第二章 负荷计算.

第二章负荷计算内容:负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算方法，功率因数和无功功率补偿。难点:掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无功功率补偿计算。第二章负荷计算•第一节负荷曲线•第二节用电设备的设备容量•第三节负荷计算的方法•第四节功率损耗和电能损耗•第五节全厂负荷计算•第六节尖峰电流的计算•第七节功率因数和无功功率补偿第一节负荷曲线负荷曲线是电力负荷随时间变化的一种图形。分类：按负荷的功率性质分有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间单位分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象分用户、车间或某类设备负荷曲线。一、日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况。制作方法：（1）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，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。二、年持续负荷曲线年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线（b）冬季日负荷曲线（c）年负荷持续时间曲线三、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年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值。（2）年最大负荷利用小时Tmax年最大负荷利用小时是指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。如图2-3所示，阴影为全年实际消耗电能，如果以Wa表示全年实际消耗的电能,则有：maxmaxaWTP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.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。年平均负荷Pav,如图2-4所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa，则：tavWPt8760aavWP（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。注意：对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与设备额定容量PN之比，即：NLPPKmaxavalPKPmaxavrlQKQ第二节用电设备的设备容量一、设备容量的定义设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。二、设备容量的确定1.长期工作制和短时工作制的用电设备长期工作制和短时工作制的设备容量就是该设备的銘牌额定功率，即Pe=PN长期连续工作制这类设备长期连续运行，每次连续时间超过8小时，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、2.反复短时工作制的用电设备这类设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，如电焊机和吊车电动机等。该类设备的工作性质通常用负荷持续率来表征。空气压缩机、电动发电机、电炉、照明灯等。机床电动机的负荷虽然变动较大，但也属于长期连续运行的。对该类设备容量的计算，可直接查取铭牌上的额定功率，就是设备的计算容量而不用转换。短时工作制这类设备工作时间短，而停歇时间相对较长，如机床上的辅助电动机等。这类设备在工厂负荷中所占的比例很小，计算设备容量时，可直接查取铭牌上的额定功率。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；cosφN为额定功率因数。1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到ε=100%时的功率，即：2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到ε=25%时的功率，即：100%cosNNNNNPPS25%2NeNNNPPP反复短时工作制的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。3）照明设备①不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即：Pe=PN②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=KblPN③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：1000/SPe式中：ρ是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积。概述供电系统要能够在正常条件下可靠地运行则其中各个元件（电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择恰当，除满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。计算负荷定义：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负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷称之为“计算负荷”。第三节负荷计算的方法根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，其发热温度都不会超过允许温度值。由于导体通过电流后达到稳定温升的时间大约有3～4τ(τ为发热时间常数)，对中小截面（35mm2以下）导体，其发热时间常数约为10min，也就是载流导体大约经过半小时(即30min)后可以达到稳定的温升值，因此计算负荷实际上与从负荷曲线上测得的半小时最大负荷P30是基本相等的。所以计算负荷也可认为就是半小时最大负荷P30。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。max30max30max30max30defdefcdefdefcdefdefcdefdefcPPPQQQSSSIII目前负荷计算的常用方法：估算法、需要系数法、二项式法、利用系数法和单相负荷计算法等。一、估算法1、单位产品耗电量法已知某企业的年产量为m，单位产品的耗电量为ω，则企业全年电能为Wa=ω·m，则有功计算负荷为：式中，Tmax为年最大负荷利用小时数。maxacWPT2、负荷密度法若已知车间生产面积S和负荷密度指标ρ时，车间平均负荷为:Pav=ρ*S，车间计算负荷为:avcaLPPK二、用电设备组计算负荷的确定——需要系数法用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。计算范围内用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念。.max..max...30eeieeeoutLeeouteeineinWLPPPKPPKPPPPP考虑到实际情况下，用电设备在传送功率的过程中，设备本身有功率损耗，故引入一个额定效率ηN，配电线路也有功率损耗，引入一个线路平均效率ηWL；用电设备组的所有设备不一定都同时运行，故引入一个同时系数K∑；运行的设备也不可能都处于满载运行，故引入一个负荷系数KL。因此用电设备组的有功计算负荷则可表示为：上式也可以写成：其中：Kd为一个小于1的数，将其称为需要系数。WLNLdKKKeWLNLCPKKPedCPKP1、单组用电设备的计算负荷式中，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。223cdecccccccNPKPQPtgSPQSIU解：查表A-1-1中的“小批生产的金属冷加工机床”项，可得Kd=0.16-0.2(取0.2计算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根据公式得：PC=KdPe=0.2×120=24(KW)QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)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。3030/(3)48/(30.38)72.9NISUA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，Pci，Qci为各用电设备组的计算负荷;∑Pc·i和∑Qc·i分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。11223ncpciincqciicccNPKPQKQSPQSIU确定有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应该考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定低压母线或低压干线上的计算负荷时，应该结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数K∑p和K∑q。①车间干线取K∑p=0.85～0.95，K∑q=0.9～0.97。②低压母线•当由用电设备组的计算负荷组直接相加来计算时，可取K∑p=0.85～0.9，K∑q=0.85～0.95；•当由车间干线计算负荷直接相加来计算时，可取K∑p=0.9～0.95，K∑q=0.93～0.97。注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此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来计算。解:(1)冷加工机床：查附录表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2)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，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；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）。(3)电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0(4)车间计算负荷：10.9(101.922)12.5ncpciiPKPkW10.9(17.31.440)16.9ncqciiQKQkVar222212.516.921.02cSPQkVA21.0231.94330.38ccNSIAU2.3.3单相负荷计算单相设备应尽可能地均匀分布在三相上，以使三相负荷保持平衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时，单相用电设备可按三相负荷平衡计算;如果三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，应把单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线电缆，使线路上的设备和导线电缆在计算电流通过时不至于过热或损坏，因此在接有较多单相设备的三相线路中，不论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足系统安全运行的要求。（1）单相设备接于相电压时的负荷计算Pe=3Peφm(2-20)式中，Peφm为最大负荷相所接的单相设备容量。等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。1.单相设备组等效三相负荷的计算2.3.3单相负荷计算（2）单相设备接于线电压时①接于同一线电压时等效三相设备容量②接于不同线电压时等效三相设备容量先将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，再根据式（2-20）计算出等效三相设备容量。将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量的换算公式:（3）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分别计算各相的设备容量。等效三相设备容量为最大负荷相设备容量的3倍，即meemeeQQPP....33（2-25）2.单相用电设备组的等效三相负荷的计