第2章 供配电系统的负荷计算

§2.1电力负荷计算一、负荷的含意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。第二章供电系统负荷计算二、计算负荷的目的根据计算负荷♥选择校验供配电系统的电气设备（断路器等）♥选择导线型号♥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。额定功率（PN)电动机在铭牌上所规定的额定电压、电流、温度下，按规定的运行方式工作时最大输出功率（有用）。此功率输出，拖动生产机械连续运转而不会因温度过高烧坏。安装容量（功率）工厂里所有用电设备的额定功率之和。三、用电设备容量确定四、用电设备的工作制1、长期（连续）工作制:每次连续工作时间超过8小时，而且运行时负荷比较稳定。2、短时工作制工作时间较短，而间歇时间相对较长。3、断续周期工作制（反复短时工作制）工作具有周期性持续率=（工作时间/工作周期）×100﹪NePP1)起重机：起重机要求统一换算到标准持续率(є=25﹪)下计算єN为铭牌上的电动机的持续率2)电焊机；(标准持续率є=100﹪=1)NNNNNNePPPP225.0NNNNePPP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。五、负荷曲线1、最大负荷Pmax年负荷曲线中出现的最大值。2、年最大负荷利用小时数Tmax所谓年最大负荷利用小时数就是线路全年的供电量Wa，都按最大负荷Pmax输送所需要的时间。3、负荷系数KLKL=P/PN表示设备被充分利用。1NLPPKmaxmax/PWTa（2-12）六、计算负荷计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好与通过实际变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。一般导体在30分钟后，温升达到稳定。一般导体在30分钟后，温升达到稳定。以线路或设备在30min内出现的最大平均负荷为计算负荷。用P30、Q30、S30、I30、表示。某供电系统如下图所示；PTⅠP1PNP机RL1、需用系数：Kde1）单一用电设备有功功率的计算因为选电机时PNM≥Pj则要打折扣①负荷系数；kL=Pj/PNM而电机输入P1P2，内部有铜铁损耗②效率（电机）；ηe=P2/P1=Pj/P1③传输效率;线路有功功率损耗ηWL=P1/PT故为保证电机正常拖动负载运行，则需从变压器输出的有功功率：PT=P1/ηWL=（kLPNM）/（ηηWL）2)用电设备组（单组）的有功功率计算多台设备不一定同时工作，有先有后，也不一定同时达到最大负荷运行，就需要在打一个折扣。同时系数；k∑=∑PNsi/∑PNM此时；效率为加权平均效率，即按各设备的权重确定的平均数。（多台）ηWL=（P1η1+P2η2+---+Pnηn)/(P1+P2+---+Pn)故：PT=(kLk∑∑PN)/(ηeηWL)3)需用系数；令kd=(kLk∑)/(ηeηWL）查附表1(0≤kd≤1)PT=kd∑PNMdeKcos工厂各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数需用系数功率因数用电设备名称小批量生产的金属冷加工机床电动机大批量生产的金属冷加工机床电动机小批量生产的金属热加工机床电动机大批量生产的金属热加工机床电动机通风机、水泵、空压机及电动发电机组的电动机非联锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械联锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械锅炉房和机加工、机修、装配等类车间的吊车（ε=25%）铸造车间吊车（ε=25%）自动连续装料的电阻炉设备实验室用的小型电热设备（电阻炉、干燥箱等）工频感应电炉（未带无功补偿装置）高频感应电炉（未带无功补偿装置）电弧熔炉点焊机、缝焊机对焊机、铆钉加热机自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器单头弧焊电动发电机组多头弧焊电动发电机组生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明②变电所、仓库照明②宿舍（生活区）照明②室外照明、事故照明②0.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.350.7～0.80.5～0.60.65～0.70.1～0.150.15～0.250.75～0.80.70.80.80.90.350.350.50.350.40.350.70.8～10.5～0.70.6～.810.50.50.60.650.80.750.750.50.50.9510.350.60.870.60.70.40.350.350.60.7511112、变压器容量的计算；NmTdemTTTNTPKPSScoscos3、多组负荷的变压器容量计算；cosPS∵∴TSKWPKWPNN15802175.0cos85.0cos21为什么要用加权平均值求？例：有两负荷Kde=1Ksi=13、多组负荷的变压器容量计算；maxmaxcoscosmNdmNdTNTPKKPKKKSS（2-22）8.0285.075.0P5.1188.01580caS解：1、按实际输出计算：（KVA）（KVA）二、按算术平均值计算：cos多4.5KVA（KVA）9485.0801TS2075.0152TS1141594TS（KVA）3、按加权平均值计算：cos83.0758075.0*1585.0*80coscos212211PPPPnnmKVASca4.11483.01580多0.4KVA3.114.05.4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。（单组负荷）解；查附录表1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得Kd=0.16～0.2(取0.2计算)COSφ＝0.5，tgφ＝1.73。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7．5kW2台，4kW2台，2．2kW8台；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)。有三组负荷，多组负荷。解：1、查附录表1冷加工电动机通风机电阻炉2、负荷计算1）冷加工电动机var3.1773.110110502.073.11,5.01cos,2.01.301.30111.301kkWtgPQkWkWPKPtgKedd2）通风机var44.175.092.1292.14.28.075.02,8.02cos,8.02.302.30222.302kkWtgPQkWkWPKPtgKedd3）电阻炉3）电阻炉查附录表1，取03,0.13cos,7.03tgKd0)(4.127.003,0.13cos,7.03.30333.303QkWPKPtgKedd30QniiqQK1.30var9.16var)044.173.1(9.0kk30PniipPK1.30kWkW12)4.192.110(9.0´简捷计算KVAPKKmNdNTS6.195.00.24.2502.09.0cosmaxmaxAkVkkWQPS73.20var)9.16()12(2223023030AkVAkVUSIN15.3)38.03/(73.20)3/(30304）总计算功率查附表3，选择S9—30/10(10/0.4)一、线路功率损耗的计算由于供配电线路存在电阻和电抗，所以线路上会产生有功功率损耗和无功功率损耗。其值分别按下式计算有功功率损耗无功功率损耗线间的几何均距§2.2供配电系统的功率损耗二、变压器功率损耗的计算变压器功率损耗包括有功和无功两大部分。（1）变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成：1）铁心中的有功功率损耗，即铁损2）有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗，即铜损变压器的有功功率损耗的计算为式中，为变压器的空载损耗；Δ为变压器的短路损耗；为变压器的计算负荷；为变压器的额定容量。Δ变压器的无功功率损耗由两部分组成：1）用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率。2）消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率变压器的无功功率损耗的计算为：3、简化公式在负荷计算中，SL7、S7、S9型的低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算有功损耗无功耗损一、工厂的功率因数（1）瞬时功率因数由功率因数表直接测量也可由公式计算（2）平均功率因数§2-3无功功率补偿（3）最大负荷时的功率因数最大负荷时功率因数指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数，按下式计算：《供电营业规则》规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80及以上。”这里所指的功率因数，即为最大负荷时功率因数。二、无功功率补偿（一）提高功率因数的意义：1、提高电力系统的供电能力；2、减小供电网络中电压损失；3、提高供电质量；4、降低供电系统的功率损耗;5、降低企业产品成本。（二）提高功率因数的方法1、提高负荷的自然功率因数：1）正确选择合理使用电动机。（电动机一定、Q一定，侧P随负荷变）即大马拉小车。提高电力系统的供电能力发电能力S=C,Q↓P↑大马拉小车。Q=CP↓φ↑COSφ↓发电机；SQPφS1=SQ1＜QP1＞Pφ1＜φ电动机；QPφQ1=QP1＜Pφ1＞φ2）合理选择变压器（同上）3）对于容量大且不要求调速的电动机，选用同步电动机。2、人工补偿提高功率因数。并联电容器-人为产生容性电流抵消感性电流caP'caP'（三）电容器的选择：1、补偿电容器无功容量的计算。需补电容器提供的总无功功率补偿前的电网无功功率补偿后的电网无功功率-tan=(tan-tan)0QQQacC21212121tantantantanPPPQQQacC∴∵tanPQQC=PΣ(tan-tan)﹥0'coscos''tan例;=0.6;=53º13¹→tan=1.333=0.9;=25º48¹→=0.47∴1.33-0.47=0.86﹥0二、电容器台数的确定。2NCWNNCUUqQN每相应并联的电容器台数。n=N/3取整数。采用单母线分段，取偶数分别接到母线两段上。BW0.4-12-1W室外型单相额定容量Kvar额定电压KV十二烷基苯并联电容器3、电容器的补偿方式1）单独就地补偿；（单台电机）2）分散补偿：每台电机各补偿各的3）集中补偿：变电所二次母线上（常用）4、电容器的接线方法1）三角形接线；UC△=Uω（线），优点；由于QC=ωC，则外加电压高，无功容量大。一相断线仍可补偿。缺点；容易发生两相短路，短路电流数值极大，电容器可能发生爆炸。2）星形接线；UCＹ=(1/)Uω优点；外加电压低，电容器不容易发生爆炸。2U3缺点；无功容量小点，一相断线不可补偿。由于Q∝所以QC△=3QCＹ需要指出，集中固定补偿在变电所的高压和低压侧均可进行。在低压侧补偿时，应考虑降压变压器的功率损耗。2U例2-4某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800kvar。在低压侧装设并联电容器进行补偿，以保证在工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，应补偿多少无功功率？变电所低压侧的视在计算负荷为主变压器的容量应选择为1250kV·A附表3变电所低压侧的功率因数为kV·A=1031kV·A要求高压侧的功率因数不应低于0.9，取补偿后低压侧功率因数为0.92,则低压侧需要装设的并联电容器容量为kvar（kvar）（kvar）？取选择BW0.4-13-3电容器5.1334.4034.40135252NnUUqQNNCWNNC取整数14接到母线上。5461342421433nCNqQnN(Kvar)var13Kqn（3）补偿后重新选择变压器容量补偿后变