供电技术自学课件 第二章 用户供电系统第一部分

内容提要：Ø用户供电系统的电力负荷与负荷计算Ø供电电压以及电源的选择Ø变电所的主接线和二次接线Ø配电系统的设计Ø供电系统的电能节约与电能质量控制第一节电力负荷与负荷计算第二节供电电压与电源的选择第三节用户变电所第四节变电所的电气主接线第五节变电所的二次接线第六节高低压配电网第七节用户供电系统的电能损耗与节约第八节供电系统的方案比较第一节电力负荷与负荷计算一、关于负荷的基本概念a)连续运行工作制b)短期运行工作制c)断续周期工作制1.设备安装容量设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制，这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。连续运行工作制短期运行工作制断续周期工作制能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。Ø断续周期工作制（重复短暂工作制）断续周期工作制的设备，通常用负荷持续率(暂载率)FC表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，记为FC：Ø式中tg，tx－工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T，工作周期一般不超过10分钟。Ø负荷持续率(暂载率)也可表示为ε实际负荷持续率下的功率修正公式NNNNNNNNNNNNNNNNPPPSPPPPPPPPtTttIRtIAIPUIP2%25cos%1001,11251002，因此设备容量为对吊车要求统一换算到，因此设备容量为到对电焊机要求统一换算下的功率应该修正为最后在实际负荷持续率则有和额定功率持续率设备一般给出额定负荷因此有在同一周期内负荷持续率量相同时在设备电阻不变而发热热量故在相同电压下功率设备安装容量的确定p在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PE，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备安装容量”，用PN.M示。p连续工作制和短时工作制的设备容量:PN.M=PE设备安装容量的确定断续周期工作制的设备容量①吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备安装容量统一换算到FC=25%时的额定功率（kW），若其FCN不等于25%时应进行换算，公式为:②电焊机及电焊变压器的设备安装容量统一换算到FC＝100%时的额定容量。若其铭牌暂载率FCN不等于100%时，应进行换算，公式为:FCN为与铭牌容量对应的负荷持续率（2）电焊机的设备安装容量电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以2台电焊机的设备容量：100%FC解：（1）金属切削机床的设备安装容量金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，,），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。65%EFCcos0.5E25%EFC.1NMEiPPkW142585.785.104.22cosNMEEEPSFCkW1.165.065.0202（3）吊车的设备安装容量吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以1台吊车的容量为：(4)车间的总设备安装容量为：25%FC.32511kWENMEEFCPPPFC.14216.111169kWNMP例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，,），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。65%EFCcos0.5E25%EFC2.负荷与负荷曲线ü电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。ü在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间而变化的。ü电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。图2-1日负荷曲线与年负荷曲线a)日有功负荷曲线b)年有功负荷曲线负荷曲线p曲线所包围的面积为用电负荷p为用电决策提供依据p曲线分类有多种Ø有功，无功等。Ø梯形，平滑形。Ø工作班、日、周、季度、年负荷曲线，其中日和年负荷曲线最常用。3.平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷（1）平均负荷Pav平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年平均负荷Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算：gzaavTWP（2）最大负荷Pmax最大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax或P30。（3）有效负荷Pe有效负荷是指由典型工作班负荷曲线（工作班时间为T）按下式计算所得的有效值：TdtPTP02e1平均负荷与最大负荷电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，这是因为：1）并非所有设备都同时投入工作。2）并非所有设备都能工作于额定状态。3）并非所有设备的功率因数都相同。4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。因此，在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。（4）计算负荷Pc在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。通常我国求计算负荷的日负荷曲线时间间隔∆t取30min。∆t选择与导体的发热时间常数τ有关。中小截面导体的发热时间常数一般在10min左右，而导体达到稳定温升的温升需要(3-4)τ，因此选择30min是合适的。从等效的含义上讲，“半小时最大平均负荷”就是等效负荷即计算负荷。对于筹建中的电力用户，计算负荷则是根据统计规律按照一定的计算方法得到的半小时最大平均负荷的假想值。计算负荷可以作为供电系统设计和电气设备选择的依据。（4）计算负荷Pc4.负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数（1）负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数：maxmaxavQQPPav（2）利用系数利用系数是针对用电设备组而言的。利用系数Kx定义为用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比，即NavxPPK（3）需要系数需要系数也是针对用电设备组而言的。需要系数Kd定义为用电设备组的最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比，即N30NmaxdPPPPK（4）形状系数形状系数也是针对用电设备组或用户整体而言的。形状系数Kz定义为有效负荷Pe与平均负荷Pav之比，即avPPKez5.年最大负荷利用小时数TmaxmaxamaxPWT年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。如图2-2所示,年最大负荷Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为：年最大负荷利用小时数Tmax下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。一班制工厂Tmax=1800~3000h两班制工厂Tmax=3500~4800h三班制工厂Tmax=5000~7000h二、负荷的估算1.单位产品耗电量法若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量ω和该类工厂的年最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。maxacaTWPnW2.负荷密度法已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可按下式求得：APc3.形状系数法iiviviiivPQQPKPPtan.a.aav.N.x.aavavzeavzeQKQQPKPPcc1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量.2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：3）根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数Kz的值（一般情况下可取Kz=1.15），按下式估计计算负荷：三、负荷的计算p根据工艺和建筑设计等部门提供的用电设备及其安装容量确定计算负荷的工作称为负荷计算。p其理论依据是相似性原理，即性质相同、功能相近的用电设备组、生产车间或电力用户，其负荷曲线应相似，其负荷曲线的特征参数值(负荷系数、利用系数、需要系数、最多有功负荷利用时数等)应相近。p负荷计算就是求计算负荷Pc,Qc,Sc和Icp负荷计算的方法：需要系数法、二项式法、附加系数法等。其中，需要系数法以其计算简单、适用面广、需要系数数据齐全等特点而被广为应用。三、负荷的计算考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。Ncc2c2ccccNc3tanUSIQPSPQPP考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算：MMNMcPP..1．单台用电设备的计算负荷电动机额定功率时的效率用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值当计算配电干线（譬如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功率因数cosi和功率因数正切值tani，则2c.2c.c..c.cc..N.d.cc.tanjjjiiijiiijQPSPQQPKPP2．用电设备组的计算负荷ü需要系数法适用于用电设备台数较多、设备容量差别不大的场合。若用电设备组的设备台数较少时，其计算结果往往偏小。ü对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。2．用电设备组的计算负荷车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数K，即2c2cc.cc.ccQPSQKQPKPjj3．车间或全厂的计算负荷求出变压器低压侧总计算负荷后，变压器高压侧的计算负荷等于低压侧计算负荷与变压器功率损耗之和。在初步设计时，变压器的功率损耗可按下式近似估算cTcT)08.0~05.0()02.0~01.0(SQSP企业负荷确定的步骤从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。①用电设备组②车间低压变压器出线③高压出线④企业变压器出线⑤企业进线4．单相用电设备计算负荷的确定当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15％时，不论单相设备如何分配，均可直接按三相平衡负荷计算；若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15％时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负荷计算。4．单相用电设备计算负荷的确定单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法：1）单相设备接于相电压时，将三相线路中单相用电设备容量最大的一相乘以3作为三相等效设备容量。2）单相设备接于线电压时，首先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，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3倍来作为等效的三相负荷容量。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时，换算公式如下：