工厂供配电的负荷计算

第2章工厂供配电的负荷计算§2.1电力负荷和负荷曲线§2.2计算负荷的确定§2.3变配电所总计算负荷的确定§2.4尖峰电流的计算小结§2.1.1计算负荷的目的和意义1．“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．供配电系统进行电力设计时，需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理，系统是否正常可靠的运行。2.1.2用电设备容量的确定(2)断续周期工作制的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：用电设备的铭牌“额定功率”，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表示。ePeP1．用电设备的工作制用电设备按照工作制可以分为三类：(1)长期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，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。(2)短时工作制设备工作时间较短，而间歇时间相对较长，如有些机床上的辅助电动机。(3)断续周期工作制设备工作具有周期性，时而工作、时而停歇、反复运行，如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征，即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。NePP2．设备容量的确定(1)长期工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即式中――与铭牌额定容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；――其值为100％的负荷持续率(计算中用1)；Cos――铭牌规定的功率因数。%100NN2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到25％时的额定功率，即NNNNePPP2%25式中――其值为25％的负荷持续率(用0.25计算)。%253)电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中—－电炉变压器的额定容量；Cos――电炉变压器的额定功率因数。NNeSPcosNSN2.1.2用电设备容量的确定1)电焊设备要求统一换算到100％时的功率，即NNNNeSPP%100③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：S/1000式中ω――建筑物单位面积的照明容量(W／m2)；S――建筑物的面积(m2)。ePS/10002.1.2用电设备容量的确定4)照明设备①不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯)的设容量指灯头的额定功率，即②用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯)的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：高压水银灯、金属卤化物灯：NePPNePP1.1NePP2.11．负荷曲线的绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，可以直观地反映用户用电的特点和规律。（1）日有功负荷曲线代表负荷在一昼夜间(0～24h)变化情况，如图2-1所示。其时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。(a)折线形负荷曲线(b)阶梯形负荷曲线2.1.3电力负荷曲线2-1日有功负荷曲线（2）年负荷曲线反映负荷全年(8760h)变动情况，如图2-2所示。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(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。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图2-2所示。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而定。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Tl=200t1+165t2。2.1.3电力负荷曲线2．与负荷曲线有关的参数1）年最大负荷年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内(为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2—3次)30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷。。2.1.3电力负荷曲线2）年最大负荷利用小时如图2-3所示，阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以表示全年实际消耗的电能，则有：一班制工厂，约为1800—3000h；两班制工厂，约为3500—4800h；三班制工厂，约为5000～7000h。maxTmaxPWamaxTmaxTmaxTaWmaxT＝3）平均负荷和年平均负荷avP（1）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。（2）年平均负荷为；tWPtav8760aavWP图2－4年平均负荷4)负荷系数（1）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，负荷系数越接近1，负荷曲线越平坦。（2）对于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和设备额定容量之比值，即其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。maxPPKavLNLPPK2.1.3电力负荷曲线2.2计算负荷的确定、计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷，即用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，用、和分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。2.2.1单个用电设备的负荷计算1．对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为式中――电动机的额定功率;――电动机在额定负荷下的效率。2．对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等，设备额定容量就作为计算负荷。即：3．对单台反复短时工作制的设备，其设备容量均作为计算负荷。不过对于吊车类和电焊类设备，则应按公式进行相应的换算。30Q30S30IMNNMNPPP/30MNPNNPP3030P用电设备组求计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。1．需要系数法2.2.2用电设备组的负荷计算在所计算的范围内(如一条干线、一段母线或一台变压器)，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。eWLeLPKKP)/(30式中,――设备容量。令＝,就称为需要系数。附录表1中列出了各种用电设备的需要系数值，供计算参考。下面结合例题讲解按需要系数法确定三相用电设备组的计算负荷的计算公式。（1）单组用电设备组的计算负荷为：eP)/(WLeLKKdKdK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。edPKP30（2－17）tgPQ3030（2－18）(2－20）)3/(3030NUSIcos/3030PS（2－19）解查附录表1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得=0.16～0.2(取0.2计算)，＝0.5，＝1．73。dKtgedPKP30kWkW241202.0tgPQ3030var52.4173.124kkWcos/3030PSAkVkW485.0/24)3/(3030NUSIAkVAkV93.72)38.03/(48cos2.2.2用电设备组的负荷计算（2）多组用电设备组的计算负荷在计算多组用电设备的计算负荷时，应先分别求出各组用电设备的计算负荷，并且要考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，计入一个同时系数，该系数的取值见表2－1。总的有功计算负荷为。K30PniipPK1.30(2-21)(2-22)(2-23)总的无功计算负荷为总的视在计算负荷为总的计算电流为式中,i为用电设备组的组数；为同时系数，见表2-1。30QniiqQK1.3023023030QPS)3/(3030NUSI(2-24)2.2.2用电设备组的负荷计算例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2台共2．4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷(设同时系数为0．9)。表2－1同时系数0.93～0.970.90～0.95直接相加0.85～0.950.80～0.90直接相加低压母线0.90～0.970.85～0.95车间干线应用范围pKqKqK2.2.2用电设备组的负荷计算解冷加工电动机查附录表1，取73.11,5.01cos,2.01tgKdvar3.1773.110110502.073.11,5.01cos,2.01.301.30111.301kkWtgPQkWkWPKPtgKedd通风机查附73.11,5.01cos,2.01tgKd录表1，取75.02,8.02cos,8.02tgKd2.2.2用电设备组的负荷计算var44.175.092.1292.14.28.075.02,8.02cos,8.02.302.30222.302kkWtgPQkWkWPKPtgKedd2.2.2用电设备组的负荷计算电阻炉查附录表1，取03,0.13cos,7.03tgKd0)(4.127.003,0.13cos,7.03.30333.303QkWPKPtgKedd30QniiqQK1.30var9.16var)044.173.1(9.0kk30PniipPK1.30kWkW12)4.192.110(9.0´AkVkkWQPS73.20var)9.16()12(2223023030AkVAkVUSIN15.3)38.03/(73.20)3/(3030注意：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；压缩机、拉丝机和锻造等应屑热加工机床；起重机、行车或电葫芦等都属吊车。xPePeP2．二项式法用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备总容量，又考虑几台最大用电设备引起的大于平均负荷的附加负荷。单组用电设备组的计算负荷(2-25)式中b、c――二项式系数；B――用电设备组的平均功率，其中是该用电设备组的设备总容量；；C――为每组用电设备组中x台容量较大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台容量最大设备的总容量(b、c、x的值可查附录表1)。（2）多组用电设备组的计算负荷xecPbPP30ePxPeP2.2.2用电设备组的负荷计算同样要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中取一组最大的附加负荷，再加上各组用电设备的平均负荷，即。max30)()(xiecPbPP30Qmaxmax)()(tgcPtgbPxie（2－26）（2－27）式中(c)max一为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；――最大附加负荷设备组的平均功率因数角的正切值(可查附录表1)。xPmaxtg例2-3试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷。解求出各组的平均功率b，和附加负荷c金属切削机床电动机组查附录表1，取maxtgePxPxPxPxP73.1tan,5.0cos,5,4.0,14.0xcbkWkWbPe75014.0)(1kWkWkWkWcPx08.10)12.22425.7(4.0)(12.2.2用电设备组的负荷计算显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷最大，因此总计算负荷为通风机组查表录表2，取。75.0tan,8.0cos,2,25.0,65.0xcbkWkWbPe56.14.265.0)(2kWkWcPx6.04.225.0