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。0100%ttt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。1P2.短时运行工作制续上页NNePP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100%NeNNNNN100cosPPPS（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25%NeNNN252PPP当利用系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下。100%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。042200400148610121816202224800600P/kWt/h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P/kW876080006000400020000t/h200400600800Pm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。年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图2-2c所示。全年按8760h计。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上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线（图2-2a）和冬日负荷曲线（图2-2b）来绘制。其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地取夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地取夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线（图2-2c），其中P1在年负荷曲线上所占的时间，P2在年负荷曲线上所占的时间，其余类推。'111200()Ttt'222200165Ttt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08760年负荷曲线Pt/hPmPavaav8760WP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avmPP四、确定计算负荷的系数1.需要系数Kd需要系数定义为：mdePKP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KuavuePKPKu可查附录表5Pe0.38kVMMMPm续上页3.附加系数KamaavPKPKa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：2e.i2e.ieqeqPPnn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。2e.ieq2e.iPnP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。amaxmWTP4.年最大负荷利用小时数08760年负荷曲线PmPt/hTmax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cctanPQcmdePPKPcccosPSccN3SIU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×6N.iPPc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kWcctan=29.2kW1.73=50.52kvarQPcc29.2kW58.4kVAcos0.5PSccN58.4kVA88.73A330.38kVSIU=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cpc.iPKPcqc.iQKQ22cccSPQccN3SIU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0.38kVPc,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)=374.2A22192.81153.203Qc3=2.96kW×2.68=7.94kvar65%100%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：av.iu.ie.iPKPav.iav.iitanQPav.iue.iPKP2e.ieq2e.iPnPcaav.iPKPcaav.iQKQ22cccSPQccN3SIU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22e.ieq22222e.i14614.12227.564121.56PnP（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。caav.iPKP＝2×17.52kW＝35.04kWcaav.iQKQ＝2×30.34kvar＝60.68kvar22cccSPQ2235.0460.68kVA=70.07kVA＝ccN3SIU70.07kVA106.46A30.38kV＝＝a0.120.1(1.852.1)2.120.150.1K式中bPe(二项式第一项)表示设备组的平均功率，其中Pe是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cPx(二项式第二项)表示设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是x台最大容量的设备总容量；b、c是二项式系数。附录表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b、c和最大容量的设备台数x值，供参考。但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表1中规定的最大容量设备台数x的2倍，即n2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，建议取为且按“四舍五入”修约规则取其整数[文献32]。例如某机床电动机组只有7台时，则其最大设备台数取为x=n/2=7/2≈4。如果用电设备组只有1~2台设备时，则可认为P30=Pe。对于单台电动机，则P30=PN/η，这里PN为电动机额定容量，η为其额定效率。在设备台数较少时，值也宜适当取大。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式系数b、c和x的值，缺乏充分的理论依据，而且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定的局限。cos/2,xncos三.按二项式法确定计算负荷(一)基本公式二项式法的基本公式是30exPbPcP(2-21)比较例2-1和例2-3的计算结果可以看出，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果稍大，特别是在设备台数较少的情况下。供电设计的经验说明，选择低压分支干线或分支线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜。我国建筑行业标准JGJ/T16-1992《民用建筑电气设计规范》也规定：“用电设备台数较少、各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法。”例2-3试用二项式法来确定例2-1所示机床组的计算负荷。解：由附录表1查得。设备总容量(见例2-1)为X台最大容量的设备容量为因此按式（2-21）可求得其有功计算负荷为按式（2-11）可求得其无功计算负荷为按式（2-12）可求得其视在计算负荷为按式（2-13）可求得其计算电流为0.14,0.4,5,cos0.5,tan1.73bcx120.5ePkW57.534230.5xPPkWkWkW300.14120.50.430.529.1PkWkWkW3029.11.7350.3varQkWk3029.158.20.5kWSkVA3058.288.430.38kVAIAkV关于总的视在计算负荷S30和总的计算电流I30，仍按式（2-19）和式（2-20）计算。为了简化和