建筑供配电课件

1、第四章 负荷计算与无功补偿第一节 负荷计算的意义与负荷曲线第二节 用电设备额定容量的确定第三节 负荷计算的方法第四节 功率因数与无功补偿第一节 负荷计算的意义与负荷曲线一、负荷计算的意义1.计算负荷的定义： 我们用“计算负荷”来表示实际使用的总负荷。计算负荷又称需要负荷或最大负荷。 计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应应与同一时间内通过实际变动负荷所产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导线和电气设备，在实际运行中的最高温升不会超过允许值。 通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、I

2、ca)或P30(Q30、S30、I30)表示。 规定取“半小时平均负荷”的原因： 一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3=31030（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导体的最高温升。一、计算负荷的意义2.计算负荷的意义 正确确定计算负荷意义重大，它是供电设计的基础，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 计算负荷是配电设计时选择电气设备（变压器、开关电器等）、导体、确定备用电源容量、无功补偿容量的依据。也是计算配电系统各回路电流的依据。 第

3、一节 负荷计算的意义与负荷曲线一、计算负荷的意义3.尖峰电流 尖峰电流是负荷短时（如电动机起动等）最大电流。是计算电压降、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。第一节 负荷计算的意义与负荷曲线二、 负荷曲线 负荷曲线（load curve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。 第一节 负荷计算的意义与负荷曲线1负荷曲线的分类按负荷的功率性质分：可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；按所表示的负荷变动的时间分：可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。2年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大

4、负荷Pmax 年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。（2）年最大负荷利用小时数Tmax 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行Tmax小时所消耗的电能，恰好等于该用户全年实际消耗的电能。 下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。87603.平均负荷Pav 平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值

5、，即Pav=W/t 年平均负荷为Pav=Wa/8760 返回目录4.负荷系数 负荷系数也称负荷率，它是表征负荷变化规律的一个参数。 在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比成为负荷系数，并用、 分别表示有功、无功负荷系数。 负荷系数越大，则负荷曲线跃平坦，负荷波动越小。根据经验数据，一般工厂负荷系数年平均值为第二节 用电设备额定容量的确定一、用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种： 1 连续运行工作制（长期工作制） 2 短时运行工作制（短暂工作制） 3 断续运行工作制（重复短暂工作制）1 连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负

6、荷比较稳定。如电炉、空调、电加热设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。2 短时运行工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。3 断续运行工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等

7、。断续周期工作制的设备，通常用暂载率表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为 ，即：式中 t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。二、 用电设备额定容量的计算 在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。 1 长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN2 重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容量统一换算到=

8、25%时的额定功率（kW），若其N不等于25%时应进行换算，公式为: 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率N不等于100%时，应进行换算，公式为:3 照明设备的设备容量白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）；荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）；高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）；金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为灯泡额定功率的1.

9、1倍（kW）。 4 不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷的原则进行换算。设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下： 单相设备接于相电压时Pe3Pem式中 Pe等效三相设备容量； Pem最大负荷所接的单相设备容量。单相设备接于线电压时式中 Pel接于同一线电压的单相设备容量。5 备用设备的容量不列入设备总容量 无论是小区或

10、高层建筑，都有相当一部分的备用设备，如小区的备用通风机、水泵、鼓风机、空压机，高层建筑中的备用生活水泵、空调制冷设备等，这些备用设备的容量在计算时不能列在设备总容量之中。 消防水泵、专用消防电梯以及在消防状态下才使用的送风机、排烟机等，及在非正常状态下使用的用电设备都不列入总设备容量之内；当夏季有制冷的空调系统，而冬季则利用锅炉采暖时，由于后者用电设备容量小于前者，因此锅炉的用电设备容量也不计入总用电设备容量。 第三节 负荷计算的方法负荷计算的方法有： 需要系数法、利用系数法、单位指标法、二项式法、形状系数法、附加系数法。 单位指标法与需要系数法因比较简便因而广泛使用。一、单位指标法N单位数量

11、（ m2 、户、床）KP单位负荷密度（ W/m2 、W/户、W/床） KS单位负荷密度（ VA/m2 、 VA /户、 VA /床) （常用于规划设计和初步设计）住宅楼宾馆写字楼商业楼2.54KVA/户70100VA/ m290110VA/ m2100130VA/ m2一、单位指标法二、需要系数法1 定义 需要系数考虑了以下的主要因素：式中 K同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； wl线路供电效率； 用电设备组在实际运行功率时的平均效率。

12、（常用于施工图设计阶段） 实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，如一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kx有影响。所以Kx只能靠测量统计确定,见相关手册。 上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。 需要系数2. 基本公式式中 设备总容量(不计备用设备容量)(千瓦)； Kx需要系数。(千瓦)(千乏)或(千伏安)计算电流建筑类别Kx建筑类别Kx一般旅馆、招待所0.70.8一般办公楼0.70.8高级旅馆、招待所0.60.7高级办公楼0.60.7旅游宾馆0.350.45科研楼0.80.9电影院、文化馆0.70.8发展

13、与交流中心0.60.7剧场0.60.7教学楼0.80.9礼堂0.50.7图书馆0.60.7体育练习馆0.70.8托儿所、幼儿园0.80.9体育馆0.650.75小型商业、服务业用房0.850.9展览厅0.50.7综合商业、服务楼0.750.85门诊楼0.60.7食堂、餐厅0.80.9一般病房楼0.650.75高级餐厅0.70.8高级病房楼0.50.6火车站0.750.78锅炉房0.91博物馆0.820.92需要系数-考虑建筑内各用电负荷同时使用概率而确定的负荷计算系数民用建筑照明负荷需要系数KX 户数需要系数Kx多层住宅高层住宅全电气化住宅1100.810.810.93110200.70.80

14、.750.850.930.91211000.540.60.550.630.450.851002000.460.540.450.550.320.382000.420.460.430.450.300.32重庆地区住宅电气设计标准 综合用电负荷(kW)户型多层住宅高层住宅全电气化住宅二室户343.54.578三、四室户454.55.5891#电源2#电源10KV0.4KV三、供配电系统总计算负荷的确定配电干线1111112低压母线上的计算负荷1 配电干线上的负荷计算（每回干线带一组用电设备）（1）有功计算负荷：Pca1=KxPe Kx用电设备组的需要系数见相关手册； Pe用电设备组的设备额定容量之和

15、，但不包括备用设备容量。（2）无功计算负荷：Qca1=Pca1tanwm tanwm值见相关手册 。（3）视在计算负荷：计算目的：用于选择各配电干线截面积及保护控制该线路的开关设备。 2 确定变电所低压母线上的计算负荷（1）总有功计算负荷：Pca2pPca1（2）总无功计算负荷：Qca2qQca1（3）总视在计算负荷：Pca2、Qca2、Sca2变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；Pca1、Qca2各配电干线上的有功、无功计算负荷的总和p 、Kq 有功功率、无功功率的同时系数。分别取0.80.9和 0.930.97；注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc2

16、,则当计算Qca2时，要减去无功补偿容量，即Qca2qQca2Qc2 计算目的：用于变电所电力变压器容量的选择。四、变电所的变压器容量和台数的确定 (1)变压器的总容量必须大于或等于由该变电所供电的用电设备的总计算负荷； (2)一般变电所只选用l2台变压器，因为变压器台数过多，不仅使电气主接线复杂，增加基本建设投资，而且给运行管理带来麻烦； (3)对于一级、二级负荷较多的变电所，应采用两台变压器，当一台变压器因故障切除时，另一台变压器及时启用，以保持重要负荷不中断供电； 凡是选用两台变压器的变电所，都应考虑到其中任一台变压器的容量在其单独运行时能满足该变电所总计算负荷60以上的需要。 (4)变

17、电所选用的变压器的单台容量，一般采用750kVA及以下为宜，以便使变压器接近负荷中心，缩短配电线路，减少线路上的电能损耗。 对于负荷不大的建筑物(群)，是否需要设置单独的变压器，应视负荷情况及与邻近变压器的距离而定。下表列出了380V配电线路允许送电的最大距离。 若变压器为动力和照明供电，一般可共用一台变压器；若动力设备的启、停严重影响照明质量及灯泡寿命时，应考虑照明与动力分开，单独设专用照明变压器。 输送负荷kVA 180 240 320 320以上 最大送电距离m 300 230 175 应单独设置变压器380V配电线路允许送电的最大距离五、尖峰电流的计算意义： 尖峰电流是持续时间为1-2

18、秒的短时最大负荷电流.为了选择熔断器和自动开关、整定继电保护装置，以及检验电动机自启动，必须计算尖峰电流。1、单台用电设备尖峰电流的计算启动电流倍数，设备启动电流与其额定电流的比值鼠笼式异步电动机饶线式异步电动机交流电焊变压器：67：23：32.多台用电设备尖峰电流的计算 供多台电动机的配电线路上的尖峰电流，一般以启动电流与额定电流之差最大的一台电动机的启动电流与其余电动机正常运行电流之和，作为该线路的尖峰电流，公式如下：式中：Istmax启动电流与额定电流之差最大的那台电 动机的启动电流； 其余的n-1台电动机额定电流之和； Kt为n-1台电动机的同时系数，一般取0.7 1.0。例1 一车间

19、的380V线路上，接有冷加工金属切削机床电动机35台共98kW；通风机4台共5kW；电炉4台共10kW；行车2台共5.6kW（FCN =15%）；电焊机3台共17.5kVA（FCN =65%）试求计算负荷。解：冷加工电动机组： 查教材P17表2-2可得Kx=0.170.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，因此Pca(1)=KxPe=0.296 =19.60(kW)Qca(1)= P ca(1)tanwm=19.61.73=33.91 (kvar) Sca(1)= P ca(1)/coswm=19.60/0.5=59.58(kVA) 通风机组： 查表2-2可得Kx=0.750.85

20、（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此Pca(2)=KxPe=0.85 =4(kW)Qca(2)= P ca(2)tanwm=40.75=3 (kvar)Sca(2)= P ca(2)/coswm=4/0.8=5(kVA)3）电炉：查表2-2，cos=0.98，Kx0.7-0.8，因此Pca(3)=KxPe=0.810.0 =8.00(kW)Qca(3)= P ca(3)tanwm=80=0.00 (kvar)Sca(3)= P ca(3)/coswm=8/1=8.00(kVA)4）行车：cos=0.8，Kx0.8Pca(4)=KxPe=0.84.34=3.47(kW)Qca(4

21、)= P ca(4)tanwm=3.470.75=2.60 (kvar)Sca(4)= P ca(4)/coswm=3.47/0.8=4.34(kVA)5）电焊机组：查表2-2，cos=0.6，Kx0.35，因此 Pca(5)=KxPe=0.358.47 =2.96(kW)Qca(5)= P ca(5)tanwm=2.961.33=3.94 (kvar)Sca(5)= P ca(5)/coswm=2.96/0.6=4.93(kVA)取同时系数为0.9，因此总计算负荷为Pca()Pca=0.9（19.6+4+8+3.47+2.96）=34.23(kW)Qca()Qca=0.95（33.91+3+

22、0+2.60+3.94）=41.23(kW)序号用电设备名称设备容量（kW）计算系数 计算负荷台数容量暂载率KXcostanP（kW）Q（kvar）S（kVA）I（kA）1机床组35980.20.51.7319.6033.9539.2059.392通风机组450.80.80.754.003.005.007.583电炉组4100.810.008.000.008.0012.124行车25.60.150.80.80.753.472.604.346.575电焊机317.5kVA0.650.350.61.332.963.954.947.48同时系数0.900.95小 计48118.634.2341.33

23、53.6681.3为了使结果一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。例2 某建筑工地用电负荷计算 解： (1)确定各用电设备的设备容量PS例2 某建筑工地用电负荷计算 解： (1)确定各用电设备的设备容量PS (2)确定各组的计算负荷PC、QC 解： (1)确定各用电设备的设备容量PS得例2 某建筑工地用电负荷计算 (2)确定各组的计算负荷PC、QC 解： (1)确定各用电设备的设备容量PS例2 某建筑工地用电负荷计算 (3)确定总计算负荷 (2)确定各组的计算负荷PC、QC 解： (1)确定各用电设备的设备容量PS例2 某建筑工地用电负荷计算例题 3 某高层综合楼1

24、3层商场（空调）每层 1500m2 ：P1P3（ Kx=0.7， 90W/m2)13层商场（ 照明）每层 1500m2 ：P8（ Kx=0.7， 30W/m2)415层住宅 每层8户： P4P7（ Kx=0.6， 5.5kW/户)负一层车库及设备用房（照明） 1100m2 （ Kx=1， 10W/m2)楼道照明 10KW ：（ Kx=1)电 梯 2*15KW：P10生活水泵 2*22KW （一备一用） ：P11消防中心 10KW：P12（ Kx=1)消火栓泵 2*30KW（一备一用）喷淋水泵 2*55KW（一备一用）P9电源PJ一层空调P1二层空调P2三层空调P34-6层住宅P47-9层住宅P

25、510-12住宅P613-15住宅P7车库楼道P9电梯P10泵房P11消防中心P121-3层照明P8电容补偿计算负荷P1(P2.P3) =1500m20.09KW/m2 0.7=94.5KW负荷密度需要系数面积P8 =3 1500m20.03KW/m2 0.7=94.5KWP4(P5.P6 .P7)=24户5.5KW/户 0.6=79.2KWP9 =1100m20.01KW/m2 +10=21KWP10 =215KW=30KW 电梯负荷 P10 = 2 1.515KW=45KW 泵房负荷 P11 =222KW 0.5=22KW消防泵房负荷 P11 = 55+30=85KW （不计入总负荷）消防

26、控制中心：P12 =10KW13层商场（空调）每层 1500m2 ：P1P3（ Kx=0.7， 90W/m2)13层商场（ 照明）每层 1500m2 ：P8（ Kx=0.7， 30W/m2)415层住宅 每层8户： P4P7（ Kx=0.6， 5.5kW/户)负一层车库及设备用房 1100m2 （ Kx=1， 10W/m2)楼道照明 10KW ：（ Kx=1)电 梯 2*15KW：P10生活水泵 2*22KW （一备一用） ：P11消防中心 10KW：P12（ Kx=1)消火栓泵 2*30KW（一备一用）喷淋水泵 2*55KW（一备一用）P9解：一、负荷分组二、计算负荷电源PJ一层动力P1二层

27、动力P2三层动力P34-6层照明P47-9层照明P510-12照明P613-15照明P7车库楼道P9电梯P10泵房P11消防中心P121-3层照明P8电容补偿777 94.5 94.5 94.5 79.2 79.2 79.2 79.2 94.5 21 30 22 10三、总计算负荷PJ = 0.9 （4 94.5+4 79.2+21+30+22+10） =776.8KW四、变压器容量S= = =1170(KVA)P C COS776.80.7 0.95cos是无功补偿后的功率因数第四节 功率因数与无功补偿一、功率因数提高的意义2.功率因数低的影响 （1）使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利

28、用； （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗 ；（3）影响供电质量。3.提高功率因数的意义 提高功率因数，可以充分利用系统内各发电变电设备的容量，增加其输电能力，减少供电线路导线的截面，节约有色金属，减少电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中的电压损失，达到节约电能和提高供电质量的目的。 1.功率因数低的原因 功率因数低的根本原因是由于供配电系统中有无功功率的存在。变压器和电动机利用电磁感应原理工作，其绕组有电感存在，需要线路供给大量的无功功率；而线路本身存在有一定的电抗，也会需要无功功率；气体放电灯镇流器是电感性负荷，也需要无功功率。0.90为标准值的功率因数调整电费表减收

29、电费增收电费实际功率因数月电费减少实际功率因数月电费增加实际功率因数月电费增加0.900.000.890.50.757.50.910.150.881.00.748.00.920.300.871.50.738.50.930.450.862.00.729.00.940.600.852.50.719.50.951.000.750.843.00.7010.00.833.50.6911.00.824.00.6812.00.814.50.6713.00.805.00.6614.00.795.50.6515.00.786.0功率因数自0.64及以下，每降低0.01电费增加20.776.50.767.0表二以

30、0.85为标准值的功率因数电费调整表二、功率因数的计算1 均权（平均）功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为式中： WP-某一时间内消耗的有功电能（kWh）；由有功电度表读出。 WQ-某一时间内消耗的无功电能（kvarh）；由无功电度表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入运行的用电单位计算功率因数用 。对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法： 2 总平均功率因数二、功率因数的计算式中： Pca-全企业的有功功率计算负荷，kW；Qca-全企业的无功功率计算负荷，kvar；-有功负荷系数，一般为0

31、.70.75；-无功负荷系数，一般为0.760.82。三、提高功率因数的方法 采用降低各用电设备所需无功功率的措施，称为提高自然功率因数的方法，主要有：1 正确选用异步电动机2 合理使用电力变压器3 合理安排和调整工艺流程 4 减少线路感抗 （二）功率因数的人工补偿方法 采用供应无功功率设备来补偿用电设备所需无功功率，以提高功率因数的措施，称为功率因数人工补偿法。 用人工补偿无功功率的方法有电容器补偿法、同步电动机补偿法和同步调相机补偿法。在建筑电气供配电系统中，广泛采用电容器补偿法。（一）提高自然功率因数的方法 四、并联电容值的补偿原理CuiRLi1提高了整个电路的功率因数但原负载cos1未

32、变呈电容性。呈电感性 功率因数补偿到什么程度？理论上可以补偿成以下三种情况:呈电阻性结论：在 角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容容量更大，经济上不合算，所以一般工作在欠补偿状态。感性（ 较小）容性（ 较大）C 较大功率因数补偿成感性好，还是容性好？ 一般情况下很难做到完全补偿 （即： ）过补偿欠补偿补偿容量也可以用功率三角形确定：可见并联C前后：有功功率P不变； 无功功率Q减少，视在功率减少。如图：QCQPQLj1S1jS五、补偿电容的容量的计算PJ -总计算负荷（KW） -平均负荷因数 ( 0.80.9) Pmax -运行时最常出现的最大有功功率（KW） OS-1 -无功补偿后的功率因数 （要求达到0.90以上） 1OS-11 -无功补偿前的负荷功率因数QC= PJ(tg 1 tg ） （Kvar) （设计用） QC=Pmax(tg 1 tg ）（Kvar)（运行用）或第四节 功率因数与无功补偿在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并联电容器单只容量Qc1决定并联电容器的个数： n=Qc/Qc1 三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压时，才接成星形接线。 由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便三相均衡分配。 相同的电容器，