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（重点）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（重点）第五节   无功功率补偿（重点）第六节   供电系统的总计算负荷（重点）第七节   供电系统的电能节约第一节概述一、计算负荷的概念载流导体温升曲线二、用电设备工作制及设备容量的计算计算负荷是根据已知的用电设备容量按一定统计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 确定的，预期不变的最大假想负荷，作为按发热条件选择供电系统各元件的依据。1.长期连续运行工作制指工作时间内能达到稳定温升的用电设备。该类设备不允许过载运行（只允许短时过载）。(一)用电设备工作制续上页3.断续周期工作制指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间内也达不到稳定温升，允许过载运行。工作时间停歇时间指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备，工作时间内达不到稳定温升。允许过载运行。断续周期工作制设备容量P与其负荷持续率ε密切相关，对供电系统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得其关系式：用负荷持续率表征其工作特性(二)设备容量的计算长期连续工作制和短时工作制的设备容量Pe，就取所有设备（不含备用设备）的铭牌额定容量PN之和。2.短时运行工作制续上页规定负荷持续率25％或100％铭牌负荷持续率铭牌容量等效容量则得：（1）电焊机组　要求设备容量统一换算到下,则（2）吊车电动机组当采用需要系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下,则当采用利用系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下。三、负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。一班制工厂日有功负荷曲线绘制负荷曲线采用的时间间隔△t为30min。求确定计算负荷的有关系数，一般是依据用电设备组最大负荷工作班的负荷曲线。续上页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。年负荷曲线年最大负荷Pm——全年中有代表性的最大负荷班的半小时最大负荷。续上页年平均负荷Pav——电力负荷在全年时间内平均耗用的功率，即全年时间内耗用的电能负荷曲线填充系数，亦称负荷率或负荷系数，即四、确定计算负荷的系数1.需要系数Kd需要系数定义为：设备容量Kd值的相关因素：用电设备组中设备的负荷率；设备的平均效率；设备的同时利用系数；电源线路的效率。Kd值只能靠测量统计确定。利用系数定义为：2.利用系数KuKu可查附录表5PePm续上页3.附加系数KaKa值与设备容量差别程度、设备台数和利用系数有关。为便于分析比较，从导体发热的角度出发，不同容量的用电设备需归算为同一容量的用电设备，于是可得到其等效台数neq为：附加系数定义为：根据利用系数Ku和等效台数neq查附录表6，可得到附加系数Ka值。续上页年最大负荷利用小时数Tmax是假设电力负荷按年最大负荷Pm持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能恰与电力负荷全年实际耗用的电能相同。4.年最大负荷利用小时数第二节　三相用电设备组计算负荷的确定一、单位容量法在进行供电工程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计阶段，可采用单位容量法确定计算负荷。二、需要系数法1.单位产品耗电量法2.单位面积负荷密度法（一）一组用电设备的计算负荷按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为有功计算负荷（kW）无功计算负荷（kvar）视在计算负荷（kVA）计算电流（A）例2-1解　此机床组电动机的总容量为例2-1　已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的三相电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用需要系数法确定其计算负荷Pc、Qc、Sc和Ic。查附录表1“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6Pc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW=146kW在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑。续上页注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以K∑来计算。(二)多组三相用电设备的计算负荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci,Qci例2-2某380V线路上，接有水泵电动机（15kW以下）30台共205kW，另有通风机25台共45kW，电焊机3台共10.5kW（ε=65%）。试确定线路上总的计算负荷。例2-2解　先求各组用电设备的计算负荷Qc1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵电动机组　查附录表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此2.通风机组　查附录表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW续上页3.电焊机组　查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。Pc3=0.35×8.46kW=2.96kWPc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar总计算负荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）为Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQc3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的设备容量：Pe=10.5=8.46kW。三、利用系数法1.求用电设备组在最大负荷班的平均负荷：2.求平均利用系数及等效设备台数：3.根据Ku与neq查附录表6，得出附加系数Ka。4.利用下列公式求出总计算负荷：例2-3已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的三相电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用利用系数法来确定机床组的计算负荷。例2-3解　1．用电设备组在最大负荷班的平均负荷Qav＝Pavtanφ机床电动机查附录表5得Ku=0.12，tanφ=1.73,因此2.平均利用系数因只有1组用电设备，故Ku.av＝Ku＝0.12Pav=KuPe3．用电设备的有效台数（取14）＝0.12×146kW=17.52kW＝17.52kW×1.73=30.34kvar续上页4．计算负荷及计算电流利用Ku.av=0.12及neq=14查附录表6，通过插值求得Ka=2。＝2×17.52kW＝35.04kW＝2×30.34kvar＝60.68kvar第三节单相用电设备组计算负荷的确定如果单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。1.接于相电压的单相设备容量换算2.接于同一线电压的单相设备容量换算3.单相设备接于不同线电压时的负荷计算应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量；分相计算各相的设备容量，并按需要系数法计算其计算负荷；总的等效三相计算负荷为其最大有功负荷相的计算负荷的3倍。4.单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算第四节尖峰电流的计算尖峰电流是指只持续1～2s的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动、选择熔断器和低压断路器及整定继电保护装置等。单台用电设备（如电动机）的尖峰电流Ipk，就是其起动电流Ist，即接有多台用电设备的线路，只考虑一台设备起动时的尖峰电流，按下列公式计算式中，Ist.max为起动电流最大的一台设备的起动电流；Ic(n-1)为除起动设备以外的线路计算电流。Ipk＝Ist＝kstIN.M第五节无功功率补偿一、功率因数定义1．瞬时功率因数监测负荷用。2．平均功率因数调整电费用。3．最大负荷时的功率因数确定需要无功补偿容量用。**无功功率补偿一、功率因数低的不良影响1．使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。2．使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。3．使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。4．使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。由于，当P、R、X一定时，功率因数越低，Q越大，则越大。**提高功率因数的方法提高自然功率因数的方法不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。正确选用感应电动机的型号和容量。当电动机的负荷系数KL＞70%时，可以不换；当KL＜40%时，必须换小电机；当40%＜KL＜70%时，则需经过技术经济比较后再进行更换。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。**定子绕组的匝数不能减少。所以限制感应电动机的空载运行。提高感应电动机的检修质量。气隙δ不能增加。当变压器的负荷系数KL＜30%时，应考虑换小容量的变压器。合理使用变压器。感应电动机同步化运行。同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。**2．提高功率因数的补偿法稳态无功功率补偿设备采用并联电容器——无功自动补偿装置采用同步补偿机优点：与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。实质上是空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。按昼夜时间划分进行控制根据全天24小时无功负荷的变化曲线，按时间程序投入或切除补偿电容器。其特点是控制设备简单、操作方便，并可以防止无功功率倒送向电网，适用于负荷比较稳定，无功负荷变化有规律的场合。**按母线电压的高低进行控制按无功功率的大小进行控制起动元件采用低电压和过电压两个继电器，当母线电压低于低电压继电器的整定值时，电容器自动投入；当母线电压高于过电压继电器的整定值时，电容器自动切除。起动元件是一个无功功率 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 器，当无功检测器测出的无功功率值大于上限给定值时，电容器自动投入；反之，当无功检测器测出的无功功率值小于下限给定值时，电容器自动切除。按功率因数的大小进行控制起动元件是一个相位检测器，通过检测一个线电压和一个线电流的相位来得出系统当前的功率因数值，若此功率因数值小于下限给定值，电容器自动投入；反之，若此功率因数值大于上限给定值，则电容器自动切除。二、无功补偿容量的确定QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C稳态无功功率补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器（自愈式）。三、无功补偿装置的选择低压并联电容器装置根据负荷变化相应自动循环投切的电容器组数，在无功补偿容量QN.C确定后可根据选定的单组容量qNC来选择：动态无功功率补偿设备（SVC）用于急剧变动的冲击负荷如炼钢电弧炉、轧钢机等的无功补偿。四、无功补偿装置的装设位置在用户供电系统中，有三种方式：高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿（个别补偿）。例2－3某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW＋580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。例2-3解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数（2）确定无功补偿容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar续上页（3）选择电容器组数及每组容量初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=20kvar。取12组补偿后的视在计算负荷减少118.8kVA。第六节供电系统的总计算负荷一、供电系统的功率损耗（一）电力线路的功率损耗有功损耗（kW）无功损耗（kvar）（二）电力变压器的功率损耗有功损耗X=x0lR=r0l无功损耗简化公式：ΔPT≈0.01Sc；ΔQT≈0.05Sc。例2-4某工厂有一个35/10kV总降压变电所，分别供电给1＃～4＃车间变电所及4台冷却水泵用的高压电动机（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母线上接有2700kvar无功补偿电容器组。已知1＃～4＃车间变电所10kV侧计算负荷分别为：1＃为1430kW＋j1230kvar；2＃为1350kW＋j1200kvar；3＃为1260kW＋j1030kvar；4＃为960kW＋j750kvar。试计算该总降压变电所35kV侧计算负荷及功率因数大小（取K∑=0.9）。例2-4解：（1）求10kV母线计算负荷1＃车间变电所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃车间变电所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃车间变电所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃车间变电所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高压电动机组Pc5＝KdPN=0.8×4×300kW＝960kWQc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar10kV母线计算负荷=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW如下图，变电所低压母线的视在计算负荷为变电所高压侧计算负荷为低压母线的计算负荷加上变压器的损耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT二、供电系统的总计算负荷一般采用逐级计算法由用电设备处逐步向电源进线侧计算。各级计算点的选取，一般为各级配电箱（屏）的出线和进线、变电所低压出线、变压器低压母线、高压进线等处。续上页（2）求35kV侧计算负荷变压器损耗ΔPT≈0.01Sc＝0.01×5638＝56.38kWΔQT≈0.05Sc＝0.05×5638＝281.9kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV侧计算负荷Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+56.38＝5420.4kWQc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+281.9＝2018.9kvar第七节供电系统的电能节约一、年电能需要量的计算年有功电能消耗量(kWh)Wp=αPcTaα取0.7～0.75二、供电系统的电能损耗变压器全年电能损耗为ΔWa=ΔWa1+ΔWa2≈ΔP0×8760+ΔPkKL2τ年无功电能消耗量(kvarh)Wq=βQcTaβ取0.76～0.82线路上全年电能损耗为ΔWa=3I2cRWLτ年最大负荷损耗小时τ与年最大负荷利用小时Tmax有一定关系，如图所示。续上页用户供电系统的电能节约主要从降低用电设备的能耗和供电系统的能耗两方面着手，提高能源利用率。三、电能节约的 技术措施 安全生产方案及措施施工现场安全技术措施安全技术措施及方案皮带机检修技术措施皮带维修安全技术措施 供电系统的能耗主要为变压器及线路的能耗，可采取：选用高效节能变压器，更新淘汰低效高耗能产品；合理选择电力变压器容量及数量，实行经济运行方式；改造现有不合理的供配电系统，降低线路损耗；改善系统功率因数，进一步降低系统功率损耗。用电设备的能耗可下述技术措施降低：通过改造原有的设备，提高效率及性能；采用新技术，选用高效节能设备；改进操作方法，改革落后的生产工艺；提高设备的运行维护检修水平等。（一）电能节约的一般措施续上页1．单台变压器的经济运行（二）电力变压器的经济运行变压器经济运行的条件是：传输单位kVA负荷所消耗的有功功率损耗归算值最小。2．两台变压器的经济运行本章小结本章是分析供电系统和进行供电设计计算的基础。本章首先简介了负荷计算的有关基本知识;然后着重讲述了用电设备组计算负荷的确定方法，介绍线路尖峰电流的计算;接着讲述了供电系统无功补偿、总计算负荷的确定及电能节约。本章重点：三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。本章难点：利用系数法确定三相用电设备组的计算负荷。教学基本要求：了解单相用电设备组计算负荷的确定方法、电能节约的技术措施；理解用电设备工作制、确定计算负荷的系数；掌握三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。思考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 与习题解答提示2-1提示：参见教材P18。2-2提示：参见教材P19。2-3提示：参见教材P18和P21～P22。2-4提示：参见教材P26。2-5提示：参见教材P28和P18。2-6提示：参见教材P31。2-7提示：参见教材P39。2-8提示：第一步求各组用电设备的计算负荷，对行车，要求设备容量统一换算到，对点焊机，要求设备容量统一换算到；第二步计算总计算负荷（可取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）。续上页2-9提示：采用利用系数法（步骤参见例2-3）分别计算两组用电设备的计算负荷，然后进行比较，从而说明设备容量组成不同对最大负荷的影响。2-10提示：先将各相所接的单相设备容量大致相同（不能只接在一相上），然后将其等效成1台三相设备进行负荷计算。2-11提示：计算单元和整栋楼的计算负荷时，都将其当成一组用电设备，然后按附录表3选取Kd值，。2-12提示：（1）确定补偿容量时，采用低压侧计算负荷代入公式计算，取。（2）确定高压侧计算负荷时，变压器损耗可按经验公式估算。2-13提示：根据教材P39图2-9查出τ值，代入公式计算即可。自测题一、填空题1．计算电流是指线路中持续时间的最大负荷电流，而尖峰电流是指线路中持续时间的最大负荷电流。按发热条件选择供电系统各元件应采用，而整定过电流保护动作电流则采用。2．并联电容器的补偿方式分为三种:、、和。由于电力负荷的变动性，低压并联电容器组的投切方式一般采用方式。3．计算负荷是根据已知用电设备组确定的，预期不变的假想负荷。用来作为按条件选择供电系统元件的依据。续上页二、计算题1．某用户10/0.38kV变电所供电给5个回路：1＃回路PN=230kW，Kd=0.2，cosφ＝0.6；2＃回路PN=800kW，Kd=0.4，cosφ＝0.7；3＃回路PN=720kW，Kd=0.5，cosφ＝0.8；4＃回路PN=540kW，Kd=0.5，cosφ＝0.7；5＃回路计算负荷150kW+j120kvar。（1）试求低压母线总计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9）；（2）为使功率因数不小于0.9，则需在低压侧进行补偿的无功容量是多少？2．某用户10/0.38kV变电所设有一台变压器，已知低压侧计算负荷为650kW+j800kvar。按规定，高压侧功率因数不得低于0.9。（1）求补偿前高压侧总计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic、cosφ？（2）求在低压侧装设的无功补偿容量QNC有多大？（3）所选变压器容量SNT有何变化？续上页3．某车间380V线路上接有如下设备：冷加工机床电动机7.5kW×3台、4kW×8台、3kW×17台、1.5kW×10台（Kd＝0.2、cosφ＝0.5）；吊车电动机18kW×1台，ε＝15％（Kd＝0.7、cosφ＝0.7）；通风机组1.5kW×2台（Kd＝0.8、cosφ＝0.8）；试（1）求线路上的计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.93）。（2）若将线路上功率因数提高到0.9，则应安装的无功补偿容量有多大？4．某工厂10kV高压配电所供电给4个10/0.4kV车间变电所。已知车间1设备容量PN＝1500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8；车间2设备容量PN＝900kW、Kd＝0.7、cosφ＝0.75；车间3设备容量PN＝700kW、Kd＝0.5、cosφ＝0.9；车间4设备容量PN＝500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8。试（1）计算高压配电所总计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9，考虑车间变压器损耗）。（2）若要求各车间变电所分组补偿使高压侧功率因数达0.9以上，试以车间1为例计算出低压无功补偿容量的大小。续上页5．某35/10kV总降压变电所，10kV母线上接有接有下列负荷：1＃车间变电所850kW＋j200kvar；2＃车间变电所920kW＋j720kvar；3＃车间变电所780kW＋j660kvar；4＃车间变电所880kW＋j780kvar。试（1）计算该总降压变电所35kV侧计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.9）。（2）若将总降压变电所10kV母线上功率因数提高到0.95，则应在10kV侧安装的无功补偿容量有多大。6.某厂10/0.38kV车间变电所供电给3个回路：1#回路电动机组，设备总容量2000kW（Kd＝0.25、cosφ＝0.7）；2#回路为2台行车，设备总容量14.6kW（ε＝15％，Kd＝0.85、cosφ＝0.7）；3#回路为单相电阻炉，容量分别为25kW、10kW、18kW（Kd＝0.7、cosφ＝1）。低压母线上接有补偿电容器组10组，每组15kvar。试（1）计算该车间变电所0.38kV侧的计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.93）。（2）计算该车间变电所10kV侧的计算负荷Pc、Qc、Sc、Ic。