第二章 电力负荷及其计算幻灯片.ppt

2020年5月16日3时42分,工厂供电,1/64,第二章电力负荷及其计算,2020年5月16日3时42分,工厂供电,2/64,第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念主要内容：一、电力负荷的分级及其对供电的要求二、用电设备的工作制三、负荷曲线及其有关的物理量,2020年5月16日3时42分,工厂供电,3/64,一、电力负荷的分级及其对供电的要求,（一）电力负荷的概念electricpowerload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），如：重要或不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。2指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如：轻或重负荷、空负荷（载）、满负荷（载）。电力负荷的具体定义，视其使用的具体场合而定。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,4/64,（二）电力负荷的分级,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，分三级。1一级负荷（firstorderload）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，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、国民经济中的重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的一级负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷视为特别重要负荷。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,5/64,2二级负荷（secondorderload）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、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。3三级负荷（thirdorderload）为一般电力负荷，即所有不属于上述一、二级负荷者。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,6/64,（三）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由两个独立电源供电，特别重要的一级负荷要求增设应急电源。应急电源：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。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,7/64,2二级负荷对供电电源的要求由两回线路供电。供电T也应有两台或一条6kV及以上专用架空线路，当采用电缆线路时，两根电缆并列供电，每根电缆应能承担全部的二级负荷。3三级负荷对供电电源的要求无特殊要求。可长时间停电，只单回线路供电。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,8/64,二、用电设备的工作制,1连续工作制（continuousrunningduty-type）恒定负荷下运行，达到热平衡状态。如通风机、水泵、空气压缩机、电动发电机组、电炉和照明灯等，机床的负荷变动较大，但主电动机也是连续工作制的。2短时工作制（shortduty-type）工作时间短（达不到热平衡所需时间），停歇时间长（使设备冷却到周围介度温度的时间）。如机床上的辅助电动机（进给电动机）、闸门电动机等。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,9/64,3断续周期工作制（intermittentperiodicduty-type）周期性地时而工作，时而停歇，如此反复进行。T一般10min。均未热平衡，如吊车、电焊机等。用负荷持续率（dutycycle），又称暂载率来表征。T：工作周期；t：T内的工作时间；t0：T内的停歇时间。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,10/64,公式推导：,PN、。（；同压下，；同T下，；）,2020年5月16日3时42分,工厂供电,11/64,三、负荷曲线及其有关的物理量,负荷曲线（loadcurve）：表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，绘在直角坐标纸上，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，一般为h。按对象负荷分：工厂的、车间的、设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分：有功、无功负荷曲线；按负荷的变动时间分：年的、月的、日的或工作班的。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,12/64,从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律，获得对设计和运行有用的资料。横坐标一般半小时分格“半小时最大负荷”。为什么取“半小时”？（30分钟）对于A16mm2的导体，其发热时间常数为10min，而导体通过电流后达到稳定温升的时间大约需（34），因此载流导体大约经30min（即半小时）后达到稳定温升。P30、Q30、S30、I30作为计算负荷。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,13/64,教材P40图2-1日有功负荷曲线，a）依点连成的负荷曲线，b）梯形负荷曲线。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,14/64,教材P41图2-2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。,教材P41图2-3年每日最大负荷曲线，用于确定拥有多台变压器的变电所的经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,15/64,1年最大负荷和年最大负荷利用小时,（1）年最大负荷，annualmaximumload，Pmax，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（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，全年中至少出现过23次）。所以，Pmax=P30。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,16/64,（2）年最大负荷利用小时，ultilizationhoursofannu-almaximumload，Tmax，又称年最大负荷使用时间。它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax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。Tmax：教材P42，与班制有关；Wa：为全年消耗的电能量。例如：一班制工厂，Tmax18002500h；二班制工厂，Tmax35004500h；三班制工厂，Tmax50007000h。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,17/64,2平均负荷和负荷系数,（1）平均负荷（averageload），Pav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内平均消耗的功率，即：Wt：为时间t内消耗的电能量。年平均负荷：，如教材P42图2-5，前面15页图。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,18/64,（2）负荷系数（loadcoefficient），有功，无功又称负荷率，是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax的比值，即：1,2020年5月16日3时42分,工厂供电,19/64,对负荷曲线来说，负荷系数又称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦程度，即表征负荷起伏变动的程度。越高越趋近于1越好。“削峰填谷”，提高KL。对用电设备来说，负荷系数是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即：思考：教材P52复习思考题2-1、2、3、4、5。作业：无。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,20/64,第二节三相用电设备组计算负荷的确定,供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。主要内容：一、概述二、按需要系数法确定计算负荷（重点）三、按二项式法确定计算负荷（自学）,2020年5月16日3时42分,工厂供电,21/64,一、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（calculatedload）。2说明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。，为避免与电容的无功功率和三相供电系统对地电容电流的符号相混淆，表示计算负荷。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,22/64,3计算负荷的选择若选择过大，则造成电能的浪费；若选择过小，则导致元件过热，甚至烧毁、发生火灾。应接近实际的电能需求量。4确定用电设备组计算负荷的方法需要系数法：国际上通用，适用于确定车间的计算负荷；二项式法：适用于确定设备台数少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,23/64,二、按需要系数法确定计算负荷,（一）需要系数法的基本公式1公式推导以单组用电设备为例，如下图所示：,2020年5月16日3时42分,工厂供电,24/64,Pe：用电设备组的设备容量，指用电设备组所有设备的额定容量之和（不含备用设备）；K：设备组的同时系数，设备组在最大负荷时运行的设备容量/全部设备容量；KL：设备组的负荷系数，设备组在最大负荷时输出的功率/运行时的设备容量；e：设备组的平均效率，设备组在最大负荷时输出的功率/取用功率；WL：配电线路的平均效率，配电线路在最大负荷时末端功率/首端功率；，需要系数（demandcoefficient）。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,25/64,：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。的值参见参考教材P434附录表1。,需要系数法的有功计算负荷：,2020年5月16日3时42分,工厂供电,26/64,2说明适用范围：车间的计算负荷。若计算分支干线上用电设备组的计算负荷，则取较大值，也取较大值。当12台时，对于单台电动机，A。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,27/64,教材P46例2-1，如下页。,A,kvar,kVA,kW,2020年5月16日3时42分,工厂供电,28/64,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7.5kW3台，4kW8台，3kW12台，1.5kW10台。试求其计算负荷。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,29/64,（二）设备容量的计算,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是所有设备的铭牌额定容量之和，即：2对断续周期工作制的用电设备组将所有设备在不同负荷持续率（暂载率）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。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,30/64,（1）电焊机组容量要求统一换算到=100%,即PN、SN：为电焊机的铭牌容量；N：与铭牌容量相对应的负荷持续率（计算中用小数）；：铭牌规定的功率因数。,=,2020年5月16日3时42分,工厂供电,31/64,（2）吊车电动机组容量要求统一换算到=25%,PN：为吊车电动机的铭牌容量；：为与PN对应的负荷持续率（计算中用小数）；。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,32/64,（三）多组用电设备计算负荷的确定,各组的最大负荷不同时出现，考虑同时系数（参差系数、综合系数），有功、无功。对车间干线：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（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时取,2020年5月16日3时42分,工厂供电,33/64,总的计算负荷为：,总的有功计算负荷：总的无功计算负荷：总的视在计算负荷：总的计算电流：说明：配出干线数量越多，、越小，参差性越大；反之，则相反。教材P48例3-2，自学。表2-1电力负荷计算表。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,34/64,三、按二项式法确定计算负荷（自学提示）,（一）二项式法的基本公式b，c：二项式系数，见教材P434附录表1。：二项式第一项，设备组的平均负荷；：二项式第二项，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，其中是x台最大容量的设备总容量。（二）多组用电设备计算负荷的确定,2020年5月16日3时42分,工厂供电,35/64,本次课小结,一、计算负荷的概念二、按需要系数法确定计算负荷三、按二项式法确定计算负荷重点公式：按需要系数法进行计算负荷的确定。思考：教材P52复习思考题2-6。作业：教材P52习题2-1、2-3。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,36/64,第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗,一、工厂供电系统的功率损耗教材P57图2-9，逐级计算各线路、变压器的功率损耗工厂的计算负荷。（一）线路功率损耗的计算（有功+无功）1线路的有功功率损耗是由电流通过线路电阻产生的。,W10-3kW,2020年5月16日3时42分,工厂供电,37/64,UN：线路的额定电压，kV；I30：线路的计算电流，A；RWL：线路每相的电阻，；R0：单位长度的电阻值，。教材P378附表3。,或，则,2020年5月16日3时42分,工厂供电,38/64,2线路的无功功率损耗,I30：线路的计算电流；XWL：线路每相的电抗，；X0：单位长度得电抗值，。教材P436附表3。线间几何均距（本书中即为“线距”）：,var10-3kvar,2020年5月16日3时42分,工厂供电,39/64,X0：与几何均距有关；与导线截面有关。R0：与导线截面有关；与导线温度有关。,a1、a2、a3为导线间距离。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,40/64,（二）变压器的功率损耗（有功+无功，另称磁损+电损）1变压器的有功功率损耗（两部分）,（1）铁心中的有功功率损耗（铁损，PFe）在一次绕组外施电压和频率恒定不变条件下是固定不变的，与负荷大小无关。可由变压器空载实验（高压边开路，低压边加额定电压）测定，空载损耗P0PFe。（I0很小，其在一次绕组中损耗忽略）（2）T有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗（即铜损，PCu）,2020年5月16日3时42分,工厂供电,41/64,与负荷电流（或功率）的平方成正比，由短路实验（二次侧短路，一次侧加电压至I1N，U1很低，磁损忽略）测定，Pk（短路损耗，负载损耗）铜损PCu。因此变压器的有功功率损耗为：，,：变压器的负荷率，,2020年5月16日3时42分,工厂供电,42/64,2变压器的无功功率损耗,（1）产生主磁通，即产生励磁电流（I0）的一部分无功功率，Q0，只与绕组电压有关，与负荷无关。与励磁电流（近似空载电流）成正比。（2）一、二次绕组电抗上的无功功率，QN，变压器绕组电抗电阻，QN短路电压（阻抗电压），与负荷电流（或功率）的平方成正比。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,43/64,Uk%：T短路电压占额定电压的百分值。P0、Pk、I0%、Uk%：查教材P439附表8。SL7、S7、S9、SC9等系列低损耗电力变压器：，,2020年5月16日3时42分,工厂供电,44/64,综上，变压器的功率损耗：,2020年5月16日3时42分,工厂供电,45/64,二、工厂供电系统的电能损耗,电能损耗关系到供电系统的经济效益，应设法降低供电系统的电能损耗。（一）线路的电能损耗全年总的电能损耗：kWh：每相电阻；：年最大负荷损耗小时。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,46/64,年最大负荷损耗小时是一个假想时间，在此时间内，系统中的元件（含线路）持续通过计算电流I30所产生的电能损耗，恰好等于实际负荷电流全年在元件（含线路）上产生的电能损耗。与年最大负荷利用小时Tmax有一定的关系：当=1，线路电压不变时，。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,47/64,全年电能损耗：不同下的-Tmax关系曲线，如教材P60图2-11所示。已知Tmax、。例：=0.86，Tmax=4500h3000h。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,48/64,-Tmax关系曲线,2020年5月16日3时42分,工厂供电,49/64,（二）变压器的电能损耗（两部分）,1变压器铁损引起的电能损耗只要外施电压和频率不变，它就固定不变。2变压器铜损引起的电能损耗与负荷电流（或功率）平方成正比，即与变压器负荷率的平方成正比，而PCuPk（短路损耗），所以查教材P60图2-11。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,50/64,变压器全年的电能损耗为：,kWh,2020年5月16日3时42分,工厂供电,51/64,第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量一、工厂计算负荷的确定,是选择工厂电源进线及其一、二次设备的基本依据，也是计算工厂功率因数和工厂需电容量的基本依据。（一）按逐级计算法确定工厂计算负荷如前述，教材P57图2-9所示。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,52/64,（二）按需要系数法确定工厂计算负荷Kd：教材P435附表2；Pe：全厂的总和（不计备用设备）；,kvar,A,kW,2020年5月16日3时42分,工厂供电,53/64,（三）按年产量估算工厂计算负荷A：年产量；a：单位产品的耗电量，手册或实测确定。、同上。Tmax：教材P435附表2。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,54/64,二、工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷,（一）工厂的功率因数1瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可由功率表、电压表和电流表间接测量，再按。P：功率表测出的三相功率（kW）；U：电压表测出的线电压（kV）；I：电流表测出的线电流（A）。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,55/64,瞬时功率因数只用来了解和分析工厂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。2平均功率因数（加权平均功率因数）计算收费Wp：某一段时间内（通常为一月）消耗的有功电能，由有功电能表读取；,2020年5月16日3时42分,工厂供电,56/64,Wq：同一段时间内消耗的无功电能，由无功电能表读取。我国供电企业每月向用户计收电费，按月平均功率因数的高低来调整（增减电费，高压0.90，一般工业0.85，农业0.80）。3最大负荷时的功率因数拒接电或停、限电,2020年5月16日3时42分,工厂供电,57/64,（二）无功功率补偿,提高自然功率因数后仍达不到要求时，人工补偿。，在P30不变时，Q30，S30，I30。好处：使系统的电能损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选择较小容量的供电设备和导线电缆。提高。,2020年5月16日3时42分,工厂供电,58/64,通常采用装设无功补偿装置（并联电容器）的方法，补偿容量：称为无功补偿率