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供配电技术教案.ppt

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供配电技术,GO,多媒体课件,主讲:姚明亮 E-MAIL:yaoml_333@163.com,目 录,第一章 电力系统概论 第二章 负荷计算 第三章 短路电流计算 第四章 变配电所及其一次系统 第五章 电气设备的选择 第六章 电力线路 第七章 供配电系统的继电保护 第八章 变电所二次回路和自动装置 第九章 电气安全、防雷和接地 第十章 电气照明 第十一章 供配电系统的运行和管理,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,第一章 电力系统概论,内容: 电力系统和供配电系统的概念、电力系统的额定电压、电力系统中性点的运行方式、电能的质量指标和电力负荷等基本知识。重点: 系统额定电压的确定和中性点的运行方式分析。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,,第一章 电力系统概论§1.1 电力系统和供配电系统概述 §1.2 电力系统的额定电压 §1.3 电力系统的中性点运行方式 §1.4 电能的质量指标 §1.5 电力负荷 小结 思考题和习题,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.1 电力系统和供配电系统概述,电能是一种清洁的二次能源,已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。到2003年底,我国发电机装机容量达38450万千瓦,发电量达19080亿度,居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50~70%,是电力系统的最大电能用户,供配电系统的任务就是用户所需电能的供应和分配,供配电系统是电力系统的重要组成部分。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.1.1 电力系统,电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。1. 发电厂 发电厂将一次能源转换成电能。 根据一次能源的不同,有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂,此外,还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电厂。,图,发电知识,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2. 变电所 变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。 按变电所的性质和任务不同,可分为升压变电所和降压变电所,除与发电机相连的变电所为升压变电所外,其余均为降压变电所。按变电所的地位和作用不同,分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。 3. 电力线路 将发电厂、变电所和电能用户联接起来,完成输送电能和分配电能的任务。 4. 电能用户 电能用户又称电力负荷,所有消耗电能的用电设备或用电单位。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,发电,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,供配电系统是电力系统的电能用户,也是电力系统的重要组成部分。它由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将35kV~110kV的外部供电电源电压降为6~10kV高压配电电压,供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。高压配电所集中接受6~10kV电压,再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。,1.1.2 供配电系统,结构框图,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,配电线路分为6~10kV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压配电线路。高压配电线路将总降变电所与高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备联接起来。低压配电线路将车间变电所的380/220V电压送各低压用电设备。车间变电所或建筑物变电所将6~10kV电压降为380/220V电压,供低压用电设备用。用电设备按用途可分为动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、试验用电设备和照明用电设备等。,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.1.3 供配电的要求和课程任务,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,对供配电的基本要求是: 1.安全 在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。 2.可靠 应满足用电设备对供电可靠性的要求。 3.优质 应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求。 4.经济 供配电应尽量做到投资省,年运行费低,尽可能减少有色金属消耗量和电能损耗,提高电能利用率。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,本课程的主要任务: 讲述供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论,使学生掌握供配电系统的设计和计算方法,管理和运行技能,为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。,1.2 电力系统的额定电压,表,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,电力系统的电压是有等级的,电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、用电设备的额定电压。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压,它是国家根据国民经济发展的需要,电力工业的水平和发展趋势,经全面技术经济分析后确定的。我国规定的三相交流电网和电力设备的额定电压 ,如,表1-1 我国交流电网和电力设备的额定电压,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.2.1 电网(线路)的额定电压 电网(线路)的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。,1.2.2 用电设备的额定电压用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。,用电设备和发电机电压说明,,,1.2.3 发电机的额定电压 发电机的额定电压为线路额定电压的105%,即 UN.G=1.05UN,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1. 变压器一次绕组的额定电压变压器一次绕组接电源,相当于用电设备。 与发电机直接相连的升压变压器的一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同。 连接的线路上的降压变压器的一次绕组的额定电压应与线路的额定电压相同。 2. 变压器二次绕组的额定电压变压器的二次绕组向负荷供电,相当于发电机。二次绕组电压应比线路的额定电压高5%, 而变压器二次绕组额定电压是指空载时电压。但在额定负荷下,变压器的电压降 为5%。 因此,为使正常运行时变压器二次绕组电压较线路的额定电压高5%,当线路较长(如35kV及以上高压线路),变压器二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高10%; 当线路较短(直接向高低压用电设备供电,如10kV及以下线路),二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高5%。如下图所示:,例,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.2.4 变压器的额定电压,例1-1 已知图1-6所示系统中线路的额定电压,试求发电机和变压器的额定电压。,,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,解: 发电机G的额定电压 UN.G =1.05U N.1WL=1.05×6=6.3kV变压器1T的额定电压 UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.1T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T额定电压为6.3/121kV变压器2T的额定电压 UIN.2T = UN.2WL=110kV U2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV 2T的额定电压为110/10.5kV,1.3 电力系统的中性点运行方式,三相交流电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式有三种:中性点不接地系统,中性点经消弧线圈接地系统、中性点直接接地系统和中性点经电阻接地的电力系统。前两种为小接地电流系统,后一种为大接地电流系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求。我国3~63kV系统,一般采用中性点不接地运行方式。当3~10kV系统接地电流大于30A;20~63kV系统接地电流大于10A时,应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统和1kV以下低压系统采用中性点直接接地运行方式。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.3.1 中性点不接地的电力系统,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,系统正常运行时线电压对称,各相对地电压对称,等于各相的相电压,中性点对地电压为零各相对地电容电流也对称,其电容电流的相量和为零。 图1-7 正常运行时的中性点不接地电力系统 a)电路图 b)相量图,系统发生单相接地时,接地相(C相)对地电压为零,非接地相对地电压升高为线电压,即等于相电压的 倍 。从而,接地相电容电流为零,非接地相对地电容电流也增大 倍。 C相接地时,系统的接地电流,(流过接地点的电容电流)应为A、B两相对地电容电流之和。取接地电流的正方向从相线到大地,如图1-8b所示,因此在数值上,由于IE= IC.A ,而IC.A=UA'/XC= UA/XC = I CO 因此IE=3 I CO 即单相接地的接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。当每相对地电容不能确切知道时,接地电容可用下式近似计算 式中,U N为系统的额定电压(kV);loh为有电的联系的架空线路总长度(km);L Cab为有电的联系的电缆线路总长度(km)。,,,图,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,从图1-8b可以看出,中性点不接地电力系统发生单相接地时,虽然各相对地电压发生变化,但各相间电压(线电压)仍然对称平衡,因此,三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地,造成两相短路,所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时。,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.3.2中性点经消弧线圈接地电力系统,当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时,为了避免产生断续电弧,引起过电压和造成短路,减小接地电弧电流使电弧容易熄灭,中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。 当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时,流过接地点的电流是接地电容电流和流过消弧线圈的电感电流之相量和。由于超前90°,滞后90°,两电流相抵后使流过接地点的电流减小。消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式 : (1)全补偿IL=IC (2)欠补偿IL<IC (3)过补偿IL>IC 实际上都采用过补偿,以防止由全补偿引起的电流谐振,损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.3.3中性点直接接地的电力系统,中性点直接接地系统发生单相接地时,通过接地中性点形成单相短路,产生很大的短路电流,继电保护动作切除故障线路,使系统的其它部分恢复正常运行。由于中性点直接接地,发生单相接地时,中性点对地电压仍为零,非接地相对地电压也不发生变化。 图1-10是发生单相接地时的中性点直接接地电力系统。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.3.4中性点经电阻接地的电力系统,,,中性点经电阻接地,按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。1. 中性点经高电阻接地高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的,电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压,对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。2. 中性点经低电阻接地城市6~35kV配电网络主要由电缆线路构成,其单相接地故障电流较大,可达100~1000A,若采用中性点经消弧线圈接地方式无法完全消除接地故障点的电弧和抑制谐振过电压,可采用中性点经低电阻接地方式。该方式具有切除单相接地故障快,过电压水平低的优点。中性点经低电阻接地方式适用于以电缆线路为主,不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市电网,发电厂厂用电系统及企业配电系统。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.4电能的质量指标,1.4.1电压电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变和电压波 形来衡量。 1.4.2频率频率的质量是以频率偏差来衡量 1.4.3 供电可靠性供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,电能的质量是指电压质量、频率质量和供电可靠性三项指标。,1. 电压偏差,电压偏差是电压偏离额定电压的幅度,一般以百分数表示,即式中,ΔU%为电压偏差百分数;U为实际电;UN为额定电压。我国规定了供电电压允许偏差,见表1-2,要求供电电压的电 压偏差不超过允许偏差 。 表1-2 供电电压允许偏差,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2. 电压波动和闪变,电压波动是指电压的急剧变化。电压变化的速率大于每秒1%的即为电压急剧变化。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示,即式中,δU为电压波动;δU%为电压波动百分数;UMAX、UMIN为电压波动的最大值和最小值(kV);UN为额定电压(kV)。电压波动的允许值见表1-3。周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象,称为闪变。通常用电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz正弦电压波动值的1min平均值——等效闪变值δU10来表示,其允许值见表1-4。,,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,表1-3 电压波动允许值(GB/T 12326-2000),表1-4 δU10允许值(GB/T 12326-2000),返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,3. 电压波形,波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。在理想情况下,电压波形为正弦波,但电力系统中有大量非线性负荷,使电压波形发生畸变,除基波外,还有各项谐波。表1-5是我国规定的公用电网电压波形畸变率。,表1-5 公用电网谐波电压限值(相电压),,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,我国采用的额定频率为50HZ。在正常情况下,频率的允许偏差,根据电网的装机容量而定;事故情况下,频率允许偏差更大。频率的允许偏差见表1-6。,表1-6 电力系统频率的允许偏差,返回,4. 频率质量指标,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,,供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。它常用供电可靠率Kre1表示,即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示式中,Ty为统计期实际供电时间之和(h);Ts为统计期全部时间(h);Tt为统计期内停电时间之和(h);ti为统计期内每次停电时间(h)。停电时间应包括:事故停电、计划检修停电及临时性停电时间。,,返回,5. 供电可靠性指标,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,用户有各种用电设备,它们的工作特征和重要性各不相同,对供电的可靠性和供电的质量要求也不同。因此,应对用电设备或负荷分类,以满足负荷对供电可靠性的要求,保证供电质量,降低供电成本。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.5 电力负荷,,我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度划分为三级。 1.一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者;中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者;中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷。一级负荷应由两个独立电源供电。所谓独立电源,就是当一个电源发生故障时,另一个电源应不致同时受到损坏。在一级负荷中的特别重要负荷,除上述二个独立电源外,还必须增设应急电源。,1.5.1 按对供电可靠性要求的负荷分类,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者,中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷者;中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱者。二级负荷应由两回线路供电,供电变压器亦应有两台。做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时,不致中断供电或中断后能迅速恢复。3.三级负荷三级负荷为不属于一级和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业,停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备,以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。三级负荷对供电电源没有特殊要求,一般由单回电力线路供电。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1.5.2 按工作制的负荷分类,1. 连续工作制负荷连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备,其特点是负荷比较稳定,连续工作发热使其达到热平衡状态,其温度达到稳定温度,用电设备大都属于这类设备。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。2. 短时工作制负荷短时工作制负荷是指工作时间短、停歇时间长的用电设备。其运行特点为工作时其温度达不到稳定温度,停歇时其温度降到环境温度,此负荷在用电设备中所占比例很小。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,3. 反复短时工作制负荷反复短时工作制负荷是指时而工作、时而停歇、反复运行的设备,其运行特点为工作时温度达不到稳定温度,停歇时也达不到环境温度。如起重机、电梯、电焊机等。反复短时工作制负荷可用负荷持续率(或暂载率)ε来表示。(1-9)式中,tw为工作时间,to为停歇时间,T为工作周期。,小结,本章介绍了电力系统和供配电系统的概念, 讲述了电能的质量指标和电力负荷, 重点讨论了电力系统中各种电力设备的额定电压,电力系统中 性点的运行方式。 习题:,1. 电力系统是指由——、——、——和——组成的整体。 2. 工厂供配电系统由——、——、——、——和——组成。 3. 电力系统中性点的运行方式有——、——和——三种。 4. 电能质量指标有——、——两项。 5. 电力负荷按工作制分为:——、——和——三类。,,返回,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,第二章 负荷计算,内容: 负荷曲线,负荷的设备容量,负荷的计算方法,功率因数和无功功率补偿。难点: 掌握负荷设备容量的计算,需要系数法负荷的计算方法,掌握功率因数的计算和无功功率补偿计算。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,第二章 负荷计算,§2.1 负荷曲线 §2.2 用电设备的设备容量 §2.3 负荷计算的方法 §2.4 功率损耗和电能损耗 §2.5 用户负荷计算尖峰电流的计算 §2.6 功率因数和无功功率补偿 小结 思考题和习题,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.1 负荷曲线,⊙ 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形,反映了用户用电的特点和规律。 ⊙ 负荷曲线绘制在直角坐标上,纵坐标表示负荷,横坐标表示对应的时间。 ⊙ 负荷曲线按负荷功率的功率性质不同,分有功负荷曲线和无功负荷曲线;按时间单位的不同,分日负荷曲线和年负荷曲线;按负荷对象不同,分用户、车间或某类设备负荷曲线。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.2.1 日负荷曲线,1. 绘制的方法 (1)以某个监测点为参考点,在24h中各个时刻记录有功功率表的读数,逐点绘制而成折线形状,称折线形负荷曲线,见图2.1a。 (2)通过接在供电线路上的电度表,每隔一定的时间间隔(一般为半小时)将其读数记录下来,求出0.5h的平均功率,再依次将这些点画在坐标上,把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线,如图2.1b 。 2. 特点 (1)电力负荷是变化的,不等于额定功率。 (2)电力负荷的变化是有规律的。,图,图,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,图2.1(a)折线形负荷曲线,图2.1(b)阶梯形负荷曲线,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.1.2 年持续负荷曲线,﹡年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。 ﹡年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。 ﹡年持续负荷曲线的绘制,要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。绘制方法如图2.2所示。图2.2是南方某厂的年负荷曲线,图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为 T1=200t1+165t2 ,其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。一般在北方,近似认为冬季200天,夏季165天;在南方,近似认为冬季165天,夏季200天。,,,图,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,图2.2年持续负荷时间曲线的绘制,(a)夏季日负荷曲线,(b)冬季日负荷曲线,(c)年持续负荷时间曲线,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.1.3 负荷曲线的有关物理量,1. 年最大负荷和年最大负荷利用小时 (1)年最大负荷Pmax年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内30分钟平 均功率的最大值。 (2)年最大负荷利用小时Tmax如图2.3所示,阴影为全年实际消耗电能,如果以Wa 表示全年实际消耗的电能,则有,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,,2. 平均负荷和负荷系数 (1)平均负荷Pav 平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。年平均负荷Pav,如图2-4所示,阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa,则 (2)负荷系数 KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值,有有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL,即有时也用α表示有功负荷系数,用β表示无功负荷系数。一般工厂 α=0.7~0.75,β=0.76~0.82,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,图2.3年最大负荷和年最大负荷利用小时 年平均负荷,,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.2 用电设备的设备容量,2.2.1 设备容量的定义 设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量,用Pe来表示。 2.2.2 设备容量的确定 1. 长期工作制和短期工作制的用电设备长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率,即 Pe=PN,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2. 反复短时工作制的用电设备,反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。 (1)电焊机和电焊装置组要求统一换算到ε=100%时的功率,即式中,PN为电焊机额定有功功率;SN为额定视在功率;εN为额定负荷持续率;cosφN为额定功率因数。 (2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到ε=25%时的功率,即式中,PN为额定有功功率;εN为额定负荷持续率。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(3)电炉变压器组设备容量是指额定功率下的有功功率,即: Pe=SN*cosφN 式中,SN是电炉变压器的额定容量;cosφN是电炉变压器的额定功率因数。 (4)照明设备① 不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率,即 Pe= PN② 用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯: Pe=1.2PN高压水银灯、金属卤化物灯: Pe= 1.1 PN ③ 照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算 Pe=WS /1000,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.3 负荷计算的方法,计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时,导体的最高 温升正好和通过实际的变动的负荷时其产生的最高温升 相等,该等效负荷就称为计算负荷。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.3.1 计算负荷的估算法,(1) 单位产品耗电量法有功计算负荷为式中,Wa为全年电能,Wa=a·m,m为年产量,a为单位产品的耗电 量; Tmax为年最大负荷利用小时数。 (2) 单位面积负荷密度法若已知车间生产面积S(㎡)和负荷密度指标ρ(kw/㎡)时,车间平均负荷为 Pav=ρ*S 车间计算负荷为,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.3.2 需要系数法,所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量,两者之间存在一个比值关系,因此引进需要系数的概念,即 式中,Kd即为需要系数;PC为计算负荷;Pe为设备容量。 需要系数可表达为式中,为用电设备效率;KL为负荷系数;ηwL为线路平均效率;K∑为用电设备组的同时系数。,例2-1,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(1) 单组用电设备的计算负荷式中,Kd为需要系数;Pe为设备容量;tgφ为设备功率因数角的正切值。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,例2-1 已知某机修车间的金属切削机床组,有电压为380V的电动机30台,其总的设备容量为120kw。试求其计算负荷。,解:查表可得 Kd=0.16 ~ 0.2(取0.2计算) ,cosФ=0.15 , tgФ=1.73根据公式得PC= KdPe= 0.2×120 = 24(kW) QC= PCtgФ= 24×1.73 = 41.52 (kvar)Sc= Pc/cosφ = 24/ 0.5 = 48 (kVA),,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(2) 多组用电设备的计算负荷,式中,n为用电设备组的组数,K∑p、K∑q分别为有功、无功同时系数,Pci、Qci为各用电设备组的计算负荷。,例2-2,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,例2-2 一机修车间的380V线路上,接有金属切削机床电动机20台共50kW,其中较大容量电动机有7.5kW2台,4kW2台,2.2kW8台;另接通风机1.2kW2台;电阻炉1台2kW。试求计算负荷(设同时系数K∑p、K∑q均为0.9)。,解 : (1) 冷加工机床:查附录表1可取Kd1=0.2,cosφ1=0.5,tgφ1=1.73Pc1= Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2) 通风机:Kd2=0.8,cosφ2=0.8,tgφ2=0.75Pc2= Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(3) 电阻炉:因只1台,故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0 (4) 车间计算负荷:,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.3.3 二项式法,(1) 单组用电设备的计算负荷式中,b、c为二项式系数;Pe∑是该组用电设备组的设备总容量;Px为x台最大设备的总容量,当用电设备组的设备总台数n<2x时,则最大容量设备台数取x=n/2,且按“四舍五入”法取整,当只有一台设备时,可认为Pc=Pe;tgφ为设备功率因数角的正切值。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(2) 多组用电设备的计算负荷式中,(bPe∑)i为各用电设备组的平均功率,其中Pe∑是各用电设备组的设备总容量;cPx为每组用电设备组中x台容量较大的设备的附加负(cPx)max为附加负荷最大的一组设备的附加负荷;tgφmax为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,例2-3 试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷,解: 求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx(1) 金属切削机床电动机组查附录表1,取b1=0.14,c1=0.4,x1=5,cosφ1=0.5,tgφ1=1.73,x=5,则(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW(2) 通风机组查附录表1,取b2=0.65,c2=0.25,cosφ2=0.8,tgφ2=0.75,n=2<2x,取x2=n/2=1,则(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(3)电阻炉(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0显然,三组用电设备中,第一组的附加负荷(cPx)1最大,故总计算负荷为Pc=∑(bPe∑)i+(cPx)1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kWQc=∑(bPe∑tgφ)i+(cPx)1tgφ1 =(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08× 1.73=30.72kvar,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2.3.4 单相负荷计算,在用户企业中,除了广泛使用三相用电设备外,还有一些单相设备,如照明、电热、电焊等设备。 单相设备应尽可能地均匀分布在三相上,以使三相负荷保持平衡。单相负荷的计算原则如下:① 三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时,单相设备可按三相负荷平衡计算。② 三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时,应把单相设备容量换算为等效三相设备容量,再算出三相等效计算负荷。,,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,1. 单相设备组的等效三相设备容量(1)单相设备接于相电压时 Pe = 3Pemφ 式中,Pemφ为最大负荷相所接的单相设备容量(2)单相设备接于线电压时的等效三相设备容量① 接于同一线电压时② 接于不同线电压时的三相设备容量。将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量,式中,PAB、PBC、PCA为接于AB、BC、CA相间的有功设备容量;PeA、PeB、PeC为换算为 A、B、C相的有功设备容量; QeA、QeB、QeC为换算为A、B、C相的无功设备容量; pAB-A、qAB-A等为有功和无功换算系数。,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(3)有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时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,然后分别计算各相的设备容量。 2. 单相设备组的等效三相计算负荷第(1)种情况可直接用需要系数法算出等效三相计算负荷,第(2)和第(3)种情况选出最大相有功计算负荷,取其3倍作为等效三相计算负荷,即式中,Pcmφ为最大有功负荷相的有功计算负荷;Qcmφ为最大有功负荷相的无功计算负荷。,,,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,例2-4 某220/380V三相四线制线路上,装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台。电热干燥箱20kW2台接于A相,30kW1台接于B相,10kW3台接于C相;电加热器20kW2台分别接于B相和C相;对焊机14kW(ε=100%)3台接于AB相,20kW(ε=100%)2台接于BC相,46kW(ε=60%)1台接于CA相。试求该线路的计算负荷。,解: 1. 电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷查附录表1得 Kd=0.7,cosφ=1,tgφ=0,因此只要计算有功 计算负荷 A相 PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kWB相 PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kWC相 PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW,下一张,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,2. 对焊机的各相计算负荷查附录表1得 Kd=0.35,cosφ=0.7,tgφ=1.02查表2-4得 cosφ=0.7时pAB.A=pBC.B=pCA.C=0.8pAB.B=pBC.C=pCA.A=0.2qAB.A=qBC.B=qCA.C=0.22qAB.B=qBC.C=qCA.A=0.8先将接于CA相的46kW(ε=60%)换算至ε=100%的设备容量,即(1)各相的设备容量为A相 PeA=pAB-APAB+pCA-APCA=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvarB相 PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvarC相 PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kWQeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC=0.22×35.63+­­0.8×20×2=39.84kvar,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,第八章,第九章,第十章,第十一章,,(2)各相的计算负荷为,A相 PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kWQcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvarB相 PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvarC相 PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kWQcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar 3. 各相总的计算负荷(设同时系数为0.95)A相 PcA=K∑(PcA1+PcA2)=0.95×(28+14.26)=40.15kWQcA= K∑(QcA1+QcA2)=0.95×(0+13.21)=12.55kvarB相 PcB= K∑(PcB1+PcB2)=0.95×(35+14.14)=46.68kW QcB= K∑(QcB1+QcB2)=0.95×(0+14.84)=14.10kvarC相 PcC= K∑(PcC1+PcC2)=0.95×(35+12.78)=45.39kWQcC= K∑(QcC1+QcC2)=0.95×(0+13.94)=13.24kvar,
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