变电所负荷计算和无功补偿的计算
变电所负荷计算和无功补偿的计算
变电所负荷计算和无功补偿的计算1 计算负荷的方法及负荷计算法的确定由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到额定容量。
另外，各用电设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。
在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。
为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线和电气设备。
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在供电设计中，通常采用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备和导体的依据。
用半小时最大负荷来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为、和。
我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。
由于需要系数法的优点是简便，适用于全产和车间变电所负荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算采用需要系数法。
2 需要系数法的基本知识(1).需要系数需要系数是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值，即=/=/ 式(1)用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量之和，即=。
而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。
但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷，同时设备本身和配电线路都有功率损耗，因此用电设备组的需要系数为=/式(2)式中代表设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与30P 30Q 30S 30I dK d K max P e P 30P eP eP NK e P ∑NP dK K ∑LK e WLηηK ∑全部设备容量之比;代表设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比；代表设备组的平均效率；代表配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首段功率之比。
负荷计算及无功补偿
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在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
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2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： • • • 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿
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用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 变化情况。
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（2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平 均值。其计算公式为 1 Wa cosϕwm = = 2 2
供配电系统的负荷与负荷计算
利用系数法 利用系数Ku=Pav/Pe，由定义可知，Ku也是一个小于1的数。 利用系数法计算步骤： 求用电设备组在最大负荷班内的平均负荷： 求用电设备组的平均利用系数：
求用电设备的有效台数neff： 求用电设备组的计算负荷： 式中的Km称为最大系数，可以根据有效台数neff和平均利用系数Kuav查计算表格得出。
需要系数法
需要系数Kd=Pc/Pe，由定义可知，Kd是一个小于1的数，相当于将实际的设备负荷Pe打一个折扣。实际设计中，需要系数已制成表格，直接查表即可得到。 需要系数法计算步骤：
设备组计算负荷计算：利用需要系数法求计算负荷时，应先将计算范围内的设备按负荷性质相同的、需要系数相近的原则分类合并为若干用电设备组，查表选择相应的需要系数和功率因数，然后按下式求设备组计算负荷：
单相负荷计算
单相负荷的负荷计算原则为： 在单相负荷的总容量小于计算范围内的三相对称负荷总容量的15％时，全部按三相对称负荷计算；在单相负荷的总容量大于计算范围内的三相对称负荷总容量的15％时，应将单相负荷折算为等效三相负荷。
一般情况下的单相负荷折算
单相线间计算负荷折算为单相相间计算负荷 等效计算负荷
单位负荷法
单位指标法：Pc=P’N 单位密度法（单位面积功率法）： Pc=ρA 单位负荷法在实际运用过程中，还需要结合具体情况，乘以相应的同时系数。同时，由于该法较为粗略，一般用于估算用电负荷
负荷计算基本方法的应用
需要系数法：应用最为广泛，尤其适合于变配电所的负荷计算。但该法在设备负荷相差大时，误差较大。该法适合于初步设计及施工图设计阶段。 二项式法：主要用于设备负荷相差较大的场合。因此主要在计算工厂负荷时使用，民用负荷计算应用较少。 利用系数法：计算较繁琐，利用系数资料不完整，但准确度高。 单位负荷法：在用户对设备的要求不十分明确时，或在方案设计阶段使用源一般为同一电源，但必须由两条变压器输出。如两回线路敷设有困难或负荷较小，可通过敷设专线来供电。 三级负荷：无特殊要求 应急电源 对于特别重要的负荷，除了一级负荷一般的供电要求外，还必须设置不与电网并列运行的独立应急电源
负荷计算及无功补偿
第三章 负荷计算及无功补偿广东省唯美建筑陶瓷有限公司 刘建川3．1 负荷曲线与计算负荷负荷曲线（load curve ）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。
在直角坐标糸中，纵坐标表示负荷（有功功率和无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位） 日负荷曲线年负荷曲线年每日最大负荷曲线年最大负荷和年最大负荷利用小时数3．1．2 计算负荷计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理量含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。
通常将以半小时平均负荷依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据。
3．2 用电设备额定容量的确定3．2．1 用电设备的一作方式（1）连续工作方式在规定的环境温度下连续运行，设备任何部份温升不超过最高允许值，负荷比较稳定。
（2）短时运行工作制（3）断续工作制用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间与停歇时间相互交替。
取一个工作时间内的工作时间与工作周期的百分比值，称为暂载率，即暂载率亦称为负荷持续率或接电率。
根据国家技术标准规定，重复短暂负荷下电气设备的额定工作周期为10min 。
吊车电动机的标准暂载率为15%、25%、40%、60%四种，电焊设备的标准暂载率为50%、65%、75%、100%，其中草药100%为自动焊机的暂载率。
3．2．2 用电设备额定容量的计算（1）长期工作和短时工作制的设备容量等于其铭牌一的额定功率，在实际的计算中，少量的短时工作制负荷可忽略不计。
（2）重复短时工作制的设备容量○1吊车机组用电动机的设备容量统一换算到暂载率为ε=25%时的额定功率，若不等于25%，要进行换算，公式为：2Pe Pn ==Pe 为换算到ε=25%时的电动机的设备容量εN 为铭牌暂载率Pn 为换算前的电动机铭牌额定功率注意：电葫芦、起重机、行车等都可以用电动机考虑○2电焊机及电焊装置的设备容量统一换算到ε=100%时的额定功率。
无功补偿计算
补偿电容容量计算及串联电抗器配置：
电网无功补偿有多种算法，一种是不具备计算条件时，变电站中无功补偿电容器一般情况下可按照变压器容量的10%-30%补偿，另外一种根据负荷情况来计算所需补偿容量，详见下例:
1、主变参数
容量： 1×50MVA ；阻抗电压：U 1-2%=10.5，U 1-3%=17.5，U 2-3%=6.5
2、补偿负荷无功
根据负荷预测结果某地区负荷约为34.87MW ，其自身的功率因数约达0.85，35kV 变电站的功率因数按0.85计，本次计算按将综合功率因数由0.85提高至0.95计算需补偿的无功容量：
)1cos 11cos 1(2
2121---=ϕϕf P Q 13.3395.087.34cos 87.342=⨯=⨯=ϕf P
var 15.101M Q =
补偿主变无功
a)补偿主变10kV 侧所需无功：
e e
m S I I I U Q )100(%)100(%)(022322+=- Ie---10kV 侧额定电流，为2886.8A 。
Io---主变空载电流，为0.63A 。
Im---10kV 侧最大负荷电流，估计值为606.2A 。
var 458.02M Q =
b)补偿主变35kV 侧所需无功：
e e
m S I I I U Q )100(%)100(%)(022313+=- Ie---35kV 侧额定电流，为866.0A 。
Io---主变空载电流，为0.63A 。
Im---35kV 侧最大负荷电流，估计值为346.4A 。
var 428.13M Q
本例仅供参考，例外需配合电抗器电抗率进行计算，以免掉入谐振容量引起事故发生，这里将不作说明。
10kv变电所及低压配电系统的设计之欧阳科创编
目录1 引言11.1.用户供电系统12 变电所负荷计算和无功补偿的计算22.1负荷情况22.1.1负荷统计全厂的用电设备统计如下表2 2.2变电站的负荷计算22.1.2负荷计算22.3无功补偿的目的和方案32.4无功补偿的计算及设备选择33 变电所变压器台数和容量的选择53.1变压器的选择原则53.2变压器类型的选择53.3变压器台数的选择53.4变压器容量的选择64 主接线方案的确定74.1主接线的基本要求74.1.1安全性74.1.2可靠性74.1.3灵活性74.1.4经济性74.2主接线的方案与分析74.3电气主接线的确定与绘图85 短路电流的计算115.1短路电流及其计算115.2三相短路电流的计算106 变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择14 6.1用电单位总计算负荷146.2高压进线的选择与校验146.2.1架空线的选择146.2.2电缆进线的选择146.3变电所一次设备的选择146.3.1高压断路器的选择146.3.2高压隔离开关的选择156.3.3高压熔断器的选择156.3.4电流互感器的选择156.3.5电压互感器的选择166.3.6高压开关柜的选择166.4低压出线的选择176.4.1低压母线桥的选择176.4.2低压母线的选择177 防雷保护与接地装置的设计187.1架空线路的防雷措施187.2变配电所的防雷措施 187.3变电所公共接地装置的设计197.3.1 接地电阻的要求 197.3.2 接地装置197.4变配电所配电装置的保护208 变电所二次回路方案218.1继电保护的选择与整定218.1.1继电保护的选择要求218.1.2继电保护的装置选择与整定21结论26谢辞27参考文献281引言1.1 用户供电系统电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。
按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）1.大型电力用户供电系统大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。
第二章 负荷计算与无功功率补偿
第二章负荷计算与无功功率补偿本章提要：本章首先简介负荷计算的有关基本知识，然后着重讲述用电设备组计算负荷的确定方法，介绍线路尖峰电流的计算，接着讲述供电系统无功补偿、总计算负荷的确定及电能节约。
本章是分析供电系统和进行供电设计计算的基础。
本章重点：三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。
本章难点：利用系数法确定三相用电设备组的计算负荷。
教学基本要求：了解单相用电设备组计算负荷的确定方法、电能节约的技术措施；理解用电设备工作制、确定计算负荷的系数；掌握三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。
第一节概述一、计算负荷概念供电系统要能可靠地正常运行，就必须使其元件包括电力变压器、电器、电线电缆等满足负荷电流的要求。
因此有必要对供电系统各环节的电力负荷进行统计计算。
通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值，称为计算负荷。
按计算负荷选择的电力变压器、电器、电线电缆，如以最大负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而也不会影响其使用寿命。
计算负荷是供电设计计算的基本依据。
如果计算负荷确定过大，将使设备和导线选择偏大，造成投资和有色金属的浪费。
如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线选择偏小，造成运行时过热，增加电能损耗和电压损失，甚至有可能使设备和导线烧毁，造成事故。
可见，正确计算电力负荷具有重要意义。
但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。
实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。
二、用电设备工作制及设备容量的计算电器载流导体的发热与用电设备的工作制关系较大，因为在不同的工作制下，导体发热的条件是不同的。
企业供配电系统电力负荷的计算方法
企业供配电系统电力负荷的计算方法思路：供配电系统中各种电气设备的选择都离不开计算负荷，因此必需将供配电系统中各电气设备所在点的电力负荷进行计算。
计算必需从设备端依次向电源端逐步推算。
1、需要系数的含义式中：K——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL——负荷系数，用电设备不肯定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；ηwl——线路供电效率；η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。
需要系数法由于简洁易行，为设计人员普遍接受，是当前通用的求取计算负荷的方法。
需要系数法的数据来源于大量的测定和统计，但这种方法的缺点是将需要系数Kd看作与负荷群中设备多少及设备容量悬殊状况都无关的固定值，这是不严格的。
由于事实上，只有当设备台数足够多，总容量足够大，且无特大型用电设备时，Kd才能趋于一个稳定数值。
因此，需要系数法比较适用于求全厂或大型车间变电所的计算负荷。
2、采纳需要系数法求计算负荷的计算步骤：以图示某铜矿35kV变电所为例，说明采纳需要系数法计算各级计算负荷的方法。
①单台用电设备的计算负荷有功计算负荷：无功计算负荷：Q ca·1=Pca·1tanj计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。
②用电设备组的计算负荷有功计算负荷：P ca·2=Kd∑Pe无功计算负荷：Q ca·2=P ca·2tanjwm视在计算负荷：或者S ca·2=P ca·2/cosjwm计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。
③确定车间配电干线，或变电所低压母线上的计算负荷总有功计算负荷：Pca·3＝Ｋ∑ΣP ca·2总无功计算负荷：Qca·3＝Ｋ∑ΣQ ca·2总视在计算负荷：Ｋ∑－－最大负荷时的同时系数。
考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时消失而引入的系数。
负荷计算和无功功率补偿
目录1.负荷计算和无功功率补偿 (1)1.1负荷计算 (1)1.2无功功率补偿 (2)2.变电所主变压器和主结线方案的选择 (3)2.1变电所主变压器的选择 (3)2.2变电所主结线方案的选择 (4)3.短路电流的计算 (5)3.1概述 (5)3.2短路电流的计算 (5)4.变电所一次设备的选择校验 (8)4.1 10KV侧一次设备的选择校验 (8)4.2 380V侧一次设备的选择校验 (8)5.变电所的保护装置 (9)5.1主变压器的继电保护装置 (9)5.2变电所主接线图 (9)6.附录 (11)1.负荷计算和无功功率补偿1.1负荷计算各厂和生活区的负荷计算如表1所示：1.2无功功率补偿由表1可知，该厂380V 侧最大负荷时的功率因数只有0.75。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量： 3012(tan tan )812.2[tan(arccos 0.75)tan(arccos 0.92)]var 370var C Q P k k ϕϕ=-=-= 选并联电容器为BW0.4—14—3型，总共容量84kvar ⨯5=420kvar 。
因此无功功率补偿后工厂380V 侧和10V 侧的负荷计算如表2。
表2 无功功率补偿后工厂的计算负荷项目cos φ 计算负荷P30/kw Q30/kvar S30/kva I30/A 380V 侧补偿前负荷 0.75 812.2 727.6 1090 1656380V 侧无功补偿容量 — 420380V 侧补偿后负荷 0.935 812.2307.6868.5 1320主变压器功率损耗 0.015S30=13 0.06S30=52 10KV 侧负荷总计0.92825.2359.6900522. 变电所主变压器和主结线方案的选择2.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：（1）装设一台主变压器 型式采用S9，选SN.T=1000KV A>S30=900KV A ，即选一台S9—1000/10型低损耗配电变压器。
10kv变电所及低压配电系统的设计
目录1引言 (1)1.1. 用户供电系统 (1)2 变电所负荷计算和无功补偿的计算 (2)2.1 负荷情况 (2)2.1.1 负荷统计全厂的用电设备统计如下表 (2)2.2 变电站的负荷计算 (2)2.1.2 负荷计算 (2)2.3 无功补偿的目的和方案 (3)2.4 无功补偿的计算及设备选择 (3)3 变电所变压器台数和容量的选择 (5)3.1 变压器的选择原则 (5)3.2 变压器类型的选择 (5)3.3 变压器台数的选择 (5)3.4 变压器容量的选择 (6)4 主接线方案的确定 (7)4.1 主接线的基本要求 (7)4.1.1 安全性 (7)4.1.2 可靠性 (7)4.1.3 灵活性 (7)4.1.4 经济性 (7)4.2 主接线的方案与分析 (7)4.3 电气主接线的确定与绘图 (8)5 短路电流的计算 (11)5.1 短路电流及其计算 (11)5.2 三相短路电流的计算 (10)6 变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择 (14)6.1 用电单位总计算负荷 (14)6.2 高压进线的选择与校验 (14)6.2.1 架空线的选择 (14)6.2.2 电缆进线的选择 (14)6.3 变电所一次设备的选择 (14)6.3.1 高压断路器的选择 (14)6.3.2 高压隔离开关的选择 (15)6.3.3 高压熔断器的选择 (15)6.3.4 电流互感器的选择 (15)6.3.5 电压互感器的选择 (16)6.3.6 高压开关柜的选择 (16)6.4 低压出线的选择 (17)6.4.1 低压母线桥的选择 (17)6.4.2 低压母线的选择 (17)7 防雷保护与接地装置的设计 (18)7.1 架空线路的防雷措施 (18)7.2 变配电所的防雷措施 (18)7.3 变电所公共接地装置的设计 (19)7.3.1 接地电阻的要求 (19)7.3.2 接地装置 (19)7.4 变配电所配电装置的保护 (20)8 变电所二次回路方案 (21)8.1 继电保护的选择与整定 (21)8.1.1 继电保护的选择要求 (21)8.1.2 继电保护的装置选择与整定 (21)结论 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)1引言1.1 用户供电系统电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。