建筑供配电ppt教程2

课题2负荷分级及其计算2.1负荷分级2.2负荷曲线2.3电力负荷的计算2.1负荷分级（1）符合下列情况之一时，应为一级负荷：①中断供电将造成人身伤亡。②中断供电将在政治、经济上造成重大损失，例如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。2.1.1负荷分极的原则③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷受到影响。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。（2）符合下列情况之一时，应为二级负荷：①中断供电将在政治、经济上造成较大损失，例如主要设备损坏、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。②中断供电将影响重要用电单位的正常工作，例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷受到影响以及大型影剧院、大型商场等人员集中的重要的公共场所出现秩序混乱。（3）不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。民用建筑中常用重要电力负荷的分级如表2.1所示（见P16）。2.1.2民用建筑中常用重要电力负荷的分级用电设备种类很多，它们的用途和工作的特点也不相同，按其工作制不同可划分为三类。（1）长期工作制此类用电设备连续工作的时间比较长(至少在半小时以上)，超过其稳定温升的时间，如各类泵、通风机、压缩机、机械化运输设备、电阻炉、照明设备等。2.1.3用电设备的工作制（2）短时工作制此类用电设备工作的时间短而停歇时间很长，导体还未达到其稳定温升就开始冷却，在停歇时间内足以将温度降至通电前的温度，如机床上的某些辅助电机、水闸用电动机等。（3）断续周期工作制此类用电设备工作时间短，停歇时间也短，以断续方式反复交替进行工作，其周期一般不超过10min。最常见的设备为电焊机和吊车电动机。通常用暂载率(又称负荷持续率)来描述其工作性质。暂载率是一个周期内工作时间占工作周期的百分比，用ε表示。ε=t/T×100%=t/(t+t0)×100%2.2负荷曲线2.2.1负荷曲线的概念负荷曲线是表征用电负荷随时间变动的一种图形。它绘制在直角坐标系中，纵坐标表示用电负荷，横坐标表示对应于负荷变动的时间。按负荷性质，负荷曲线可分为有功负荷曲线(纵坐标表示有功负荷值，单位为kW)和无功负荷曲线(纵坐标表示无功负荷值，单位为kvar)两种。按负荷变动的时间，负荷曲线可分为日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线表示了一昼夜(24h)内负荷变动的情况，而年负荷曲线表示了一年(8760h)中负荷变动的情况。负荷曲线可以表示某一台设备的负荷变动的情况，也可以表示一个单位的负荷变动的情况。图2.1表示某工厂的日有功负荷曲线。它是根据变电所中的有功功率表，用测量的方法绘制而成的。通过一定的时间间隔(如Δt=0.5h)内读取有功功率表的读数，求Δt时间内的平均值加以记录，根据记录的数据在直角坐标中逐点描绘而成。工厂的年负荷曲线常用的有两种，如图2.2所示。这两种年负荷曲线各有不同的用途，前者主要用于系统运行的需要，后者主要用于系统分析的需要。2.2.2负荷曲线的绘制图2.1日有功负荷曲线的绘制图2.2年负荷曲线的绘制（a）年每日最大负荷曲线；（b）年负荷持续时间曲线1.年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的30min平均功率。通常用Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大功率，因此，年最大负荷也就是半小时最大负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax是指假如工厂负荷以年最大负荷Pmax持续运行了Tmax，则该工厂负荷消耗的电能恰好等于其全年实际消耗的电能Wa，即图2.3中虚线与两坐标轴所包围的面积。2.2.2负荷曲线的绘制最大负荷利用小时为Tmax=WaPmaxTmax的大小表明了工厂消耗电能是否均匀。最大负荷利用小时越大，则负荷越平稳。Tmax一般与工厂类型及生产班制有较大的关系，例如，一班制工厂Tmax=1800～2500h,两班制工厂Tmax=3500～4500h,三班制工厂Tmax=5000～7000h。2.平均负荷和负荷系数平均负荷Pav是指电力负荷在一段时间内消耗功率的平均值。Pav=Wt/t平均负荷也可以通过负荷曲线来求，如图2.4所示，年负荷曲线与两坐标轴所包围的曲线面积(即全年消耗的电能)恰好等于虚线与两坐标轴所包围的面积。因此年平均负荷Pav=Wt/8760负荷系数KL，又称为负荷率，是指平均负荷与最大负荷之比，它表征了负荷曲线不平坦的程度，也就是负荷变动的程度。负荷系数又分为有功负荷系数α和无功负荷系数β。α=Pav/Pmax,β=Qav/Qmax一般工厂α=0.7～0.75，β=0.76～0.8。负荷系数越接近1，表明负荷变动越缓慢；反之，则表明负荷变动越激烈。对单个用电设备或用电设备组，负荷系数则是指其平均有功负荷Pav和它的额定容量PN之比，它表征了该设备或设备组的容量是否被充分利用，即KL=Pav/PN图2.3年最大负荷和年最大负荷利用小时图2.4年平均负荷2.3电力负荷的计算在工厂供电系统设计过程中必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效，是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。按照等效负荷，从满足发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。2.3.1计算负荷的概念在设计计算中，通常将“半小时最大负荷”作为计算负荷，用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。计算负荷、年最大负荷、30min平均最大负荷三者之间的关系为Pc=P30=PmaxQc=Q30=QmaxSc=S30=Smax按需要系数法进行负荷计算的基本过程是：先确定计算范围(如某低压干线上的所有设备)，然后将不同工作制下的用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下，经换算后的额定功率也称为设备容量Pe。再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考虑到需要系数，算出每一组用电设备的计算负荷，最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷。2.3.2用需要系数法计算负荷1.设备容量的确定由前述可知，进行负荷计算时，应首先确定设备容量Pe。确定各种用电设备容量Pe的方法如下：（1）长期工作制、短期工作制的设备容量Pe等于其铭牌功率PN。（2）断续周期工作制，如起重机用的电动机有功功率PN应该统一换算到暂载率εN=25%时的有功功率。对于电焊机，则应统一换算到暂载率εN=100%时的有功功率。具体换算如下：对吊车电动机:对电焊机:NeNNN25P=P=2PNeNNN100P=Scos=2Scos(3)照明设备的设备容量白炽灯、卤钨灯设备容量就是灯泡上标出的额定功率。荧光灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.2～1.3倍。高压汞灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍；自镇式高压汞灯设备容量与灯泡额定功率相等。高压钠灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。金属卤化物灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。2.需要系数Kd的含义考察车间的一组用电设备，设该组负荷共有n台电动机，其设备容量的总和为Pe∑，由于Pe∑是指设备的最大输出容量，它与输入容量存在一个效率η；考虑到这些电动机不可能同时运行，因此引入一个同时系数K∑；又因为那些电动机即使运行,也不太可能都满负荷出力，因此引入一个负荷系数KL;再者，用电设备在运行时线路还有功耗，因此引入网络供电效率ηWL。于是,在最大负荷期间电网供给的有功计算负荷为：显然表2.2（见P23）列出了各种用电设备组的需要系数值，供参考。L30edeWLKKP=P=KPLdWLKKK=3.计算负荷的确定（1）单台设备的计算负荷当只有一台用电设备时，不能直接按表2.2取需要系数，这是因为影响需要系数的几个因素除用电设备本身的效率η外均可能为1，此时的需要系数只包含了效率η，因此由式(2.9)可得到P30=Pe/η，由P30、Q30、S30、I30之间的关系得到如下公式：30eN303030303030NP=P/=P/Q=PtanPS=cosPI=3Ucos【例2.1】某车间有一台吊车，其额定功率PN为29.7kW(εN=45％)，η=0.8，cosφ=0.5，其设备容量为多少?【解】Pe=√(εN/ε25)*PN=2√εN*PN=2×29.7×0.45=39.8(kW)【例2.2】某220V单相电焊变压器，其额定容量为SN=50kV·A，εN=60％，cosφ=0.65，η=0.93，试求该电焊变压器的计算负荷。【解】Pe=√(εN/ε100)*SNcosφ=√(0.6/1)×50×0.65=25.2(kW)其计算负荷为P30=Pe/η=25.2/0.93=27.1(kW)Q30=P30tanφ=27.1×1.17=31.7(kvar)S30=P30/cosφ=27.1/0.65=41.7(kV·A)I30=P30/(UNcosφ)=27.1/(0.22×0.65)=189.5(A)(2)单组用电设备的计算负荷单组用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同。如均为机床的电动机，或均为通风机，见图2.5中D点的计算负荷。由式(2.9)可求出其有功计算负荷P30，然后再求出其他计算负荷Q30、S30、I30，其计算公式为30de303022303030303030NNP=KPQ=PtanS=P+QSPI==3U33Ucos【例2.3】已知某化工厂机修车间采用380V供电，低压干线上接有冷加工机床26台，其中11kW1台，4.5kW8台，2.8kW10台，1.7kW7台，试求该机床组的计算负荷。【解】该设备组的总容量为Pe∑=11×1+4.5×8+2.8×10+1.7×7=86.9(kW)查表2.2Kd=0.16～0.2(取0.2),tanφ=1.73,cosφ=0.5，则有功计算负荷P30=0.2×86.9=17.38(kW)无功计算负荷Q30=17.38×1.73=30.06(kvar)视在计算负荷S30=17.38／0.5=34.76(kV·A)计算电流I30=34.76/(3×0.38)=52.8(A)(3)低压干线的计算负荷图2.5供配电系统中各点电力负荷的计算低压干线是给多组不同工作制的用电设备供电的，如通风机组、机床组、水泵组等，因此，其计算负荷也就是图2.5中C点的计算负荷。应先分别计算出D层面每组(例如机床组、通风机组等)的计算负荷，然后将每组有功计算负荷、无功计算负荷分别相加，得到C点的总的有功计算负荷P30和无功计算负荷Q30，最后确定视在计算负荷S30和计算电流I30，即n301i=1n301i=1223030303030NP=KP30(i)Q=KQ30(i)S=P+QSI=3U【例2.4】某机修车间380V低压干线(如图2.5)接有如下设备：①小批量生产冷加工机床电动机：7kW3台，4.5kW8台，2.8kW17台，1.7kW10台。②吊车电动机：εN=15％时铭牌容量为18kW、cosφ=0.7共2台，互为备用。③专用通风机：2.8kW2台。试用需要系数法求各用电设备组和低压干线(C点)的计算负荷。【解】显然,各组用电设备工作性质相同，需要系数相同，因此先求出各用电设备组的计算负荷。①冷加工机床组设备容量Pe(1)=7×3+4.5×8+2.8×17+1.7×10=121.6(kW)查表2.2，取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73,则P30(1)=KdPe(1)=0.2×121.6=24.32(kW)Q30(1)=P30(1)tanφ=24.32×1.73=42.07(kvar)②吊车组(备用容量不计入)设备容量Pe(2)=2√εN＊PN=2