第2章 工厂的电力负荷及计算

第2章工厂的电力负荷及计算工厂供电2第2章工厂的电力负荷及其计算2.1工厂的电力负荷与负荷曲线2.3单相用电设备组计算负荷的确定2.2三相用电设备组计算负荷的确定2.4工厂的计算负荷及年耗电量的计算2.5尖峰电流及其计算32.1工厂的电力负荷与负荷曲线2.1.1工厂电力负荷的分级及其对供电的要求电力负荷（electricpowerload）：电力负载含义{用电设备或用电单位（用户）用电设备或用户所耗用的电功率或电流工厂电力负荷的分级:按GB50052-1995规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级4一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。二级负荷：双电源供电，必要时增设应急电源。中断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双回路供电，当负荷较小时可以专线供电。三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。52.1.2工厂用电设备的工作制用电设备按其工作制（duty-type）可分为三种：（1）连续运行工作制（长期工作制）（2）短时运行工作制（短暂工作制）（3）断续运行工作制（重复短暂工作制）{6用电设备额定容量的计算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。7（1）长期工作制和短时工作制的设备容量Pe=PN（2）重复短暂工作制的设备容量①吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量统一换算到ε=25%时的额定功率（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为:②电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等于100%时，应进行换算，公式为:nNNNePPP2%25NNNNNeSPPcos8（3）电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ（4）照明设备的设备容量①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）；②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）；③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）；④金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）。9（5）不对称单相负荷的设备容量当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算。103eePP设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下：单相设备接于相电压时Pe＝3Pe·m式中Pe——等效三相设备容量；Pe·m——最大负荷所接的单相设备容量。单相设备接于线电压时式中——接于同一线电压的单相设备容量。eP112.1.3负荷曲线定义：是表征电力负荷随时间变动情况的图形表示一组用电设备的功率随时间变化关系的图形。可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同分类：负荷的功率性质：有功无功{负荷变动的时间：年的月的日的工作班的负荷对象：工厂的车间的某类设备的绘制方式:依点连成的梯形的122.1.4与负荷曲线和负荷计算有关的物理量年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。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。13平均负荷和负荷系数平均负荷Pav年平均负荷：Pav=Wa/8760电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能Wt除以时间t的值，即Pav=Wt/t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，即对用电设备来说，就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即返回目录142.2三相用电设备组计算负荷的确定是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。通常将以半小时最大负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用P30(Q30、S30、I30)或Pca(Qca、Sca、Ica)表示。2.2.1计算负荷15一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。规定取“半小时最大负荷”的原因：16负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。172.2.2按需要系数法确定计算负荷负荷计算的方法有：需要系数法二项式法利用系数法形状系数法附加系数法需要系数法最为简便因而广泛使用}我国普遍采用18需要系数考虑了以下的主要因素：需要系数K——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；ηwl——线路供电效率；ηe——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。LdewlKKK19实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定,见附录表1。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。203.3.1需要系数法由负荷端逐级向电源端进行计算有功计算负荷P30无功计算负荷Q30视在计算负荷S30单台用电设备用电设备组车间配电干线或车间变电所低压母线车间变电所中变压器高压侧全车间变电所中高压母线总降压变电所出线总降压变电所低压侧母线全厂总计算负荷211．单台用电设备的计算负荷（1）有功计算负荷：考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷P30·1为式中Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；η—用电设备在额定负载下的的效率。（2）无功计算负荷：Q30·1=P30·1tan式中—用电设备功率因数角。计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。30lePP222.用电设备组的计算负荷（1）有功计算负荷：P30·2=Kd∑PeKd—用电设备组的需要系数，见附录表1；∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。（2）无功计算负荷：Q30·2=P30·2tan（3）视在计算负荷：计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。22302302302SPQ23当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较小（n3台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的Kd值(0.85-1)。24计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。3．确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷（1）总有功计算负荷：P30·3＝Ｋ∑ΣP30·2（2）总无功计算负荷：Q30·3＝Ｋ∑ΣQ30·222303303303SPQ（3）总视在计算负荷：P30·3、Q30·3、S30·3－车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；ΣP30·2、ΣQ30·2－各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和Ｋ∑－最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引入的系数。注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc3,则当计算Q30·3时，要减去无功补偿容量，即Q30·3＝Ｋ·ΣQ30·2－Qc3254.确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷P30·4＝P30·3+ΔPTQ30·4＝Q30·3+ΔQTP30·４、Q30·４、S30·４－车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷（kW、kvar及kVA）ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备22304304304SPQ26在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按下列经验公式估算：对SJL1等型电力变压器：ΔPT≈0.02S30·3（kW）ΔQT≈0.08S30·3（kvar）对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：ΔPT≈0.01S30·3（kW）ΔQT≈0.05S30·3（kvar）式中S30·3－变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。275.确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷P30.5＝ΣP30·4+P4mQ30·5＝ΣQ30·4+Q4mP4m、Q4m—车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。22305305305SPQ286.确定总降压变电所出线上的计算负荷P30·6=P30·5+ΔPL≈P30·5Q30·6=Q30·5+ΔQL≈Q30·5S30·6≈S30·5ΔPL、ΔQL—高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，故可忽略不计。计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。297.确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷P30·7＝ＫΣΣP30·６Q30·7＝ＫΣΣQ30·６注意：如果在总降压变电所６~10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Q30·7时，应减去补偿设备的容量Qc7，即Q30·7＝ＫΣΣQ30·６-Qc7计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。22307307307SPQ308．确定全厂总计算负荷P30·8＝P30·7+ΔPTQ30·8＝Q30·7+ΔQT计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。22308308308SPQ31例2.2.1一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；电葫芦1个3kW（εN=40%）试求计算负荷。冷加工电动机组：查附录表1可得Kd=0.16-0.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，因此P30(1)=Kd∑Pe=0.2×50KW=10kWQ30(1)=P30(1)tan=10KW×1.73=17.3kvarS30(1)=P30(1)/cos=10KW/0.5=20kV·A解：通风机组：查附录表1可得Kd=0.7-0.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此P30(2)=Kd∑