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第3章电力负荷及其计算 中山职业技术学院2011年3月制作 供配电技术 1 本章主要内容 本章主要介绍电力负荷的分级 类别及负荷曲线的相关概念电力负荷与负荷曲线三相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定用户计算负荷及年耗电量的计算尖峰电流及其计算 2 一 负荷计算内容和目的 1 负荷计算是工程设计中的最重要的工序之一 负荷计算是工程设计的基础 是工程设计中的最重要的设计依据之一 负荷计算是选择配变电所位置 选择变压器容量 台数 选择开关 导线的依据之一 也是计算电压水平和确定电能消耗的重要依据 电力负荷的计算正确与否 对选择高低压供电系统的元件 有色金属的消耗及经济核算有着极其重要的影响 计算负荷也称需要负荷或最大负荷 计算负荷是一假想的持续负荷 其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等 3 一 负荷计算内容和目的 设计中 通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器和导线的依据 用电负荷的计算方法有 需要系数法 利用系数法 负荷密度法 和 单位指标法 等各种 由于需要系数法比较便利 因而广泛使用 低压母线上的负荷计算多采用需要系数法 在规划和初步设计阶段 为了对用电负荷进行估算 初步确定变压器容量和台数 通常用到 负荷密度法 和 单位指标法 两种 在用电负荷计算时 为了做到较为准确 先要确定用电设备的功率及计算负荷 4 一 负荷计算内容和目的 2 尖峰电流是指单台用电设备或配电干线持续一秒钟左右的最大负荷电流 3 平均负荷为某段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比 用来计算电能消耗量 二 知识准备 第一节电力负荷与负荷曲线一 工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求电力负荷 既可指用电设备或用电单位 用户 也可指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流 5 一 工厂电力负荷的分级 1 一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者 或者中断供电将在政治 经济上造成重大损失者 2 二级负荷二级负荷为中断供电将在政治 经济上造成较大损失者 3 三级负荷三级负荷为一般电力负荷 所有不属于上述一 二级负荷者均属三级负荷 二 各级电力负荷对供电电源的要求 1 一级负荷对供电电源的要求要求由两路电源供电 当其中一路电源发生故障时 另一路电源应不致同时受到损坏 6 一级负荷中特别重要的负荷 除上述两路电源外 还必须增设应急电源 为保证对特别重要负荷的供电 严禁将其他负荷接入应急供电系统 常用的应急电源有 1 独立于正常电源的发电机组 2 供电网络中独立于正常电源的专门供电线路 3 蓄电池 4 干电池 2 二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷 要求由两回路供电 供电变压器也应有两台 3 三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷 因此它对供电电源无特殊要求 7 二 电力负荷的类别电力负荷按用途分 有照明负荷和动力负荷 前者为单相负荷 在三相系统中很难三相平衡 后者一般可视为三相平衡负荷 按行业分 有工业负荷 非工业负荷和居民生活负荷等 工厂用电设备按工作制可分为以下三类 1 长期连续工作制 2 短时工作制 3 断续周期工作制 8 三 用电设备的额定容量 负荷持续率及负荷系数1 用电设备的额定容量 是指用电设备在额定电压下 在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率 必须指出 对断续周期工作制的设备来说其额定容量是对应于一定的负荷持续率的 9 对电动机 额定容量指其轴上正常输出的最大功率 对电机 电炉 电灯等设备 额定容量均用有功功率PN表示 对变压器和电焊机等设备 额定容量则一般用视在功率SN表示 对电容器类设备 额定容量则用无功功率Qc表示 10 2 负荷持续率负荷持续率 又称 暂载率 或 相对工作时间 符号为 其定义为一个工作周期内的工作时间t与工作周期T的百分比同一设备 在不同的负荷持续率下运行时 其输出功率是不同的 这应进行 等效 换算 即按同一周期内不同负荷 P1或P2 下造成相同的热量损耗条件来进行换算 即设备容量与负荷持续率的二次方根成反比关系 P2 P1 3 用电设备的负荷系数 KL 用电设备的负荷系数 或称 负荷率 为设备在最大负荷时输出或耗用的功率P与设备额定容量PN的比值 KL P PN 11 四 负荷曲线的有关概念 一 负荷曲线的绘制与类型负荷曲线按负荷对象分 有工厂 企业 的 车间的或某台设备的负荷曲线 按负荷的功率性质分 有有功和无功负荷曲线 按所表示的负荷变动时间分 有年的 月的 日的和工作班的负荷曲线 按绘制方式分 有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线 12 图3 1日有功负荷曲线a 依点连成的负荷曲线b 依点绘成梯形的负荷曲线 图3 2年负荷持续时间曲线的绘制a 夏日负荷曲线b 冬日负荷曲线c 年负荷持续时间曲线 13 二 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 年最大负荷年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内 这一工作班的最大负荷不是偶然出现的 而是全年至少出现2 3次 消耗电能最大的半小时平均功率 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年最大负荷利用小时Tmax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 如图2 4所示 年最大负荷利用小时为 图3 3年每日最大负荷曲线 图3 4年最大负荷和年最大负荷利用小时 14 2 平均负荷和负荷系数 1 平均负荷平均负荷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t内消耗的电能Wt除以时间t的值 即 年平均负荷Pav的说明如图2 5所示 年平均负荷Pav的横线与纵横两坐标轴所包围的矩形面积恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa 即年平均负荷为Pav为 图3 5年平均负荷 15 周三课讲 16 三 三相用电设备组计算负荷的确定 一 需要系数法的基本公式及其应用1 概念 需要系数Kd 是用电设备组 或用电单位 在最大负荷时需要的有功功率P30与其总的设备容量 备用设备的容量不计入 Pe的比值 即P30 KdPe 设备容量 17 一 概述计算负荷 是通过统计计算求出的 用来按发热条件选择供配电系统中各组件的负荷值 18 二 按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷 一 需要系数的含义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P 用电设备组的设备容量P 是指用电设备组所有设备 不包括备用设备 的额定容量P之和 而设备的额定容量 是设备在额定条件下的最大输出功率 但实际上用电设备组的设备不一定都同时运行 同时运行的设备也不太可能都满负荷 同时设备本身有功率损耗 因此用电设备组进线的有功计算负荷 19 二 需要系数法的基本计算公式由公式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 P30 KdPe这里必须指出 对断续周期工作制的用电设备组 其设备容量应为各设备在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率下的容量之和 断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车机 它们的容量换算要求如下 20 2 吊车电动机组要求统一换算到 25 因此可得换算后的设备容量为 注意 电葫芦 起重机 行车等均按吊车电动机考虑 1 电焊机组要求统一换算到 100 因此可得换算后的设备容量为 21 a 单组用电设备组的计算负荷用电设备组的有功计算负荷为 P30 KdPe用电设备组的无功计算负荷为 Q30 P30tan 用电设备组的视在计算负荷为 S30 P30 cos 用电设备组的计算电流为 I S30 1 732UN 22 例如机修车间的代表性金属切削机床电动机 应属小批生产的冷加工机床电动机 因为金属切削就是冷加工 而机修不可能是大批生产 又如压塑机 拉丝机和锻锤等 应属于热加工机床 再如起重机 行车 电葫芦 卷扬机等 实际上都属于吊车类 例1 已知某机修车间的金属切削机床组 拥有电压为380V的三相电动机11kw1台 7 5kw3台 4kw12台 1 5kw8台 0 75KW10台 试用需要系数法确定其计算负荷P30 Q30 S30和I30 公式见教材103页 23 解 此机床组电动机的总容量为Pe 11kw 1 7 5kw 3 4kw 12 1 5x8KW 0 75kw 10 101kw查附录中表10 小批生产的金属冷加工机床电动机 项 得Kd 0 16 0 2 取0 2 COS 0 5 tan 1 73因此 计算可得 有功计算负荷P30 0 2 101KW 20 2KW无功计算负荷Q30 20 2KW 1 73 34 95KVAR视在计算负荷S30 20 2KW 0 5 40 4KV A计算电流I30 40 4KV A 1 73 0 38KV 61 4A 24 三 多组用电设备计算负荷的确定对车间干线取K p 0 85 0 95K Q 0 90 0 97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K p 0 80 0 90K Q 0 85 0 952 由车间干线计算负荷直接相加来计算时取K p 0 90 0 95K Q 0 93 0 97总的有功计算负荷为 P30 K P P30 i 25 例3 3某机工车间380V线路上 接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85KW 另有通风机3台 共5KW 电葫芦1个 3KW 40 试确定各组的和总的计算负荷 解 同学们先看一会书 再讲 有时间再给同学们看一下碧翠华庭工程的负荷计算 26 三 按二项式法确定三相用电设备组计算负荷 一 二项式法的基本公式及其应用二项式法的基本公式是 有功计算负荷P30 bPe cPx其余的计算负荷Q30 S30和I30的计算公式与前述需要系数法相同 27 二 多组用电设备计算负荷的确定采用项式法确定多组用电设备的计算负荷时 亦应考虑各组用电设备中的最大负荷不同时出现的因子 但不是计入一个1的综合系数K 而是在各组用电设备中取出一组最大上午附加负荷 cPx max 再加上各组的平均负荷bPe 由此求出总的有功计算负荷 即总的有功计算负荷 P30 bPe i cPx max总的无功计算负荷为Q30 bPetan cPx maxtan max 28 第三节单相用电设备组计算负荷的确定一 概述二 单相设备组等效三相负荷的计算 一 单相设备接于相电压时负荷计算 二 单相设备接于线电压时的负荷计算 三 单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算 29 第四节企业计算负荷及年耗电量的计算 30 第四节企业计算负荷及年耗电量的计算一 企业供配电系统的功率损耗计算 一 线路的功率损耗计算1 线路的有功功率损耗有功功率损耗是电流通过线路电阻所产生的 按下式计算 PWL 3I230RWL电阻RWL R0l 31 2 线路的无功功率损耗无功功率损耗是电流通过线路电抗所产生的 电抗XWL X0l 查架空线路的X0值 不仅要根据导线截面 而且要根据导线之间的几何均距 是指三相线路各相导线之间距离的几何平均值 32 二 变压器的功率损耗计算1 变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成 1 铁心中的有功功率损耗简称 铁损 它在变压器一次绕组的外施电压和频率不变的条件下是固定不变的 与负荷无关 2 一 二次绕中的功率损耗俗称 铜损 它与负荷电流 或功率 的平方成正比 33 2 变压器的无功功率损耗 1 用来产生磁通即励磁电流的一部分无功功率它只与一次绕组电压有关 与负荷无关 它与励磁电流或近似地与空在电流成正比 2 消耗在一 二次绕组电抗上的无功功率额定负荷下的这部分无功损耗用 QN表示 由于变压器的电抗大于电阻 因此 QN近似的与阻抗电压 即短路电压 成正比 因此 变压器的无功功率损耗为 PT PFe PCu2 P0 Pk2在电力负荷计算中 通常采用简化公式计算 有功功率损耗 PT 0 15S30无功功率损耗 QT 0 06S30 34 二 企业计算负荷的确定 一 按逐级计算机法确定企业的计算负荷企业的计算负荷P30 1 是高压配电所母线上所有高压配电线计算负荷之和 再乘上一个综合系数 同时系数 而高压配电线的计算负荷P30 2 应该是该线路所供车间变电所低压侧的计算负荷P30 3 加上变压器的功率损耗 PT高压配电线的功率损耗 PWL1 35 36 二 按需要系数法确定企业的计算负荷将企业用电设备的总容量Pe 不包括备用设备容量 乘上一个需要系数Kd 即得到企业的有功计算负荷 即P30 KdPe 三 按年产量估算企业计算负荷将企业年产量A乘以单位产量损耗电量a 就可得到企业全年的耗电量 Wa Aa在求年耗电量Wa后 除以企业的年最大负荷利用小时Tmax 就可求得企业的有用计算负荷 37 四 企业的无功补偿几补偿后的企业计算负荷使功率因数由cos 提高到cos 必须装设的无功补偿装置容量为 QC Q30 Q30 P30 tan tan 或QC qcP30式中 qc tan tan 称为 无功补偿率 或 比补偿容量 例题3 7某用户拟建一降压变电所 装设一台主变压器 已知变电所低压侧有功计算负荷为650KW 无功计算负荷为800Kvar 为了使用户 变电所高压侧 的功率因数不低于0 9 拟在变电所低压侧装设并联电容器进行无功补偿 问需要装设多少补偿容量 并问补偿前后用户变电所选主变压器容量可有什么变化 解 先看书10分钟 再讲解