89第2章 电力负荷及其计算

第二章电力负荷及其计算第二章电力负荷及其计算2.1电力负荷与负荷曲线2.2三相用电设备组计算负荷的确定2.3单相用电设备组计算负荷的确定2.4供电系统的功率损耗和电能损耗2.5工厂的计算负荷和年电能消耗量2.6尖峰电流第二章电力负荷及其计算第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念一、电力负荷的分级及其对供电的要求电力负荷，既可指用电设备或用电单位（用户），也可指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小。1、电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的影响可分为三级:一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；在政治、经济上产生重大损失；或影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。二级负荷：中断供电将在政治、经济上产生较大损失或影响重要用电单位的正常工作。三级负荷：不属于前两级者。第二章电力负荷及其计算2、各级负荷对供电电源的要求一级负荷应有两个独立电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统中。可作为应急电源的电源有：①独立于正常电源的发电机组；②供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；③蓄电池；④干电池。第二章电力负荷及其计算二级负荷：两回路供电，供电变压器一般也应有两台。偏远地区可采用一路专用6kV及以上专用架空线路或两根电缆供电。三级负荷：对供电电源无特殊要求。举例二、用电设备的工作制1、连续工作制：工作时间长，连续运行的用电设备；2、短时工作制：工作时间短，停歇时间长的用电设备；3、断续周期工作制：时而工作，时而停歇的用电设备。负荷持续率（暂载率）t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间%1000tttε第二章电力负荷及其计算铭牌上的功率PN是对应于某一特定负荷持续率εN的额定功率。要换算到实际的负荷持续率ε下的功率，应采用下面的公式：用电设备组：将功率因数和功率相似的设备归为一组，便于计算。三、负荷曲线（一）负荷曲线的绘制与类型负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。负荷曲线按负荷对象分，有工厂、车间或设备的负荷曲线。按功率性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年、月、日或工作班的负荷曲线。εεNNePP第二章电力负荷及其计算日有功负荷曲线第二章电力负荷及其计算0.60.70.80.91.0012345678910111213141516171819202122232001年夏季2001年冬季日有功负荷曲线第二章电力负荷及其计算年负荷持续时间曲线，根据一年中具有代表性的夏日负荷曲线和冬日负荷曲线来绘制。年(按8760h计)每小时负荷按大小排队作出的曲线。P1第二章电力负荷及其计算年每月（日）最大负荷曲线每年每个月最大负荷的变化情况。0.850.900.951.001.051月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月第二章电力负荷及其计算（二）与负荷曲线有关的物理量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的平均功率，因此也称为半小时最大负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax：在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax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。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，它与工厂的生产班制有明显的关系。年平均负荷Pav：就是电力负荷在全年内平均消耗的功率。第二章电力负荷及其计算第二章电力负荷及其计算第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、概述计算负荷：是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供配电系统中各组件的负荷值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产组织以及能源供应状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。计算负荷的数值与半小时最大负荷P30基本相等，所以用P30来表示有功计算负荷(kW)，无功计算负荷表示为Q30(kVar)，视在计算负荷表示为S30(kVA)，计算电流表示为I30(kA)。第二章电力负荷及其计算二、计算负荷的确定★在民用建筑设计中常用的负荷计算方法有：单位指标法、负荷密度法、需要系数法、二项式系数法等。1、单位指标法(kW)Pe—单位用电指标，W/户、W/人，W/床N—单位数量，如户数、人数、床数如上海地区普通住宅的单位指标为4~6kW/户。100030NPPe第二章电力负荷及其计算2、负荷密度法(kW)P0—单位面积的功率（负荷密度），W/m2S—建筑面积，m2P0的选取应综合考虑建筑物的性质、负荷的性质（空调的形式、照明灯具的选择）等多方面的因素。如教学楼的P0=11~15W/m21000030SPP第二章电力负荷及其计算三、按需要系数法确定计算负荷1、一组用电设备组计算负荷的确定Kd：需要系数Pe：一组用电设备的设备容量edeWLeL30PKPKKPMMMP30WLPeKL：负荷率，设备不一定满负荷运行。KΣ：同时系数，一组设备不一定都同时运行。ηe：设备组的平均效率。ηwL：线路的平均效率，考虑线路损耗。第二章电力负荷及其计算2、设备容量Pe的确定连续工作制和短期工作制的设备组：设备组中的所有设备（不包括备用设备）的额定容量之和。断续周期工作制的设备组：其设备容量应为各设备在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率下的容量之和。(1)电焊机组要求统一换算到ε=100%(2)吊车电动机组要求统一换算到ε=25%。电葫芦、起重机、行车等均按吊车电动机考虑。NPPeNεNNNePPPεεNNNNePPPεεε2第二章电力负荷及其计算Q30=P30tanφ或3、多组用电设备组计算负荷的确定P30=K∑p·∑P30Q30=K∑q·∑Q30K∑p、K∑q为有功同时系数和无功同时系数23023030QPSφcos3030PSφcos33303030NNUPUSI23023030QPSNUSI33030第二章电力负荷及其计算《JGJ16-2008民用建筑电气设计规范》对负荷计算方法的选取原则作了如下规定：1、在方案阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图阶段，宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。2、用电设备台数较多，各台设备用电容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配电所的负荷计算。3、用电设备台数较少，各台设备用电容量相差悬殊时，宜采用二项式系数法，一般用于支干线、配电屏（箱）的负荷计算。第二章电力负荷及其计算例2-2某机修车间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7.5kW1台，4kW3台，2.2kW7台，另有通风机2台，共3kW；电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。解：先求各组的计算负荷（1）机床组查附录表1取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73，P30(1)=Kd·Pe=0.2×50=10kWQ30(1)=10×1.73=17.3kvar（2）通风机组查附录表1取Kd=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75，P30(2)=0.8×3=2.4kWQ30(2)=2.4×0.75=1.8kvar（3）电阻炉查附录表1得Kd=0.7，cosφ=1，tanφ=0，P30(3)=0.7×2=1.4kWQ30(3)=0第二章电力负荷及其计算因此总计算负荷（取KΣp=0.95，KΣq=0.97）为：P30=K∑p·∑P30=0.95×（10+2.4+1.4）=13.1kWQ30=K∑q·∑Q30=0.97×（17.3+1.8）=18.5kvarI30=22.7/（×0.38）=34.5AkVA7.225.81.32211S303注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按附录表1所列的需要系数来计算，而不必考虑因设备台数少而适当增大Kd的问题。作业：P67习题2-3第二章电力负荷及其计算第三节单项用电设备组计算负荷的确定工厂里除了三相设备外，还有电焊机、电炉、电灯等单相设备。单相设备接在三相线路中应尽可能均衡分配。如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡来计算。如果单相设备总容量超过三相设备总容量的15%，则应将单相设备换算为等效的三相设备容量，再与三相设备容量相加。第二章电力负荷及其计算由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择配电系统中的设备和导线电缆，使设备和导线在最大负荷电流通过时不致过热或烧毁，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接于线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的三倍作为等效三相有功负荷，以满足线路安全运行的要求。max303PP第二章电力负荷及其计算第四节供电系统的功率损耗和电能损耗一、线路的功率损耗1、线路的有功功率损耗RWL：线路每相电阻RWL=R0L2、线路的无功功率损耗XWL：线路每相电抗XWL=X0LX0不仅与导线类型和导线截面有关，还和线间几何均距aav有关。WLWLRIP2303ΔWLWLXIQ2303Δ3321aaaaav第二章电力负荷及其计算二、变压器的功率损耗1、变压器的有功功率损耗变压器的负荷率2、变压器的无功功率损耗CuFeTPPPΔΔΔ2300NKSSPPΔΔNTQQQΔΔΔ02300100%100%NKNSSUISNSS/30第二章电力负荷及其计算负荷计算中通常采用下列经验公式：三、线路的电能损耗τ：年最大负荷损耗小时，与Tmax和cosφ有关。图2-11四、变压器的电能损耗30015.0SPTΔ3006.0SQTΔτΔΔWLLPWτβΔΔΔ208760KTPPW第二章电力负荷及其计算第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量一、工厂计算负荷的确定1、逐级计算法：图2-9(1)、首先按负荷的性质划分用电设备组；(2)、根据各组负荷的需要系数计算单组用电设备的计算负荷；(3)、考虑分支线路的损耗，计算出线路始端计算负荷；(可略)(4)、考虑同时系数，计算多组用电设备的计算负荷；(5)、考虑配电干线的导线损耗，计算出干线始端的计算负荷；(6)、考虑同时系数，计算低压母线上的计算负荷；(7)、考虑变压器的损耗，计算出变压器高压侧的计算负荷；(8)、考虑变压器高压侧输电线路的损耗，计算出高压出线的计算负荷；(9)、考虑同时系数，计算变配电系统总的计算负荷。第二章电力负荷及其计算2、需要系数法P30=KdPe附录表2列出了部分企业的需要系数值，供参考。3、年产量估算法Wa=A·aa：单位产品的耗电量P30=Wa/TmaxA：年产量第二章电力负荷及其计算二、工厂里几种常用的功率因数1、瞬时功率因数由功率因数表直接测得，反映系统运行过程中的无功变化情况，以便确定是否进行无功补偿。2、平均功率因数供电部门收取电费的依据，如月平均功率因数22cosqppφWp:有功电度表读取的一月内消耗的有功电能Wq:无功电度表读取的一月内消耗的无功电能第二章电力负荷及其计算3、最大负荷时功率因数进行无功补偿的依据。《供电营业规则》规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kV·A及以上高压供电的用户，不得低于0.90；其他电力用户，不得低于0.85。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝供电。3030cosSPφ2230QPSNUSI330RIP23线路MPQ第二章电力负荷及其计算30P30Q30S＇30Q＇30S三、无功功率补偿假设功率因数由提高到，这时在有功不变的情况下，无功功率将由减小到，那么和也相应地减小，这使得系统的电能损耗和电压损耗降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且，可选择较小容量的供电设备和导线电缆，因此提供功率因数对电力系统大有好处。φcosφcos30Q30Q30S30I第二章电力负荷及其计算1、补