用户供配电系统讲义70页

1、第二章 用户供电系统内容提要：本章介绍用户供电系统的电力负荷与负荷计算，供电电压以及电源的选择，配电系统的设计，最后简单介绍供电系统的电能节约与电能质量控制。 某车间共有10台10kW、380V的三相异步电动机需要供电，导线截面多选大、开关选什么型号比较合适？ 新建厂区应如何估算用电量？为了尽快的把我国建设成为一个具有现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防的伟大的社会主义国家，根据需要与可能，每年我国都要新建和扩建一些企业。在进行一个工矿企业的配电设计时，首先遇到是如何确定企业各个部分的电力负荷问题。1. 电力负荷与负荷计算 1. 电力负荷与负荷计算 为了尽快的把我国建设成为一个具有现代工

2、业、现代农业、现代科学技术和现代国防的伟大的社会主义国家，根据需要与可能，每年我国都要新建和扩建一些企业。在进行一个工矿企业的配电设计时，首先遇到是如何确定企业各个部分的电力负荷问题。 电力负荷的大小不是一个恒定不变的值，与生产流程和企业发展相关，准确数据难以获得。 各种用电设备的工作特性和重要性各不相同，对供电的可靠性和质量要求也不同。用户总的电力需求必然小于单个设备额定功率之和，后者并不能作为设计依据。 电力负荷的计算或估算应力求接近实际,不能过大或者过小。1. 电力负荷与负荷计算 一、关于负荷的基本概念 1. 用电设备工作制2. 设备安装容量PN3. 负荷曲线 连续运行（长期运行） 断续

3、周期运行（反复短时运行） 短期运行连续运行工作制（绝大多数）短期运行工作制（比例很小）断续周期工作制能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时。（如钢铁冶炼用的电弧炉）特点：能在规定环境温度下连续运行,达到热平衡,设备任何部分的温度和温升均不超过允许值。运行时间较短，停歇时间较长。（如机床上的辅助电动机）特点：在工作时间内的发热量不足以达到稳定温升，而在间歇时间内能够冷却到环境温度。工作呈周期性，时而工作时而停歇，交替反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。（比如：电梯、起重电动机）特点：工作时温度达不到稳定温度，停歇时也达不到环境温度。 按工作制的负荷分类1. 电力负荷与负荷计算 根据中国的技

4、术标准规定工作周期以10min为计算依据。 吊车电动机的标准暂载率分为15、25、40、60四种；电焊设备的标准暂载率分为50、65、75、100四种。 断续周期工作制负荷 断续周期工作制的设备用负荷持续率FC（暂载率）来表示其工作特性。断续周期工作制设备的铭牌功率是对应于某一标称负荷持续率的1. 电力负荷与负荷计算 一、关于负荷的基本概念 2. 设备安装容量PN用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。 连续运行工作制：电气设备的容量等于铭牌标明的“额定功率”(kW)。计算设备的容量不打折扣，直接查取。 短期运行工作制：电气设备的容量等于铭牌标明的“额定功率”(kW

5、)。计算设备的容量不打折扣，直接查取。 断续周期运行工作制：将在不同负荷持续率的铭牌额定容量按等效发热条件进行折算，换算至统一规定的负荷持续率下。1. 电力负荷与负荷计算 一、关于负荷的基本概念 负荷曲线表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。研究负荷变化的规律，有利于合理调整电力系统的生产和运行，安排系统设备检修，规划机组扩建/新建等。 把各个时间段的用电负荷情况统计出来，绘制在直角坐标图上，纵坐标表示负荷，横坐标表示时间。 负荷曲线按负荷功率的功率性质不同，分有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类

6、设备负荷曲线。3. 负荷曲线 日负荷曲线（Daily load Curve) 绘制方法以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为0.5h）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线 日负荷曲线 特点电力负荷受负荷性质、温度、季节等因素的影响，是变化的，不等于额定功率，而是设备的实际消耗功率，存在荷峰、荷谷；负荷的变化是有规律可循的。 意义日有功负荷曲线与时间轴之间所围成的面积为全天所消耗的

7、电能量。通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为0.5h）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。因为导体通过电流达到稳定温升需要的时间大约为34T（发热时间常数）。而截面积为16mm2以上导体的T都在10min以上，也就是载流导体大约经半小时后可以达到稳定温升，这样短暂时间的尖峰负荷不是导体发热的主要原因。只有持续30min以上的负荷才有可能造成导体的最大温升。为计算方便，常采用阶梯形。时间间隔越短，越能反映实际变动情况。 在绘制负荷曲线时，为什么时间间隔选择0.5h？ 负荷曲线的有关物理量 最大工作班：一年中最

8、大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作班，而不是偶然出现的某一个工作班。（防止偶然性） 1年最大负荷和年最大负荷利用小时数 年最大负荷 ：全年中典型日负荷曲线中的最大负荷，是年负荷曲线上的最高点，即全年中负荷最大的工作班内消耗电能最多的30min的平均负荷。也称半小时最大负荷，也可记 作 。如图，曲线与坐标所围面积为全年实际消耗电能 ，则： 用户负荷均衡性的标志，越大越均衡。 年最大负荷利用小时数 ：是一个假象时间，在这段时间内，负荷以年最大负荷持续运行，所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间称为年最大负荷利用小时。 负荷曲线的有关物理量 负荷曲线的有关物理量 2平均负荷

9、 和负荷系数 电力负荷在一段时间内消耗的功率的平均值。 年平均负荷： 负荷曲线的有关物理量 负荷系数（负荷率） 负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比。有功负荷系数：无功负荷系数： 负荷系数表征负荷的起伏变动的程度，不同行业的值不同。其值越大，曲线越平坦，负荷波动越小。用户应尽可能提高负荷系数（越趋近于1越好），充分发挥供电设备的供电能力，提高供电效率。 负荷系数0，Q为正值，(吸收无功功率）； 在容性电路中，电流超前于电压，0，Q为负值（发出无功功率）。四、功率因数及其提高 cos表示有功功率P和视在功率S的比值，称为功率因数。1. 电力负荷与负荷计算 瞬时功率因数： 平均功率因数： 最大负荷时

10、功率因数： 2工厂的功率因数分类及计算 代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况； 由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数进行计算。 用于监测、了解和分析设备运行过程中无功功率的变化情况。 某一规定时间内，功率因数的平均值； 我国电力部门每月向工业用户收取电费，就规定电费按月平均功率因数的高低来调整。 年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。 确定无功补偿容量用。PQS四、功率因数及其提高 1. 电力负荷与负荷计算 3工厂的功率因数要求值 应满足当地供电部门的要求，当无明确要求时，应满足如下值：（1）高压用户的功率因数应为0.9以上。（2）低压用户的功率因数应为0.85以上。

11、四、功率因数及其提高 从供电角度来说，无功功率越小，功率因数越高，电能损耗越少，就越经济合理。PQS从供电角度来说，无功功率越小，功率因数越高，电能损耗越少，就越经济合理。1. 电力负荷与负荷计算 3工厂的功率因数要求值四、功率因数及其提高 PQS各种电气设备在正常工作时，所需要的无功功率是一定的。只有供给足够的无功功率，电压才能保持额定值，少供应无功功率，电压就会降低。少发电压会降低，那发电厂多发无功功率行不行？ 不变，输送无功功率，用户缺电电能损耗用户缺电少供应用电设备无功功率行不行？ 提高自然功率因数 提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提

12、高。 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行； 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； 电力变压器不宜轻载运行； 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； 使用无电压运行的电磁开关。 1. 电力负荷与负荷计算 指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数.补偿后的功率因数称为总功率因数。 4提高功率因数的方法当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。 人工补偿功率因数-装设无功补偿设备 并联电容器 同步电动机补偿 调相机（仅发无功功

13、率的同步发电机）补偿 动态无功补偿 4提高功率因数的方法仅依靠电源提供无功功率,供不应求怎么办? 人工补偿功率因数 4提高功率因数的方法电容器和电感线圈是怎么交换无功功率的？当电感线圈吸收能量，磁场增强的时候，恰好是电容器放电，释放能量，电场减弱的时候；电感线圈放出能量，磁场减弱的时候，恰好是电容器充电，吸收能量，电场增强的时候。能量在电感和电容之间往返交换，即电感所需的无功功率可以由电容的无功输出得到补偿，从而避免电感线圈与发电机之间交换功率。S USR0UL C 电容和电感并联接在同一电路： 5. 无功补偿方式（并联电容器的装设） 单独就地补偿是将电容器组直接装设在设备旁，与用电设备的供电

14、回路并联，以提高用电系统的功率因数。 无功电流仅与附近的用电设备相互交换，不流向网络其它点，效果最好；但投资较大，补偿装置的利用率较低。 单独就地补偿高压柱上成套无功补偿设备 5. 无功补偿方式（并联电容器的装设） 低压集中补偿是将电容器组集中装设在变电所的0.38kV低压母线上。 低压电容器补偿屏安装在低压配电室。补偿范围比高压集中补偿大，补偿安装地点处以前(即：变压器和高压配电线路以及整个电力系统)的无功功率，而对于低压母线之后的不起作用。主要用于用户。比较经济，运行维护安全方便。 低压集中补偿 5. 无功补偿方式（并联电容器的装设） 高压集中补偿是将电容器组集中装设在变电所的610kV低

15、压母线上。 补偿范围最小，只能补偿总降压变电所610kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，对于无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿；经济效果较差。 装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少，利用率高；主要用于大中型企业中。 高压集中补偿 6补偿容量的确定 自动补偿，即根据功率因数测量值按功率因数设定值，自动投入或切除电容器。 采用自动补偿补偿容量：补偿前补偿容量补偿后补偿原则有功功率不变五、供电系统负荷计算示例 P30 、Q30 S30?方法： 可采用逐级计算结合需要系数法进行计算。 从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。 解(1) 通风

16、机通风机：PN=29kW，查表得Kd0.85和tan=0.75，于是（2）高频加热设备高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是（3）机加工车间冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73；热加工机床：PN=92kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是1. 用电设备组的负荷计算（4）点焊机点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是取1变电所各组负荷的同期系数为：K =0.90，于是2. 1变电所低压侧计算负荷采用电容器分组自动投切的低压集中补偿方式，设补偿后功率因数为cos=0.93，则补偿后变压器低压侧计

17、算负荷为108kW+j30kvar，Sc=112kVA。1变电所变压器损耗按下式估算：1变电所高压侧计算负荷为：3. 低压集中补偿容量的计算4. 变电所高压侧计算负荷取全厂负荷的同期系数为：K =0.90，于是5. 全厂总计算负荷2. 供电电压与电源的选择 一、线路电压损失1. 电压损失的概念由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差。 1电压降落 线路首末端电压的相量差（几何差）。 2电压损失 线路首末端电压的幅值差（数值差）。 供配电电压的高低对供电系统方案、电能质量、电能节约及有色金属消耗等有重大影响。线路电压损失是选择电压等级时要考虑的一个主要因素。线路电压损失的计算

18、通常对于长度不超过100km，电压在35kV以下的架空线路，可按短线路处理，电容影响不考虑（忽略电纳），电导可认为等于0。线路按集中参数处理，只用一串联的总阻抗表示即可。放射式线路：接有一个集中负载（以末端相电压为基准）对于110kV以下电网来说，线路首末端电压相角差很小，横分量一项对电压绝对值大小的影响很小。 相电压降落： 相电压损失： 近似为相电压降落的纵分量。线路电压损失的计算线电压损失：相电压损失：放射式线路：接有一个集中负载（以末端相电压为基准）电压损失一般以百分数表示，即电压损失的有名值与电网额定电压之比的百分数表示。线路电压损失的计算放射式线路：接有一个集中负载（以末端相电压为基

19、准） 各支线的负荷功率 用p、q表示； 各段干线的功率 用P、Q表示； 各段线路的长度、电阻和电抗 分别用l、r和x表示； 各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗 分别用L、R和X表示。 树干式电路：接有多个集中负载 若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的负荷功率可用各支线的负荷功率表示，即01段： 02段： 思路一总损失=01段线路损失+12段线路损失 思路二总损失=向负荷1供电的损失+向负荷2供电的损失树干式电路：接有多个集中负载 思路一：用干线负荷及干线的电阻电抗计算树干式电路：接有多个集中负载 思路二：用支线负荷及支线到电源的电阻电抗计算树干式电路：接有多个集中负载电压损失的百分数为或

20、当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有树干式电路：接有多个集中负载负荷矩（kWm) 由于受导线截面的限制(240mm2)和线路电压损失的要求(5%)，每一标称电压下线路的输电能力是有限的。 1) 用户供电系统所用的导线的截面大小决定了其承载电流的能力，从而限制了某一电压下输送功率的大小。对截面为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为Imax，则其可输送的最大功率为2. 供电电压与电源的选择 二、电压与负荷容量和输送距离的关系对截面积为240mm2的铝心架空线，其可承载的最大电流为216A，设负荷功率因数为 ，则在10kV电压下可输送的最大功率为：例2) 输电线路的允许电压损失 (

21、一般不应大于5)，决定了在某一额定电压UN(kV)下导线的输送距离的大小。对截面积为240mm2的铝心架空线，线间几何均距为1m，设负荷功率因数 ,则在10kV电压下的最大负荷距为：例2) 输电线路的允许电压损失 (一般不应大于5)，决定了在某一额定电压UN(kV)下导线的输送距离的大小。铝的电阻率为：单位长度的电阻：单位长度的电抗：最大负荷距：解2. 供电电压与电源的选择 二、电压与负荷容量和输送距离的关系最大负荷下的传输距离：线路电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.38架空线 100 0.250.38电缆线175 0.356架空线1000 106电缆线3000 810架空线2

22、000 62010电缆线 5000 1035架空线20008000205066架空线3500 3000030100110架空线100005000050150220架空线100000500000100300 各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离但近年来，随着电气设备的进步及电力技术的发展，输送容量及距离有了很大进步。 2. 供电电压与电源的选择 三、电压的选择 在输送功率一定的情况下，若提高供电电压，就能减少电能损耗，提高用户端电压质量。 电压等级越高，对设备的绝缘性能要求也越高，投资费用相应增加。 供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供电距离的长短。 同时，用户供电系统的电压等级应符

23、合电力系统的额定电压。 工厂供配电电压的高低，对电能质量及降低电能损耗均有重大的影响。0.38、3、6、10、35、110、220、330、500、750、10002. 供电电压与电源的选择 三、电压的选择 220kV及其以上电压为输电电压，用来完成电能的远距离输送。 110kV及以上下为用户供配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定的方式分配至电能用户。2. 供电电压与电源的选择 三、电压的选择 1供电电压的选择 2配电电压的选择供配电系统从电力系统所取得的电源电压（针对系统或针对用户）。用户内部向用电设备配电的电压等级（针对设备）。2. 供电电压与电源的选择 供电电压 - 供配电系统从电力系统所取得的电源电压。我国目前所用的供电电压为110kV、35kV、10kV、6kV。究竟采用哪一级供电电压，主要取决于以下三个方面的因素。电力部门提供的电源电压（外因）：就近选择，充分考虑设计的经济性。用户负荷的大小及距离电源线路的远近（内、外因结合）。用户大型设备的额定电压决定了企业的供电电压（内因）。用户供电系统的电压等级一般在35kV及以下。一般来讲，大中型工业企业的常采用35110kV作为供电电压，中小型企业常采用10kV、6kV作为供电电压（其中10kV 较为常见），一般用户的供电电压为610kV。 1供电电压的选择另，导线的