建筑供配电技术培训课程课件

01020304第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 第三章第三章 负荷计算负荷计算主要内容主要内容05第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算建筑供配电技术建筑供配电技术 第第2版版书书名：建筑供配名：建筑供配电电技技术术 第第2版版书书号：号：978-7-111-45580-6作者：戴作者：戴绍绍基基 主主编编出版社：机械工出版社：机械工业业出出版社版社第一节电力负荷和第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念负荷曲线的有关概念 用电设备按工作制分用电设备按工作制分长期连续工作制长期连续工作制 短时工作制短时工作制断续周期工作制断续周期工作制第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念(一一)用电设备按工作制的分类用电设备按工作制的分类电电力力负负荷荷，如如第第一一章章所所述述，既既可可指指用用电电设设备备或或用用电电单单位位(用用户户)，也也可可指指用用电电设设备备或或用用户户所所耗耗用用的的电电功功率率或或电电流流，视视具具体体情情况况而而定定。本本章章中中的的负负荷荷指指电功率（电功率（P、Q、S）和电流（）和电流（I）。）。一、电力负荷的有关概念一、电力负荷的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 应注意：对断续周期工作制的设备来说，其额定容量是对应于一定的负荷应注意：对断续周期工作制的设备来说，其额定容量是对应于一定的负荷持续率的。持续率的。1用电设备的额定容量是指用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。对电动机，额定容量指其轴上正常输出的最大功率。因此其耗用的（即从电网吸取的）功率应为其额定容量除以其效率。对电灯和电炉等，额定容量则是指其在额定电压下耗用的功率，而不是指其输出的功率。（二）用电设备的额定容量、负荷持续率及负荷系数（二）用电设备的额定容量、负荷持续率及负荷系数第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 式中“等效”换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换算。同一设备，在不同的负荷持续率下工作时，其输出功率是不同的。工作周期内的停歇时间。工作周期内的停歇时间。工作周期内的工作时间工作周期内的工作时间工作周期工作周期2负荷持续率又称暂载率或相对工作时间，符号为，用一个工作周期内工作时间t与工作周期T的百分比来表示tT第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 可见负荷系数的大小表征了设备容量利用的程度。第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念（一）负荷曲线的绘制及类型（一）负荷曲线的绘制及类型二、负荷曲线的有关概念二、负荷曲线的有关概念按负荷对象按负荷对象负荷曲线负荷曲线按负荷的按负荷的功率性质功率性质 按负荷按负荷 变动时间变动时间按绘制按绘制 的方式的方式 工厂的 车间的 有功 无功 年 月月 依点连成依点连成 梯形梯形 某台设备某台设备 日日 工作班工作班（图3-1a）（图3-1b）负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 图图3-1 日有功负荷曲线日有功负荷曲线a）依点连成的负荷曲线）依点连成的负荷曲线b）梯形负荷曲线）梯形负荷曲线第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 这种年负荷曲线，主要用来确定经济运行方式。另一种年负荷曲线，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的，又称为年每日最大负荷曲线，如图3-2b所示。这种年负荷曲线全称为年负荷持续时间曲线，如图3-2a所示。年负荷曲线，这种曲线的负荷从大到小依次排列，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。010203第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 图图3-2 年负荷曲线年负荷曲线a）年负荷持续时间曲线）年负荷持续时间曲线b）年每日最大负荷曲线）年每日最大负荷曲线式中一全年实际耗用的电能年最大负荷利用小时是假设电力负荷按年最大负荷持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能恰与电力负荷全年实际耗用的电能相同，如图3-3所示。因此年最大负荷利用小时是一个假想时间，按右侧公式计算：年最大负荷就是全年中有代表性的最大负荷班的最大半小时平均负荷1年最大负荷和年最大负荷利用小时。（二）与负荷曲线有关的物理量（二）与负荷曲线有关的物理量第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 图图3-3 年最大负荷和年最大负利用小时年最大负荷和年最大负利用小时第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 年平均负荷，就是电力负荷全年平均耗用的功率，如图34所示。式中一t时间内耗用的电能。2平均负荷和负荷曲线填充系数平均负荷就是电力负荷在一定时间t内平均耗用的功率，即年最大负荷利用小时是反映电力负荷时间特征的重要参数，它与工厂的生产班制有关。例如一班制工厂，18002500h；两班制工厂，35004500h；三班制工厂，50007000h。附录表18列出部分工厂的年最大负荷利用小时参考值，供参考。第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 图图3-4 年平均负荷年平均负荷第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念第一节电力负荷和负荷曲线的有关概念 供电系统在运行中必须实行负荷调整负荷曲线填充系数表征了负荷曲线不平坦的程度，亦即负荷变动的程度。第二节三相用电设第二节三相用电设备组计算负荷的确定备组计算负荷的确定 第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定一一概概 述述是指通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(34)，因此通常取半小时平均最大负荷P30(亦即年最大负荷)作为计算负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据。负荷计算只能力求接近实际。确定计算负荷的方法有多种，下面主要介绍简便实用的需要系数法。计算负荷计算负荷第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定二二需要系数法的基本公式及其应用需要系数法的基本公式及其应用需要系数因此，按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为（常用单位）P30=（3-8）010203确定无功计算负荷的基本公式为（常用单位）第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定0405确定视在计算负荷的基本公式为（常用单位）确定计算电流的计算公式为（常用单位A）附表9至10列出了建筑用电设备的需要系数及相应的、值，供参考。以上公式适用于计算三相用电设备。式中一用电设备的额定电压（单位为）30303SIUN=第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定例3-1已知某民用建筑拥有额定电压380V的三相水泵电动机151台，113台，7.58台，415台，其他更小容量电动机总容量35。试用需要系数法确定其计算负荷P30、Q30、S30和I30。第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定三三设备容量的确定设备容量的确定式(3-8)中的设备容量不包括备用设备的容量，而且要注意的计算与设备组的工作制有关。长期连续工作制和短时工作制的三相设备容量 这两类三相设备的设备容量，就取所有设备（备用设备不计）的额定容量之和。断续周期工作制的三相设备容量0102(1)电焊机组电焊机组 一般要求设备容量统一换算到一般要求设备容量统一换算到 100%。设备。设备铭牌的容量为铭牌的容量为 ，其负荷持续率为，其负荷持续率为 ，因此由式，因此由式(3-2)可得对应于可得对应于 的设备容量的设备容量第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定即式中、电焊机的铭牌容量，前者为有功容量，后者为视在容量，电焊机大多标的容量为后者；铭牌容量对应的负荷持续率，计算中换算为小数。第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定式中对应的负荷持续率，计算中换算为小数。(2)吊吊车车电电动动机机组组 一一般般要要求求设设备备容容量量统统一一换换算算到到 25%。设设铭铭牌牌的的容容量量为为 ，其其负负荷荷持持续续率率为为 ，因因此此由由式式(3-2)可可得得对对应应于于的的设设备容量备容量 NNNNePPPeee225=第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定03单相用电设备的等效三相设备容量的换算按最大负荷相所接的单相设备容量乘以3来计算其等效三相设备容量为：（1）接于相电压的单相设备容量换算接于相电压的单相设备容量换算由于容量为的单相设备接在线电压上产生的电流I这一电流应与等效三相设备容量产生的电流相等，因此其等效三相设备容量为：（2）接于线电压的单相设备容量换算接于线电压的单相设备容量换算第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定()jcos.UPphe()jcos3UPeI=第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定四四多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定在确定拥有多组用电设备的干线上或变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）。对于干线，可取0.850.95；对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取，由干线负荷直接相加来计算时，可取0.90.95。KK0.90.8K=K第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定总的有功计算负荷（316）总的无功计算负荷（317）总的视在计算负荷（318）总的计算电流（319）第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定例3-2 某建筑物的380V线路上，接有给排水用电的水泵电动机（15以下）30台共205，另 有 通 风 机 25台 共 45，电 焊 机 3台 共 10.5（）。试确定各组的和总的计算负荷。以上式（3-16）和式（3-17）中的和分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。应特别注意：由于各组设备的不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以来计算。序号用电设备名称台数设备容量 计算负荷P30P30Q30Q30S30S30I30I301水泵机302050.80.80.75164123205311.472通风机25450.80.80.7536274568.373电焊机310.5（65%）8.46（100%）0.350.352.682.967.948.4612.85总计202.9157.94取K=0.95192.8150.04244.31371.2表表31例例32的电力负荷计算表的电力负荷计算表 第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二节三相用电设备组计算负荷的确定第三节第三节 单相用电设单相用电设备组计算负荷的确定备组计算负荷的确定 第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 确定计算负荷的目的，主要是为了选择供配电系统中的设备和导线电缆，使设备和导线在最大负荷电流通过时不致过热或烧毁。单相设备接在三相线路中，首先应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。一、概述一、概述第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 图图 3-5 接于各线电压的单相负荷等效变换程序接于各线电压的单相负荷等效变换程序（一）（一）单相设备接于不同线电压时单相设备接于不同线电压时，如图，如图3-5所示。所示。二、单相设备组等效三相负荷的计算二、单相设备组等效三相负荷的计算第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定、接于不同线电压时的等效三相设备容量为：则等效三相计算负荷同样可按需要系数法计算。(3-20)(3-21)第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定(二二)单相设备分别接于线电压和相电压时单相设备分别接于线电压和相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，然后分相计算各相的设备容量，并按需要系数法计算其计算负荷。而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷的3倍，即总的等效三相无功计算负荷为其最大有功负荷相的无功计算负荷的3倍，即mphPP.3030=3第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 关于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问题，可按下列换算公式进行换算：、等接于等的相同负荷换算为接于等的相负荷的有功和无功换算系数，如表3-2所示。、换算为接于、的无功设备容量；、换算为接于、的有功设备容量；式中、接于、的有功设备容量；ABC (3-24)(3-25)(3-26)(3-27)(3-28)(3-29)功率换算系数负荷功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.0、1.27-0.271.051.631.17-0.170.861.441.000.581.160.890.110.380.960.840.160.30.880.80.20.220.80.720.280.090.670.640.36-0.050.530.50.5-0.290.29表表3-2相间负荷换算为相负荷的功率换算系数相间负荷换算为相负荷的功率换算系数 第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 例3-3如图3-6所示220/380V的线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10接于A相，1台30接于B相，一台20接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14(=100%)接于相，1台20(=100%)接于相，1台30(=60%)接于相。试求此线路的计算负荷。图图 3-6 例例 3-6 的电路的电路第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 第四节计算负荷第四节计算负荷的估算的估算 第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 工业与民用建筑的计算负荷是用来按发热条件选择电源进线及有关电气设备的基本依据，也是用来计算功率因数和确定无功功率补偿容量的基本依据。估算计算负荷的方法，有单位面积功率法和单位指标法等。二、单位面积功率法（又称负荷密度法）二、单位面积功率法（又称负荷密度法）将建筑物的建筑面积A乘以建筑物的负荷密度，即得到建筑物的计算负荷一、概一、概 述述 一有功计算负荷，；A 一建筑面积，m2，一负荷密度，2 附录表17为部分旅游宾馆、饭店的变压器容量及负荷密度值，供参考。式中：P30=（3-30）式中P30一有功计算负荷，A一建筑面积，m2一负荷密度，2P30=（3-30）式中P30一有功计算负荷，A一建筑面积，m2一负荷密度，2第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 三、单位指标法三、单位指标法计算公式为:（3-31）按照50293-1999城市电力规划规范规定的用电指标：居住建筑为20602，或1.44户；公共建筑为301202；工业建筑为20802。考虑到今后的发展，现在新设计时，负荷宜适当取大一些。例如南阳市于2015年规定新建单元住宅按68户设计。式中，P30有功计算负荷，；单位指标，例如床、人、户，可参见有关设计手册。第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 四、功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷四、功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷12（一）功率因数（一）功率因数功率因数有以下几种：功率因数有以下几种：瞬时功率因数瞬时功率因数:瞬时功率瞬时功率因数可由装设在总配变电所因数可由装设在总配变电所控制室或值班室的功率因数控制室或值班室的功率因数表直接读出。它只用来了解表直接读出。它只用来了解和分析供电系统运行中无功和分析供电系统运行中无功功率变化的情况，以便考虑功率变化的情况，以便考虑采取适当的补偿措施。采取适当的补偿措施。平均功率因数平均功率因数:平均功率因数平均功率因数是指某一规定时间内（例如一是指某一规定时间内（例如一个月内）功率因数的平均值，个月内）功率因数的平均值，按下式计算：按下式计算：式中，某一时间（例如一个月）内耗用的有功电能，由有功电度表读出;某一时间（例如一个月）内耗用的无功电能，由无功电度表读出。第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 3最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算:（3-33）我国有关规程规定：高压供电的用电单位，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，低压供电的用电单位，最大负荷时的功率因数不得低于0.85。如果达不到上述要求时，则必须进行无功补偿。第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算（二）无功功率补偿（二）无功功率补偿图图 3-7 功率因数的提高与无功功率因数的提高与无功功率和视在功率的变化功率和视在功率的变化一般情况下，由于大量动力负荷(如感应电动机、电焊机、气体放电灯等)都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。图3-7表示在有功功率固定不变条件下功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。当功率因数由当功率因数由cos cos 提高到提高到coscos j j 时，时，无功功率无功功率 和视在功率和视在功率 将分别减小到将分别减小到 和和 (在在 不变条件下不变条件下)，从而使负荷电流相应，从而使负荷电流相应减小。减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损耗降低，并可选用较小容量的电气元件(如电力变压器、开关设备等)和较小截面的载流导体，减少投资和节约有色金属。因此提高功率因数对整个供电系统大有好处。30Q第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 式中，称为无功补偿率，或比补偿容量，单位为。无功补偿率表示要使1的有功功率由提高到所需的无功补偿功率值。附录表19列出了无功补偿率，可利用补偿前后的功率因数直接查出。人工补偿设备最常用的为并联电容器。在确定了总的补偿容量后，就可根据选定的并联电容器的单个容量来确定电容器的个数由上式计算所得的电容器个数n，对于单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。当选用电容器柜补偿时，则可直接根据计计算出的值来选择。（3-35）或30（3-34）要使功率因数提高到，通常需装设人工补偿装置。由图3-7可知无功补偿容量应为：第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算（三）无功补偿后计算负荷的确定（三）无功补偿后计算负荷的确定装设了无功补偿设备后，则在确定补偿装设地点前的总计算负荷时应扣除无功补偿容量。因此补偿后的：总的视在计算负荷为总的计算电流为式中，补偿地点的系统额定电压。（3-36）（3-37）（3-38）总的无功计算负荷为（注意为P30不变的条件下）ABC第四节计算负荷的估算第四节计算负荷的估算 例3-4某建筑物拟建一降压变电所，装设一台S9型10/0.4的低损耗变压器。已求出变电所低压侧有功计算负荷为540，无功计算负荷为730。按规定，变电所高压侧的功率因数不得低于0.9。问此变电所是否需要无功补偿。如采用低压补偿，求所需补偿容量为多少？补偿后变电所高压侧的计算负荷、和又为多少？第五节尖峰电流第五节尖峰电流及其计算及其计算 第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算 一概述尖峰电流是指只持续12s的短时最大负荷电流。在计算电压波动、选择熔断器和低压断路器及整定继电保护装置时，要用到尖峰电流。二单台用电设备尖峰电流的计算单台用电设备尖峰电流的计算单台用电设备（如电动机）的尖峰电流，就是其起动电流，即 （339）式中：第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算 用电设备的起动电流倍数；笼型异步电动机可取为57，绕线转子异步电动机可取为23，电焊变压器可取为3或稍大。IN 用电设备的额定电流；第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算 三多台用电设备尖峰电流的计算多台用电设备尖峰电流的计算引至多台用电设备的线路上的尖峰电流，按下列公式计算：（340）（341）或Ipk=I30+(Ist-IN)max式中 将起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外的其他（1）台设备的额定电流之和；（1）台设备的同时系数，按台数多少选取，一般为0.71.0；全部设备正常运行时线路的计算电流。和+()分别为用电设备中，起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流及起动电流与额定电流之差；1234I30第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算 某分支线路供电给表3-3所示5台电动机，该线路的计算电流为50A。试计算线路的尖峰。例3-5参数电 动 机M1M2M3M4M5额定电流 起动电流 8401536105825461865表表3-3 例例3-5的负荷资料的负荷资料解：由表3-3可知，M3的=5810=48A为最大，因此按式（3-41）可得线路尖峰电流为：50+(58-10)=98A 第五节尖峰电流及其计算第五节尖峰电流及其计算