建筑供配電系統(tǒng)安裝

1、書名：建筑供配電系統(tǒng)安裝ISBN： 978-7-111-21776-3作者：劉昌明出版社：機械工業(yè)出版社本書配有電子課件建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件建筑供配電系統(tǒng)安裝 主編建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件單元2負荷計算與短路電流課題1負 荷 計 算課題2短 路 電 流課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)要 點 回 顧建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算2.1.1負荷曲線負荷曲線按縱坐標所表示的功率可分為有功負荷曲線和無功負荷曲線。1.日負荷曲線(1)日負荷曲線的繪制1)根據(jù)某一監(jiān)測點24h內(nèi)各個時刻的功率表中顯示的數(shù)據(jù)，

2、逐點繪制而成的平滑曲線，如圖2-1所示，這樣得到的負荷曲線最為準確。2)工程上為了表達和計算簡單起見，往往將負荷曲線用等效的階梯形曲線來代替，與精確的負荷曲線之間會有一定的誤差，但這種誤差是可以允許的。(2)日負荷曲線的特征參數(shù)建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算圖2-1有功日負荷的平滑曲線建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算圖2-2有功日負荷的階梯形曲線1)日電能耗量Wd(kWh)建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算2)最大功率Pmax(kW)：表示負荷曲線上功率最大的一點的功率值。3

3、)平均功率Pav(kW)：表示日負荷曲線上日電能耗量與時間(24h)的比值，即4)有功負荷系數(shù)：=通常=0.70.75。5)無功負荷系數(shù)：=通常=0.760.82。2.年負荷曲線(1)年負荷曲線的繪制建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算1)運行年負荷曲線，即根據(jù)每天最大負荷變動情況，按一年365d逐天繪制，繪制方法與日負荷曲線相同。2)電力負荷全年持續(xù)曲線，它的繪制方法是不分日月的時間界限，而是以全年8760h為直角坐標系的橫軸，以負荷為縱軸按大小依次排列繪成。圖2-3電力負荷全年持續(xù)曲線a)典型冬季日負荷曲線b)典型夏季日負荷曲線c)電力負荷全年持續(xù)曲線建

4、筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算(2)年負荷曲線的特征參數(shù)1)年電能耗量Wa(kWh)：2)最大負荷Pmax(kW)：年負荷曲線上出現(xiàn)的最大的負荷值，即典型日負荷曲線上的最大負荷。3)年平均負荷Pav(kW)：全年消耗電能與全年時間8760h的比值，即4)年最大負荷利用小時數(shù)Tmax(h)：用戶以年最大負荷Pmax持續(xù)運行Tmax小時即可消耗掉全年實際消耗的電能時，則Tmax稱為年最大負荷利用小時數(shù)，即2.1.2計算負荷的概念建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算計算負荷(Pc)是一個假想的持續(xù)負荷，其熱效應(yīng)與同時間內(nèi)實際

5、變動負荷所產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。2.1.3負荷的工作制1.連續(xù)運行工作制(長期工作制)2.短時運行工作制(短時工作制)3.斷續(xù)運行工作制(反復(fù)短時工作制)(1)當負荷持續(xù)率為1=100%時，(2)當負荷持續(xù)率為2=100%時，建筑供配電系統(tǒng)安裝 高職高專 pptppt 課件課件課題1負 荷 計 算2.1.4負荷計算的方法對于一個尚未建立和運行的供配電系統(tǒng)，其負荷曲線是未知的，我們無法直接得到計算負荷Pc，而要根據(jù)已有的同類型用戶的用電規(guī)律來進行計算。1.需要系數(shù)法(1)需要系數(shù)Kd的確定課題1負 荷 計 算1)并非供電范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備都會同時投入使用，以同時系數(shù)K表示。2)并非投入使用的所有電

6、氣設(shè)備任何時候都會滿載運行，以負荷系數(shù)KL表示。3)電氣設(shè)備額定功率與輸入功率不一定相等，以電氣設(shè)備的平均效率e表示。課題1負 荷 計 算4)考慮直接向電氣設(shè)備配電的配電線路上的功率損耗后，電氣設(shè)備輸入功率與系統(tǒng)向設(shè)備提供的功率不一定相同，以線路的平均效率wl表示。(2)負荷計算的需要系數(shù)法在計算某供電范圍內(nèi)的計算負荷時，先根據(jù)負荷類別進行分組，然后按照下列步驟進行計算。1)設(shè)備功率：每組中只有一臺(套)電氣設(shè)備時，應(yīng)將設(shè)備實際向供配電系統(tǒng)吸取的電功率作為計算負荷，又常把單臺設(shè)備的計算負荷稱作設(shè)備功率，以PN表示。 連續(xù)工作制負荷有課題1負 荷 計 算 斷續(xù)運行工作制電動機類負荷：應(yīng)將其額定功

7、率換算成負荷持續(xù)率為25時的等效功率，以便于計算，即 斷續(xù)運行工作制電焊機類負荷：應(yīng)將其額定功率換算成負荷持續(xù)率為100時的等效功率，以便于計算，即 成組用電設(shè)備的設(shè)備功率是指除備用設(shè)備以外的所有單個用電設(shè)備額定輸入功率的總和。 照明設(shè)備的設(shè)備功率應(yīng)考慮輔助其正常工作的鎮(zhèn)流器等元件上的功率損耗。2)單組設(shè)備計算負荷：當分組后同一組中設(shè)備臺數(shù)多于3臺時，計算負荷應(yīng)考慮其需要系數(shù)，以第j組為例，即課題1負 荷 計 算3)多組設(shè)備的計算負荷：當供電范圍內(nèi)有多個性質(zhì)不同的電氣設(shè)備組時，先將每一組都按上述1)2)所述步驟計算后，再考慮各個設(shè)備組的計算負荷在各自的負荷曲線上不可能同時出現(xiàn)，以一個同時系數(shù)來

8、表達這種不同時率，因此其計算負荷為課題1負 荷 計 算解：(1)分組計算 大堂、走道、餐廳、多功能廳等處熒光燈照明設(shè)備(Kd1=0.7，cos1=0.9，tan1=0.48) 大堂、走道、餐廳、多功能廳等處白熾燈照明設(shè)備(Kd2=0.7，cos2=1，tan2=0) 客房白熾燈照明設(shè)備(Kd3=0.4，cos3=1，tan3=0)課題1負 荷 計 算 冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔設(shè)備(Kd4=0.7，cos4=0.8，tan4=0.75) 送、排風(fēng)機(Kd5=0.65，cos1=0.8，tan1=0.75) 電梯(Kd6=1，cos6=0.5，tan6=1.73) 廚房設(shè)備(Kd7=0

9、.4，cos7=0.75，tan7=0.88) 洗衣設(shè)備(Kd8=0.35，cos1=0.7，tan1=1.02)(2)計算“總計算負荷”2.二項式法課題1負 荷 計 算1)單組用電設(shè)備組中設(shè)備臺數(shù)不少于3臺時的計算負荷為2)多組用電設(shè)備組的計算負荷為課題1負 荷 計 算3.利用系數(shù)法(1)利用系數(shù)(2)附加系數(shù)課題1負 荷 計 算(3)負荷計算的利用系數(shù)法用利用系數(shù)法進行負荷計算時的步驟與需要系數(shù)法相同，使用利用系數(shù)時的計算公式如下。1)單組用電設(shè)備組中設(shè)備臺數(shù)不少于3臺時的計算負荷： 先由利用系數(shù)求平均負荷為課題1負 荷 計 算 再由附加系數(shù)求計算負荷。附加系數(shù)由設(shè)備等效臺數(shù)neq和利用系

10、數(shù)Kx得到：2)多組用電設(shè)備組的計算負荷：當供電范圍內(nèi)有多個性質(zhì)不同的用電設(shè)備組時，設(shè)備等效臺數(shù)neq為所有設(shè)備的等效臺數(shù)；利用系數(shù)Kx以各設(shè)備組的加權(quán)利用系數(shù)Kxav替換。課題1負 荷 計 算4.利用各種用電指標的負荷計算方法(1)負荷密度法課題1負 荷 計 算表2-1常見的工業(yè)與民用電能用戶的負荷密度指標課題1負 荷 計 算表2-1常見的工業(yè)與民用電能用戶的負荷密度指標 不含電弧爐。 有中央空調(diào)。課題1負 荷 計 算(2)單位指標法(3)住宅用電量指標法表2-2中國大陸和香港以及美國的住宅用電量標準比較課題1負 荷 計 算表2-2中國大陸和香港以及美國的住宅用電量標準比較課題1負 荷 計

11、算表2-3住宅用電負荷標準表2-3住宅用電負荷標準表2-4住宅用電同時系數(shù)推薦值課題1負 荷 計 算表2-4住宅用電同時系數(shù)推薦值課題1負 荷 計 算表2-5規(guī)劃供電指標推薦值表2-5規(guī)劃供電指標推薦值2.1.5各種負荷計算方法的特點及適用范圍(1)指標法中除了住宅用電量指標法外的其他方法，一般只用作供配電系統(tǒng)的前期負荷估算。(2)需要系數(shù)法計算簡單，是最為常用的一種計算方法，適合用電設(shè)備數(shù)量較多，且容量相差不大的情況。課題1負 荷 計 算(3)二項式法考慮問題的出發(fā)點就是大容量設(shè)備的作用，因此，當用電設(shè)備組中設(shè)備容量相差懸殊時，使用二項式法可以得到較為準確的結(jié)果。(4)利用系數(shù)法是通過平均負

12、荷來求計算負荷，這種方法的理論依據(jù)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計，因此是一種較為準確的計算方法。2.1.6單相用電設(shè)備的負荷計算單相用電設(shè)備主要是低壓設(shè)備，有的接于相電壓上，有的接于線電壓上。1.單相用電設(shè)備接于相電壓時的三相等效負荷2.單相用電設(shè)備接于線電壓時的三相等效負荷課題1負 荷 計 算(1)計算三相等效負荷的一般方法先將接于線電壓的單相負荷等效為接于相電壓的單相負荷，再用上述求接于相電壓的單相負荷的等效方法計算等效三相負荷。(2)計算三相等效負荷的簡化方法課題1負 荷 計 算圖2-4按發(fā)熱等效原理將線間負荷分解成相間負荷2.1.7供配電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗課題1負 荷 計 算供配電系統(tǒng)的電氣

13、設(shè)備和線路上存在著阻抗，當有電流通過時，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。1.年最大負荷損耗小時數(shù)圖2-5與、cos的關(guān)系曲線課題1負 荷 計 算2.線路的功率損耗和電能損耗(1)線路的功率損耗(2)線路上的年有功電能損耗3.變壓器的功率損耗和電能損耗(1)變壓器的功率損耗(2)變壓器的年有功電能損耗由于變壓器損耗中空載損耗是只要變壓器投入系統(tǒng)運行就會產(chǎn)生，因此該部分造成的有功電能損耗應(yīng)該是空載有功損耗與變壓器全年投入運行的時間的乘積；變壓器損耗中負載損耗是在計算負荷情況下計算出的最大負載損耗，同樣利用年最大損耗小時數(shù)的概念，這部分功率產(chǎn)生的有功電能損耗與年最大損耗小時數(shù)有關(guān)。2.1.8功率因數(shù)計算與無功功

14、率補償課題1負 荷 計 算在工業(yè)與民用用電設(shè)備中，有大量設(shè)備的工作需要通過向系統(tǒng)吸收感性的無功功率來建立交變的磁場，這使系統(tǒng)輸送的電能容量中無功功率的成分增加。1.功率因數(shù)小對供配電系統(tǒng)的影響(1)使變配電設(shè)備的容量增加(2)使供配電系統(tǒng)的損耗增加從供配電系統(tǒng)功率損耗計算式中不難看出，通過系統(tǒng)的電流增加，系統(tǒng)的功率損耗也會增加。(3)使電壓損失增加線路電流越大，電壓損失也就越大。(4)使發(fā)電機效率降低系統(tǒng)中負荷對無功功率需求量增大時，發(fā)電機必須增加無功功率去平衡，這樣就降低了發(fā)電機的效率。2.提高功率因數(shù)的措施(1)提高自然功率因數(shù)的方法課題1負 荷 計 算1)合理選擇電動機的型號和規(guī)格。2)

15、合理選擇變壓器的型號和規(guī)格，避免因長期輕載運行而造成的功率因數(shù)降低。(2)采用人工補償方法提高功率因數(shù)的方法人工補償方法主要有兩種，一是采用同步電動機補償，一是采用并聯(lián)電容器補償。1)在供配電系統(tǒng)中一般只有在能使負荷使用要求得以滿足的情況下，才采用同步電動機替代異步電動機工作，且同步電動機兼作無功補償設(shè)備，此時無功補償?shù)恼{(diào)節(jié)可以作到平滑的自動調(diào)節(jié)；專為無功補償而設(shè)的同步電動機稱為同步調(diào)相機，由于投資和損耗較大，又不便于維護、檢修，供配電系統(tǒng)中很少采用這種補償方式。課題1負 荷 計 算2)采用并聯(lián)電容器補償是目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補償方法，也叫移相電容器靜止無功補償。3.功率因數(shù)的計

16、算(1)瞬時功率因數(shù)(2)平均功率因數(shù)它是指系統(tǒng)在平均功率情況下運行時反映出來的功率因數(shù)值cosav。4.靜止無功補償裝置容量的計算(1)固定補償時補償容量計算由于電力部門考察用戶功率因數(shù)是使用的平均功率因數(shù)，固定補償容量就應(yīng)達到補償后平均功率因數(shù)cos2滿足要求的條件。課題1負 荷 計 算(2)自動補償時補償容量計算由于自動無功補償是根據(jù)負荷對無功的需求量，針對預(yù)先設(shè)定的功率因數(shù)目標，通過投切電容器隨時調(diào)整的。(3)電容器的選擇解：tanav1=tan(arccos0.67)=1.1080能力訓(xùn)練某建筑供配電系統(tǒng)的負荷計算(1)目的計算某建筑供配電系統(tǒng)的負荷、功率損耗、功率因數(shù)與無功功率補償

17、。(2)能力及標準要求掌握建筑供配電系統(tǒng)的負荷、功率損耗、功率因數(shù)與無功功率補償?shù)挠嬎惴椒ā?3)準備統(tǒng)計某建筑物的用電設(shè)備及額定功率。課題1負 荷 計 算(4)步驟先進行負荷計算，再進行功率損耗、功率因數(shù)與無功功率補償?shù)挠嬎恪?5)注意事項計算方法、計算公式的適用條件及選取，參數(shù)的選取等。(6)討論計算方法與參數(shù)的選取對負荷計算的影響。課題2短 路 電 流2.2.1短路發(fā)生的原因、種類、危害供配電系統(tǒng)中的短路是指相導(dǎo)體之間或相導(dǎo)體與地之間不通過負載阻抗而發(fā)生的電氣連接，是電力系統(tǒng)的常見故障之一。1.短路發(fā)生的原因(1)雷擊或高電位侵入電氣設(shè)備的絕緣是有一定的介電強度的，即絕緣耐壓值。(2)絕

18、緣老化或外界機械損傷大多數(shù)的絕緣都是由高分子材料制造的，老化是這類材料不可避免的一種現(xiàn)象。(3)誤操作最常見的誤操作是帶負載拉隔離開關(guān)和未拆檢修接地線就合閘引起的短路。(4)動、植物造成的短路如動物跨于相導(dǎo)體之間或相導(dǎo)體與地之間。課題2短 路 電 流2.短路的種類3.短路的危害1)短路電流遠大于正常工作電流，短路電流產(chǎn)生的力效應(yīng)和熱效應(yīng)足以使設(shè)備受到破壞。2)短路點附近母線電壓嚴重下降，使接在母線上的其他回路電壓嚴重低于正常工作電壓，影響電氣設(shè)備的正常工作，甚至可能造成電機燒毀等事故。3)短路點處可能產(chǎn)生電弧，電弧高溫對人身安全及環(huán)境安全帶來危害。4)不對稱短路可能在系統(tǒng)中產(chǎn)生復(fù)雜的電磁過程從

19、而產(chǎn)生過電壓等新的危害。課題2短 路 電 流5)不對稱短路使磁場不平衡，會影響通信系統(tǒng)和電子設(shè)備的正常工作，造成空間電磁污染。4.計算短路電流的用途1)校驗系統(tǒng)設(shè)備能否承受可能發(fā)生的最嚴重短路。2)作為設(shè)置短路保護的依據(jù)。3)可通過短路電流的大小判斷系統(tǒng)電氣聯(lián)系的緊密程度，作為評價各種接線方案的依據(jù)之一。2.2.2無限大容量電力系統(tǒng)三相短路的概念1.無限大容量電力系統(tǒng)2.無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程課題2短 路 電 流圖2-6無限大容量系統(tǒng)中三相短路a)三相電路圖b)等效單相電路圖課題2短 路 電 流3.短路有關(guān)的電流量(1)短路電流周期分量短路電流周期分量是按歐姆定律由短路電路的電壓和阻

20、抗所決定的一個短路電流，即圖2-7中的ip。圖2-7無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時的電壓、電流曲線課題2短 路 電 流(2)短路電流非周期分量短路電流非周期分量是按楞次定律在突然短路時，短路電路中出現(xiàn)自感電動勢而產(chǎn)生的一個短路電流，即圖2-7中的inp。(3)短路全電流(4)短路沖擊電流由圖2-7所示短路電流曲線可以看出，短路后經(jīng)過半個周期(即0.01s)時的短路全電流瞬時值，是整個短路過程中的最大瞬時電流。課題2短 路 電 流課題2短 路 電 流(5)短路穩(wěn)態(tài)電流短路電流非周期分量inp衰減完畢以后(一般約經(jīng)0.10.2s)的短路全電流，稱為短路穩(wěn)態(tài)電流或穩(wěn)態(tài)短路電流，其有效值習(xí)慣上用I表示

21、。能力訓(xùn)練實測某建筑供配電系統(tǒng)的短路電流(1)目的對短路電流的波形有一個感性認識。(2)能力及標準要求掌握短路電流的波形特點及短路電流的組成。課題2短 路 電 流(3)準備互感器、波形記錄儀等。(4)步驟先設(shè)計實驗電路，然后再實驗、測量。(5)注意事項防止發(fā)生短路事故。(6)討論短路電流的組成、變化過程與規(guī)律。課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)2.3.1短路電流的力效應(yīng)1.短路電流通過兩平行導(dǎo)體產(chǎn)生的電動力效應(yīng)課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)圖2-8矩形截面導(dǎo)體的形狀系數(shù)與D-bh+b及bh的關(guān)系曲線及課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)2.短路電流通過三相平行導(dǎo)體產(chǎn)生的電動力效應(yīng)2.3.2短路電流的熱效

22、應(yīng)(1)未通電時(2)正常工作時電氣設(shè)備在正常工作時，由于導(dǎo)體中有電流通過，電流會在導(dǎo)體電阻中產(chǎn)生損耗，將部分電能轉(zhuǎn)化成熱能。表2-6導(dǎo)體或電纜的長期最高允許工作溫度和短路時最高允許溫度課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)表2-6導(dǎo)體或電纜的長期最高允許工作溫度和短路時最高允許溫度課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)表2-6導(dǎo)體或電纜的長期最高允許工作溫度和短路時最高允許溫度(3)短路發(fā)生后課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)圖2-9短路前后導(dǎo)體溫度變化曲線2.3.3短路時導(dǎo)體最高溫度k的確定課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)1.計算假定及特點2.熱力過程分析課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)圖2-10與A()的關(guān)系曲

23、線與A()課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)2.3.4短路熱脈沖與假想時間以下的討論就針對tk0I2tdt的計算展開。1.短路熱脈沖圖2-11隨時間的變化曲線a)發(fā)電機近端短路時b)無限大容量電源系統(tǒng)短路時2.假想時間tim課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)圖2-12假想時間定義a)復(fù)雜暫態(tài)過程b)平滑暫態(tài)過程3.假想時間計算課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)(1)timp的計算 對遠點短路，Ip(t)不隨時間變化，且Ip(t)=I，即 對近點短路，令課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)圖2-13具有自動電壓調(diào)整器的發(fā)電機供電時短路電流周期分量的假想時間曲線課題3短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)(2)timnp的計算 當tk1s時，導(dǎo)體發(fā)熱主要由周期分量決定，可不計入非周期分量的影響，此時 當tk1s時，因inp(t)=2Ip(0)e-2tk/Ta,故(1)目的為設(shè)備