建筑电气节能-4供配电系统节能

1、4 供配电系统的节能（4学时）4.1 负荷计算4.2 电能质量4.3 变配电设备选择4.4 其它14 供配电系统的节能 负荷计算本章主要内容设备选择需关注的问题、常用计算方法、负荷参数选择节能设备、减少设备本身能耗电能质量功率因数的补偿要求和补偿方法、谐波的预防和治理2其它合理选择变配电所位置、正确选择导线截面等4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 3负荷密度法规划设计单位指标法方案设计需要系数法初步设计、施工图设计计算方法设计阶段各个设备组计算各个设备组计算方法可能不同方法可能不同4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.1 单位指标法单位指标法4计算

2、公式：计算公式：其中，其中，S30计算的单位指标视在功率，计算的单位指标视在功率，kV A； K单位指标，单位指标，V A/m2； N建筑面积，建筑面积，m2。方案设计方案设计初步设计初步设计施工图设计施工图设计单位指标法：单位指标法：确定供电方案和选确定供电方案和选择变压器容量台数择变压器容量台数4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.1 单位指标法单位指标法54 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需要系数法6计算公式为计算公式为其中，其中，Pc计算负荷，计算负荷，kW； Kd需要系数；需要系数； PN用电设备组的设备功率（用户

3、安装的用用电设备组的设备功率（用户安装的用电设备的额定功率之和），电设备的额定功率之和），kW 。方案设计方案设计初步设计初步设计施工图设计施工图设计需要系数法需要系数法需要系数法需要系数法4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需要系数法74 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算4.1.2 需要系数法需要系数法8五天工作制；早五天工作制；早88晚晚5 5；受天气影响大；受天气影响大种类多；有规模等级之分；包种类多；有规模等级之分；包含建筑种类；尽管用电设备较多，含建筑种类；尽管用电设备较多，照明标准比商业楼、写字楼低；特照明标准比商业楼、写

4、字楼低；特殊用电设备多，需专用变压器；特殊用电设备多，需专用变压器；特别重要负荷。别重要负荷。 综合医院、专科医院、康复中心、急救中心、疗养院综合医院、专科医院、康复中心、急救中心、疗养院 按床位（按床位（300/400/500/600/800/1000300/400/500/600/800/1000）；按等级三、二、一级）；按等级三、二、一级 门诊部、医技部、住院部、行政部、后勤部等；门诊部、医技部、住院部、行政部、后勤部等； 放射科包括放射科包括ECTECT室，室，CTCT室及室及X X光室，供电电源应单独引自配光室，供电电源应单独引自配变电所专用回路，三者的电源应分开；血透室特殊用电设备

5、多：变电所专用回路，三者的电源应分开；血透室特殊用电设备多：反渗水设备反渗水设备380V380V，应单独设配电箱；血透机每床一台，均为移，应单独设配电箱；血透机每床一台，均为移动式，需稳压装置；恒温恒湿机；检验科、理疗科设备对电压动式，需稳压装置；恒温恒湿机；检验科、理疗科设备对电压稳定性要求高。稳定性要求高。 手术室，不得中断供电：手术室，不得中断供电：2 2* *10kV+10kV+柴油机。柴油机。4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需要系数法办公负荷密度办公负荷密度94 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需

6、要系数法多户住宅需要系数取值多户住宅需要系数取值104 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需要系数法多户住宅需要系数取值多户住宅需要系数取值114 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算 4.1.2 需要系数法需要系数法住宅单位指标住宅单位指标12注：注：住宅建筑电气设计规范住宅建筑电气设计规范(JGJ242-2011);当每套住宅建筑面积大于当每套住宅建筑面积大于150m2时，超出的建筑面积可按时，超出的建筑面积可按40W/m250W/m2计算用电负荷。计算用电负荷。4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算13工业与民用配电设

7、计手册工业与民用配电设计手册（第三版）（第三版）P5表中交流电梯需要系数合适吗？表中交流电梯需要系数合适吗？4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算14不一定同不一定同时投入时投入不一定不一定满载满载电气设备的铭牌额定功率与额定电气设备的铭牌额定功率与额定状态下的输入功率不一定相等状态下的输入功率不一定相等用电设备配电线路上的用电设备配电线路上的损耗导致电网提供的功损耗导致电网提供的功率大于设备的输入功率率大于设备的输入功率4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算15工作制工作制描述描述S1 连续连续在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。在恒定负载下的运行时间足以达

8、到热稳定。S2 短时短时在恒定负载下按给定的时间运行，该时间不足以达到热在恒定负载下按给定的时间运行，该时间不足以达到热稳定，随之即断能停转足够时间，使电机再度冷却到与稳定，随之即断能停转足够时间，使电机再度冷却到与冷却介质温度之差在冷却介质温度之差在2K以内以内S3 断续周期断续周期按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。且每一周期的起动负载运行时间和一段断能停转时间。且每一周期的起动电流不致对温升产生显著影响。电流不致对温升产生显著影响。S4 包括起动包括起动的断续周期的断续周期按一系列相同的工作周期运

9、行，每一周期包括一段对温按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段对温升有显著影响的起动时间、一段恒定负载运行时间和一升有显著影响的起动时间、一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。段断能停转时间。S5 包括电制包括电制动的断续周动的断续周期期按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间、一段快速电制动时间和时间、一段恒定负载运行时间、一段快速电制动时间和一段断能停转时间。一段断能停转时间。电动机的工作制：电机在不同负载下的允许循环时间。电动机的工作制：电机在不同负载下的允许循环时间。4 供配电系统的节能 4.1

10、4.1 负荷计算负荷计算16工作制工作制描述描述S6 连续周期连续周期按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行负载运行时间和一段空载运行 时间，但无断能停转时间。时间，但无断能停转时间。S7 包括电制包括电制动的连续周动的连续周期期按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间和一段快速电制动时间，时间、一段恒定负载运行时间和一段快速电制动时间，但无断能停转时间。但无断能停转时间。S8 包括变速包括变速变负载的连变负载的连续周期续周期按一

11、系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段在预按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段在预定转速下恒定负载运行时间，和一段或几段在不同转速定转速下恒定负载运行时间，和一段或几段在不同转速下的其它恒定负载的运行时间，但无断能停转时间。下的其它恒定负载的运行时间，但无断能停转时间。S9 负载和转负载和转速非周期性速非周期性变化变化负载和转速在允许的范围内变化的非周期工作制。这种负载和转速在允许的范围内变化的非周期工作制。这种工作制包括经工作制包括经 常过载，其值可远远超过满载。常过载，其值可远远超过满载。S10 离散恒离散恒定负载定负载包括不少于包括不少于4种离散负载值（或等效负载）的工作制，每

12、种离散负载值（或等效负载）的工作制，每一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定，在一个一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定，在一个工作周期中的最小负载值可为零。工作周期中的最小负载值可为零。电动机的工作制：电机在不同负载下的允许循环时间。电动机的工作制：电机在不同负载下的允许循环时间。4 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算174 供配电系统的节能 4.1 4.1 负荷计算负荷计算18有时，曳引机铭牌标注短时工作制的的额定值，这与断续有时，曳引机铭牌标注短时工作制的的额定值，这与断续持续率有对应关系：持续率有对应关系： 30min相当于持续率相当于持续率15%， 60min相

13、当于持续率相当于持续率25%， 90min相当于持续率相当于持续率40%。4 供配电系统的节能4.1 负荷计算4.2 电能质量4.3 变配电设备选择 4.4 其它 19 导致用电设备故障或不能正常工作的导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电电压、电流或频率的偏差流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性等。等。 4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量204 供配电

14、系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量210 0t tU(t)4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量224.2.1 供电电压偏差供电电压偏差与节能与节能 电压偏差是供配电系统在正常运行方式下（系统中所有电压偏差是供配电系统在正常运行方式下（系统中所有元件按预定工况运行），元件按预定工况运行），系统各点的实际电压对系统标称电系统各点的实际电压对系统标称电压的偏差压的偏差。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量23其中，其中，u电压偏差；电压偏差； U 系统中各点的实际电压；系统中各点的实际电压； Un系统标称电压。系统标称电压。电压偏差超限值的危害电压偏差超

15、限值的危害4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量24电压偏差超限值的危害电压偏差超限值的危害4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量25供电电压偏差的节能原理供电电压偏差的节能原理建筑物供配电系统和用电设备具有较高的无功电压灵敏度。建筑物供配电系统和用电设备具有较高的无功电压灵敏度。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量26负荷电压灵敏度负荷电压灵敏度的静态模型：的静态模型：结论：结论：当电压降低时，有功功率变化很少，而无功功率变化当电压降低时，有功功率变化很少，而无功功率变化很大。很大。因此，设备运行降至额定电压时，设备处于最佳运行因此，设备运行

16、降至额定电压时，设备处于最佳运行条件，同时无功电流产生的线路损耗将减小，也减小了无功条件，同时无功电流产生的线路损耗将减小，也减小了无功补偿设备的投入。补偿设备的投入。 4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量27 供电电压偏差的节能原理供电电压偏差的节能原理建筑物供配电系统和用电设备具有较高的无功电压灵敏度。建筑物供配电系统和用电设备具有较高的无功电压灵敏度。 降低供电电压偏差的措施降低供电电压偏差的措施 优化系统负荷分配，降低负荷峰谷差值；优化系统负荷分配，降低负荷峰谷差值； 分层、分区、就地平衡无功功率；分层、分区、就地平衡无功功率； 合理配置有载调压装置，推广合理配置有载

17、调压装置，推广VQC技术的应用。技术的应用。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量284.2.2 电压波动与闪变电压波动与闪变间谐波间谐波闪变闪变：照度波动的影响，是人眼对灯闪的生理感觉。：照度波动的影响，是人眼对灯闪的生理感觉。电压变化频度：电压变化频度：单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动），称为电压变动的由小到大各算一次变动），称为电压变动的频度。同一方向的若干次变动，如间隔时间频度。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于小于30ms，则算一次变动。，则算一次变动。闪变电压闪变电压：冲击性功率负荷造成供配电系统

18、的波动频率大于：冲击性功率负荷造成供配电系统的波动频率大于0.01Hz的闪变的电压波动。的闪变的电压波动。 人眼对人眼对10Hz的电压波动值最敏感。的电压波动值最敏感。?（8Hz）4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量294.2.2 电压波动与闪变电压波动与闪变间谐波间谐波4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量30式中：式中：mk调幅波对调幅波对k次谐波幅值的调制系数；次谐波幅值的调制系数； Akk次稳态谐波电压的幅值，次稳态谐波电压的幅值，k为正整数；为正整数； 调幅波的角频率；调幅波的角频率； k工频角频率；工频角频率； kk次谐波初相角。次谐波初相角。kk

19、k4.2.2 电压波动与闪变电压波动与闪变间谐波间谐波4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量31其中：V=70.721V；f1= 50, m=0.1, fIN=57Hz , = 0。50Hz工频载波工频载波7Hz正弦调幅波正弦调幅波4.2.2 电压波动与闪变电压波动与闪变间谐波间谐波4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量324.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量33国际公认的谐波定义为：一个周期电气量的正弦波分国际公认的谐波定义为：一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基本频率的整数倍。量，其频率为基本频率的整数倍。4.

20、2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量344.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量354.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量364.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量374.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量384.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量394.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量404

21、.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量414.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量424.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量434.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量4411111UI cosIPPFcoscosSUII 基波因数基波因数位移因数位移因数4.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量45民用建筑电气设计规范民用建筑电气设计规范JGJ16-2008JGJ16-2008明确规定

22、：明确规定：“应合理选择变压器容量、线缆及敷设方式等措施，减少线应合理选择变压器容量、线缆及敷设方式等措施，减少线路感抗以提高用户的自然功率因数。当采用提高自然功率因路感抗以提高用户的自然功率因数。当采用提高自然功率因数措施后仍达不到要求时，应进行无功补偿。数措施后仍达不到要求时，应进行无功补偿。1010（6 6）kVkV及以及以下无功补偿宜在配电变压器低压侧集中补偿，且功率因数不下无功补偿宜在配电变压器低压侧集中补偿，且功率因数不宜低于宜低于0.90.9。高压侧的功率因数指标，应符合当地供电部门的。高压侧的功率因数指标，应符合当地供电部门的规定。规定。”PFPF4.2.3 谐波治理谐波治理4

23、 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量464.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量474.2.3 谐波治理谐波治理4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量48结论：结论：三次及其奇数倍三次及其奇数倍谐波电流含量大时谐波电流含量大时中性中性线电流可等于甚至大大线电流可等于甚至大大超过相线电流。超过相线电流。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量49 谐波预防谐波预防设备谐波电流限值设备谐波电流限值电力系统公共接入点（电源侧）的谐波电压（相电压）限值：电力系统公共接入点（电源侧）的谐波电压（相电压）限值：4 供配

24、电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量50 谐波预防谐波预防设备谐波电流限值设备谐波电流限值用电设备（照明灯具）的谐波限值：用电设备（照明灯具）的谐波限值：4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量51 谐波预防谐波预防设备谐波电流限值设备谐波电流限值用电设备（电视、个人电脑及监视器等）的谐波限值：用电设备（电视、个人电脑及监视器等）的谐波限值：4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量52设计中，尽可能将非线性负荷放置在配电系统的上游，谐设计中，尽可能将非线性负荷放置在配电系统的上游，谐波较为严重且功率较大的设备应从变压器出线侧起采用专线波较为严重且功率较大的

25、设备应从变压器出线侧起采用专线供电。供电。当配电系统具有相对集中的大容量（当配电系统具有相对集中的大容量（200kVA或以上）非线或以上）非线性长期稳定运行时，宜采用无源滤波器；当配电系统具有大性长期稳定运行时，宜采用无源滤波器；当配电系统具有大容量（容量（200kVA或以上）非线性负载，且变化较大（如断续工或以上）非线性负载，且变化较大（如断续工作的设备），宜采用有源滤波器；当配电系统中既具有相对作的设备），宜采用有源滤波器；当配电系统中既具有相对集中切长期稳定运行的非线性设备，又具有较大容量的经常集中切长期稳定运行的非线性设备，又具有较大容量的经常变化的非线性负载时，宜选用有源无源组合型滤

26、波器。变化的非线性负载时，宜选用有源无源组合型滤波器。 有源滤波器：自动检测系统的谐波电流，然后适时向系统中有源滤波器：自动检测系统的谐波电流，然后适时向系统中注入大小相等方向相反的谐波，注入大小相等方向相反的谐波，“中和中和”系统谐波。系统谐波。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量53 无源滤波装置无源滤波装置4.2.4 三相不平衡与节能三相不平衡与节能 不平衡度：不平衡度：4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量54其中：其中：U1三相电压的正序分量的均方根值；三相电压的正序分量的均方根值； U2三相电压的负序分量的均方根值；三相电压的负序分量的均方根值；

27、U0三相电压的零序分量的均方根值。三相电压的零序分量的均方根值。4.2.4 三相不平衡与节能三相不平衡与节能 三相不平衡的危害三相不平衡的危害线损增加率线损增加率4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量55max 三相不平衡的原因三相不平衡的原因1 1）供电环节元件三相参数不对称）供电环节元件三相参数不对称往往是由于线路的不平衡引起的。往往是由于线路的不平衡引起的。2 2）用电环节元件三相参数不对称）用电环节元件三相参数不对称主要是由三相负荷不对称引起的。主要是由三相负荷不对称引起的。3 3）不对称故障）不对称故障包括不对称短路故障（单相接地故障、相间故障、两相接地包括不对称短路

28、故障（单相接地故障、相间故障、两相接地故障）和非全相运行工况（单相断线、两相断线）故障）和非全相运行工况（单相断线、两相断线）4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量56 改善三相不平衡的措施改善三相不平衡的措施1 1）将不对称负荷分散接到不同的供电点，以较少集中连）将不对称负荷分散接到不同的供电点，以较少集中连接造成的不平衡度超限值的问题；接造成的不平衡度超限值的问题；2 2）使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化；）使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化；3 3）将不对称负荷接到更高电压等级上供电，以使连接点）将不对称负荷接到更高电压等级上供电，以使连接点的短路容量足

29、够大。的短路容量足够大。4 供配电系统的节能 4.2 4.2 电能质量电能质量574 供配电系统的节能4.1 负荷计算4.2 电能质量4.3 变配电设备选择4.4 其它 58（1）节能变压器的能效标准）节能变压器的能效标准 三相配电变压器能效限定值及节能评价值三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB50052-2006GB50052-2006定义了节能型变压器，满足该标准配电变压器能效限定值就定义了节能型变压器，满足该标准配电变压器能效限定值就是节能型变压器。是节能型变压器。4 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选择变配电设备选择594 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选

30、择变配电设备选择60（2）变压器选择原则）变压器选择原则 按变压器效率最高时的负荷率选择变压器容量按变压器效率最高时的负荷率选择变压器容量4 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选择变配电设备选择61式中，式中，pk 短路损耗，负荷电流通过变压器绕组时的产生短路损耗，负荷电流通过变压器绕组时的产生的损耗；的损耗； p0空载损耗；空载损耗； Pc建筑物的计算有功负荷；建筑物的计算有功负荷； cos补偿后的功率因数。补偿后的功率因数。4 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选择变配电设备选择62OI I2 2p pFeFep pCuCumaxmax4 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选择变配电设备选择63 按年有功电能损耗率最小时的节能负荷率计算容量按年有功电能损耗率最小时的节能负荷率计算容量4 供配电系统的节能 4.3 4.3 变配电设备选择变配电设备选择64结论：变压器负荷率结论：变压器负荷率65%90%时，变压器有功电能损耗率最小。时，变压器有功电能损耗率最小。4 供配电系统的节能4.1 负荷计算4.2 电能质量4.3 变配电设备选择4.4 其它 654 供配电系统的节能 4.4 4.4 其它其它 照明配电系统设计应减少配电线路中的电能损耗，具体措