供配电技术(第二章)

下一页总目录章目录返回上一页本章要求：1.了解符荷曲线的概念及其有关物理量2.掌握各类设备容量的确定方法3.学会负荷计算、尖峰电流计算的方法4.掌握功率损耗和电能损耗的计算方法5.学会功率因数和无功功率补偿等第2章负荷计算下一页总目录章目录返回上一页负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。它绘在直角坐标系上，纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间。2.1负荷曲线二、负荷曲线的分类2、实际负荷远小于设备总容量。三、负荷曲线的绘制1、一班制工厂的日有功负荷曲线一、工厂电力负荷的特点：1、负荷的大小是时刻在变的；1）依点连成的负荷曲线（即折线形）2）阶梯形负荷曲线下一页总目录章目录返回上一页折线形负荷曲线阶梯形负荷曲线2、年负荷曲线1）年负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，全年按8760h计。2）年每日最大负荷曲线下一页总目录章目录返回上一页年负荷持续时间曲线年每日最大负荷曲线下一页总目录章目录返回上一页四、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PmaxPmax是指全年中负荷最大的工作半内（为防偶然性，这样的工作半至少要在最大的月份出现2~3次）30分钟平均功率的最大值，故又称30分钟最大负荷P30。Tmax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。2)年最大负荷利用小时TmaxmaxamaxPWT即年最大负荷和年最大负荷利用小时Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数下一页总目录章目录返回上一页2．平均负荷和负荷系数1）平均负荷Pav:Pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。tWPtav即：年平均负荷是指电力负荷在年内平均消耗的功率。如用Wa表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：8760WPaav下一页总目录章目录返回上一页2)负荷系数KL:KL又称负荷率，它是用电设备的平均负荷Pav与其最大负荷P最大的比值。即NLPPKmaxavalPPKmaxavrlQQK负荷系数又称负荷率或负荷充填稀疏，它表征负荷曲线不平坦的程度。对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值。即它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。下一页总目录章目录返回上一页2.2用电设备的设备容量一、设备容量的定义不同工作条件下，用电设备铭牌上的额定功率经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”，用Pe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对单台设备：NePPN1iNePP对多台设备：下一页总目录章目录返回上一页2、反复短时工作制的用电设备(1)电焊机和电焊机组要求统一换算到ε=100％是的额定功率，即NN%100ecosSPP(2)起重机（吊车电动机）要求统一换算到ε=25％是的额定功率，即N%25eP2PP下一页总目录章目录返回上一页3、电炉变压器组设备容量是指在额定视在功率下的有功功率，即NNecosSP4、照明设备（1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）NePP（2）用镇流器的照明设备（如荧光灯等）Ne2P.1P对荧光灯：Ne1P.1P对高压汞灯、金属卤化物灯：（3）照明设备的容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：1000/SPe下一页总目录章目录返回上一页2.3负荷计算的方法30maxc30maxc30maxc30maxcIIISSSQQQ一、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最高温升的相等，该等效负荷就称为计算负荷。实际上，Pc与30min最大负荷（亦即年最大负荷）基本相当，因此有以下定义：下一页总目录章目录返回上一页三、计算负荷的方法：二、计算负荷的目的和意义：为供配电设计选择提供基本依据。1、估算法（1）单位产品耗电量法（2）负荷密度法有功计算负荷为：maxacaTWPamW企业全年电能单位耗电量年产量年最大负荷小时aLavcavKPPSP车间生产面积负荷密度指标a、Tmax、ρ值可查表2-1、2-2、2-3或相关表格下一页总目录章目录返回上一页2、需要系数法需要系数的概念：需要系数表达式：WLNLdedcKKKPKP同时系数负荷系数用电设备的平均效率供配电效率的平均效率由此可见，影响需要系数的因素为：1）与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关；2）与操作人员的技能和生产组等多种因素有关3）与用电设备的类别和工作状态关系极大如果为一台三相电动机，则可认为Kd=1，于是P30=Pe=PN/η，Q30、S30、I30均随之改变。下一页总目录章目录返回上一页（1）单组用电设备组的计算负荷基本公式：30dcKtanQ30c2c2ccQSNccU3SI应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，需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。即：（2）多组用电设备计算负荷的确定n1icipcKn1iciqcQKQ2c2ccQSNccU3SI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一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。下一页总目录章目录返回上一页对车间干线，取(1)由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取(2)由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取对低压母线，分两种情况0.97~90.0K0.95~85.0Kqp0.95~85.0K0.90~80.0Kqp0.97~93.0K0.95~90.0Kqp下一页总目录章目录返回上一页例：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有7.5kwl台，4kw3台，2.2kw7台)，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)金属切削机床组：查表A-1，取故(2)通风机组：查表A-1，取故下一页总目录章目录返回上一页(3)电阻炉组：查表A-1，取故因此总的计算负荷为下一页总目录章目录返回上一页在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如下表所示。下一页总目录章目录返回上一页3、二相式法用二相式法进行负荷计算时，既考虑了用电设备组的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷。基本公式（1）单组用电设备组的计算负荷（2）多组用电设备计算负荷的确定tanPQcPbPPccecmaxmaxiecmaxiectan)cP()tan(bPQ)cP()bP(P下一页总目录章目录返回上一页例：试用二项式法确定上例所述机修车间380V线路的计算负荷。解：先求各组的bPe和cPx(1)金属切削机床组查附表A-1得（2）通风机组查附表A-1得(3)电阻炉查附表A-1得下一页总目录章目录返回上一页以上各组设备中，附加负荷以cPx(1)，为最大，因此总计算负荷为按一般工程设计说明书要求，以上计算可列成下表所示电力负荷计算表。下一页总目录章目录返回上一页4、单相负荷计算单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15％，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量的15％时，则应将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。(一）概述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，以满足安全运行的要求。下一页总目录章目录返回上一页（二）单相设备组等效三相负荷的计算A、单相设备接于相电压时最大负荷相所接的单相设备容量mee3PPB、单相设备接于线电压时接于同一线电压时eeP3P接于不同线电压时2211e21etanP)33(tanP3QP)33(P3P下一页总目录章目录返回上一页C、单相设备分别接于线电压和相电压时a)将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量b)分相计算各相的设备容量和计算负荷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按下列换算公式进行换算(换算系数见表2-4）：c)计算总的等效三相有功计算负荷d)计算总的等效三相无功计算负荷下一页总目录章目录返回上一页下一页总目录章目录返回上一页下一页总目录章目录返回上一页下一页总目录章目录返回上一页2.4功率损耗和电能损耗（1）有功功率损耗3WL2cWL10R3I式中，电阻RWL＝R0L，其中L为线路长度，R0为线路单位长度的电阻值，可查有关手册或产品样本，附录A-16是电力电缆和导线的R0值供参考。3WL2cWL10X3IQ（2）无功功率损耗电抗XWL＝X0L，其中L为线路长度，X0为线路单位长度的电抗值，也可查有关手册或产品样本，附录表A-16列出电力电缆和导线的X0值供参考。一般对架空线路，X00.4/km；对电缆线路，X00.08/km1、线路的功率损耗一、功率损耗下一页总目录章目录返回上一页2、变压器的功率损耗（1）有功功率损耗=铁损+铜损（2）无功功率损耗=∆Q0+∆QN即2k02NcCu.NFeCuFeTSS即2K0N2NcN00T100%U100%ISSSQQQQQ对低损耗变压器（如S9、SL7等）∆PT=0.015Sc对低损耗变压器（如S9、SL7等）∆QT=0.06Sc下一页总目录章目录返回上一页二、供配电系统的电能损耗在供配电系统中，因负荷随时间不断变化，其电能损耗计算困难，通常用年最大负荷损耗小时τ来近似计算线路和变压器的有功电能损耗。τ是一个假想时间，在此时间内，系统元件(含线路)持续通过计算电流(即最大负荷电流)IC所产生的电能损耗，恰好等于实际负荷电流全年在元件(含线路)上产生的电能损耗。它与年最大负荷利用小时Tmax有一定关系。下一页总目录章目录返回上一页1、线路的电能损耗3WL2ca.WL10R3IW2、变压器的电能损耗（1）由铁损引起的电能损耗（2）由铜损引起的电能损耗故变压器全年的电能损耗为87608760W0Fea12k2Cu.NCua2W2k0a2a1a8760下一页总目录章目录返回上一页2.5用户负荷计算按逐级计算法确定用户计算负荷，供配电示意图如右所示，计算如下以有功功率为例：Pc（6）=KdPe∑Pc（5）=K∑p∑Pc（6)Pc（4）=Pc（5）+△PWL2Pc（3）=K∑p∑Pc（4)Pc（2）=Pc（3）+△PT+△PWL1Pc（1）=K∑p∑Pc（2)下一页总目录章目录返回上一页2.6尖峰电流的计算一、概述尖峰电流(peakcurrent)是指持续时间1~2s的短时最大负荷电流。主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。二、用电设备尖峰电流的计算1、单台用电设备尖峰电流的计算2、多台用电设备尖峰电流的计算用电设备中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外的其他n-1台设备的额定电流之和下一页总目录章目录返回上一页2.7功率因数和无功率补偿一、功率因数的计算由相位表(功率因数表)直接测出，或由功率表、电压表、电流表的读数通过下式求得(间接测量)：1、瞬时功率因数：2、平均功率因数：是指在某一时间内的平均功率因数，又称加权平均功率因数（1）由消耗的电能计算下一页总目录章目录返回上一页若用户在电费计量点装设感性和容性的无功电度表来分别计量感性无功电能（WrL)和容性无功电能（Wrc)，则（