工厂供配电技术(第二章)

第2章工厂的电力负荷及短路主讲：浩然教育电话:[phone]内容提要：本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制，重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法——需要系数法和二项式系数法。接着讲述了工厂计算负荷的确定方法，采用无功补偿的措施。另外还简要介绍了照明负荷的分析计算。最后对工厂供电系统中的短路现象和短路的效应进行了系统的分析。第2章工厂的电力负荷及短路2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2.2工厂计算负荷的确定2.3工厂的电气照明负荷2.4短路故障的原因、各类和危害小结退出2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2.1.1工厂常用的用电设备2.1.2工厂用电设备的工作制2.1.3负荷曲线2.1工厂的电力负荷和负荷曲线“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。2．1．1工厂常用用电设备①生产加工机械的拖动设备；②电焊、电镀设备；③电热设备；④照明设备。2.1工厂的电力负荷和负荷曲线1.生产机械的拖动设备机床设备起重运输设备功能金属切削金属压力加工功能起吊搬运物料运输客货车床铣床刨床钻床磨床组合机床镗床冲床锯床剪床砂轮机吊车行车输送机电梯自动扶梯生产机械的拖动设备2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2．电焊和电镀设备电焊设备电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。电镀设备2．电焊和电镀设备2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线3．电热设备电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。电阻加热炉电弧炉感应炉其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线4．照明设备白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线5．工厂用电负荷的分类2．1．1工厂常用用电设备2.1工厂的电力负荷和负荷曲线序号车间用电设备负荷级别1金属加工车间价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床一级价格贵，作用大，数量多的数控机床二级2铸造车间冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机三级3热处理车间井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵二级4锻压车间锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机二级5电镀车间大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线二级6模具成型车间隧道窑鼓风机、卷扬机二级7层压制品车间压塑机及供热锅炉二级8线缆车间冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备二级9空压站单台60m3/min以上空压机二级有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵二级离心式压缩机润滑油泵一级表2－1小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类2．1．2工厂用电设备的工作制长期连续工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。%1000tttN（2－1）起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）ε式中——工作时间；——停歇时间。t0t2．1．2工厂用电设备的工作制同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的ε下。对起重电动机应统一换算到ε=25%，换算公式为：25252NNNePPP（2－2）式中——（换算前）设备铬牌额定功率；——换算后设备容量；——设备铬牌暂载率。NPePN2．1．2工厂用电设备的工作制对电焊机设备，应统一换算到ε=100%，换算公式为：NNNNeSPPcos（2-3）式中：——设备铬牌额定容量；——设备铬牌功率因数。NSNcos2．1．2工厂用电设备的工作制（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2.1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eP2．1．3负荷曲线负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。按负荷对象分工厂的的负荷曲线车间的的负荷曲线某台设备的负荷曲线按负荷的功率性质分有功负荷曲线无功负荷曲线按表示的时间分年的负荷曲线月的负荷曲线日的负荷曲线工作班的负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形的负荷曲线分类图2.1日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线b)梯形负荷曲线2．1．3负荷曲线1．负荷曲线的绘制负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。年负荷持续时间曲线如图2.2a，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线如图2.2b，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。2．1．3负荷曲线图2.2年负荷曲线a)年负荷持续时间曲线b)年每日最大负荷曲线2．与负荷曲线有关的参数(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax图2.3年最大负荷和年平均负荷a)年最大负荷和年最大负荷利用小时b)年平均负荷2．1．3负荷曲线年负荷持续时间曲线上的最大负荷就是年最大负荷Pmax，它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax是假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同，如图2.3a所示。因此maxmaxPWTa（2-4）式中Wa——负荷全年实际耗用电能。Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数一班制工厂Tmax=1800~3000h两班制工厂Tmax=3500~4800h三班制工厂Tmax=5000~7000h。2．与负荷曲线有关的参数(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax2．1．3负荷曲线(2)平均负荷Pav和年平均负荷平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率，即：tWPtav（2-5）式中Wt——t时间内耗用的电能。年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数，如图2.3b所示。8760aavWP（2-6）2．2工厂计算负荷的确定2.2.1概述2.2.2用电设备组计算负荷的确定2.2.3全厂计算负荷的确定2.2.4工厂的功率因数及无功补偿2．2工厂计算负荷的确定2．2．1概述1．“计算负荷”:是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。P30----负荷的有功计算负荷Q30----负荷的无功计算负荷S30----负荷的视在计算负荷I30----负荷的计算电流2．负荷计算需要系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算方法2．2工厂计算负荷的确定2．2．1概述表2.2各用电设备组的需要系数Kd及功率因数用电设备组名称需要系数Kd二项式系数最大容量设备台数功率因数ab小批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床小批量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床0.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.350.140.140.240.260.40.50.40.555550.50.50.60.651.731.731.331.17通风机、水泵、空压机0.7～0.80.650.2550.80.75非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.5～0.60.65～0.70.40.60.20.2550.750.750.880.88锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车0.1～0.150.15～0.250.060.090.20.3330.50.51.731.73自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱0.75～0.80.65～0.750.70.70.70.70.30.3—22—0.950.951.00.330.330高频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）电弧熔炉0.80.80.9—————————0.60.350.871.332.680.57点焊机、缝焊机对焊机0.350.35——————0.60.71.331.02自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器0.50.350.4—————————0.40.350.352.292.682.68生产厂房、办公室、实验室照明变配电室、仓库照明生活照明室外照明0.8～10.5～0.70.6～0.81————————————1.01.01.01.00000costan2．2．2用电设备组计算负荷的确定1．需要系数法需要系数法的基本公式：edPKP30（2-7）eiePP（2-8）式中——需要系数；——设备容量，为用电设备组所有设备容量之和；——每组用电设备的设备容量。dKePeiP由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数，用表示。dK2．2工厂计算负荷的确定需要系数法求解的几个问题：（1）对1~2台用电设备宜取(2)用电设备组的计算负荷有功计算负荷：（2-9）无功计算负荷：（2-10）视在计算负荷：（2-11）计算电流：（2-12）(3)多组用电设备的计算负荷总的有功计算负荷：（2-13）总的无功计算负荷：（2-14）总的视在计算负荷：（2-15）总的计算电流：（2-16）1dKedPKP30tan3030PQ23023030QPSNUSI33030iPKP3030iQKQ303023023030QPSNUSI330302．2．2用电设备组计算负荷的确定2．2工厂计算负荷的确定在确定多组用电设备的计