建筑供配電與照明技術(shù) 課件 第二章 供配電系統(tǒng)的負荷計算

任課教師：劉義艷建筑供配電與照明技術(shù)任課教師：劉義艷第2章供配電系統(tǒng)的負荷計算供配電系統(tǒng)的負荷分級與供電要求2.1負荷曲線與計算負荷2.2求計算負荷的基本方法2.3單相負荷計算2.4尖峰電流計算2.5無功補償?shù)姆椒ê陀嬎?.6變壓器及其選擇2.7供配電系統(tǒng)的損耗2.8負荷計算示例2.92.1供配電系統(tǒng)的負荷分級與供電要求2.1.1負荷分級GB51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成的損失或影響的程度確定。1．一級負荷

在一級負荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)為一級負荷中特別重要的負荷。中斷供電將造成人身傷亡中斷供電將影響重要用電單位的正常工作，或造成人員密集的公共場所秩序嚴重混亂一級負荷中斷供電將造成重大損失或重大影響輸入標題2.1.1負荷分級2．二級負荷（1）中斷供電將造成較大影響或損失；（2）中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作或造成人員密集的公共

場所秩序混亂。3．三級負荷不屬于一級和二級的用電負荷。輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求1．一級負荷對供電的要求

一級負荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除雙重電源外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源供電。為保證對特別重要負荷的供電，應(yīng)急電源供電回路應(yīng)自成系統(tǒng)，且不得將其他負荷接入應(yīng)急供電回路。

常用的應(yīng)急電源有不受正常電源影響的獨立的發(fā)電機組、專門饋電線路、蓄電池和干電池等。輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求（a）電源來自不同發(fā)電廠（b）電源來自不同的區(qū)域變電站（c）電源一個來自區(qū)域變電站另一個來自自備發(fā)電機組圖2-1供配電系統(tǒng)的獨立電源輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求2．二級負荷對供電的要求

按二級負荷的供電要求，一般宜由兩回線路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺，只有在負荷較小或地區(qū)供電困難時，允許采用一回10kV及以上專用的架空線路或電纜供電。采用架空線路時，可采用一個回路；采用電纜線路時，應(yīng)采用雙回路電纜組成的線路供電，并要求沒跟電纜應(yīng)能滿足全部二級負荷的供電。3．三級負荷對供電的要求

三級負荷對供電電源無特殊的要求。建筑配電設(shè)計一般要求容量小于60A的分散住宅用戶可采用單相供電，但應(yīng)盡量使供電干線上的負荷三相平衡。輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求4.應(yīng)急電源《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中，在一級負荷分類中還提出了特別重要的負荷的概念，例如：一類建筑中的消防負荷、信息與通信中心的用電負荷、大型商務(wù)中心、大型比賽場館的用電負荷等不允許中斷供電的負荷，應(yīng)劃分為特別重要的負荷。對這些負荷，其供電的可靠性和連續(xù)性要求高，即便按一級負荷的供電要求，由電網(wǎng)提供兩回路獨立電源也不一定能滿足要求，因為來自電網(wǎng)的兩個并列的電源仍然可能因為電網(wǎng)故障而同時中斷供電。因此，按規(guī)范規(guī)定，對一級負荷中特別重要的負荷要由與電網(wǎng)不并列運行的、獨立的應(yīng)急電源供電。輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求

對特別重要負荷的供電，不僅要具備應(yīng)急電源，還要考慮正常電源故障后切換到應(yīng)急電源的時間要求，通常將由正常供電電源斷電到應(yīng)急電源投入運行到的時間稱切換時間。對允許中斷供電時間為30s以上的負荷，可選擇快速自啟動的發(fā)電機組；對允許中斷供電時間為1.5s以上的應(yīng)急電源可選擇帶有自投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路；對允許中斷供電時間為毫秒（ms）級的負荷，應(yīng)選擇不間斷供電電源，例如可選擇蓄電池靜止型不間斷供電電源（UPS、EBS等）、蓄電池機械儲能電機型不間斷供電電源或柴油機不間斷供電電源等。輸入標題2.1.2電力負荷對供電的要求

在選擇應(yīng)急電源時，還要考率應(yīng)急電源的容量，應(yīng)急電源的容量當(dāng)然要滿足特別重要負荷的供電要求，但應(yīng)急狀態(tài)又不是正常工作狀態(tài)，并不需要按長期工作要求來選擇工作容量；因此，選擇應(yīng)急電源不僅要考慮負荷的大小，還要考慮應(yīng)急電源的供電時間。

例如，對負荷容量不大、可以采用直流供電、不允許中斷供電的信息設(shè)備，可選擇蓄電池靜止型不間斷供電電源；對有沖擊電流、負荷較大、允許中斷供電時間在毫秒（ms）級的特別重要的負荷，可選擇蓄電池機械儲能電機型不間斷供電電源或柴油機不間斷供電電源；對包含較大的動力負荷、允許中斷供電的時間為15s以上特別重要的負荷，可選擇快速自啟動的發(fā)電機組或帶有自投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路為應(yīng)急電源。輸入標題2.2負荷曲線與計算負荷確定供配電系統(tǒng)及其每一個配電回路的負荷大小稱為負荷計算。為了選擇電氣設(shè)備、導(dǎo)線和電纜進行變壓器損耗、線路能量損耗、電壓損失和年用電量的計算負荷計算的目的輸入標題2.2負荷曲線與計算負荷負荷計算的內(nèi)容：尖峰電流是計算線路的電壓損失、電壓波動和選擇熔斷器以及確定保護裝置整定值的重要依據(jù)計算負荷是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線、電纜、電氣設(shè)備的依據(jù)季節(jié)性負荷計算用于確定變壓器臺數(shù)，容量以及計算變壓器經(jīng)濟運行的依據(jù)一級、二級負荷計算用于確定變壓器臺數(shù)、備用電源和應(yīng)急電源輸入標題2.2負荷曲線與計算負荷

負荷曲線是電力負荷隨時間變化的圖形。負荷曲線可直觀地反映出電能用戶的用電特點和規(guī)律，即最大負荷Pmax、平均負荷Pav和負荷波動程度。01020304有功負荷曲線代表電能用戶24小時內(nèi)用電負荷變化的情況。通常，為了使用方便，負荷曲線繪制成階梯形。如圖2-1a、b所示。無功負荷曲線日負荷曲線年負荷曲線代表電能用戶全年用電負荷變化情況輸入標題2.2負荷曲線與計算負荷1.日負荷曲線

日負荷曲線表示負荷在一晝夜間（0~24h）的變化情況，圖2-3是一班制工廠的日有功負荷曲線。（a）折線形負荷曲線（b）梯形負荷曲線圖2-3一班制工廠的日有功負荷曲線輸入標題2.2.1用電設(shè)備的運行工作制與設(shè)備負荷2.年負荷曲線

年負荷曲線，通常繪制成負荷持續(xù)時間曲線，按負荷大小依次排列，如圖2-4（c）所示，全年按8760h計算。（a）夏日負荷曲線（b）冬日負荷曲線（c）年負荷持續(xù)時間曲線圖2-4年負荷持續(xù)時間曲線的繪制輸入標題2.2.1用電設(shè)備的運行工作制與設(shè)備負荷1.連續(xù)運行工作制

連續(xù)運行工作制設(shè)備指工作時間長、連續(xù)運行的設(shè)備。大多數(shù)設(shè)備屬于此類工作制，如照明設(shè)備、暖通空調(diào)設(shè)備等。一般將連續(xù)運行工作制作為統(tǒng)一規(guī)定的運行工作制。對連續(xù)運行工作制的設(shè)備，其額定功率即是設(shè)備負荷，即：“設(shè)備負荷=額定功率”。2.短時運行工作制

短時運行工作制設(shè)備指工作時間短，間歇時間長的設(shè)備。例如啟動水閘的電動機等，運行時間短，停止時間長，屬于短時運行工作制設(shè)備。這類設(shè)備數(shù)量少、消耗功率少。

短時運行工作制的設(shè)備，對配電設(shè)備和線路“熱”效應(yīng)影響小，求設(shè)備負荷時，一般不作考慮，即“短時運行工作制設(shè)備的額定功率

不計入設(shè)備負荷”。輸入標題2.2.1用電設(shè)備的運行工作制與設(shè)備負荷3.斷續(xù)周期運行工作制

斷續(xù)周期運行工作制設(shè)備指有規(guī)律的周期性（通常一個周期在10分鐘左右）頻繁啟動和停止的設(shè)備。例如吊車電動機、電焊機等設(shè)備，以斷續(xù)方式運行，最終可達到穩(wěn)定的溫升。

圖2-5暫載率周期示意圖

對于斷續(xù)周期運行工作制的用電設(shè)備，引入暫載率（或接電率）來描述運行特征，暫載率定義為：用電設(shè)備工作時間與整個工作周期之比的百分值，即式中—整個工作周期；—工作周期內(nèi)的工作時間；--工作周期內(nèi)的停歇時間。輸入標題2.2.1用電設(shè)備的運行工作制與設(shè)備負荷4.照明設(shè)備的設(shè)備負荷

對照明設(shè)備，在確定設(shè)備負荷時，除按連續(xù)運行工作制考慮外，還要考慮設(shè)備附加組件的功率損耗。例如熒光燈及高壓水銀燈等要考慮鎮(zhèn)流器的功率損耗，損耗系數(shù)見表2-1所示。光源種類損耗系數(shù)光源種類損耗系數(shù)熒光燈0.2金屬鹵化物燈0.14~0.22熒光高壓汞燈0.07~0.3涂熒光物質(zhì)的金屬鹵化物燈0.14自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈

低壓鈉燈0.2~0.8高壓鈉燈0.12~0.2

表2-1氣體放電光源鎮(zhèn)流器的功率損耗系數(shù)輸入標題2.2.1用電設(shè)備的運行工作制與設(shè)備負荷設(shè)備工作制或性質(zhì)設(shè)備負荷和設(shè)備額定功率的關(guān)系連續(xù)運行工作制設(shè)備負荷=額定功率短時運行工作制設(shè)備的額定功率不計入設(shè)備負荷斷續(xù)周期運行工作制折算到統(tǒng)一規(guī)定的暫載率照明設(shè)備考慮設(shè)備附加組件的功率損耗備用設(shè)備設(shè)備的額定功率不計入設(shè)備負荷非正常狀態(tài)下使用的設(shè)備設(shè)備的額定功率不計入總設(shè)備負荷表2-2不同設(shè)備工作制的設(shè)備負荷和設(shè)備額定功率的關(guān)系輸入標題2.2.2計算負荷負荷計算的幾個基本概念:1．最大負荷

在負荷曲線中用Pmax表示的負荷就稱為最大負荷。如下圖所示。分為日最大負荷和年最大負荷。2.6年最大負荷和年最大負荷利用小時

輸入標題2.2.2計算負荷2．計算負荷

用“PC”（QC，SC或IC）表示，負荷曲線的時間間隔為半小時，則曲線上的最大負荷就是計算負荷，通常又用P30，Q30，S30或I30分別表示有功、無功、視在計算負荷和計算電流。

“計算負荷”是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備的一個“假想負荷”。其物理意義是：這個不變的“計算負荷”持續(xù)運行時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，與實際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。即：

PC=P30=Pmax

QC=Q30=Qmax

SC=S30=Smax

IC=I30=Imax輸入標題2.2.2計算負荷

3.最大負荷年利用小時數(shù)

用“Tmax”表示，是一個“假想時間”，見年負荷曲線圖。其物理意義是指電能用戶按年最大負荷Pmax持續(xù)運行Tmax小時所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。其表達式為：式中：Tmax

——最大負荷年利用小時（h）；

Wp

——全年消耗的有功電（kWh）。4.平均負荷用Pav、Qav和Sav表示，平均負荷是指電能用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值。輸入標題2.2.2計算負荷5.負荷系數(shù)

用和分別表示有功負荷系數(shù)和無功負荷系數(shù)，負荷系數(shù)又稱負荷率，它表明負荷波動程度的一個參數(shù)，其值越大負荷曲線越平坦，負荷波動越小。其關(guān)系式為：陰影部分表示全年實際消耗的電能wp，則：Pav=wp/8760一般企業(yè)負荷系數(shù)年平均值為：α=0.7~0.75β=0.76~0.82輸入標題2.2.2計算負荷6.平均功率因數(shù)按負荷率的概念，根據(jù)供配電系統(tǒng)一年消耗的平均有功負荷和年平均無功負荷可以得出對應(yīng)的功率因數(shù)，一般稱為平均功率因數(shù)，在已知計算負荷和負荷率（通常按統(tǒng)計規(guī)律制成相應(yīng)表格）時，平均功率因數(shù)為：對于已運行的供配電系統(tǒng)，可以根據(jù)電能表得出系統(tǒng)的有功電能消耗量和無功電能消耗量,用對應(yīng)的電能消耗量表示的平均功率因數(shù)為：輸入標題2.3求計算負荷的基本方法

用需要系數(shù)法進行負荷計算，其方法簡便適用，為工業(yè)企業(yè)及民用建筑供配電系統(tǒng)負荷計算的主要方法。1.需要系數(shù)需要系數(shù)定義為：用電設(shè)備組在最大負荷時所需的有功功率與其設(shè)備容量之比。（Kd

≤1）

或用電設(shè)備組的設(shè)備容量Pe，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備換算后的額定容量之和，即

。輸入標題2.3求計算負荷的基本方法而設(shè)備實際運行中，諸多因素影響，就獲得了需要系數(shù)的公式：式中：KL

——用電設(shè)備組的負荷系數(shù)，即用電設(shè)備組在最大負荷時，工作著的用電設(shè)備實際所需

的功率與這些用電設(shè)備總?cè)萘恐龋?/p>

KΣ——用電設(shè)備組的同時系數(shù)，即用電設(shè)備組在最大負荷時，工作著的用電設(shè)備容量與該組

用電設(shè)備總?cè)萘恐龋?/p>

ηe——用電設(shè)備組的平均效率，即用電設(shè)備組輸出與輸入功率之比；

ηWL——供電線路的平均效率，即供電線路末端與線路首端功率之比。因此，由上面分析可知，需要系數(shù)Kd是一個綜合指標，其值一般小于1。輸入標題2.3求計算負荷的基本方法2．確定用電設(shè)備組的計算負荷

設(shè)備容量確定之后，將用電設(shè)備進行分組，即將工藝性質(zhì)相同，需要系數(shù)相近的用電設(shè)備劃為一組，進行負荷計算，其計算公式為：式中：

——該用電設(shè)備組的有功、無功、視在計算負荷（kW）、（kvar）、（kVA）；

——該用電設(shè)備組的設(shè)備容量總和（kW），不包括備用設(shè)備容量；

——該用電設(shè)備組的需要系數(shù)；設(shè)備臺數(shù)小于等于3臺時，Kd取1；

——該用電設(shè)備組的計算電流（A）；

——與運行功率因數(shù)角相對應(yīng)的正切值；

——該用電設(shè)備組的額定電壓（kV）。2.3求計算負荷的基本方法3．確定多個用電設(shè)備組的計算負荷引入一個系數(shù)稱同期系數(shù)（又稱同時系數(shù)），的取值為0.8~1之間，其計算公式為：式中：PC2、QC2、SC2——配電干線或車間變電所低壓母線上的有功、無功、視在計算負荷（kW）、（kvar）、（kVA）；

ΣPC1、ΣQC1

——分別為各用電設(shè)備組的有功、無功計算負荷的總和；

KΣ

——同時系數(shù)；

IC2

——配電干線或車間變電所低壓母線上的計算電流（A）；

UN

——配電干線或車間變電所低壓母線上的額定電壓（kV）。

如果需要進行低壓補償，低壓干線或母線上的總的無功負荷QC2

應(yīng)為：2.3求計算負荷的基本方法4．確定車間變電所高壓側(cè)計算負荷

式中：PC3、QC3、SC3

——車間變電所高壓側(cè)有功、無功、視在計算負荷

PC2、QC2

——車間變電所低壓側(cè)有功、無功計算負荷；IC3

——車間變電所高壓側(cè)母線上計算電流（A）；UN

——車間變電所高壓側(cè)額定電壓（kV）；ΔPT、ΔQT——變壓器的有功、無功損耗。（kW、kvar）.2.3求計算負荷的基本方法在負荷估算中，變壓器的損耗可近似計算，對于低損耗變壓器通常為：式中：SC2——車間變電所低壓母線上的視在計算負荷（kVA）。5．確定總降壓變電所的計算負荷

其方法同車間變電所的高、低壓側(cè)計算負荷的確定方法。這里出現(xiàn)的KΣ與低壓母線上的KΣ連乘建議不小于0.8。因為愈趨向電源端負荷愈平穩(wěn)，回路又少，所以對應(yīng)的KΣ愈大。2.3.2按二項式法確定計算負荷

需要系數(shù)法進行負荷計算比較簡便，應(yīng)用廣泛，但是對于企業(yè)中用電設(shè)備數(shù)量少，容量相差懸殊的配電線路進行負荷計算，應(yīng)用需要系數(shù)法計算出的結(jié)果往往偏小，與實際相差較大，因此，在這種情況下，采用二項式法進行負荷計算比較接近實際，其指導(dǎo)思想是考慮大容量負荷的影響，因此計算負荷由平均最大負荷和幾臺大容量用電設(shè)備的附加負荷組成。這種方法一般比需要系數(shù)法計算結(jié)果大，相關(guān)資料又少，因此二項式法進行負荷計算的局限性很大。2.3.2按二項式法確定計算負荷1.相同工作制的單組用電設(shè)備的計算負荷式中：PC、QC、SC、IC——該用電設(shè)備組的計算負荷

Pe

——該用電設(shè)備組的設(shè)備容量總和（kW）；

Px

——該用電設(shè)備組中x臺容量最大用電設(shè)備的設(shè)備容量之和

X——該用電設(shè)備組取用大容量用電設(shè)備的臺數(shù)；

b、c——二項式系數(shù)，由長期實踐統(tǒng)計得出的；

UN

——額定電壓（kV）；

bPe

——該用電設(shè)備組的平均負荷；

cPx

——X臺容量最大用電設(shè)備的附加負荷（考慮容量最大用電

負荷使計算負荷大于平均負荷的影響）

當(dāng)用電設(shè)備的臺數(shù)n等于最大容量用電設(shè)備的臺數(shù)X，且n=X≤3時，一般將用電設(shè)備的設(shè)備容量總和作為最大計算負荷。2.3.2按二項式法確定計算負荷2.不同工作制的多組用電設(shè)備計算負荷式中：PC

、QC、SC、IC——

多組用電設(shè)備組的計算負荷總和

（kW）、（kVar）、（kVA）、（A）；∑bPe——各用電設(shè)備組平均負荷b·Pe的總和；（cPx）m——各用電設(shè)備組附加負荷c·Px中最大值；tanφx——與（cPx）m相對應(yīng)的功率因數(shù)角的正切值；tanφ——與各用電設(shè)備組對應(yīng)的功率因數(shù)角的正切值；

如果每組中的用電設(shè)備數(shù)量小于最大容量用電設(shè)備的臺數(shù)X，則采用小于X的兩組或更多組中最大的用電設(shè)備附加負荷的總和，作為總的附加負荷。2.3.3計算負荷的常用估算方法

1.單位指標法單位指標法計算有功功率PC的公式為：式中：——單位用電指標，如W/戶、W/人、W/床；

N——單位數(shù)量，如戶數(shù)、人數(shù)、床位數(shù)。2.負荷密度法

當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積或某建筑物面積負荷密度ρ時，則可估算其計算負荷：

式中：ρ——負荷密度（kW/m2）；

A——某生產(chǎn)車間或某建筑面積（m2）。2.4單相負荷的負荷計算在配電設(shè)計中，應(yīng)盡量使單相設(shè)備均衡地分配在三相線路上。盡量減少三相不平衡狀態(tài)。當(dāng)單相負荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負荷總?cè)萘康?5%時，全部按三相對稱負荷計算，當(dāng)超過15%時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加，等效三相負荷計算方法如下：1.單相用電設(shè)備接于相電壓

等效三相負荷取最大一相負荷的三倍，即

Peq=3Pm

式中：Peq——等效三相負荷容量

Pm——最大負荷相的設(shè)備容量（kW）2.4單相負荷的負荷計算2.單相用電設(shè)備僅接于線電壓①當(dāng)只有單臺設(shè)備或設(shè)備只接在一個線電壓上時，等效三相負荷為：

式中：Pe——線間負荷容量（kW）②當(dāng)有多臺設(shè)備時，等效三相負荷當(dāng)Pab≥Pbc≥Pca，則：

式中：Pab、Pbc、Pca——分別接于ab、bc、ca線間負荷容量（kW）2.4單相負荷的負荷計算3.既有線間負荷，又有相間負荷時，應(yīng)將線間負荷換算成相負荷，然后各相負荷分別相加，取最大相負荷的3倍做為等效三相負荷。

換算方法如下：各相負荷換算2.4單相負荷的負荷計算等效三相負荷式中：Pab、Pbc、Pca——分別接于ab、bc、ca線間負荷（kW）；Pa、Pb、Pc、Qa、Qb、Qc——換算為a、b、c相的有功負荷（kW）和無功負荷（kvar）p（ab）a、p（ab）b、p（bc）b、p（bc）c、p（ca）c、p（ca）a及q（ab）a、q（ab）b、q（bc）b、q（bc）c、q（ca）c、q（ca）a——功率換算系數(shù)；Pm——最大相負荷（kW）；Peq——等效三相負荷（kW）。2.5尖峰電流的計算

用電設(shè)備持續(xù)1~2s的短時最大負荷電流，稱尖峰電流。確定尖峰電流的目的是為了計算線路的電壓波動、選擇斷路器、熔斷器和保護裝置電流整定值，以及檢驗電動機能否自起動的依據(jù)。1.單臺設(shè)備的尖峰電流單臺設(shè)備的尖峰電流主要是由感性負載在起動瞬間產(chǎn)生的電流。即式中——用電設(shè)備的尖峰電流(A)；——用電設(shè)備的啟動電流(A)；

——用電設(shè)備額定電流(A)；

——用電設(shè)備的啟動電流倍數(shù)（可查產(chǎn)品樣本或銘牌，對籠型電動機一般為5～7，對繞線轉(zhuǎn)子電動機一般為2～3，直流電動機一般為1.5～2，對電焊變壓器一般為3或稍大）。2.5尖峰電流的計算2.多臺用電設(shè)備的尖峰電流一般只考慮啟動電流最大的一臺電動機的啟動電流，多臺用電設(shè)備的線路上的尖峰電流按下式計算：

式中——為啟動電流最大的一臺電動機啟動電流(A)；

——除啟動電流最大的那臺電動機之外，其他用電設(shè)備的計算電流(A)。3.自啟動的電動機組式中——對應(yīng)于第臺電動機的啟動倍數(shù)和額定電流(A)；

——同時啟動的電動機臺數(shù)。2.6無功補償?shù)姆椒ê陀嬎銦o功補償無功補償?shù)囊饬x

在企業(yè)和民用建筑中的用電設(shè)備大多數(shù)是感性的。如：感應(yīng)電動機、電焊機、日光燈等，這些設(shè)備在工作中向電網(wǎng)吸收大量無功功率，而這部分功率又不是實際做功的功率，因此電網(wǎng)向負載提供有功功率的同時，又要提供無功功率，由公式可知，無功功率Q的增加，可使視在功率S增加。因此，無功功率增加可導(dǎo)致：供電系統(tǒng)的設(shè)備容量和投資增加，如S愈大，變壓器容量愈大。當(dāng)電源電壓一定時，由公式可知，S增加，勢必導(dǎo)致線路的電流I增加，使輸電線路導(dǎo)線截面增加。線路電流的增加，使得線路的電壓損失Ir增加，線路及設(shè)備的有功損耗I2r增加。0201032.6無功補償?shù)姆椒ê陀嬎?/p>

無功補償?shù)姆椒?/p>

由于上述原因，無功功率的增加，不僅能源浪費，又使設(shè)備投資增加，為了減少向電網(wǎng)索取的無功功率，由公式可知，提高功率因數(shù)cosΦ，即可減少系統(tǒng)容量S。

提高功率因數(shù)的方法主要分兩方面：采用提高自然功率因數(shù)的方法采用人工補償?shù)姆椒ǎ岣吖β室驍?shù)這種方法不需要增加設(shè)備，如合理選擇感應(yīng)電動機和變壓器容量采用人工補償?shù)姆椒?，需要增加新設(shè)備，這種方法通常有（1）采用靜電電容器；（2）采用同步調(diào)相機。2.6無功補償?shù)姆椒ê陀嬎阊a償容量的計算方法

采用靜電電容器進行無功補償?shù)挠嬎惴椒ㄈ缦拢?/p>

式中：

Qcc——補償容量（kVar）；

Pc——有功計算負荷（kW）；

tanΦ1——補償前計算負荷對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值；

tanΦ2——補償后計算負荷對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值；取cosΦ2不小于0.9值

Δｑc——補償率（kVar/kW）。裝設(shè)了無功補償裝置以后，在確定補償?shù)攸c前面的總計算負荷時，應(yīng)扣除無功補償容量。即補償后的總的無功計算負荷：式中：——補償后的計算無功功率；——補償前的計算無功功率。2.6無功補償?shù)姆椒ê陀嬎悴⒙?lián)電容器選擇并聯(lián)電容器的型號由文字和數(shù)字兩部分組成，表示和含義如下：圖2-10電容器的型號例如：BFM11-50-1W型為單相戶外型，液體介質(zhì)為二芳基乙烷、固體介質(zhì)為薄膜的并聯(lián)電容器，額定電壓為11kV，容量為50kvar。2.6無功補償?shù)姆椒ê陀嬎阊a償電容器臺數(shù)的確定補償容量是靠多臺電容器拼搭出來的，計算公式為：式中：——所需用的電容器個數(shù)；——所需補償?shù)臒o功容量，單位為kvar；——單臺電容器容量，單位為kvar。對三相電容器，必須是整數(shù)；對單相電容器，不僅必須是整數(shù)，還必須是3的倍數(shù)，因為補償是針對三相系統(tǒng)的。所以有時實際補償量會大于計算補償量，這時應(yīng)對補償后的實際功率因數(shù)重新校核。2.7變壓器及其選擇對電網(wǎng)電壓波動較大，為改善電壓質(zhì)量采用有載調(diào)壓電力變壓器。對消防要求較高場所，宜采用干式電力變壓器。工廠供電系統(tǒng)沒有特殊要求的和民用建筑獨立變電所，采用三相油浸自冷電力變壓器。近年來，箱式變壓器在城市中的小區(qū)和車間也不斷采用，與高、低壓配電柜并列安裝組成箱變。對于工作環(huán)境惡劣，要求有防塵、防火、防爆要求的，應(yīng)采用密閉式、防火、防爆電力變壓器。選取一般原則：地區(qū)供電條件負荷性質(zhì)用電容量運行方式2.7變壓器及其選擇當(dāng)符合下列條件之一時，可設(shè)專用變壓器:設(shè)立專用變壓器0102030405出于功能需要的某些特殊設(shè)備，可設(shè)專用變壓器。電力和照明采用共用變壓器將嚴重影響照明質(zhì)量及光源壽命時，可設(shè)照明專用變壓器。在電源系統(tǒng)不接地或經(jīng)高阻抗接地，電氣裝置外露可導(dǎo)電部分就地接地的低壓系統(tǒng)中(IT系統(tǒng))，照明系統(tǒng)應(yīng)設(shè)專用變壓器。季節(jié)性負荷容量較大或沖擊性負荷嚴重影響電能質(zhì)量時，設(shè)專用變壓器。單相負荷容量較大，由于不平衡負荷引起中性導(dǎo)體電流超過變壓器低壓繞組額定電流的25％時，或只有單相負荷其容量不是很大時，可設(shè)置單相變壓器。2.7變壓器及其選擇變壓器容量的確定：（1）在民用建筑中，低壓為0.4kV單臺變壓器容量不宜大于1250kVA。因為容量太大，供電范圍和半徑太大，電能損耗大。對于戶外預(yù)裝式變電所，單臺變壓器容量不宜大于800kVA。單臺變壓器容量確定：式中：SNC——單臺變壓器容量（kVA）；

ST——計算負荷的視在功率（kVA）；

β——變壓器的最佳負荷率（一般取70%~80%為宜）從長期經(jīng)濟運行角度考慮，配電變壓器的長期工作負荷率不宜大于85%。（2）如果是具有兩臺及以上變壓器的變電所，要求其中任一臺變壓器斷開時，其余主變壓器的容量應(yīng)滿足一、二級負荷用電。在同一變電所內(nèi)，變壓器的容量等級不宜過多。2.7變壓器及其選擇（3）變壓器允許過負荷倍數(shù)和時間變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間，應(yīng)按制造廠的規(guī)定執(zhí)行，如制造廠無規(guī)定時，對油浸及干式變壓器可參照下表規(guī)定執(zhí)行。

油浸變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間過負荷倍數(shù)1.301.451.601.752.00允許持續(xù)時間（min）12080452010

干式變壓器允許事故過負荷倍數(shù)和時間過負荷倍數(shù)1.201.301.401.501.60允許持續(xù)時間（min）6045321852.7變壓器及其選擇變壓器連接組別的選擇：（1）變壓器繞組連接方式類別及連接方式高

、中壓低壓單相Ii三相星型Yy三相三角形Dd有中性線時YN、ZNyn、zn不同繞組間電壓相位差，即相位移為30°的倍數(shù)，故有0、1、2，……，11共12個組別。高低壓間相位差用時鐘法標注。D,yn11表示：高壓角接，低壓星接有中線，低壓側(cè)線電壓滯后高壓側(cè)對應(yīng)線電壓330°。2.7變壓器及其選擇（2）變壓器連接組別的選擇D,yn11連接組別具有以下三種情況之一者應(yīng)選用D,yn11聯(lián)結(jié)方式：·三相不平衡負荷超過變壓器每相額定功率15％以上；·需要限制三次諧波含量?！ば枰岣邌蜗喽搪冯娏髦担_保低壓單相接地保護裝置動作靈敏度；

在民用建筑供電系統(tǒng)中，因單相負荷較多，而且存在較多的諧波源，所以配電變壓器宜選用D,yn11接線組別的變壓器。Y,yn0連接組別

當(dāng)三相負荷基本平衡，或不平衡負荷不超過變壓器每相額定功率15％；且供電系統(tǒng)中諧波干擾不嚴重時選擇Y,yn0連接方式。2.7變壓器及其選擇變壓器并列運行的條件：

變壓器并列運行時，應(yīng)使各臺變壓器二次側(cè)不出現(xiàn)環(huán)流，并使各變壓器承擔(dān)的負載按變壓器的額定容量成正比分配，因此要滿足這兩點，變壓器必須符合下列條件：1）變比應(yīng)相等，最大誤差不超過0.5%。2）連接組標號必須一致。3）短路電壓應(yīng)相等，最大誤差不超過。4）變壓器容量比不應(yīng)超過1/3。5）連接相序必須相同。2.8供配電系統(tǒng)的損耗

供配電系統(tǒng)的損耗主要是線路損耗和變壓器損耗，電流流過供配電系統(tǒng)的線路時產(chǎn)生的損耗稱為線路損耗，在供配電系統(tǒng)中的電力變壓器產(chǎn)生的損耗稱為變壓器損耗。2.8.1供配電系統(tǒng)的線路損耗

供配電系統(tǒng)的線路損耗指交流電流在高壓傳輸線路的電阻和電抗中產(chǎn)生的損耗，線路損耗按交流電路的阻抗特性，分為有功損耗和無功損耗。式中—相計算電流，A；、—每相線路電阻和線路阻抗。2.8.1供配電系統(tǒng)的線路損耗

工程應(yīng)用中常采用線路單位長度電阻、線路單位長度電抗和每相線路計算長度線路電阻和線路電抗，即：

線路單位長度電阻和線路單位長度電抗與導(dǎo)線規(guī)格、線路的布置方式、導(dǎo)線的工作溫度等因素有關(guān)，一般可通過查閱有關(guān)設(shè)計手冊得出線路的單位長度電阻和線路單位長度電抗。

供配電系統(tǒng)中減小線路損耗的方法主要有減小線路電阻和減小線路電流兩種方式，減小線路電阻可采用選擇較大截面的導(dǎo)線、選用導(dǎo)電率高的導(dǎo)線等措施；減小線路電流可采用通過提高傳輸線路功率因數(shù)、提高傳輸線路電壓等級等措施。2.8.2變壓器損耗

變壓器的繞組存在電阻和電抗，繞組中有電流通過時便會產(chǎn)生損耗；變壓器的鐵芯在交變磁場的作用下也會產(chǎn)生損耗，因此變壓器損耗包括繞組中的損耗和鐵芯中的損耗。變壓器的損耗按其特性也包括有功損耗和無功損耗。

按電力變壓器的制造要求，每一臺電力變壓器在產(chǎn)品出廠時要進行“空載試驗”和“短路試驗”，“空載試驗”可得到變壓器在額定電壓下的空載損耗和額定電壓下的空載電流百分比%；“短路試驗”可得到變壓器在額定電流下的短路電壓百分比和額定電流下的功率損耗（短路損耗）。變壓器產(chǎn)品手冊要提供以上4個參數(shù)，依據(jù)該4個參數(shù)可以求出變壓器的有功損耗和無功損耗以及變壓器的阻抗參數(shù)。2.8.2變壓器損耗1.變壓器的有功損耗

變壓器的有功損耗包含兩部分：一部分是變壓器的鐵芯在交變磁場的作用下產(chǎn)生的有功損耗，通常稱為“鐵損”。“鐵損”主要取決于變壓器外加電壓和頻率，外加電壓和頻率不變時，“鐵損”基本不變，因此變壓器的“鐵損”可以認為與負載變化無關(guān)，故“鐵損”也稱為不變損耗。變壓器有功損耗的第二部分是變壓器在負載時，由負載電流在其一、二次側(cè)繞組的電阻中產(chǎn)生的損耗，通常稱為“銅損”，“銅損”與負載變化有關(guān)，故“銅損”也稱為可變損耗。2.8.2變壓器損耗

對于實際的供配電系統(tǒng)，變壓器運行時的負荷是按“計算負荷”選擇的，通常變壓器的計算負荷并不等于其額定負荷，變壓器的短路損耗

是對應(yīng)于額定電流（負荷）下的功率損耗，而變壓器的“銅損”是對應(yīng)于計算負荷下的損耗，二者并不相同，考慮到“銅損”與電流的平方成正比，利用這一關(guān)系,可以將短路損耗乘以比例因子，即可得到計算負荷下的“銅損”。于是考慮變壓器的短路損耗的換算關(guān)系，變壓器在計算負荷下的有功損耗可以根據(jù)“空載試驗”和“短路試驗”的結(jié)果，采用下式計算：式中

、—變壓器的空載損耗和短路損耗；、—變壓器的計算負荷和額定容量。2.8.2變壓器損耗2.變壓器的無功損耗

變壓器的無功損耗也包含兩部分：一部分是變壓器空載時由勵磁電流造成的“空載無功損耗”，在變壓器外加電壓和頻率不變時，無功損耗基本不變，因此變壓器的空載無功損耗可以認為與負載變化無關(guān)；變壓器的無功損耗的第二部分是變壓器在負載時由負載電流在其一、二次側(cè)繞組的電抗中產(chǎn)生的“負載無功損耗”，該部分無功損耗與負載變化有關(guān)，與負載電流的平方成正比。

電力變壓器“空載試驗”時，變壓器繞組的電流主要用于產(chǎn)生主磁通，故可看作勵磁電流，“空載試驗”時測出的無功損耗可看坐變壓器的“空載無功損耗”；對應(yīng)地，電力變壓器“短路試驗”時，使短路繞組達到額定電流時的外加電壓較低，可以認為勵磁電流很小，此時測出的無功損耗便可看作變壓器在額定負荷下的“負載無功損耗”。于是，類似于變壓器的有功損耗的分析，變壓器的無功損耗可用下式計算:2.8.2變壓器損耗

為利用變壓器“空載試驗”和“短路試驗”得出的另外兩個參數(shù)：額定電壓下的空載電流百分比%和額定電流下的短路電壓百分比，經(jīng)過簡單的推導(dǎo)，可以得出變壓器的“空載無功損耗”和“負載無功損耗”與變壓器的“空載電流百分比%”和“短路電壓百分比

”之間具有如下關(guān)系：于是，下式可表示為：

上式是計算變壓器損耗的基本公式，根據(jù)變壓器產(chǎn)品手冊中的基本參數(shù)，便可求得變壓器在計算負荷下的損耗。2.9負荷計算示例

確定用戶的計算負荷是選擇電源進線和一、二次設(shè)備的基本依據(jù)，是供配電系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。確定用戶計算負荷的方法很多，應(yīng)根據(jù)不同的情況和要求采用不同的方法。在制訂計劃、初步設(shè)計，特別是方案比較時可用較粗略的方法。在技術(shù)設(shè)計時，應(yīng)進行詳細的負荷計算。逐級計算法是常采用的方法，根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備開始，朝電流方向逐級計算，最后求出用戶總的計算負荷。主要的原則和步驟如下：1.將用電設(shè)備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設(shè)備組的計算負荷；2.根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備朝電源方向逐級計算負荷；3.在配電點處考慮同時系數(shù)；4.在變壓器安裝處計算變壓器損耗；5.線路損耗計算，用戶的電力線路較短時，可不計電力線路損耗；6.在并聯(lián)電容器安裝處計算無功補償容量。2.9負荷計算示例例2-9某企業(yè)35/10kV的總降壓變電所，分別給1#～4#10kv車間變電所及3臺10kV空氣壓縮機高壓電動機，如圖2-14所示。其中，1#變電所負荷有：機加工車間有冷加工機床功率共342kW、通風(fēng)機18kW、電焊機81kW（60%）、吊車87.5kW（40%）、照明5.4kW（熒光燈、電子鎮(zhèn)流器），辦公大樓照明（熒光燈、電子鎮(zhèn)流器）12.6kW、空調(diào)126kW，科研設(shè)計大樓照明（熒光燈、電子鎮(zhèn)流器）21.6kW、空調(diào)180kW，室外照明（高壓鈉燈，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器）10kW，2#～4#車間變電所的計算負荷分別為：，；

，，；。高壓電動機每臺容量為355kW。試計算該用戶總計算負荷（忽略線損）。解：用逐級計算法進行計算。首先用需要系數(shù)法計算1#車間變電所各用電設(shè)備組的計算負荷,然后考慮用電設(shè)備組的同時系數(shù)計算1#車間變電所低壓側(cè)計算負荷，再考慮變壓器損耗計算出高壓側(cè)計算負荷；同樣計算2#~4#車間變電所高壓側(cè)計算負荷及空氣壓縮機高壓電動機的計算負荷；再考慮總降壓變電所二次側(cè)出線的同時系數(shù)和變壓器損耗后即得企業(yè)計算負荷。2.9負荷計算示例圖2-14例2-9供電系統(tǒng)圖2.9負荷計算示例以1#10kV車間變電所計算負荷為例具體計算如下:（1）計算各用電設(shè)備組的計算負荷①冷加工機床查表2-3，大批生產(chǎn)冷加工機床，，，則②通風(fēng)機查表2-3，通風(fēng)機，，，則③吊車吊車要求統(tǒng)一換算到=25%時的額定功率，即2.9負荷計算示例查表2-3，吊車，，則④電焊機電焊機要求統(tǒng)一換算到=100%時的功率，即查表2-3，電焊機，，則

⑤車間照明熒光燈要考慮鎮(zhèn)流器的功率損失，電子鎮(zhèn)流器，即2.9負荷計算示例查附表B-4，車間，查附表B-5，熒光燈，則

⑥辦公大樓照明熒光燈要考慮鎮(zhèn)流器的功率損失，電子鎮(zhèn)流器，即

查附表B-4，辦公樓，查附表B-5，熒光燈，，則⑦辦公大樓空調(diào)查表2-4，空調(diào)，，，則2.9負荷計算示例⑧科研設(shè)計大樓照明熒光燈要考慮鎮(zhèn)流器的功率損失，電子鎮(zhèn)流器，即

查附表B-4，科研設(shè)計樓，查附表B-5，熒光燈，，則⑨科研設(shè)計大樓空調(diào)查表2-4，空調(diào)，，，則

⑩室外照明高壓鈉燈要考慮鎮(zhèn)流器的功率損失，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，即查表附表B-6，室外照明，查附表B-5，高壓鈉燈，，則2.9負荷計算示例（2）計算1#車間變電所低壓側(cè)的計算負荷取同時系數(shù)，則2.9負荷計算示例（3）計算變壓器的功率損耗

（4）計算車間變電所高壓側(cè)的計算負荷

具體計算數(shù)據(jù)和結(jié)果見負荷計算表2-13。由表2-13可見，各車間變電所和總降壓變電所的無功計算負荷都較大，功率因數(shù)較低。如分別在各車間變電所和總降壓變電所進行無功補償，可提高功率因數(shù)，減小各車間變電所和總降壓變電所的計算視在功率，從而減小相應(yīng)變壓器的容量。計算內(nèi)容設(shè)備名稱設(shè)備容量(kW)

(kW)

(kvar)

(kVA)

(A)1#車間變電所計算負荷各設(shè)備組計算負荷冷加工機床3420.200.51.7385.5148.1

通風(fēng)機180.80.80.7514.410.8

吊車（40%）87.50.250.51.7327.747.9

電焊機（60%）810.350.61.3321.9629.2

車間照明5.40.90.980.25.351.07

辦公樓照明12.60.80.980.211.092.22

辦公樓空調(diào)1260.80.80.75100.875.6

科研設(shè)計樓照明21.60.90.980.221.384.28

科研設(shè)計樓空調(diào)1800.80.80.75144108

室外照明101.00.51.731119

變壓器1T低壓側(cè)計算負荷

421432.8603.8

變壓器1T損耗

9.0636.23

變壓器1T高壓側(cè)計算負荷

430468635.636.7表2-13例2-8負荷計算表2#車間變電所變壓器2T低壓側(cè)計算負荷

720520906.04

變壓器2T損耗

13.654.5

變壓器2T高壓側(cè)計算負荷

733.6604.4950.554.93#車間變電所變壓器3T低壓側(cè)計算負荷

650446788.3

變壓器3T損耗

11.847.3

變壓器3T高壓側(cè)計算負荷

661.8493.3825.447.74#車間變電所變壓器4T低壓側(cè)計算負荷

5