二章第二章 负荷计算负荷计算第二章第二章 负荷计算负荷计算二、民用建筑负荷计算示例二、民用建筑负荷计算示例现以一个办公楼为例，用需要系数法确定计算负荷，选择变压器台数及容量，并进行无功补偿，使功率因数达到0.9，设备种类参数及计算结果见下表。本工程有消防用电、应急照明等，为满足负荷对供电可靠性的要求，选择两台变压器，根据计算结果总负荷容量为319kVA，可选择两台200kVA变压器，负荷率可达80%，比较合理。注意：计算总负荷容量时消防泵容量不计入总负荷容量之中。第二章第二章 负荷计算负荷计算建筑供配电与照明课程建筑供配电与照明课程吉林建筑大学吉林建筑大学人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。