论工厂的电力负荷计算及意义

精品文档 1欢迎下载 一 概述一 概述 电力负荷计算的目的是 1 计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率 作为选择变 压器容量的依据 2 计算流过各主要电气设备 断路器 隔离开关 母线 熔断 器等 的负荷电流 作为选择这些设备的依据 3 计算流过各条线路 电源进线 高低压配电线路等 的负荷 电流 作为选择这些线路电缆或导线截面的依据 4 计算尖峰负荷 用于保护电气的整定计算和校验电动机的启 动条件 5 为电气设计提供技术依据 二 工厂电力负荷的分级及二 工厂电力负荷的分级及设备容量的确设备容量的确 定定 1 电力负荷的概念 电力负荷又称为电力负载 它有两重含义 一是指耗用电能的用 电设备或用电单位 用户 如说重要负荷 不重要负荷 动力负荷 照明负荷等 另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流 大小 如说轻负荷 轻载 重负荷 重载 空负荷 空载 满负 荷 满载 等 电力负荷的具体含义视具体情况而定 精品文档 2欢迎下载 2 负荷分级的相关规范 电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治 经济上所 造成损失或影响的程度进行分级 并应符合下列规定 符合下列情况之一时 应为一级负荷 1 中断供电将造成人身伤亡时 2 中断供电将在政治 经济上造成重大损失时 例如 重大设 备损坏 重大产品报废 用重要原料生产的产品大量报废 国民经 济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等 符合下列情况之一时 应为二级负荷 1 中断供电将在政治 经济上造成较大损失时 例如 主要设备 损坏 大量产品报废 连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复 重点企业大量减产等 2 中断供电将影响重要用电单位的正常工作 例如 交通枢纽 通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷 以及中断供电将造成大型 影剧院 大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱 3 另外 不属于一级和二级负荷者应为三级负荷 3 设备容量的确定 1 长期工作制和短时工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是该设备的铭牌额定功率 2 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 常用设备的换算要求如下 精品文档 3欢迎下载 电焊机和电焊机组要求统一换算到 100 时的功率 即 式中 PN 为电焊机额定有功功率 SN 为额定视在功率 N为额定 负荷持续率 100 为其值为100 的负荷持续率 cos N为额定功 率因数 3 起重机 吊车电动机 要求统一换算到 25 时的额定功率 即 式中 PN 为额定有功功率 N 为额定负荷持续率 25 为其值 为25 的负荷持续率 4 电炉变压器组 设备容量是指在额定视在功率下的有功功率 即 Pe SNcos N 式中 SN是电炉变压器的额定容量 cos N 是电炉变压器的额定功 率因数 5 照明设备 不用镇流器的照明设备 如白炽灯 碘钨灯 的设备容量就是其 额定功率 用镇流器的照明设备 如荧光灯 高压水银灯 的设备容量要包 括镇流器中的功率损失 荧光灯 Pe 1 2PN 高压水银灯 金属卤 化物灯 Pe 1 1PN 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 精品文档 4欢迎下载 Pe S 1000 式中 是建筑物单位面积的照明容量 S为建筑物的 面积 三 三相用电设备组计算负荷的确定三 三相用电设备组计算负荷的确定 1 通过负荷的统计计算求出的 用来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 根据计算负荷选择的电气设备和 导线电缆 如以计算负荷连续运行 其发热温度不会超过允许值 由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为 3 4 为发热 时间常数 截面在 16mm2及以上的导体 其 10min 因此载流导 体大约经 30min 即半小时 后可达到稳定温升值 由此可见 计 算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷 P30 亦年最大 负荷 Pmax 是基本相当的 2 负荷计算中存在的问题 总结多个设计单位的负荷计算书 列出如下几个问题 1 数据库不完善 一个完备的 滚动更新的数据库 系数 功率因数等 对负荷计算 是至关重要的 数据陈旧是目前负荷计算的突出问题 几十年来 生产工艺 用电设备等的都在朝着节能高效的方向发展 但设计手 册的系数值 自第一版起就没变化过 设计人员也套用了几十年 通常设计的变压器投运后负荷率偏低 当然负荷率偏低也可能有其 他因素 如实际投运设备比设计少 产能未达预期 设计人员偏保 守等 不能全归咎于计算系数 但数据 年久失修 早已成为共 精品文档 5欢迎下载 识 需要系数 利用系数法的计算系数大多源于苏联及我国早先的文 献 可追溯至1930 年 文献是我国翻译苏联1961 年的设计导则 其中提到 技术的革新会使需要系数 利用系数发生变化 因此各 部门主导设计院和研究所应该系统地在该工业部门有代表性的企业 中进行电气负荷调查 建议设计单位应起到牵头作用 联合使用 部门 设备制造厂 坚持不懈的做好经验总结和数据库建设的工作 各行业设计单位之间应相互交流 共享数据库 2 设计输入文件深度不够 设备资料是负荷计算的重要依据 负荷计算需要详细的设备信息 如起重机的每个电动机功率 暂载率 效率等 当前工程初步设计 施工图设计阶段 设备通常还没有订货 其他专业人员能提供给电 气设计人员的一般仅为设备总的供电功率 如一台热处理设备 200kW 有时也能提出其中最大一台电机功率或各类设备所占比例 但难再提出更详尽的资料 这便增加了负荷计算的误差 3 忽视了利用系数法的 非线性陷阱 利用系数法有效台数的分母中含有非线性算式 如果忽略会导致计 算错误 3 电气负荷计算方法有 需要系数法 利用系数法 二项式系数法 等 1 需要系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数 直接求出 计算负荷 2 二项式系数法 将负荷分为基本负荷和附加负荷 后者考虑一 精品文档 6欢迎下载 定数量大容量设备影响 3 利用系数法 采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷 再考 虑设备台数和功率差异的影响 乘以与有效台数有关的最大系数求 得计算负荷 4 按需要系数法确定计算负荷 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 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 而设备的额 定容量 是设备在额定条件下的最大输出功率 但是用电设备组的 设备实际上不一定都同时运行 运行的设备也不太可能都满负荷运 行 同时设备本身有功率损耗 配电线路也有功率损耗 因此用电 设备组的有功计算负荷应为 e WLe L P KK P 30 式中 K 设备组的同时系数 即设备组在最大负荷时运行的设备容 量与全部设备容量之比 KL为设备组的负荷系数 即设备组在最大 负荷时的输出功率与运行的设备容量之比 e为设备组的平均效率 即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比 WL为配电线路 的平均效率 即配电线路在最大负荷时的末端功率 亦即设备组的 取用功率 与首端功率 亦即计算负荷 之比 令上式中的 K KL e WL Kd 这里的 Kd称为需要系数 e d P P K 30 精品文档 7欢迎下载 即用电设备组的需要系数 是用电设备组在最大负荷时需要的有功 功率与其设备容量的比值 由此可得按需要系数法确定三相用电设 备组有功计算负荷的基本公式为 edP KP 30 在求出有功计算负荷 P30后 可按下列各式分别求出其余的计算负 荷 无功计算负荷为 tan 3030 PQ 式中 tan为对应于用电设备组 cos的正切值 视在计算负荷为 cos 30 30 P S 式中 cos为用电设备组的平均功率因数 计算电流为 30I 3 30NUS 式中 UN为用电设备组的额定电压 5 二项式系数法 这是前苏联一位电气工程师 1973 年首先提出来的 其确定用电 设备组有功计算负荷的公式为二项式 它考虑了设备组中容量最大 的几台对整个设备组计算负荷的影响 弥补了需要系数法的不足 此法计算也十分简便 至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采 用 有功计算负荷 xN cPbPP 30 表示用电设备组的平均负荷 N bP 精品文档 8欢迎下载 表示用电设备组中的 x 台容量组大的设备投入运行时增 x cP 加的附加负荷 其中为 x 台容量最大的设备之和 x P b c 二项式系数 其数值随用电设备组的类别和台数而定 无功计算负荷 tan 3030 PQ 视在计算负荷 cos 302 30 2 3030 P QPS 计算电流 N U S I 3 30 30 6 利用系数法 这是前苏联在 20 世纪中叶提出来的 它先根据利用系数求出各 用电设备组在最大负荷时的平均负荷 然后求总的平均利用系数和 用电设备的有效台数 并由此查出对应的最大系数 最后由各平均 负荷之和乘以最大系数 从而求得总的有功计算负荷 利用系数法 对于用电设备组无论台数多少和容量差别大小 计算结果都比较准 确 但此法计算繁复 因此应用不普遍 7 计算方法的选择 对工厂初步设计和施工图的负荷计算 我认为 1 对变压器的负荷计算优先考虑需要系数法 对于不含大量机床 起重机的工程可采用利用系数法的改进算法进行验证 2 对配电干线负荷计算 当设备较多时 优先考虑需要系数法 精品文档 9欢迎下载 可汲取二项式 利用系数法的思想 适当提高大型设备的需要系数 当设备较少时 可用利用系数 二项式等方法 8 单组用电设备组的计算负荷 用二项式法进行负荷计算时 既考虑用电设备组的平均负荷 又 考虑几台最大用电设备引起的附加负荷 计算公式为 式中 b c 为二项式系数 是该组用电设备组的设备总容量 Px 为x 台最大设备的总容量 当用电设备组的设备总台数n 2x 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 9 多组用电设备计算负荷的确定 确定拥有多组用电设备的干线上和车间变电所低压母线上的计算 负荷时 应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素 因此 在确定多组用电设备的计算负荷时 应结合具体情况对其有功负荷 和无功负荷分别计入一个同时系数 又称为参差系数或综合系数 K p和 K q 对车间干线取 0 85 0 95 p K 0 90 0 97 q K 对低压母线 1 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取 0 80 0 90 p K 精品文档 10欢迎下载 0 85 0 95 q K 2 由车间干线计算负荷直接相加来计算时取 0 90 0 95 p K 0 93 0 97 q K 总的有功计算负荷为 ip PKP 3030 总的无功计算负荷为 iq QKQ 3030 以上两式中的 P30 i和 Q30 i分别为各组设备的有功和无功计算负 荷之和 总的视在计算负荷为 2 30 2 3030 QPS 总的计算电流为 N USI3 3030 四四 工厂的计算负荷和年电能消耗量工厂的计算负荷和年电能消耗量 工厂计算负荷的确定 1 按逐级计算法确定工厂 计算负荷如图 1 所示 工厂的 计算负荷 这里举有功负荷为 例 P30 1 应该是高压母线上 所有高压配电线计算负荷之和 在乘上一个同时系数 高压配 电线的计算负荷 P30 2 应该 是该线所供车间变电所低压侧 精品文档 11欢迎下载 的计算负荷 P30 3 加上变压器的功率损耗PT和高压配电线的功率 损耗PWL1 如此逐级计算 但对一般工厂供电系统来说 由于线 路一般不是很长 因此在计算负荷时往往省略不计 工厂及变电所 低压侧总的计算负荷 P30 Q30 S30和 I30的计算公式 分别如前面公 式所示 其 0 8 0 95 p K 0 85 0 97 q K 2 按需要系数法确定工厂计算负荷 将全厂用电设备的总容量 Pe 不含备用设备容量 乘上一个需要 系数 Kd 即得到全厂的有功计算负荷 即 edP KP 30 全厂的无功计算负荷 视在计算负荷和计算电流按前面公式计算 3 按年产量估算工厂计算负荷 将工厂年产量 A 乘上单位产品耗电量 a 就得到工厂全年的需电量 AaWa 各类工厂的单位产品耗电量 a 可由有关设计单位根据实测统计资 料确定 亦可查有关设计手册 在求出年需电量 Wa后 除以工厂的 年最大负荷利用小时 Tmax 就可求出工厂的有功计算负荷 max30 TWP a 其他计算负荷 Q30 S30 I30的计算 与上述需要系数法相同 4 工厂的功率因数 无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1 瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表 相位表 直接 精品文档 12欢迎下载 测量 亦可以由功率表 电流表和电压表的读数按下式求出 间接 测量 IUP3cos 式中 P 为功率表测出的三相功率读数 kW I 为电流表测出的线 电流读数 A U 为电压表测出的线电压读数 kV 瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功 率的变化情况 以便采取适当的补偿措施 2 平均功率因数 平均功率因数亦称加权平均功率因数 按下式 计算 222 1 1 cos p q qp p W W WW W 式中 Wp为某一时间内消耗的有功电能 由有功电度表读出 WQ为 某一时间内消耗的无功电能 由无功电度表读出 3 最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负 荷 即计算负荷 时的功率因数 按下式计算 3030 cosSP 4 无功功率补偿 工厂中由于有大量的感应电动机 电焊机 电弧炉及气体放电灯 等感应负荷 从而使功率因数降低 如在充分发挥设备潜力 改善 设备运行性能 提高其自然功率因数的情况下 尚达不到规定的工 厂功率因数要求时 则需考虑人工补偿 要使功率因数由提高 cos 到 必须装设的无功功率补偿装置容量为 cos 精品文档 13欢迎下载 tantan 303030 PQQQC 或 30 PqQ CC 式中 称为无功补偿率 或比补偿容量 这无 tantan C q 功补偿率 是表示要使 1kW 的有功功率由提高到所需要的 cos cos 无功补偿容量 kvar 值 在确定了总的补偿容量后 即可根据所选并联电容器的单个容量 qC来确定电容器的个数 即 CC qQn 由上式计算所得的电容器个数 n 对于单相电容器来说 因取 3 的倍数 以便三相均衡分配 5 无功补偿后的工厂计算负荷 工厂装设了无功补偿装置后 则在确定补偿装置装设地点以前 的的总计算负荷时 应扣除无功补偿的容量 即总的无功计算负荷 C QQQ 3030 补偿后总的视在计算负荷 2 30 2 3030 C QQPS 由上式可以看出 在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后 由于低压侧总的视在计算负荷减小 从而可使变电所主变压器的容 量选得小一些 不仅降低了变电所的初投资 而且可减少工厂的电 费开支 6 工厂年电能消耗量的计算 工厂年电能消耗量的较精确的计算 可用工厂的有功和无功计算 精品文档 14欢迎下载 负荷 P30和 Q30 即年有功电能消耗量 Wp a P30Tmax 年无功电能消耗量 Wq a Q30Tmax 式中 为年平均有功负荷系数 一般取 0 7 0 75 为年平均 无功负荷系数 一般取 0 76 0 82 Ta为年实际工作小时数 五 尖峰电流及其计算五 尖峰电流及其计算 1 尖峰电流是指持续时间 1 2s 的短时最大负荷电流 2 尖峰电流主要用来选择熔断器和低压断路器 整定继电保护装置 及检验电动机自启动条件等 3 尖峰电流计算方法 1 单台设备尖峰电流的计算 单台设备的尖峰电流就是其启动电流 因此尖峰电流为 式中 IN 为设备额定电流 Ist 为设备启动电流 Kst 为设备的 启动电流倍数 鼠笼型电动机为 5 7 绕线型电动机为 2 3 直流 电动机约为 1 7 电焊变压器为 3 或稍大 2 多台设备尖峰电流的计算 精品文档 15欢迎下载 式中 Istmax 和 Ist IN max 分别为用电设备中启动电流与额定电 流之差为最大的那台设备的启动电流及其启动电流与额定电流之差 为除启动电流与额定电流之差为最大的那台设备之外的其他 n 1 台设备的额定电流之和 K 为上述 n 1 台的同时系数 按台数多 少选取 一般为 0 7 1 I30 为全部设备投入运行时线路的计算电 流 此处取 为计算电流 9 0 K 30max st 22III N 30 I 380 3380 3 2 30 2 30 30 30 QP