现现 代代 建建 筑筑 电电 气气 -2008年度建筑电气教案年度建筑电气教案电气工程学院电气工程学院基本要求：基本要求： 掌握供配电系统的负荷分级、供电要求、负荷掌握供配电系统的负荷分级、供电要求、负荷的计算、短路电流计算方法。学会供配电系统的计算、短路电流计算方法。学会供配电系统设计设计及设备选择的基本理论和方法。及设备选择的基本理论和方法。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 第三章第三章 供配电系统供配电系统负荷计算负荷计算1 1 概述概述第第三三章章 供供配配电电系系统统 一、供电系统的组成一、供电系统的组成电电力力系系统统：将将发发电电厂厂生生产产的的电电能能经经变变电电所所进进行行变变换换，并并通通过过输输电电线线路路分分配配给给用用户户使使用用，这这一一从从电电能能的的生生产产并并将将电能安全、可靠、优质地输送给用户的系统。电能安全、可靠、优质地输送给用户的系统。 电力系统的组成：电力系统的组成：有发电厂、电力网、终端变配有发电厂、电力网、终端变配电系统和电能用户。电系统和电能用户。配电系统的组成：配电系统的组成：由供电电源、配电网、用电设备由供电电源、配电网、用电设备组成。配电系统的功能是把变电站或小型发电厂的电组成。配电系统的功能是把变电站或小型发电厂的电力输送给每一个用户，在必要的地方转换成适当的电力输送给每一个用户，在必要的地方转换成适当的电压等级。压等级。 实际上配电系统的基本结构与电力系统是极其相实际上配电系统的基本结构与电力系统是极其相似，所不同的是配电系统的电源是电力系统的电力似，所不同的是配电系统的电源是电力系统的电力网，电力系统的用户实际上就是配电系统。网，电力系统的用户实际上就是配电系统。 二、供电的质量和供电电压的选择原则二、供电的质量和供电电压的选择原则第第三三章章 供供配配电电系系统统 供电的质量供电的质量供电的质量范围包括电能质量和供电的可靠性两个方面。供电的质量范围包括电能质量和供电的可靠性两个方面。 a.a.电能质量电能质量IEEEIEEE（国际电气电子工程师学会）委员会已正式采用国际电气电子工程师学会）委员会已正式采用“Power Power qualityquality”这一术语，而且给出了相应的技术定义：这一术语，而且给出了相应的技术定义： 供供电电频频率率、电电压压偏偏差差、三三相相电电压压不不平平衡衡度度、电电网网谐谐波等均是描述电能质量的重要指标。波等均是描述电能质量的重要指标。 合合格格电电能能质质量量的的概概念念是是指指给给敏敏感感设设备备提提供供的的电电力力和和设设备的接地系统是均适合于该设备正常工作备的接地系统是均适合于该设备正常工作。 电能质量的国家标准：电能质量的国家标准：第第三三章章 供供配配电电系系统统 1).1).供电电压允许偏差供电电压允许偏差 GB 12325-90GB 12325-902).2).电压波动和闪变电压波动和闪变 GB 12326-2000GB 12326-20003).3).公用电网谐波公用电网谐波 GB/T 14549-93GB/T 14549-934).4).三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 GB/T 15543-1995GB/T 15543-19955).5).电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差 GB/T 15945-1995GB/T 15945-1995 我我国国规规定定电电网网电电压压偏偏移移值值小小于于5%5%；规规定定工工频频为为50H50HZ Z，频率偏移不超过频率偏移不超过 0.4H0.4HZ Z。 b.b.供电的可靠性供电的可靠性 用用供供电电的的可可靠靠率率衡衡量量；用用户户在在用用电电时时间间内内不不中中断断供供电电的的百百分分比比，即即 供供电电可可靠靠率率= =（1-1-用用电电平平均均停停电电时时间间/ /统计期间时间）统计期间时间）100%100%。第第三三章章 供供配配电电系系统统 供电电压的选择原则供电电压的选择原则 1 1）应根据用电负荷的大小；）应根据用电负荷的大小； 2 2）电源至用电点的距离；）电源至用电点的距离； 3 3）电网可能提供的电压；）电网可能提供的电压； 4 4）与供电部门的协商。）与供电部门的协商。 一般情况下供电电压选择一般情况下供电电压选择10 10 和和35 35 ，个别情况会选，个别情况会选择择110 110 和和220 220 。 根据根据全国共用电规则全国共用电规则用电设备容量在用电设备容量在250 250 或需或需用变压器容量在用变压器容量在160 160 以上，以高压方式供电。以上，以高压方式供电。 a.不同电压等级的线路合理输送功率和距离不同电压等级的线路合理输送功率和距离 三相电力线路中传输的功率：三相电力线路中传输的功率：输送过程中的热损耗：输送过程中的热损耗： 当当一一定定时时， 、 ，导导线线截截面面就就会会减减少少；但另一方面，但另一方面， 越高，设备的绝缘耐压就会升高。越高，设备的绝缘耐压就会升高。第第三三章章 供供配配电电系系统统 b.b.选择电压等级要从经济来权衡选择电压等级要从经济来权衡 表表1 1 不同电压等级的线路的合理输送功率和距离不同电压等级的线路的合理输送功率和距离 线路电压（线路电压（ ）输送功率（输送功率（ ） 输送距离（输送距离（ ）0.2250以下以下0.15以下以下0.38100以下以下0.6以下以下310010001361001200451020020006203510001000020702 2 负荷分级与负荷计算负荷分级与负荷计算第第三三章章 供供配配电电系系统统 一、介绍负荷的分级、各级负荷的供电要求一、介绍负荷的分级、各级负荷的供电要求 负负荷荷的的定定义义：是是指指发发电电机机或或变变电电所所供供给给用用户户的的电电力力，具具体体指指标是电气设备发电机、变压器和线路中发出或通过的功率。标是电气设备发电机、变压器和线路中发出或通过的功率。 电力负荷的分级电力负荷的分级 供电的可靠性是电力系统的最基本要求，有些负荷不是绝对供电的可靠性是电力系统的最基本要求，有些负荷不是绝对不可停电的。根据电力负荷对供电可靠性和中断供电所造成的后不可停电的。根据电力负荷对供电可靠性和中断供电所造成的后果，将电力负荷分为三个不同的级别：果，将电力负荷分为三个不同的级别： a.a.一级负荷一级负荷 供电中断将造成人身伤亡和重要设备的损坏，在供电中断将造成人身伤亡和重要设备的损坏，在政治、经济上造成重大损失。如：重要交通枢纽、通讯枢纽、国政治、经济上造成重大损失。如：重要交通枢纽、通讯枢纽、国宾馆、大型体育场，中断供电将影响实时处理计算机及计算机网宾馆、大型体育场，中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络和引起爆炸火灾，并造成严重中毒的特别重要负荷（后来新规络和引起爆炸火灾，并造成严重中毒的特别重要负荷（后来新规范增加的部分）。范增加的部分）。 b.b.二级负荷二级负荷 凡是中断供电将造成较大政治影响、较大经济凡是中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失者以及造成公共场所秩序混乱者。损失者以及造成公共场所秩序混乱者。c.c.三级负荷三级负荷 不属于一级和二级的负荷。不属于一级和二级的负荷。第第三三章章 供供配配电电系系统统 负荷分级中应注意的问题：负荷分级中应注意的问题： 各各类类建建筑筑中中的的负负荷荷是是按按使使用用功功能能分分别别属属于于不不同同的的负负荷荷。如如重重要要建建筑筑中中的的负负荷荷，并并不不都都是是一一级级负负荷荷，四四星星级级宾宾馆馆中中的的宴宴会会厅厅电电声声、厨厨房房用用电电、主主要要通通道道照照明明、地地下下室室污污水水泵泵等等，其其余余象象一般客房照明为二级。一般客房照明为二级。 因此，供电设计中，必须依据负荷等级的不因此，供电设计中，必须依据负荷等级的不同，确定是否需要装设备用电源，是否需要采同，确定是否需要装设备用电源，是否需要采用双回路供电或专线供电，以满足规范要求。用双回路供电或专线供电，以满足规范要求。 各级负荷的供电要求各级负荷的供电要求第第三三章章 供供配配电电系系统统 a.a.一级负荷。必须有两个独立电源供电，两个电源不会同时丢失，当一级负荷。必须有两个独立电源供电，两个电源不会同时丢失，当一个电源发生故障时，另一个电源会在允许时间内自动投入。一个电源发生故障时，另一个电源会在允许时间内自动投入。对于特对于特别重要的建筑应考虑一个电源检修或故障时，另一个电源又发生故障别重要的建筑应考虑一个电源检修或故障时，另一个电源又发生故障的严重情况。此时应从电力系统取得第三电源或自备启动装置，并在的严重情况。此时应从电力系统取得第三电源或自备启动装置，并在30s30s内供电。内供电。 所谓的独立电源：指两个电源间无联系。所谓的独立电源：指两个电源间无联系。b.b.二级负荷。应尽量做到当发生电力变压器故障或电力线路常见二级负荷。应尽量做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时，不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。故障时，不致中断供电（或中断后能迅速恢复）。c.c.三级负荷。对供电电源无特殊要求，可仅有一回供电线路，应三级负荷。对供电电源无特殊要求，可仅有一回供电线路，应设有两台变压器一用一备。设有两台变压器一用一备。 在重要的高层建筑中，为了提高对一级负荷尤其是消防用电在重要的高层建筑中，为了提高对一级负荷尤其是消防用电设备的供电可靠性要求，往往需要装设自备发电设备。设备的供电可靠性要求，往往需要装设自备发电设备。 自备发电设备容量一般按一级负荷需要容量确定，约占电力自备发电设备容量一般按一级负荷需要容量确定，约占电力变压器安装容量的变压器安装容量的10%-20%10%-20%。 自备发电机组台数应根据技术和经济比较确定，一般不宜超自备发电机组台数应根据技术和经济比较确定，一般不宜超过两台。过两台。二、负荷计算的内容和方法二、负荷计算的内容和方法第第三三章章 供供配配电电系系统统 负荷计算的目的负荷计算的目的a.a.电力负荷是供电设计的依据参数，计算准确与否，对合理选择电力负荷是供电设计的依据参数，计算准确与否，对合理选择设备及安全经济运行，均起着决定性的影响。设备及安全经济运行，均起着决定性的影响。b.b.客观条件都存在许多变化莫测的因素，不可能计算的十分准确，客观条件都存在许多变化莫测的因素，不可能计算的十分准确，只能近似计算，但不影响设备的选择，这种误差是允许的。只能近似计算，但不影响设备的选择，这种误差是允许的。c.c.现代民用建筑工程的负荷计算，基本上都是采用负荷密度法现代民用建筑工程的负荷计算，基本上都是采用负荷密度法和需要系数法，这是因为方法比较简单，计算精度又能满足工和需要系数法，这是因为方法比较简单，计算精度又能满足工程要求。关键在于能否准确选用系数值。发达国家已建立了负程要求。关键在于能否准确选用系数值。发达国家已建立了负荷计算的数据库和计算软件，把负荷计算用电脑化。这是现代荷计算的数据库和计算软件，把负荷计算用电脑化。这是现代化的重要手段。化的重要手段。负荷曲线负荷曲线第第三三章章 供供配配电电系系统统 a.a.负负荷荷曲曲线线的的定定义义：表表示示负负荷荷随随时时间间变变化化的的坐坐标标图图形形，通通常常是是根根据每据每0.5h0.5h的最大负荷绘制的。的最大负荷绘制的。b.b.绘制负荷曲线的目的绘制负荷曲线的目的 用来按发热条件选择导线、电缆的截面以及各种配电设备。用来按发热条件选择导线、电缆的截面以及各种配电设备。导线、电缆的截面以及各种配电设备达到稳定温升的时间约为导线、电缆的截面以及各种配电设备达到稳定温升的时间约为0.5h0.5h，短时间峰电流在设备达到温升之前就已经降下来了。只有短时间峰电流在设备达到温升之前就已经降下来了。只有持续持续0.5h0.5h以上的负荷，才有可能造成最大的温升。故以上的负荷，才有可能造成最大的温升。故0.5h0.5h最大负最大负荷称为计算负荷。并以此作为按发热条件选择导线、电缆及电气荷称为计算负荷。并以此作为按发热条件选择导线、电缆及电气设备的依据。设备的依据。 计算负荷包括：有功功率计算负荷包括：有功功率P PC C，无功功率无功功率Q QC C和视在功率和视在功率S SC C。 计算负荷的内容计算负荷的内容第第三三章章 供供配配电电系系统统 a. 0.5ha. 0.5h最大负荷的计算最大负荷的计算作为按发热条件选择导线、电缆、变压器和开关设备作为按发热条件选择导线、电缆、变压器和开关设备的依据，也是作为计算正常电压损失，无功功率补偿的依据，也是作为计算正常电压损失，无功功率补偿和电能消耗的依据。和电能消耗的依据。b.b.尖峰电流尖峰电流如电动机启动电流等，是计算线路上的电压损失，电如电动机启动电流等，是计算线路上的电压损失，电压波动、选择熔断器以及继电保护整定的重要依据。压波动、选择熔断器以及继电保护整定的重要依据。c.c.季节性负荷的计算季节性负荷的计算用于确定变压器台数、容量以及计算变压器经济用于确定变压器台数、容量以及计算变压器经济运行的依据。运行的依据。d.d.一级负荷的计算一级负荷的计算用于确定备用电源和应急电源的容量。用于确定备用电源和应急电源的容量。第第三三章章 供供配配电电系系统统 按需要系数法计算负荷按需要系数法计算负荷 a.a.为什么要用需要系数？为什么要用需要系数？ 设备台数设备台数电气设备的额定条件不同，用电设备不会电气设备的额定条件不同，用电设备不会同一时间一起工作。同一时间一起工作。 设备效率设备效率一起工作的设备不会都在满负荷情况下运一起工作的设备不会都在满负荷情况下运行。行。 用电设备的工作性质用电设备的工作性质设备和线路存在功率损耗。设备和线路存在功率损耗。 功能的充分利用等因素。功能的充分利用等因素。 上述因素，使系统内最大负荷与全系统用电设备总容量之间上述因素，使系统内最大负荷与全系统用电设备总容量之间存在差异。存在差异。 需要系数需要系数 = = 表示所有用电设备同时使用的程度。其值小于表示所有用电设备同时使用的程度。其值小于1 1。 有关资料给出了各用电设备组的需要系数和功率因数。有关资料给出了各用电设备组的需要系数和功率因数。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 b.b.按需要系数法计算负荷按需要系数法计算负荷 将配电范围内的用电设备，按其类型统一划组。将配电范围内的用电设备，按其类型统一划组。 配电干线的负荷为各用电设备组的负荷之和再乘以同期系配电干线的负荷为各用电设备组的负荷之和再乘以同期系数，即数，即 计计算算变变压压器器高高压压侧侧负负荷荷时时，低低压压母母线线上上的的总总 、 再再加加上变压器的功率损耗，上变压器的功率损耗， 、 。 一般估算值：一般估算值： ， 。式中式中 变压器额二次侧总的视在计算负荷（变压器额二次侧总的视在计算负荷（ ）。）。 再求出高压侧的再求出高压侧的 、 和和 。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 有功计算负荷有功计算负荷 无功计算负荷无功计算负荷 视在功率视在功率 计算电流计算电流 式中式中 用电设备组的设备容量，用电设备组的设备容量， ； 需要系数，查表；需要系数，查表； 用电设备功率因数角的正切值；用电设备功率因数角的正切值； 标称线电压，标称线电压， 。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 配电干线或车间变电所的计算负荷配电干线或车间变电所的计算负荷 最大负荷同时系数最大负荷同时系数 使用使用 应注意的问题：在应注意的问题：在 的四各主要因素中，前的四各主要因素中，前三个因素比较固定，后一个因素比较活动的因素，三个因素比较固定，后一个因素比较活动的因素， 值中值中包含着一定分量的经验数据成分，各国的包含着一定分量的经验数据成分，各国的 值不会一致，值不会一致，同一个国家的不同时期同一个国家的不同时期 值也有变化。值也有变化。 用用 值求得计算负荷，应与期内已建成并获得使用效值求得计算负荷，应与期内已建成并获得使用效果的同类建筑的装机密度比较，以求得更合理的设计。果的同类建筑的装机密度比较，以求得更合理的设计。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 c.c.单位面积估算法（负荷密度法）单位面积估算法（负荷密度法）已知不同类型建筑单位面积功率（负荷密度）乘已知不同类型建筑单位面积功率（负荷密度）乘以建筑物面积即可得该建筑物的负荷。以建筑物面积即可得该建筑物的负荷。计算公式计算公式 式中式中 有功计算功率，有功计算功率， ； 单位面积功率、负荷密度，单位面积功率、负荷密度， 、 ； 建筑面积，建筑面积， ； 车间负荷估算指标车间负荷估算指标 车间类别车间类别用电指标（用电指标（ ）铸钢车间铸钢车间5566焊接车间焊接车间40铸铁车间铸铁车间60金工车间金工车间100木工车间木工车间60工具车间工具车间100120煤气站煤气站90130锅炉房锅炉房150200毛织车间毛织车间100汽车修理车间汽车修理车间150第第三三章章 供供配配电电系系统统 民用建筑用电负荷估算指标民用建筑用电负荷估算指标 上海地区（上海地区（19991999年），供前期设计阶段估算用，后期年），供前期设计阶段估算用，后期阶段应据实际计算。阶段应据实际计算。 照明负荷照明负荷 场场 所所单位面积容量（单位面积容量（ ）照度（照度（ ）商场商场5060300800（10001000）办公楼办公楼3035400医院医院2040250500学校学校1520150400剧场剧场3035200400（不计舞台灯光）（不计舞台灯光）公共住宅公共住宅2030第第三三章章 供供配配电电系系统统 空调负荷空调负荷 场场 所所单位面积容量（单位面积容量（ ）商商 场场80120办公楼办公楼6580医院医院70100学校学校1015旅馆旅馆4090剧场剧场7080公共住宅公共住宅1530第第三三章章 供供配配电电系系统统 电梯电梯 速度（速度（ ）规格或载客（人）规格或载客（人）电容量（电容量（ ）高速高速3.53.5162730中速中速1.52.51.52.5162125低速低速 34m34m2 2）2.55(20)二类（二类（4545m m2）2.55(20)三类（三类（5656m m2）4.010(40)四类（四类（6868m m2）4.010(40)第第三三章章 供供配配电电系系统统 上海市住宅建筑设计标准上海市住宅建筑设计标准DBJ08-20-98DBJ08-20-98中规定用中规定用电负荷设计功率。电负荷设计功率。 套套 型型用电负荷设计功率（用电负荷设计功率（ ）小套（小套（38m38m2 2）4中套（中套（4949m m2）46大套（大套（5959m m2）68电电度度表表全全部部采采用用1010（4040） 单单项项电电度度表表，本本规规范范考考虑虑一一般般居居民民的的电电工工动动手手检检修修能能力力不不强强，为为了了安安全全起起见见，即即使使是是大大套套8 8 用用电电量量，也为单项也为单项220 220 供电。供电。山山东东省省住住宅宅建建筑筑设设计计标标准准 DBJ14-S1-97DBJ14-S1-97；住住宅宅按按建建筑筑面面积积及及使使用用面面积质量标准分为四类。积质量标准分为四类。一类住宅一类住宅基本标准基本标准每套建筑标准每套建筑标准5065 m2二类住宅二类住宅中等标准中等标准每套建筑标准每套建筑标准6565面积面积75 m75 m2 2三类住宅三类住宅中等标准中等标准每套建筑标准每套建筑标准75 面积面积 90 m90 m2四类住宅四类住宅稍高标准稍高标准每套建筑标准每套建筑标准90 面积面积 120 m120 m2第第三三章章 供供配配电电系系统统 e.e.按二项式系数法确定计算负荷按二项式系数法确定计算负荷 需要系数法的局限性：在同一组负荷中少数容量特别大需要系数法的局限性：在同一组负荷中少数容量特别大的设备，对计算负荷是有影响的，不适应大容量设备的需要。因此的设备，对计算负荷是有影响的，不适应大容量设备的需要。因此就提出了二项式系数法计算。就提出了二项式系数法计算。 计算式计算式 式中式中 、 二项式系数查表二项式系数查表 计算负荷，计算负荷， ； 该组负载的总设备容量，该组负载的总设备容量， ； 该组负载中该组负载中 台最大的设备容量之和，台最大的设备容量之和， ； 二项式系数法是有经验数据归纳而成，但有一定的物理意义，二项式系数法是有经验数据归纳而成，但有一定的物理意义，第一项的第一项的 是该设备组的平均负荷，第二项是该设备组的平均负荷，第二项 为该组设备为该组设备中中 台大容量设备运行时的附加负荷。计算所得负荷，它的热效台大容量设备运行时的附加负荷。计算所得负荷，它的热效应与这些设备在同一时间按各自的负荷曲线运行所产生的热效应应与这些设备在同一时间按各自的负荷曲线运行所产生的热效应近似。近似。 计算有功功率后，无功功率、视在功率和计算电流同需要系计算有功功率后，无功功率、视在功率和计算电流同需要系数法的计算过程一样。数法的计算过程一样。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 f.等效三相负荷的计算等效三相负荷的计算 n n需要系数法、利用系数法、二项式法和需要系数法、利用系数法、二项式法和用电指标用电指标的负荷的负荷计算适合平衡的三相用电设备进行。对于接入系统的单相计算适合平衡的三相用电设备进行。对于接入系统的单相用电设备的负荷计算，单相用电设备主要是低压设备，有用电设备的负荷计算，单相用电设备主要是低压设备，有的接于相电压上，有的接于线电压上。将这些设备接入系的接于相电压上，有的接于线电压上。将这些设备接入系统时，应尽量平衡地分布于三相上。统时，应尽量平衡地分布于三相上。n n对于平衡不了的单相用电设备，若其设备容量小于三相设对于平衡不了的单相用电设备，若其设备容量小于三相设备容量的备容量的15%15%，可直接当作三相设备；，可直接当作三相设备；n n不满足这个条件的，则将单相容量折算成等效的三相设备不满足这个条件的，则将单相容量折算成等效的三相设备容量。容量。第第三三章章 供供配配电电系系统统 单相负荷接于相电压时的三相等效负荷单相负荷接于相电压时的三相等效负荷单相负荷接于相电压时的三相等效负荷单相负荷接于相电压时的三相等效负荷 负荷计算的目的是选择合适的供配电系统电器设备和线负荷计算的目的是选择合适的供配电系统电器设备和线路，为保证系统参数三相平衡，系统电气设备必须做到三路，为保证系统参数三相平衡，系统电气设备必须做到三相一致。只有单相负荷时，等效三相负荷可取最大一相负相一致。只有单相负荷时，等效三相负荷可取最大一相负荷的荷的3 3倍计算。倍计算。 等效的三相负荷为：等效的三相负荷为： 第第三三章章 供供配配电电系系统统 单相负荷接于线电压时的三相等效负荷单相负荷接于线电压时的三相等效负荷单相负荷接于线电压时的三相等效负荷单相负荷接于线电压时的三相等效负荷 计算三相等效负荷的方法是：先将接于线电压的计算三相等效负荷的方法是：先将接于线电压的单相负荷等效为接于相电压的单相负荷，再用求接于相电单相负荷等效为接于相电压的单相负荷，再用求接于相电压的单相负荷的等效办法计算等效三相负荷。压的单相负荷的等效办法计算等效三相负荷。 设有线间负荷设有线间负荷 、 、 ，其功率因数分别为，其功率因数分别为 、 、 ，等效后的相间负荷为，等效后的相间负荷为 、 、 。 图图3-13-1所示所示, ,以求取分解后的以求取分解后的L1L1相的等效有功功率相的等效有功功率 为例。为例。 图图3-13-1线间负荷分解成相负荷线间负荷分解成相负荷 第第三三章章 供供配配电电系系统统 首先考虑只有首先考虑只有 的情况，的情况， 分解在分解在L1L1相上的相上的等效负荷为：等效负荷为： 同理，同理， 分解在分解在L1L1相上的等效负荷为：相上的等效负荷为： 所以，所以，L1L1相上的总等效负荷为：相上的总等效负荷为： 第第三三章章 供供配配电电系系统统 用同样方法可以求取分解后的用同样方法可以求取分解后的L2L2、L3L3相的等效负相的等效负荷荷P P2 2、P P3 3： 将上述推导式中的余弦函数以相应的正弦函数代替，则得将上述推导式中的余弦函数以相应的正弦函数代替，则得到分解后的无功功率为：到分解后的无功功率为： 式中式中 、 仅与功率因数角有关的参数仅与功率因数角有关的参数。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 于是取于是取 、 、 中中 最大者作为计算依据，若最大者作为计算依据，若 所所对应的计算负荷为对应的计算负荷为 （ ），则等效三相负），则等效三相负荷为：荷为： 一般情况下，只有线间负荷时，为了简化计算，如果线间一般情况下，只有线间负荷时，为了简化计算，如果线间负荷为单台时等效三相负荷取线间负荷的负荷为单台时等效三相负荷取线间负荷的 倍。倍。 假假设设线线间间负负荷荷为为三三相相负负荷荷 ，且且三三相相电电压压平平衡衡，按发热等效原理，如图按发热等效原理，如图3-2 3-2 所示，可推导出等效三相负荷：所示，可推导出等效三相负荷：第第三三章章 供供配配电电系系统统 图图3-2 3-2 按发热等效原理将线间负荷分解成相间负荷按发热等效原理将线间负荷分解成相间负荷 第第三三章章 供供配配电电系系统统 因此，多台时取最大线间负荷的因此，多台时取最大线间负荷的 倍加上次大的倍加上次大的线间负荷的（线间负荷的（3- 3- ）倍。）倍。 既有线间负荷又有相负荷既有线间负荷又有相负荷 应先将线间负荷换算成相负荷，然后各相负荷分别相应先将线间负荷换算成相负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷乘加，选取最大相负荷乘3 3作为等效三相负荷。作为等效三相负荷。 小结：小结： 只只只只有有有有单单单单相相相相负负负负荷荷荷荷时时时时，等等等等效效效效三三三三相相相相负负负负荷荷荷荷可可可可取取取取最最最最大大大大一一一一相相相相负负负负荷荷荷荷的的的的3 3 3 3倍计算。倍计算。倍计算。倍计算。 只只只只有有有有线线线线间间间间负负负负荷荷荷荷时时时时，等等等等效效效效三三三三相相相相负负负负荷荷荷荷为为为为：单单单单台台台台时时时时取取取取线线线线间间间间负负负负荷荷荷荷的的的的 倍倍倍倍；多多多多台台台台时时时时取取取取最最最最大大大大线线线线间间间间负负负负荷荷荷荷的的的的 倍倍倍倍加加加加上上上上次次次次大大大大的的的的线线线线间负荷的（间负荷的（间负荷的（间负荷的（3- 3- 3- 3- ）倍。）倍。）倍。）倍。 既既既既有有有有线线线线间间间间负负负负荷荷荷荷又又又又有有有有相相相相负负负负荷荷荷荷时时时时，应应应应先先先先将将将将线线线线间间间间负负负负荷荷荷荷换换换换算算算算成成成成相相相相负负负负荷荷荷荷，然然然然后后后后各各各各相相相相负负负负荷荷荷荷分分分分别别别别相相相相加加加加，选选选选取取取取最最最最大大大大相相相相负负负负荷荷荷荷乘乘乘乘3 3 3 3作作作作为为为为等等等等效三相负荷。效三相负荷。效三相负荷。效三相负荷。第第三三章章 供供配配电电系系统统 g.g.尖峰电流的计算尖峰电流的计算 单台或一组用电设备持续单台或一组用电设备持续1-2s1-2s的最大负荷电流的最大负荷电流称为尖峰电流。称为尖峰电流。尖峰负荷对应的尖峰电流尖峰负荷对应的尖峰电流 ： 作作用用：计计算算变变电电所所低低压压母母线线及及线线路路的的电电压压波波动动，选选择择自自动动开开关关、熔熔断断器器和和保保护护装装置置电电流流整整定定值值的的依依据据，是是检检验电动机能否自启动的主要数据。验电动机能否自启动的主要数据。 尖峰电流，尖峰电流，A； 起动电流起动电流最大的一台设备的起动电流最大的一台设备的起动电流，A； 其余用电设备的计算电流，其余用电设备的计算电流，A A。第第三三章章 供供配配电电系系统统 三、三、功率因数计算与无功功率补偿功率因数计算与无功功率补偿 功率因数低对供配电系统的影响功率因数低对供配电系统的影响 建筑供电系统中，大量的变压器、感应电动机及气体放建筑供电系统中，大量的变压器、感应电动机及气体放电灯需要大量的无功功率，造成系统的功率因数较低，产电灯需要大量的无功功率，造成系统的功率因数较低，产生不良影响。生不良影响。 a.使系统增加无功功率发生装置；使系统增加无功功率发生装置； b.在高、低压网络上流过无功引起有功损耗；在高、低压网络上流过无功引起有功损耗； d.d.无功电流流过线路，造成电压降落，影响供电质量；无功电流流过线路，造成电压降落，影响供电质量； e.e.功率因数过低，使收费标准提高，增加建筑物的功率因数过低，使收费标准提高，增加建筑物的运行费用。运行费用。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 “ “全国供电规则全国供电规则”要求要求“高压供电的用户和高压供高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的用户，功率因数电装有带负荷调整电压装置的用户，功率因数0.90.9以以上上”。 民用建筑各地供电部门规定，低压功率因数补偿到民用建筑各地供电部门规定，低压功率因数补偿到0.950.95，高压功率因数有的地方要求，高压功率因数有的地方要求0.90.9，也有的地方要求，也有的地方要求0.950.95，凡是达不到者，按规定罚款。凡是达不到者，按规定罚款。 采用无功补偿提高系统的功率因数，不仅可以节能减采用无功补偿提高系统的功率因数，不仅可以节能减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统的裕量。因少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统的裕量。因此，建筑供电系统的无功补偿是必可少的。此，建筑供电系统的无功补偿是必可少的。 提高自然功率因数提高自然功率因数 提高自然功率因数：在工业和民用建筑电气中，不添置提高自然功率因数：在工业和民用建筑电气中，不添置任何补偿设备，采取措施减少供配电系统中设备的无功功率任何补偿设备，采取措施减少供配电系统中设备的无功功率的需要量。的需要量。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法 在工业与民用建筑中在工业与民用建筑中需要无功功率的设备主要是电动机、变压器和气体放需要无功功率的设备主要是电动机、变压器和气体放电灯等，全部无功功率中感应电动机要占到电灯等，全部无功功率中感应电动机要占到60%60%以上。感应以上。感应电动机类电气设备的功率因数一般在电动机类电气设备的功率因数一般在0.80.8以上，但是当它们以上，但是当它们在轻载运行时功率因数和效率都将会大幅度降低，因此，在轻载运行时功率因数和效率都将会大幅度降低，因此，要采取措施改善自然功率因数。要采取措施改善自然功率因数。 合合理理选选择择电电动动机机 在在满满足足使使用用条条件件要要求求的的情情况况下下，选选用用同同步步电电动动机机或或选选用用带带空空载载切切除除的的间间歇歇工工作作制制设设备备，选选用用效效率率高高和和功功率率因因数数高高的的异异步步电电动动机机。为为避避免免电电动动机机长长期期轻轻载载运运行行，选择的电动机要使其保持较高的负荷率。选择的电动机要使其保持较高的负荷率。在负荷经常变化情况下使用的风机、泵类，要选用变频、在负荷经常变化情况下使用的风机、泵类，要选用变频、内馈调速装置改善功率因数，减少电能损耗。内馈调速装置改善功率因数，减少电能损耗。 合理选择变压器合理选择变压器，避免变压器长期运行在经济负载系数，避免变压器长期运行在经济负载系数 以下而造成的功率因数降低。以下而造成的功率因数降低。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 功率因数的计算功率因数的计算 当采用其它方法提高自然功率因数措施后，仍达不到规定当采用其它方法提高自然功率因数措施后，仍达不到规定要求时，应装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。要求时，应装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。 目前在国内外广泛采用的补偿装置是静止无功补偿装置。目前在国内外广泛采用的补偿装置是静止无功补偿装置。 供配电系统中功率因数有：瞬时功率因数和平均功率因供配电系统中功率因数有：瞬时功率因数和平均功率因数。数。 瞬时功率因数瞬时功率因数 某一时刻，系统中一个特定监测的功率某一时刻，系统中一个特定监测的功率因数值，即因数值，即 p有功功率瞬时值，有功功率瞬时值，kW;kW;u线电压瞬时值，线电压瞬时值，kV;kV; ii线电流瞬时值，线电流瞬时值，A A。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 平均功率因数平均功率因数 系统在平均功率情况下运行时反系统在平均功率情况下运行时反映出来的功率因数值映出来的功率因数值 ，即，即 最大功率最大功率 ：负荷曲线上功率最大一点的功率值；：负荷曲线上功率最大一点的功率值； 平均功率平均功率 ：负荷曲线上日电能耗量与时间（：负荷曲线上日电能耗量与时间（24 ）的比值。）的比值。 有功功率负荷系数有功功率负荷系数 ： 通常通常 无功功率负荷系数无功功率负荷系数 ： 通常通常 第第三三章章 供供配配电电系系统统 求求得得平平均均功功率率因因数数的的途途径径：从从负负荷荷曲曲线线上上的的平平均均负负荷荷得得到到、通通过过计计算算负负荷荷得得到到、通通过过一一段段时时间间内内有有功功和无功电度表的读数进行计算。和无功电度表的读数进行计算。静止无功补偿装置容量静止无功补偿装置容量的计算的计算 静静止止无无功功补补偿偿装装置置根根据据负负荷荷的的情情况况可可以以一一次次性性固固定定接接入入、自自动动分分组组投投入入或或部部分分固固定定接接入入另另一一部部分分分分组组投投入入。当当负负荷荷稳稳定定基基本本不不变变的的情情况况下下，静静止止无无功功补补偿偿装装置置可可以以一一次次性性固固定定接接入入系系统统，全全部部电电容容器器一一直直运运行行；当当负负荷荷经经常常变变动动时时，可可以以根根据据系系统统无无功功需需求求量量的的大大小小自自动动分分组组投投切切电电器器；或或者者先先补补偿偿基基本本的的无无功功缺缺额额，一一部部分分固固定定接接入入，另另一部分分组投切。一部分分组投切。 固定补偿时补偿容量的计算固定补偿时补偿容量的计算 无无功功补补偿偿容容量量的的大大小小决决定定了了装装设设电电容容器器数数量量的的多多少少。电电力力部部门门考考察察用用户户功功率率因因数数使使用用平平均均功功率率因因数数。在在供供配配电电系系统统设设计计时时，设设供供配配电电系系统统的的自自然然平平均均功功率率因因数数为为 ，供供电电部部门门要求的功率因数为要求的功率因数为 ，则，则第第三三章章 供供配配电电系系统统 由由平平均均有有功功功功率率 和和平平均均无无功功功功率率 求求自自然然平平均均功功率率因因数数角角 ，即，即得得 补偿容量的大小可有以下给出：补偿容量的大小可有以下给出： 第第三三章章 供供配配电电系系统统 式中式中 补偿电容器容量，补偿电容器容量， ； 总的有功计算负荷，总的有功计算负荷， ； 补偿前平均有功功率，补偿前平均有功功率， ； 补偿前平均无功功率，补偿前平均无功功率， ； 补偿前功率因数角的正切值；补偿前功率因数角的正切值； 补偿后功率因数角的正切值。补偿后功率因数角的正切值。 无功功率补偿率。无功功率补偿率。 自动补偿时补偿容量的计算自动补偿时补偿容量的计算 以以有有功功计计算算负负荷荷发发生生时时所所需需的的无无功功补补偿偿容容量量作作为为自自动动补补偿偿时时补补偿偿容容量量计计算算的的依依据据。设设供供配配电电系系统统的的自自然然功功率率因因数为数为 ，供电部门要求的功率因数为，供电部门要求的功率因数为 ，则，则第第三三章章 供供配配电电系系统统 由计算的有功功率由计算的有功功率 和无功功率和无功功率 求自然功率求自然功率因数角因数角 ，即，即 得得 如图所示如图所示。 补偿容量的大小可有下式给出：补偿容量的大小可有下式给出： 第第三三章章 供供配配电电系系统统 电容器的选择电容器的选择 电容器容量是呈一定系列分布的，设单台电容器容量为电容器容量是呈一定系列分布的，设单台电容器容量为 ，当当需需补补偿偿的的无无功功功功率率 计计算算出出来来以以后后，就就可可以以算算出出需使用的电容器的只数需使用的电容器的只数 ： 当电容器为三相电容器时，实际的补偿电容器当电容器为三相电容器时，实际的补偿电容器 额定容额定容量之和应不小于系统需补偿的容量。即量之和应不小于系统需补偿的容量。即 当补偿电容器为单相电容时，一方面要保证补偿容量；当补偿电容器为单相电容时，一方面要保证补偿容量；另一方面必须保证电容器的台数为另一方面必须保证电容器的台数为3 3的倍数，以维持三相平的倍数，以维持三相平衡。衡。 在确定无功补偿补偿电容器容量之后，应校验补偿后实在确定无功补偿补偿电容器容量之后，应校验补偿后实际的功率因数，避免由于实际补偿容量和计算的补偿容量不际的功率因数，避免由于实际补偿容量和计算的补偿容量不一致，功率因数补偿过高，负荷变化时，系统在容性功率因一致，功率因数补偿过高，负荷变化时，系统在容性功率因数和感性功率因数下反复转换，引起电压高低波动，进一步数和感性功率因数下反复转换，引起电压高低波动，进一步造系统不稳定。造系统不稳定。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 当投入的电容器的运行电压当投入的电容器的运行电压 低于电容器的标称额定电压低于电容器的标称额定电压 时时，电电容容器器的的实实际际输输出出容容量量 要要小小于于其其额额定定容容量量 ，其实际输出的容量为：，其实际输出的容量为：电容器接线方式的选择电容器接线方式的选择电容器接线方式有三角形接法和星型接法电容器接线方式有三角形接法和星型接法 采用三角型接法时，补偿容量：采用三角型接法时，补偿容量： 采用星型接法时，补偿容量：采用星型接法时，补偿容量： 因此：因此： 并联补偿电容器装置的装设地点并联补偿电容器装置的装设地点 在中、低压供配电系统中，在中、低压供配电系统中，并联补偿电容器装设地点有并联补偿电容器装设地点有就地补偿、低压集中补偿、高压集中补偿三种。就地补偿、低压集中补偿、高压集中补偿三种。 第第三三章章 供供配配电电系系统统 就地补偿就地补偿 补偿装置设在需要补偿的设备旁边，与补偿装置设在需要补偿的设备旁边，与该设备一起投切。这种补偿方式只有在无功功率需该设备一起投切。这种补偿方式只有在无功功率需求量大，运行时间长，需补偿设备距变、配电站较求量大，运行时间长，需补偿设备距变、配电站较远的场合使用。远的场合使用。 低压集中补偿低压集中补偿 将补偿装置集中装设在将补偿装置集中装设在0.4kV0.4kV母线上进行母线上进行补偿。对变压器及以前的设备和线路上的功率因数进行补补偿。对变压器及以前的设备和线路上的功率因数进行补偿。这是目前常用的一种补偿方式。偿。这是目前常用的一种补偿方式。 高压集中补偿高压集中补偿 将补偿装置集中装设在将补偿装置集中装设在6(10) kV6(10) kV母线上进母线上进行补偿。对装设点以后的变压器和低压线路上的功率因数行补偿。对装设点以后的变压器和低压线路上的功率因数没有补偿作用。这种方式在中低压供配电系统中使用较少。没有补偿作用。这种方式在中低压供配电系统中使用较少。 自动无功补偿装置的投切方式自动无功补偿装置的投切方式 自动无功补偿装置的投切是随负荷变化，以某个参量进行自动无功补偿装置的投切是随负荷变化，以某个参量进行分组投切控制：分组投切控制：1.1.接受电端的无功功率控制，用于以节能为接受电端的无功功率控制，用于以节能为目的的无功补偿装置；目的的无功补偿装置；2.2.按装置装设处的母线电压进行控制，按装置装设处的母线电压进行控制，用于以改善电压偏差为主的无功补偿装置；用于以改善电压偏差为主的无功补偿装置；3.3.接受电端的功接受电端的功率因数控制，用于三相负荷平衡。率因数控制，用于三相负荷平衡。 本部分到此结束！本部分到此结束！