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电力负荷分级与供电要求•§2-2计算负荷的意义和计算目的•§2-3负荷计算的基本概念•§2-4用电设备的主要特征•§2-5计算负荷•§2-6尖峰电流的计算•§2-7无功功率补偿•§2-8供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算3§2.1电力负荷分级与供电要求级别一级二级三级停电影响人身伤亡，重大设备损坏，政治、经济上重大损失政治、经济造成较大损失，设备局部损坏、大量减产等不属于一级、二级的负荷允许停电时间备用电源投入时间，特别重要负荷不允许停电允许短时停电几分钟停电影响不大对供电电源要求两个独立电源供电两回路供电无特殊要求举例炼钢厂的炼钢炉、医院、人民大会堂纺织厂，化工厂舒适性空调系统分级依据：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。4•如旅馆建筑：–一、二级旅馆的——经营及设备管理用计算机系统电源，一级。–一、二级旅馆的——宴会厅、餐厅、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明，计算机、电话、电声和录像设备电源、新闻摄影电源、主要客梯电力，一级。–除上述外的一、二级旅馆的其它用电设备，二级。–三级旅馆的宴会厅、餐厅、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明，计算机、电话、电声和录像设备电源、新闻摄影电源、主要客梯电力，二级。5•科研院所、高等院校：–重要实验室电源(如：生物制品、培养剂用电等)，一级。–高层教学楼的客梯电力、主要通道照明，二级。•一类高层建筑：–消防用电，一级–走道照明、值班照明、警卫照明、障碍照明，一级–主要业务和计算机系统电源，一级–安防系统电源，一级–电子信息设备机房电源，客梯电力，排污泵，变频调速(恒压供水)生活水泵电力，一级。6•二类高层建筑：–消防用电，二级–主要通道及楼梯间照明，二级–客梯电力，排污泵，变频调速(恒压供水)生活水泵电力。二级•一切消防用电设备均属于一级或二级负荷。•具体的负荷分级见《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）民用建筑各类建筑物主要用电负荷分级表。7不同等级负荷供电要求：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。8•1、一级负荷供电要求：–容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源（35KV及以上不同变电站）。–负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或邻近单位取得第二低压电源（380/220V），亦可采用应急柴油发电机组；–仅照明或电话站负荷时，宜采用蓄电池组作为备用电源。–特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。9•2．二级负荷的供电要求–当发生电力变压器故障或线路常见故障时应不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。–在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一6KV及以上专用架空线供电。•3．三级负荷对供电无特殊要求•常用的应急电源可有下列几种：–1）独立于正常电源的发电机组。–2）供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路，适用于允许中断时间为1.5s以下的供电。–3）快速自起动的柴油发电机组，适用于允许中断供电时间为15s以下的供电。10§2-2计算负荷的意义和目的1、计算负荷（需用负荷或最大负荷）:计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。（计算负荷≠设备容量之和）2、原始资料:用电负荷的产品铭牌数据。3、考虑因素:运行并非在额定状态下；非同时运行。114、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12§2-3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。13（1）按负荷性质分–有功负荷曲线–无功负荷曲线14（2）按持续工作时间分–日负荷曲线(24h)–年负荷曲线（8760h〕日负荷曲线(24h)15（2）按持续工作时间分–日负荷曲线(24h)–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P17图2-3162、与负荷计算相关的物理量（1）电阻（R)–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（2）电抗（X）–是电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用的总称。17–感抗(XL)：•在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感。•电磁场产生相应的阻碍电流流动的电动力。•电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。•电路交流电频率越大，感抗越大；当频率变为0，即成为直流电时，感抗也变为0。•感抗会引起电流与电压之间的相位差。–容抗(Xc)：•交流电频率越高，容抗越小，即电容的阻碍作用越小。•容抗会引起电流与电容两端电压的相位差。18（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，有感性或容性设备，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。19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（6）功率因数cosΦ–在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示。–在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。常用设备的功率因数（cosφ)20（7）年最大负荷–全年中消耗电能最多的半小时的平均功率。用Pmax、Qmax、Smax表示。–=30分钟（半小时）平均最大负荷P30、Q30和S30，–=计算负荷。（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。maxmax301521.aaWWTPPP查表21（9）平均负荷–电力用户在一段时间t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的平均值为：α=0.7～0.75β=0.76～0.82max30avavPPPPt8760aavWWPtmaxavQQ22§2-4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)0100%100%ttTtt间个工作周期内的停歇时个工作周期的工作时间工作周期1t1t0T23•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。242、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。25（3）断续周期运行的用电设备将额定负载持续率εN下的铭牌额定功率PN统——换算到一个标准负载持续率ε规的功率P规（Pe）。NNNP=Scos=25%=100%NeP规规规规；起重机用电动机类：电焊机类：特殊的变压器2、设备功率（容量）Pe的确定26例2-1一台额定容量为20kVA、功率因数0.8、εN为50%的电焊机，现在ε为100%的情况下工作。试确定其实际有功容量（设备功率）。NNNP=Scos=100%50%200.811.31100%NeePPkW规规规电焊机类：；27§2-5计算负荷1、需要系数法（三相负荷）：–需要系数：用电设备（组）在最大负荷时的有功功率与其设备功率的比值。–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：•计算负荷=用电设备功率×需要系数×同时系数•计算简便，最为通用的一种方法。maxxePKP28kwvarkkVAAcxePKPtanccQP22cccSPQ3ccNISU（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2-2。PcQcScφ29用电设备组的需要系数及功率因数表3031例2-3、一学生宿舍楼，照明为荧光灯。该楼的等效三相照明负荷为27kW。试用需要系数法求该宿舍楼的三相计算负荷。例2-4、一学生宿舍区三栋楼，照明全部为荧光灯。这三栋楼的等效三相照明负荷分别为21kW、33kW、27kW。试用需要系数法求该宿舍区的三相计算负荷。32（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)11mmccipxieiiipPPKKPK11tanmmcciqicqiiiQQKPKkwvark3334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。35例2-5、某大型综合楼三相负荷：冷冻机房350kW、锅炉房负荷150kW、照明等效负荷400kW。试用需要系数法确定该楼的三相计算负荷。解：①冷冻机房：kd=0.65～0.75，cosφ=0.8;锅炉房：kd=0.65～0.75，cosφ=0.75;照明系统：kd=0.7～0.8，cosφ=0.9～0.95;同时系数：K∑P=0.85～0.95；K∑q=0.90～0.97②11mmcpcipdieiiiPKPKKP11tan()mmcqciqidieiiiQKQKKP362、二项式系数法（三相负荷）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。（1）单组用电设备的计算负荷用电设备组的平均负荷X台容量最大的设备投运时的附加负荷mexPbPcPx值有规定tanmmQP37注：x取表中下标数值；若用电设备数量n＜2x时，取x=n/2,四舍五入382、二项式系数法（2