第2章 建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿

第2章建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿2第2章建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿§2-1计算负荷的意义和计算目的§2-2负荷计算的基本概念§2-3用电设备的主要特征§2-4计算负荷§2-5尖峰电流的计算§2-6无功功率补偿§2-7供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算3负荷分级及对供电电源的要求1.负荷级别分级依据:用电设备（负荷）对供电可靠性的要求及中断供电造成的危害程度。一级负荷:中断供电会造成——人员伤亡；重大政治影响、重大经济损失；影响具有重大政、经意义的用电单位正常工作。二级负荷:中断供电将——较大政治影响、重大经济损失；影响重要政、经意义的用电单位正常工作。将造成公共场所秩序混乱。三级负荷:不属于一、二级负荷者。一切消防用电设备均属于一级或二级负荷。42.对供电电源的要求一级负荷需要有两个独立电源（或电源点）供电。二级负荷需要双回路供电。三级负荷只要求单电源供电。注:①两个独立电源:两母线来自不同的发电机。②两个独立电源点:两母线来自不同的地点。③双回路:尽可能引自不同的变压器，也可由一专用架空回路供电。④一个建筑物中的用电设备，可能含有几种级别的负荷。5§2-1

计算负荷的意义和目的1、原始资料:用电负荷的产品铭牌数据。2、考虑因素:运行并非在额定状态下；非同时运行。3.计算负荷（需用负荷）:将原始资料,结合考虑因素,变成供配电系统设计所需要的假想负荷。（计算负荷≠设备容量之和）64.意义和目的（1）确定供配电系统中的导体截面、变压器容量、备用电源容量。过大：有色金属浪费、工程投资高；过小：线路和电气设备承受不了，引起过热、降低使用寿命、出现事故。（2）计算电压损失、功率损耗。（3）计算能量消耗量及无功功率补偿容量。（4）计算电流。是计算负荷在额定电压下的电流。是选择导线、断路器、功率损耗等的依据。尖峰电流——选择保护设备7§2-2负荷计算的基本概念1.负荷曲线用电设备功率随时间变化的图形。可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。8（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线（2）按持续工作时间分日负荷曲线(24h)P14年负荷曲线（8760h〕年最大负荷曲线（运行年负荷曲线〕年持续负荷曲线

P15图2-3

92.与负荷计算相关的物理量（1）电抗是电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用的总称（X）。（2）电阻表示导体对电流阻碍作用的大小。电阻变电能为热能，是一个耗能元件10（3）无功功率Q是为建立交变磁场和感应磁通而需要消耗的电功率。不对外作功,而是转变为其他形式的能量。不是无用功率,用处很大变压器、异步电动机、感应电炉、交流电焊机。（4）有功功率P是保持用电设备正常运行所需的电功率将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。（5）视在功率S在交流电路中,由于感性或容性设备,电压与电流存在相位差,即电压与电流不在同一时间到达,因此,实际功率没有那么大的功。11负荷名称功率因数负荷名称功率因数荧光灯（电感）0.55空调0.8荧光灯（电子）0.9水泵、风机0.8普通插座0.9冷冻机房设备0.8～0.85电热水器、电饭堡1电梯0.7白炽灯1洗衣机房、厨房设备0.8～0.9常用设备的功率因数（cosφ)（6）功率因数在正弦交流电路中,有功功率一般小于视在功率,即在视在功率上打一个折扣才能等于平均有功功率,这个折扣就是cosφ,称为功率因数。12（7）年最大负荷全年中最大工作班内，半小时平均功率的最大值。用Pmax、Qmax、Smax表示。即:30分钟平均最大负荷P30、Q30和S30，=计算负荷。最大工作班:一年中最大负荷月份内最少出现2-3次最大负荷的工作班。（8）年最大负荷利用小时数一个假想时间，反映用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax小时所消耗的能量恰好等于全年实际消耗的能量WP。13（9）平均负荷电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。用Pav、Qav、Sav。年平均负荷:(10)负荷系数用电负荷的平均负荷与最大负荷之比。表征负荷曲线不平坦度的一个物理量。一般工厂年负荷系数年平均值为:α=0.7～0.75β=0.76～0.8214§2-3用电设备的主要特征1.分类连续运行工作制短时运行工作制断续周期运行工作制(负载持续率)15负载持续率（暂载率）是指此设备能够满载工作时间的比率；家用小型电焊机:标称容量10KVA，但又标明暂载率25%，说明此电焊机在10KVA负载下，只能在25%的时间内工作；也就是说，在10分钟内只能工作2半分钟，否则就要过热烧毁；工业用大型电焊机:标称容量10KVA，暂载率100%，就说明此电焊机在10KVA负载下，能长时间连续工作。电焊机的负载是不固定的，焊接电流大负载就大，焊接电流小负载就小；再反过来说，如果小型电焊机在25%的负载下就可以连续工作。162.设备功率（容量）Pe的确定（1）连续运行工作的用电设备组Pe=PN(铭牌额定功率)对于采用电感镇流器的电光源,需要考虑镇流器消耗的功率,此时Pe=1.2*PN（2）短时工作的用电设备组Pe=PN求计算负荷时一般不考虑。17（3）断续周期运行工作用电设备

将额定负载持续率εN下的铭牌额定功率PN统一换算到一个标准负载持续率ε规的功率P规。特殊的变压器18§2-4计算负荷1.需要系数法：需要系数：Pmax——用电设备组负荷曲线上最大有功负荷Pe——用电设备组的设备功率需要系数法：用电设备功率×需要系数×同时系数=计算负荷计算简便，最为通用的一种方法。19（1）用电设备组的计算负荷用电设备组:指工艺相同，需要系数、功率因数相同的多台用电设备。线电压例题:P24例2-1。PcQcScφ20用电设备组的需要系数及功率因数表2122（2）多个用电设备组的计算负荷（——配电干线、变电所低压母线）

K∑－－同时（期）系数车间干线:K∑P=0.85～0.95；K∑q=0.90～0.97低压母线:K∑P=0.80～0.90；K∑q=0.85～0.95(用电设备组计算负荷直接相加)K∑P=0.90～0.95；K∑q=0.93～0.97(由车间干线计算负荷直接相加)23

24注:进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理:照明负荷的用电设备容量:应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。备用设备:用电设备组的设备容量不包括备用设备。季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。消防时的最大负荷与非火灾时的最大负荷选大者。住宅的设备容量采用每户的用电指标之和。252、按二项式法当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时采用。（略〕3.估算法（单位指标法）单位产品耗量法、负荷密度法等单位指标法。Pc＝KP·N／1000Sc＝KS·N／1000式中:Pc——有功功率计算负荷（KW）Sc——计算的视在功率(kVA)；KP、KS——单位负荷指标；N——单位数量。如：建筑面积m2、户数、人数26建筑类别用电指标（W/m2）建筑类别用电指标（W/m2）公寓30~50医院40~70旅馆40~70高等学校20~40办公40~80中小学12~20商业一般：40~80展览馆50~80大中型：70~130体育40~70演播厅250~500剧场50~80汽车库8~15各类建筑物的用电指标27住宅负荷的计算按套型类别进行确定。每套住宅供电容量标准:一般可在4一12kw范围选取；高级的为10一15kw（建筑面积在l00—200m2）28按单相配电计算时所连接的基本户数按三相配电计算时所连接的基本户数需要系数通用值推荐值39114120.950.956180.750.808240.660.7010300.580.6512360.500.6014420.480.5516480.470.5518540.450.5021630.430.5024720.410.4525~10075~3000.400.45125~200375~6000.330.35住宅用电负荷需要系数29例：某教学楼建筑面积1.5万m2，已知单位负荷指标Kp=30W/m2，计算总有功功率？解：Pc==450KW

例：某高层住宅楼共172户，每户设计功率为8KW，计算总有功功率？解1：Pc==1376KW(误差很大）

解2：查表得Kc=0.45Pc=0.45x8x172=0.45x1376=619KW8000x172100030相负荷接法314.单相负荷计算单相负荷应均衡的分配到三相上。当三相线路中,单相负荷的总容量小于三相设备总容量的15％时,全部按三相对称负荷计算当单相负荷的总容量超过三相设备容量的15％时,应将单相设备容量换算为等效三相设备容量,若三相不平衡,则设备容量应按三倍最大相负荷计算,再与三相设备容量相加。32注:线电压:相线与相线间的电压。相电压:三相电每一相对零线的电压。ABCN—中性线220/380V10kW30kW20kW14kW20kW30kW33（1）单相用电设备仅接于相电压等效三相负荷=最大单相负荷的三倍——Pe=3Pmax（2）单相用电设备仅接于线电压如Pab≥Pbc≥Pca接在同一线电压时:接在不同线电压时:

（3）用电设备分别接于线电压和相电压先将接于线电压的单相用电设备换算为接于相电压的单相负荷。再将各负荷相加，选出最大相负荷取其3倍即为等效三相负荷。

34相间负荷换算为相负荷的功率换算系数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-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.29CBAPCAPABPBCA相:PA=pAB-APAB+pCA-APCAB相:PB=pAB-BPAB+pBC-BPBCC相:PC=pBC-CPBC+pCA-CPCA相间负荷（线负荷）换算为相负荷35作业:如下图所示220/380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相、1台30kW接于B相、1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100%）接于AB相、1台20kW（ε=100%）接于BC相、1台30kW（ε=60%）接于CA相。试求此线路的计算负荷。ABCN220/380V10kW10kW30kW20kW电热箱14kW14kW20kW30kW对焊机36负荷计算方法宜按下列原则选取:在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段,宜采用需要系数法。对于住宅,在设计的各个阶段均可采用单位指标法。

用电设备台数较多,各台设备容量相差不悬殊时,宜采用需要系数法,一般用于干线,配变电所的负荷计算。

用电设备台数较少,各台设备容量相差悬殊时宜采用二项式法,一般用于支干线和配电屏(箱)的负荷计算。37计算负荷小结:（总负荷计算）对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数K∑。当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼)共用一台变压器时，其同时系数可适当减小。383940§2-5尖峰电流的计算定义:尖峰电流是持续1～2s的短时最大负荷电流功能:1）用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。2）用以校验电压波动和选择保护电器。

411、单台用电设备2.多台用电设备K——启动电流倍数（样本中可查）笼型电动机为5～7,绕线型电动机为2～3,直流电动机为1.7等。最大容量电动机的启动电流例题:P28例2-4。42§2-6无功功率补偿什么是无功功率有功功率:电能——其他形式能量(机械能、光能、热能)无功功率:建立和维持旋转磁场无功功率的不良影响，主要表现在:降低发电机有功功率的输出。降低输、变电设备的供电能力。造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。43功率因数要求值满足当地供电部门要求或满足:高压用户为0.9以上；低压用户为0.85以上。无功功率补偿装置类型及位置提高自然功率因数:正确选择变压器容量、台数，切除季节用变压器；减少供电线路感抗；尽量用同步电动机。采用电力电容器补偿类型:并联（与负载）电容器补偿装置——适用于无功功率变化速度较慢或无功功率需求较恒定的场合。补偿方式:高压集中、低压集中、低压就地44补偿容量计算

45无功补偿后的计算负荷

优点:主变压器容量减少—降低初投资、降低电费开支46例：如某厂的计算负荷为2400kW，最大负荷月的平均功率因数为0.67。要使其平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），问需要装设多大容量的并联电容器？如果采用BWF-10.5-40-1型电容器，需装设多少个？解:tanφ1=tan(arccos0.67)=1.1080tanφ2=tan(arccos0.9)=0.4843

ΔQc=Pc（tanφ1－tanφ2）

=2400×(1.1080-0.4843)=1496.88kvar

47n=ΔQc/qc=1496.88/40=38个考虑三相均衡分配，应装设39个，每相13个，此时并联电容器的实际值:39×40=1560kvar。则补偿后的无功功率为:此时的实际平均功率因数为:满足要求。48§2-7供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算1.供电线路的功率损耗

式中：R——线路每相电阻，R=r0lX——线路每相电抗,X=x0l由导线型号、三相线的线间几何均距aav决定—查P38表49线间几何