第2章 负荷计算与无功补偿

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1、第二章 负荷计算与无功功率补偿,第一节 概述 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 第三节 单相用电设备组计算负荷的确定 第四节 尖峰电流的计算 第五节 无功功率补偿 第六节 供配电系统的计算负荷 本章小结,第一节 概述,主要内容 一、 计算负荷的概念 二、用电设备的工作制 三、负荷曲线 四、确定计算负荷的系数,一、 计算负荷的概念,统计计算求出来的； 供电设计计算的基本依据； 力求接近实际。,表示符号： Pc：有功计算负荷(kW) Qc ：无功计算负荷 (kVar) Sc：视在计算负荷(kVA) Ic：计算电流 (kA) 。,我们选取一个假想的持续性的负荷，在一定时间间隔和特定效应上与实际负

2、荷相等。这一计算过程就是负荷计算。这一假想的持续性的负荷就称为计算负荷。,载流导体温升曲线,二、用电设备的工作制和设备功率的确定,1、连续工作制：在恒定负载下连续运行达到热稳定状态的 用电设备； 2、短时工作制：在未达到热稳定前即停机和断能，其时间 足以使设备冷却下来的用电设备； 3、断续周期工作制：时而工作，时而停歇的用电设备。,t 为工作周期内的工作时间；t0 为工作周期内的停歇时间,负荷持续率（暂载率）,铭牌上的功率PN是对应于某一特定负荷持续率N的额定功率。 要换算到实际的负荷持续率下的功率 ，应采用下面的公式：,注意,连续工作制的设备组：设备组中的所有设备（不包括备用设备）的额定容量

3、之和。 周期工作制和短时工作制的设备组：其设备功率应为各设备在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率下的容量之和。 举例：,将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。 （工厂中的用电设备组见附表1、民用建筑的用电设备组见附表4 ）,用电设备组,设备功率Pe的确定,(1) 电焊机组 要求统一换算到=100% (2) 吊车电动机组 要求统一换算到=25%。电葫芦、起重机、行车等均按吊车电动机考虑。,按负荷对象可分为工厂、车间或设备的负荷曲线。 按功率性质可分为有功和无功负荷曲线。 按时间可分为有年、月、日或工作班的负荷曲线。,表征电力负荷随时间变动情况的一种图形,1、负荷曲线的绘

4、制与类型,三、负荷曲线,日有功负荷曲线,半小时平均功率,年每月（日）最大负荷曲线： 每年每个月（或日）最大负荷的变化情况。,年每月最大负荷曲线,年负荷持续时间曲线：根据一年中最大（具有代表性）的夏日负荷曲线和冬日负荷曲线来绘制。年(按8760h计)每小时负荷按大小排队作出的曲线。,图2-2 年负荷持续时间曲线的绘制 a) 夏日负荷曲线 b) 冬日负荷曲线 c) 年负荷持续时间曲线,2、与负荷曲线有关的物理量,从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即Pc=PmP30。,年最大负荷Pm,年最大负荷持续时间曲线,年最大负荷利用小时Tmax

5、：在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pm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。,各产业的年最大负荷利用小时的取值,第二节 三相用电设备组计算负荷的确定,主要内容 一、单位指标法 二、按需要系数法确定计算负荷,一、单位指标法,1、单位产品耗电量法 (kW) 每一单位产品的耗电量，W/台、 W /吨 N 企业年产量,2、单位指标法 (kW) P0 单位面积的功率，W/m2 ， W/户， W/人 S 建筑面积， m2 ， 户，人 P0的选取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质等多方面的因素。各类建筑物的单位面积功率见附表8 。,二、按需要系数法确定计算负荷 1、一组用电设备组计算负荷

6、的确定 Kd：需要系数 Pe：一组用电设备的设备功率,KL：负荷率，设备不一定满负荷运行。 K：同时系数，一组设备不一定都同时运行。 e：设备组的平均效率。 wL：线路的平均效率，考虑线路损耗。,Qc = Pc tan 或 3、多组用电设备组计算负荷的确定 Pc =Kp Pc Qc =Kq Qc Kp 、Kq为有功同时系数和无功同时系数 P32,其他物理量的计算,思考： Qc = Pc tan 可以吗？, JGJ16-2008民用建筑电气设计规范： 第3.5.2条 方案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。 第3.5.2条条文说明：在各类用电负荷尚不够具体或明确

7、的方案设计阶段可采用单位指标法。 需要系数法计算较为简便实用，所以本规范将需要系数法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法。,各种计算方法的选用：,某生产厂房内有冷加工机床电动机50台共305kW，另有生产用通风机15台共45kW，点焊机3台共19kW（=20%),试确定线路上总的计算负荷。,解:先求各组用电设备的计算负荷,1.机床电动机组查附录表1得,（取,），,，,Pc.1= Kd.1Pe.10.20305kW=61.0kW Q c.1=,61kW1.73=105.5kvar,，因此,例题2-2,解题思路,1、先将用电设备分组； 2、根据需要系数法求每一组的计算负荷； 3、求总的（多组）计算负

8、荷。,注意（P32）：若设备台数较少时，则需要系数值宜适当取大。当只有3台及以下用电设备时，需要系数Kd可取为1。当只有1台电动机时，则此电动机的计算电流就取其额定电流。,2.通风机组查附录表1得Kd=0.750.85（取Kd=0.8）， cos=0.8 ,tg=0.75 ，因此,Pc.2=0.845kW=36.0kW Qc.2=36kW0.75=27.0kvar,3.点焊机组设备台数只有3台，取Kd=1.0， cos=0.6 , tg=1.33，先求出在统一负荷持续率=100%时的设备功率,P c.3=1.08.5kW=8.5kW Q c.3=8.5kW1.33=11.3kvar,因此，总计

9、算负荷（取,0.95； 0.97）为,Pc0.95(61.036.08.5)kW=100.2kW Qc0.97(105.5+27.0+11.3)kvar=139.5kvar,前提：单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。 原则：如果单相负荷应均衡分配到三相上，当单相设备的总功率不超过三相设备总功率的15时，单相设备可与三相设备综合，按三相平衡负荷计算；如果超过15时，应将单相设备功率换算为等效三相设备功率，再与三相设备功率相加。 等效公式（单相设备接于相电压）：,第三节 单相用电设备组计算负荷的确定,Pe：等效后的三相负荷；Pe mph ：最大相负荷。,第四节 尖峰电流的计算,尖峰电流：持续时

10、间12秒的短时最大负荷电流。 单台设备尖峰电流的计算： kst: 设备的起动电流倍数，Irm : 设备的额定电流 多台设备尖峰电流的计算： Istmax：起动电流最大的那台设备的起动电流; Ic(n-1)：除起动设备以外的线路的计算电流。,第五节无功功率补偿,主要内容 一、功率因数的定义 二、无功补偿的意义 三、无功补偿容量的确定 四、无功补偿装置的选择 五、无功补偿装置的装设位置,一、功率因数,瞬时功率因数 平均功率因数 最大负荷时功率因数,由功率因数表直接测得，以确定是否进行无功补偿,供电部门收取电费的依据 Wp:有功电度表读取的一月内消耗的有功电能 Wq:无功电度表读取的一月内消耗的无功

11、电能,在供电系统设计时，进行无功补 偿的依据。,供电营业规则规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kVA及以上高压供电的用户，不得低于0.90；其他电力用户，不得低于0.85。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。,在周期状态下，有功功率P的绝对值与视在功率S的比值。,二、无功功率补偿的意义,假设功率因数由cos提高到 ，这时在有功不变的情况下，无功功率将由Qc 减小到 ，那么Sc和Ic也相应地减小，这使得系统的电能损耗和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和导线电缆，因此提供功率因数对电力系统大有好处。,意义,

12、cos0.9,三、无功补偿容量的确定,要使功率因数由 提高到 ，必须装设的无功补偿设备的容量为：,补偿后的计算负荷为：,四、无功补偿装置的选择,并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器(SVC),(1)、 接线时的容量为同一电路中接成Y形时容量的3倍； (2)、任一边电容器断线时，三相线路仍能得到补偿； (3)、但是接线时，任一相击穿短路时，短路电流很大，可能引起爆炸，所以要接有熔断器保护。,接线的优缺点：,并联电容器的接线, GB50053-1994 10kV及以下变电所设计规范规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形，低压电容器组应接成三角形。

13、,应用：,手动投切 自动调节 （自动无功补偿屏） 图10-9,并联电容器的控制,五、并联电容器的装设位置（补偿方式）,高压集中补偿 低压集中补偿 分散就地补偿（个别补偿）,并联电容器的三种装设位置的比较,例题2-4,某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。,解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数,（2）确定无功补偿容量,800(tanarccos0.810tanarccos0.92),238.4kvar,（3）选择电容器组数及每组容量,选择BSMJ0

14、.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量qr.C=20kvar。,补偿后的视在计算负荷,减少118.8kVA。,若选择成套并联电容器屏，可安装的电容器组数为12组。则需要安装的电容器单组容量为,功率因数,满足要求。,第六节 供配电系统的计算负荷,主要内容 一、供配电系统的功率损耗 二、供配电系统计算负荷的确定,一、供配电系统的功率损耗 （一）电力线路的功率损耗 1、线路的有功功率损耗 2、线路的无功功率损耗 x0与导线类型、导线截面和线间几何均距aav有关。,RWL：线路每相电阻 RWL =r0 L,XWL：线路每相电抗 XWL =x0 L,r0取值见附录表13,x0取值见附录表13,线路的

15、功率损耗 变压器的功率损耗,（二）变压器的功率损耗 1、变压器的有功功率损耗 Sc:变压器低压侧的视在计算负荷；SrT :变压器的额定容量 2、变压器的无功功率损耗,=， 变压器的负荷率,P0、Pk 、I0%、 Uk%等参数取值见附表14、15,二、供配电系统计算负荷的确定,负荷计算中通常采用下列经验公式：,一般采用逐级计算法由用电设备处逐步向电源进线侧计算。,一个民用建筑供配电系统如图2-8所示，其负荷数据列于表2-2中，求系统中AG各点的计算负荷。,例题2-5,第二章 小结 1、掌握用电设备的工作制、设备功率的计算； P28 2、掌握用需要系数法确定计算负荷；P3133 3、理解几种常用的功率因数的用途及无功补偿的意义； P37 4、掌握无功补偿容量的确定； P38 41 5、掌握无功补偿装置的装设位置及其优缺点。P39 40 6、了解供配电系统的功率损耗（线路、变压器）； P41 42 7、确定供配电系统计算负荷的步骤。P43,自动无功补偿控制器,自动无功补偿控制器可按负荷的变化及瞬时功率因数的高低，以一定的时间间隔（10-15s），自动控制各组电容器回路中接触器KM的投切，使电网的无功功率自动得到补偿，保持功率因数在0.9以上而又不致过补偿。,原理,