工厂电力负荷计算PPT课件

工厂电力负荷计算,工厂常用用电设备简介,生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电热设备；照明设备。,2电焊设备,特点：（1）工作方式呈同期性，工作和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数低。,电热设备,电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。,电阻加热炉,电弧炉,感应炉,其它电热设备,主要用于各种零件的热处理,主要用于矿石熔炼、金属熔炼,主要用于熔炼和金属材料热处理,红外线加热、微波加热和等离子加热等,照明设备,白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。,照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。,高压钠灯,高压钠灯,高压汞灯,卤钨灯,金属卤化物灯,小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,电力负荷及其类别电力负荷：（1）指用电设备或电能用户；（2）指其消耗的（有功、无功、视在）电功率或电流。（一）电力负荷的分类国标规定：电力负荷按照对供电可靠性要求和意外断电时的损失或影响大小，分为3类（级）：（1）一类（级）负荷断电将造成人身伤亡。断电将造成重大政治、经济损失。断电将造成重大政治影响，或公共场所秩序严重混乱。（2）二类（级）负荷断电将造成较大政治、经济损失。断电将造成较大政治影响，或公共场所秩序混乱。（3）三类（级）负荷不属于一、二类负荷者。不会造成直接损失或损失不大。,电力负荷及其类别,（二）各类电力负荷对供电电源的要求（1）一类（级）负荷应有两个独立电源供电。两彼此独立的电源应不会同时发生故障。对其中特别重要的负荷，还应增设专用的应急电源。常用应急电源有：1）独立于正常电源的自备发电装置；2）不间断电源（UPS)；3）干电池或蓄电池。（2）二类（级）负荷应有互为备用的两条回路供电（两变压器未必在同一变电所）。使不致断电或能迅速恢复供电。采用两回路有困难或负荷较小时，可由一回6kV及以上的专用架空线路供电。（3）三类（级）负荷对供电电源无特殊要求。一般由一条回路供电。,负荷曲线,（一）含义负荷曲线描述电力负荷随时间变化规律的曲线。（二）表示方法：一般绘制在直角坐标系中，纵坐标为负荷功率值，横坐标为对应的时间（如P26，图2-32-6）。（三）分类：（1）按负荷功率性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线（图2-3）。（2）按取用时间区间分：日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线：表示一昼夜24小时内负荷变化的情况（图2-3、2-4）；年负荷曲线：表示一年中负荷变化的情况（图2-5、图2-6）。（3）按负荷范围分：全厂负荷曲线和车间负荷曲线。（四）绘制负荷曲线的意义：（1）可直观了解负荷变动情况。通过综合分析，可更深入地掌握负荷变动规律，从中获得对设计和运行有用的资料（如需要系数的确定等)。（2）通过分析比较，可发现同类型工厂、车间或用电设备组具有大致相似形状的负荷曲线。新建工程电气设计时，可借鉴同类用户的负荷曲线。,（五）负荷曲线分析1.日负荷曲线,（1）绘制：可通过测量运行中用电设备的负荷值绘制。有功日负荷曲线根据有功功率表每隔半小时的读数绘成。（2）分类：图2-3所示为逐点描绘的日负荷曲线。表示工厂一天24h内有功（P)和无功（Q)负荷的变化情况。图2-4所示为阶梯形的有功日负荷曲线。横坐标按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”Pmax。负荷曲线与坐标轴包围的面积代表日耗电量。,（五）负荷曲线分析,（1）年最大负荷曲线：如图2-5所示。定义：按全年每日最大负荷(通常取每日最大负荷半小时平均值)绘制。作用：对拥有多台电力变压器的用户变电所，进行经济运行分析。,附图年每日最大负荷曲线,能看出吗？两图所示的年最大负荷的变化规律是截然不同的。,2.年负荷曲线：分两种曲线。,（五）负荷曲线分析2.年负荷曲线：分两种曲线。（2）年持续负荷曲线,1）定义：不分日月界限，以有功功率大小（kW)为纵坐标，以各自相应持续时间（h)为横坐标绘出。它表明一年内各种不同大小负荷所持续的时间。如图2-6所示。年持续负荷曲线与直角坐标轴所包围的面积，表示企业一年内消耗的有功电能。,2.年负荷曲线：分两种曲线。,（2）年持续负荷曲线：2）绘制方法：借助一年中典型的夏、冬日负荷曲线绘制。我国北方：可近似认为夏日152天，冬日213天；我国南方：则近似认为夏日200天，冬日165天。,a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年持续负荷曲线附图年负荷持续时间曲线的绘制,举例：南方某厂年持续负荷曲线绘制（如附图）P1在年负荷曲线上所占的时间：T1=200(t1t1)；P2在年负荷曲线上所占的时间：T2=200t2165t2，其余类推。,一、几个与负荷计算有关的物理量,(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24),1.年最大负荷Pmax（Qmax、Smax及Imax）,定义：指全年中负荷最大的工作班内(该工作班最大负荷在一年中至少出现过23次，即非偶然）消耗电能最大的半小时平均功率。又称为半小时最大负荷P30。即,Pmax=P30,附图年最大负荷和年最大负荷利用小时,2.2确定计算负荷的方法2.2.1概述,(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24)2.年最大负荷利用小时Tmax（又称年最大负荷使用时间）,定义：是一个假想时间。即在该时间内，按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，刚好等于电力负荷全年实际消耗的电能Wa。,年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的重要参数，与电能用户的生产运行性质密切相关。如:一班制生产运行：Tmax18003000h；两班制生产运行：Tmax35004800h；三班制生产运行：Tmax50007000h。,如图2-6所示：将Pmax延伸到与Tmax交于C，与两坐标轴一起包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴包围的面积。即,统计资料表明：各类型工厂年最大负荷利用小时如表2-1（P25，略）。,(2-3),1年平均负荷Pav（Qav、Sav及Iav）,平均负荷：是指电力负荷在时间t内平均消耗的功率。即,Pav=Wt/t(kW）(2-2),(二)年平均负荷和负荷系数,年平均负荷Pav：指电力负荷在全年内平均消耗的功率。即,对负荷曲线而言：它表征负荷曲线不平坦，即负荷起伏变动的程度。对供（用）电设备而言：负荷系数越高，越趋近于1，越利于充分发挥供（用）电设备能力，且效率较高。对整个电力系统而言：若对负荷曲线“削峰填谷”，可以减小负荷不均衡性，减小年最大负荷，从而提高负荷系数。,有功负荷系数,无功负荷系数,(二)年平均负荷和负荷系数,2.负荷系数（负荷率，负荷曲线填充系数）负荷系数：用电负荷平均值Pav与其最大值Pmax的比值，即,对于用电设备：,（三）计算负荷,3.表示法：？Pc=P30=Pmax！根据：因为对中小截面导体，发热时间常数约10min左右。实验表明，导体达到稳定温升的时间约(34)，即近似为（3040）min。为计算方便起见，统一规定：采用负荷曲线上最大0.5h(即30min)平均负荷P30（Q30、S30）表示有功（无功、视在）计算负荷。即Pc=P30=PmaxQc=Q30=QmaxSc=S30=Smax计算电流Ic：即Ic=I30=Imax，也称工作电流Iw。,1.计算负荷：是按发热条件与实际负荷等效，可用于选择导体和电气设备的假想负荷。,2.物理意义：导体持续流过计算负荷时所产生的恒定温升等于流过实际变动负荷所产生的最高温升。#可以说：计算负荷是与实际负荷发热条件等效的假想负荷。,二、确定计算负荷的目的意义,合理选择电器（变压器、开关电器）和导线、电缆截面。为进行无功补偿，提高功率因数提供依据。保证供电系统在正常条件下可靠运行（不超载）。三、确定计算负荷的常用方法：需要系数法：是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法。方法最简便，计算结果基本符合实际。广泛用于工业与民用电能用户，尤其适用于配、变电所的负荷计算。对于设备台数较少，容量差别悬殊的分支干线，计算结果往往偏小。二项式法：用于确定设备台数较少且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比需要系数法合理，也比较简便。但其计算系数b、c和x的数值缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据（参见附录1），故其应用受到一定限制。主要用于机械加工车间的电力负荷计算。两方法共同点：均是在已知用电设备容量基础上，乘以相应系数（需要系数kd或二项式系数b、c）得到计算负荷。,用电设备的工作制与设备容量,一、用电设备的工作制分类及其工作特征(1)长期连续工作制工作特征：在规定的环境温度和恒定负荷下长期连续运行达到热平衡状态，设备各部分温度和温升均不超过最高允许值。典型负荷：如通风机、水泵、空压机、皮带输送机、破碎机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，和电炉、电解设备、照明灯具等,(2)短时运行工作制工作特征：负荷恒定，运行时间短（来不及达到稳定温度），停歇时间长（足以在停歇时间内冷却到周围介质温度）。典型负荷：如控制闸门的电动机，机床上的某些辅助电动机(如进给电动机)等。,(3)断续周期工作制,工作特征：时而工作，时而停歇，反复运行，工作周期一般不超过10min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。典型负荷：如电焊机和吊车、电梯电动机等。特征参数：暂载率（又称负荷持续率）。定义：一个工作周期内，工作时间与工作周期的百分比，用表示。即,式中：T工作周期；t工作周期内的工作时间；t0工作周期内的停歇时间。,提示：断续周期工作制设备的额定容量，是对应于某一标准暂载率的。（1）吊车电动机的值有：15、25、40及60四种；（2）电焊机设备的值有：50、65、75及100四种。,二、用电设备的容量Pe计算,用电设备铭牌上均标有额定容量PN(或SN)。因存在工作制和暂载率差异，在进行负荷计算时，须按工作制分组。对断续周期工作制设备，须将设备的额定容量换算成规定的统一暂载率下的设备容量。1.长期连续工作制和短时运行工作制设备组：设备组容量Pe等于各设备的铭牌额定功率之和。即Pe=PN(2-7)或Pe=SNcosN(2-11)2.断续周期工作制设备组：设备组容量Pe为换算到规定的统一暂载率下的设备容量之和。,换算原理,(1)电梯及吊车电动机组：,应统一换算到=25%时的有功功率，换算关系为：,(2)电焊机及电焊变压器组：应统一换算到=100%时的有功功率，换算关系为：,(2-8),(2-10),额定暂载率为N时的额定有功功率,对应SN的额定功率因数,额定暂载率为N时的额定视在功率,额定暂载率为N时的额定有功功率,二、用电设备的容量Pe计算,3.照明设备的设备容量：（1）白炽灯、碘钨灯：即灯泡上标注的额定功率PN;（2）日光灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的1.2倍；（3）高压汞灯、金属卤化物灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的1.1倍。4.说明：确定计算负荷时，不列入总容量的设备：备用设备。如工厂的备用风机、水泵、鼓风机、空压机；高层建筑中的备用生活水泵、空调制冷设备等。消防设备：消防水泵、专用消防电梯及消防状态下使用的送风机、排烟机等。当夏季有制冷的空调系统时：冬季采暖锅炉的用电设备。,【例2-1】某金工车间有1台电焊机，SN=22kVA，N=60%，cosN=0.6，求该电焊机的设备容量。,解：根据公式（2-10）得？,需要系数法：,(一)需要系数分析：长期观察发现，同一类型工业企业的负荷曲线具有大致相似的形状。故定义：负荷曲线上最大有功功率Pmax与设备额定有功功率PN的比值，称为需要系数，用Kd表示。即,对用电设备组而言：需要系数Kd是其最大负荷时所需有功功率(即计算负荷PC）与其设备容量Pe的比值。即,设备组的同时系数,设备组的负荷系数,设备组的平均效率,配电线路的平均效率,（2-12）,需要系数的物理意义：kd综合了设备组同时系数k、负荷系数、平均效率av和配电线路的平均效率wL。,是用设备容量（即功率）乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。,需要系数的影响因素：（1）工作性质；设备台数；设备效率；（2）线路损耗；操作人员的技能；生产组织、季节等。,附录1用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数值,注：1如果用电设备组的设备总台数nPca,且cosabcosbccosca,等效三相设备容量可按下列公式计算:,其等效三相计算负荷，采用前述需用系数法计算,三单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算,通常单相用电设备,既有接于相电压的,又有接于线电压的,其等效三相负荷的计算,应分两步进行1.将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量,然后分相计算各相的设备容量和计算负荷换算关系如下:,式中：PABPBCPCA接于ABBCCA相间的有功设备容量;PAPBPC换算为ABC相的有功设备容量;QAQBQC换算为ABC相的无功设备容量;pAB-ApAB-BpBC-BpBC-CpCA-ApCA-C及qAB-AqAB-BqBC-BqBC-CqCA-AqCA-C均为功率换算系数,其值可查下表,三单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算,2.将各相负荷相加,选出最大相有功负荷,总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷的3倍,即,总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷的3倍,即,上述:,式中PNm-最大相有功设备容量QNm-最大相有功设备容量对应的无功设备容量,尖峰电流的计算,什么是尖峰电流:指单台或多台用电设备持续时间12s的短时最大负荷电流。计算尖峰电流的目的: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起动条件、计算电压波动等。产生尖峰电流的原因:大功率、冲击性负荷设备的投入。,一单台电动机支线单台电动机支线的尖峰电流就是其起动电流,因此尖峰电流为,式中：Ipk尖峰电流,AINM用电设备的额定电流,AIst用电设备的起动电流,AKst用电设备的起动电流倍数,一般笼型电动机为57;绕线型电动机为23,直流电动机为1.52,电焊变压器为3或稍大,二接有多台电动机的配电干线,1.电动机同时自启动尖峰电流应为所有参与自启动的电动机的启动电流之和,即,式中：n参与自启动的电动机台数;Ki,INi分别为对应于第i台电动机的启动电流倍数和额定电流,2.电动机分散启动尖峰电流取超出工作电流最多的那一台电动机的启动电流Istmax与其它n-1台电动机的计算电流之和,即,式中：Ic配电干线的计算电流;INM,Kst分别为电动机中起动电流与额定电流之差为最大的那台电动机的额定电流及其启动电流倍数例3-8有一380V三相线路,给三台电动机供电。已知K1=5,IN1=5A;K2=4,IN2=4A;K3=3,IN3=10A,计算该线路的尖峰电流解:因为第三台电动机的启动电流与其额定电流的差值最大,故该配电线路的尖峰电流为:,功率损耗与电能需要量计算,电流流过配电线路和变压器时,将引起有功功率损耗和无功功率损耗因此,在准确计算全厂的负荷时,应计入这部分功率损耗线路和变压器中损耗电量占总供电量的百分数,称为线损率一供电线路的功率损耗三相线路的有功功率损耗和无功功率损耗可分别按下式计算:,式中Ic线路中的计算电流,A;R线路每相电阻,等于单位长度的电阻R0乘以线路长度L,;X线路每相电抗,等于单位长度的电抗X0乘以线路长度L,R0及X0可由附录表1和附录表13或有关手册查得导线间的几何均距为:,式中：a1a2a3分别为三相导线每两相之间的距离,二变压器功率损耗的计算,变压器功率损耗包括有功功率损耗PT和无功功率损耗QT两部分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Pnl,也就是铁芯损耗;另一部分是随负荷而变化的负载损耗Pl,即绕组损耗,式中Sc变压器低压侧的计算负