低压电器系统第二章

低压电器系统第二章第一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六电力系统中性点接地运行方式中性点接地：属于大接地电流系统直接接地，又称为有效接地经低阻接地中性点不接地：属于小接地电流系统

不接地，又称为中性点绝缘经消弧线圈接地经高阻接地第二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六我国电力系统中，110kV以上高压系统多采用中性点直接接地运行方式；6~35kV中压系统首选中性点不接地运行方式；低于1kV的低压配电系统通常采用中性点直接接地运行方式。一般大型工厂由工厂降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。工厂高压配电电压一般选用6~10kV，工厂低压配电电压一般采用380/220V。第三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六额定电压用电设备额定电压和电网的额定电压一致；发电机的额定电压高出所供电网额定电压5%；变压器变压器直接与发电机相连时，其一次侧额定电压比电网额定电压高5%；变压器接在线路末端时，其一次侧额定电压与线路额定电压相同；变压器二次侧线路较长时，其二次额定电压比线路额定电压高10%；二次侧线路不长，其二次侧额定电压高于线路额定电压5%。第四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六用电负荷等级一级负荷需要两个以上独立电源供电二级负荷需要两回路电源供电三级负荷对供电无特殊要求第五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六建筑供电系统TN系统TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统第六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六第二章供配电系统的负荷计算2.1负荷计算的目的及相关物理量2.2三相用电设备的计算负荷2.3单相用电设备的计算负荷补充：供配电系统的损耗第七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.1负荷计算的目的及相关物理量2.1.1电力负荷的组成“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。第八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六电力系统的总负荷：系统中千万个用电设备所需功率的总和。（异步电动机、同步电动机、电热炉、整流设备、照明等）综合用电负荷：工业、农业、交通运输和市政生活所需的功率之和。供电负荷：综合用电负荷＋网络损耗发电负荷：供电负荷＋厂用电第九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.1.2负荷计算的目的供配电系统进行电力设计时，需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理，系统是否正常可靠的运行。第十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.1.3负荷曲线

负荷曲线——是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，可以直观地反映用户用电的特点和规律。按负荷种类分：有功负荷曲线，无功负荷曲线、按时间长短分：日负荷曲线，月负荷、年负荷曲线按计量地点分：个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个地区、整个系统第十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六1.日负荷曲线代表负荷在一昼夜间(0～24h)变化情况，如图2-1所示。其时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。用于制定各发电厂发电负荷计划、发电厂制定投标策略的依据。可用于决定系统的日发电量。(a)折线形负荷曲线(b)阶梯形负荷曲线图2-1日有功负荷曲线第十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.年最大负荷曲线一年内逐月或逐日综合最大有功功率负荷变化曲线。用于制定发电设备的检修计划，决定系统的总装机容量。3.年负荷持续曲线它不按时间的先后排列，只按全年的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年内的累计持续时间而重新排列组成；年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。第十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。依据年负荷持续曲线可以计算出一年内消耗的总电能。

第十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

图2-2

年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线

（b）冬季日负荷曲线

（c）年负荷持续时间曲线第十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.1.4负荷曲线的相关物理量1.年最大负荷年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内(为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2—3次)30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷。第十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六如图2-3所示，阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以表示全年实际消耗的电能，则有：

一班制工厂，约为1800~3000h；两班制工厂，约为3500~4800h；三班制工厂，约为5000～7000h。

＝2.年最大负荷利用小时第十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

3.平均负荷和年平均负荷（1）平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。

（2）年平均负荷为：

第十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

4.负荷系数（1）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，负荷系数越接近1，负荷曲线越平坦。

（2）对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率和设备额定容量之比值，即其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。第十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.2三相用电设备的负荷计算2.2.1用电设备的设备容量

1.设备容量的定义

设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。第二十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.用电设备工作制用电设备按照工作制可以分为三类：(1)长期工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。(2)短时工作制设备工作时间较短，而间歇时间相对较长，如有些机床上的辅助电动机。(3)断续周期工作制设备工作具有周期性，时而工作、时而停歇、反复运行，如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征，即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。第二十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六3.设备容量的确定（

1）长期工作制和短期工作制的用电设备

长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即

Pe=PN

（2）反复短时工作制的用电设备

反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。第二十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

式中――与铭牌额定容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；

――其值为100％的负荷持续率(计算中用1)；

――铭牌规定的功率因数。1)电焊设备要求统一换算到100％时的功率，即第二十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到时的额定功率，即式中――其值为25％的负荷持续率(用0.25计算)。第二十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六3)电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中――电炉变压器的额定容量；

――电炉变压器的额定功率因数。第二十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

4)照明设备①不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯)的设容量指灯头的额定功率，即

②用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯)的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：高压水银灯、金属卤化物灯：

第二十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六③照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：

式中ω――建筑物单位面积的照明容量(W／m2)；

S――建筑物的面积(m2)。第二十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.2.2计算负荷的确定1.计算负荷（1）计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，“计算负荷”产生的热效应应该和实际变动负荷产生的最大热效应相等。（2）通常把半小时平均负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷。即用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，用、和分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。（3）0.5小时平均负荷曲线：将每间隔0.5h读取有功电能表的读数，除以30min，求得有功平均值，然在以纵轴为有功、横轴为时间的直角坐标系中逐点描绘而成。第二十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六（4）取0.5h平均负荷的原因一般中小截面导体的发热时间常数为T＝10min以上，经验表明，其达到稳定温升时间为(3～4)T，也就是说载流导体大约经过半小时可达到稳定温升值；如导线承载短暂尖峰荷，显然不能是导线温升达到最高，只有持续时间30min以上，才有可能使导线温升达到最高值。为计算方法一致，对其它供电元件均采用0.5h平均负荷最大值为计算负荷。第二十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六、

(1)对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为

式中――电动机的额定功率;――电动机在额定负荷下的效率。（2）对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等，设备额定容量就作为计算负荷。即：2.单个用电设备的负荷计算第三十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六（3）对单台反复短时工作制的设备，其设备容量均作为计算负荷。不过对于吊车类和电焊类设备，则应按公式进行相应的换算。第三十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六3.用电设备组的负荷计算

用电设备组求计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。（1）需要系数法所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即式中,――设备容量；

――需要系数。表2-2~2-5中列出了部分建筑物和各种用电设备的需要系数值，供计算参考。第三十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六表2-5部分用电设备组的需要系数用电设备组名称需要系数功率因数tanφ小批生产的金属冷加工机床0.12~0.160.51.73大批生产的金属冷加工机床0.17~0.20.51.73小批生产的金属热加工机床0.2~0.250.55~0.61.51~1.33大批生产的金属热加工机床0.25~0.280.651.17锻锤、压床、剪床及其他锻工机械0.250.61.33木工机械0.2~0.30.5~0.61.73~1.33液压机0.30.61.33生产用通风机0.75~0.850.8~0.850.75~0.62卫生用通风机0.65~0.70.80.75泵、活塞型压缩机、电动发电机组0.75~0.850.80.75球磨机、破碎机、筛选机、搅拌机等0.75~0.850.8~0.850.75~0.62干燥箱、加热器等0.4~0.710工频感应电炉（不带无功补偿装置）0.80.352.67高频感应电炉（不带无功补偿装置）0.80.61.33第三十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六续表2-5部分用电设备组的需要系数用电设备组名称需要系数功率因数tanφ焊接和加热用高频加热设备0.5~0.650.71.02电动发电机0.650.71.02真空管振荡器0.80.850.62电焊机、缝焊机0.350.61.33对焊机0.350.71.02自动弧焊变压器0.50.51.73机修、装配车间、锅炉房用起重机（JC=25%）0.1~0.150.51.73铸造车间用起重机（JC=25%）0.15~0.30.51.73一般工业用硅整流装置0.50.71.02红外线干燥装置0.85~0.910电火花加工装置0.50.61.33超声波装置0.70.71.02X光设备0.30.551.52第三十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

在所计算的范围内(如一条干线、一段母线或一台变压器)，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。下面结合例题讲解按需要系数法确定三相用电设备组的计算负荷的计算公式。第三十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六①单组用电设备组的计算负荷为：

第三十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。解：查表2-5，“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得

=0.12～0.16(取0.16计算)，＝0.5，＝1.73。第三十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六②多组用电设备组的计算负荷在计算多组用电设备的计算负荷时，应先分别求出各组用电设备的计算负荷，并且要考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，计入一个同时系数，该系数的取值也有表可查。第三十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六总的有功计算负荷为：

总的无功计算负荷为总的视在计算负荷为总的计算电流为式中，i为用电设备组的组数；为同时系数，见表2-1。

第三十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

例2-2一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有2台7.5kW，2台4kW，8台2.2kW；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷(设同时系数为0.9)。

解：1）冷加工电动机查表2-5，取

第四十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六3）电阻炉查表2-5，取2）通风机查表2-5，取

第四十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

注意：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；压缩机、拉丝机和锻造等应屑热加工机床；起重机、行车或电葫芦等都属吊车。第四十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备总容量，又考虑几台最大用电设备引起的大于平均负荷的附加负荷。①单组用电设备组的计算负荷：

式中b、c――二项式系数；

b――用电设备组的平均功率，其中是该用电设备组的设备总容量；

c――为每组用电设备组中x台容量较大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台容量最大设备的总容量(b、c、x的值可查表)。（2）二项式法第四十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六②多组用电设备组的计算负荷

同样要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中取一组最大的附加负荷，再加上各组用电设备的平均负荷，即式中(c)max一为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；

――最大附加负荷设备组的平均功率因数角的正切值(可查表)。

第四十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六例2-3试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷。解：求出各组的平均功率b，和附加负荷c金属切削机床电动机组查表，取第四十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六通风机组查表，取则电阻炉查表，取

则

第四十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷最大，因此总计算负荷为第四十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六需要系数法和二项式系数法的比较：从例2-2和例2-3的计算结果可以看出，由于二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，计算的结果比按需要系数法计算的结果偏大，所以一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。而需要系数法比较简单，该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，普遍应用于求全厂和大型车间变电所的计算负荷。而在确定设备台数较少，而且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，一般采用二项式系数法。第四十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.3单相负荷计算单相负荷指三相线路中某一相线与工作零线或某两相线并联连接的用电负荷，接在相线与工作零线之间的用电负荷称为单相相负荷；接在两相线之间的用电负荷称为单相线负荷。单相负荷的存在，会造成三相配电系统不对称运行，导致产生环流、谐波、电磁干扰等影响，因此，应尽可能将单相负荷均衡地分配在三相回路中，保持三相配电系统的对称运行。第四十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六单相负荷的负荷计算原则：1.在单相负荷的总容量小于计算范围内的三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算。2.在单相负荷的总容量大于计算范围内的三相对称负荷总容量的15%时，应把单相负荷折算为等效三相负荷。第五十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六单相设备组等效三相设备容量的计算如下：（1）单相相负荷的折算单相相负荷（单相设备接于相电压），则三相等效计算负荷Peq为最大单相相负荷Pmax的3倍。第五十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六（2）单相线负荷的折算①计算范围内仅有一项单相线负荷PL1时，三相等效计算负荷Peq为单相线负荷PL1的倍。②计算范围内有两项单相线负荷PL1

和PL2

时，三相等效计算负荷Peq为：第五十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六③计算范围内有三项单相线负荷PL1、PL2和PL3（设PL1>PL2>PL3

）时，三相等效计算负荷Peq为：第五十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六(3)一般情况下的单相负荷折算

一般情况指计算范围内既包含单相相负荷又包含单相线负荷的情况。一般情况下的单相负荷计算应先将单相线负荷折算为单相相负荷，然后将对应的单相相负荷分别相加，取相加后最大的单相相负荷的3倍作为等效计算负荷。第五十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六①单相线间计算负荷折算为单相相间计算负荷

A相：

B相：

C相：②将对应的单相相负荷分别相加，并取相加后最大单相相负荷的3倍作为等效计算负荷，即第五十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六表2-8单相线间计算负荷换算为单相相间计算负荷的换算系数表换算系数单相负荷功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.01.271.171.00.890.840.80.720.640.5-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.51.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.291.631.441.160.960.880.80.670.530.29第五十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六例2-3.某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台。电热干燥箱20kW2台接于A相，30kW1台接于B相，10kW3台接于C相；电加热器20kW2台分别接于B相和C相；对焊机14kW（ε=100%）3台接于AB相，20kW（ε=100%）2台接于BC相，46kW（ε=60%）1台接于CA相。试求该线路的计算负荷。第五十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期六解:1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷查表2-5得因此只要计算有功计算负荷A相B相C相第五十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.对焊机的各相计算负荷

查表2-5得

查表2-8得

cosφ=0.7时第五十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期六

先将接于CA相的46kW（ε=60%）换算至ε=100%的设备容量，即（1）各相的设备容量为

A相第六十页，共七十一页，编辑于2023年，星期六B相C相第六十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期六（2）各相的计算负荷为A相B相C相第六十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期六3.各相总的计算负荷（设同时系数为0.95）A相B相C相第六十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期六4.总的等效三相计算负荷因为B相的有功计算负荷最大，所以故第六十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.4功率损耗和电能损耗

供配电系统的损耗主要是指线路损耗和变压器损耗。2.4.1供配电系统的线路损耗

供配电系统的线路损耗是指交流电流在高压传输线路的电阻和电抗中产生的损耗，线路损耗按交流电路的阻抗特性，分为有功损耗△P和无功损耗△Q。第六十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期六2.4.1供配电系统的线路损耗根据交流电路基本知识和基本计算公式，三相对称系统中的线路损耗可按下式计算：其中第六十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期六表2-9LJ型铝绞线单位长度电阻r0和单位长度电抗x0（欧姆/km）导线截面面积（mm²）162535507095120150185240导线工作温度（℃）50电阻2.0691.3310.9570.6640.4750.3350.2830.2250.1830.142552.1061.3540.9740.6760.4830.3610.2880.2290.1860.144602.1421.3780.9910.6680.4920.3680.2940.2330.1890.147652.1801.402