工廠供電負荷計算與無功功率補償

1、第二章 負荷計算與 無功功率(w n n l)補償 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 三相用電設備組計算負荷的確定(qudng) （重點） 第三節(jié) 單相用電設備組計算負荷的確定第四節(jié) 尖峰電流的計算（重點）第五節(jié)無功功率補償（重點）第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負荷（重點）第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約 共四十頁第一節(jié) 概 述一、計算(j sun)負荷的概念 載流導體溫升曲線 二、用電設備(shbi)工作制及設備(shbi)容量的計算 計算負荷是根據(jù)已知的用電設備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預期不變的最大假想負荷，作為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件的依據(jù)。 1.長期連續(xù)運行工作制 指工作時間內(nèi)能達到穩(wěn)定溫升的用電設備。 該

2、類設備不允許過載運行（只允許短時過載）。 (一)用電設備工作制 共四十頁續(xù)上頁 3.斷續(xù)周期工作制 指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設備。工作時間內(nèi)也達不到穩(wěn)定溫升，允許(ynx)過載運行。工作時間停歇時間 指工作時間很短，停歇時間相當長的用電設備，工作時間內(nèi)達不到穩(wěn)定溫升。允許(ynx)過載運行。 斷續(xù)周期工作制設備容量P與其負荷持續(xù)率密切相關，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關系式：用負荷持續(xù)率表征其工作特性 (二)設備容量的計算 長期連續(xù)工作制和短時工作制的設備容量Pe，就取所有設備（不含備用設備）的銘牌額定容量PN之和。2. 短時運行工作制共四十頁續(xù)上頁規(guī)定負荷

3、持續(xù)率 25或100銘牌負荷持續(xù)率銘牌容量等效容量則得：（1）電焊機組要求設備容量統(tǒng)一換算到 下,則 （2）吊車電動機組 當采用需要系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到 下,則 當采用利用系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到 下。共四十頁三、負荷(fh)曲線負荷曲線(qxin)是表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。一班制工廠日有功負荷曲線 繪制負荷曲線采用的時間間隔t為30min。 求確定計算負荷的有關系數(shù)，一般是依據(jù)用電設備組最大負荷工作班的負荷曲線。 共四十頁續(xù)上頁 從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負荷是基本相當?shù)?。所?suy)計算負荷也可以認為就是年最大負荷，即Pc=

4、PmP30。 年負荷曲線 年最大負荷(fh)Pm全年中有代表性的最大負荷班的半小時最大負荷。共四十頁續(xù)上頁 年平均(pngjn)負荷Pav電力負荷在全年時間內(nèi)平均耗用的功率，即全年時間內(nèi)耗用的電能 負荷(fh)曲線填充系數(shù)，亦稱負荷(fh)率或負荷(fh)系數(shù)，即 共四十頁四、確定計算負荷(fh)的系數(shù) 1. 需要系數(shù)(xsh)Kd需要系數(shù)定義為：設備容量 Kd值的相關因素：用電設備組中設備的負荷率； 設備的平均效率； 設備的同時利用系數(shù)； 電源線路的效率。 Kd值只能靠測量統(tǒng)計確定。 利用系數(shù)定義為： 2. 利用系數(shù)Ku Ku可查附錄表5PePm 共四十頁續(xù)上頁3. 附加(fji)系數(shù)KaK

5、a值與設備容量(rngling)差別程度、設備臺數(shù)和利用系數(shù)有關。 為便于分析比較，從導體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用電設備需歸算為同一容量的用電設備，于是可得到其等效臺數(shù)neq為： 附加系數(shù)定義為： 根據(jù)利用系數(shù)Ku和等效臺數(shù)neq查附錄表6，可得到附加系數(shù)Ka值。 共四十頁續(xù)上頁 年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是假設電力負荷按年最大負荷Pm持續(xù)運行(ynxng)時，在此時間內(nèi)電力負荷所耗用的電能恰與電力負荷全年實際耗用的電能相同。4. 年最大負荷(fh)利用小時數(shù)共四十頁第二節(jié)三相用電設備組計算(j sun)負荷 的確定 一、單位(dnwi)容量法 在進行供電工程方案設計階段，可采用單位容量

6、法確定計算負荷。 二、需要系數(shù)法 1. 單位產(chǎn)品耗電量法 2. 單位面積負荷密度法（一）一組用電設備的計算負荷 按需要系數(shù)法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式為 有功計算負荷（kW） 無功計算負荷（kvar） 視在計算負荷（kVA） 計算電流（A） 共四十頁例2-1 解此機床(jchung)組電動機的總容量為 例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算(j sun)負荷Pc、Qc、Sc和Ic。 查附錄表1“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項得Kd0.2、cos 0.5、tan1.73

7、。因此可得 Pe 22 kW27.5 kW64kW121.5kW6Pc=KdPe0.2146kW=29.2kW =146 kW共四十頁 在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體情況對其有功(yu n)和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)K。續(xù)上頁注意：總的視在計算(j sun)負荷和計算(j sun)電流不能用各組的視在計算(j sun)負荷 或計算電流之和乘以K來計算。 (二)多組三相用電設備的計算負荷Pc , QcSc , IcPc1 , Qc1Pc2 , Qc2Pci , Qci共四十頁 例2-2 某380V線路上，接有水泵(shubng)電動機（15kW以下）30臺共205kW，

8、另有通風機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（=65%）。試確定線路上總的計算負荷。 例2-2 解先求各組用電設備的計算(j sun)負荷Q c1 Pc1 tan 164kW0.75=123kvar 1水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.70.8(取0.8），cos0.8，tan0.75，因此 2. 通風機組查附錄表1得Kd=0.70.8（取0.8），cos=0.8, tan=0.75, 因此 P c2=0.845kW=36kW Q c2=36kW0.75=27kvarPc1= Kd1Pe10.8205kW=164kW共四十頁續(xù)上頁 3.電焊機組查附錄(fl)表1得Kd=0.35，cos

9、=0.35，tan=2.68。 P c3=0.358.46kW=2.96kW Pc0.95(164362.96)kW=192.81kW Qc0.97(123+27+7.94)kvar=153.20kvar總計算(j sun)負荷（取Kp0. 95， Kq0. 97 ）為 Sc= =246.26kVAIc=246.26kVA/( 0.38kV)=374.2A Q c3=2.96kW2.68=7.94kvar 在100%下的設備容量： Pe=10.5 =8.46kW。共四十頁三、利用系數(shù)(l yn x sh)法1.求用電設備組在最大負荷(fh)班的平均負荷(fh)： 2.求平均利用系數(shù)及等效設備臺

10、數(shù)： 3.根據(jù)Ku與neq查附錄表6，得出附加系數(shù)Ka。4.利用下列公式求出總計算負荷：共四十頁 例2-3已知某機修車間的金屬切削(qixio)機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用利用系數(shù)法來確定機床組的計算負荷。 例2-3 解1用電設備組在最大負荷(fh)班的平均負荷(fh) Q av Pav tan機床電動機 查附錄表5得Ku=0.12，tan=1.73, 因此 2. 平均利用系數(shù) 因只有1組用電設備，故 Ku.avKu0.12Pav=K u Pe 3用電設備的有效臺數(shù) （取14） 0.12146 kW =17.52kW17.

11、52 kW1.73=30.34kvar共四十頁續(xù)上頁4計算負荷(fh)及計算電流 利用(lyng)Ku.av=0.12及neq=14查附錄表6，通過插值求得Ka=2。217.52 kW 35.04kW 230.34 kvar60.68kvar 共四十頁第三節(jié) 單相用電設備組計算(j sun)負荷 的確定 如果(rgu)單相設備容量超過三相設備容量15%時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再進行負荷計算。 1.接于相電壓的單相設備容量換算 2.接于同一線電壓的單相設備容量換算 3.單相設備接于不同線電壓時的負荷計算 應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量；分相計算各相的

12、設備容量，并按需要系數(shù)法計算其計算負荷；總的等效三相計算負荷為其最大有功負荷相的計算負荷的3倍。 4.單相設備分別接于線電壓和相電壓時的負荷計算 共四十頁第四節(jié) 尖峰電流(dinli)的計算 尖峰電流是指只持續(xù)12s的短時最大負荷電流，它用來計算電壓波動(bdng)、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護裝置等。 單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即 接有多臺用電設備的線路，只考慮一臺設備起動時的尖峰電流，按下列公式計算 式中，Ist.max為起動電流最大的一臺設備的起動電流；Ic(n-1)為除起動設備以外的線路計算電流。IpkIstkstIN.M 共四十頁第五節(jié)

13、無功功率(w n n l)補償 一、功率因數(shù)(n l yn sh)定義 1瞬時功率因數(shù) 監(jiān)測負荷用。 2平均功率因數(shù) 調整電費用。 3最大負荷時的功率因數(shù) 確定需要無功補償容量用。 共四十頁二、無功補償容量(rngling)的確定 QN.C=QcQc Pc(tan-tan) QN.C 穩(wěn)態(tài)無功功率補償(bchng)設備，主要有同步補償(bchng)機和并聯(lián)電容器（自愈式）。 三、無功補償裝置的選擇 低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負荷變化相應自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量QN.C確定后可根據(jù)選定的單組容量qNC來選擇： 動態(tài)無功功率補償設備（SVC）用于急劇變動的沖擊負荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機等

14、的無功補償。 共四十頁四、無功補償裝置的裝設(zhun sh)位置 在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補償、低壓(dy)集中補償和分散就地補償（個別補償）。共四十頁 例23 某用戶10kV變電所低壓計算負荷為800kW580kvar。若欲使低壓側功率因數(shù)(n l yn sh)達到0.92，則需在低壓側進行補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。例2-3解：（1）求補償前的視在計算負荷(fh)及功率因數(shù) （2）確定無功補償容量 800(tanarccos0.810tanarccos0.92)238.4kvar共四十頁續(xù)上頁 （3）選擇(xunz)電容器組數(shù)及每

15、組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈(z y)式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負荷 減少118.8kVA。共四十頁第六節(jié) 供電系統(tǒng)(n din x tn)的總計算負荷 一、供電系統(tǒng)(n din x tn)的功率損耗 （一）電力線路的功率損耗 有功損耗（kW） 無功損耗（kvar）（二）電力變壓器的功率損耗 有功損耗X=x0l R=r0l 無功損耗簡化公式： PT0.01Sc ；QT0.05Sc 。共四十頁 例2-4 某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，分別供電給14車間變電所及4臺冷卻水泵用的高壓電動機（PN4300kW、Kd0.8、cos0.8）

16、，10kV母線上接有2700kvar無功補償電容器組。已知14車間變電所10kV側計算(j sun)負荷分別為：1為1430 kWj1230kvar；2為1350 kWj1200kvar；3為1260 kWj1030kvar；4為960 kWj750kvar。試計算該總降壓變電所35kV側計算負荷及功率因數(shù)大小（取K=0.9）。 例2-4解：（1）求10kV母線計算(j sun)負荷 1車間變電所 Pc11430 kW，Qc11230kvar2車間變電所 Pc21350 kW，Qc21200kvar3車間變電所 Pc31260 kW，Qc31030kvar4車間變電所 Pc4960 kW，Qc

17、4750kvar高壓電動機組 Pc5Kd PN =0.84300kW960 kW Qc5Pc5tan=9600.75720 kvar 10kV母線計算負荷 =0.9（1430+1350+1260+960+960）5364 kW共四十頁如下圖，變電所低壓母線的視在計算(j sun)負荷為 變電所高壓側計算(j sun)負荷為低壓母線的計算(j sun)負荷加上變壓器的損耗，即Pc.1= Pc.2 +PT； Qc.1= Qc. 2 +QT二、供電系統(tǒng)的總計算負荷 一般采用逐級計算法由用電設備處逐步向電源進線側計算。 各級計算點的選取，一般為各級配電箱（屏）的出線和進線、變電所低壓出線、變壓器低壓母

18、線、高壓進線等處。共四十頁續(xù)上頁（2）求35kV側計算(j sun)負荷 變壓器損耗(snho) PT0.01Sc 0.01563856.38 kW QT0.05Sc 0.055638281.9 kvar0.9(1230+1200+1030+750+720)27001737 kvar35kV側計算負荷 Pc.1= Pc.2 +PT5364+56.385420.4kW Qc.1= Qc.2 +QT1737+281.92018.9 kvar 共四十頁第七節(jié) 供電系統(tǒng)的電能(dinnng)節(jié)約一、年電能(dinnng)需要量的計算 年有功電能消耗量(kWh) Wp=PcTa 取0.70.75二、供電

19、系統(tǒng)的電能損耗 變壓器全年電能損耗為 Wa=Wa1 +Wa2 P08760+PkKL2 年無功電能消耗量(kvarh) Wq=QcTa 取0.760.82 線路上全年電能損耗為 Wa=3I2c RWL 年最大負荷損耗小時與年最大負荷利用小時Tmax有一定關系，如圖所示。 共四十頁續(xù)上頁 用戶(yngh)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電設備的能耗和供電系統(tǒng)的能耗兩方面著手，提高能源利用率。三、電能節(jié)約的技術(jsh)措施 供電系統(tǒng)的能耗主要為變壓器及線路的能耗，可采?。?選用高效節(jié)能變壓器，更新淘汰低效高耗能產(chǎn)品； 合理選擇電力變壓器容量及數(shù)量，實行經(jīng)濟運行方式； 改造現(xiàn)有不合理的供配電系統(tǒng)，降

20、低線路損耗； 改善系統(tǒng)功率因數(shù)，進一步降低系統(tǒng)功率損耗。 用電設備的能耗可下述技術措施降低： 通過改造原有的設備，提高效率及性能； 采用新技術，選用高效節(jié)能設備； 改進操作方法，改革落后的生產(chǎn)工藝； 提高設備的運行維護檢修水平等。 （一）電能節(jié)約的一般措施 共四十頁續(xù)上頁 1單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力(dinl)變壓器的經(jīng)濟運行 變壓器經(jīng)濟運行的條件是：傳輸單位kVA負荷所消耗的有功功率(gngl)損耗歸算值最小。 2兩臺變壓器的經(jīng)濟運行 共四十頁本章(bn zhn)小結 本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎。 本章首先簡介了負荷計算的有關基本知識;然后著重講述了用電設備組計算負荷的

21、確定方法，介紹線路尖峰電流的計算;接著講述了供電系統(tǒng)無功補償、總計算負荷的確定及電能節(jié)約。 本章重點：三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。 本章難點：利用系數(shù)法確定三相用電設備組的計算負荷。 教學基本(jbn)要求：了解單相用電設備組計算負荷的確定方法、電能節(jié)約的技術措施；理解用電設備工作制、確定計算負荷的系數(shù)；掌握三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。共四十頁 思考題與習題(xt)解答提示 2-1 提示：

22、參見(cnjin)教材P18。 2-2 提示：參見教材P19。 2-3 提示：參見教材P18和P21 P22。 2-4 提示：參見教材P26。 2-5 提示：參見教材P28和P18 。 2-6 提示：參見教材P31。 2-7 提示：參見教材P39。 2-8 提示：第一步求各組用電設備的計算負荷，對行車，要求設備容量統(tǒng)一換算到 ，對點焊機，要求設備容量統(tǒng)一換算到 ；第二步計算總計算負荷（可取Kp0. 95， Kq0. 97 ）。共四十頁續(xù)上頁 2-9 提示：采用利用系數(shù)法（步驟參見例2-3）分別計算兩組用電設備的計算負荷，然后進行比較，從而說明設備容量組成不同對最大負荷的影響。 2-10 提示：

23、先將各相所接的單相設備容量大致相同（不能只接在一相上），然后將其等效成1臺三相設備進行負荷計算。 2-11 提示：計算單元和整棟樓的計算負荷時，都將其當成一組用電設備，然后按附錄表3選取Kd值， 。 2-12 提示：（1）確定補償容量時，采用低壓側計算負荷代入公式計算，取 。（2）確定高壓側計算負荷時，變壓器損耗可按經(jīng)驗公式估算。 2-13 提示：根據(jù)(gnj)教材P39圖2-9查出值，代入公式計算即可。共四十頁自 測 題 一、填空題 1計算電流是指線路中持續(xù)時間 的最大負荷電流，而尖峰電流是指線路中持續(xù)時間 的最大負荷電流。按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件應采用 ，而整定過電流保護動作電流則采用

24、 。 2并聯(lián)電容器的補償方式分為(fn wi)三種: 、 、和 。由于電力負荷的變動性，低壓并聯(lián)電容器組的投切方式一般采用 方式。 3計算負荷是根據(jù)已知用電設備組 確定的，預期不變的 假想負荷。用來作為按 條件選擇供電系統(tǒng)元件的依據(jù)。 共四十頁續(xù)上頁 二、計算題 1某用戶10/0.38kV變電所供電給5個回路：1回路PN=230kW，Kd=0.2，cos0.6；2回路PN=800kW，Kd=0.4，cos0.7；3回路PN=720kW，Kd=0.5，cos0.8；4回路PN=540kW，Kd=0.5，cos0.7；5回路計算負荷150kW+j120kvar。 （1）試求低壓(dy)母線總計算負

25、荷Pc、Qc、Sc、Ic（K0.9）； （2）為使功率因數(shù)不小于0.9，則需在低壓側進行補償?shù)臒o功容量是多少？ 2某用戶10/0.38kV變電所設有一臺變壓器，已知低壓側計算負荷為650kW+j800kvar。按規(guī)定，高壓側功率因數(shù)不得低于0.9。 （1）求補償前高壓側總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic、cos？ （2）求在低壓側裝設的無功補償容量QNC有多大？ （3）所選變壓器容量SNT有何變化？ 共四十頁續(xù)上頁 3某車間380V線路上接有如下設備：冷加工機床電動機7.5kW3臺、4kW8臺、3kW17臺、1.5kW10臺（Kd0.2、cos0.5）；吊車電動機18kW1臺，15（Kd0.7、cos0.7）；通風機組1.5kW2臺（Kd0.8、cos0.8）；試 （1）求線路上的計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K=0.93）。 （2）若將線路上功率因數(shù)提高到0.9，則應安裝的無功補償(bchng)容量有多大？ 4某工廠10kV高壓配電所供電給4個10/0.4kV車間變電所。已知車間1設備容量PN1500kW、Kd0.6、cos0.8；車間2設備容量PN900kW、Kd0.7、cos0.75；車間3設備容量PN700kW、Kd