第二章 负荷计算分解

第二章负荷计算主要内容•负荷计算的意义和目的•负荷计算的方法•计算负荷的步骤•功率因数•无功补偿第二章负荷计算负荷计算－目的•企业用电总量•选择各级变压器的容量•架空线和电缆的截面积•继电保护整定•电器设备型号•选择无功补偿装置设备额定容量的确定用电设备按其工作方式可分为三种：（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）负荷持续率（FC）tg－工作时间tx－停歇时间tg＋tx－整个周期时间电动机电焊变压器%100xggtttFCFCSSFCPPNNMNMN''..相关系数•用电设备在生产期间的投入运行有很大的随机性，但各种类型的工厂都有其本身的生产规律。所以，从整体来看，用电也必然存在一定的规律性。•利用已经投运工厂的设备安装容量和实际用电情况的大量资料进行统计、分析，求出相关系数，以便在设计相同类型工厂时参考利用。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•反映负荷变化情况•曲线所包围的面积为用电负荷•为用电决策提供依据•曲线分类有多种有功，无功等梯形，平滑形日，季度，年图2-1日有功曲线•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。负荷计算的几个物理量•下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。年最大负荷利用小时数Tmax一班制工厂Tmax=1800~3000h两班制工厂Tmax=3500~4800h三班制工厂Tmax=5000~7000h•平均负荷Pav•平均负荷Pav就是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W除以时间t的值，即Pav=W/t•年平均负荷：Pav=Wa/8760•负荷系数：Klo=Pav/Pmax负荷计算的几个物理量负荷计算的几个物理量•计算负荷（calculatedload）•通常将以半小时平均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Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。•负荷计算就是求计算负荷Pca,Qca,Sca和Ica负荷计算的几个物理量•规定取“半小时平均负荷”的原因：•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。负荷计算的几个物理量负荷计算－计算方法•计算方法种类需用系数法二项系数法利用系数法单位电耗法单位面积功率法•基本步骤查表得到系数，按照公式计算需要系数考虑了以下的主要因素：式中•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；•η－用电设备组在实际运行功率时的平均效率。负荷计算的几个物理量需用系数法求计算负荷概述•用电设备组求计算负荷计算公式:Pca=KdPN∑设备容量的确定PN∑需用系数Kd查附表1•多个用电设备组的计算负荷用需用系数法分别每个用电设备组的计算负荷查表2-3得多个用电设备组的同时系数按公式计算•断续运行工作制（重复短暂工作制）•断续周期工作制的设备，通常用暂载率ε表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为ε，即：•式中t，t0－工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。设备额定容量的确定•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。设备额定容量的确定（1）长期工作制设备容量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:设备额定容量的确定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:（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设备额定容量的确定（2）电焊机的设备容量电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以2台电焊机的设备容量：%100解：（1）金属切削机床的设备容量金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，,），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。%65N5.0cosN%25NeiePP1kW142585.785.104NNNeSPcos22kW1.165.065.0202（3）吊车的设备容量吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以1台吊车的容量为：(4)车间的设备总容量为：%25kW11253NNNePPPkW169111.16142eP例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，,），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。%65N5.0cosN%25N需用系数法－需用系数查表系数查表见附表1Kd的范围原则任取，一般取较大值正切值用来计算无功功率，余弦值只在单个用电设备组中计算视在功率了解用电设备组的类型需用系数法－计算公式•一个用电设备组•多个用电设备组)3/(tan22NcacacacacacacaNdcaUSIQPSPQPKP)3/()tan(m1,2,3,...,i)(2211NcacacacacamiiiNdisicamiiNdisicaUSIQPSPKKQPKKP对需用系数法的评价•简单：只用一个公式•方便：查表•准确：Kd来自于多年的经验积累•明确：物理意义明确•适用范围广：基本各种情况都适用•特例：存在单台大容量电动机时会有一定误差，可考虑用二项系数法。例题某机修车间380V线路上有如下设备：对焊机一台：SN=42kVA,εN=60%,cos=0.6210吨桥式起重机一台：PN=39.6kW,εN=40%金属切削用三相电机：7.5kW3台,4kW8台,3kW17台试求计算负荷。思路：先确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间先分组：对焊机一组；起重机一组；金属切削用电机一组。每一组用需用系数法分别计算：容量；查表得Kd和cos；计算查表得多个组的同时系数，再计算AUSIkVAQPSkPKKQkWPKKPKkPQkWPKPkWPKkPQkWPKPkWPPKkPQkWPKPkWSPKNcacacacacamiiNdisicamiNdisicasicacadcadcacadcaNNdcacadcaNNd7123803100083.46383.465.3916.25var5.39)2.2998.1221.7(8.0)tan(16.25)88.165.707.7(8.0)(8.0,8.07.032var2.2973.188.16tan88.165.10516.05.105317485.7373.1tan,5.0cos,16.0,16.014.01:var98.1273.15.7tan5.75015.0504.06.392273.1tan,5.0cos,15.0,15.005.01:var21.702.107.7tan07.72.2035.02.206.062.042cos02.1tan,7.0cos,35.01:222211取系数得各用电设备组的同时查表取得查附表对金属切削电机取得查附表对吊车组得查附表对对焊机组企业负荷的确定•除求出计算负荷外，还应该考虑供电损耗。•供电损耗包括线路和变压器损耗。线路损耗和变压器损耗包括有功和无功损耗。(开关不考虑)•供电损耗计算有详细的计算公式，但可以估算，取计算负荷的5-10%.•计算负荷加上供电损耗便是企业总负负荷。•计算负荷用于选择高低压线路的截面和变压器容量。企业负荷确定的步骤从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。①用电设备组②车间低压变压器出线③高压出线④企业变压器出线⑤企业进线P305=KΣ5ΣP306iP304=P305+∆PwL2P303=KΣ3ΣP304iP302=P303+∆PT+∆PwL1P301=KΣ1P302i（1）瞬时功率因数•瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：P－功率表测出的三相功率读数（kW）；U－电压表测出的线电压读数（kV）；I－电流表测出的相电流读数（A）。•瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。第五节供电系统功率因数的改善（2）平均功率因数•平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为式中：W－某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度表读出。V－某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；由无功电度表读出。•我国电业部门每月向工业用户收取电费，规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。（3）自然功率因数•凡未装设人工补偿装置时的功率因数。（4）总功率因数•设置人工补偿装置后的功率因数。第五节供电系统功率因数的改善（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。（2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。（3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。（4）发动机出力相对降低。二、功率因数对供电系统的影响三、提高功率因数的方法•高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上人工补偿无功功率提高自然功率因数提高功率因数（1）提高自然功率因数提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有：①正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；②更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；③电力变压器不宜轻载运行；④合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；三、提高功率因数的方法（2）人工补偿无功功率•当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求的数值时，就需要设置专门的无功