第二章负荷计算与无功功率补偿

1、2 负荷计算与无功功率补偿负荷计算与无功功率补偿2.1 计算负荷计算负荷2.9 无功功率的补偿无功功率的补偿2.2 设备功率设备功率2.3 需要系数法确定计算负荷需要系数法确定计算负荷2.4 单位面积法确定计算负荷单位面积法确定计算负荷2.5 单相负荷的计算单相负荷的计算2.6 季节负荷的计算季节负荷的计算2.7 冲击负荷的计算冲击负荷的计算2.8 能量损耗计算能量损耗计算2.11 典型建筑工程的负荷计算典型建筑工程的负荷计算2.1.1 2.1.1 负荷曲线和计算负荷的概念负荷曲线和计算负荷的概念表示电力负荷在表示电力负荷在一定时间内一定时间内的的平均功率平均功率随时间变化情况的图形称为负荷曲

2、线。随时间变化情况的图形称为负荷曲线。2.1 计算负荷计算负荷 纵坐标：有功功率纵坐标：有功功率负荷曲线负荷曲线 无功功率无功功率负荷曲线负荷曲线 横坐标：日负荷曲线横坐标：日负荷曲线 月负荷曲线月负荷曲线 年负荷曲线年负荷曲线 负荷曲线所包围的负荷曲线所包围的面积面积代表负荷在某代表负荷在某个时间段内的个时间段内的电能需要量（用电量）。电能需要量（用电量）。日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线 b)梯形负荷曲线年负荷曲线 a)年负荷持续时间曲线 b)年每日最大负荷曲线 计算负荷计算负荷：按：按发热条件发热条件选择电气设备的选择电气设备的一个一个假定假定负荷，其产生的热效应与实际变动负荷，其产

3、生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应应相等。负荷曲线上负荷产生的最大热效应应相等。负荷曲线上的的“最大负荷最大负荷”称为计算负荷。称为计算负荷。 计算负荷是作为按发热条件选择配电变计算负荷是作为按发热条件选择配电变压器、开关设备及导线、电缆截面的依据，压器、开关设备及导线、电缆截面的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。依据。2.1.2 计算负荷计算负荷 .1不同工作制用电设备的设备功率不同工作制用电设备的设备功率 1. 1. 长期连续工作制长期连续

4、工作制：等于额定功率等于额定功率，kWkW。2.2. 短时工作制短时工作制设备的设备容量为设备的设备容量为零零。2.2 设备功率设备功率eNPP= 3 3 反复短时工作制反复短时工作制：换算到暂载率：换算到暂载率 2525时的额定功率（时的额定功率（kWkW），即），即换算到换算到 2525时电动机设备容量；时电动机设备容量；铭牌暂载率，以铭牌暂载率，以百分值百分值代入公式；代入公式；电动机的铭牌额定功率，电动机的铭牌额定功率，kWkW。NNNNePPP225NNePP电焊机及电焊设备电焊机及电焊设备：算到暂载率：算到暂载率 100100时的额定功率，即时的额定功率，即NeP换算到换算到 10

5、0100时电焊设备的设备容量；时电焊设备的设备容量；铭牌暂载率，以铭牌暂载率，以百分值百分值代入公式代入公式； 直流电焊机的铭牌额定功率，直流电焊机的铭牌额定功率，kWkW；交流电焊机的铭牌额定视在功率，交流电焊机的铭牌额定视在功率，kVAkVA；电焊设备的铭牌额定功率因数。电焊设备的铭牌额定功率因数。NNSPcosNNNNeSPPcos100 2.2.2 2.2.2 照明设备的设备容量照明设备的设备容量 1 1）白炽灯、碘钨灯设备容量）白炽灯、碘钨灯设备容量等于等于灯泡灯泡上标出的额定功率，上标出的额定功率，kWkW。 2 2）带镇流器的荧光灯的设备容量为）带镇流器的荧光灯的设备容量为1.2

6、51.25倍倍的额定功率，的额定功率，kWkW，电子型起动的荧，电子型起动的荧光灯的设备容量光灯的设备容量等于等于荧光灯灯管的额定功荧光灯灯管的额定功率。率。 3 3）高强气体放电灯其设备容量为）高强气体放电灯其设备容量为1.11.1倍倍的额定功率，的额定功率，kWkW。1. 1. 消防设备的供电消防设备的供电 消防负荷与非消防负荷消防负荷与非消防负荷不能共用不能共用供电回路的供电回路的问题。问题。 消防电梯与普通电梯不能合用供电回路；消防电梯与普通电梯不能合用供电回路； 消防防排烟风机与普通风机不能合用供电回消防防排烟风机与普通风机不能合用供电回路；路； 消防水泵与生活水泵不能合用供电回路等

7、。消防水泵与生活水泵不能合用供电回路等。2.2.4 消防负荷消防负荷2.3 需要系数法确定计算负荷需要系数法确定计算负荷2.3.1 2.3.1 需要系数需要系数 1 1定义定义 )()(maxkWPkWP总和用电设备的设备容量的负荷曲线的最大负荷需要系数 需要系数是表示配电系统中需要系数是表示配电系统中所有所有用电设备用电设备同时使用同时使用的程度。通常其值小于的程度。通常其值小于1 1。 3.3.负荷系数负荷系数 ：反映在反映在最大负荷最大负荷时，时，正在工作运行的用电设备的正在工作运行的用电设备的实际需要实际需要的的设设备容量备容量与正在运行的用电设备与正在运行的用电设备总设备容量总设备容

8、量的比值。的比值。KLK 2.2.同时工作系数同时工作系数 ：反映在反映在最大负荷最大负荷时，时，正在工作运行正在工作运行的用电的用电设备的设备的设备容量设备容量与与全部全部用电设备用电设备总总设备容量设备容量的比值。的比值。. 4.4.平均效率平均效率 ：用电设备的功率损耗。：用电设备的功率损耗。 5. 5.线路效率线路效率 ：线路的功率损耗。：线路的功率损耗。 综合考虑上述因素后，需要系数表示为综合考虑上述因素后，需要系数表示为wlelxKKKewl 2.3.2 2.3.2 用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 1 1单组用电设备计算负荷单组用电设备计算负荷 设备组中设备数量在设备组中

9、设备数量在3 3台以上台以上，要考虑，要考虑需要系数，有功计算负荷需要系数，有功计算负荷 ePxK给出的需用系数；给出的需用系数；单台电气设备的设备容量，单台电气设备的设备容量，kWkW。设备数量在设备数量在3 3台以下台以下，需要系数为，需要系数为1 1。excPKP 无功计算负荷无功计算负荷tgPQcc22cccQPS tgcP给出的正切值给出的正切值tgtg ；有功计算负荷，有功计算负荷，kWkW。设备容量设备容量 计算电流计算电流 3ccnSIU=nUccSPcos系统的额定电压，系统的额定电压，kVkV。功率因数功率因数 2 2多组用电设备的计算负荷多组用电设备的计算负荷 将各用电设

10、备组计算负荷按有功功率将各用电设备组计算负荷按有功功率和无功功率和无功功率分别相加分别相加，引入，引入同时工作系数同时工作系数。221111cccniciQniciQcniNidPmiciPcQPStgPKQKQPKKPKP在在0.9之间，变电站取之间，变电站取0.850.851 1。PKQK在在0.930.930.970.97之间，变电站取之间，变电站取0.950.951 1。【例】某车间用电设备如下：【例】某车间用电设备如下： （1 1）电焊机）电焊机2525台，功率分别为：台，功率分别为：3.0kVA3.0kVA8 8；8kVA8kVA6 6；16kVA16kVA5 5

11、；30kVA30kVA2 2；180kVA180kVA2 2；200kVA200kVA2 2； （2 2）风机：）风机：5050台，功率均为台，功率均为2.2kW2.2kW； （3 3）机床：）机床：6666台，功率分别为：台，功率分别为：7.5kW7.5kW3030；15kW15kW3030；30kW30kW2 2；45kW45kW2 2；90kW90kW2 2； （4 4）吊车：）吊车：2 2台，分别为台，分别为15kW15kW，22kW22kW，%25%50解解 本车间的总配电计算负荷分别计算如下：本车间的总配电计算负荷分别计算如下： （1 1）电焊机）电焊机35. 0XK5 . 0co

12、s33. 1tankWSKPKPNNXeXc3 .1205 . 05 . 097235. 0cos1var16033. 13 .120tan11kPQcc（2 2）风机：）风机：75. 0XK85. 0cos75. 0tankWPKPeXc5 .822 . 25075. 02var9 .6175. 05 .82tan22kPQcc（3 3）机床：）机床：14. 0XK75. 0cos88. 0tankWPKPeXc7 .140100514. 03var82.12388. 07 .140tan33kPQcc（4 4）吊车：）吊车：1 . 0XK5 . 0cos73. 1tankWPKPKPNNX

13、eXc7 . 337%25%251 . 0%254var4 . 673. 17 . 3tan44kPQcc（5 5）本车间的总配电计算负荷，）本车间的总配电计算负荷，9 . 0pK95. 0qKkWPKPcipc48.3122 .3479 . 07 . 37 .1405 .823 .1209 . 0）（var8 .29648.31295. 0kQKQciqckVAQPSccc4318 .29648.31222227250. 043148.312cosccSPA8 .65438031043133NccUSI 2.3.3 配电干线和配电所的计算负荷配电干线和配电所的计算负荷 1. 配电低压干线的计

14、算负荷配电低压干线的计算负荷 将各用电设备组计算负荷按有功功率和无功功率分别相加即可得到低压干线的计算负荷。121nccccnciiPPPPP121nccccnciiQQQQQ22cccSPQ 2. 低压母线的计算负荷低压母线的计算负荷 考虑到各干线最大负荷不可能同时出现，在确定低压母线的计算负荷时应引入一个同时工作系数。将各低压干线的有功、无功计算负荷相加。nicipcPKP1niciqcQKQ122cccSPQ 3. 10kV输电线路、母线及高压进线计算输电线路、母线及高压进线计算负荷的确定负荷的确定 10kV输电线路、母线及高压进线的计算负荷只需在低压母线负荷的基础上考虑相应配电变压器或

15、降压变压器、线路的功率损耗及同时工作系数后确定。lTcicPPPPlTcicQQQQ22cccSPQ2.4 单位面积法确定计算负荷单位面积法确定计算负荷 2.4.1 单位面积功率法（负荷密度法）单位面积功率法（负荷密度法）1000cKAP 负荷密度（负荷密度（W/mW/m2 2或或VA/mVA/m2 2）；）； 建筑面积（建筑面积（m m2 2）KA 2.4.2 单位指标法单位指标法 1000KNP 单位指标（单位指标（W/W/床或床或W/W/户）；户）； 核算单位的数量；核算单位的数量；KN 单相负荷应尽可能均匀分配在三相上。当单相负荷应尽可能均匀分配在三相上。当计算范围内单相用电设备容量之

16、和计算范围内单相用电设备容量之和小于总设备容小于总设备容量的量的15%15%时，可按三相平衡负荷计算。时，可按三相平衡负荷计算。 2.5.1 单相负荷接在相电压单相负荷接在相电压三个相负荷中最大的三个相负荷中最大的相相负荷，负荷，kWkW。emePP3emP 2.5.2 线负荷线负荷 1. 接于同一线电压时接于同一线电压时3eePPeP 单相设备的容量（单相设备的容量（kW）2.5 单相负荷的计算单相负荷的计算 2 2接于不同线电压时的三相设备容量接于不同线电压时的三相设备容量 设接于3个线电压的设备容量分别为 、 、 1P2P3P123coscoscos1233ePPP11223tan3ta

17、neQPP321PPP 3. 3. 有的单相设备接于线电压，有的单相设备接于线电压，有的单相设备接于相电压时有的单相设备接于相电压时eAABAABCAACAeAABAABCAACAeBBCBBCABBABeBBCBBCABBABeCCA CCABCCBCeCCA CCABCCBCPpPpPQqPqPPpPpPQqPqPPpPpPQqPqP2.6 季节负荷的计算季节负荷的计算 季节性负荷季节性负荷如冬季采暖和夏季空如冬季采暖和夏季空调，应取较大值调，应取较大值计入正常计入正常的负荷计算。的负荷计算。2.7 冲击负荷的计算冲击负荷的计算 临时性负荷不应计入临时性负荷不应计入正常的负荷计算正常的负荷

18、计算中。变压器、开关及供电线路等不得超过中。变压器、开关及供电线路等不得超过其短时过负荷允许值（包括变压器的短时其短时过负荷允许值（包括变压器的短时过载能力）。过载能力）。 电动机的瞬时起动电动机的瞬时起动冲击负荷冲击负荷不计入不计入正正常的负荷计算中。但应常的负荷计算中。但应校验校验此冲击负荷对此冲击负荷对变压器、线路变压器、线路、开关的保护设备是否能准、开关的保护设备是否能准确动作。确动作。 1 1给单台用电设备供电的支线冲击电给单台用电设备供电的支线冲击电流计算流计算 冲击电流就是用电设备的起动电流冲击电流就是用电设备的起动电流NSTSTPKIKII 起动电流（起动电流（A A）；）；

19、额定电流（额定电流（A A）；）； 起动电流倍数起动电流倍数 鼠笼型鼠笼型5 57 7，绕线型，绕线型2 23 3 直流直流1.71.7，电焊变压器，电焊变压器3 3或稍大）。或稍大）。STINISTK 2 2给多台用电设备供电的干线冲击给多台用电设备供电的干线冲击电流计算电流计算11maxnistNiPKIIKImax)(NstcPKIIII起动电流最大设备的起动电流（起动电流最大设备的起动电流（A A）；）； 起动电流最大设备的起动电流与额定电起动电流最大设备的起动电流与额定电流之差（流之差（A A）；）； 除了起动电流最大的那台设备外，其他 台设备的额定电流之和（A）；）； 同时系数同时

20、系数O.7O.71 1； 全部设备投入运行时线路的计算电流（全部设备投入运行时线路的计算电流（A A）。）。1nmaxstImax）（NstII niNiI1KcI2.8 能量损耗计算 2.8.1 线路的功率损耗 有功损耗 无功损耗kWRIPWLcWL32103var10332kXIQWLcWL 2.8.2 2.8.2 电力变压器的功率损耗电力变压器的功率损耗 有功损耗 20)(rckTSSPPPcSrS0PkP变压器的变压器的计算计算负荷，负荷，kVAkVA；变压器的变压器的额定额定容量，容量，kVAkVA；变压器的变压器的空载空载有功损耗，有功损耗，kWkW；变压器的变压器的短路短路有功损

21、耗，有功损耗，kWkW；无功损耗100%00rSIQ 0QlQ100%rklSUQ %0I%kU20)(rclTSSQQQ变压器的变压器的空载空载无功损耗，无功损耗，kWkW；变压器的变压器的短路短路无功损耗，无功损耗，kWkW；变压器变压器空载电流空载电流百分比；百分比；变压器变压器短路电压短路电压百分比；百分比； 功率因数低造成的危害功率因数低造成的危害 1降低了供电设备（电源）的供电能力 2增加供电系统的有功损耗 3供电线路的电压降增大 4. 发电机效率降低 2.9 2.9 无功功率补偿无功功率补偿 100kVA及以上高压供电的电力客户，在高峰负荷时的功率因数不宜低于0.95；其他电力客

22、户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数不宜低于0.90；农业用电功率因数不宜低于0.85。2.9.1 2.9.1 功率因数的要求功率因数的要求 瞬时功率因数瞬时功率因数 UIP3cos 平均功率因数平均功率因数有月平均和年平均功率因数。有月平均和年平均功率因数。maxmaxcosccSP 最大功率因数最大功率因数是最大计算负荷与最大计算是最大计算负荷与最大计算容量的比值确定的，即容量的比值确定的，即2221cos1PavPQQPWWWWW 1 1提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法 （1 1）合理选择电动机的容量，接近）合理选择电动机的容量，接近满载满载运转。运转。 （2 2

23、）负载率）负载率小于小于4040的电动机，换电动机。的电动机，换电动机。 （3 3）限制感应电动机）限制感应电动机空载空载运转。运转。 （4 4）正确选择变压器容量，提高变压器的负载）正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（率（75758080合适）。合适）。 （5 5）负荷率在）负荷率在0.9的的绕线式绕线式电动机，可使电动机，可使其其同步化同步化，向电力系统输送出无功功率。，向电力系统输送出无功功率。 2.9.2 功率因数的补偿方法功率因数的补偿方法 2 2人工补偿改善功率因数人工补偿改善功率因数 （1 1）同步同步电动机在电动机在过激磁过激磁方式呈现容性时方式呈现容性时

24、运转，功率因数运转，功率因数超前超前0.9时，向供电系统输时，向供电系统输出无功功率。出无功功率。 （2 2）利用）利用同步调相机同步调相机作为无功功率电源。作为无功功率电源。 （3 3）采用）采用静电电容器静电电容器补偿。补偿。 1. 1. 固定固定补偿容量补偿容量2121)(tgtgqqPtgtgPQcccavcccq1tg 2tg cP有功有功计算计算负荷，负荷，kWkW；补偿前补偿前计算负荷的功率因数角的正切值；计算负荷的功率因数角的正切值；补偿后补偿后功率因数角的正切值；功率因数角的正切值；无功功率补偿率。无功功率补偿率。 2.9.3补偿容量的计算补偿容量的计算 2

25、. 2. 自动自动补偿容量补偿容量22cccccccQPSQQQ 4. 4. 补偿后补偿后无功计算负荷和计算容量会发生变无功计算负荷和计算容量会发生变化。化。cccccqPtgtgPQ)(213. 电容器容量电容器容量rccQQN 电容器的数量应该是电容器的数量应该是3的倍数的倍数。采用。采用三角形三角形接线。接线。 1 1就地补偿就地补偿：对：对设备设备。 2 2集中补偿集中补偿：变电所内变电所内集中补偿。集中补偿。电容器组应采用电容器组应采用循环自动投切循环自动投切运行方式。运行方式。 2.9.4 补偿方式补偿方式 2.9.5 2.9.5 移相电容器的接线移相电容器的接线 1. 1. 并联补偿并联补偿形形接线。接线。 2.2. 低压低压三相三相，内部已接成，内部已接成形形。 例例1 某小批量生产车间某小批量生产车间380V线路上接有线路上接有 金属切削机床共金属切削机床共20台，其中台，其中10.5kW-4台，台，7.5kW-8台，台，5kW-8台，台， 车间有车间有380V电焊机电焊机2台，每台容量台，每台容量20kVA， ， 车间有吊车车间有吊车1台台11kW， ， 试计算此车间的设备容量。试计算此车间的设备容量。 %65r5 .