天津大学《工厂供电》第2章电力负荷计算.ppt

第2章 电力负荷计算,第2章 电力负荷计算,2.1 负荷计算的内容和目的 2.2 电力负荷与计算负荷 2.3 计算负荷的实用计算方法 2.4 单相负荷计算 2.5 尖峰电流计算 2.6 功率损耗与电能损耗计算 2.7 全厂负荷计算,2.1 负荷计算的内容和目的,一、算出计算负荷 合理选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号。 二、算出尖峰电流 用于计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件。 三、算出平均负荷 用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功功率补偿装置。,2.2 电力负荷与计算负荷,一、电力负荷 工厂的用电设备种类多，数量大，工况复杂 工厂中的常见设备,各种机械的拖动电机： 空压机、通风机、水泵、破碎机、球磨机、搅拌机、制氧机、润滑油泵以及提升机、吊车、起重机等,工业电炉：电弧炉、电阻炉、感应炉等,电解设备：电解槽等,电焊设备：交流电焊机、直流电焊机等,工业照明,（1）长期工作制 负荷长时间连续工作。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等 （2）短时工作制 负荷工作时间短、停歇时间长的用电设备。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等 （3）反复短时工作制 负荷时而工作、时而停歇、反复运行的设备。如起重机、电梯、电焊机等,用电设备的分类,能否用电力负荷直接进行计算？,在电力系统中，用电设备需用的电功率称之为电力负荷，简称负荷或功率。 分为有功功率、无功功率和视在功率三种,工厂的基本原始资料:用电设备安装容量 (工艺部门提供的),回顾对供电的基本要求 （安全、可靠、优质、节约） 实际中 （1）所安装的设备并非同时运行 （2）运行着的设备实际负荷是变化的 结果导致浪费 如何解决？,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。,事实上正是这样,能否按发热条件选择一个“假想负荷”?,定义：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷称之为“计算负荷” 规定取30分钟平均最大负荷作为该用户的“计算负荷” 计算负荷分为有功计算负荷（30）、无功计算负荷（Q30） 、视在计算负荷（S30）,二、计算负荷,（3）最大负荷：全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值。 最大班是指一年内最大负荷月份内至少出现2-3次的最大负荷工作班,（2）为什么取“30分钟”？,几点说明：,（1）是一个“假想负荷”,怎样求取计算负荷？,三、 负荷曲线,负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形，反映了用户用电的特点和规律。 （一）日负荷曲线 负荷在一昼夜间（024h）变化情况。,（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,T1=200t1+165t2,（二）年负荷曲线 年运行负荷曲线 年持续负荷曲线,年负荷持续时间曲线的绘制,（三）同类型的工厂（或车间）的负荷曲线形状大致相同 负荷曲线可直观地反映出用户用电的特点和规律。,从负荷曲线中到底能看出什么？,四、负荷曲线的有关物理量,1、年最大负荷和年最大负荷利用小时 （1）年最大负荷Pmax （2）年最大负荷利用小时Tmax,2、平均负荷Pav 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。,年平均负荷Pav,如图所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa，则：,3、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,有时也用表示有功负荷系数，用表示无功负荷系数。一般工厂=0.70.75，=0.760.82 注意：对单个用电设备或用电设备组，有：,负荷计算目前常用的方法有需用系数法和二项式法。,2.3 计算负荷的实用计算方法,估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。,回顾：工厂供电系统图,负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推到电源进线端为止 。,3、反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。,一、设备容量的确定,设备容量就是所有设备的铭牌额定功率,2、短期工作制的用电设备,1、长期工作制的用电设备,2）电焊机和电焊装置组 要求统一换算到 时的功率，即：,式中， 为电焊机额定有功功率； 为额定视在功率； 为额定负荷持续率； 为额定功率因数。,1）起重机（吊车电动机） 要求统一换算到 时的功率，即：,（一）电炉变压器组 设备容量是指额定功率下的有功功率，即：,特殊：,（二）照明设备,不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即：,是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积。,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：,用镇流器的照明设备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,1、（单个）用电设备组的计算负荷,二、按需用系数法确定计算负荷,形成该系数的原因有：用电设备的设备容量是指它的输出容量，它与输入容量之间有一个平均效率 ；用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数 ；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入线路平均效率 ；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入同时系数 。,需用系数,2、多个用电设备组的计算负荷,同时系数,无功计算负荷 视在计算负荷,3、例题 (例2-2 P23),已知：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1.2kW2台；电阻炉1台2kW。 （设同时系数Kp、Kq均为0.9）。 试求计算负荷,解 查表可得 冷加工电动机：Kx1=0.2，cos1=0.5，tg1=1.73 Pc1= Kx1Pe1=0.250=10kW Qc1=Pc1tg1=101.73=17.3kvar 通风机：Kx2=0.8，cos2=0.8，tg2=0.75 Pc2= Kx2Pe2=0.82.4=1.92kW Qc2=Pc2tg2=1.920.75=1.44kvar 电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量 Pc3=Pe3=2kW Qc3=0 车间计算负荷：,需要系数法适用于设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备 设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线,三、 按二项式法确定计算负荷,（1）基本负荷值：用电设备组的平均最大负荷值 （2）附加功率值：考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响,二项式法,（单个）用电设备组的计算负荷,各组用电设备的最大负荷不可能同时出现的因素。在计算时只取各组用电设备的附加负荷的最大值计入总计算负荷,各设备组有功平均负荷的总和,各设备组无功平均负荷的总和,各设备组有功附加负荷的最大值, 对应的设备组功率因数角正切值。,2、多个用电设备组的计算负荷,3、例题 （例2-3 P25）,已知：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1.2kW2台；电阻炉1台2kW。 （设同时系数Kp、Kq均为0.9）。 试求计算负荷,解 ：求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx,(1)金属切削机床电动机组,(2)通风机组,(3)电阻炉,总计算负荷,四、计算负荷的估算法,1、单位产品耗电量法 若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量 ，则 企业全年电能W为：,有功计算负荷为：,年最大负荷利用小时数,若已知车间生产面积S和负荷密度指标， 则车间平均负荷为: Pjs=S,2、单位面积负荷密度法,2.4 单相负荷计算,如果单相设备总容量小于三相设备总容量的15%，则无论单相设备如何分配，均可按三相平衡负荷计算。,（一）单相设备接于相电压时的负荷计算,（二）单相设备接于同一线电压时的负荷计算 （1）只有一相时,（2）在各线负荷中选择较大的两项,（三）单相设备既接于线电压又接于相电压时的负荷计算,（1）将接于线电压单相负荷换算为接于相电压上的单相负荷,PAB PBA PCA接于AB，BA，CA相间有功负荷,PA，PB，PC换算为A，B，C相间的有功负荷,QA，QB，QC换算为A，B，C相间的无功负荷,（2）再将各相负荷相加，选出最大相负荷，取三倍即为等效三相负荷,例题 （例2-4 P27）,某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台。电热干燥箱20kW2台接于A相，30kW1台接于B相，10kW3台接于C相；电加热器20kW2台分别接于B相和C相；对焊机14kW（=100%）3台接于AB相，20kW（=100%）2台接于BC相，46kW（=60%）1台接于CA相。试求该线路的计算负荷。,解: 1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷 查表得 Kx=0.7，cos=1，tg=0，因此只要计算有功计算负荷 A相 PcA1=KxPeA=0.7202=28kW B相 PcB1=KxPeB=0.7(301+201)=35kW C相 PcC1=KxPeC=0.7(103+201)=35kW,2.对焊机的各相计算负荷 查表得 Kx=0.35，cos=0.7，tan=1.02 查表得 cos=0.7时 pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8 pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2 qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22 qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8,先将接于CA相的46kW（=60%）换算至=100%的设备容量，即,（1）各相的设备容量为 A相 PeA=pAB-APAB+pCA-APCA =0.8143+0.235.63=40.73kW QeA=qAB-APAB+qCA-APCA =0.22143+0.835.63=37.74kvar,B相 PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB =0.8202+0.2143=40.4kW QeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB =0.22202+0.8143=42.4kvar C相 PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC =0.835.63+0.2202=36.5kW QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC =0.2235.63+0.8202=39.84kvar,（2）各相的计算负荷为 A相 PcA2=KxPeA=0.3540.73=14.26kW QcA2=KxQeA=0.3537.74=13.21kvar B相 PcB2=KxPeB=0.3540.4=14.14kW QcB2=KxQeB=0.3542.4=14.84kvar C相 PcC2=KxPeC=0.3536.5=12.78kW QcC2=KxQeC=0.3539.84=13.94kvar,3.各相总的计算负荷（设同时系数为0.95） A相 PcA=K（PcA1+PcA2） =0.95（28+14.26）=40.15kW QcA= K（QcA1+QcA2） =0.95（0+13.21）=12.55kvar B相 PcB= K（PcB1+PcB2） =0.95（35+14.14）=46.68kW QcB= K（QcB1+QcB2） =0.95（0+14.84）=14.10kvar,C相 PcC= K（PcC1+PcC2） =0.95（35+12.78）=45.39kW QcC= K（QcC1+QcC2） =0.95（0+13.94）=13.24kvar 4.总的等效三相计算负荷 因为B相的有功计算负荷最大，故 Pcm= PcB=46.68kW Qcm=QcB=14.10kvar Pc=3Pcm=346.68=140.04kW Qc=3Qcm=314.10=42.3kvar,2.5 尖峰电流计算,尖峰电流Ijf是指单台或多台用电设备持续12秒的短时最大负荷电流。,计算尖峰电流的目的： 选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。,1、单台用电设备供电的支线尖峰电流计算 尖峰电流就是用电设备的起动电流，即 Ijf = Ist = KIN 式中，Ist为用电设备的起动电流；IN为用电设备的额定电流；K为用电设备的起动电流倍数 。,2、多台用电设备供电的干线尖峰电流计算,式中，Ijf为用电设备组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流； K为n1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.71；Ijs为设备投入运行时线路的计算电流。,3、多台用电设备同时启动,式中，n为参与启动的用电设备的台数； Ki、 Ijsi为第i台设备的启动电流倍数和额定电流。,例2-5 有一380V配电干线，给三台电动机供电，已知IN1 =5A，IN2 =4A，IN3 =10A， Ist1 =35A，Ist2 =16A，Kst3=3，求该配电线路的尖峰电流。,解： Ist1 IN1=355=30A Ist2 IN2=164=12A Ist3 IN3= Kst3IN 3IN3=31010=20A 可见，（IstIN）max=30A，则Istmax=35A， 取K=0.9，该线路的尖峰电流为 Ijf= K（IN2 +IN3）+ Ijf=0.9（4+10）+35=47.6A,2.6 功率损耗与电能损耗计算,一、 功率损耗 1、供电线路的功率损耗 线路功率损耗包括有功功率损耗 PWL和无功功率损耗QWL两部分，其计算公式为：,线路的计算电流,线路每相的电阻,线路每相的电抗,式中，,线间几何均距：三相线路各相线间距离的几何平均值。,三相三角形排列,水平等距排列,查附表2（P244）,2、变压器的功率损耗 变压器的功率损耗也包括有功和无功两部分。 （1）变压器的有功功率损耗 （2）变压器无功功率损耗,空载有功损耗,负载有功损耗,空载电流百分数,短路电压百分数,负载率,二、供电系统的电能损耗,企业一年内所耗用的电能，一部分用于生产，还有一部分在供电系统元件（主要是线路及变压器）中损耗掉。掌握这部分损耗的计算，并设法降低它们，便可节约电能，提高电能的利用率。,1、 供电线路的损耗 一年内线路的电能损耗为：,PWL即按计算负荷求得的线路最大功率损耗；, 线路的最大负荷损耗小时,它是一个假想的时间,最大负荷损耗时间,2、 变压器的电能损耗,一部分是铁损PFe引起的电能损耗，只要外加电压和频率不变，其值是固定不变的 另一部分是由变压