供配電技術(shù)(第4版)課件-第1、2章-電力系統(tǒng)概論、負(fù)荷計(jì)算

第1章電力系統(tǒng)概論

內(nèi)容:系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的概念、電力系統(tǒng)的額定電壓、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式、電能的質(zhì)量指標(biāo)和電力負(fù)荷等基本知識(shí)。重點(diǎn):系統(tǒng)額定電壓的確定和中性點(diǎn)的運(yùn)行方式分析。

第1章電力系統(tǒng)概論§1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓§1.3電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和中性點(diǎn)運(yùn)行方式§1.4電能質(zhì)量指標(biāo)§1.5電力負(fù)荷小結(jié)思考題和習(xí)題1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述

電能是一種清潔的二次能源。電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其他的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面，電能已成為現(xiàn)代社會(huì)的主要能源

。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，中國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。到2018年底，我國(guó)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá)189976萬(wàn)千瓦（kW）、全社會(huì)用用電量達(dá)68449億千瓦時(shí)(kWh)，均居世界第1位。建成并投入運(yùn)行多條交流1000kV、直流800kV及1100kV特高壓輸電線路，累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)33500公里。全國(guó)已形成了500千伏為主（西北地區(qū)為330千伏）的電網(wǎng)主網(wǎng)架，東北、華北、西北、華中、華東、南方六大區(qū)域電網(wǎng)全部實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。我國(guó)在特高壓輸電技術(shù)研究、裝備制造、工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。供配電系統(tǒng)的任務(wù)就是向用戶和用電設(shè)備供應(yīng)和分配電能，供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。用戶所需的電能，絕大多數(shù)是由公共電力系統(tǒng)供給的，故在介紹供配電系統(tǒng)之前，先介紹電力系統(tǒng)的知識(shí)。視頻1.1.1電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、電力線路和電能用戶組成的一個(gè)整體。

1.發(fā)電廠

發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能。

根據(jù)一次能源的不同，有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠，此外，還有風(fēng)力、太陽(yáng)能、地?zé)岷秃Ｑ蟀l(fā)電廠等。

2.變電所

變電所的功能是接收電能、變換電壓和分配電能。

按變電所的性質(zhì)和任務(wù)不同，可分為升壓變電所和降壓變電所，除與發(fā)電機(jī)相連的變電所為升壓變電所外，其余均為降壓變電所。按變電所的地位和作用不同，又分為樞紐變電所、地區(qū)變電所和用戶變電所。

3.電力線路

將發(fā)電廠、變電所和電能用戶連接起來(lái)，完成輸送電能和分配電能的任務(wù)。

4.電能用戶

電能用戶又稱電力負(fù)荷，所有消耗電能的用電設(shè)備或用電單位。

圖發(fā)電知識(shí)發(fā)電返回返回

供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的電能用戶，也是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它由總降壓變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所或建筑物變電所和用電設(shè)備組成?？偨底冸娝怯脩綦娔芄?yīng)的樞紐。它將35kV～220kV的外部供電電源電壓降為6～10kV高壓配電電壓，供給高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備。高壓配電所集中接受6～10kV電壓，再分配到附近各車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備。一般負(fù)荷分散、廠區(qū)大的大型企業(yè)設(shè)置高壓配電所。配電線路分為6～10kV高壓配電線路和220/380V低壓配電線路。高壓配電線路將總降變電所與高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備連接起來(lái)。低壓配電線路將車間變電所的220/380V電壓送各低壓用電設(shè)備。車間變電所或建筑物變電所將6～10kV電壓降為220/380V電壓，供低壓用電設(shè)備用。

用電設(shè)備按用途可分為動(dòng)力用電設(shè)備、工藝用電設(shè)備、電熱用電設(shè)備、試驗(yàn)用電設(shè)備和照明用電設(shè)備等。1.1.2供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一、供配電系統(tǒng)組成返回

做好供配電工作，對(duì)于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和工業(yè)現(xiàn)代化有著十分重要的意義。對(duì)供配電的基本要求是：1．安全

在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。2．可靠

應(yīng)滿足用電設(shè)備對(duì)供電可靠性的要求。3．優(yōu)質(zhì)

應(yīng)滿足用電設(shè)備對(duì)電壓和頻率等供電質(zhì)量的要求。4．經(jīng)濟(jì)

供配電應(yīng)盡量做到投資少，年運(yùn)行費(fèi)低，盡可能減少有色金屬

消耗量和電能損耗，提高電能利用率。

1.1.2供配電系統(tǒng)二、對(duì)供配電的要求1.2電力系統(tǒng)的額定電壓

電力系統(tǒng)的電壓是有等級(jí)的，電力系統(tǒng)的額定電壓包括電力系統(tǒng)中各種發(fā)電、供電、用電設(shè)備的額定電壓。額定電壓是能使電氣設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)效果最好的電壓，它是國(guó)家根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，電力工業(yè)的水平和發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后確定的。GB/T156-2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》規(guī)定了我國(guó)三相交流系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓和高于1000V三相交流系統(tǒng)的最高電壓。系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（nominalsystemvoltage)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)選定的電壓，又稱額定電壓；系統(tǒng)最高電壓（highestvoltageofasystem)是指在正常運(yùn)行條件下,在系統(tǒng)的任何時(shí)間和任何點(diǎn)上出現(xiàn)的電壓的最高值，它不包括電壓瞬變，比如，由于系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)操作及暫態(tài)的電壓波動(dòng)所出現(xiàn)的電壓值。我國(guó)三相交流系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓、最高電壓和發(fā)電機(jī)、變壓器的額定電壓如表1-1所示。表“我國(guó)電壓等級(jí)劃分為：特低(安全)電壓（extra-lowvoltage）6V、12V、24V、36V、42V；低壓(lowvoltage）220V~660V；高壓(highvoltage）3kV~220kV；超高壓(extra-highvoltage）330kV~750kV；特高壓(ultra-highvoltage）1000kV及以上交流、及以上直流。表1-1我國(guó)三相交流系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓、最高電壓和電力設(shè)備的額定電壓(kV)分類

系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(額定電壓)

系統(tǒng)最高電壓發(fā)電機(jī)額定電壓電力變壓器額定電壓一次繞組

二次繞組

低壓

0.380.66－－0.40.690.22/0.380.38/0.660.23/0.40.4/0.69高壓3610－20356611022033050075010003.67.212－2440.572.5126(123)252(245)36355080011003.156.310.513.8，15.75，1820，22，24，26－－－－－－－－3，3.156，6.310，10.513.8，15.75，1820，22，24，2620356611022033050075010003.15，3.36.3，6.610.5，11－－21，2238.572.61212423635508201100返回1.2.1電網(wǎng)（線路）的額定電壓

電網(wǎng)（線路）的額定電壓只能選用國(guó)家規(guī)定的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。它是確定各類電氣設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。

1.2.2用電設(shè)備的額定電壓

用電設(shè)備的額定電壓與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。

用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)電壓說(shuō)明1.2.3發(fā)電機(jī)的額定電壓

發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的105%，即

UN.G=1.05UN

1.2.4變壓器的額定電壓1.變壓器一次繞組的額定電壓

與發(fā)電機(jī)直接相連的升壓變壓器的一次繞組的額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同。連接線路上的降壓變壓器的一次繞組的額定電壓應(yīng)與線路的額定電壓相同。2.變壓器二次繞組的額定電壓

變壓器的二次繞組向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)。二次繞組電壓應(yīng)比線路的額定電壓高

5%，而變壓器二次繞組額定電壓是指空載時(shí)電壓。但在額定負(fù)荷下，變壓器的電壓降為5%。因此，為使正常運(yùn)行時(shí)變壓器二次繞組電壓較線路的額定電壓高5%，

當(dāng)線路較長(zhǎng)（如35kV及以上高壓線路），變壓器二次繞組的額定電壓應(yīng)比相聯(lián)線路的額定電壓高10%；當(dāng)線路較短（直接向高低壓用電設(shè)備供電，如10kV及以下線路），二次繞組的額定電壓應(yīng)比相聯(lián)線路的額定電壓高5%。如下圖所示：

例1-1

已知圖1-5所示系統(tǒng)中線路的額定電壓，試求發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。返回

解：發(fā)電機(jī)G的額定電壓UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV

變壓器1T的額定電壓UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.2T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T額定電壓為6.3/121kV

變壓器2T的額定電壓UIN.IT=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的額定電壓為110/10.5kV1.3電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和中性點(diǎn)運(yùn)行方式1.3.1電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)由運(yùn)行參數(shù)電壓、電流、功率和頻率等表征。電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有多種，也有不同的分類方法。一種是將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)。電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是指電力系統(tǒng)正常的、變化相對(duì)較慢較小的運(yùn)行狀態(tài)；電力系統(tǒng)的暫態(tài)是指電力系統(tǒng)非正常的、變化較大的運(yùn)行狀態(tài)，以至引起系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過(guò)渡的變化過(guò)程。穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的本質(zhì)區(qū)別為：前者的運(yùn)行參數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān)，其特性可用代數(shù)方程來(lái)描述；后者的運(yùn)行參數(shù)與時(shí)間有關(guān)，其特性要用微分方程來(lái)描述。如本書(shū)講的負(fù)荷計(jì)算是供配電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，短路計(jì)算是供配電系統(tǒng)的暫態(tài)。這種分類方法常用在電力系統(tǒng)分析中，分別稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析。

另一種分類方法是將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為正常運(yùn)行狀態(tài)、異常運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和待恢復(fù)狀態(tài)。這四種狀態(tài)之間的關(guān)系如圖1-6所示。電力系統(tǒng)在絕大部分時(shí)間里都處于正常運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)安全。如系統(tǒng)運(yùn)行條件惡化，如過(guò)負(fù)荷、低電壓、單相接地等，系統(tǒng)便進(jìn)入異常運(yùn)行狀態(tài)，亦稱報(bào)警狀態(tài)，系統(tǒng)不安全；系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)采取有效措施，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，若措施不當(dāng)或又發(fā)生故障，系統(tǒng)便進(jìn)入故障狀態(tài)。故障狀態(tài)又稱緊急狀態(tài)。系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，保護(hù)裝置或自動(dòng)裝置應(yīng)快速動(dòng)作，切除故障設(shè)備或線路，系統(tǒng)便進(jìn)入待恢復(fù)狀態(tài)。采取措施修復(fù)故障設(shè)備或線路后，系統(tǒng)又恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。電力系統(tǒng)從正常運(yùn)行狀態(tài)到故障狀態(tài)乃至待恢復(fù)狀態(tài)的過(guò)程非常短，通常只有幾秒到幾分鐘，但系統(tǒng)從待恢復(fù)狀態(tài)回到正常運(yùn)行狀態(tài)，則要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。這種分類方法常用于電力系統(tǒng)安全分析中。

1.3.2電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式1.中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)線電壓對(duì)稱，各相對(duì)地電壓對(duì)稱，等于各相的相電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零各相對(duì)地電容電流也對(duì)稱，其電容電流的相量和為零。

圖1-7正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)A）電路圖b）相量圖

系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)

接地相（C相）對(duì)地電壓為零，非接地相對(duì)地電壓升高為線電壓，即等于相電壓的倍。從而，接地相電容電流為零，非接地相對(duì)地電容電流也增大倍。因此，要求電氣設(shè)備的絕緣水平也提高，在高電壓系統(tǒng)中，絕緣水平的提高將使設(shè)備費(fèi)用大為增加。

C相接地時(shí)，系統(tǒng)的接地電流，（流過(guò)接地點(diǎn)的電容電流）應(yīng)為A、B兩相對(duì)地電容電流之和。取接地電流的正方向從相線到大地，如圖1-8b所示，因此，

在數(shù)值上，由于IE=IC.A

，而IC.A=UA‘／XC=UA／XC=ICO，因此

IE=3ICO

即單相接地的接地電流為正常運(yùn)行時(shí)每相對(duì)地電容電流的3倍。當(dāng)每相對(duì)地電容不能確切知道時(shí)，接地電容可用下式近似計(jì)算：

（A）

式中，UN為系統(tǒng)的額定電壓（kV）；loh為有電的聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度（km）；LCab為有電的聯(lián)系的電纜線路總長(zhǎng)度（km）。

圖

從圖可見(jiàn)，中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接時(shí)，雖各相對(duì)地壓發(fā)生變化，但各相間電壓（線電壓）仍然對(duì)稱平衡，因此，三相用電設(shè)備仍可繼續(xù)運(yùn)行。但為了防止非接地相再有一相發(fā)生接地，造成兩相短路，所以規(guī)程規(guī)定單相接地繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)。返回

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，為了避免產(chǎn)生斷續(xù)電弧，引起過(guò)電壓和造成短路，減小接地電弧電流使電弧容易熄滅，中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地。消弧線圈實(shí)際上就是電抗線圈。當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流是接地電容電流和流過(guò)消弧線圈的電感電流之相量和。兩電流相抵后使流過(guò)接地點(diǎn)的電流減小。消弧線圈對(duì)電容電流的補(bǔ)償有三種方式：（1）全補(bǔ)償IL=IC；（2）欠補(bǔ)償IL＜IC；（3）過(guò)補(bǔ)償IL＞IC。實(shí)際上都采用過(guò)補(bǔ)償，以防止由全補(bǔ)償引起的電流諧振，損壞設(shè)備或欠補(bǔ)償由于部分線路斷開(kāi)造成全補(bǔ)償。返回3.中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng) 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地中性點(diǎn)形成單相短路，產(chǎn)生很大的短路電流，繼電保護(hù)動(dòng)作切除故障線路，使系統(tǒng)的其它部分恢復(fù)正常運(yùn)行。因此，直接接地系統(tǒng)供電安全性較差。

由于中性點(diǎn)直接接地，發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地電壓仍為零，非接地相對(duì)地電壓也不發(fā)生變化。4.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，按接地電流大小又分為經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地。（1）中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地高電阻接地方式以限制單相接地電流為目的，電阻值一般為數(shù)百至數(shù)千歐姆。中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)可以消除大部分諧振過(guò)電壓，對(duì)單相間隙弧光接地過(guò)電壓有一定的限制作用。但對(duì)系統(tǒng)絕緣水平要求較高。主要用于發(fā)電機(jī)回路，有些大型發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)采用經(jīng)高電阻接地方式，以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地城市6~35kV配電網(wǎng)絡(luò)主要由電纜線路構(gòu)成，其單相接地故障電流較大，可達(dá)100~1000A，若采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式無(wú)法完全消除接地故障點(diǎn)的電弧和抑制諧振過(guò)電壓，可采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式。該方式具有切除單相接地故障快，過(guò)電壓水平低的優(yōu)點(diǎn)。中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式適用于以電纜線路為主，不容易發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障且系統(tǒng)電容電流比較大的城市電網(wǎng)，發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及企業(yè)配電系統(tǒng)。 1.4電能的質(zhì)量指標(biāo)

電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量是指電壓、頻率和波形的質(zhì)量。電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括電壓偏差、電壓波動(dòng)、閃變及三相電壓不平衡、頻率偏差和諧波等。1.4.1電壓電壓質(zhì)量是以電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變和三相電壓不平衡等指標(biāo)來(lái)衡量。1.4.2頻率頻率的質(zhì)量是以頻率偏差來(lái)衡量1.4.3波形質(zhì)量指標(biāo)波形的質(zhì)量指標(biāo)是以諧波電壓含有率、間諧波電壓含有率和電壓波形畸變率來(lái)衡量。

1.電壓偏差

電壓偏差是實(shí)際運(yùn)行電壓對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差相對(duì)值，一般以百分?jǐn)?shù)表示，即式中，ΔU%為電壓偏差百分?jǐn)?shù)；U為實(shí)際電壓；UN為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（額定電壓）。

GB/T12325-2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》規(guī)定了我國(guó)供電電壓偏差的限值，見(jiàn)表1-2。供電電壓是指供電點(diǎn)處的線電壓或相電壓。表1-2供電電壓偏差的限值（GB/T12325-2008）系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(kV)供電電壓偏差的限值（%）≥35三相（線電壓）≤20三相（線電壓）0.220單相（相電壓）正負(fù)偏差絕對(duì)值之和①≤10±7＋7、－10

用電設(shè)備端子電壓實(shí)際值偏離額定值時(shí)，其性能將直接受到影響，影響的程度視電壓偏差的大小而定。在正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子電壓偏差限值宜符合表1-3要求。 表1-3用電設(shè)備端子電壓偏差的限值（GB50052-2009）名

稱

電壓偏差的限值（%）電動(dòng)機(jī)±5照明：

一般工作場(chǎng)所±5

遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場(chǎng)所＋5、－10

應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明＋5、－102.電壓波動(dòng)和閃變

（1）電壓波動(dòng)d(relativevoltagechange) 電壓波動(dòng)是指電壓方均根值（有效值）一系列的變動(dòng)或連續(xù)的變化。它是波動(dòng)負(fù)荷（生產(chǎn)或運(yùn)行過(guò)程中從電網(wǎng)中取用快速變動(dòng)功率的負(fù)荷，如煉鋼電弧爐、軋機(jī)、電弧焊機(jī)等）引起的電壓的快速變動(dòng)。電壓波動(dòng)程度用電壓變動(dòng)和電壓變動(dòng)頻度衡量，并規(guī)定了電壓波動(dòng)的限值。電壓變動(dòng)d是以電壓方均根值變動(dòng)的時(shí)間特性曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓最大值Umax與電壓最小值Umin之差，與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓UN比值的百分?jǐn)?shù)表示，即

電壓變動(dòng)頻度r(rateofoccurrenceofvoltagechanges)是指單位時(shí)間內(nèi)電壓波動(dòng)的次數(shù)（電壓由大到小或由小到大各算一次變動(dòng)），一般以次/h作為電壓變動(dòng)頻度的單位。同一方向的若干次變動(dòng)，如間隔時(shí)間小于30ms，則算一次變動(dòng)。GB/T12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》對(duì)電壓變動(dòng)限值作了規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處（電力系統(tǒng)中一個(gè)以上用戶的連接處）由波動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的電壓變動(dòng)限值與電壓變動(dòng)頻度和電壓等級(jí)有關(guān)，詳見(jiàn)表1-4。

表1-4電壓變動(dòng)限值（GB/T12326-2008）返回電壓變動(dòng)頻度r（次/h）電壓變動(dòng)限值d（%）LV(UN≤1kV)、MV(1kV＜UN≤35kV)HV(35kV＜UN≤220kV)r≤1431＜r≤10

32.510＜r≤10021.5100＜r≤10001.251

（2）電壓閃變(flicker)

電壓閃變是電壓波動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)效果，它通過(guò)燈光照度不穩(wěn)定造成的視覺(jué)感受來(lái)反映。電壓閃變程度主要用短時(shí)間閃變值和長(zhǎng)時(shí)間閃變值來(lái)衡量，并規(guī)定了閃變的限值。 短時(shí)間閃變值PstP(shorttermseverity)是衡量短時(shí)間（若干分鐘）內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)值，短時(shí)間閃變值的基本記錄周期為10min。 長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt(longtermseverity)是由短時(shí)間閃變值Pst推算出，反映長(zhǎng)時(shí)間（若干小時(shí)）閃變強(qiáng)弱的量值，長(zhǎng)時(shí)間閃變值的基本記錄周期為2h。

GB/T12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》對(duì)電壓閃變限值作了規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的較小方式下，以一周（168h）為周期，所有的長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt都應(yīng)滿足表1-5閃變限值的要求。任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶在電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)單獨(dú)引起的閃變，一般應(yīng)滿足下列要求。LV和MV用戶的閃變限值見(jiàn)表1-6；對(duì)于HV用戶，滿足（△S/SPC）max＜0.1%；單個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶，滿足Plt＜0.25。返回r（次/min）K=（△S/SPC）max（%）r＜100.410≤r≤2000.2200＜r0.1表1-5閃變限值（GB/T12326-2008）Plt≤110kV＞110kV10.8

表1-6LV和MV用戶的閃變限值（GB/T12326-2008）3.三相電壓不平衡

在三相交流系統(tǒng)中，如果三相電壓在幅值不等或相位差不為120°，或兼而有之時(shí)，稱為三相電壓不平衡。不平衡的三相電壓，用對(duì)稱分量法可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。三相電壓不平衡，會(huì)引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)，使變壓器容量得不到充分利用，對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 三相電壓不平衡度，用電壓負(fù)序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的方均根值的百分比表示，即負(fù)序電壓不平衡度為

零序電壓不平衡度為GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定：（1）電力系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過(guò)2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。低壓系統(tǒng)零序電壓不平衡度限值暫不作規(guī)定，但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。（2）接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不得超過(guò)2.6%。

目前，世界上的電網(wǎng)的額定頻率有兩種：50Hz和60Hz。歐洲、亞洲等大多數(shù)地區(qū)采用50Hz，北美采用60Hz，我國(guó)采用的額定頻率也為50HZ。GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》

規(guī)定了我國(guó)電力系統(tǒng)頻率偏差的限值：

（1） 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下頻率偏差限值為±0.2HZ。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差限值可以放寬到±0.5HZ。

（2） 沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變化為±0.2HZ，根據(jù)沖擊負(fù)荷的性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當(dāng)變動(dòng)，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。

返回1.4.2頻率質(zhì)量指標(biāo)

供電電力系統(tǒng)中，由于有大量非線性負(fù)荷，其電壓、電流波形不是正弦波形，而是不同程度畸變的非正弦波。非正弦波通常是周期性交流量，含基波和各次諧波。對(duì)周期性交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，得到頻率與工頻相同的分量稱為基波，得到頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量稱為諧波，得到頻率為基波頻率非整數(shù)倍的分量稱為間諧波。 波形的質(zhì)量指標(biāo)是以諧波電壓含有率、間諧波電壓含有率和電壓波形畸變率來(lái)衡量。GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》規(guī)定了我國(guó)公用電網(wǎng)諧波電壓含有率應(yīng)不大于表1-7限值。

GB/T24337-2009《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)間諧波》規(guī)定了我國(guó)220kV及以下電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)（PCC）各次間諧波電壓含有率應(yīng)不大于表1-8限值。

返回1.4.3波形質(zhì)量指標(biāo)

表1-8公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（GB/T14549-93）返回電壓等級(jí)頻率（Hz）＜100100~8001000V及以下0.20.51000V以上0.160.4注:頻率800Hz以上間諧波電壓限值還在研究中。

表1-8間諧波電壓含有率限值（%）（GB/T24337-2009）電網(wǎng)額定電壓（kV）電壓總諧波畸變（%）各次諧波電壓含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.06、104.03.21.635、663.02.41.21102.01.60.8

1.5電力負(fù)荷

1.5.1按對(duì)供電可靠性要求的負(fù)荷分類1．一級(jí)負(fù)荷

一級(jí)負(fù)荷為中斷供電將造成人身傷亡者；中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的負(fù)荷;中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)影響的用電單位的正常工作的負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。所謂獨(dú)立電源，就是當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。在一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，除上述二個(gè)獨(dú)立電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。2．二級(jí)負(fù)荷

二級(jí)負(fù)荷為中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失者，斷供電系統(tǒng)將影響較重要用電單位正常工作的負(fù)荷；中斷供電將造成大型影劇院、大型商場(chǎng)等較多人員集中的重要公共場(chǎng)所秩序混亂者。二級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩回線路供電，在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件較差時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。

3．三級(jí)負(fù)荷

三級(jí)負(fù)荷為不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者。對(duì)一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè)，停電僅影響產(chǎn)量或造成少量產(chǎn)品報(bào)廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負(fù)荷等均屬三級(jí)負(fù)荷。三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源沒(méi)有特殊要求。GB50052-2008《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》將我國(guó)電力負(fù)荷劃分為三級(jí)。由于各行業(yè)的一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷很多，規(guī)范只能對(duì)負(fù)荷分級(jí)作原則性規(guī)定，具體劃分需在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,可查閱相關(guān)行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范或手冊(cè)。例如機(jī)械制造行業(yè)的金屬冷加工設(shè)備：價(jià)格昂貴、作用重大、稀有的大型數(shù)控車床、停電會(huì)造成損壞的如自動(dòng)跟蹤數(shù)控仿形銑床、強(qiáng)力磨床等為一級(jí)負(fù)荷；價(jià)格貴、作用大、數(shù)量多的數(shù)控車床為二級(jí)負(fù)荷；其它冷加工設(shè)備一般為三級(jí)負(fù)荷。1.5.2按工作制的負(fù)荷分類

1.連續(xù)工作制負(fù)荷

連續(xù)工作制負(fù)荷是指長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的用電設(shè)備，其特點(diǎn)是負(fù)荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使其達(dá)到熱平衡狀態(tài)，其溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度，用電設(shè)備大都屬于這類設(shè)備。如泵類、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電爐、運(yùn)輸設(shè)備、照明設(shè)備等。

2.短時(shí)工作制負(fù)荷

短時(shí)工作制負(fù)荷是指工作時(shí)間短、停歇時(shí)間長(zhǎng)的用電設(shè)備。其運(yùn)行特點(diǎn)為工作時(shí)其溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)其溫度降到環(huán)境溫度，此負(fù)荷在用電設(shè)備中所占比例很小。如機(jī)床的橫梁升降、刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)、閘門(mén)電動(dòng)機(jī)等。

3.反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷

反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷是指時(shí)而工作、時(shí)而停歇、反復(fù)運(yùn)行的設(shè)備，其運(yùn)行特點(diǎn)為工作時(shí)溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)也達(dá)不到環(huán)境溫度。如起重機(jī)、電梯、電焊機(jī)等。反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷可用負(fù)荷持續(xù)率（或暫載率）ε來(lái)表示。

（1-9）

式中，tw為工作時(shí)間，to為停歇時(shí)間，T為工作周期。

小結(jié)

本章介紹了電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的概念，講述了電能的質(zhì)量指標(biāo)和電力負(fù)荷，重點(diǎn)討論了電力系統(tǒng)中各種電力設(shè)備的額定電壓，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式。

習(xí)題1.

電力系統(tǒng)是指由——、——、——和——組成的整體。2.

工廠供配電系統(tǒng)由——、——、——、——和——組成。3.

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式有——、——和——三種。4.

電能質(zhì)量指標(biāo)有——、——和——的質(zhì)量。5.

電力負(fù)荷按工作制分為:——、——和——三類。

1.發(fā)電廠、變電所、電力線路、用戶

2.總降變電所、配電所、車間變電所、配電線路、用電設(shè)備

3.不接地、經(jīng)消弧線圈接地、直接接地

4.電壓、頻率和波形的質(zhì)量。

5.連續(xù)工作制、短時(shí)工作制、反復(fù)短時(shí)工作制返回第2章負(fù)荷計(jì)算

內(nèi)容:負(fù)荷曲線，負(fù)荷的設(shè)備容量，負(fù)荷的計(jì)算方法，功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償。難點(diǎn):掌握負(fù)荷設(shè)備容量的計(jì)算，需要系數(shù)法負(fù)荷的計(jì)算方法，掌握功率因數(shù)的計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償計(jì)算。第2章負(fù)荷計(jì)算§2.1負(fù)荷曲線§2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量§2.3負(fù)荷計(jì)算的方法§2.4功率損耗和年電能損耗§2.5用戶負(fù)荷計(jì)算§2.6

尖峰電流的計(jì)算§2.7功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償小結(jié)思考題和習(xí)題2.1負(fù)荷曲線⊙負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)情況的一種圖形，反映了用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律?！沿?fù)荷曲線繪制在直角坐標(biāo)上，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷，橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

⊙負(fù)荷曲線按負(fù)荷功率的功率性質(zhì)不同，分有功負(fù)荷曲線和無(wú)功負(fù)荷曲線；按時(shí)間單位的不同，分日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線；按負(fù)荷對(duì)象不同，分用戶、車間或某類設(shè)備負(fù)荷曲線。2.2.1日負(fù)荷曲線1.繪制的方法

（1）以某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，在24h中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制而成折線形狀，稱折線形負(fù)荷曲線，見(jiàn)圖2-1a。

（2）通過(guò)接在供電線路上的電度表，每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來(lái)，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點(diǎn)畫(huà)在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成階梯狀的是階梯形負(fù)荷曲線,如圖2-1b。2.特點(diǎn)

（1）電力負(fù)荷是變化的，不等于額定功率。

（2）電力負(fù)荷的變化是有規(guī)律的。圖圖（a）折線形負(fù)荷曲線（b）階梯形負(fù)荷曲線2.1.2年負(fù)荷曲線

﹡年負(fù)荷曲線又分為年運(yùn)行負(fù)荷曲線和年持續(xù)負(fù)荷曲線。﹡年運(yùn)行負(fù)荷曲線可根據(jù)全年日負(fù)荷曲線間接制成。﹡年持續(xù)負(fù)荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線。繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負(fù)荷曲線，圖中P1在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間計(jì)算為T(mén)1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況核定。一般在北方，近似認(rèn)為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認(rèn)為冬季165天，夏季200天。圖

年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線的繪制2.1.3負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量

1.年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

（1）年最大負(fù)荷Pmax

年最大負(fù)荷是指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)30分鐘平均功率的最大值。

（2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax

Wa為全年實(shí)際消耗的電能2.平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)

（1）平均負(fù)荷Pav

年平均負(fù)荷Pav

Wa為全年實(shí)際消耗的電能

（2）負(fù)荷系數(shù)KL

負(fù)荷系數(shù)是平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，有有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無(wú)功負(fù)荷系數(shù)KrL，即

有時(shí)也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無(wú)功負(fù)荷系數(shù)。一般用戶

α=0.7~0.75，β=0.76~0.82

2.1.3負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)年平均負(fù)荷

2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2.2.1設(shè)備容量的定義

設(shè)備的銘牌額定功率PN經(jīng)過(guò)換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設(shè)備容量，用Pe來(lái)表示。2.2.2設(shè)備容量的確定

1.長(zhǎng)期工作制和短期工作制的用電設(shè)備

長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量就是所有設(shè)備的銘牌額定功率，即

Pe=PN

2.反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備

反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。

（1）電焊機(jī)和電焊裝置組

要求統(tǒng)一換算到∈=100%時(shí)的功率，即：

式中，PN為電焊機(jī)額定有功功率；SN為額定視在功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率；cosφN為額定功率因數(shù)。

（2）起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)）

要求統(tǒng)一換算到∈=25%時(shí)的功率，即：

式中，PN為額定有功功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率。

（4）照明設(shè)備

①不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備的設(shè)備容量指燈頭的額定功率，即：

Pe=PN

②用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如熒光燈、高壓水銀燈）的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，即：

Pe=Kbl*PN

式中，Kbl為功率換算系數(shù)，熒光燈采用普通電感鎮(zhèn)流器取1.25、采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器取1.15~1.17、采用電子鎮(zhèn)流器取1.1，高壓鈉燈和金屬鹵化物燈采用普通電感鎮(zhèn)流器取1.14~1.16、采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器取1.09~1.1。③照明設(shè)備的設(shè)備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：

Pe=WS/1000

式中，W為建筑物的單位面積照明容量（w/m2）2.反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備2.3

負(fù)荷計(jì)算的方法

計(jì)算負(fù)荷是指導(dǎo)體中通過(guò)一個(gè)等效負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)體的最高溫升正好和通過(guò)實(shí)際的變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負(fù)荷就稱為計(jì)算負(fù)荷。

2.3.1計(jì)算負(fù)荷的估算法

1.單位產(chǎn)品耗電量法

有功計(jì)算負(fù)荷為：

式中，Wa為全年電能，Wa=a·m，m為年產(chǎn)量，a為單位產(chǎn)品的耗電量；Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。

2.負(fù)荷密度法

若已知車間生產(chǎn)面積S(㎡)和負(fù)荷密度指標(biāo)ρ（㎞/㎡）時(shí)，車間為:

Pav=ρ*S，

車間計(jì)算負(fù)荷為:

2.3.2需要系數(shù)法

所有用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷并不等于其設(shè)備容量，兩者之間存在一比值關(guān)系，因此引進(jìn)需要系數(shù)的概念，即

式中，為用電設(shè)備效率；KL為負(fù)荷系數(shù)；ηwL為線路平均效率；K∑為用電設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)。

計(jì)算負(fù)荷為：

式中，Kd即為需要系數(shù)；PC為計(jì)算負(fù)荷；Pe為設(shè)備容量。

1.單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

式中，Kd為需要系數(shù)；Pe為設(shè)備容量；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。例2-1已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，有電壓為380V的電動(dòng)機(jī)30臺(tái)，其總的設(shè)備容量為120kw。

試求其計(jì)算負(fù)荷。解：查表A-1可得，Kd=0.12~0.16(取0.15計(jì)算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根據(jù)公式得：

Pc=KdPe=0.15×120=18kWQc=Pctanφ=18×1.73=31.34kvarSc=Pc/cosφ=18/0.5=36kVA

2.多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷式中，n為用電設(shè)備組的組數(shù)，K∑p、K∑q分別為有功、無(wú)功同時(shí)系數(shù)，Pci，

Qci為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。

例2-2一機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)1臺(tái)15kW，11kW3臺(tái)，7.5kW2臺(tái)，4kW2臺(tái)，2.2kW8臺(tái)；另接通風(fēng)機(jī)1.5kW4臺(tái)；電阻爐1臺(tái)2kW。試求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。解:(1)冷加工機(jī)床：Kd1=0.15，cosφ1=0.5，tanφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.15×（15+11×3+7.5×2+4×2+2.2×8）=13.29kWQc1=Pc1tanφ1=13.29×1.73=22.99kvar(2)通風(fēng)機(jī)：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×1.5×4=4.8kWQc2=Pc2tgφ2=4.8×0.75=3.6kvar(3)電阻爐：因只1臺(tái)，故其計(jì)算負(fù)荷等于設(shè)備容量

Pc3=Pe3=2kW

Qc3=0(4)車間計(jì)算負(fù)荷：

2.3.3單相負(fù)荷計(jì)算

單相設(shè)備應(yīng)盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負(fù)荷保持平衡。單相負(fù)荷的計(jì)算原則如下：

1.三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^(guò)三相總?cè)萘康?5%時(shí)，單相設(shè)備可按三相負(fù)荷平衡計(jì)算。

2.三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘砍^(guò)三相總?cè)萘康?5%時(shí)，應(yīng)把單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再算出三相等效計(jì)算負(fù)荷。單相設(shè)備組等效三相設(shè)備容量的計(jì)算如下：

（1）單相設(shè)備接于相電壓時(shí)

Pe=3Pemφ

式中，Pemφ為最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量

（2）單相設(shè)備接于線電壓時(shí)

①接于同一線電壓時(shí)

②接于不同線電壓等效三相設(shè)備容量

（3）有的單相設(shè)備接于線電壓、有的單相設(shè)備接于相電壓時(shí)

應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分別計(jì)算各相的設(shè)備容量。將線電壓的單相設(shè)備容量換算為相電壓的設(shè)備容量的換算公式為

例2-3

某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺(tái)、單相電加熱器2臺(tái)和380V單相對(duì)焊機(jī)6臺(tái)。電熱干燥箱20kW2臺(tái)接于A相，30kW1臺(tái)接于B相，10kW3臺(tái)接于C相；電加熱器20kW2臺(tái)分別接于B相和C相；對(duì)焊機(jī)21kVA（ε=100%）3臺(tái)接于AB相，28kVA（ε=100%）2臺(tái)接于BC相，46kW（ε=60%）1臺(tái)接于CA相。試求該線路的計(jì)算負(fù)荷。

解:1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計(jì)算負(fù)荷

查附錄表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kW

B相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kW

C相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW

2.對(duì)焊機(jī)的各相計(jì)算負(fù)荷

查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02

查表2-4得

cosφ=0.7時(shí)pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22

qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8

先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設(shè)備容量，即

（1）各相的設(shè)備容量為

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=37.74kvar

B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=42.4kvar

C相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW

QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC=0.22×35.63+--0.8×20×2=39.84kvar下一張（2）各相的計(jì)算負(fù)荷為A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW

QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvar

B相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvar

C相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW

QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相總的計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)為0.95）

A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）=0.95×（0+13.21）=12.55kvar

B相PcB=K∑（PcB1+PcB2）=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）=0.95×（0+14.84）=14.10kvar

C相PcC=K∑（PcC1+PcC2）=0.95×（35+12.78）=45.39kW

QcC=K∑（QcC1+QcC2）=0.95×（0+13.94）=13.24kvar4.總的等效三相計(jì)算負(fù)荷

因?yàn)锽相的有功計(jì)算負(fù)荷最大，所以

Pcmφ=PcB=46.68kW

Qcmφ=QcB=14.10kvarPc=3Pcmφ=3×46.68=140.04kWQc=3Qcmφ=3×14.10=42.3kvar上一張

2.4功率損耗和年電能損耗

2.4.1供配電系統(tǒng)的功率損耗

供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時(shí)功率損耗。

1.

線路的功率損耗

線路功率損耗ΔPWL=3IC2RWL*10-3ΔQWL=3IC2XWL*10-3

式中，Ic為線路的計(jì)算電流（A）；RWL為線路每相電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長(zhǎng)度的電阻（Ω/km），L為線路的計(jì)算長(zhǎng)度（km）；XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL=X0L，X0為線路單位長(zhǎng)度的電抗（Ω/km）

2.變壓器的功率損耗(1)估算法

ΔPT=0.015ScΔQT=0.06Sc

(2)精確法

①有功功率損耗

●鐵損△PFe

空載損耗△P0可認(rèn)為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。

●銅損△PCu

負(fù)載損耗△PK可認(rèn)為就是額定電流下的銅損△PCu。

變壓器的有功功率損耗為△PT≈△P0+△PKKL2

式中，SN為變壓器的額定容量；SC為變壓器的計(jì)算負(fù)荷；△P0

為變壓器額定負(fù)荷時(shí)的有功功率損耗；△Pk為變壓器的負(fù)載損耗；KL為變壓器的負(fù)荷系數(shù)（KL=SC/SN）。

②無(wú)功功率損耗

●空載無(wú)功功率損耗

△Q0

●負(fù)載無(wú)功功率損耗

△QL

變壓器的無(wú)功功功率損耗為：

式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值;Uk%為變壓器的短路阻抗百分值。

2.4.2供配電系統(tǒng)的年電能損耗

1.線路的年電能損耗

最大損耗時(shí)間τ：當(dāng)線路或變壓器中以最大計(jì)算電流Ic流過(guò)τ小時(shí)后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過(guò)實(shí)際變化的電流時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗。

2.變壓器的年電能損耗

2.5用戶總負(fù)荷計(jì)算

2.5.1用戶總負(fù)荷計(jì)算

（一）總負(fù)荷計(jì)算原則：

1.將用電設(shè)備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷

2.根據(jù)用戶供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備朝電源方向逐級(jí)計(jì)算負(fù)荷

3.在配電點(diǎn)要考慮同時(shí)系數(shù)

4.在變壓器的安裝處要考慮變壓器的損耗

5.用戶電力線路較短時(shí)，可不計(jì)電力線路損耗

6.在并聯(lián)電容安裝處計(jì)及無(wú)功補(bǔ)償容量（二）總負(fù)荷計(jì)算的步驟1.供給單臺(tái)用電設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中1點(diǎn)處）

計(jì)算目的：用于選擇其開(kāi)關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面

計(jì)算負(fù)荷為：

2.用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中2點(diǎn)處）

計(jì)算目的：用來(lái)選擇車間配電干線及干線上的電氣設(shè)備。

計(jì)算負(fù)荷為：

3.車間干線或多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中3點(diǎn)處）

計(jì)算公式為：

4.車間變電所低壓母線計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中4處）計(jì)算目的：以此選擇車間變電所的變壓器容量。7.總降變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中7處）

計(jì)算負(fù)荷為：

5.車間變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中5點(diǎn)處）

計(jì)算目的：以次選擇高壓配電線及其上的電氣設(shè)備。

計(jì)算公式：

6.總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中6點(diǎn)處）

計(jì)算負(fù)荷為：2.6尖峰電流的計(jì)算

尖峰電流Ipk是指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。它是由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、電壓波動(dòng)等原因引起的，尖峰電流比計(jì)算電流大的多。

計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。

1、給單臺(tái)用電設(shè)備供電的支線尖峰電流計(jì)算

尖峰電流就是用電設(shè)備的起動(dòng)電流，即

Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)2、給多臺(tái)用電設(shè)備供電的干線尖峰電流計(jì)算

計(jì)算公式為

式中，Istmax為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流;（Ist－IN）max為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流與額定電流電流之和；

K∑為上述n–1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺(tái)數(shù)多少選取，一般為0.7~1；Ic為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。例2-5

有一380V配電干線，給三臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，已知IN1=5A，IN2=4A，

IN3=10A,Kst1=7，Kst2=4，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。

解：

(Kst1-1)×IN1=30A(Kst2-1)×IN2=12A(Kst3-1)×IN3=20A

可見(jiàn),第1臺(tái)用電設(shè)備電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流與額定電流之差最大Ipk=Ic+(Ist-IN)max=0.15×（5+4+10）+30=32.85A2.7功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償2.7.1功率因數(shù)的計(jì)算

1.瞬時(shí)功率因數(shù)

2.最大負(fù)荷功率因數(shù)

3.平均功率因數(shù)

（1）由消耗的電能計(jì)算

式中，Wa為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；Wr為某一時(shí)間內(nèi)消耗的無(wú)功電能（kVAh）。

（2）由計(jì)算負(fù)荷計(jì)算

式中，為有功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.7~0.75）；為無(wú)功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.76~0.82）。

4.供電部門(mén)對(duì)用戶功率因數(shù)的要求

cosφ≥0.9

2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響及提高功率因數(shù)的方法

1.

功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響

●電能損耗增加

●電壓損失增大

●供電設(shè)備利用率降低

2.提高功率因數(shù)的方法

(1)提高自然功率因數(shù)

自然功率因數(shù)是指未裝設(shè)任何補(bǔ)償裝置的實(shí)際功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，采用科學(xué)措施減少用電設(shè)備的無(wú)功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高。

(2)人工補(bǔ)償功率因數(shù)

●并聯(lián)電容器人工補(bǔ)償

●同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償

●動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償2.7.3并聯(lián)電容器補(bǔ)償

1.并聯(lián)電容器的型號(hào)

2.補(bǔ)償容量和電容器的臺(tái)數(shù)的確定

(1)補(bǔ)償容量的確定①采用固定補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償容量

在變電所6~10kV高壓母線上進(jìn)行人工補(bǔ)償時(shí)，一般采用固定補(bǔ)償，即補(bǔ)償電容器不隨負(fù)荷變化投入或切除，其補(bǔ)償容量按下式計(jì)算

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

式中，Qcc為補(bǔ)償容量；Pav為平均有功負(fù)荷，

Pc為負(fù)荷計(jì)算得到的有功計(jì)算負(fù)荷，為有功負(fù)荷系數(shù)，Wa為時(shí)間t內(nèi)消耗的電能；tgφav1，tgφav2為補(bǔ)償前后平均功率因數(shù)角的正切值

②采用自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償容量

在變電所0.38kV母線上進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，都采用自動(dòng)補(bǔ)償，即根據(jù)cosφ測(cè)量值按功率因數(shù)設(shè)定值,自動(dòng)投入或切除電容器。其補(bǔ)償容量按下式計(jì)算

Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）（2）電容器臺(tái)數(shù)的確定

式中，QcN為單個(gè)電容器的額定容量（kvar）

①電容器若為單相，n為3的整數(shù)倍

②電容器若為三相，n為整數(shù)

實(shí)際補(bǔ)償容量為

Qcc=nQcN（kvar）例2-7某一企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。要使其平均功率因數(shù)提高到0.9,在10kV側(cè)固定補(bǔ)償，問(wèn)需要裝設(shè)并聯(lián)電容器的容量？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？

解：tgφav1=tg(arccos0.67)=1.1080tgφav2=tg(arccos0.9)=0.4843

需要裝設(shè)并聯(lián)電容器的容量為

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvar

安裝電容器的臺(tái)數(shù)

n=Qcc/qcN=1122.66/40=28個(gè)

電容器為單相電容器，應(yīng)裝設(shè)30個(gè)，用三角形連接，此時(shí)并聯(lián)電容器的實(shí)際值為

Qcc=30×40=1200kvar，

實(shí)際平均功率因數(shù)為

功率因數(shù)滿足要求。2.7.4并聯(lián)電容器的裝設(shè)

1.并聯(lián)電容器的接線

并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜鞔蠖嗖捎萌切谓泳€。2.并聯(lián)電容器的裝設(shè)

并聯(lián)電力電容器在供配電系統(tǒng)中的裝設(shè)有三種，即：（1）高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償將電容器組集中裝設(shè)在變電所的6kv～10kvV母線上。補(bǔ)償范圍最小，經(jīng)濟(jì)效果較差。但裝設(shè)集中，運(yùn)行