工厂供电(刘介才第五版)第3章

第1节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•一、工厂用电设备的工作制•按工作制可分为三类：•1.连续工作制设备•在恒定负荷下运行，且运行时间长到使设备达到热平衡•比如通风机、水泵、空气压缩机、发电机组、电炉、白炽灯等第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•2.短时工作制设备•在恒定负荷下运行时间短，短于达到热平衡的时间，停歇时间长•如机床上的辅助电机：进给电机、冷却泵等等；控制闸门的电机第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•3.断续周期工作制设备•周期性的工作，反复运行，工作和停歇都不足以使设备达到热平衡•例如电焊机、起重机用电动机等•负荷持续率（暂载率）：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，即第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•二、负荷曲线及有关物理量•1.负荷曲线的概念•负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，横坐标表示时间，纵坐标表示负荷（功率）•负荷按对象分：工厂、车间或某一类设备的负荷曲线第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•按负荷性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线•按负荷变动时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线或工作班负荷曲线•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第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•年负荷曲线：通常绘制成负荷持续时间的曲线，按负荷大小依次排列•图中第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•年负荷曲线另一种形式，按照全年每日的最大负荷（每日最大负荷半小时平均值）绘制，称年每日最大负荷曲线•可用来确定最经济的运行方式第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•2.年最大负荷Pmax•全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时平均功率，也称为半小时最大负荷P30•3.年最大负荷利用小时Tmax•在假象时间Tmax内，电力负荷按Pmax持续运行所消耗的电能等于实际年消耗电能•如图3-4第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•年最大利用小时为：•Tmax=Wa/Pmax•其中Wa为年实际消耗电能量•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关第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•4.平均负荷Pav•负荷在一定时间t内平均消耗的电能Wt•即Pav=Wt/t•如图3-5•年平均负荷Pav=Wa/t•其中Wa为阴影部分，且与矩形面积相等第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•5.负荷系数KL（负荷率）•KL=Pav/Pmax•负荷系数也称负荷曲线填充系数，表征负荷曲线不平坦程度•从最大程度发挥设备作用方面来说，KL越接近于1越好；•从发挥电力系统的效能方面来说，KL越大越好第一节工厂用电设备的工作制及负荷曲线的有关概念•对于用电设备来说：•KL=P/PN•其中P为输出功率，PN为额定容量•负荷系数通常用百分比来表示，即KL=Pav/Pmax×100%或KL=P/PN×100%•负荷系数的符号用β表示；或者有功负荷系数用α表示，无功负荷系数用β表示第二节三相用电设备组计算负荷的确定•一、概述•供电系统中，各元件的选择除了满足电压和频率的要求外，还需要满足负荷电流的要求•通过负荷的统计计算求出、按照发热条件选择供电系统中各个元件的负荷值，称为计算负荷第二节三相用电设备组计算负荷的确定•一般认为计算负荷就是半小时最大负荷P30，即有功计算负荷•无功计算负荷用Q30表示•视在计算负荷用S30表示•视在计算电流用I30表示第二节三相用电设备组计算负荷的确定•计算负荷的确定是否合理，会直接影响到电器和导线、电缆的选择是否合理•如果计算负荷确定过大，会使得导线、电缆选择过大，造成投资和有色金属浪费•如果计算负荷确定过小，会使电器、导线和电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗和绝缘过热过早老化，甚至引起火灾第二节三相用电设备组计算负荷的确定•目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法有两种：需要系数法和二项式法•需要系数法采用的比较普遍，是确定计算负荷的基本方法•二项式法有一定的应用局限性，在确定设备台数较少且容量差别较大的分支干线的计算负荷时，可采用二项式法第二节三相用电设备组计算负荷的确定•二、需要系数法确定计算负荷•1.基本公式•计算负荷P30表示内容第二节三相用电设备组计算负荷的确定•其中KΣ为设备同时系数•即KΣ=•设备组在最大负荷时运行的设备容量•全部设备容量•KL为设备组的负荷系数•即KL=•运行的设备容量•设备组在最大负荷时的输出功率第二节三相用电设备组计算负荷的确定•ηe为设备组的平均效率•ηe=•设备组在最大负荷时的输出功率•设备组在最大负荷时的取用功率•ηWL为配电线路的平均效率•ηWL=•配电线路在最大负荷时的末端功率•配电线路在最大负荷时的首段功率•令其中Kd为需要系数•则Kd=P30/Pe，由此可得P30=KdPe第二节三相用电设备组计算负荷的确定•在确定有功计算负荷P30后，可求出其余计算负荷：•1.无功计算负荷•2.视在计算负荷•3.计算电流•4.三相电动机计算电流第二节三相用电设备组计算负荷的确定•（二）设备容量的计算•需要系数的基本公式P30=KdPe中的设备容量Pe是不含备用设备的容量，且此容量的计算与用电设备工作组的工作制有关•1.一般连续工作制和短时工作制的设备组容量计算•Pe为所有设备铭牌额定容量之和第二节三相用电设备组计算负荷的确定•2.断续周期工作制设备容量计算•将不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和•容量换算公式：•断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和起重机用电动机第二节三相用电设备组计算负荷的确定•（1）电焊机•容量换算到ε=100%，因此换算后设备容量为第二节三相用电设备组计算负荷的确定•（2）起重机用电动机组•容量换算到ε=25%，=0.5，换算后设备容量为ε第二节三相用电设备组计算负荷的确定•（三）多组用电设备计算负荷的计算•引入同时系数（参差系数或综合系数）K∑p和K∑q•对车间干线,取•对低压母线分两种情况：•（1）电设备组计算负荷，取•（2）车间干线计算负荷，取第二节三相用电设备组计算负荷的确定•总有功计算负荷为：•总无功计算负荷为：•总视在计算负荷为：•总计算电流为：•注意：各组设备的功率因数不一定相同，在确定总视在计算负荷和计算电流时不能简单取和第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•一、工厂计算负荷的确定•工厂电源进线及主要电气设备的选择是依据工厂计算负荷，同时计算负荷也是计算工厂的功率因数和无功补偿容量的基本依据•确定工厂计算负荷的方法很多，可按照具体情况选用第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（一）需要系数法•将全厂用电设备的总容量Pe乘上需要系数Kd可得到全厂的有功计算负荷•即P30=KdPe•需要系数值可参照附录9•其无功计算负荷Q30=P30tanψ•视在功率S30=P30cosψ第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（二）按年产量估算工厂计算负荷•设工厂年产量为A，单位产品耗电量为α•则工厂全年耗电量Wa=Aα•单位产品耗电量可根据实测统计资料确定或者查阅有关设计手册•得到Wa后，除以年最大负荷利用小时Tmax可得到工厂有功计算负荷（根据式3-3）•即P30=Wa/Tmax第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷•工厂计算负荷P30.1为高压母线上所有配电线路计算负荷之和乘同时系数，即P30.1=P30.2KΣp•配电线路计算负荷P30.2为变+电所低压侧计算负荷P30.3与变压器损耗和功率损耗之和即P30.2=P30.3+ΔPT+ΔQT•如此逐级计算第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（四）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的计算负荷•1.工厂的功率因数•（1）瞬时功率因数•可由相位表直接测量得出，或者通过功率表、电压表、电流表等的读数通过以下公式间接得出：•其中P为三相有功功率，U为电压读数，I为电流读数第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（2）平均功率因数•又称为加权功率因数，按下式计算•Wp为一段时间内消耗的有功电能，Wq为一段时间内消耗的无功电能•供电企业对功率因数有一个规定值，工厂的功率因数高于规定值可减收电费，反之则加收，以鼓励用户积极提高功率因数第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•（3）最大负荷时功率因数•即在计算负荷时的功率因数：•cosψ=P30/S30•供电营业规定：100KVA及以上用户功率因数要在0.9以上，其他用户功率因数为0.85以上。并规定，未达到规定的，应增加无功补偿装置，如并联电容器•规定中所指功率因数，即为最大负荷时功率因数第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•2.无功功率补偿•图示功率因数的提高与无功功率和视在功率的变化关系•增设无功补偿装置容量为•或•其中称为无功补偿率第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•在确定了总的补偿容量后，可根据选择的单个电容器容量qc来确定电容器个数•即n=Qc/qc•对于单相电容器来说，n应取3的倍数，以便三相平衡•附录表10列出了并联电容器的无功补偿率•附录表11列出了常用并联电容器主要技术数据第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•3.无功补偿后的工厂计算负荷•工厂或车间装设无功补偿装置后，总的有功计算负荷P30不变•总的无功计算负荷应扣除无功补偿容量，即Q30=Q30-QC•例3-6第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•二、工厂负荷中心的确定•（一）负荷指示图•将电力负荷按比例用负荷圆的形式标示在工厂或车间的平面图上•负荷圆的圆心应与车间的负荷中心大致相符第四节工厂的计算负荷及负荷中心的确定•在负荷大致分布均匀的车间内，车间“重心”即负荷中心就是车间的中心位置•如果负荷分布不均匀，车间“重心”应该偏向负荷相对集中的一侧•负荷圆的半径r由车间计算负荷P30=Kπr2得出•即•其中K为负荷圆的比例（如1mm2：5KW）KPr30