《供配電技術》(第2版)唐志平

供配電技術GO多媒體課件主編：唐志平副主編：楊胡萍鄒一琴郭曉麗CompanyLogo目錄第一章電力系統(tǒng)概論第二章負荷計算第三章短路電流計算第四章變配電所及其一次系統(tǒng)第五章電氣設備的選擇第六章電力線路第七章供配電系統(tǒng)的繼電保護第八章變電所二次回路和自動裝置第九章電氣安全、防雷和接地第十章電氣照明第十一章供配電系統(tǒng)的運行和管理第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo第一章電力系統(tǒng)概論

內容:系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的概念、電力系統(tǒng)的額定電壓、電力系統(tǒng)中型點的運行方式、電能的質量指標和電力符合等基本知識。重點:系統(tǒng)額定電壓的確定和中性點的運行方式分析。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

第一章電力系統(tǒng)概論§1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓§1.3電力系統(tǒng)的中性點運行方式§1.4電能質量指標§1.5電力負荷小結思考題和習題第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述

電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉換為其它的能源，而且便于控制、管理和調度,易于實現(xiàn)自動化。因此，電能已廣泛應用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎，得到迅猛發(fā)展。到2003年底，我國發(fā)電機裝機容量達38450萬千瓦，發(fā)電量達19080億度，居世界第2位。工業(yè)用電量已占全部用電量的50～70%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng)的任務就是用戶所需電能的供應和分配，供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。用戶所需的電能，絕大多數(shù)是由公共電力系統(tǒng)供給的，故在介紹供配電系統(tǒng)之前，先介紹電力系統(tǒng)的知識。視頻第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.1.1電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、電力線路和電能用戶組成的一個整體。

1.發(fā)電廠

發(fā)電廠將一次能源轉換成電能。

根據(jù)一次能源的不同，有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠，此外，還有風力、地熱、潮汐和太陽能等發(fā)電廠。

2.變電所

變電所的功能是接受電能、變換電壓和分配電能。

按變電所的性質和任務不同，可分為升壓變電所和降壓變電所，除與發(fā)電機相連的變電所為升壓變電所外，其余均為降壓變電所。按變電所的地位和作用不同，又分為樞紐變電所、地區(qū)變電所和用戶變電所。

3.電力線路

將發(fā)電廠、變電所和電能用戶聯(lián)接起來，完成輸送電能和分配電能的任務。

4.電能用戶

電能用戶又稱電力負荷，所有消耗電能的用電設備或用電單位。

圖發(fā)電知識第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo發(fā)電返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的電能用戶，也是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它由總降變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所或建筑物變電所和用電設備組成?？偨底冸娝瞧髽I(yè)電能供應的樞紐。它將35kV～110kV的外部供電電源電壓降為6～10kV高壓配電電壓，供給高壓配電所、車間變電所和高壓用電設備。高壓配電所集中接受6～10kV電壓，再分配到附近各車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備。一般負荷分散、廠區(qū)大的大型企業(yè)設置高壓配電所。配電線路分為6～10kV廠內高壓配電線路和380/220V廠內低壓配電線路。高壓配電線路將總降變電所與高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備聯(lián)接起來。低壓配電線路將車間變電所的380/220V電壓送各低壓用電設備。車間變電所或建筑物變電所將6～10kV電壓降為380/220V電壓，供低壓用電設備用。

用電設備按用途可分為動力用電設備、工藝用電設備、電熱用電設備、試驗用電設備和照明用電設備等。1.1.2供配電系統(tǒng)結構框圖第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.1.3供配電的要求和課程任務

做好供配電工作，對于促進工業(yè)生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和工業(yè)現(xiàn)代化有著十分重要的意義。對供配電的基本要求是：1．安全

在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。2．可靠

應滿足用電設備對供電可靠性的要求。3．優(yōu)質

應滿足用電設備對電壓和頻率等供電質量的要求。4．經(jīng)濟

供配電應盡量做到投資省，年運行費低，盡可能減少有色金屬消耗量和電能損耗，提高電能利用率。本課程的任務主要講述供配電系統(tǒng)電能供應和分配的基本知識和理論，使學生掌握供配電系統(tǒng)的設計和計算方法，管理和運行技能，為學生今后從事供配電技術工作奠定基礎。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.2電力系統(tǒng)的額定電壓

電力系統(tǒng)的電壓是有等級的，電力系統(tǒng)的額定電壓包括電力系統(tǒng)中各種發(fā)電、供電、用電設備的額定電壓。額定電壓是能使電氣設備長期運行在經(jīng)濟效果最好的電壓，它是國家根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，電力工業(yè)的水平和發(fā)展趨勢，經(jīng)全面技術經(jīng)濟分析后確定的。我國規(guī)定的三相交流電網(wǎng)和電力設備的額定電壓,如表第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo表1-1我國交流電網(wǎng)和電力設備的額定電壓分類

電網(wǎng)和用電設備額定電壓kV

發(fā)電機額定電壓kV

電力變壓器額定電壓kV

一次繞組

二次繞組

低壓

0.380.66

0.40.69

0.38/0.220.66/0.38

0.4/0.230.69/0.4

高壓3610－35661102203305003.156.310.513.8，15.7518，20，2224，26－－－－－－

3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518.20，22，24，263566110220330500

3.15，3.36.3，6.610.5，11－38.572.6121242363550

返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.2.1電網(wǎng)（線路）的額定電壓

電網(wǎng)（線路）的額定電壓只能選用國家規(guī)定的額定電壓。它是確定各類電氣設備額定電壓的基本依據(jù)。

1.2.2用電設備的額定電壓用電設備的額定電壓與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。

用電設備和發(fā)電機電壓說明1.2.3發(fā)電機的額定電壓

發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%，即

UN.G=1.05UN

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.2.4變壓器的額定電壓1.變壓器一次繞組的額定電壓

變壓器一次繞組接電源，相當于用電設備。與發(fā)電機直接相連的升壓變壓器的一次繞組的額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同。連接的線路上的降壓變壓器的一次繞組的額定電壓應與線路的額定電壓相同。2.變壓器二次繞組的額定電壓

變壓器的二次繞組向負荷供電，相當于發(fā)電機。二次繞組電壓應比線路的額定電壓高5%，而變壓器二次繞組額定電壓是指空載時電壓。但在額定負荷下，變壓器的電壓降為5%。因此，為使正常運行時變壓器二次繞組電壓較線路的額定電壓高5%，當線路較長（如35kV及以上高壓線路），變壓器二次繞組的額定電壓應比相聯(lián)線路的額定電壓高10%；當線路較短（直接向高低壓用電設備供電，如10kV及以下線路），二次繞組的額定電壓應比相聯(lián)線路的額定電壓高5%。如下圖所示：

例第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo例1-1

已知圖1-6所示系統(tǒng)中線路的額定電壓，試求發(fā)電機和變壓器的額定電壓。返回

解：發(fā)電機G的額定電壓UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV

變壓器1T的額定電壓UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.2T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T額定電壓為6.3/121kV

變壓器2T的額定電壓UIN.IT=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的額定電壓為110/10.5kV第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.3電力系統(tǒng)的中性點運行方式

三相交流電系統(tǒng)的中性點是指星形聯(lián)結的變壓器或發(fā)電機的中性點。中性點的運行方式有三種：中性點不接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、中性點直接接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)。前兩種為小接地電流系統(tǒng)，后一種為大接地電流系統(tǒng)。中性點的運行方式主要取決于單相接地時電氣設備絕緣要求及對供電可靠性要求。我國3～63kV系統(tǒng)，一般采用中性點不接地運行方式。當3～10kV系統(tǒng)接地電流大于30A；20～63kV系統(tǒng)接地電流大于10A時，應采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。110kV及以上系統(tǒng)和1kV以下低壓系統(tǒng)采用中性點直接接地運行方式。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.3.1中性點不接地的電力系統(tǒng)系統(tǒng)正常運行時線電壓對稱，各相對地電壓對稱，等于各相的相電壓，中性點對地電壓為零各相對地電容電流也對稱，其電容電流的相量和為零。

圖1-7正常運行時的中性點不接地電力系統(tǒng)A）電路圖b）相量圖

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo系統(tǒng)發(fā)生單相接地時

接地相（C相）對地電壓為零，非接地相對地電壓升高為線電壓，即等于相電壓的倍。從而，接地相電容電流為零，非接地相對地電容電流也增大倍。C相接地時，系統(tǒng)的接地電流，（流過接地點的電容電流）應為A、B兩相對地電容電流之和。取接地電流的正方向從相線到大地，如圖1-8b所示，因此，

在數(shù)值上，由于IE=IC.A

，而IC.A=UA＇／XC=UA／XC=ICO因此

IE=3ICO

即單相接地的接地電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。當每相對地電容不能確切知道時，接地電容可用下式近似計算：

（A）

式中，UN為系統(tǒng)的額定電壓（kV）；loh為有電的聯(lián)系的架空線路總長度（km）；LCab為有電的聯(lián)系的電纜線路總長度（km）。

圖

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

從圖1-8b可以看出，中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，雖然各相對地電壓發(fā)生變化，但各相間電壓（線電壓）仍然對稱平衡，因此，三相用電設備仍可繼續(xù)運行。但為了防止非接地相再有一相發(fā)生接地，造成兩相短路，所以規(guī)程規(guī)定單相接地繼續(xù)運行時間不得超過2小時。返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.3.2中性點經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)

當中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電流超過規(guī)定值時，為了避免產(chǎn)生斷續(xù)電弧，引起過電壓和造成短路，減小接地電弧電流使電弧容易熄滅，中性點應經(jīng)消弧線圈接地。消弧線圈實際上就是電抗線圈。當中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點的電流是接地電容電流和流過消弧線圈的電感電流之相量和。由于超前90°，滯后90°，兩電流相抵后使流過接地點的電流減小。消弧線圈對電容電流的補償有三種方式：（1）全補償IL=IC

；（2）欠補償IL＜IC

；（3）過補償IL＞IC。實際上都采用過補償，以防止由全補償引起的電流諧振，損壞設備或欠補償由于部分線路斷開造成全補償。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.3.3中性點直接接地的電力系統(tǒng)

中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通過接地中性點形成單相短路，產(chǎn)生很大的短路電流，繼電保護動作切除故障線路，使系統(tǒng)的其它部分恢復正常運行。由于中性點直接接地，發(fā)生單相接地時，中性點對地電壓仍為零，非接地相對地電壓也不發(fā)生變化。圖1-10是發(fā)生單相接地時的中性點直接接地電力系統(tǒng)。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.3.4中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)

中性點經(jīng)電阻接地，按接地電流大小又分為經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地。1.中性點經(jīng)高電阻接地高電阻接地方式以限制單相接地電流為目的，電阻值一般為數(shù)百至數(shù)千歐姆。中性點經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)可以消除大部分諧振過電壓，對單相間隙弧光接地過電壓有一定的限制作用。但對系統(tǒng)絕緣水平要求較高。主要用于發(fā)電機回路。2.中性點經(jīng)低電阻接地城市6~35kV配電網(wǎng)絡主要由電纜線路構成，其單相接地故障電流較大，可達100~1000A，若采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式無法完全消除接地故障點的電弧和抑制諧振過電壓，可采用中性點經(jīng)低電阻接地方式。該方式具有切除單相接地故障快，過電壓水平低的優(yōu)點。中性點經(jīng)低電阻接地方式適用于以電纜線路為主，不容易發(fā)生瞬時性單相接地故障且系統(tǒng)電容電流比較大的城市電網(wǎng)，發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及企業(yè)配電系統(tǒng)。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.4電能的質量指標

電能的質量是指電壓質量、頻率質量和供電可靠性三項指標。1.1.1電壓電壓質量是以電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動與閃變和電壓波形來衡量。1.4.2頻率頻率的質量是以頻率偏差來衡量1.4.3供電可靠性供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量。

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.電壓偏差

電壓偏差是電壓偏離額定電壓的幅度，一般以百分數(shù)表示，即式中，ΔV%為電壓偏差百分數(shù)；U為實際電；UN為額定電壓。我國規(guī)定了供電電壓允許偏差，見表1-2，要求供電電壓的電壓偏差不超過允許偏差表1-2供電電壓允許偏差線路額定電壓UN

允許電壓偏差

35KV及以上10KV及以下220V±5%±7%＋7%、－10%第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.電壓波動和閃變

電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓變化的速率大于每秒1%的即為電壓急劇變化。電壓波動程度以電壓最大值與最小值之差或其百分數(shù)表示，即

式中，δU為電壓波動；δU%為電壓波動百分數(shù)；、為電壓波動的最大值和最小值（kV）；為額定電壓（kV）。電壓波動的允許值見表1-3。周期性電壓急劇變化引起光源光通量急劇波動而造成人眼視覺不舒適的現(xiàn)象，稱為閃變。通常用電壓調幅波中不同頻率的正弦波分量的均方根值等效為10Hz正弦電壓波動值的1min平均值——等效閃變值δU10來表示，其允許值見表1-4。

δU%=

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo表1-3電壓波動允許值（GB/T12326-2000）

額定電壓（kV）電壓波動允許值（δU%）10及以下2.535~1102.0220及以上1.6表1-4δU10允許值（GB/T12326-2000）應用場合對照明要求δU10允許值較高的白熾燈負荷0.4（推薦值）一般性照明負荷0.6（推薦值）返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo3.波形

波形的質量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但電力系統(tǒng)中有大量非線性負荷，使電壓波形發(fā)生畸變，除基波外，還有各項諧波。表1-5是我國規(guī)定的公用電網(wǎng)電壓波形畸變率。表1-5公用電網(wǎng)諧波電壓限值（相電壓）電網(wǎng)額定電壓（kV）電壓總諧波畸變率（%）

各項諧波電壓含有率（%）

奇次偶次0.385.04.02.06104.03.21.635663.02.41.21102.01.60.8第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

我國采用的額定頻率為50HZ。在正常情況下，頻率的允許偏差，根據(jù)電網(wǎng)的裝機容量而定；事故情況下，頻率允許偏差更大。頻率的允許偏差見表1-6。表1-6電力系統(tǒng)頻率的允許偏差運行情況允許頻率偏差正常運行300萬kW及以上300萬kW及以下±0.2±0.5

非正常運行±1.0

返回4.頻率質量指標第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量。它常用供電可靠率Kre1表示，即實際供電時間與統(tǒng)計期全部時間的比值的百分數(shù)表示，

Kre1=100%

Ty=Ts-TtTt=式中，Ty為統(tǒng)計期實際供電時間之和（h）；Ts為統(tǒng)計期全部時間（h）；Tt為統(tǒng)計期內停電時間之和（h）；ti為統(tǒng)計期內每次停電時間（h）。停電時間應包括：事故停電、計劃檢修停電及臨時性停電時間。

返回5.供電可靠性指標第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

1.5電力負荷

用戶有各種用電設備，它們的工作特征和重要性各不相同，對供電的可靠性和供電的質量要求也不同。因此，應對用電設備或負荷分類，以滿足負荷對供電可靠性的要求，保證供電質量，降低供電成本。1.5.1按對供電可靠性要求的負荷分類

我國將電力負荷按其對供電可靠性的要求及中斷供電在政治上、經(jīng)濟上造成的損失或影響的程度劃分為三級。1．一級負荷

一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡者；中斷供電將在政治上、經(jīng)濟上造成重大損失者;中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟影響的用電單位的正常工作的負荷。一級負荷應由兩個獨立電源供電。所謂獨立電源，就是當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞。在一級負荷中的特別重要負荷，除上述二個獨立電源外，還必須增設應急電源。2．二級負荷

二級負荷為中斷供電將在政治上、經(jīng)濟上造成較大損失者，斷供電系統(tǒng)將影響重要用電單位正常工作的負荷者；中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要公共場所秩序混亂者。二級負荷應由兩回線路供電，供電變壓器亦應有兩臺。做到當電力變壓器發(fā)生故障或電力線路發(fā)生常見故障時，不致中斷供電或中斷后能迅速恢復。

3．三級負荷

三級負荷為不屬于一級和二級負荷者。對一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè)，停電僅影響產(chǎn)量或造成少量產(chǎn)品報廢的用電設備，以及一般民用建筑的用電負荷等均屬三級負荷。三級負荷對供電電源沒有特殊要求，一般由單回電力線路供電。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.5.2按工作制的負荷分類

1.連續(xù)工作制負荷

連續(xù)工作制負荷是指長時間連續(xù)工作的用電設備，其特點是負荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使其達到熱平衡狀態(tài)，其溫度達到穩(wěn)定溫度，用電設備大都屬于這類設備。如泵類、通風機、壓縮機、電爐、運輸設備、照明設備等。

2.短時工作制負荷

短時工作制負荷是指工作時間短、停歇時間長的用電設備。其運行特點為工作時其溫度達不到穩(wěn)定溫度，停歇時其溫度降到環(huán)境溫度，此負荷在用電設備中所占比例很小。如機床的橫梁升降、刀架快速移動電動機、閘門電動機等。

3.反復短時工作制負荷

反復短時工作制負荷是指時而工作、時而停歇、反復運行的設備，其運行特點為工作時溫度達不到穩(wěn)定溫度，停歇時也達不到環(huán)境溫度。如起重機、電梯、電焊機等。反復短時工作制負荷可用負荷持續(xù)率（或暫載率）ε來表示。

（1-9）式中，tw為工作時間，to為停歇時間，T為工作周期。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

小結

本章介紹了電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的概念，講述了電能的質量指標和電力負荷，重點討論了電力系統(tǒng)中各種電力設備的額定電壓，電力系統(tǒng)中性點的運行方式。

習題1.

電力系統(tǒng)是指由——、——、——和——組成的整體。2.

工廠供配電系統(tǒng)由——、——、——、——和——組成。3.

電力系統(tǒng)中性點的運行方式有——、——和——三種。4.

電能質量指標有——、——兩項。5.

電力負荷按工作制分為:——、——和——三類。

1.發(fā)電廠、變電所、電力線路、用戶

2.總降變電所、配電所、車間變電所、配電線路、用電設備

3.不接地、經(jīng)消弧線圈接地、直接接地

4.電壓、頻率

5.連續(xù)工作制、短時工作制、反復短時工作制返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo第二章負荷計算

內容:負荷曲線，負荷的設備容量，負荷的計算方法，功率因數(shù)和無功功率補償。難點:掌握負荷設備容量的計算，需要系數(shù)法負荷的計算方法，掌握功率因數(shù)的計算和無功功率補償計算。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo第二章負荷計算§2.1負荷曲線§2.2用電設備的設備容量§2.3負荷計算的方法§2.4功率損耗和電能損耗§2.5用戶負荷計算尖峰電流的計算§2.6功率因數(shù)和無功功率補償小結思考題和習題第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.1負荷曲線⊙負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，反映了用戶用電的特點和規(guī)律?！沿摵汕€繪制在直角坐標上，縱坐標表示負荷，橫坐標表示對應的時間。

⊙負荷曲線按負荷功率的功率性質不同，分有功負荷曲線和無功負荷曲線；按時間單位的不同，分日負荷曲線和年負荷曲線；按負荷對象不同，分用戶、車間或某類設備負荷曲線。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.2.1日負荷曲線1.繪制的方法

（1）以某個監(jiān)測點為參考點，在24h中各個時刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點繪制而成折線形狀，稱折線形負荷曲線，見圖2-1a。

（2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時間間隔（一般為半小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點畫在坐標上，把這些點連成階梯狀的是階梯形負荷曲線,如圖2-1b

。2.特點

（1）電力負荷是變化的，不等于額定功率。

（2）電力負荷的變化是有規(guī)律的。圖圖第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo（a）折線形負荷曲線（b）階梯形負荷曲線第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.1.2年持續(xù)負荷曲線

﹡年負荷曲線又分為年運行負荷曲線和年持續(xù)負荷曲線。﹡年運行負荷曲線可根據(jù)全年日負荷曲線間接制成。﹡年持續(xù)負荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負荷曲線和夏季日負荷曲線。繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負荷曲線，圖中P1在年負荷曲線上所占的時間計算為T1=200t1+165t2,其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況核定。一般在北方，近似認為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認為冬季165天，夏季200天。圖第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

年負荷持續(xù)時間曲線的繪制（a）夏季日負荷曲線

（b）冬季日負荷曲線

（c）年負荷持續(xù)時間曲線第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.1.3荷曲線的有關物理量

1.年最大負荷和年最大負荷利用小時

（1）年最大負荷Pmax

年最大負荷是指全年中負荷最大的工作班內30分鐘平均功率的最大值。

（2）年最大負荷利用小時Tmax

如圖2-3所示，陰影為全年實際消耗電能，如果以Wa表示全年實際消耗的電能,則有：2.平均負荷和負荷系數(shù)

（1）平均負荷Pav

平均負荷就是指電力負荷在一定時間內消耗的功率的平均值。

年平均負荷Pav,如圖2-4所示，陰影部分表示全年實際消耗的電能Wa，則：

（2）負荷系數(shù)KL

負荷系數(shù)是指平均負荷與最大負荷的比值，有有功負荷系數(shù)KaL和無功負荷系數(shù)KrL，即

有時也用α表示有功負荷系數(shù)，用β表示無功負荷系數(shù)。一般工廠

α=0.7~0.75，β=0.76~0.82

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo年最大負荷和年最大負荷利用小時年平均負荷

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.2用電設備的設備容量2.2.1設備容量的定義

設備的銘牌額定功率PN經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設備容量，用Pe來表示。2.2.2設備容量的確定

1.長期工作制和短期工作制的用電設備

長期工作制和短時工作制的設備容量就是所有設備的銘牌額定功率，即

Pe=PN

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.反復短時工作制的用電設備

反復短時工作制的設備容量是指某負荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率。

（1）電焊機和電焊裝置組

要求統(tǒng)一換算到ε=100%時的功率，即：

式中，PN為電焊機額定有功功率；SN為額定視在功率；εN為額定負荷持續(xù)率；cosφN為額定功率因數(shù)。

（2）起重機（吊車電動機）

要求統(tǒng)一換算到ε=25%時的功率，即：

式中，PN為額定有功功率；εN為額定負荷持續(xù)率。

（3）電爐變壓器組

設備容量是指額定功率下的有功功率，即：Pe=SN*cosφN

式中，SN是電爐變壓器的額定容量；cosφN是電爐變壓器的額定功率因數(shù)。

（4）照明設備

①不用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量指燈頭的額定功率，即：Pe=PN

②用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。

熒光燈：Pe=1.2PN

高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：

Pe=1.1PN

③照明設備的設備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：Pe=WS/1000第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.3

負荷計算的方法

計算負荷是指導體中通過一個等效負荷時，導體的最高溫升正好和通過實際的變動的負荷時其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負荷就稱為計算負荷。

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.3.1計算負荷的估算法

(1)單位產(chǎn)品耗電量法

有功計算負荷為：

式中，Wa為全年電能，Wa=a·m，m為年產(chǎn)量，a為單位產(chǎn)品的耗電量；Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。

(2)單位面積負荷密度法

若已知車間生產(chǎn)面積S(㎡)和負荷密度指標ρ（㎞/㎡）時，

車間平均負荷為:

Pav=ρ*S，

車間計算負荷為:

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.3.2需要系數(shù)法

所有用電設備的計算負荷并不等于其設備容量，兩者之間存在一個比值關系，因此引進需要系數(shù)的概念，即

式中，Kd即為需要系數(shù)；PC為計算負荷；Pe為設備容量。

需要系數(shù)可表達為：

式中，為用電設備效率；KL為負荷系數(shù)；ηwL為線路平均效率；K∑為用電設備組的同時系數(shù)。

(1)單組用電設備的計算負荷

式中，Kd為需要系數(shù)；Pe為設備容量；tgφ為設備功率因數(shù)角的正切值。

例2－1第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

例2-1

已知某機修車間的金屬切削機床組，有電壓為380V的電動機30臺，其總的設備容量為120kw。試求其計算負荷。解：查表可得，Kd=0.16~0.2(取0.2計算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根據(jù)公式得：

PC=KdPe=0.2×120=24(KW)

QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo(2)多組用電設備的計算負荷

式中，n為用電設備組的組數(shù)，K∑p、K∑q分別為有功、無功同時系數(shù)，Pci，

Qci為各用電設備組的計算負荷。例2－2第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

例2-2一機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW，其中較大容量電動機有7.5kW2臺，4kW2臺，2.2kW8臺；另接通風機1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。試求計算負荷（設同時系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。解:(1)冷加工機床：查附錄表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2)通風機：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar(3)電阻爐：因只1臺，故其計算負荷等于設備容量

Pc3=Pe3=2kW

Qc3=0(4)車間計算負荷：

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.3.3二項式法

(1)單組用電設備的計算負荷

式中，b、c為二項式系數(shù)；Pe∑是該組用電設備組的設備總容量；Px為x臺最大設備的總容量，當用電設備組的設備總臺數(shù)n＜2x時，則最大容量設備臺數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當只有一臺設備時，可認為Pc=Pe；tgφ為設備功率因數(shù)角的正切值。(2)多組用電設備的計算負荷

式中，（bPe∑）i為各用電設備組的平均功率，其中Pe∑是各用電設備組的設備總容量；cPx為每組用電設備組中x臺容量較大的設備的附加負（cPx）max為附加負荷最大的一組設備的附加負荷；tgφmax為最大附加負荷設備組的功率因數(shù)角的正切值。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo例2-3試用二項式法來確定例2-2中的計算負荷

解:求出各組的平均功率bPe和附加負荷cPx

（１）

金屬切削機床電動機組查附錄表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，

tgφ1=1.73，x=5，則

(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW

（２）

通風機組查附錄表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，

tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，則

(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW

（３）

電阻爐

(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0

顯然，三組用電設備中，第一組的附加負荷(cPx)1最大，故總計算負荷為

Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW

Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx)1tgφ1

=(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.3.4單相負荷計算

在用戶企業(yè)中，除了廣泛使用三相用電設備外，還有一些單相設備，如照明、電熱、電焊等設備。單相設備應盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負荷保持平衡。單相負荷的計算原則如下：

①三相線路中單相設備的總容量不超過三相總容量的15%時，單相設備可按三相負荷平衡計算。

②三相線路中單相設備的總容量超過三相總容量的15%時，應把單相設備容量換算為等效三相設備容量，再算出三相等效計算負荷。

1.單相設備組的等效三相設備容量

（1）單相設備接于相電壓時

Pe=3Pemφ

式中，Pemφ為最大負荷相所接的單相設備容量

（2）單相設備接于線電壓時的等效三相設備容量

①接于同一線電壓時

②接于不同線電壓時的三相設備容量。將線電壓的單相設備容量換算為相電壓的設備容量

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo將線電壓的單相設備容量換算為相電壓的設備容量的換算公式為

（3）有的單相設備接于線電壓、有的單相設備接于相電壓時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，然后分別計算各相的設備容量。2.單相設備組的等效三相計算負荷：第（1）種情況可直接用需要系數(shù)法算出等效三相計算負荷，第（2）和第（3）種情況選出最大相有功計算負荷，取其3倍作為等效三相計算負荷，即式中，Pcmφ為最大有功負荷相的有功計算負荷；Qcmφ為最大有功負荷相的無功計算負荷。式中，PAB、PBC、PCA為接于AB、BC、CA相間的有功設備容量；PeA、PeB、PeC為換算為A、B、C相的有功設備容量；QeA、QeB、QeC為換算為A、B、C相的無功設備容量；

pAB-A、qAB-A等為有功和無功換算系數(shù)。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo例2-4

某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺、單相電加熱器2臺和380V單相對焊機6臺。電熱干燥箱20kW2臺接于A相，30kW1臺接于B相，10kW3臺接于C相；電加熱器20kW2臺分別接于B相和C相；對焊機14kW（ε=100%）3臺接于AB相，20kW（ε=100%）2臺接于BC相，46kW（ε=60%）1臺接于CA相。試求該線路的計算負荷。

解:1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計算負荷

查附錄表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計算有功計算負荷

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kW

B相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kW

C相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW

2.對焊機的各相計算負荷

查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02

查表2-4得

cosφ=0.7時pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22

qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8

先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設備容量，即

（1）各相的設備容量為

A相PeA=pAB-APAB+pCA-APCA=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvar

B相PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvar

C相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW

QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC=0.22×35.63+--0.8×20×2=39.84kvar下一張CompanyLogo（2）各相的計算負荷為

A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW

QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvar

B相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvar

C相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW

QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相總的計算負荷（設同時系數(shù)為0.95）

A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）=0.95×（0+13.21）=12.55kvar

B相PcB=K∑（PcB1+PcB2）=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）=0.95×（0+14.84）=14.10kvar

C相PcC=K∑（PcC1+PcC2）=0.95×（35+12.78）=45.39kW

QcC=K∑（QcC1+QcC2）=0.95×（0+13.94）=13.24kvar4.總的等效三相計算負荷

因為B相的有功計算負荷最大，所以

PC=3Pcmφ=3PcB=346.68=140.4kW

QC=3Qcmφ=3QcB=3×14.10=42.3kvar上一張CompanyLogo

2.4功率損耗和電能損耗

2.4.1供配電系統(tǒng)的功率損耗

供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時功率損耗。

1.

線路的功率損耗：

線路功率損耗ΔPWL=3IC2RWL*10-3

ΔQWL=3IC2XWL*10-3

式中，Ic為線路的計算電流（A）；RWL為線路每相電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻（Ω/km），L為線路的計算長度（km）；XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL=X0L，X0為線路單位長度的電抗（Ω/km）

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.變壓器的功率損耗㈠估算法

ΔPT=0.015ScΔQT=0.06Sc

㈡精確法

①有功功率損耗

●鐵損△PFe

空載損耗△P0可認為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。

●銅損△PCu

負載損耗△PK可認為就是額定電流下的銅損△PCu。

變壓器的有功功率損耗為

△PT≈△P0+△PKKL2

式中，SN為變壓器的額定容量；SC為變壓器的計算負荷；KL為變壓器的負荷率（KL=SC/SN）

②無功功率損耗

●空載無功功率損耗

△Q0

●負載無功功率損耗

△QL

變壓器的無功功功率損耗為：

式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值;Uk%為變壓器的短路電壓百分值。

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗

(1)線路電能損耗

最大損耗時間τ：當線路或變壓器中以最大計算電流Ic流過τ小時后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過實際變化的電流時所產(chǎn)生的電能損耗。

線路電能損耗

△WL=△PWL*τ(2)變壓器的電能損耗

△WT=△P0*8760+△Pk(SC/SN)2*τ

2.4.3線損率

線損率是一定時間內的電能損耗和總供電量W之比。它標示用戶的電能利用效率。

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo2.5用戶總負荷計算和尖峰電流計算

2.5.1用戶總負荷計算

逐級計算法確定用戶計算負荷的原則如下：將用電設備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設備組的計算負荷；根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設備朝電源方向逐級計算負荷；在配電點處考慮同時系數(shù)；在變壓器安裝處計及變壓器損耗；用戶的電力線路較短時，可不計電力線路損耗；在并聯(lián)電容器安裝處計及無功補償容量。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo1.供給單臺用電設備的支線的計算負荷確定（如圖中1點處）

計算目的：用于選擇其開關設備和導線截面

計算負荷為：

2.用電設備組計算負荷的確定（如圖中2點處）

計算目的：用來選擇車間配電干線及干線上的電氣設備。

計算負荷為：

3.車間干線或多組用電設備的計算負荷確定（如圖中3點處）

計算公式為：

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo4.車間變電所低壓母線計算負荷的確定（如圖中4點處）計算目的：以此選擇車間變電所的變壓器容量。7.總降變電所高壓側的計算負荷確定（如圖中7點處）

計算負荷為：

5.車間變電所高壓母線的計算負荷確定（如圖中5點處）

計算目的：以次選擇高壓配電線及其上的電氣設備。

計算公式：

6.總降變電所二次側的計算負荷確定（如圖中6點處）計算目的：以此選擇高壓配電線及其上的電氣設備。

計算負荷為：CompanyLogo2.5.2尖峰電流的計算

尖峰電流Ipk是指單臺或多臺用電設備持續(xù)1~2秒的短時最大負荷電流。它是由于電動機起動、電壓波動等原因引起的，尖峰電流比計算電流大的多。

計算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護裝置、計算電壓波動及檢驗電動機自起動條件等。

1、給單臺用電設備供電的支線尖峰電流計算尖峰電流就是用電設備的起動電流，即

Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設備的起動電流；IN為用電設備的額定電流；Kst為用電設備的起動電流倍數(shù)

2、給多臺用電設備供電的干線尖峰電流計算

計算公式為

或

式中，Istmax為用電設備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流;（Ist－IN）max為用電設備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流與額定電流電流之和；

K∑為上述n–1臺設備的同時系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選取，一般為0.7~1；Ic為全部設備投入運行時線路的計算電流。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo例2-6

計算某380V供電干線的尖峰電流，該干線向3臺機床供電，已知3臺機床電動機的額定電流和啟動電流倍數(shù)分別為IN1=5A，,Kst1=7;IN2=4A，Kst2=4;IN3=10A，Kst3=3。

解（1）計算啟動電流與額定電流之差（Kst1-1）×IN1=（7-1）×5=30A

（Kst2-1）×IN2=（4-1）×4=12A

（Kst3-1）×IN3=（3-1）×10=20A

可見，第1臺用電設備電動機的啟動電流與額定電流之差最大。（2）計算供電線路的尖峰電流

Ipk=IC+（Ist-IN）max=Kd∑IN+（Ist-IN

）max=0.15×（5+4+10）+30=32.85ACompanyLogo2.6功率因數(shù)和無功功率補償2.6.1功率因數(shù)的計算

1.瞬時功率因數(shù)

2.最大負荷功率因數(shù)

3.平均功率因數(shù)

（1）由消耗的電能計算

式中，Wa為某一時間內消耗的有功電能（kWh）；Wr為某一時間內消耗的無功電能（kVAh）。

（2）由計算負荷計算

式中，為有功負荷系數(shù)（一般為0.7~0.75）；為無功負荷系數(shù)（一般為0.76~0.82）。

4.供電部門對用戶功率因數(shù)的要求

cosφ≥0.9

第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章CompanyLogo

2.6.2功率因數(shù)對供