第2章 负荷计算与无功补偿(2014)

第二章负荷计算与无功功率补偿第二章负荷计算与无功功率补偿第一节概述第二节三相用电设备组计算负荷的确定第三节单相用电设备组计算负荷的确定第四节尖峰电流的计算第五节无功功率补偿第六节供配电系统的计算负荷本章小结第二章负荷计算与无功功率补偿第一节概述主要内容一、计算负荷的概念二、用电设备的工作制三、负荷曲线四、确定计算负荷的系数第二章负荷计算与无功功率补偿一、计算负荷的概念统计计算求出来的；供电设计计算的基本依据；力求接近实际。表示符号：Pc：有功计算负荷(kW)Qc：无功计算负荷(kVar)Sc：视在计算负荷(kVA)Ic：计算电流(kA)。我们选取一个假想的持续性的负荷，在一定时间间隔和特定效应上与实际负荷相等。这一计算过程就是负荷计算。这一假想的持续性的负荷就称为计算负荷。载流导体温升曲线第二章负荷计算与无功功率补偿二、用电设备的工作制和设备功率的确定%1000tttε1、连续工作制：在恒定负载下连续运行达到热稳定状态的用电设备；2、短时工作制：在未达到热稳定前即停机和断能，其时间足以使设备冷却下来的用电设备；3、断续周期工作制：时而工作，时而停歇的用电设备。t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间负荷持续率（暂载率）铭牌上的功率PN是对应于某一特定负荷持续率εN的额定功率。要换算到实际的负荷持续率ε下的功率，应采用下面的公式：注意εεNNePP第二章负荷计算与无功功率补偿连续工作制的设备组：设备组中的所有设备（不包括备用设备）的额定容量之和。周期工作制和短时工作制的设备组：其设备功率应为各设备在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率下的容量之和。举例：NePP将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。（工厂中的用电设备组见附表1、民用建筑的用电设备组见附表4）用电设备组设备功率Pe的确定第二章负荷计算与无功功率补偿(1)电焊机组要求统一换算到ε=100%(2)吊车电动机组要求统一换算到ε=25%。电葫芦、起重机、行车等均按吊车电动机考虑。NNNNeεεεPPPNNNN2εεεPPPe按负荷对象可分为工厂、车间或设备的负荷曲线。按功率性质可分为有功和无功负荷曲线。按时间可分为有年、月、日或工作班的负荷曲线。表征电力负荷随时间变动情况的一种图形1、负荷曲线的绘制与类型三、负荷曲线第二章负荷计算与无功功率补偿日有功负荷曲线0.60.70.80.91.0012345678910111213141516171819202122232001年夏季2001年冬季半小时平均功率第二章负荷计算与无功功率补偿年每月（日）最大负荷曲线：每年每个月（或日）最大负荷的变化情况。0.850.900.951.001.051月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年每月最大负荷曲线第二章负荷计算与无功功率补偿年负荷持续时间曲线：根据一年中最大（具有代表性）的夏日负荷曲线和冬日负荷曲线来绘制。年(按8760h计)每小时负荷按大小排队作出的曲线。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年负荷持续时间曲线第二章负荷计算与无功功率补偿2、与负荷曲线有关的物理量从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即Pc=Pm＝P30。(全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值）P/kW876080006000400020000t/h200400600800Pm年最大负荷Pm年最大负荷持续时间曲线第二章负荷计算与无功功率补偿年最大负荷利用小时Tmax：在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pm持续运行所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。产业Tmax(h)产业Tmax(h)第一产业2000~2800第三产业3500~4000第二产业4000~5500居民产业2500~3500各产业的年最大负荷利用小时的取值08760年负荷曲线PmPt/hTmaxamaxmWTP第二章负荷计算与无功功率补偿第二节三相用电设备组计算负荷的确定主要内容一、单位指标法二、按需要系数法确定计算负荷第二章负荷计算与无功功率补偿一、单位指标法(kW)P0—单位面积的功率，W/m2，W/户，W/人S—建筑面积，m2，户，人P0的选取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质等多方面的因素。各类建筑物的单位面积功率见附表。10000SPPc第二章负荷计算与无功功率补偿二、按需要系数法确定计算负荷1、一组用电设备组计算负荷的确定Kd：需要系数Pe：一组用电设备的设备功率edeWLeLcPKPKKPMMMPcWLPeKL：负荷率，设备不一定满负荷运行。KΣ：同时系数，一组设备不一定都同时运行。ηe：设备组的平均效率。ηwL：线路的平均效率，考虑线路损耗。mdePKP第二章负荷计算与无功功率补偿Qc=Pctanφ或3、多组用电设备组计算负荷的确定Pc=K∑p·∑PcQc=K∑q·∑QcK∑p、K∑q为有功同时系数和无功同时系数P3222cccQPSφcosccPSφcos33NcNccUPUSI22cccQPSNccUSI3其他物理量的计算思考：Qc=Pctanφ可以吗？第二章负荷计算与无功功率补偿《JGJ16-2008民用建筑电气设计规范》：第3.5.2条方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。第3.5.2条条文说明：在各类用电负荷尚不够具体或明确的方案设计阶段可采用单位指标法。需要系数法计算较为简便实用，所以本规范将需要系数法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法。各种计算方法的选用：第二章负荷计算与无功功率补偿某生产厂房内有冷加工机床电动机50台共305kW，另有生产用通风机15台共45kW，点焊机3台共19kW（ε=20%),试确定线路上总的计算负荷。解:先求各组用电设备的计算负荷d0.17~0.20Kd0.20Kcos0.5tan1.73c.11tanP1.机床电动机组查附录表1得（取），，Pc.1=Kd.1Pe.1＝0.20×305kW=61.0kWQc.1=＝61kW×1.73=105.5kvar，因此例题2-2解题思路1、先将用电设备分组；2、根据需要系数法求每一组的计算负荷；3、求总的（多组）计算负荷。注意（P32）：若设备台数较少时，则需要系数值宜适当取大。当只有3台及以下用电设备时，需要系数Kd可取为1。当只有1台电动机时，则此电动机的计算电流就取其额定电流。第二章负荷计算与无功功率补偿2.通风机组查附录表1得Kd=0.75~0.85（取Kd=0.8），cosφ=0.8,tgφ=0.75，因此Pc.2=0.8×45kW=36.0kWQc.2=36kW×0.75=27.0kvar3.点焊机组设备台数只有3台，取Kd=1.0，cosφ=0.6,tgφ=1.33，先求出在统一负荷持续率ε=100%时的设备功率Pc.3=1.0×8.5kW=8.5kWQc.3=8.5kW×1.33=11.3kvarpKqK因此，总计算负荷（取＝0.95；＝0.97）为Pc＝0.95×(61.0＋36.0＋8.5)kW=100.2kWQc＝0.97×(105.5+27.0+11.3)kvar=139.5kvarkVA8.1715.1502.10022cS270A0.383/8.171cIkW5.8%2019eP第二章负荷计算与无功功率补偿第二章负荷计算与无功功率补偿前提：单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。原则：如果单相负荷应均衡分配到三相上，当单相设备的总功率不超过三相设备总功率的15％时，单相设备可与三相设备综合，按三相平衡负荷计算；如果超过15％时，应将单相设备功率换算为等效三相设备功率，再与三相设备功率相加。等效公式（单相设备接于相电压）：第三节单相用电设备组计算负荷的确定mpheePP3Pe：等效后的三相负荷；Pemph：最大相负荷。第二章负荷计算与无功功率补偿第四节尖峰电流的计算尖峰电流：持续时间1~2秒的短时最大负荷电流。单台设备尖峰电流的计算：kst:设备的起动电流倍数，Ir·m:设备的额定电流多台设备尖峰电流的计算：Ist·max：起动电流最大的那台设备的起动电流;Ic(n-1)：除起动设备以外的线路的计算电流。mrststpkIkIIpkst.maxc(n-1)III第二章负荷计算与无功功率补偿例题：有一条380V线路，供电给4台电动机，负荷资料如下表。试计算该线路的尖峰电流（同期系数取0.9）表负荷资料参数1M2M3M4M额定电流15.81535.827.6启动电流120.6115197193.2第二章负荷计算与无功功率补偿第五节无功功率补偿主要内容一、功率因数的定义二、无功补偿的意义三、无功补偿容量的确定四、无功补偿装置的选择五、无功补偿装置的装设位置第二章负荷计算与无功功率补偿一、功率因数瞬时功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数由功率因数表直接测得，以确定是否进行无功补偿供电部门收取电费的依据Wp:有功电度表读取的一月内消耗的有功电能Wq:无功电度表读取的一月内消耗的无功电能22cosqppφ在供电系统设计时，进行无功补偿的依据。ccSPφcos《供电营业规则》规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kVA及以上高压供电的用户，不得低于0.90；其他电力用户，不得低于0.85。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。在周期状态下，有功功率P的绝对值与视在功率S的比值。PQS第二章负荷计算与无功功率补偿cPcQcS＇cQ＇cS二、无功功率补偿的意义2230QPSNUSI330RIP23线路φcoscQ假设功率因数由cosφ提高到，这时在有功不变的情况下，无功功率将由Qc减小到，那么Sc和Ic也相应地减小，这使得系统的电能损耗和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和导线电缆，因此提供功率因数对电力系统大有好处。MPQ意义φcosQIcosφ≥0.9第二章负荷计算与无功功率补偿三、无功补偿容量的确定φφtantanccccrPQQQcrccQQQ22cccQPS要使功率因数由提高到，必须装设的无功补偿设备的容量为：φcosφcos补偿后的计算负荷为：第二章负荷计算与无功功率补偿四、无功补偿装置的选择并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器(SVC)ABCABC22)(93相线CUCUQc2)(3相CUQYc(1)、Δ接线时的容量为同一电路中接成Y形时容量的3倍；(2)、任一边电容器断线时，三相线路仍能得到补偿；(3)、但是Δ接线时，任一相击穿短路时，短路电流很大，可能引起爆炸，所以要接有熔断器保护。Δ接线的优缺点：并联电容器的接线第二章负荷计算与无功功率补偿《GB50053-199410kV及以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形，低压电容器组应接成三角形。应用：手动投切自动调节（自动无功补偿屏）图10-9并联电容器的控制第二章负荷计算与无功功率补偿五、并联电容器的装设位置（补偿方式）高压集中补偿低压集中补偿分散就地补偿（个别补偿）M1C分散就地补偿2C3C6~10kV0.38kV高压集中补偿高压集中补偿的补偿区低压集中补偿的补偿区分散就地补偿的补偿区未补偿区未补偿区未补偿区低压集中补偿第二章负荷计算与无功功率补偿装设地点优点缺点适用场合高压集中补偿变配电所的6~10kV母线初投资少，运行维护方便母线后的厂内线路得不到补偿。大中型工厂低压集中补偿车间变电所的低压母线上补偿范围较广，可减小变压器容量，较经济工程中应用普遍分散就地补偿用电设备旁边补偿范围最大，效果最好投资大，利用率较低。负荷平稳、长期运转的设备并联电容器的三种装设位置的比较第二章负荷计算与无功功