用户供电系统的设计课件

1、现代供电技术第二章 用户供电系统的设计用户供电系统设计目标序2/171用户供电系统特点3/171序用户供电系统设计要求4/171序2-1 电力负荷与负荷计算2-2 供电电压与电源的选择2-3 用户变电所及其主要电气设备2-4 变电所的电气主接线2-5 变电所的二次接线与操作电源2-6 高低压配电网及导线截面选择2-7 供电系统的方案比较5/171内容提要一、关于负荷的基本概念 1. 设备安装容量 6/171设备额定容量指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PN；2-1 电力负荷与负荷计算 从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率PN予以折算。（1）连续运行工作制 特点：用电设备的连续运行

2、时间较长，通常不小于10min。如通风机、水泵、空气压缩机、电动机发电机组、电炉和照明灯机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。设备功率计算：铭牌容量就作为设备安装容量PE=PN；7/171（2）短时运行工作制 特点：此类用电设备的连续工作时间很短、但停歇时间相对很长。这类设备的数量很少。在计算包含短时工作制设备在内的一组用电设备的计算负荷时，若此类设备容量相对较小，则一般不予考虑。2-1 电力负荷与负荷计算（3）断续周期工作制 特点：设备有一定的运行周期（小于10min。如电焊机和吊车电动机、电焊用变压器等。负荷持续率（FC）设备工作时间与工作周期之比。来表示断续周期

3、工作制的设备的工作特征。 对于断续周期工作制的用电设备，在参与成组设备的负荷计算时，从发热的观点来看，需将铭牌功率按下式换算成 时的额定持续功率，换算后的功率作为此类设备的安装容量。电动机电焊变压器 8/1712-1 电力负荷与负荷计算 2. 负荷与负荷曲线 9/171电力负荷：指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。负荷曲线：电力负荷随时间变化的曲线，反映用户用电特点和规律。负荷曲线绘制：根据负荷曲线绘制的时间长度，负荷曲线可有工作班（8小时）负荷曲线、日负荷曲线、周负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线，其中日负荷曲线和年负荷曲线最为常用。常用负荷曲线日

4、负荷曲线表示在一天中一定时间间隔t内的平均负荷随时间的变化情况，年负荷曲线表示全年负荷变动与负荷持续时间关系的曲线2-1 电力负荷与负荷计算日负荷曲线时间间隔t取为30min。t的取值与导体的发热时间常数有关，导体截面越大，发热时间常数越大。10/171作用： 对设计人员，通过对负荷曲线的分析，可以掌握负荷变化的规律；对运行人员来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。 2-1 电力负荷与负荷计算11/171（1）平均负荷Pav 平均负荷电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年

5、平均负荷Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算： 式中，Wa年电能消耗量（kWh）； Tgz年工作时间（h），若全年无间断工作，则Tgz=8760h注意：年平均负荷的说明如图示。年平均负荷的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积。 3.平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷 2-1 电力负荷与负荷计算12/171 （2）最大负荷Pmax 最大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax或P30。 （3）计算负荷Pc 用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功

6、率之和。 2-1 电力负荷与负荷计算等效原则：供电系统设计中，等效负荷=计算负荷Pc对于已运行的电力用户而言：计算负荷Pc=用户典型负荷曲线上的半小时最大平均负荷Pmax；筹建中的电力用户：计算负荷Pc=半小时最大平均负荷Pmax的假想值。13/1712-1 电力负荷与负荷计算14/1712-1 电力负荷与负荷计算4. 负荷系数、利用系数与需要系数 15/171（1）负荷系数负荷系数:指平均负荷与最大负荷之比。负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数。 工业企业:有功负荷系数=0.650.75,无功负荷系数=0.700.82；智能建筑:有功负荷系数=0.350.80，无功负荷系数=0.400.

7、85。2-1 电力负荷与负荷计算16/171（2）利用系数Kx 利用系数Kx用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比。利用系数是针对用电设备组而言的。 对某一用电设备组，统计其在最大负荷工作班的耗电量，除以该工作班的时间，便可以求出在该工作班内的平均负荷。附录表1为部分用电设备组的利用系数Kx值。2-1 电力负荷与负荷计算（3）需要系数Kd 需要系数Kd用电设备组的最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比需要系数也是针对用电设备组而言的17/171含义：需要系数反映了计算负荷与设备安装容量之间的关系。标志着用电设备投入时，从供电网实际取用

8、的功率与用电设备组设备功率之比。 附录表2列出了各种类型用电设备组的需要系数值。2-1 电力负荷与负荷计算18/171 年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。5. 年最大负荷利用小时数Tmax全年实际消耗的电能Wa=年最大负荷Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积=年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积。最大负荷利用小时数为： 2-1 电力负荷与负荷计算二、负荷估算估计用户的计算负荷，为供电电源的选择和供电系统的初步设计提供依据 19/171标准产品单 位单位产品耗电量kW

9、h标准产品单 位单位产品耗电量kWh有色金属铸件铸铁件锻铁件拖拉机汽车静电电容器1t1t1t1台1辆lkvar6001000300308050008000150025003变压器电动机量具刃具重型机床纱橡胶制品1kVAlkW1t1t1t1t2.514630085001600402504001. 单位产品耗电量法表2-1 单位产品的电能消耗量 若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量和该类工厂的年最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc： 单位产品耗电量 n年产品数或年产量 2-1 电力负荷与负荷计算商住建筑的用电负荷常与建筑面积直接相关。具有

10、相同功能、用途和档次的商住建筑，尽管建筑的规模不同，但单位建筑面积上的负荷密度具有统计规律上的相似性。表2-2列出了当前经济发展情况下各类建筑物的负荷密度和需要系数。 若已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标 (W/m2)，则计算负荷Pc可按下式求得：20/1712. 负荷密度法2-1 电力负荷与负荷计算建筑类别负荷密度(W/m2)需要系数备注低档中档高档住宅1类：别墅6070800.350.50家庭全电气化2类：高级506070家庭基本电气化3类：普通304050家庭有主要家电公共设施行政办公5065800.700.80办公楼、一般写字楼商业金融服务701001300.80

11、0.90金融、商业、旅馆文化娱乐50701000.600.70体育305080医疗卫生50658021/171表2-2 各类建筑物的用电指标2-1 电力负荷与负荷计算科教456580文物古迹203040其他102030宗教活动、社会福利工业企业一类工业3040500.300.40高科技企业二类工业4050600.300.45一般工业企业三类工业5060700.350.50中型与重型工业企业仓储普通仓储5810危险品仓储5812堆场1.522.5道路广场道路0.010.0150.02广场0.050.100.15停车场0.030.050.0822/171续表2-1 电力负荷与负荷计算三、负荷计算

12、23/171定义：根据工艺和建筑设计部门提供的用电设备及其安装容量确定计算负荷的工作。理论依据相似性原理性质相同、功能相近的用电设备组、生产车间或电力用户，其负荷曲线应相似，其负荷曲线的特征参数值（负荷系数、利用系数、需要系数、最大有功负荷利用时数等）应相近2-1 电力负荷与负荷计算24/171 需要系数法负荷计算1. 单台用电设备的计算负荷 考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。 式中 PN用电设备的安装容量(kW)； tan用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值； UN设备的额定电压(kV)； Pc有功计算负荷(kW)； Qc无功计算负荷(kvar)； S

13、c视在计算负荷(kVA)； Ic计算电流(A)。2-1 电力负荷与负荷计算25/171对于某些设备，设备铭牌功率并不一定是设备的额定电功率考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算式中 M电动机在额定功率下的效率2-1 电力负荷与负荷计算26/171用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PN.i查表得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则 注意：2. 用电设备组的计算负荷2-1 电力负荷与负荷计算用电设备名称Kdcostan金属冷加工机床金属热加工机床液压机木工机械生产用通风机卫生用通风机冷冻机组压缩机拉单晶炉0.120.

14、200.200.280.300.200.300.750.850.650.700.850.900.750.850.700.750.500.600.600.500.600.800.850.800.800.900.800.901.731.331.331.731.330.750.620.750.750.480.750.4827/171表2-3 工业用电设备的需要系数Kd值用电设备台数较多、设备容量差别不大需要系数法适用用电设备组的设备台数较少需要系数法的计算结果偏小设备为3台及以下的用电设备组，计算负荷取各设备功率之和4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数 2-1 电力负荷与负荷计算2

15、8/171车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数KPcQcSc3. 车间或全厂的计算负荷2-1 电力负荷与负荷计算应 用 范 围K1. 确定车间变电所低压母线的最大负荷时，所采用的负荷同期系数：冷加工车间热加工车间动力站2. 确定配电所母线的最大负荷时，采用的负荷同期系数：计算负荷小于5000kW计算负荷为(500010000)kW计算负荷超过10000kW0.70.80.70.90.81.00.91.00.850.829/171表2-4为同期系数的参考值。取值一般为0.850.95，但各级同期系数的连乘积不

16、宜小于0.8，由于愈趋向电源端，负荷愈平稳，所以对应的值也愈大。表2-4 需要系数法的同期系数值当由各车间直接计算全厂最大负荷时，应同时乘以表中两种同期系数。2-1 电力负荷与负荷计算30/171（1）计算原则：单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15时： 不论单相设备如何分配，直接按三相平衡负荷计算单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15时： 将其换算成三相等效负荷后，再加上原有的三相负荷，从而得到总的三相电路的计算负荷4.单相用电设备计算负荷的确定2-1 电力负荷与负荷计算 （2）单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法 单相设备接于相电压 将三相线路中单相用电设备容量最大的一

17、相乘以3作为三相等效设备容量。 单相设备接于相电压31/1712-1 电力负荷与负荷计算功率换算系数负荷功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.0pAB-A、pBC-B、pCA-C1.271.171.00.890.840.80.720.640.5pAB-B、pBC-C、pCA-A-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qAB-A、qBC-B、qCA-C1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.29qAB-B、qBC-C、qCA-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.2932/171PAB、PBC、PCA 接于AB、BC、CA 相间的有功负荷(kW)； PA、PB、PC 换算为A、B、C相的有 功负荷(kW)； QA、QB、QC 换算为A、B、C相的无 功负荷(kvar)； p