项目一负荷计算与无功补偿.ppt

项目一 负荷计算与无功补偿,单相设备等效三相负荷的计算,工厂年电能消耗量的计算方法,按需要系数法确定计算负荷的方法,工厂计算负荷的确定,工厂电力负荷对供电的要求,工厂供电系统的功率损耗及电能损耗,二项式法确定计算负荷,掌握无功补偿的方法,任务一：用电设备组的负荷计算 一、工厂的电力负荷和负荷曲线,（一）工厂用电设备的工作制,连续运行工作制设备,短时工作制设备,断续周期工作制设备,能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。,这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。,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。如起重机、电焊机、电梯等。,式中：T工作周期；t 工作周期内的工作时间； t0工作周期内的停歇时间。 2.负荷持续率的换算 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。 同一设备在不同暂载率下工作时，其输出功率不同，因此计算设备容量时，必须先转换到一个统一的下。 不同负荷持续率下，功率的换算公式为：,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），其计算公式如下：,1.负荷持续率（暂载率）, 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容量统一换算到=25%时的额定功率（Kw) 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到100%时的额定功率（kW）。,（二） 负荷曲线,1. 负荷曲线的类型与绘制方法 负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了电力用户用电的特点和规律。在负荷曲线中通常用纵坐标表示负荷大小，横坐标表示对应负荷变动的时间。 负荷曲线可根据需要绘制成不同的类型。如按所表示负荷变动的时间可分为日、月、年或工作班的负荷曲线，按负荷范围可分为全厂的、车间的或某设备的负荷曲线；按负荷的功率性质 可分为有功和无功负荷曲线等。 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（024h）变化情况。日负荷曲线可用测量的方法绘制。,1. 负荷曲线的类型与绘制方法 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，逐点绘制成如右图所示折线形状的折线形负荷曲线。 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，把这些点连成如右图所示阶梯状的阶梯形负荷曲线。,负荷曲线时间间隔取的愈短，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消耗的电能,年负荷持续时间曲线，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，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.负荷曲线的有关物理量 年最大负荷和年最大负荷利用小时数指全年中负荷最大的工作班内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P30 。 假设企业总是按年最大负荷持续工作，经过了时间所消耗的电能，恰好等于企业全年实际所消耗的电能，即右图中虚线与两坐标轴所包围的面积等于剖面线部分的面积。则这个假想时间就称为年最大负荷利用小时数。由此可得出,年最大负荷利用小时数与工厂类型及生产班制有较大关系，其数值可查阅有关参考资料或到相同类型的厂矿企业去调查收集。,2.负荷曲线的有关物理量 平均负荷和负荷系数 平均负荷是指电力负荷在一定时间内消耗功率的平均值。如在t时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为：,利用年负荷曲线求年平均负荷如右上图所示。图中剖面线部分为年负荷曲线所包围的面积，也就是全年电能的消耗量。另外再作一条虚线与两坐标轴所包围的面积与剖面线部分的面积相等，则图中就是年平均负荷。 年平均负荷与最大负荷的比值称为负荷率为：,你能回答吗？,问题与思考,负荷曲线分有哪几种类型？,与负荷曲线有关的物理量有哪些？,何谓负荷 曲线？,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，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,二、需要系数法计算电力负荷,计算负荷定义：按照发热条件选择电气设备的一个人为假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应相等。 根据计算负荷选择的导体或电器，在运行中的最高温升不超过导体或电器的温升允许值。,（一）计算负荷的概念,计算负荷的物理意义： 设有一电阻R的导体，在某一时间内通过一变动负荷，其最高温升达到 值，如果这一导体在相同时间内通过一个不变的负荷，最高温升也达到 值，那么这个不变负荷就称为变动负荷的“计算负荷”，即“计算负荷”与实际变动负荷的最高温升是等值的。,工程上为了取值和表达方便，一般把半小时平均负荷所 绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷。作为按发 热条件选择电气设备的依据，即：Pc=P30,供电线路上只连接一台用电设备时： 线路的计算负荷可按设备容量来确定，此时求单台电动机的计算负荷公式为： 式中：PN用电设备的额定功率，单位kW； N用电设备额定容量时的效率。,对白炽灯、电热设备、电炉变压器等： 计算负荷在数值上就等于其额定功率，即：,（二） 按需要系数法确定计算负荷,设某组设备有几台电动机，其额定总容量为PN，由于该组电动机实际上不一定都同时运行，而且运行的电动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路也有功率损耗，因此这组电动机的有功计算负荷应为,1. 需要系数的含义,上式中，N是指用电设备的输出与输入容量之间具有的平均效率；因用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数KL；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入一个线路平均效率WL；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入一个同时系数K。用电设备的需要系数： 2.需要系数的查表方法,有功计算负荷为,3. 三相用电设备计算负荷的基本公式,无功计算负荷为,视在计算负荷为,计算电流,设备容量,线电压, 单组用电设备组的计算负荷,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。,解,例,查表6-1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得 Kd=0.160.2（取0.2计算），cos=0.5，tg=1.73，于是, 多组用电设备组的计算负荷,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K，其中有功同时系数为KP，无功同时系数为 KQ，,以后作业和考试都取0.9,多组用电设备组的计算负荷确定：,i的含义：就是有不同品种的设备。,各种设备组的最大负荷不一定同时出现。,只能这样求，不能用求和或P30/COS方法,线电压,某机修车间的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1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求 计算负荷（设同时系数Kp、KQ均为0.9）。,解,例,以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为 一组，共分成以下3组。先求出各用电设备组的计算负荷。,冷加工电动机组。查表6-1可得：Kd1=0.2，cos1=0.5， tg1=1.73，因此,通风机组。查表6-1可得：Kd2=0.8，cos2=0.8，tg2=0.75 因此,电阻炉， Kd2=0.7，cos2=1，tg2=0 ，即 ：,以车间为范围，已知同时系数Kp、KQ均为0.9，则车间计算 总有功计算负荷为 总无功计算负荷为 总视在计算负荷为 总的计算电流为 用此电流即可选择这条380V导线的截面及型号。 P149.5,多组用电设备组,例：如图所示220/380V三相四线制线路上，接有380V电热干燥箱4台，共50kW.另有380V对焊机4台，30kW(=60%) 。试求此线路的计算负荷。,解：(1) 电热干燥箱的计算负荷。查表得 Kd=0.7，cos=1，tan=0。因此只需计算其有功计算负荷。,（2）先将对焊机的30kW(=60%)换算至=100%的容量，即,同时系数Kp、KQ均为0.9，则 总有功计算负荷为 总无功计算负荷为 总视在计算负荷为 总的计算电流为,为什么不是30KW?,三、按二项式法确定计算负荷 （一）二项式系数的查表法,应用场合 在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。 基本公式,式中b、c为二项式系数，根据设备名称、类型、台数查表6-1选取。,指用电设备中x台容量最大的设备容量之和。,用电设备组的设备总容量,当用电设备组的设备总台数n2x时，则最大容量设备台 数取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时， 可认为Pc=Pe；tg为设备功率因数角的正切值。Q30，S30， I30的计算公式与需要系数法的相同。,对12台用电设备 对用电设备组 有功计算负荷的求取直接应用式（6.17），其余的计算负荷与需要系数法相同。,对多组用电设备 要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。,总的有功计算负荷为： 总的无功计算负荷为：,（二）二项式系数法确定车间计算负荷,某机修车间的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1.2kW2台；电阻炉1台2kW。用二 项式法求计算负荷（设同时系数Kp、KQ均为0.9）。,解,例,金属切削机床电动机组 查表6-1，取b1=0.14，c1=0.4，cos1=0.5，tg1=1.73，x=5，则 (bPe)1=0.1450=7kW (cPx)1=0.4(7.52+42+2.21)=10.08kW 通风机组 查表6-1，取b2=0.65，c2=0.25， x=5 ，cos2=0.8，tg2=0.75， n=22x，取x2=n/2=1，则 (bPe)2=0.651.22=1.56kW (cPx)2=0.251.2=0.3 电阻炉 (bPe)3=2kW (cPx)3=0,只有一台设备,n=2,x=1,因为x=5，所以只能选择5台为Px,显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cPx)1最大， 故总计算负荷为： 比较计算结果，此法的结果比按需要系数法计算的结果大得多。JGJ/T16-1992民用建筑设计规范中规定：“用电设备台数较少，各台设备容量相差别悬殊时，宜采用二项式法。”,（三）单相用电设备等效三相计算负荷的方法 1.常用的负荷种类, 现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三 相两大类。 单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家用电器设备。 三相：电动机为动力的各种设备例如给水泵、集中式空调机、电梯等。 供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统负荷计算。,单相负载,三相负载, 按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 如果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连接，均可作为三相平衡负荷对待。 单相设备接于相电压时，在尽量使三相负荷均衡分配后，取最大负荷相所接的单相设备容量乘以3，便可求得其等效三相设备容量。 单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量Pe 单台设备时 23台设备时,单相设备的设备容量,最大负荷单相设备的设备容量, 单相设备分别接于线电压和相电压时，首先应将接于 线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容 量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。而总 的等效三相有功计算负荷就是最大有功负荷相的有功 计算负荷的3倍。总的等效三相无功计算负荷就是最大 无功负荷相的无功计算负荷的3倍。 特别注意： 最大相的有功计算负荷和最大相的无功计算负荷不一定 在同一相上。,任务二、全厂计算负荷的确定,一、用需要系数法计算全厂计算负荷 在已知全厂用电设备总容量Pe的条件下，乘以一个工厂的需要系数Kd即可求得全厂的有功计算负荷，即：P30=KdPe ，其中Kd是全厂需要系数值。,表6-3 全厂负荷的需要系数及功率因数,已知某开关电器制造厂用电设备总容量为4500kW，试 估算该厂的计算负荷。,解,例,查表6-3取Kd为0.35，cos=0.75，则tan=0.882，得 P30=KdPe=0.354500=1575kW Q30=P30tan=15750.8821386kvar,二用逐级推算法计算全厂的计算负荷,从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。,用电设备组,车间低压变压器出线,车间低压变压器高压侧,工厂变压器出线,工厂输电进线端,二用逐级推算法计算全厂的计算负荷,P305是图示所有出线上的计算负荷P306等之和，再乘上同时系数K；由于P304要考虑线路WL2的损耗，因此P304= P305+ PWL2；P303由P304等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数K而得；P302还要考虑变压器的损耗，因此P302= P303+PWL1 +PT；P301由 P302等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数K而得。 对中小型工厂来说，厂内高低压配电线路一般不长，其功率损耗可略去不计。,在考虑变配电系统总计算负荷时，除了用电负荷所消耗的电功率以外，变配电系统本身还要损耗一部分电功率，这是因为供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗，当有电流通过时，则会产生相应的损耗。供配电系统中产生损耗较大的设备是变压器和输电线路。这部分功率损耗也是由变配电系统提供的。因此，要计入其计算负荷中。,（一）线路的电能损耗,线路上全年的电能损耗计算公式为： 式中电流是通过线路的计算电流；RWL是线路每相的电阻值；是一个假想的时间，与Tmax和cos有关。,的物理含义：当线路或变压器中以最大计算电流流过小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗相等。 与Tmax之间的关系如左图示。与Tmax的关系可用公式表达为：,当cos=1，且线路电压不变时，全年的电能损耗为 ：,（二） 变压器的电能损耗,变压器的电能损耗包括两个部分：一是由铁损引起的电能损耗：,上式表明：只要外施电压和频率不变，铁损所引起的电能损耗 也固定不变，且近似于空载损耗P0。,二是由铜损引起的电能损耗：,由式可知，由变压器铜损引起的电能损耗，与变压器负荷率 的平方成正比，且近似于短路损耗(负载损耗）Pk。 因此，变压器全年的电能损耗为：,二用逐级推算法计算全厂的计算负荷,电力变压器的功率损耗，在一般的负荷计算中，可采用简化公式来近似计算，如：,有功功率损耗： 无功功率损耗： 式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷，它是选择变压器的基本依据。,三、按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,已知全厂的年产量A或年产值B，就可根据全厂的单位产量耗电量a或单位产值耗电量b，求出全厂的全年耗电量 Wa=Aa=Bb 求出全年耗电量后，即可根据下式求出全厂的有功计算负荷为 式中的Tmax是工厂的年最大负荷利用小时。,你能回答吗？,问题与思考,什么叫计算负荷？为什么计算负荷通常采用半小时最大负荷？正确确定计算负荷有何意义？,如何将单相负荷简便地换算为三相负荷？,需要系数的含义是什么？,练习与计算,5已知线电压为380V的三相供电线路供电给35台小批量生产的冷加工机床电动机，总容量为85kW，其中较大容量的电动机有7.5kW1台，4kW3台，3kW12台。试分别 用需要系数法确定其计算负荷。 P149.6 有一个机修车间，有冷加工机床30台，设备总容量为150kW，电焊机5台，共15.5kW，利用率只有65%，通风机4台，共4.8kW，车间采用380/220V线路供电，试确定该车间的计算负荷。,一、工厂的功率因数,1.工厂的功率因数,瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可间接测量，即由 功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：,平均功率因数 平均功率因数又称为加权平均功率因数，按下式计算：,式中WP是某一时间内消耗的有功电能；Wq是某一时间内消耗的无功电能。我国电业部门每月向工业用户收取的电费，规定要按月平均功率因数的高低来调整。,任务三、无功补偿及其计算,最大负荷时的功率因数 最大负荷时功率因数指在年最大负荷时的功率因数。可按下式计算：,2. 功率因数对供配电系统的影响,一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos愈小（角愈大），其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损耗）随之增大，不经济。 供电设备（电源）的供电能力（容量）是用视在功率S来表示的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减少，于是降低了供电设备的供电能力。,2. 功率因数对供配电系统的影响,当用电设备的有功功率一定时，功率因数愈低，其供电线路的电流愈大，线路的电力损耗随之增加。 功率因数低，通过线路的电流就大，线路电压降亦随之增加，从而影响用电设备的正常运转。 发电机发出的功率是有限的，当无功功率增加时，有功功率下降，发电机的效率降低。 国家标准GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则中规定：“在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9，凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”。为鼓励提高功率因数，供电部门规定，凡功率因数低于规定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖励，即采用“高奖低罚”的原则。,3. 补偿用电力电容器,变电所内的并联电力电容器组, 电力电容器在电力系统中的作用,由于电力系统中许多设备不仅要消耗有功功率，设备本身的电感损失也要消耗无功功率，使系统的功率因数降低。如果把能“发出”无功电力的电力电容器并接在负荷或供电设备上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力正好由电容器“发出”的无功电力供给，从而起到无功补偿作用，这就是电力电容器在电力系统中的主要作用。在电力线路两端并联上移相电容器，线路上就可避免无功电力的输送，以达到减少线路能量损耗、减小线路电压降，提高系统有功出力的效益，因此，移相电容器是提高电力系统功率因数的一种重要的电力设备。, 电力电容器部分型号表示,表6-4 电力电容器部分型号表示,4. 调相机,调相机在电力系统中的作用,大量的异步电动机和变压器需汲取大量的无功功率以供其励磁之用，造成电网功率因数降低，致使发电机和输配电设备的作用不能充分发挥，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。 为此，在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。根据电网负载情况的不同，适当调节调相机的励磁电流，可改变调相机汲取的无功功率，使电网的功率因数接近于1。此外,在长距离输电线路中，线路电压降随负载情况的不同而发生变化，如果在输电线的受电端装一台调相机，在电网负载加重时，让其过励运行，减少输电线中滞后的无功电流分量，从而可减少线路压降；在输电线轻载的情况下，让其欠励运行，吸收滞后的无功电流，可防止电网电压上升，从而维持电网的电压在一定的水平上。同步调相机还有提高电力系统稳定性的作用。,调相机与电容器的比较,a. 静电电容器的最大优点是损耗小、效率高，损耗约占本身容量的0.3%0.5%，调相机的有功功率损耗为额定容量的1.5%5.5%。 b. 电容器设备费与总容量几乎无关，调相机则不然，当容量较大时，其单位造价比较低，而容量减小时，单位造价偏高。 c. 补偿方式上，调相机只能在负荷中心使用，静电电容器既可以集中使用，又可以分散使用。 d. 调相机最大优点是装设励磁装置，能得到均匀调压，既能发出无功功率又能吸收无功功率；电容器可用分级调压，当网络电压降低时输出功率急剧下降，。 e. 调相机装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统的电压，从而达到提高系统稳定性的目的；电力电容器对系统稳定性不起作用。 f. 调相机维护工作量大，电容器维护量小。,二、无功补偿方法,提高自然功率因数,a.合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。 b.对实际负载不超过额定容量40的电动机，应更换为小容量的电动机。 c.合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。 d.正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为7580比较合适）。对于负载率低于30变压器，应予以更换。 e.对于负荷率在0.60.9的绕线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。, 人工补偿法,a. 使用同步电动机在过激磁方式呈现容性时运转，其功率因数超前0.80.9时，向供电系统输出无功功率，用来补偿用感性电设备所需要的无功功率。此补偿方法因同步