60第二章 供配电的负荷计算

第二章供配电的负荷计算•如何正确估计电力负荷的大小是一个非常重要的问题。估算的准确程度，影响工厂电力设计的质量。•如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。•但如估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。计算负荷的意义及计算目的２.1负荷曲线负荷曲线（loadcurve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。•负荷曲线的分类•按负荷的功率性质分：•可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；•按时间单位分：•可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。•按负荷对象分：•可分为用户、车间或某类设备负荷曲线。２.1.1日负荷曲线日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况。制作：①折线形负荷曲线：以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制。②阶梯形负荷曲线：每半小时纪录电度表读数，计算半小时平均功率，作负荷曲线（a）折线形负荷曲线（b）阶梯形负荷曲线2.1.2、年负荷曲线年负荷曲线:反应负荷全年(8760h)的变化情况。分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。制作：①年运行负荷曲线：根据全年日负荷曲线间接制成②年持续负荷曲线根据典型夏日和冬日负荷曲线绘制•按负荷大小依次排列绘制•夏季和冬季在全年中占的天数要视地理位置和气温情况而定•北方：冬日200天，夏日165天•南方：冬日165天，夏日200天图2-2年负荷持续时间曲线的绘制夏日负荷曲线冬日负荷曲线年负荷持续时间曲线若该图为南方用户的负荷曲线，则：图中P1在年负荷曲线上所占的时间为112200165Ttt注：日负荷曲线是按时间的先后绘制年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制2.1.3负荷曲线的有关物理量1.年最大负荷和年最大负荷利用小时(1)年最大负荷Ｐmax指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2～3次）消耗电能最大的30分钟的平均功率，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷P30。(2)年最大负荷利用小时数Ｔmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，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。•一班制工厂Tmax约为1800～3000h，•两班制工厂Tmax约为3500～4800h,•三班制工厂约Tmax为5000～7000h，•居民用户Tmax约为1200～2800h。年最大负荷利用小时是反映电力负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，则负荷越平稳。Ｔmax与用户的性质和工厂的生产班制有明显的关系。如图所示，阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以Wa表示全年实际消耗的电能，则有：maxmaxaWTP2.平均负荷和负荷系数(1)平均负荷Pav平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。如在t这段时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为：年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：图2-4年平均负荷tavWPt8760aavWPh(2)负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分为有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，即有时也用α表示有功负荷系数，用β表示无功负荷系数。一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，即它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。maxavaLPKPLNPKPmaxavrLQKQ对负荷曲线来说，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。2.2用电设备的设备容量2.2.2设备容量的确定1.长期工作制和短时工作制的用电设备•其设备容量为该设备的铭牌额定功率，即Pe=PN•2.2.1设备容量的定义•在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为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的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。2.反复短时工作制的用电设备•其设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：（1）电焊机和电焊机组•要求统一换算到ε=100%时的功率,即式中，PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；εN为额定负荷持续率（计算中用小数）；ε100为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）；cosφN为额定功率因数。100%cosNeNNNNPPS（2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到ε=25%时的额定功率，即式中，PN为额定有功功率；εN为额定负荷持续率（用小数计算）；ε25%为其值为25%的负荷持续率（用0.25计算）。25%2NeNNNPPP3.照明设备（1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）的设备容量就是指它的额定功率，即Pe=PN（2）用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压水银灯）的设备容量要包括镇流器中的功率损失：Pe=1.1PN（3）照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：Pe=ωS/1000式中，ω是建筑物单位面积的照明容量（W/m2）；S为建筑物的面积（m2）。2.3负荷计算的方法计算负荷:是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动的负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。计算负荷实际上与半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷Pmax）是基本相当的。2.3.1估算法估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。1.单位产品耗电量法已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量a,则企业全年电能Wa为：Wa=a·m有功计算负荷为：式中，Tmax为年最大负荷利用小时数。maxacWPT2.负荷密度法已知车间生产面积S（m2）和负荷密度指标ρ（kW/m2）时，车间平均负荷为：Pav=ρ·S负荷密度指标如表2-1所示，S表示车间面积。车间计算负荷为avcaLPPK在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所有用电设备的设备容量并不等于其计算负荷，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即式中，Kd即为需要系数；PC为计算负荷；Pe为设备容量。cdePKPLdNWLKKKηN为用电设备效率；KL为负荷系数；ηwL为线路平均效率；K∑为用电设备组的同时系数。2.3.2需要系数法1.单组用电设备组的计算负荷式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量；tgφ为设备功率因数角的正切值。cdecc22ccNtancos3CCCCPKPPQPSPQSIU有功计算负荷（kW）无功计算负荷（kvar）视在计算负荷（kVA）计算电流（A）例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。cde0.18120=21.6kWPKPcctan21.61.73=37.37kvarPQ21.6/0.5=43.2kVAcosCCPSccN43.265.6330.38SAIU解查附录表1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得Kd=0.16~0.2（取0.18计算），cosφ=0.5，tgφ=1.73。根据公式（2-19）得：2.多组用电设备组的计算负荷式中，n为用电设备组的组数，K∑p、K∑q分别为有功、无功同时系数，Pci，Qci为各用电设备组的计算负荷。cpc.1cqc.122cccccN3niiniiPKPQKQSPQSIU应该考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，对有功、无功负荷分别计入一个同时系数及pKqK注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以K∑来计算。例2-2一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW1台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。解查附录表1可得冷加工电动机：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar通风机：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0车间计算负荷为3cpc.10.9(101.922)12.5iiPKPkW3cqc.10.9(17.31.440)16.9variiQKQk2222ccc12.516.921.02SPQkVAccN21.0231.94330.38SAIU适用范围：由于当设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备时，需要系数的值才较符合实际，所以它适用于求全厂、大型车间变电所的计算负荷。2.3.3二项式法用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的平均负荷，又考虑几台最大用电设备引起的附加负荷，计算公式为：1.单组用电设备组的计算负荷式中，b、c为二项式系数；Pe∑是该组用电设备组的设备总容量；Px为x台最大设备的总容量（b、c、x的值可查表A-1），当用电设备组的设备总台数n＜2x时，则最大容量设备台数取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时，可认为Pc=Pe；tgφ为设备功率因数角的正切值。cctancxePbPcPPQPe∑是各用电设备组的设备总容量(bPe∑)i为各用电设备组的平均功率cPx为每组用电设备组中x台容量较大的设备的附加负荷(cPx)max为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；tgφmax为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值。maxmaxmaxc()()(tan)()tancixeixePbPcPbPcPQ2.多组用电设备的计算负荷例2-3用二项式法求例2-2的计算负荷。一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW1台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。解:求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx（１）金属切削机床电动机组查附录表A-1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，则(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW例2-3用二项式法求例2-2的计算负荷。一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。（２）通风机组查附录表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，x2=5，n=2＜2x2，取x2=n/2=1，则(b