《w工厂供电》PPT课件.ppt

第二章 电力负荷及其计算,第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线 一、工厂电力负荷的分级及其对供电的要求 电力负荷又称电力负载，有两种含义： （1）指耗用电能的用电设备或用电单位（用户）。 （2）指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小。 电力负荷的具体含义，应根据使用的具体场合而定。 1 电力负荷的分级及对供电电源的要求 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分为三级： （1）一级负荷：中断供电将造成人身伤亡者，或中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。如重大设备损坏 如：炼钢炉、医院手术室、人民大会堂等,特别重要负荷：指在一级负荷中，若断电将发生中毒、爆炸、火灾等的负荷，或不允许中断供电的负荷。 对供电电源的要求 应由两个独立的电源供电，并不应同时受到损坏。 特别重要负荷不允许停电，应设应急电源。 应急电源主要有：独立于正常电源的发电机组供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路蓄电池干电池 （2）二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、产量大量减少等，或中断供电将影响重要用电单位的正常工作。如化工厂、纺织厂等。 对供电电源的要求： 应由两回路供电，供电变压器也应有两台。 允许短时停电几分钟。 （3）三级负荷：所有不属于一、二级负荷者。 对供电电源的要求：无特殊要求。,二、用电设备的工作制 1 连续工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值（达到热平衡状态），负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。 2 短时工作制 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，（未达到热平衡）。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。,3 断续周期工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，（不足以达到热平衡）。如电焊机和吊车电动机等。 断续周期工作制的设备，通常用负荷持续率（又称暂载率）表征其工作特征，取一个工作周期（一般不超过10min）内的工作时间与工作周期的百分比值，即为 ，即： 式中 t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。,三 年负荷曲线： （1）年负荷持续时间曲线 它是根据一年中具有代表性的夏日负荷曲线和冬日负荷曲线按负荷大小依次排列绘制而成的曲线。,全年时间为8760h 夏日天数：北方165 南方200 冬日天数：北方200 南方165,（2）年每日最大负荷曲线 是按全年每日的最大负荷的半小时平均值来绘制的，其横坐标以日为单位。 其主要作用：确定变压器的经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。,四 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量 1.年最大负荷和年最大负荷利用小时 （1）年最大负荷Pmax 年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。,（2）年最大负荷利用小时Tmax 年最大负荷利用小时又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。,计算公式,Wa全年消耗的电能量,它反映了电力负荷的时间特性，与工厂的工作班制有关： 一班制工厂：18003000h 两班制工厂：35004800h 三班制工厂：50007000h,2 平均负荷Pav和负荷系数 （1）平均负荷Pav 就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能Wt除以时间t的值，即Pav=Wt/t 。,年平均负荷为Pav 按全年（8760h）消耗的电能Wa来计算，即,（2）负荷系数KL：又称负荷率 是电力负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax的比值，即,意义： 对负荷曲线来说，负荷系数也称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。 从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，应尽量设法提高负荷系数。 对用电设备来说，负荷系数是设备的输出功率P与设备的额定功率PN的比值，即,第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 一、概述 1 计算负荷的概念：通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。 通常取半小时最大负荷P30为计算负荷，其原因： 因为导体通过电流达到稳定温升的时间大约需（34）， 为发热时间常数，即是达到稳定温升所需的时间。而截面在16mm2及以上的导体，其 10min，因此载流导体达到稳定温升所需时间约为 3=31030（min）。所以计算负荷与半小时最大负荷P30是相当的。 计算负荷的表示方法：,有功计算负荷P30 无功计算负荷Q30 视在计算负荷S30 计 算 电 流 I30,2 负荷计算的意义和目的 负荷计算主要是确定计算负荷，计算负荷是供电设计的基本依据。若根据计算负荷选择电气设备和导线电缆，并以计算负荷连续运行，则发热温度不会超过其允许值。 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。 计算负荷确定的是否合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。 过大，造成浪费；过小，造成过负荷运行，增加损耗、引发事故。,3 确定计算负荷的方法： 主要有：需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法。,（最为常用）,二、按需要系数法确定计算负荷,但用电设备组的设备不一定都同时运行，运行的设备也不可能都满负荷，另外设备本身和配电线路都有损耗，所以用电设备组的有功计算负荷为,K同时使用系数，为在最大负荷时运行的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,设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出的功率与取用功率之比,用电设备组的设备容量Pe：是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量PN之和，即Pe=PN。,1 需要系数法的基本公式,用电设备组的计算负荷：是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。,配电线路的平均效率，即线路在最大负荷时末端功率（设备组取用的功率）与首端功率（即计算负荷）之比,则需要系数定义为,即用电设备组的需要系数，是用电设备组在最大负荷时需用的有功功率与其设备容量的比值。,利用需要系数法计算三相设备组计算负荷的基本公式： 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 只有一台电动机时,用电设备组的平均功率因数,UN用电设备组的平均电压,2 关于需要系数的几点说明：,需要系数是考虑到同组的设备不一定都同时工作，同时工作的设备也不一定都满负荷，所以其值小于1。工厂各种用电设备组的需要系数值见附表1。,附表1中的需要系数值是按车间范围内设备台数的情况来确定的，台数多，其值较小，若台数较少，其值宜适当取大。,如用Kd值计算分支干线上的用电设备组的计算负荷，则表中值偏小，应适当取大。,只有12台设备时，可取Kd=1，即P30=Pe,只有一台电动机时， P30=PN/,在Kd适当取大的同时， 也宜适当取大。,需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系极大，在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。,例题：P35,2设备容量的计算： Pe不含备用设备的容量，且与工件制有关,（1）对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组： 设备容量就是设备组所有设备（不含备用设备）额定容量之和。 （2）对断续周期工作制的用电设备组： 设备容量就是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下的功率之和。 这类设备的铭牌容量PN是对应于某一标称负荷持续率 的，若实际运行时的负荷持续率为，则实际容量Pe应按同一周期内等效发热条件进行换算，其换算公式为,对于电焊机组：要求统一换算到=100%，因=100%=1，其公式为,SN为电焊机的容量,对于吊车电动机：要求统一换算到=25%，因=25%=0.25，其公式为,3 多组用电设备计算负荷的确定：相当于车间负荷的确定 要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现，因此在确定计算负荷时要结合具体情况计入一个同时系数K。 对于车间干线：Kp=0.850.95 Kq=0.900.97 对于低压母线： 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取 Kp=0.800.90 Kq=0.850.95 由车间干线计算负荷直接相加来计算时取 Kp=0.900.95 Kq=0.930.97 总的有功计算负荷为 总的无功计算负荷为 总的视在计算负荷为 总的计算电流为 例题P37,必须按此式计算,必须按此式计算,三、按二项式法确定计算负荷 此法局限性较大 1 二项式法的基本公式 式中bPe表示设备组的平均负荷，Pe是用电设备组的设备总容量。其计算方法同需要系数法。 cPx表示设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是最大容量的设备总容量。 b、c 为二项式系数 则,计算时b、c、x、 等值可查附表1,几点说明： 如果设备总台数n2x时，取x=n/2，且按“四舍五入”取整数。 如果用电设备组只有12台设备时，可认为P30=Pe。（b=1，c=0) 对于单台电动机，P30=PN/ 。 在设备台数较少时， 也宜适当取大。 此法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了其中少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以此法更适合于确定设备台数较少而容量差别较大的低压分支干线的计算负荷。 例题P38,2 多组用电设备计算负荷的确定 要考虑到各组用电设备的最大负荷不同时出现，所以在确定计算负荷时，在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组的平均负荷，即总的有功计算负荷为,总的无功计算负荷为,是对应最大的附加负荷 的设备组的平均功率因数角的正切值,总的视在计算负荷,总的计算电流,例题p39,第三节 单相用电设备组计算负荷的确定,一、概述： 1 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。 2 设计规程规定，在三相线路中，若单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15%时，可与三相设备综合按三相负荷对称分配考虑。 3 如果单相用电设备容量大于三相用电设备总容量的15%时，则单相设备容量Pe应按最大相负荷的3倍原则进行换算。,二、单相设备组等效三相负荷的计算 1 单相设备接于相电压时： 其等效三相设备容量为 为最大负荷相所接的单相设备容量 2 单相设备接于线电压时： 其等效三相设备容量为 为接于同一线电压的单相设备容量,其等效三相计算负荷按需要系数法计算。,其等效三相计算负荷按需要系数法计算。,3 单相设备分别接于线电压和相电压的等效三相负荷计算： 例,确定工厂计算负荷的目的 是选择工厂电源进线及其一、二次设备的基本依据； 是计算工厂的功率因数和确定工厂无功补偿容量的基本依据。 工厂计算负荷的确定方法：有3种 （1）逐级计算法 就是从用电设备组开始，逐级向工厂进线方向计算。 如图,第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算,一、工厂计算负荷的确定,P30（6）为某一用电设备组的计算负荷，可按需要系数法或二项式法计算。 P30（5）为该出线所有的计算负荷的和乘以多组用电设备的同时系数K。（相当于车间干线） P30（4） = P30（5） +PWL2 （ PWL2为线路WL2的功率损耗）。 P30（3）为低压母线上的计算负荷，计算方法同为该母线上的计算负荷的和乘以其同时系数。 P30（2） = P30（3） +PT+PWL1 ， PT是T的损耗。 P30（1）就是工厂的总的计算负荷，计算方法就是该高压母线上所有出线的计算负荷之和，再乘上一个同时系数。,注意： 同时系数依具体情况确定， K= 0.80.95； 由于低压线路一般不很长，计算时可略去功率损耗。 具体的计算公式：,（2）需要系数法 将全厂用电设备的总容量Pe(不计备用设备容量）乘上一个需要系数Kd（查附表2），即得全厂的总的有功计算负荷，即,UN是工厂进线电压， 也查附表2。,（3）按年产量估算法 工厂全年的需电量：Wa=Aa A工厂的年产量。 a单位产品的耗电量，可查相关手册或实测。 则,Tmax是工厂最大有功负荷利用小时，可查附表2。,（4）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷,1 工厂的功率因数 有3种,1）瞬时功率因数 作用：用来了解和分析工厂供电系统或设备在运行中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。 获取方法：由工厂变配电所中的功率因数表直接测量； 由功率表、电压表和电流表间接测量，再按下式计算求出；,P三相功率 U线电压值 I 线电流值,2）平均功率因数：也称加权平均功率因数 定义：指某一规定时间（如一个月）内功率因数的平均值。 计算公式,WP某一段时间（如一个月）内消耗的有功电能，由有功电度表读取 Wq某一段时间（如一个月）内消耗的无功电能，由无功电度表读取,作用：根据平均功率因数的高低来调整工业用户的电费。 平均功率因数高于0.85，适当少收；低于0.85适当多收。 目的：鼓励用户提高功率因数，以提高供电系统运行的经济性。,3）最大负荷时的功率因数： 它就是负荷计算中按有功计算负荷和视在计算负荷计算而得到的功率因数，即,规定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9； 其他工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.85； 农业用电，最大负荷时的功率因数不得低于0.8。,若功率因数达不到上述要求，则 对新用户，供电企业可拒绝供电； 对已供电用户，要求必须进行无功功率补偿，否则断电。,2 无功功率补偿 （1）补偿的原因：因为工厂中有大量的感性负荷（如感应电动机、电弧炉、电焊机等），使功率因数降低。要求提高功率因数，就必须进行无功功率补偿。 （2）补偿的方法：装设无功补偿设备，即并联电容器。 （3）补偿的意义：,假设功率因数由 提高到 ，这时在负荷需要的有功功率P30不变的条件下，无功功率将由Q30减小到 ，视在功率将由S30减小到 ，相应地负荷电流I30也得以减小。这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和电缆，因此提高功率因数对电力系统大有好处。,（4）补偿的容量： 要使功率因数由 提高到 ，必须装设的无功补偿装置（并联电容器）的容量为：,称为无功补偿率，也称比补偿容量，它是表示1KW的有功功率由 提高 到 所需要的无功补偿容量的kvar值，可查附表3获取该值。,确定了总的补偿容量后，可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的