02第二章工业企业电力负荷计算

第二章工业企业电力负荷计算2.1企业电力负荷计算的主要目的2.2负荷曲线及计算负荷的概念2.2.1负荷曲线2.2.2企业年电能需要量2.2.3计算负荷的定义2.3用电设备计算负荷的确定2.3.1按需要系数法确定计算负荷2.3.2按二项式法确定计算负荷2.3.3单相用电设备组计算负荷的确定2.4供电系统中的功率损耗与电能需要量计算2.4.1供电系统的功率损耗2.4.2供电系统的电能损耗2.5工业企业计算负荷的确定2.5.1按逐级计算法确定企业计算负荷2.5.2按需用系数法确定企业计算负荷2.5.3按估算法确定企业计算负荷本章小结2.1企业电力负荷计算的主要目的是为下列选择提供科学的依据：•正确选择各级变电所的变压器容量•正确选择各种电气设备的型号、规格•正确选择供电网络所用导线•举例1：某企业供电系统如下图：必须计算下列各部分的电力负荷。第二章工业企业电力负荷计算1．计算流过总降压变电站的变压器和车间变压器的负荷电流及视在功率，作为选择这两级变压器容量的依据。2．计算流过变电站主要电器设备（如断路器、隔离开关、母线、熔断器）的负荷电流作为选择这些设备的依据。3．计算流过各条线路（电源进线和高、低压配电线路）的负荷电流，作为选择这些导线和电缆截面的依据。35～110KV电源进线企业总降压变电站6～10KV高压配电线车间配电站车间电压母线NO.1用电设备组6～10/0.42.1企业电力负荷计算的主要目的第二章工业企业电力负荷计算某钢厂电渣车间第二章工业企业电力负荷计算•问题：怎样确定该车间的负荷电流？电渣车间低压电力线路如左图所示。一回路电压为380V低压线路为10台额定容量为10KW电动机供电。已知每台电机参数：求：干线电流I的大小方法一：简单的求和计算I=10×20.4＝204A（实际输入有功功率）P=10=10×11.36=113.6KW一回路进线电源I380V10台10KW电动机100.88KW×2.1企业电力负荷计算的主要目的第二章工业企业电力负荷计算根据实际经验，实际的干线负荷（电流，功率）比此计算值小，分析表明：第一：这些设备可能不会同时运行；第二：这些电动机不可能都同时满载运行；第三：额定容量相同，但性质不同的用电设备，其运行特征各不相同，实际负荷大小也各不相同。因此，不能采用此种方法的负荷值选择设备与电缆，否则将增加投资。方法二：本节所讲的方法——计算负荷法在讨论电力负荷的计算方法之前，有必要先介绍一下有关电力负荷的一些基本概念。2.1企业电力负荷计算的主要目的第二章工业企业电力负荷计算2.2负荷曲线及计算负荷的概念2.2.1负荷曲线用来表示一组用电设备的用电功率随时间变化关系的图形。它反映了用电的特点和规律，该曲线绘制在直角坐标轴内，纵坐标表示电力负荷，横坐标表示时间。负荷曲线分类：(1)按纵坐标标示分：有功负荷曲线和无功负荷曲线。(2)按横坐标表示的持续时间不同分：日负荷曲线（24小时）年负荷曲线（8760小时）。①日负荷曲——·代表一昼夜（24小时）实际用电负荷的变化情况。第二章工业企业电力负荷计算图2－10企业日有功负荷曲线2.2.1负荷曲线2.2负荷曲线及计算负荷的概念4268101214161820221020304050024P∆30PavPPT（h）•日负荷曲线可用测量的方法来绘制，先将横坐标按一定时间间隔（一般为30min，半小时）分格，根据功率表读数，将每一时间间隔内功率的平均值，对应于横坐标相应的时间间隔绘在图上，即得阶梯形日负荷曲线。•日负荷曲线与坐标所包围的面积代表全日所消费的电能数。•最大负荷—日负荷曲线中各个30min负荷中的最大值称为最大负荷记作：—最大有功负荷—最大无功负荷—最大负荷电流30P30Q30I2.2.1负荷曲线2.2负荷曲线及计算负荷的概念•平均负荷—把负荷曲线的平均值称为“平均负荷”记作—平均有功负荷（average）—平均无功负荷—平均负荷电流—尖峰负荷＝最大负荷－平均负荷avPavQavIP∆2.2.1负荷曲线2.2负荷曲线及计算负荷的概念②年负荷曲线——把工厂在一年（8760h）内的用电负荷按数值大小排对，最大负荷排在左侧，根据负荷大小依次向右排列，并按照各负荷持续时间绘出梯形年负荷曲线。坐标线所包围的面积，表示用户全年消耗电能，曲线表示用户用电的规律；即看出一个企业在一年内负荷值所持续的时间，但不能看出相应负荷而出现在什么时间。2.2.1负荷曲线2.2负荷曲线及计算负荷的概念1000300087600P（KW）h企业年电能需要量即一年消耗的电能。电能＝功率*时间（常说的电度表读数）此项计算的目的：•衡量企业供电系统设计方案是否符合技术经济要求，•估算企业每年应交付的电费计算方法：负荷曲线下面的面积有功电能=矩形面积OABM的面积无功电能8760300maxaWPdtPTa=⋅⋅∫＝876030max0rWrQdtQT⋅==⋅∫2.2.2企业年电能需要量2.2负荷曲线及计算负荷的概念AMt8760=365×24B0Tmax●αP30由表2－1得—企业“有功年最大负荷利用小时”（矩形的宽）—企业“无功年最大负荷利用小时”（矩形的宽）a--active有功r--reative无功maxaT⋅maxrT⋅2.2.2企业年电能需要量2.2负荷曲线及计算负荷的概念由于干线的负荷确定是非常复杂，因此工程上一般采用经验方法来计算干线上的负荷，即通过长期观察和分析各用电设备组（各企业、车间）的负荷曲线，把根据半小时平均负荷绘制的负荷曲线中的最大值等取出来代表该干线的实际负荷，这个负荷叫做“计算负荷”。303030,,PQS和2.2.3计算负荷的定义2.2负荷曲线及计算负荷的概念GD*******ACBDE*F分干线FG****NO.2NO.1企压业变总电降站车间变电站支线*干线DFDD实际上，“计算负荷”是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假想负荷，其物理意义是：按这个“计算负荷”持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。换句话说，当导体持续流过“计算负荷”时所产生的导体恒定温升，恰好等于导体流过实际变动负荷时所产生的平均最高温升，从发热的结果来看，二者是等效的。为什么取用“半小时的平均负荷的最大值”作为“计算负荷”而不选用最大负荷？2.2.3计算负荷的定义2.2负荷曲线及计算负荷的概念这是因为：①对于中、小截面的导体，其表示发热过程进行快慢的发热时间常数θ约为10分钟左右，时间很短暂的尖峰负荷通过导体时，导体温度来不及升高到相应值而尖峰负荷就消失了，所以尖峰负荷虽比大，但它不是造成导体达到最高温升的主要原因。实验表明，导体达到稳定温升的时间可近似为3～4θ，所以对中、小截面的导体达到稳定温升的时间可近似为3θ≈3×10＝30分钟。②对于较大截面导体，发热时间常数θ多大于10，因而在30分钟时间内，一般达不到稳定温升，取30分钟平均最大负荷为计算负荷偏于保守，但为选择计算的方便和一致性，如上规定还是合理的。303030,,PQS和2.2.3计算负荷的定义2.2负荷曲线及计算负荷的概念因此，计算负荷作为我们选择变压器容量，按发热条件选择导线、电缆的截面（第四章）和按正常运行情况选择电气设备（第四章）的依据。2.2.3计算负荷的定义2.2负荷曲线及计算负荷的概念2.3用电设备计算负荷的确定我国设计部门在进行工业企业供电设计时，经常采用的电力负荷计算方法有：需用系数法——应用最广泛的方法特点：计算简便，结果基本符合实际，对任何性质的工业企业均适用。二项式法——主要使用于机械加工企业的电力负荷计算特点：考虑大用电负荷对计算负荷的影响。利用系数法——逐渐不被采用特点：利用平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系，计算繁琐，精确度并不比前两种高。本节重点介绍前两种方法。第二章工业企业电力负荷计算2.3用电设备计算负荷的确定第二章工业企业电力负荷计算工业企业供电系统及计算负荷的确定：图2-12供电系统中具有代表性的各点的电力负荷计算图GD*******ACBDE*F分干线FG****NO.2NO.1企压业变总电降站车间变电站支线*干线DFDD2.3用电设备计算负荷的确定第二章工业企业电力负荷计算例：某企业控制系统配电柜2.3.1按需要系数法确定计算负荷2.3.1.1基本公式设一组用电设备，共有n台电动机，其额定容量的总和为,现在我们考虑这n台电动机运行时可能的各种情况，从而确定有功负荷。①考虑用电设备在运行时要产生功率损耗，用电设备的效率=此时：满载和全部输入容量()NPKWηΣ=NKWPΣ用电设备输出的功率实际输入的功率η11221NNNnnnNiiPPPPηηηη=++⋅⋅⋅+∑＝(—平均加权效应）2.3用电设备计算负荷的确定②考虑不可能同时运行，采用一个修正系数—同时使用系数.③考虑投入运行的这些不可能都满载运行。采用一个修正系数，—设备组的负荷系数（平均加权）=最大负荷时运行设备容量设备组总额定容量KΣ30'()NKPPKWηΣΣ=LK()LNKKPPKWηΣΣ=LLoad−=设备组最大负荷时输出功率运行的设备容量2.3.1.1基本公式2.3.1按需要系数法确定计算负荷④考虑用电设备组的在运行时，在线路内也会引起一些功率损耗，这个网络功率消耗也得由电网供给，采用一个修正系数：-网络供电效率，此值一般为0.95～0.98WLη30LWLKKNdNPPKPηηΣ∑∑=⋅=Wwire−2.3.1.1基本公式2.3.1按需要系数法确定计算负荷需用系数∴的基本含义：d--demand标志着用电设备组在投入电网运行时，需从电网实际取用功率所必须考虑的一个综合系数。与下列参数有关：设备组同时运行系数设备组负荷系数设备组平均加权效率网络供电效率除单台设备外，需用系数恒小于1。30LNWLKKPdPKηη∑∑∴==dKLKKΣηWLηdK2.3.1.1基本公式2.3.1按需要系数法确定计算负荷我国相关部门通过长期的调查研究，并参考国外资料，统计出一些用电设备组、各种车间、各种工厂的典型供计算工业的负荷时考虑，见表2－2，2－3，2－4。求出后，可按下式分别计算其余的计算负荷：dK30PtanϕconϕNU3030tanQPϕ=⋅3022303030PconSPQϕ=+=30303NSUI=--功率因数正切值--功率因数,--用电设备组的额定电压2.3.1.1基本公式2.3.1按需要系数法确定计算负荷（用途：选择该支线的导线或电缆截面及开关设备）特点：总会有满载的时候(负荷系数)只有一台设备的时候(同时运行系数)长度均很短(网路供电效率)因此，计算负荷为：1LK∴=1KΣ∴=1WLη∴≈30()30()30()tan(var)NLWLPKKGNGPPKWQPKηηηϕΣ==∗=QPS2.3.1.2对单台设备供电支线—G点的计算负荷的确定2.3.1按需要系数法确定计算负荷－设备在额定负载下的效率。①对持续运行的电动机，ηtanϕ−设备铭牌上给定的功率因数角的正切值NP−单台用电设备的额定容量，根据设备的运行方式不同分别为：PN=电炉，电解,如拖动电机铭牌上规定的额定功率2.3.1.2对单台设备供电支线—G点的计算负荷的确定2.3.1按需要系数法确定计算负荷②对反复短时工作制的电动机（如吊车）铭牌上给出这样两个参数：额定暂载率额定功率为了考虑整个系统计算负荷的统一性，必须将换算到同一暂载率下。对反复短时工作制的电动机。5050εεε（例＝％)(NPεεε在暂载率为下的功率）×100ε工作时间工作时间＋间歇时间注：（暂载率＝％）2525NPε=换算到暂载率＝％工作条件下的功率（也叫“计算用额定功率”）25251002NNPPεεεεεεεεεε==NNP＝P2.3.1.2对单台设备供电支线—G点的计算负荷的确定2.3.1按需要系数法确定计算负荷③电焊机及电焊装置（间歇运行工作制）铭牌给定：额定暂载率额定容量（暂载率为时的容量）换算到暂载率为100％时额定容量(考虑其连续工作时的负荷)εε()KVA