工厂供电第6版(刘介才)_第2章__工厂的电力负荷及计算.

11霍平工厂供电刘介才22第二章工厂的电力负荷及计算本章首先简介工厂用电设备的分级及有关概念，然后着重讲述用电设备组计算负荷和工厂计算负荷的计算方法，最后讲述尖峰电流及其计算。本章内容是工厂供电系统运行分析和设计计算的基础。工厂供电33第二章工厂的电力负荷及计算第一节工厂的电力负荷与负荷曲线工厂供电44一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（一）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052-2009《供配电系统设计规范》规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全和经济损失上所造成的影响程度分为三级：一级负荷二级负荷三级负荷55一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（一）工厂电力负荷的分级（1）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤害者，或者中断供电将在经济上造成重大损失者，例如使生产过程或生产装备处于不安全状态、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、生产企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。66一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（一）工厂电力负荷的分级（2）二级负荷二级负荷为中断供电将在经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（一）工厂电力负荷的分级77（3）三级负荷一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（一）工厂电力负荷的分级三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷。88（1）一级负荷对供电电源的要求一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求由在安全供电方面互不影响的两条电路即“双重电源”供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由“双重电源”供电外，还必须增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。99常用的应急电源：1）独立于正常电源的发电机组；2）供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；3）蓄电池；4）干电池。（1）一级负荷对供电电源的要求一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求1010（2）二级负荷对供电电源的要求一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求二级负荷宜由两回路供电。当负荷较小或当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。1111（3）三级负荷对供电电源的要求一工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。1212(1)连续工作制设备这类工作制设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电动发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。二.工厂用电设备的工作制第一节工厂的电力负荷与负荷曲线工厂的用电设备其工作制分为三类：1313(2)短时工作制设备这类工作制设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）、控制闸门的电动机等。二.工厂用电设备的工作制第一节工厂的电力负荷与负荷曲线工厂的用电设备其工作制分为三类：1414二.工厂用电设备的工作制第一节工厂的电力负荷与负荷曲线工厂的用电设备其工作制分为三类：(3)断续周期工作制设备这类工作制设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。1515断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即式中T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。二.工厂用电设备的工作制第一节工厂的电力负荷与负荷曲线1616断续周期工作制设备的额定容量（铭牌容量），是对应于某一标称负荷持续率的。如果实际运行的负荷持续率，则实际容量Pe应按同一周期内等效发热条件进行换算。由于电流I通过电阻为R的设备在时间t内产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，；而在同一电压下，设备容量；又由式（2-1）知，同一周期T的负荷持续率。因此，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。由此可见，如果设备在下的容量为，则换算到实际下的容量Pe为NPNNtI/1IPt/1PNNP二.工厂用电设备的工作制第一节工厂的电力负荷与负荷曲线1717负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上。纵坐标表示负荷（有功或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时h为单位）。(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。1818下图是一班制工厂的日有功负荷曲线。图a是依点连成的负荷曲线，图b是依点绘成梯形的负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”。(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线19年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图所示。全年按8760h计。b)冬日负荷曲线a)夏日负荷曲线年负荷持续时间曲线的绘制c)年负荷持续时间曲线(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线2020上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线（图a）和冬日负荷曲线（图b）来绘制。其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地取夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地取夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线（图c），其中P1在年负荷曲线上所占的时间T1=200（τ1+τ2），P2在年负荷曲线上所占的时间T2=200t1+165t2’，其余类推。(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线2121年负荷曲线的另一形式，是按全年每日的最大负荷（取每日的最大负荷半小时平均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图。横坐标依次以全年十二个月份的日期来分格。年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压器的工厂变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线2222从各种负荷曲线，可以直观地了解电力负荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可以从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此负荷曲线对于从事工厂供电设计和运行的人员来说，都是很必要的。(一)负荷曲线的概念三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线23231.年最大负荷和年最大负荷利用小时(1)年最大负荷年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现2～3次）消耗电能最大的半小时平均功率。因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线2424(2)年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时Tmax是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如图所示。(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线2525(2)年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时为式中Wa为年实际消耗的电能量。(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。一班制工厂，Tmax≈1800～3000h；两班制工厂，Tmax≈3500～4800h；三班制工厂，Tmax≈5000～7000h。26262.平均负荷和负荷系数(1)平均负荷平均负荷Pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，就是电力负荷在该时间t内消耗的电能Wt除以时间t的值，即(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线27272.平均负荷和负荷系数(1)平均负荷年平均负荷Pav的说明如图。年平均负荷Pav的横线与纵横两坐标轴所包围的矩形面积恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa，年平均负荷为Pav为(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线28282.平均负荷和负荷系数(1)负荷系数负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax的比值，即(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线29292.平均负荷和负荷系数(1)负荷系数负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越接近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负荷曲线“削峰填谷”。(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线30302.平均负荷和负荷系数(1)负荷系数对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即负荷系数通常以百分值表示。负荷系数（负荷率）的符号有时用β，也有的有功负荷率用α，无功负荷率用β表示。(二)与负荷曲线和负荷计算有关的物理量三.负荷曲线及有关物理量第一节工厂的电力负荷与负荷曲线3131第二章工厂的电力负荷及计算第二节三相用电设备组计算负荷的确定工厂供电3232供电系统要安全可靠地正常运行，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。一.概述第二节三相用电设备组计算负荷的确定根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。3333由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需(3～4)τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷Pmax）是基本相当的。计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。一.概述第二节三相用电设备组计算负荷的确定3434半小时最大负荷P30来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q30、S30和Ｉ30。一.概述第二节三相用电设备组计算负荷的确定有功计算负荷:P30无功计算负荷:Q30视在计算负荷:S30计算电流:I303535计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经