建筑供配电工程第2章负荷计算与无功补偿

第二章 负荷计算与无功功率补偿
一、功率因数
在周期状态下，有功功率P的 绝对值与视在功率S的比值。
P

S
Q
瞬时功率因数 平均功率因数 最大负荷时功率因数
cosφ Pc Sc
在供电系统设计时，进行无功补 偿的依据。
由功率因数表直接测得，以确定是否 进行无功补偿
供电部门收取电费的依据 cosφ Wp Wp2 Wq2
Wp:有功电度表读取的一月内消耗的有功电能 Wq:无功电度表读取的一月内消耗的无功电能
《供电营业规则》规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率 因数，100kVA及以上高压供电的用户，不得低于0.90；其他电力用户，不得 低于0.85。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。
设备功率Pe的确定
连续工作制的设备组：设备组中的所有设备（不包括备用设 备）的额定容量之和。
Pe
P N
周期工作制和短时工作制的设备组：其设备功率应为各设备 在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率 下的容量之和。
举例：
第二章 负荷计算与无功功率补偿
(1) 电焊机组 要求统一换算到ε=100%
3CU线2

9CU
2 相
Qc(Y ) 3CU相2
(2)、任一边电容器断线时，三相线路仍能得到补偿；
(3)、但是Δ接线时，任一相击穿短路时，短路电流很大，可能引起爆炸，
所以要接有熔断器保护。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
应用： 《 GB50053-1994 10kV及以下变电所设计规范》规定：高压 电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及 以下）宜接成三角形，低压电容器组应接成三角形。
等效公式（单相设备接于相电压）： Pe 3Pemph
Pe：等效后的三相负荷；Pe mph ：最大相负荷。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第四节 尖峰电流的计算
尖峰电流：持续时间1~2秒的短时最大负荷电流。 单台设备尖峰电流的计算：
Ipk Ist kst Irm
kst: 设备的起动电流倍数，Ir·m : 设备的额定电流
t 为工作周期内的工作时间；t0 为工作周期内的停歇时间
注意
铭牌上的功率PN是对应于某一特定负荷持续率εN的额定功率。 要换算到实际的负荷持续率ε下的功率 ，应采用下面的公式：
Pe

PN
ε ε
N
第二章 负荷计算与无功功率补偿
用电设备组 将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。 （工厂 中的用电设备组见附表1、民用建筑的用电设备组见附表4 ）
Pm 800
600
400
200
0
2000Fra Baidu bibliotek
4000
6000
8000 8760
t/h
年最大负荷持续时间曲线
第二章 负荷计算与无功功率补偿
年最大负荷利用小时Tmax：在此 时间内，电力负荷按年最大负荷 Pm
Pm持续运行所消耗的电能恰好等 于该电力负荷全年实际消耗的电
P
能。
Tmax
Wa Pm
0
t/h
第二章 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 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 第五节 无功功率补偿 第六节 供配电系统的计算负荷 本章小结
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第一节 概述
主要内容
一、 计算负荷的概念 二、用电设备的工作制 三、负荷曲线 四、确定计算负荷的系数
需要系数法计算较为简便实用，所以本规范将需要系数 法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
例题2-2
某生产厂房内有冷加工机床电动机50台共305kW，另 有生产用通风机15台共45kW，点焊机3台共19kW （ε=20%),试确定线路上总的计算负荷。
解题思路
1、先将用电设备分组； 2、根据需要系数法求每一组的计算负荷； 3、求总的（多组）计算负荷。
载流导体温升曲 线
第二章 负荷计算与无功功率补偿
二、用电设备的工作制和设备功率的确定
1、连续工作制：在恒定负载下连续运行达到热稳定状态的 用电设备；
2、短时工作制：在未达到热稳定前即停机和断能，其时间 足以使设备冷却下来的用电设备；
3、断续周期工作制：时而工作，时而停歇的用电设备。
负荷持续率（暂载率） ε t 100% t t0
Sc Ic
Pc2 Qc2 Sc 3UN
K∑p 、K∑q为有功同时系数和无功同时系数 P32
第二章 负荷计算与无功功率补偿
各种计算方法的选用：
《 JGJ16-2008民用建筑电气设计规范》：
第3.5.2条 方案设计阶段可采用单位指标法；初步设计及施工 图设计阶段，宜采用需要系数法。
第3.5.2条条文说明：在各类用电负荷尚不够具体或明确的方 案设计阶段可采用单位指标法。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
二、按需要系数法确定计算负荷
1、一组用电设备组计算负荷的确定
Pc

KKL
e W L
Pe

Kd
Pe
Kd：需要系数 Pc
Pe：一组用电设备的设备功率
WL
M
M
Pe
M
Kd

Pm Pe
KL：负荷率，设备不一定满负荷运行。 KΣ：同时系数，一组设备不一定都同时运行。 ηe：设备组的平均效率。 ηwL：线路的平均效率，考虑线路损耗。
多台设备尖峰电流的计算：
I pk Ist.max Ic(n-1)
Ist·max：起动电流最大的那台设备的起动电流; Ic(n-1)：除起动设备以外的线路的计算电流。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第五节 无功功率补偿
主要内容
一、功率因数的定义 二、无功补偿的意义 三、无功补偿容量的确定 四、无功补偿装置的选择 五、无功补偿装置的装设位置
S
＇ c
Qc
和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电
压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和
导线电缆，因此提供功率因数对电力系统大有
好处。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
三、无功补偿容量的确定
要使功率因数由 cosφ 提高到 cosφ ，必须装设的无功补偿设备 的容量为：
Qrc Qc Qc Pc tanφ tanφ
Q c.1= Pc.1 tan 1 ＝61kW×1.73=105.5kvar
第二章 负荷计算与无功功率补偿
2.通风机组 查附录表1得Kd=0.75~0.85（取Kd=0.8）， cosφ=0.8 ,tgφ=0.75 ，因此
Pc.2=0.8×45kW=36.0kW Qc.2=36kW×0.75=27.0kvar 3.点焊机组 设备台数只有3台，取Kd=1.0， cosφ=0.6 , tgφ=1.33， 先求出在统一负荷持续率ε=100%时的设备功率
第二章 负荷计算与无功功率补偿
一、 计算负荷的概念 统计计算求出来的；
供电设计计算的基本依据； 力求接近实际。
我们选取一个假想的持续性的负荷，在一定时间间隔和特定效 应上与实际负荷相等。这一计算过程就是负荷计算。这一假想 的持续性的负荷就称为计算负荷。
表示符号：
Pc：有功计算负荷(kW) Qc ：无功计算负荷 (kVar) Sc：视在计算负荷(kVA) Ic：计算电流 (kA) 。
Pe 19 20% 8.5kW
P c.3=1.0×8.5kW=8.5kW Q c.3=8.5kW×1.33=11.3kvar 因此，总计算负荷（取 Kp＝0.95；Kq ＝0.97）为
Pc＝0.95×(61.0＋36.0＋8.5)kW=100.2kW Qc＝0.97×(105.5+27.0+11.3)kvar=139.5kvar
第二章 负荷计算与无功功率补偿
cosφ≥0.9
二、无功功率补偿的意义
I
M
Q P Q cosφ
S30 P2 Q2
I S30 3U N
P线路 3I 2R
意义
Pc

假设功率因数由cosφ提高到 cosφ ，这时在有功
Qc＇
不变的情况下，无功功率将由Qc 减小到 Qc ，那 么Sc和Ic也相应地减小，这使得系统的电能损耗 Sc
注意（P32）：若设备台数较少时，则需要系数值宜适当取大。当只
有3台及以下用电设备时，需要系数Kd可取为1。当只有1台电动机时，则
此电动机的计算电流就取其额定电流。
解: 先求各组用电设备的计算负荷
1.机床电动机组 查附录表1得 Kd 0.17 ~ 0.20（取 Kd 0.20）， cos 0.5， tan 1.73 ，因此 Pc.1= Kd.1Pe.1＝0.20×305kW=61.0kW
第二章 负荷计算与无功功率补偿
一、单位指标法
1、单位产品耗电量法
Pc

N
Tmax
(kW)
ω—每一单位产品的耗电量，W/台、 W /吨
N— 企业年产量
2、单位指标法
Pc P0S 1000
(kW)
P0 —单位面积的功率，W/m2 ， W/户， W/人 S — 建筑面积， m2 ， 户，人
P0的选取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质等多方面的 因素。各类建筑物的单位面积功率见附表8 。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
日有功负荷曲线
半小时平均功率
1.0
0.9
0.8
0.7
2001年夏季
2001年冬季
0.6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
第二章 负荷计算与无功功率补偿
年每月（日）最大负荷曲线： 每年每个月（或日）最大负荷的变化情况。
并联电容器的控制
1.05 1.00 0.95 0.90 0.85
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
年每月最大负荷曲线
第二章 负荷计算与无功功率补偿
年负荷持续时间曲线：根据一年中最大（具有代表性）的夏日 负荷曲线和冬日负荷曲线来绘制。年(按8760h计)每小时负荷按 大小排队作出的曲线。
Pe PN εεN PN ε N
(2) 吊车电动机组 要求统一换算到ε=25%。电葫芦、起重 机、行车等均按吊车电动机考虑。
三、负荷曲线 Pe PN εεN 2PN ε N
表征电力负荷随时间变动情况的一种图形
1、负荷曲线的绘制与类型
按负荷对象可分为工厂、车间或设备的负荷曲线。 按功率性质可分为有功和无功负荷曲线。 按时间可分为有年、月、日或工作班的负荷曲线。
各产业的年最大负荷利用小时的取值
产业
Tmax(h)
产业
Tmax(h)
第一产业
2000~2800
第三产业
3500~4000
第二产业
4000~5500
居民产业
2500~3500
年负荷曲线
T max
8760
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第二节 三相用电设备组计算负荷的确定
主要内容
一、单位指标法 二、按需要系数法确定计算负荷
第二章 负荷计算与无功功率补偿
其他物理量的计算 Qc = Pc tanφ
Sc Pc2 Qc2 或 Sc Pc cosφ
Ic Sc
Pc
3UN 3UN cosφ
3、多组用电设备组计算负荷的确定 Pc =K∑p ·∑Pc Qc =K∑q ·∑Qc
思考： Qc = Pc tanφ
可以吗？
Sc 100.22 150.52 171.8kVA Ic 171.8/ 3 0.38 270A
第二章 负荷计算与无功功率补偿
作业：P52 习题2-8
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第三节 单相用电设备组计算负荷的确定
前提：单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。 原则：如果单相负荷应均衡分配到三相上，当单相设备的 总功率不超过三相设备总功率的15％时，单相设备可与三相 设备综合，按三相平衡负荷计算；如果超过15％时，应将单 相设备功率换算为等效三相设备功率，再与三相设备功率相 加。
补偿后的计算负荷为：
Qc Qc Qrc
Sc Pc2 Qc2
第二章 负荷计算与无功功率补偿
四、无功补偿装置的选择 并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器(SVC)
并联电容器的接线
A
A
B
B
C
C
Δ接线的优缺点：
(1)、 Δ接线时的容量为同一电路中接成Y形时容量的3倍；
Qc()
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
第二章 负荷计算与无功功率补偿
2、与负荷曲线有关的物理量
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。
年最大负荷Pm
P/kW