建筑供配电电力负荷及其计算课件.ppt

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1、 第二章第二章 电力力负荷及其荷及其计算算2023/2/11.第二章 电力负荷及其计算第一节 电力负荷与负荷曲线的有关概念第二节 三相用电设备计算负荷的确定第三节 单相用电设备组计算负荷的确定第四节 工厂供电系统的功率损耗和电能损耗第五节 工厂的计算负荷和年耗电量第六节 尖峰电流及其计算2023/2/12.第一节 电力负荷与负荷曲线的有关概念 一、电力负荷的分级及其对供电的要求 二、用电设备的工作制 三、负荷曲线及有关的物理量 第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/13.1 1电力力负荷的分荷的分级及其及其对供供电电源的要求源的要求（1）电力负荷的概念耗用电能的用电设备或用电单位；用

2、电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小。（2）电力负荷的分级根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级：一级负荷、二级负荷、三级负荷。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/14.v32 负荷分荷分级及供及供电要求要求v321用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。各级负荷应符合下列规定：1符合下列情况之一时，应为一级负荷：1)中断供电将造成人身伤亡；2)中断供电将造成重大影响或重大损失；3)中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中

3、心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应为特别重要的负荷。v2符合下列情况之一时，应为二级负荷：1)中断供电将造成较大影响或损失；2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱。3不属于一级和二级的用电负荷应为三级负荷。2023/2/15.（3）各级电力负荷对供电电源的要求一级负荷对供电电源的要求：应由2个独立的电源供电；二级负荷对供电电源的要求：要求由2回路供电；三级负荷对供电电源的要求：无特殊要求

4、。2023/2/16.v328 一一级负荷荷应由两个由两个电源供源供电，当一个，当一个电源源发生故障生故障时，另一个，另一个电源不源不应同同时受到受到损坏。坏。v329对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。v3210二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回路架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100的二级负荷。v3211三级负荷可按约定供电。2023/2/17.二、用二、用电设备的工作制的工作制 用电设

5、备按其工作方式可分为三种：（1）长期期连续工作制工作制（长期工作制）（2）短短时工作制工作制（短暂工作制）（3）断断续周期工作制周期工作制（重复短暂工作制）第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/18.(1)长期连续工作制（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。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/19.(2)短时工作制（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

6、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。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/110.(3)断续周期工作制（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（t0）相互交替。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，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/111.三、三、负荷曲荷曲线及有关的物理量及有关的物理量负荷曲荷曲线是指用于表达

7、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）。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。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/112.第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/113.第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念 T T1 1=200t1 1+165t2 2=200*3+165*3.2=1120h2023/2/114.1 1年最大年最大负荷和年最大荷和年最大负荷利用小荷利用小时数数（1）年最大年最大负荷荷P Pma

8、xmax年最大负荷Pmax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P30。（2）年最大年最大负荷利用小荷利用小时数数T Tmaxmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)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。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/115.下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念87602023/2/116.2.2.平

9、均平均负负荷荷P Pavav和和负负荷系数荷系数平均负荷Pav，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Pav=Wt/t 年平均负荷为:Pav=Wa/8760。第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/117.负荷系数负荷系数又称负荷率，是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax的比值，即第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/118.v 负荷荷计算的意算的意义和目的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供配电系

10、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。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。返回目录第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念2023/2/119.第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定一、概述二、按需要系数法确定计算负荷三、按二项式法确定计算负荷2023/2/120.一、概述 负荷计算的方法有：需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法。这里仅介绍需要系数法和二项式法。计计算算负负荷的相关系数荷的相关系数需要系数Kd、利用系数Kx、形状系数Kz、附加系数Kf、同期系数K 第二第二节 三相用

11、三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/121.二、按需要系数法确定二、按需要系数法确定计算算负荷荷通常将以半小半小时平均平均负荷荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”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P30 (Q30、S30、I30)或P c(Qc、Sc、Ic)表示。P30=Kd*Pe第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/122.无功无功计计算算负负荷荷 Q30=P30*tan 视视在在计计算算负负荷荷 S30=P30/cos 计计算算电电流流 I30=S30/3UN 单单台台电动电动机的机的计计算算电电流流 I30=IN=

12、PN/（3UNcos*）第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/123.设备设备容量的确定容量的确定每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，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Pe表示。PN铭牌额定功率Pe规定的工作制下的“额定功率”第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/124.（1）长期工作制的设备容量Pe=PN（2）断续周期工作制的设备容量1）电焊机组电焊机组的设备容

13、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:式中N铭牌负荷持续率。第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/125.2）吊车电动机吊车电动机（包括起重机、电葫芦、行车等）的设备容量统一换算到=25%时的额定功率(kW)。公式为:第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/126.（一）确定（一）确定单单台用台用电设备电设备分支分支线线的的计计算算负负荷荷单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷P30和Q30为式中Pe换算到统一暂载率下的电动机的额定容量，kW；用电设备在额定负载下的的效

14、率。线路计算电流（工作电流）为式中UN电动机额定电压，kV；cos电动机的功率因数。计算目的：用于选择分支线导线及其上的导线截面、开关和保护电器。第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/127.（二）确定用（二）确定用电设备组电设备组的的计计算算负负荷荷（1）有功有功计计算算负负荷：荷：P30(i)=KdPeKd用电设备组的需要系数，见附录表1；Pe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）无功无功计计算算负负荷：荷：Q30(i)=P30(i)tantan值见附录表1。（3）视视在在计计算算负负荷：荷：（4）计计算算电电流：流：计算目的：用于选择各

15、组配电干线及其上的开关设备。第二第二节 三相用三相用电设备组计算算负荷的确定荷的确定2023/2/128.Kd值的取法当Kd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（nP2P3，cos1cos2cos3。第三节单相用电设备组计算负荷的确定2023/2/149.（3）有的接相电压有的接线电压应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量，并按需要系数法去计算其计算负荷。单相设备容量换算为接于相电压的设备容量公式如下：A相PA=pAB-

16、APAB+pCA-APCAQA=qAB-APAB+qCA-APCAB相PB=pBC-BPBC+pAB-BPABQB=qBC-BPBC+qAB-BPABC相PC=pCA-APCA+pBC-CPBCQC=qCA-CPCA+qBC-CPBAPAB，PBC，PBC接于AB，BC,CA相间的有功设备容量。pAB-A，qAB-A分别为接于AB等相间设备容量换算接于A相等相的 设备容量的有功和无功换算系数。第三节单相用电设备组计算负荷的确定2023/2/150.第四节 供配电系统的功率损耗和电能损耗 一、供一、供电电系系统统的的功率功率损损耗耗1.线路功率损耗在实际工作中，常根据计算负荷来求线路的功率损耗，

17、即最大功率损耗，故三相线路的有功功率损耗PWL和无功功率损耗QWL可分别按下式计算：式中Ic线路中的计算电流，A；RWL线路每相电阻，等于单位长度的电阻R0乘以长度L；XWL线路每相电抗，等于单位长度的电抗X0乘以长度L。R0、X0查378页附录表3。2023/2/151.2.变压器的功率损耗变压器的功率损耗包括有功功率损耗PT和无功功率损耗QT。变压器的有功功率损耗由两部分组成：一部分是变压器在额定电压UN时不变的空载损耗P0，也就是铁损PFe；另一部分是随负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗，也就是铜损PCu。变压器的短路损耗Pk可认为是额定电流下的铜损PCu。注：这里假定PFeP0PCuPk

18、第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2023/2/152.由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，所以变压器在计算负荷S30下的有功功率损耗PT为：式中S30变压器低压侧的计算负荷，kVA；SN变压器额定容量，kVA；P0变压器空载有功损耗，kW；Pk变压器有功短路损耗，kW；=S30/SN,变压器的负荷率。第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2023/2/153.变压器的无功功率损耗也由两部分组成：一部分是变压器空载时不变的无功损耗Q0，另一部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗。所以变压器在计算负荷Sc下的无功功率损耗QT为：式中变压器空载时的无功损耗，kvar；变压器额定负荷时的

19、无功损耗，kvar；变压器空载电流的百分值；变压器阻抗电压的百分值。第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2023/2/154.S9、SC9等新系列变压器的无功功率损耗可由下式估算：第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2023/2/155.二、二、供供电电系系统统的的电电能能损损耗耗 1供供电线电线路年路年电电能能损损耗的耗的计计算算式中年最大负荷损耗时间（小时数），可通过图2-11查得；RWL线路每相的阻抗。的含义是：线路连续通过计算负荷所产生的电能损耗与实际负荷在全年内所产生的电能损耗恰好相等所需要的时间，称为年最大负荷损耗时间，它与Tmax以及功率因数有关。第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2

20、023/2/156.2.2.变压变压器年器年电电能能损损耗的耗的计计算算铁损：变压器不变的功率损耗，与电源电压和频率有关，即：Wa1=PFe*8760P0*8760铜损：随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗，与负荷电流有关，计算式为：变压器总的年电能损耗为：第四节供电系统的功率损耗、电能损耗2023/2/157.第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量一、工厂计算负荷的确定1按逐级计算法确定工厂计算负荷可按下图逐级计算。2023/2/158.（1）确定确定单台用台用电设备分支分支线的的计算算负荷荷（2）确定用电设备组的计算负荷（3）确定确定车间变电所低所低压母母线上的上的计算算负荷荷（4）确

21、定车间变电所高压侧计算负荷（5）确定确定车间变电所高所高压母母线上的上的计算算负荷荷（6）车间馈线电缆（或架空母线）上的计算负荷（7）总降降压变电所所变压器二次母器二次母线上的上的计算算负荷荷（8）总降压变电所变压器一次侧计算负荷（9）总降降压变电所所进线计算算负荷荷89 9第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/159.2按需要系数法确定工厂计算负荷按附录表2查工厂的需要系数值，按下式计算：P30=KdPe3按年产量估算确定工厂计算负荷Wa=AaA-工厂年产量；a-单位产品耗电量。P30=Wa/Tmax第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/160.二、工厂的功率因数、无功补

22、偿及补偿后的工厂计算负荷 1 功率因数的功率因数的计计算算（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。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/161.（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：Wp某一时间内消耗的有功电能（kWh）；由有功电度表读出。Wq某一时间内消耗的无功电能（kvarh）；由无功电度表读出。我国电业部门每月向

23、工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/162.（3）最大负荷时的平均功率因数最大负荷时的平均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写出：式中：P30计算有功功率，kW；Q30计算无功功率，kvarh。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/163.2.功率因数功率因数对供供电系系统的影响的影响（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。（2）电网的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。（3）使电力系统内的电气设备

24、容量不能充分利用。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。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/164.3.提高自然功率因数的主要方法提高自然功率因数的主要方法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：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；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

25、等设备的空载运转；使用无电压运行的电磁开关。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/165.第四十一条无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电。对已送电的用户，供电企业应督促和

26、帮助用户采取措施，提高功率因数。对在规定期限内仍未采取措施达到上述要求的用户，供电企业可中止或限制供电。功率因数调整电费办法按国家规定执行。供电营业规则第六节 功率因数与无功功率补偿2023/2/166.4.无功功率补偿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电营业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。用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/167.补偿容量计算电力电容器的补偿容量可用下式确定QC=P30（tan-tan）=P30

27、qc式中：qc补偿率，qc=tantan；tan、tan补偿前、后平均功率因数角的正切值。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/168.确定补偿电容的总台数在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并联电容器单只容量qc决定并联电容器的个数：n=QC/qc由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便三相均衡分配。三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压时，才接成星形接线。相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星

28、形接线的三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/169.并联电容器的装设用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。v个别补偿将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近；v分组（分散）补偿将电容器组分散安装在各车间配电母线上；v集中补偿指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧（610kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧（610kV或380V侧）。在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数补偿到规定标准。无功补偿后的工厂计算负荷无功补偿后的总的计算负荷

29、第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/170.例2.6.1某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。根据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？解:tan=tan(arccos0.67)=1.108tan=tan(arccos0.9)=0.484Qc=P30（tan-tan）=P30（tan-tan）=2400(1.108-0.484)=1122.66kvarn=Qc/qC=1122.66/4030(个)，每相装设10个。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/171.三、工厂（企三

30、、工厂（企业业）年）年电电能消耗量能消耗量计计算算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。可以用年平均负荷来确定：Wp.a=P30TakWhWq.a=Q30Takvarh式中和年平均有功、无功负荷系数，前者一般取0.70.75，后者取0.760.82；Ta年实际工作小时数，一班制取1860h，二班制取3720h，三班制取5580h；P30、Q30计算有功功率、无功功率。第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量2023/2/172.第第六六节节 尖峰尖峰电电流及其流及其计计算算 尖峰电流是持续12s的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，

31、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。一、单台用电设备式中IN用电设备的额定电流；Ist用电设备的起动电流；Kst用电设备的起动倍数：笼型电动机为57，绕线型电动机为23，直流电动机为1.7等。2023/2/173.二、多台用二、多台用电设备电设备式中式中 Ist.max起起动电动电流最大的一台流最大的一台设备设备的起的起动电动电 流流,A,A；除起除起动电动电流最大的一台流最大的一台设备设备外的外的线线路路 计计算算电电流，流，A A;K K取取0.7-10.7-1。第六节 尖峰电流及其计算2023/2/174.1 电力负荷与负荷曲线有关概念的2 三相用电设备组的计算负荷的确定3 单相用电设备组的计算负荷的确定4 工厂供电功率损耗、电能损耗5 工厂的计算负荷和年电能消耗量6 尖峰电流及其计算2023/2/175.谢谢观看！