2--负荷计算与无功功率补偿

2负荷计算与无功功率补偿2．1计算负荷2．2设备功率2．3需要系数法确定计算负荷2．4单位面积法确定计算负荷2．5单相负荷的计算2负荷计算与无功功率补偿2．6季节负荷的计算2．7冲击负荷的计算2．8能量损耗的计算2．9无功功率的补偿2．10备用电源容量的计算2．10备用电源容量的计算2．1计算负荷2．1．1负荷曲线和计算负荷的概念2．1．2负荷计算的意义和目的1．2．1负荷曲线和计算负荷的概念•负荷曲线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）。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；按负荷对象不同分：可分为用户、车间或某类设备负荷曲线。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。日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况。如下图。日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法是：1．日负荷曲线（1）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，见图2-1a。（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）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，图2-1b所示。1．日负荷曲线年负荷曲线反映负荷全年（8760h）变动情况。如下图所示。2．年负荷曲线（1）年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。2．年负荷曲线年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；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。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图2-2所示。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而定。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。图2-2是南方某用户的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为112200165Ttt2．年负荷曲线注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，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．年负荷曲线（2）年最大负荷年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内（该工作班并非偶然出现，而是在负荷最大的月份内至少出现2～3次）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．年负荷曲线3．计算负荷计算负荷是供电设计计算的基本依据，它是选择供电系统中各元件的依据，故非常重要。（1）计算负荷的定义：通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择导体和电器设备的一个假想负荷。以这个不变的“假想负荷”持续运行所产生的热效应与实际运行的变动的负荷所产生的最大热效应相等计算负荷的物理意义：设有一电阻为R的导体，在一定时间内通过一变动负荷，其最高温升达到τ值，如果这根导体在相同的时间内通过另一不变负荷其最高温升也达到τ值，则这个不变负荷就是该变动负荷的计算负荷，即计算负荷和实际负荷最高温升是等值的。3．计算负荷计算负荷的数值与半小时最大负荷P30基本相等，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，所以用P30来表示有功计算负荷（kW），无功计算负荷表示为Q30（kvar），视在计算负荷表示为S30（kVA），计算电流表示为I30（A）。也有用Pc(Qc、Sc、Ic)表示的。3．计算负荷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τ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3τ=3×10＝30（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，才有可能构成导线的最高温升。较大截面的导体发热时间常数往往大于10min，30min还不能达到稳定温升。3．计算负荷2．1．2负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。计算负荷是供电设计计算的基本依据。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。计算负荷不能定得太大，否则选择的电器设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费；计算负荷也不能定得过小，否则选择的电器设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。2．2设备功率2．2．1不同工作制用电设备的设备功率2．2．2照明负荷2．2．3动力负荷2．2．4消防负荷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）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，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。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。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。断续周期工作制的设备，通常用暂载率ε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ε，即：式中t，t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。0100%ttTtt2．2．1不同工作制用电设备的设备功率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（1）电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等于100%时，应进行换算，公式为:100cosNeNNNPPS（2）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ε=25%时的额定功率（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为:252NeNNNPPP2．2．2照明负荷照明设备的设备容量如下：（1）白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）:（2）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:eNPP1.2eNPP（3）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）:（4）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1.1倍（kW）:1.1eNPP1.1eNPP2．2．3动力负荷1．动力设备种类动力负荷在电力系统的负荷中约占60%以上。动力负荷的传动主要靠电动机三相交流异步电动机的功率因数较低，需要进行补偿。供电电压的波动将影响电动机的转矩和被传动机械的转速。1．动力设备的功率2．2．4消防负荷消防负荷是用于防火和灭火用电设备的统称。1．消防设备的供电消防负荷与非消防负荷不能共用供电回路；两者不能合用供电回路的目的就是确保消防负荷的供电可靠性。消防电梯与普通电梯不能合用供电回路；防防排烟风机与普通风机不能合压供电回路；消防水泵与生活水泵不能合用供电回路等。《JGJ16-2008民用建筑电气设计规范》选读3．5．3当消防设备的计算负荷大于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，应按消防设备的计算负荷加上火灾时未切除的非消防设备的计算负荷进行计算。当消防设备的计算负荷小于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，可不计入消防负荷2．2．4消防负荷2．消防设备（1）报警设备1）报警控制系统主机；2）操作终端和显示终端；3）打印设备（自动记录报警、故障及各相关消防设备的动作状态）;4）彩色图形显示终端；5）带备用蓄电池的电源装置；6）火灾探测器，包括烟雾离子、光电感应、定温、差温、差定温复合、温感光电复合、红外线火焰、感温电线、可燃气体等；7）手动报警器，包括玻璃按钮、人工报警按钮；8）消防广播；9）疏散警铃；10）输人／输出监控模块或用于监控所有与消防关联设施的中继器；11）消防专用通信电话；12）区域报警装置；13）区域火灾显示装置；14）其他有关设施。报警设备包括漏电火灾报警器、火灾自动报警设备（探测器、报警器）、紧急报警设备（警铃、电笛、紧急电话、紧急广播）。(2）灭火设备1）自动灭火设备，包括洒水喷头、泡沫、粉末、二氧化碳。2）手动灭火设备，包括灭火器（泡沫粉末）、室内外消防栓。(3）防火排烟设备防火排烟设备包括探测器、控制器、自动开闭装置、防火卷帘门、防火风门、排烟口、排烟机、空调设备。（4）通信设备包括应急通信装置、一般电话、对讲电话、无线步话机。(5）避难设备包括应急照明装置、诱导灯、诱导标志牌。(6）与火灾有关的必要设施包括洒水送水、应急插座、消防水池、应急电梯。(7）避难设施包括应急口、避难阳台、避难楼梯、特殊避难楼梯。(8）其他有关设备包括防范报警设备、航空障碍灯设备、地震探测设备、煤气检测设备、电气设备的监视、闭路电视设备、普通电梯运行监视、一般照明等。2．3需要系数法确定计算负荷2．3．1需要系数2．3．2用电设备组的计算负荷2．3．3配电干线的配电所的计算负荷2．3．1需要系数需要系数法是先根据统计资料确定系数，然后用设备容量乘以该系数求得计算负荷。需要系数就是用电设备组在最大负荷时所需要的有功功率与其设备容量的比值。maxxPKP1．需要系数Kx的确定需要系数Kx是根据多年的运行经验积累得来的，其中包括下述诸因素：①一个单位或一个系统内的所有用电设备不可能都在同时运行，所以应考虑设备组的同时负荷系数KΣ；②同时运行的用电设备不可能都在满载状态下工作，所以应考虑设备组的负荷系数KL；③电动机等用电设备常以输出功率为其额定容量，但电动机本身也要消耗功率，所以应计及设备组的平均效率ηe；④供给设备组用电的配电线路上也有功率损耗，故应计及配电线路的效率ηWL；⑤工人的操作水平和工作环境等因素，也会影响用电设备组的取用功率，等等。总之，将以上所有影响负荷计算的因素都考虑进去，并根据实测统计，归并成为一个小于1的系数，称为需要系数，用Kx表示。LxeWLKKK2．民用建筑照明负荷需要系数Kx0.6～0.7单身宿舍楼0.7～0.8体育练习馆0.9～1锅炉房0.5～0.7礼堂0.5～0.6高级病房楼0.6～0.7剧场0.65～0.75一般病房楼0.7～0.8电影院、文化馆0.6～0.7门诊楼0.35～0.45旅游宾馆0.5～0.7展览厅0.6～0.7高级旅馆、招待所0.65～0.75体育馆0.7～0.