第2章 建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算與無功功率補(bǔ)償

第2章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算與無功功率補(bǔ)償2第2章建筑供配電的負(fù)荷計(jì)算與無功功率補(bǔ)償§2-1計(jì)算負(fù)荷的意義和計(jì)算目的§2-2負(fù)荷計(jì)算的基本概念§2-3用電設(shè)備的主要特征§2-4計(jì)算負(fù)荷§2-5尖峰電流的計(jì)算§2-6無功功率補(bǔ)償§2-7供配電系統(tǒng)的功率損耗與電能需要量的計(jì)算3負(fù)荷分級(jí)及對(duì)供電電源的要求1.負(fù)荷級(jí)別分級(jí)依據(jù):用電設(shè)備（負(fù)荷）對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的危害程度。一級(jí)負(fù)荷:中斷供電會(huì)造成——人員傷亡；重大政治影響、重大經(jīng)濟(jì)損失；影響具有重大政、經(jīng)意義的用電單位正常工作。二級(jí)負(fù)荷:中斷供電將——較大政治影響、重大經(jīng)濟(jì)損失；影響重要政、經(jīng)意義的用電單位正常工作。將造成公共場(chǎng)所秩序混亂。三級(jí)負(fù)荷:不屬于一、二級(jí)負(fù)荷者。一切消防用電設(shè)備均屬于一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷。42.對(duì)供電電源的要求一級(jí)負(fù)荷需要有兩個(gè)獨(dú)立電源（或電源點(diǎn)）供電。二級(jí)負(fù)荷需要雙回路供電。三級(jí)負(fù)荷只要求單電源供電。注:①兩個(gè)獨(dú)立電源:兩母線來自不同的發(fā)電機(jī)。②兩個(gè)獨(dú)立電源點(diǎn):兩母線來自不同的地點(diǎn)。③雙回路:盡可能引自不同的變壓器，也可由一專用架空回路供電。④一個(gè)建筑物中的用電設(shè)備，可能含有幾種級(jí)別的負(fù)荷。5§2-1

計(jì)算負(fù)荷的意義和目的1、原始資料:用電負(fù)荷的產(chǎn)品銘牌數(shù)據(jù)。2、考慮因素:運(yùn)行并非在額定狀態(tài)下；非同時(shí)運(yùn)行。3.計(jì)算負(fù)荷（需用負(fù)荷）:將原始資料,結(jié)合考慮因素,變成供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的假想負(fù)荷。（計(jì)算負(fù)荷≠設(shè)備容量之和）64.意義和目的（1）確定供配電系統(tǒng)中的導(dǎo)體截面、變壓器容量、備用電源容量。過大：有色金屬浪費(fèi)、工程投資高；過?。壕€路和電氣設(shè)備承受不了，引起過熱、降低使用壽命、出現(xiàn)事故。（2）計(jì)算電壓損失、功率損耗。（3）計(jì)算能量消耗量及無功功率補(bǔ)償容量。（4）計(jì)算電流。是計(jì)算負(fù)荷在額定電壓下的電流。是選擇導(dǎo)線、斷路器、功率損耗等的依據(jù)。尖峰電流——選擇保護(hù)設(shè)備7§2-2負(fù)荷計(jì)算的基本概念1.負(fù)荷曲線用電設(shè)備功率隨時(shí)間變化的圖形?？芍庇^地反映出用戶用電特點(diǎn)，對(duì)于同類型的用戶，其負(fù)荷曲線形狀大致相同。8（1）按負(fù)荷性質(zhì)分有功負(fù)荷曲線無功負(fù)荷曲線（2）按持續(xù)工作時(shí)間分日負(fù)荷曲線(24h)P14年負(fù)荷曲線（8760h〕年最大負(fù)荷曲線（運(yùn)行年負(fù)荷曲線〕年持續(xù)負(fù)荷曲線

P15圖2-3

92.與負(fù)荷計(jì)算相關(guān)的物理量（1）電抗是電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用的總稱（X）。（2）電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。電阻變電能為熱能，是一個(gè)耗能元件10（3）無功功率Q是為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要消耗的電功率。不對(duì)外作功,而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。不是無用功率,用處很大變壓器、異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)。（4）有功功率P是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。（5）視在功率S在交流電路中,由于感性或容性設(shè)備,電壓與電流存在相位差,即電壓與電流不在同一時(shí)間到達(dá),因此,實(shí)際功率沒有那么大的功。11負(fù)荷名稱功率因數(shù)負(fù)荷名稱功率因數(shù)熒光燈（電感）0.55空調(diào)0.8熒光燈（電子）0.9水泵、風(fēng)機(jī)0.8普通插座0.9冷凍機(jī)房設(shè)備0.8～0.85電熱水器、電飯堡1電梯0.7白熾燈1洗衣機(jī)房、廚房設(shè)備0.8～0.9常用設(shè)備的功率因數(shù)（cosφ)（6）功率因數(shù)在正弦交流電路中,有功功率一般小于視在功率,即在視在功率上打一個(gè)折扣才能等于平均有功功率,這個(gè)折扣就是cosφ,稱為功率因數(shù)。12（7）年最大負(fù)荷全年中最大工作班內(nèi)，半小時(shí)平均功率的最大值。用Pmax、Qmax、Smax表示。即:30分鐘平均最大負(fù)荷P30、Q30和S30，=計(jì)算負(fù)荷。最大工作班:一年中最大負(fù)荷月份內(nèi)最少出現(xiàn)2-3次最大負(fù)荷的工作班。（8）年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)一個(gè)假想時(shí)間，反映用戶以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運(yùn)行Tmax小時(shí)所消耗的能量恰好等于全年實(shí)際消耗的能量WP。13（9）平均負(fù)荷電力用戶在一段時(shí)間內(nèi)消耗功率的平均值。用Pav、Qav、Sav。年平均負(fù)荷:(10)負(fù)荷系數(shù)用電負(fù)荷的平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比。表征負(fù)荷曲線不平坦度的一個(gè)物理量。一般工廠年負(fù)荷系數(shù)年平均值為:α=0.7～0.75β=0.76～0.8214§2-3用電設(shè)備的主要特征1.分類連續(xù)運(yùn)行工作制短時(shí)運(yùn)行工作制斷續(xù)周期運(yùn)行工作制(負(fù)載持續(xù)率)15負(fù)載持續(xù)率（暫載率）是指此設(shè)備能夠滿載工作時(shí)間的比率；家用小型電焊機(jī):標(biāo)稱容量10KVA，但又標(biāo)明暫載率25%，說明此電焊機(jī)在10KVA負(fù)載下，只能在25%的時(shí)間內(nèi)工作；也就是說，在10分鐘內(nèi)只能工作2半分鐘，否則就要過熱燒毀；工業(yè)用大型電焊機(jī):標(biāo)稱容量10KVA，暫載率100%，就說明此電焊機(jī)在10KVA負(fù)載下，能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。電焊機(jī)的負(fù)載是不固定的，焊接電流大負(fù)載就大，焊接電流小負(fù)載就?。辉俜催^來說，如果小型電焊機(jī)在25%的負(fù)載下就可以連續(xù)工作。162.設(shè)備功率（容量）Pe的確定（1）連續(xù)運(yùn)行工作的用電設(shè)備組Pe=PN(銘牌額定功率)對(duì)于采用電感鎮(zhèn)流器的電光源,需要考慮鎮(zhèn)流器消耗的功率,此時(shí)Pe=1.2*PN（2）短時(shí)工作的用電設(shè)備組Pe=PN求計(jì)算負(fù)荷時(shí)一般不考慮。17（3）斷續(xù)周期運(yùn)行工作用電設(shè)備

將額定負(fù)載持續(xù)率εN下的銘牌額定功率PN統(tǒng)一換算到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率ε規(guī)的功率P規(guī)。特殊的變壓器18§2-4計(jì)算負(fù)荷1.需要系數(shù)法：需要系數(shù)：Pmax——用電設(shè)備組負(fù)荷曲線上最大有功負(fù)荷Pe——用電設(shè)備組的設(shè)備功率需要系數(shù)法：用電設(shè)備功率×需要系數(shù)×同時(shí)系數(shù)=計(jì)算負(fù)荷計(jì)算簡(jiǎn)便，最為通用的一種方法。19（1）用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷用電設(shè)備組:指工藝相同，需要系數(shù)、功率因數(shù)相同的多臺(tái)用電設(shè)備。線電壓例題:P24例2-1。PcQcScφ20用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)表2122（2）多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷（——配電干線、變電所低壓母線）

K∑－－同時(shí)（期）系數(shù)車間干線:K∑P=0.85～0.95；K∑q=0.90～0.97低壓母線:K∑P=0.80～0.90；K∑q=0.85～0.95(用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加)K∑P=0.90～0.95；K∑q=0.93～0.97(由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加)23

24注:進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)先對(duì)用電設(shè)備容量進(jìn)行如下處理:照明負(fù)荷的用電設(shè)備容量:應(yīng)根據(jù)所用光源的額定功率加上附屬設(shè)備的功率。備用設(shè)備:用電設(shè)備組的設(shè)備容量不包括備用設(shè)備。季節(jié)性用電設(shè)備(如制冷設(shè)備和采暖設(shè)備)應(yīng)擇其大者計(jì)入總設(shè)備容量。消防時(shí)的最大負(fù)荷與非火災(zāi)時(shí)的最大負(fù)荷選大者。住宅的設(shè)備容量采用每戶的用電指標(biāo)之和。252、按二項(xiàng)式法當(dāng)確定的用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別相當(dāng)大的低壓支線和干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)采用。（略〕3.估算法（單位指標(biāo)法）單位產(chǎn)品耗量法、負(fù)荷密度法等單位指標(biāo)法。Pc＝KP·N／1000Sc＝KS·N／1000式中:Pc——有功功率計(jì)算負(fù)荷（KW）Sc——計(jì)算的視在功率(kVA)；KP、KS——單位負(fù)荷指標(biāo)；N——單位數(shù)量。如：建筑面積m2、戶數(shù)、人數(shù)26建筑類別用電指標(biāo)（W/m2）建筑類別用電指標(biāo)（W/m2）公寓30~50醫(yī)院40~70旅館40~70高等學(xué)校20~40辦公40~80中小學(xué)12~20商業(yè)一般：40~80展覽館50~80大中型：70~130體育40~70演播廳250~500劇場(chǎng)50~80汽車庫(kù)8~15各類建筑物的用電指標(biāo)27住宅負(fù)荷的計(jì)算按套型類別進(jìn)行確定。每套住宅供電容量標(biāo)準(zhǔn):一般可在4一12kw范圍選??；高級(jí)的為10一15kw（建筑面積在l00—200m2）28按單相配電計(jì)算時(shí)所連接的基本戶數(shù)按三相配電計(jì)算時(shí)所連接的基本戶數(shù)需要系數(shù)通用值推薦值39114120.950.956180.750.808240.660.7010300.580.6512360.500.6014420.480.5516480.470.5518540.450.5021630.430.5024720.410.4525~10075~3000.400.45125~200375~6000.330.35住宅用電負(fù)荷需要系數(shù)29例：某教學(xué)樓建筑面積1.5萬m2，已知單位負(fù)荷指標(biāo)Kp=30W/m2，計(jì)算總有功功率？解：Pc==450KW

例：某高層住宅樓共172戶，每戶設(shè)計(jì)功率為8KW，計(jì)算總有功功率？解1：Pc==1376KW(誤差很大）

解2：查表得Kc=0.45Pc=0.45x8x172=0.45x1376=619KW8000x172100030相負(fù)荷接法314.單相負(fù)荷計(jì)算單相負(fù)荷應(yīng)均衡的分配到三相上。當(dāng)三相線路中,單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谌嘣O(shè)備總?cè)萘康?5％時(shí),全部按三相對(duì)稱負(fù)荷計(jì)算當(dāng)單相負(fù)荷的總?cè)萘砍^三相設(shè)備容量的15％時(shí),應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量,若三相不平衡,則設(shè)備容量應(yīng)按三倍最大相負(fù)荷計(jì)算,再與三相設(shè)備容量相加。32注:線電壓:相線與相線間的電壓。相電壓:三相電每一相對(duì)零線的電壓。ABCN—中性線220/380V10kW30kW20kW14kW20kW30kW33（1）單相用電設(shè)備僅接于相電壓等效三相負(fù)荷=最大單相負(fù)荷的三倍——Pe=3Pmax（2）單相用電設(shè)備僅接于線電壓如Pab≥Pbc≥Pca接在同一線電壓時(shí):接在不同線電壓時(shí):

（3）用電設(shè)備分別接于線電壓和相電壓先將接于線電壓的單相用電設(shè)備換算為接于相電壓的單相負(fù)荷。再將各負(fù)荷相加，選出最大相負(fù)荷取其3倍即為等效三相負(fù)荷。

34相間負(fù)荷換算為相負(fù)荷的功率換算系數(shù)功率換算系數(shù)負(fù)荷功率因數(shù)0.350.40.50.60.650.70.80.91.0pAB-A、pBC-B、pCA-C1.271.171.00.890.840.80.720.640.5pAB-B、pBC-C、pCA-A-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qAB-A、qBC-B、qCA-C1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.29qAB-B、qBC-C、qCA-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.29CBAPCAPABPBCA相:PA=pAB-APAB+pCA-APCAB相:PB=pAB-BPAB+pBC-BPBCC相:PC=pBC-CPBC+pCA-CPCA相間負(fù)荷（線負(fù)荷）換算為相負(fù)荷35作業(yè):如下圖所示220/380V三相四線制線路上，接有220V單相電熱干燥箱4臺(tái)，其中2臺(tái)10kW接于A相、1臺(tái)30kW接于B相、1臺(tái)20kW接于C相。此外接有380V單相對(duì)焊機(jī)4臺(tái)，其中2臺(tái)14kW（ε=100%）接于AB相、1臺(tái)20kW（ε=100%）接于BC相、1臺(tái)30kW（ε=60%）接于CA相。試求此線路的計(jì)算負(fù)荷。ABCN220/380V10kW10kW30kW20kW電熱箱14kW14kW20kW30kW對(duì)焊機(jī)36負(fù)荷計(jì)算方法宜按下列原則選取:在方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法；在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段,宜采用需要系數(shù)法。對(duì)于住宅,在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法。

用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多,各臺(tái)設(shè)備容量相差不懸殊時(shí),宜采用需要系數(shù)法,一般用于干線,配變電所的負(fù)荷計(jì)算。

用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較少,各臺(tái)設(shè)備容量相差懸殊時(shí)宜采用二項(xiàng)式法,一般用于支干線和配電屏(箱)的負(fù)荷計(jì)算。37計(jì)算負(fù)荷小結(jié):（總負(fù)荷計(jì)算）對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分組計(jì)算時(shí)，同類用電設(shè)備的總?cè)萘繛樗銛?shù)相加。不同類用電設(shè)備的總?cè)萘繎?yīng)按有功功率和無功功率負(fù)荷分別相加求得。配電干線和變電所的計(jì)算負(fù)荷為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷之和再乘以同時(shí)系數(shù)K∑。當(dāng)不同類別的建筑(如辦公樓和宿舍樓)共用一臺(tái)變壓器時(shí)，其同時(shí)系數(shù)可適當(dāng)減小。383940§2-5尖峰電流的計(jì)算定義:尖峰電流是持續(xù)1～2s的短時(shí)最大負(fù)荷電流功能:1）用來計(jì)算電壓波動(dòng)，選擇熔斷器和低壓斷路器，整定繼電保護(hù)裝置及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。2）用以校驗(yàn)電壓波動(dòng)和選擇保護(hù)電器。

411、單臺(tái)用電設(shè)備2.多臺(tái)用電設(shè)備K——啟動(dòng)電流倍數(shù)（樣本中可查）籠型電動(dòng)機(jī)為5～7,繞線型電動(dòng)機(jī)為2～3,直流電動(dòng)機(jī)為1.7等。最大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流例題:P28例2-4。42§2-6無功功率補(bǔ)償什么是無功功率有功功率:電能——其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)無功功率:建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)無功功率的不良影響，主要表現(xiàn)在:降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。降低輸、變電設(shè)備的供電能力。造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。43功率因數(shù)要求值滿足當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求或滿足:高壓用戶為0.9以上；低壓用戶為0.85以上。無功功率補(bǔ)償裝置類型及位置提高自然功率因數(shù):正確選擇變壓器容量、臺(tái)數(shù)，切除季節(jié)用變壓器；減少供電線路感抗；盡量用同步電動(dòng)機(jī)。采用電力電容器補(bǔ)償類型:并聯(lián)（與負(fù)載）電容器補(bǔ)償裝置——適用于無功功率變化速度較慢或無功功率需求較恒定的場(chǎng)合。補(bǔ)償方式:高壓集中、低壓集中、低壓就地44補(bǔ)償容量計(jì)算

45無功補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷

優(yōu)點(diǎn):主變壓器容量減少—降低初投資、降低電費(fèi)開支46例：如某廠的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，最大負(fù)荷月的平均功率因數(shù)為0.67。要使其平均功率因數(shù)提高到0.9（在10kV側(cè)固定補(bǔ)償），問需要裝設(shè)多大容量的并聯(lián)電容器？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？解:tanφ1=tan(arccos0.67)=1.1080tanφ2=tan(arccos0.9)=0.4843

ΔQc=Pc（tanφ1－tanφ2）

=2400×(1.1080-0.4843)=1496.88kvar

47n=ΔQc/qc=1496.88/40=38個(gè)考慮三相均衡分配，應(yīng)裝設(shè)39個(gè)，每相13個(gè)，此時(shí)并聯(lián)電容器的實(shí)際值:39×40=1560kvar。則補(bǔ)償后的無功功率為:此時(shí)的實(shí)際平均功率因數(shù)為:滿足要求。48§2-7供配電系統(tǒng)的功率損耗與電能需要量的計(jì)算1.供電線路的功率損耗

式中：R——線路每相電阻，R=r0lX——線路每相電抗,X=x0l由導(dǎo)線型號(hào)、三相線的線間幾何均距aav決定—查P38表49線間幾何