工厂供配电技术(第3版)(下)

第4章工厂电力负荷计算及短路计算内容提要:本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况和短路计算方法。重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法—需要系数法和二项式系数法。讲述了工厂计算负荷的确定方法及采用无功补偿的措施。简要介绍了照明负荷的分析计算。对工厂供电系统中的短路现象和短路效应进行了系统的分析，并介绍了短路计算的一般方法：欧姆法和标幺值法。工厂的电力负荷计算及短路计算第四章1.生产加工机械的拖动设备2．电焊和电镀设备3．电热设备4．照明设备4.1.1工厂常用的用电设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章是机械加工类工厂的主要用电设备，也是工厂电力负荷的主要组成部分，可分为机床设备和起重运输设备两种：机床设备是工厂金属切削和金属压力加工的主要设备，这些设备的动力，一般都由异步电动机供给，根据工件加工需要，有的机床上可能有几台甚至十几台电动机，这些电动机一般都要求能长期连续工作，电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等起重运输设备是工厂中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具空压机、通风机、水泵等也是工厂常用的辅助设备，它们的动力都由异步电动机供给，工作方式属于长期连续工作方式，设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦，单台设备的功率因数在0.8以上。生产加工机械的托动设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章是车辆、锅炉、机床等制造厂的主要用电设备，在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备，负荷量不会太大。电焊包括利用电弧的高温进行焊接的电弧焊，利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行焊接的电阻焊（接触焊），利用电流通过熔化焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。电焊机的工作特点是：1.工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。2.功率较大，380V单台电焊机功率可达400kVA，三相电焊机功率最大的可达1000kVA以上。3.功率因数很低，电弧焊机的功率因数为0.3～0.35，电阻焊机的功率因数为0.4～0.85。4.一般电焊机的配置不稳定，经常移动。电焊设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章电镀的作用是防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。另外，塑料、陶瓷等非金属零件表面，经过适当处理形成导电层后，也可以进行电镀。电镀设备的工作特点是：1.工作方式是长期连续工作的。2.供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。3.容量较大，功率从几十千瓦到几百千瓦，功率因数较低，为0.4～0.62。电镀设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章按其加热原理和工作特点可分为：电阻加热炉电弧炉感应炉其他加热设备电热设备的工作特点是：1.工作方式为长期连续工作方式。2.电力装置一般属二级或三级负荷。3.功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。用于各种零件的热处理；用于矿石熔炼、金属熔炼；用于熔炼和金属材料热处理；包括红外线加热设备、微波加热设备和等离子加热设备等。中小型机械类工厂的电热设备一般较简单。电热设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章电气照明是工厂供电的重要组成部分，合理的照明设计和照明设备的选用是工作场所得到良好的照明环境的保证。常用的照明灯具有：白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。照明设备的工作特点：1.工作方式属长期连续工作方式。2.除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其他类型的灯具功率因数均较低。3.照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。4.照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。照明设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章序号车间用电设备负荷级别1金属加工车间价格昂贵、作用重大、稀有的大型数控机床一级价格贵、作用大、数量多的数控机床二级2铸造车间冲天炉鼓风机、30t及以上的浇铸起重机二级3热处理车间井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵二级4锻压车间锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机二级5电镀车间大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线二级6模具成型车间隧道窑鼓风机、卷扬机二级7层压制品车间压塑料机及供热锅炉二级8线缆车间冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备二级9空压站单台60m3/min以上空压机二级有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵二级离心式压缩机润滑油泵一级工厂用电负荷的分类工厂的电力负荷计算及短路计算第四章用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”，但是由于各用电设备的额定工作条件不同，例如有的是长期工作制，有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量，Pe用表示。4.1.2工厂用电设备容量的确定工厂的电力负荷计算及短路计算第四章1.长期连续工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8h，而且运行时负荷比较稳定，在计算其设备容量时，可直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。2.短时工作制设备工作时间较短，而停歇时间相对较长，在工厂负荷中所占比例很小，在计算其设备容量时，也是直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率）。3.反复短时工作制设备工作呈周期性，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，用负荷持续率（或称暂载率）来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值用电设备的工作制工厂的电力负荷计算及短路计算第四章1.长期连续工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即%1000ttt2.反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一负荷持续率下的功率。负荷持续率可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示：NePP设备容量的确定工厂的电力负荷计算及短路计算第四章起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种要求统一换算到ε＝25%时的额定功率，即NN25NNe2PPP式中PN——（换算前）设备铭牌额定功率；Pe——换算后设备容量；N——设备铭牌暂载率；25——值为25%的暂载率（计算中用0.25）。起重机（吊车电动机）工厂的电力负荷计算及短路计算第四章电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。要求统一换算到＝100%，换算公式为：NNNNNecosSPP式中SN——设备铭牌额定容量；cosN——设备铭牌功率因数。电焊机设备工厂的电力负荷计算及短路计算第四章NNeSPcos设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中SN——电炉变压器的额定容量；cosN——电炉变压器的因数。电炉变压器组工厂的电力负荷计算及短路计算第四章负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线；按表示的时间分，有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；按绘制方式分，有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线.4.1.3负荷曲线工厂的电力负荷计算及短路计算第四章负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。1．负荷曲线的绘制工厂的电力负荷计算及短路计算第四章2．与负荷曲线有关的参数工厂的电力负荷计算及短路计算第四章指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。是选择仪器仪表、整定继电保护的重要数据。计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过大，造成投资浪费；计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故；“计算负荷”通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。4.2工厂计算负荷的确定工厂的电力负荷计算及短路计算第四章目的：主要是确定“计算负荷”，常用方法：需要系数法比较简便，使用广泛。因该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算工厂的电力负荷计算及短路计算第四章对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷，即NNN30/PPP对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等设备，额定容量就作为其计算负荷，即N30PP对单台反复短时工作制的设备，其设备容量直接作为计算负荷，对于起重机和电焊类设备，还要根据负荷持续率进行换算。4.2.2单个用电设备的负荷计算工厂的电力负荷计算及短路计算第四章一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数（Kd）。在所需计算的范围内，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。需要系数法的基本公式：ed30PKPiPPee需要系数法工厂的电力负荷计算及短路计算第四章有功计算负荷：ed30PKP无功计算负荷：tan3030PQ视在计算负荷：23023030QPS计算电流：N30303USI单组用电设备组的计算负荷确定工厂的电力负荷计算及短路计算第四章总的有功计算负荷：总的无功计算负荷：总的视在计算负荷：总的计算电流：iPKP3030iQKQ303023023030QPSN30303USI多组用电设备的计算负荷工厂的电力负荷计算及短路计算第四章应用范围Kå确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间0.7～0.8热加工车间0.7～0.9动力站0.8～1.0确定配电所母线的最大负荷负荷小于5000kW0.9～1.0计算负荷为5000～10000kW0.85计算负荷大于10000kW0.8同时系数K工厂的电力负荷计算及短路计算第四章在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为：xcPbPPe30其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算公式与前述需要系数法相同。对1或2台用电设备可认为P30=Pe，即b=1，c=0。用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式，其余的计算负荷与需要系数法相同。二项式系数法工厂的电力负荷计算及短路计算第四章多组用电设备的总计算负荷时，也要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。与需要系数法不同的是，这里不是计入一个小于1的综合系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷(cPx)max，再加上各组平均负荷bPe，由此求出设备组的总计算负荷。先求出每组用电设备的计算负荷P30i、Q30i，则总的有功计算负荷为：maxe30)()(xicPbPP总的无功计算负荷为：maxmaxe30tan)()tan(xicPbPQ确定多组用电设备的负荷工厂的电力负荷计算及短路计算第四章某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中，10.5kW的4台，7.5kW的8台，5kW的8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，N65%，cosN0.5），车间有吊车1台（11kW，eN=25%），试计算此车间的设备容量。工厂的电力负荷计算及短路计算第四章1）金属切削机床的设备容量。金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：kW142585.785.104ee1iPPkW1.165.065.0202cos2NNN2eSPkW11N25NN3ePPP.1kW169111.16142eP2）电焊机的设备容量。电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到=100%，所以2台电