矿山供电（重庆大学） 第二章 电力负荷计算.ppt

矿山供电,重庆大学资源与环境科学学院 张仕进 2009年9月制作,第2章 电力负荷计算,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷计算,目的： 电力负荷的计算是对供配电系统进行设计的一个必不可少的环节，是正确选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等设备的基础，是保障供配电系统安全可靠性的重要依据。,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷计算,主要内容： 电力负荷与负荷计算基础 负荷曲线 计算负荷的适用计算法 尖峰电流的计算 功率损耗与电能损耗 全厂负荷的计算（逐级计算法）,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷与负荷计算,电力负荷（electric power load)： 指用电设备需要的电功率。负荷的本质是功率、负载的本质是消耗电能的用电设备。 有功负荷：实际消耗的功率 电力负荷 无功负荷：储能元件与电源间的能量交换,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷与负荷计算,电量： 指用电设备需要的电能数量，即功率在一段时间内的累积。 有功电量 电量 无功电量,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷与负荷计算,负荷计算的目的： 工厂用电设备工作时，实际负荷不等于设备的额定负荷，如果用额定容量设计会造成大量浪费。,重庆大学资源与环境科学学院,电力负荷与负荷计算,负荷计算的主要内容： 计算负荷：正常工作时实际的最大负荷。计算负荷可帮助选择设备。 求解尖峰电流：计算电压波动。尖峰电流的计算可帮助选择熔断器和保护元件。 求解平均负荷：计算电能需要量。,重庆大学资源与环境科学学院,负荷分级,按供电可靠性要求，负荷可分为： 一级负荷：停电将造成巨大损失，包括生命、财产损失。由两个独立电源供电。 二级负荷：停电将造成较大财产损失。双回路供电，可能来自同一电源。 三级负荷：单回路供电。,重庆大学资源与环境科学学院,负荷曲线,负荷曲线（load curve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。 负荷曲线反映了用户的用电特点和规律。 负荷曲线可帮助设计人员获取资料，有助于设计分析； 负荷曲线可帮助运行人员合理、有计划安排用户，从而降低负荷高峰，填补低谷。,重庆大学资源与环境科学学院,负荷曲线的特点, 电力负荷不等于额定功率，而是实际消耗的功率； 负荷曲线是由规律的 按负荷的功率性质分： 可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线； 按所表示的负荷变动的时间分： 可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。 日负荷曲线可分为夏季日负荷曲线和冬季日 负荷曲线,重庆大学资源与环境科学学院,日有功负荷曲线的绘制：,重庆大学资源与环境科学学院,年有功负荷曲线的绘制：,年负荷曲线所包围的面积代表了用户全年消耗的总电能。,重庆大学资源与环境科学学院,日负荷曲线和年负荷曲线的区别：,日负荷曲线按时间先后顺序绘制； 年负荷曲线按负荷的大小和累计时间绘制。,重庆大学资源与环境科学学院,与负荷计算相关的物理量：,年负荷曲线 负荷最大工作班： 一年中最大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作班 年最大负荷： 全年中最大负荷工作班内，半小时平均功率的最大值，也称30分钟最大负荷。 年最大负荷利用小时数：Tmax 用户以全年最大负荷持续工作进行Tmax小时所消耗的电能等于全年实际消耗的电能。代表了负荷利用的均衡性。,重庆大学资源与环境科学学院,与负荷计算相关的物理量：,年负荷曲线 平均负荷（average load)： 一段时间内消耗功率的平均值。Pav=W/t 负荷系数（load coefficient)： 最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。表征了负荷的变化规律。 需用系数 Kd=Pmax/Pn 利用系数 Kl=Pav/Pn 需用系数和利用系数可通过查表得到。,重庆大学资源与环境科学学院,计算负荷（calculated load）： 通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。,重庆大学资源与环境科学学院,规定取“半小时平均负荷”的原因： 一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3=31030（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。,重庆大学资源与环境科学学院,负荷计算的意义和目的： 负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。,重庆大学资源与环境科学学院,用电设备额定容量的确定,用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种： （1）连续运行工作制（长期工作制） （2）短时运行工作制（短暂工作制） （3）断续运行工作制（重复短暂工作制） 将各种用电设备的额定功率换算成同一标准工作条件下的“额定功率”，称为设备容量。用Pe表示。,重庆大学资源与环境科学学院,特点： 运行时间长，足以使之达到热平衡。通风机、水泵、空气压缩机、发电机组、照明灯具等。 设备容量：Pe=Pn,连续运行工作制（长期工作制）,短时运行工作制（短时工作制）,特点： 短时连续工作，且能达到热平衡。 设备容量：Pe=Pn,重庆大学资源与环境科学学院,特点： 工作或停歇时间均达不到热平衡时间。如：电焊机、吊车电动机等 暂载率：,断续运行工作制（重复短暂工作制）,重庆大学资源与环境科学学院,吊车机组用电动机的设备容量统一换算到=25%时的额定功率（kW），若其N不等于25%时应进行换算，公式为:,断续运行工作制（重复短暂工作制）,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）。若其铭牌暂载率N不等于100%时，应进行换算，公式为:,重庆大学资源与环境科学学院,小结：,设备的额定暂载率对应于设备的额定功率； 设备的标准暂载率对应于设备的容量； 设备的容量不是设备的计算负荷，实际上是换算到一定标准工作制下的额定负荷； 实际求解计算负荷的思路： 额定功率设备容量计算负荷,重庆大学资源与环境科学学院,需用系数法计算负荷,需要系数 需用系数是一个综合系数，表征了用电设备投入使用时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组的功率之比。需要系数考虑了以下的主要因素： K同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； wl线路供电效率； 用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,重庆大学资源与环境科学学院,单个用电设备组的计算负荷,（1）有功计算负荷：Pca=KdPe Kd用电设备组的需要系数； Pe用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。 （2）无功计算负荷：Qca=Pcatanwm （3）视在计算负荷： 计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。,重庆大学资源与环境科学学院,例：某企业有一组用电设备，共有电压为380V的电动机39台，其中3台10KW，8台4KW，18台3KW，10台1.5KW。用需用系数法求该设备的计算负荷。 该用电设备为连续工作制，Pe=Pn。 Pe=10x3+8x4+18x3+10x1.5=131KW 查表得：Kd=0.2 cosa=0.5 tana=1.73 Pc=KdxPe=0.2x131=26.2KW Qc=Pcxtana=26.2x1.73=45.3KVar Sc=sqrt(PcxPc+QcxQc)=52.3KW,重庆大学资源与环境科学学院,当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较小（n3台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的Kd值(0.851)。,需用系数法计算负荷,重庆大学资源与环境科学学院,需用系数是一个长期经验数据，当设备台数较多、总容量够大时，并且没有特殊的大型用电设备时，表中查出的值才较为准确。但如果计算的组别中含有大型用电设备时，则需用二项式法确定计算负荷。,需用系数法计算负荷,重庆大学资源与环境科学学院,例：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；另接通风机3台共5kW；电葫芦4个共6kW（FCN =40%）试求计算负荷。 解：电动机组： 查表可得Kd=0.160.2（取0.2），cos=0.5， tan=1.73，因此 Pca(1)=KdPe=0.250 =10(kW) Qca(1)= P ca(1)tanwm=101.73=17.3 (kvar) Sca(1)= P ca(1)/coswm=10/0.5=20(kVA),重庆大学资源与环境科学学院,通风机组： 查附录表3可得Kd=0.70.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此 Pca(2)=KdPe=0.85 =4(kW) Qca(2)= P ca(2)tanwm=40.75=3 (kvar) Sca(2)= P ca(2)/coswm=4/0.8=5(kVA),电葫芦： 由于是单台设备，可取Kd=1，查表可得cos=0.5，tan=1.73，因此,重庆大学资源与环境科学学院,电葫芦： Pca(3)= Pe=3.79 =3.79(kW) Qca(3)= Pca(3)tanwm=3.791.73= 6.56(kvar) Sca(3)= Pca(3)/coswm=3.79/0.5=7.58(kVA),取同时系数为0.9，因此总计算负荷为 Pca()Pca=0.9（10+4+3.79）=16.01(KW) Qca()Qca=0.9（17.3+3+6.56）=24.17(KVar),重庆大学资源与环境科学学院,尖峰电流： 单台或多台设备持续1-2S的短时最大负荷电流。用Ipk表征。 尖峰电流产生的原因： 主要由大容量电动机的启动、电压的波动等原因造成。 计算尖峰电流的目的： 选择熔断器、继电保护装置。,尖峰电流的计算,重庆大学资源与环境科学学院,单台设备尖峰电流的计算： Ipk=KstIn 式中：Kst为启动电流倍数,尖峰电流的计算,重庆大学资源与环境科学学院,多台设备尖峰电流的计算： 当设备不是同时启动时 当设备同时启动时,尖峰电流的计算,重庆大学资源与环境科学学院,功率损耗与电能损耗的计算,重庆大学资源与环境科学学院,功率损耗与电能损耗的计算,变压器的两个试验 空载试验：一侧开路，另一侧加电压，使空 载侧电压达额定值。 空载试验特点：开路侧无电流，电压侧的损耗为建立主磁通的损耗，称为铁损。 短路试验：一侧短路，另一侧加电压，使短路侧电流达额定值。 短路试验特点：电压侧只需加很小电压便可使短路侧电流达到额定值。电流侧的损耗主要为铜损，铁损可忽略。,重庆大学资源与环境科学学院,功率损耗与电能损耗的计算,变压器的功率损耗 变压器的功率损耗包括有功功率损耗PT和无功功率损耗QT。 变压器的有功功率损耗由两部分组成： 一部分是变压器在额定电压UN时不变的空载损耗P0，也就是铁损PFe；另一部分是随负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗Pl，也就是铜损PCu。变压器的短路损耗Pk可认为是额定电流下的铜损PCuN。,重庆大学资源与环境科学学院,变压器的功率损耗,由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，所以变压器在计算负荷Sca下的有功功率损耗PT为： 式中 Sca变压器低压侧的计算负荷，kVA； SNT变压器额定容量，kVA； P0变压器空载有功损耗，kW； Pk变压器有功短路损耗，kW。,重庆大学资源与环境科学学院,变压器的功率损耗,变压器在计算负荷Sca下的无功功率损耗QT为： 式中 空载时的无功损耗，kvar； 额定负荷时无功损耗，kvar； 空载电流的百分值； 变压器阻抗电压的百分值。,重庆大学资源与环境科学学院,供电线路年电能损耗的计算,重庆大学资源与环境科学学院,重庆大学资源与环境科学学院,企业负荷计算-逐级计算法,单台用电设备的计算负荷 Pc=KdxPe 目的：选择开关设备及导线截面积 单个用电设备组的计算负荷 设备分组设备组容量计算计算负荷 目的：选择配电干线及电气设备 变电所二次侧计算负荷 目的：选择变压器容量及