2 用户供电系统.ppt

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1、江苏科技大学电子信息学院供电技术课件内容提要：内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。第2章 用户供电系统 用户供电系统的基本设计目标是为各电力用户的生产活动和用户供电系统的基本设计目标是为各电力用户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。电气设计人民生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素

2、包括：的基本要素包括：电力负荷及其计算；电力负荷及其计算；供电电压的选择与调整；供电电压的选择与调整；电源（包括备用电源和应急电源）的选择；电源（包括备用电源和应急电源）的选择；配电系统（包括变电所和配电网）的设计；配电系统（包括变电所和配电网）的设计；供电系统的电能节约与电能质量控制；供电系统的电能节约与电能质量控制；江苏科技大学电子信息学院供电技术课件第2章 用户供电系统第一节第一节 电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算第二节第二节 供电电压与电源的选择供电电压与电源的选择第三节第三节 用户变电所用户变电所第四节第四节 变电所的电气主接线变电所的电气主接线第五节第五节 变电所的二次接线变电

3、所的二次接线 第六节第六节 高低压配电网高低压配电网第七节第七节 用户供电系统的电能损耗与节约用户供电系统的电能损耗与节约第八节第八节 供电系统的方案比较供电系统的方案比较江苏科技大学电子信息学院供电技术课件第一节第一节 计算负荷的意义及计算目的计算负荷的意义及计算目的 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件负荷计算：负荷计算：求计算负荷的工作。计算负荷：计算负荷：根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。计算负荷是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。工业企业在运行中的各种用电设备，负荷会时大时小变化，但不应超过其额

4、定容量。且各台用电设备的最大负荷一般不会在同一时间出现，显然全厂的最大负荷总是比全厂各种用电设备额定容量的总和小。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件过去几十年中，我国沿用的电力负荷计算方法，其结果偏大，不少工厂企业投产35年后，在已达到其正常产量的条件下，变压器负载率仍不足50，这就意味着：(1)变压器安装容量被积压50一60；(2)有色金属耗量增加75一100；(3)变压器损耗增加。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件1、设备安装容量、设备安装容量设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制，这时，从供电

5、安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。用电设备的工作制可以分为：连续运行工作制连续运行工作制短时运行工作制短时运行工作制断续周期工作制断续周期工作制江苏科技大学电子信息学院供电技术课件连续运行工作制连续运行工作制短期运行工作制短期运行工作制断续周期工作制断续周期工作制能长期连续运行，每次连续工作时间超过能长期连续运行，每次连续工作时间超过8 8小时，小时，运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时，运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。直接查取其铭牌上的额定容量。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在计算其设备容

6、量时，计算其设备容量时，一般不考虑短时工作制一般不考虑短时工作制的用电设备（容量相对较小时）的用电设备（容量相对较小时）这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件为为表征断表征断续续周期的特点，用整个工作周期里的工作周期的特点，用整个工作周期里的工作时间时间与全周期与全周期时间时间之比，即用之比，即用负负荷持荷持续续率率(FC)表示。表示。tg一工作时间；tx一停歇时间；tg+tx一整个周期时间，不应超过10min。江苏科技大学电子信

7、息学院供电技术课件对于这类用电设备，在参与负荷计算时，从发热的观点来看，需将铭牌功率按照下式换算成FC100时的额定持续功率：对对于于电动电动机：机：对对于于电焊变压电焊变压器器FC：铭牌负荷持续率；PE (SE)：换算前铭牌额定功率(kw)或(视在功率kVA)；PN.M (SN)：换算后的设备安装容量。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件2、用电设备在生产期间的投入运行有很大的随机性，但各种类型的工厂都有其本身的生产规律。所以，从整体来看，用电也必然存在一定的规律性。这就有可能利用已经投运工厂的设备安装容量和实际用电情况的大量资料进行统计、分析，求出相关系数相关系数，以便在设计相同类型工厂时

8、参考利用。（）按工作制分类、换算功率；（）按用电设备工作特性分组。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件3、负荷与负荷曲线、负荷与负荷曲线电力负荷电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间而变化的。电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线负荷曲线。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件负荷曲线负荷曲线电力负荷的变化规律电力负荷的变化规律记录电力负荷变化的时间间隔记录电力负荷变化的时间间隔（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（同一变化规律的负

9、荷，记录负荷变化的间（同一变化规律的负荷，记录负荷变化的间隔不同，得到的曲线亦不同）隔不同，得到的曲线亦不同）江苏科技大学电子信息学院供电技术课件根据负荷曲线绘制的时间长度分类：根据负荷曲线绘制的时间长度分类：工作班负荷曲线：8小时工作班内的负荷曲线；日负荷曲线：表示在一天中一定时间间隔t内的平 均负荷随时间的变化情况；周负荷曲线;月负荷曲线;年负荷曲线：表示全年负荷变动与负荷持续时间关系 的曲线，是由不同季节典型日负荷曲线推算而来的。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件a)a)日有功负荷曲线日有功负荷曲线 b)b)年有功负荷曲线年有功负荷曲线图图2-1 2-1 日负荷曲线与年负荷曲线日负荷曲

10、线与年负荷曲线江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件P30：对于某一种类型的用电设备组，以30min为时间间隔，在其最大负荷工作班测定的负荷曲线，称为该用电设备组的典型负荷曲线，其最大值定义为P30。Pc：计算负荷。Pm、Pmax：以30min为时间间隔求出的最大平均负荷。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件4、平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷、平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷 (1)平均负荷Pav：指电力负荷在一段时间内的平均值：(2)最大负荷Pmax：是指一年中典型日负荷曲

11、线中的最 大负荷，记作Pmax或P30。(3)有效负荷Pe：指由典型工作班负荷曲线（工作班时 间为T）按下式计算所得的有效值：江苏科技大学电子信息学院供电技术课件(4)计算负荷计算负荷Pc：是为方便工程设计而假想的一个等效负荷。（系是为方便工程设计而假想的一个等效负荷。（系统实际运行中该负荷是不存在的）。统实际运行中该负荷是不存在的）。电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，因为：备额定功率之和，因为：并非所有的用电设备都同时投入运行；并非所有的用电设备都同时投入运行；并非所有的用电设备都能工作在额定状态；并非所有的用电设备都能工作在

12、额定状态；并非所有的用电设备的功率因数都相同；并非所有的用电设备的功率因数都相同；用电设备的效率不完全相同；用电设备的效率不完全相同；配电设备亦有功率损耗等。配电设备亦有功率损耗等。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件 在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定一个一个最大的、恒定不变的等效负荷最大的、恒定不变的等效负荷来代替实际变化的来代替实际变化的真实负荷真实负荷，作为工程设计的依据。该最大的、恒定不，作为工程设计的依据。该最大的、恒定不变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称为计算负荷。为计算负

13、荷。实际负荷实际负荷：真实存在、随机变化的；：真实存在、随机变化的；计算负荷计算负荷：假想最大的、恒定不变的等效负荷；：假想最大的、恒定不变的等效负荷；江苏科技大学电子信息学院供电技术课件 假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作用下，其温升不超过配电设备在规定使用年限内所允用下，其温升不超过配电设备在规定使用年限内所允许的最高温升。许的最高温升。即：用电设备在实际运行中对配电设即：用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生备所

14、产生的最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生的热效应相同。的热效应相同。计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等配电设备参数选择的依据。配电设备参数选择的依据。从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户典型日负荷曲线中的典型日负荷曲线中的30min最大平均负荷最大平均负荷P30。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件第二节第二节 确定计算负荷的系数确定计算负荷的系数 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件一、需要系数一、需要系数Kd 定义为用电设备组的最大负荷与该设备组的总安装容量之比。Pc：负荷曲线最大有功负荷；

15、PN：设备总额定容量。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件二、利用系数二、利用系数Kx定义为用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷与该设备组的总安装容量之比。Pav：用电设备组在最大负荷工作班消耗的平均功率；PN：该用电设备组的总额定容量。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件Wi：t时间内的电能消耗量，即t时间内负荷曲线限定的面积，WiPit。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件三、形状系数三、形状系数Kz定义为有效负荷与平均负荷之比。形状系数与负荷的平稳程度有关。Pe负荷的有效值 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件1)形状系数值与单位时间t内用电设备

16、的耗电量有关，与最大负荷值出现的时间无关。2)形状系数的最小值为1，这时负荷曲线为一与横坐标平行的直线。3)负荷愈不平稳，Kz值愈大。当负荷曲线无间断时，1Kz1.5。一般情况Kz值在105125之间。计算Pe值时取Kz1.15。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件四、附加系数四、附加系数Kf Pm负荷曲线上出现的，以t作为时间间隔的最大平均负荷，当t30min时,PmP30。附加系数附加系数Kf的含义的含义是考虑了总容量相同，用电设备组相同，但其组成容量不同(台数不相同)Pm超过Pav的倍数。因此附加系数与设备台数和利用系数有关。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件最大负荷工作班平均负荷Pa

17、v、附加负荷Pf、最大平均负荷Pm之间的关系。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件为了进行分析比较，从导体发热的角度出发，不同容量的用电设备需归算为同一容量的用电设备，于是可得到其等效台数neq为：Pi用电设备组中每台用电设备的额定功率。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件图2-4为t 为30min的Kff(n，Kx）曲线，横坐标为neq。根据不同类型用电设备组Kx可以查出Kf。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件例例 两组用电设备均为一般工作制小批量生产金属切削机床，总额定功率为180kW。第一组单台额定功率相等，每台为4.5kW；第二组为30kW4，20

18、kW1，10kW2，5kW4。试求Pm。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件解：解：对于一般工作制小批量生产金属切割机床，Kx0.100.12(附录表)，取Kx0.12；于是：Pav=KxPN=0.12X180kW=21.6kW对于第一组对于第一组：neqn1804.540台。根据Kx 查图24曲线，Kf1.4，Pm1421.6kW30.24kW对于第二组：对于第二组：取neq8台，查曲线Kf2.6，Pm2.621.6kW56.16kW 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件五、年最大负荷利用小时数五、年最大负荷利用小时数Tmax Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行

19、Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。图图2-2 2-2 年负荷曲线和年最大负荷年负荷曲线和年最大负荷 利用小时数利用小时数 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件六、负荷系数六、负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。负荷越平稳，则负荷系数越大。负荷的平稳程度。负荷越平稳，则负荷系数越大。教材给出了工业企业和智能建筑的负荷系数供参考。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件第三节第三节 求计算负荷的方法求计算负荷的方法 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件一、计算负荷的估算法一、计算负荷的估算法1、

20、单位产品耗电量法若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量和该类工厂的年最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件2.负荷密度已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可按下式求得：江苏科技大学电子信息学院供电技术课件二、求计算负荷的方法二、求计算负荷的方法负荷计算：负荷计算：根据工艺和建筑设计等部门提供的用电设备及其安装容量确定计算负荷的工作。负荷计算的理论依据：负荷计算的理论依据：相似性原理，即性质相同、功能相近的用电设备组、生

21、产车间或电力用户，其负荷曲线应相似，其负荷曲线的特征参数值（负荷系数、利用系数、需要系数、最大有功负荷利用时数等）应相近。负荷计算方法：负荷计算方法：需要系数法、形状系数法、附加系数法、二项式法。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件()单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。P PN N用电设备的安装容量用电设备的安装容量(kWkW)；tantan 用电设备铭牌功率因数角的正切值；用电设备铭牌功率因数角的正切值；U UN N设备的额定电压设备的额定电压(kVkV)；P Pc c有功计算负荷有功计算负荷(kWkW)；Q

22、 Qc c无功计算负荷无功计算负荷(kvarkvar)；S Sc c视在计算负荷视在计算负荷(kVAkVA)；I Ic c计算电流计算电流(A A)。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件对于单台电动机：对于某些设备，考虑到设备的运行效率对于某些设备，考虑到设备的运行效率 NPNM：电机额定功率(kw)；N：电机额定负荷下的效率。对于单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等，设备额定容量就作为计算负荷。对单台反复短时工作制的设备，其设备容量作为计算负荷。不过对于吊车、电焊机，如果FC100，则应相应地换算为100时的设备容量。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件(二二)用电设备组的负荷计算用电设备

23、组的负荷计算1需要系数法需要系数法 适用于用电设备台数较多、设备容量差别不大的场合。计算原则：计算原则：从负荷末端逐级推向电源端计算。需要系数法计算简单、适用面广、需要系数数据齐全等特点，在用户供电系统设计中应用广泛，尤其适用于变（配）电所的负荷计算。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件用需要系数法求计算负荷的具体步具体步骤骤如下：1)在计算范围内（变电所）将用电设备分组，求各设备组额定容量PNi;2)查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。则PciKdi PNiQciPci taniPc=Pci Qc=Qci 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件3)用需要系数法求车间或全厂计算负荷车

24、间或全厂计算负荷时，应从负荷端逐级算向电源端，而且需要在各级配电点乘以同期系数K。求变电所低压母线上的计算负荷求变电所低压母线上的计算负荷（在配电点应乘以同期系数，其值参考（在配电点应乘以同期系数，其值参考P P1414表表2 24 4）S Sc2 2是选择是选择低压变电所变压器低压变电所变压器T T2容量的依据。容量的依据。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件 在初步设计时，变压器的功耗可按下式近似估算在初步设计时，变压器的功耗可按下式近似估算:低压变电所高压侧的计算负荷等于低压母线上的低压变电所高压侧的计算负荷等于低压母线上的计算负荷与变压器计算负荷与变压器T2功率损耗之和。功率损耗之和。

25、江苏科技大学电子信息学院供电技术课件总降变电所低压母线上的计算负荷总降变电所低压母线上的计算负荷 （通常可忽略高压配电线路上的功率损耗）（通常可忽略高压配电线路上的功率损耗）S Sc c1 1是选择总降变电所主变压器是选择总降变电所主变压器T T1 1容量的依据容量的依据江苏科技大学电子信息学院供电技术课件总降变电所高压侧（用户供电系统进线端）计算负荷总降变电所高压侧（用户供电系统进线端）计算负荷总降变电所高压侧（用户供电系统进线端）计算负荷是总降变电所高压侧（用户供电系统进线端）计算负荷是选择进线导线和向电力部们申请用电的依据。选择进线导线和向电力部们申请用电的依据。江苏科技大学电子信息学院

26、供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件a ab bc cd dP Pcici,Q,QciciKa Kb 车间车间变电所变电所总降总降变电所变电所江苏科技大学电子信息学院供电技术课件 2、形状系数法、形状系数法 (1)(1)将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量；将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量；(2)(2)查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：计算平均负荷：(3)(3)根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数K Kz z的值（一的值（一 般情况下可取般情况下可取K Kz

27、z=1.15=1.15），），按下式按下式估计计算负荷：估计计算负荷：江苏科技大学电子信息学院供电技术课件3附加系数法附加系数法1)1)相同于形状系数法相同于形状系数法1)1)、2)2)。（分组，求。（分组，求P Pavav）2)2)求出上述用电设备组的加权利用系数求出上述用电设备组的加权利用系数 。3)3)求出上述用电设备组的等效台数求出上述用电设备组的等效台数n neqeq。4)4)查曲线查曲线K Kf ff f（K Kx x，n neqeq）。）。5)5)利用利用P Pc c=P=PM M=K Kf fP Pavav，Q Qc c=Q=QM M=K Kf fQ Qavav。求出计算负荷的

28、有功。求出计算负荷的有功功率及相应的计算负荷的无功功率。功率及相应的计算负荷的无功功率。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件(三三)单相用电设备计算负荷的确定单相用电设备计算负荷的确定 单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下：单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下：(1)(1)单相设备接于相电压时，可将三相线路中单相用电单相设备接于相电压时，可将三相线路中单相用电设备容量最大一相的负荷乘以设备容量最大一相的负荷乘以3 3作为三相等效设备容量。作为三相等效设备容量。Pneq=3Pnmax Pneq：三相等效设备容量：三相等效设备容量(kW)，Pnmax：最大负荷相的单相设备容量：最大

29、负荷相的单相设备容量(kW)。(2)(2)单相设备接于线电压时，可参考单相设备接于线电压时，可参考P P1515式式（2-202-20）及表及表2 25 5进行计算。进行计算。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件求计算负荷的方法小结求计算负荷的方法小结、需要系数法、需要系数法、形状系数法、形状系数法、附加系数法、附加系数法、单相负荷换算为三相等效负荷、单相负荷换算为三相等效负荷 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件第四节第四节 工厂供电系统功率因数的确定工厂供电系统功率因数的确定 江苏科技大学电子信息学院供电技术课件功率因数反映了用电负荷的性质。功率因数反映了用电负荷的性质。1时，用电负荷为纯

30、阻性负荷，仅吸收有功功率；Z ZF F F F选用方案选用方案若若Z Z Z ZF F F F则确定抵偿年限则确定抵偿年限T:江苏科技大学电子信息学院供电技术课件 抵偿年限（回收期）反映了用年运行费用的减少抵偿年限（回收期）反映了用年运行费用的减少量去补偿初投资费用的增加量所需的年限。计算出的量去补偿初投资费用的增加量所需的年限。计算出的回收期回收期 T 应与国家对该部门基本建设规定的标准回收应与国家对该部门基本建设规定的标准回收期期 Te 进行比较：进行比较：选用投资费用小的方案；选用投资费用小的方案；选用投资费用大的方案；选用投资费用大的方案；n年计算投资最小法年计算投资最小法江苏科技大学

31、电子信息学院供电技术课件 通过技术经济比较，合理选择用户各级供配电系统。通过技术经济比较，合理选择用户各级供配电系统。包括：包括：1)1)优化选择供配电系统的接线方式。优化选择供配电系统的接线方式。2)2)根据需要，选择自备电源的容量和最佳运行方案。根据需要，选择自备电源的容量和最佳运行方案。3)3)结合电源条件，确定合理的电源及供电电压。结合电源条件，确定合理的电源及供电电压。4)4)选择总降及低压变电所中合理的变压器容量、数量和选择总降及低压变电所中合理的变压器容量、数量和 运行方式。运行方式。5)5)选择电气设备及导线、母线。选择电气设备及导线、母线。6)6)选用安全接地策略等。选用安全接地策略等。江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件江苏科技大学电子信息学院供电技术课件课后作业：教材课后作业：教材P59 2-18P59 2-18 教材教材P60 P60 2-262-26