第二章电力负荷及其计算

第2章工厂电力负荷及其计算主要内容工厂电力负荷与负荷曲线三相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定工厂计算负荷与年耗电量的计算尖峰电流及其计算重点、难点了解：•工厂电力负荷与负荷曲线相关概念理解：尖峰电流及其计算掌握：•三相用电设备组计算负荷的确定-----需要系数法•单相用电设备组计算负荷的确定工厂计算负荷与年耗电量的计算---逐级计算法重点：三相用电设备组计算负荷的确定工厂计算负荷与年耗电量的计算难点2.1工厂电力负荷与负荷曲线2.1.1负荷分级与可靠性要求按GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定,根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；将在政治、经济上造成重大损失。双独立电源供电一级负荷中特别重要的负荷，还须增设应急电源。常用的应急电源有：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门供电线路；3)蓄电池；4)干电池。二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重大损失。两回路供电或专用电源供电（一根架空线或两条电缆）三级负荷：不重要的一般负荷。单电源电力负荷(电力负载):用电设备和用户耗用的功率和电流大小。(或耗用电能的用电设备和用户)。2.1.2工厂常用的用电设备及工作制1.生产加工机械的拖动设备2．电焊和电镀设备3．电热设备4．照明设备连续运行工作制：短时运行工作制：断续周期工作制：是指工作时间较长，连续运行的用电设备。1~2h是指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备的工作制。半小时以下。是指有规律性的时而工作、时而停歇，反复运行的用电设备的工作制。周期不超过10分，如：通风机、压缩机、各种电炉、机床、照明等如吊车用电动机、电焊用变压器等。如金属切削机床用的辅助机械（横梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等。用电设备的工作制可分为：周期性工作，运行时温度达不到允许温升，停止时降不到环境温度，但从长时看可达到允许温升为表征其断续周期的特点，用整个工作周期里的工作时间与全周期时间之比，即用负荷持续率（FC）表示：式中——工作时间；——停歇时间；——整个周期时间，不应超过10min.%100TttttFCWSWWwtstT生产加工机械的拖动设备是机械加工类工厂的主要用电设备，也是工厂电力负荷的主要组成部分，可分为机床设备和起重运输设备两种：机床设备:工厂金属切削和金属压力加工的主要设备，这些设备的动力，一般都由异步电动机供给，根据工件加工需要，有的机床上可能有几台甚至十几台电动机，这些电动机一般都要求能长期连续工作，电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等。起重运输设备:是工厂中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具空压机、通风机、水泵等也是工厂常用的辅助设备，它们的动力都由异步电动机供给，工作方式属于长期连续工作方式，设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦，单台设备的功率因数在0.8以上。电焊设备是车辆、锅炉、机床等制造厂的主要用电设备，在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备，负荷量不会太大。电焊:包括1)利用电弧的高温进行焊接的电弧焊;2)利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行焊接的电阻焊（接触焊）;3)利用电流通过熔化焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。电焊机的工作特点是：1.工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。2.功率较大，380V单台电焊机功率可达400kVA，三相电焊机功率最大的可达1000kVA以上。3.功率因数很低，电弧焊机的功率因数为0.3～0.35，电阻焊机的功率因数为0.4～0.85。4.一般电焊机的配置不稳定，经常移动。电镀设备电镀的作用是防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。另外，塑料、陶瓷等非金属零件表面，经过适当处理形成导电层后，也可以进行电镀。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，功率从几十千瓦到几百千瓦，功率因数较低，为0.4～0.62。电热设备按其加热原理和工作特点可分为：电阻加热炉电弧炉感应炉其他加热设备用于各种零件的热处理；用于矿石熔炼、金属熔炼；用于熔炼和金属材料热处理；包括红外线加热设备、微波加热设备和等离子加热设备等。中小型机械类工厂的电热设备一般较简单。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。照明设备电气照明:是工厂供电的重要组成部分，合理的照明设计和照明设备的选用是工作场所得到良好的照明环境的保证。常用的照明灯具有：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，其他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。工厂用电负荷的分类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二级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层压制品车间压塑料机及供热锅炉二级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2.1.3负荷曲线的基本概念负荷曲线电力负荷随时间变化的曲线。反映用电过程用电高峰和低谷。负荷曲线分类：按负荷对象分，有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线；按负荷变动的时间分，有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；按绘制方式分，有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线，日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形。一、日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0-24h）变化情况。制作：（1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。图2-1日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线b)依点绘成梯形的负荷曲线二、持续负荷曲线年负荷曲线两种:年运行负荷曲线年持续负荷曲线。年运行负荷曲线：可根据全年日负荷曲线间接制成。年持续负荷曲线：其绘制，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。年持续负荷曲线绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P2在年负荷曲线上所占的时间计算为T2=200t2+165t2，。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核定。北方：冬季200天，夏季165天南方：夏季200天，冬季165天图2-2年负荷持续时间曲线的绘制（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是按全年每日的最大负荷（通常取每日的最大负荷半小时平均值）绘制的.三.年每日最大负荷曲线日期（日/月）Pmax1/131/12同行业、同规模的企业，负荷曲线相似，可从已建好的企业了解其最大负荷、用电量等参数。可以从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此负荷曲线对于从事工厂供电设计和运行的人员来说，都是很必要的。2.1.4与负荷曲线和负荷计算有关的物理量1）年最大负荷(半小时最大负荷P30)年负荷曲线中最大负荷。即全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的30分钟的平均功率Pmax年最大负荷持续运行Tmax所消耗的电能，恰等于全年实际消耗电能。Tmax称为年最大负荷利用小时。图2-4年最大负荷和年最大负荷利用小时maxmaxaWTPWa为年实际消耗的电能量。Tmax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，与工厂的生产班制有明显的关系2）平均负荷电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。年平均负荷Pav,如图2-4所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa，则：3）负荷系数年平均负荷与年最大负荷的比值。tavWPtmaxPPKavL图2-4年平均负荷（2）负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，即有时也用α表示有功负荷系数，用β表示无功负荷系数。一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82注意：对单个用电设备或用电设备组，有：LNPKP2.2计算负荷的确定要保证供电系统安全可靠的工作，实际负荷电流通过系统各个元件产生的热量引起的温升应不超过导体和电气设备在规定使用期间内长期工作的允许温升。负荷计算目的求计算负荷的这项工作称为负荷计算。负荷计算的内容求计算负荷-----选择变压器、开关电器等求尖峰电流-----校验电压波动和选择保护电器求一、二级负荷------确定备用电源或应急电源求季节性负荷-----确定变压器台数和经济运行方式计算目的:为了正确的选择线路的导线截面、变压器的容量、开关电器、互感器等设备的额定参数。继电保护装置整定，运行方式的确定。负荷计算目的：主要是确定“计算负荷”，常用方法：1、单位产品耗电法2、利用系数法3、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，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。4、需要系数法------重点掌握。需要系数法比较简便，使用广泛。因该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。计算负荷根据发热条件确定导体或设备的假想的负荷称为计算负荷。（即持续30分钟的负荷，可使导体达到稳定温升）“计算负荷”通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。单位产品耗电法1）已知单位产品耗电a（可查手册），又知道工厂年产量A。则可估算工厂年耗电量。2）利用系数法利用系数附加系数aAPPPC30maxnNiavXPPK1avcadpPKNNiXadavadPKKPKP130例如：汽车厂每生产一辆汽车耗电量为0.5kw，年产10万辆，该厂年最大负荷为50000kw2.2.1需要系数法一、需要系数是计算负荷与设备总的额定负荷比值。为什么计算负荷不能用额定负荷，而要考虑需要系数呢？所有设备，工作方式不同，设备发热不同，所有设备不一定同时工作，不都满负荷，设备有损耗----效率，线路有损耗，因此，其消耗的功率不是额定值。niiNniiNdPPPPK1.301.maxniiNdPKP1.max需要系数需要系数的物理意义需要系数考虑了以下的主要因素：式中——同时使用系数，为在最大负荷工作班工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备容量之比；——负荷系数，表示工作着的用电设备实际所需功率与全部用电设备投入容量之比；——线路效率；——用电设备在实际运行时的效率。考虑上述影响用一综合系数来表示。查手册附表1wleLdKKKKLKwle二、设备容量的确定连续运行工作制短时运行工作制断续周期工作制在参与负荷计算时，从发热的观点看，需将铭牌功率按上式换算统一规定的负荷持续率下的功率：对于起重机换算到=25%对于电焊机换算到=100%式中——名牌负荷持续率；——换算前铭牌额定功率，单位为KW。NePPNePPSNNePPNNPSSS2.2.2三相计算负荷的确定单台设备成组多组