电力负荷计算幻灯片

1、第3章,常用计算之一 电力负荷计算,提问,说出图中各设备的名称及其功能,电力系统对电气设备的基本要求,绝缘安全可靠，能够承受工频最高工作电压的长期作用、内外过电压的短时作用； 有一定的过载能力； 正常发热不超过正常发热的允许温度； 短路情况下，有足够的热稳定性和动稳定性； 工作性能可靠，结构简单，成本低,本章主要介绍常用计算之一负荷计算部分。 介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制，负荷曲线绘制，及负荷计算的主要参数计算负荷。 分析了载流导体运行温度计算，讲述了计算负荷的确定方法，介绍了确定用电设备组计算负荷的常用方法需要系数法和二项式系数法等。简要介绍了照明负荷的分析计算。 电

2、力系统供电技术中的无功补偿措施,本章内容提要,3.1电力负荷和负荷预测,电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小,工厂常用用电设备,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,生产机械的拖动设备,电焊和电镀设备,电焊设备,电焊机的工作特点是： （1）工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。 （2）功率较大。 （3）功率因数很低。 （4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动,电镀设备的工作特点是： （1）工作方式是长期连续工作的。 （2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。 （3）容量较大，功

3、率因数较低,电镀 的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬,电镀设备,电焊和电镀设备,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,表 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,电气照明负荷,照明设备类型: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）

4、照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右,照明的基本知识,电光源及常用灯具 热辐射光源:利用物体加热时发光的原理所做成的光源，如白炽灯，卤钨灯。 气体放电光源:利用气体放电发光的原理所做成的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯。 （1）白炽灯 靠钨丝通过电流产生高温，从而引起热辐射发光,2）卤钨灯 它的发光原理与白炽灯相同，但在白炽灯泡中充入了微量的卤化物（如碘化物和溴化物），利用钨循环来提高发光效率。 （3）荧光灯 利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量的紫外线，这些紫外线再激励灯管内壁的荧光粉，产生大量的可见光,4）高压汞灯 是荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸气放电光

5、源，发光原理与荧光灯相同。 （5）高压钠灯 它利用高压的钠蒸气放电发光,6）金属卤化物灯 在高压汞灯内添加某些金属卤化物，靠金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供相应的金属蒸气，金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线。 （7）管形氙灯 高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，灯的功率大（可达100kW），亮度高，俗称“人造小太阳,常用照明电光源的主要特性表,用电负荷的分类,各类负荷的运行特点和重要性不一样，它们对供电的可靠性和电能品质的要求不同。我国将电力负荷按其对供电可靠性要求的不同划分为: 一级负荷、二级负荷和三级负荷 具体的划分标准由国家电力管理部门制订的规程规

6、定. 用电负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定，反映它对供电可靠性要求。如工厂中一、二级负荷点的比例较大（占60%80%），因此即便是短时停电造成的经济损失都很可观。掌握了负荷分级及其对供电可靠性的要求后，在设计新建或改造工厂的供电系统时可以按照实际情况进行方案拟定和分析比较，使供电方案技术经济最合理，并保证安全性,一级负荷（First Grade Load,一级负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。 一级负荷应要求由两个独立电源（双重电源）供电。而对一级负荷中的特别重要负荷（Vital Load in First Grade

7、 Load），应由两个独立电源点（强调几个独立电源来自不同的地点 ）供电。 一级负荷通常又叫保安负荷。对保安负荷须备有应急使用的可靠电源，当工作电源突然中断时，保证工厂安全停产。这种为安全停产而应急使用的电源称为保安电源,双重电源：一个负荷的电源由两个互相独立的电路提供。即当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。 同时具备下列两个条件的发电厂、变电站的不同母线均属独立电源： 每段母线的电源来自不同的发电机； 母线段之间无联系，或虽有联系，但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电,一级负荷中特别重要负荷对电源的要求 除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁

8、将其它负荷接入应急供电系统。同时，设备的供电电源切换时间，应满足设备允许中断供电的要求,一级负荷举例: 1）中断供电将造成人身伤亡。例如医院手术室的照明及电力负荷、婴儿恒温箱、心脏起搏器等单位或设备。 2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失。例如国宾馆、国家级会堂以及用于承担重大国事活动的场所; 中断供电将造成重大设备损坏、重大产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复的重点企业、一类高层建筑的消防设备等用电单位或设备。 3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、不低于四星级标准的宾馆、大型体育场馆、大型商场、大型对外营业的餐饮单位以及

9、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等重要用电单位或设备。 4）中断供电将造成公共秩序严重混乱的特别重要公共场所。例如大型剧院、大型商场、重要交通枢纽等,一级负荷中的特别重要负荷 对于重要的交通枢纽、通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等,中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作,或者中断供电将会发生爆炸、火灾、严重中毒,以及特别重要场所中不允许中断供电的一级负荷为特别重要负荷。 如：当生产装置工作电源突然中断时，为确保安全停车，避免引起爆炸、火灾、中毒、人员伤亡，而必须保证的负荷，为特别重要负荷； 如

10、中压及以上的锅炉给水泵，大型压缩机的润滑油泵等； 民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场馆的记分系统及监控系统等； 或事故一旦发生能及时处理，防止事故扩大，保证工作人员抢救和撤离，而必须保证的用电负荷，为特别重要负荷,符合下列条件之一即为二级负荷： 1）中断供电，将在经济上造成较大损失的负荷。 如：由于停电，使主要设备损坏、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的负荷。 2）中断供电，将影响较重要用电单位正常工作的负荷。如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷，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

11、场所秩序混乱的负荷,二级负荷（Second Grade Load,二级负荷对电源的要求 二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。 二级负荷的“两回路线路供电”要求与一级负荷的“双重电源”要求不同，后者强调电源的相对独立性。 当采用架空线时，可为一回架空线供电。这主要是考虑架空线路的常见故障检修周期较短，而并非电缆的故障率高。事实上，电缆的故障率较架空线低,二级负荷举例 1）中断供电将造成较大政治影响者。例如省部级办公楼、民用机场中处特别重要和普通一级负荷外的用电负荷等。 2）中断供电将造成较大经济损失者。例如中断供电

12、将造成主要设备损坏、大量产品报废的企业、中型百货商场、二类高层建筑的消防设备、四星级以上宾馆客房照明等用电单位或用电设备。 3）中断供电将影响正常工作的重要用电单位或用电设备。例如小型银行（储蓄所）、通信枢纽、电视台的电视电影室等。 4）中断供电将造成公共秩序混乱的较多人员集中的公共场所。例如丙级影院剧场、中型百货商场、交通枢纽等用电单位或用电设备,三级负荷（Third Grade Load,所有不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。 对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电,发电厂 厂用负荷的分类,I类厂用负荷

13、,II类厂用负荷,III类厂用负荷,事故保安负荷 直流保安负荷 0 II负荷 交流保安负荷 0 III负荷,不间断供电负荷（0I类负荷,短时停电将造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运、影响大量出力,允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后不致造成生产紊乱,较长时间停电不会直接影响生产，仅会造成生产上的不方便,单机在200MW及以上的大容量电厂中，要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要自动控制失灵或危及人身安全,机组运行、正常或事故停机过程中甚至停机后的一段时间内需连续供电并具有恒频恒压特性的负荷,根据厂用负荷在电厂运行中起的作用、供电中断对人

14、身设备及生产造成的影响程度而分为五类,发电厂 厂用电负荷类型 示例,1）类厂用负荷：如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵，引风机、送风机等；水电厂的调速器、润滑油泵等。 2）类厂用负荷：如火电厂的工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤设备、化学水处理设备等；水电厂的绝大部分厂用电动机负荷。 3）类厂用负荷：如实验室、中央修配厂、油处理室等负荷。 4） 0类负荷（不停电负荷）。如计算机实时监控系统，要求电源停电时间不得超过5ms，否则会造成数据遗失或生产设备失控。采用专门的不停电电源（UPS）供电,发电厂 厂用电负荷类型 示例,5）0类负荷（直流保安负荷）。如发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设

15、备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵、发电机的直流氢密封油泵等，是由直流系统供电的直流负荷，称为直流保安负荷，或称为0类负荷。这类负荷要求由独立的、稳定的、可靠的蓄电池组或整流装置供电。 6）0类负荷（交流保安负荷）。如盘车电动机、交流润滑油泵、交流氢密封油泵、消防水泵等。常采用柴油发电机、燃汽轮机组或具有可靠的外部独立电源等作为电源,电力系统负荷按使用区域类型分，主要有：城市民用负荷 、商业负荷、工业负荷、农村负荷及其他负荷。 不同类型的负荷具有不同的特点和规律，即具有不同的负荷曲线。 1）城乡居民负荷：主要是家用电器，有逐年增长趋势、明显的季节性波动，与居民日常生活工作规律紧密相关； 2）商

16、业负荷：主要是商业部门的照明、空调、动力等，覆盖面大、用电增长平稳，具有季节性特点，在电力负荷中比重不如工业和居民用电，但照明和空调负荷占用电力系统高峰时段，另外，是节假日影响电力负荷的主因,3）工业负荷：在用电构成中占首位，与工业用户的工作方式（如设备利用情况、企业的工作班制等）、和行业特点、季节因素都紧密相关，一般负荷比较恒定； 4） 农村负荷：农村居民用电和生产用电，受气候、季节等自然条件影响大，受农作物种类和耕作习惯影响。用电负荷集中时间与城市工业负荷高峰时间有差别，有利于提高电网负荷率。 电力负荷的特点：负荷变化是连续的过程，一般不会出现大的跃变，但对季节、温度、天气敏感。该特点决定

17、了电力总负荷由四部分组成：基本正常负荷分量、天气敏感负荷分量、特别事件负荷分量和随机负荷分量,金属加工企业的日负荷曲线,酒店的日负荷曲线,夏天的工作日 冬天的工作日 夏天的星期日 冬天的星期日 家庭负荷的日负荷曲线,3.2 工厂电力负荷和负荷曲线,负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、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；按表示的时间分，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(折线形负荷曲线)和梯形负荷曲线,负荷曲线的绘制,负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负

18、荷大小（功率kW、kVar,日负荷曲线绘制 日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的，日负荷曲线的绘制方法有： 根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据，逐点绘制而成的平滑曲线，这样得到的负荷曲线最为准确。 工程上，为了表达和计算 简单起见，往往将负荷曲 线用等效的阶梯形曲线来 代替，与精确的负荷曲线 之间会有一定的误差，但 这种误差是可以允许的。 最为常见的负荷曲线是以 半小时为时间间隔所绘制 的曲线,负荷曲线: 1) 日负荷曲线：负荷在一昼夜间（024h）变化情况。 2) 年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。 年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。 年持续负荷

19、曲线的绘制，要借助一年中有代表性的 冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。 绘制方法如图所示。下图是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为 T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。 说明: 一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天,图 年负荷持续时间曲线的绘制 （a）夏季日负荷曲线 （b）冬季日负荷曲线 （c）年负荷持续时间曲线,日负荷曲线的特征参数 同一负荷，其有功功率日负荷曲线一般均与无功功率日负荷曲线的变化规律不同，这是因为当有功功率增加或减少时，无功功率并不是呈比例地增加或减

20、少，且无功功率曲线一般比相应的有功功率曲线平缓。 不同性质用户有不同的日负荷曲线，相同性质用户在不同时间和季节也有不同的日负荷曲线。其相应特征参数有很大差异,年负荷曲线的特征参数 年电能耗量Wa(kW h)：全年实际消耗的电能 最大负荷Pmax(kW)：年最大负 荷是指全年中负荷最大的工作班 内30分钟平均功率的最大值。 年平均负荷Pav(kW)：平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。 Pav=Wa8760,0 1095 2190 3285 4380 5475 6570 7665 8760 t(h,P(kW) 100 80 60 40 20 0,Pmax,Pav,Tmax,年负

21、荷曲线的特征参数 年最大负荷利用小时数Tmax(h)：若用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax小时即可消耗掉全年实际消耗的电能，则Tmax称为年最大负荷利用小时数。 Tmax=Wa/Pmax,0 1095 2190 3285 4380 5475 6570 7665 8760 t(h,P(kW) 100 80 60 40 20 0,Pmax,Pav,Tmax,Tmax的大小反映了变配电设备利用率的大小和用户负荷平稳的程度。对于同类型的用户尽管Pmax可能差别很大，但Tmax却很接近；对于不同工作性质的用户，Tmax差别可能很大,负荷系数 KL 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有功负荷系数

22、KaL和无功负荷系数KrL，有时也用表示有功负荷系数，表示无功负荷系数。 一般工厂=0.70.75， =0.760.82,负荷系数的大小标志着负荷曲线的陡缓程度，负荷系数越接近于，说明曲线的峰谷差异越小，即曲线越平缓,负荷的工作制 电气设备的老化和损坏速度与其所承受的负荷大小有关，在正常运行情况下，要保证设备安全可靠地工作，必须使其工作时的发热所引起的温度升高在允许范围内（即处于允许的稳定工作温度）； 电气设备发热量的大小与载流导体上通过的电流有关，而载流导体通过持续电流和通过非持续电流所导致的发热量是不相同的，即用电设备的持续工作特性（工作制）直接影响电气设备的工作状态,3.3工厂用电设备容

23、量的确定,3.3工厂用电设备容量的确定,用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”，但是由于各用电设备的额定工作条件不同，如有的是长期工作制，有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。 经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量，Pe用表示,用电设备的工作制,1.长期连续工作制设备 能长期连续运行，每次连续工作时间超过8h，而且运行时负荷比较稳定，在计算其设备容量时，可直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。 工厂中主要的生产车间大多为连续工作制:如通风机,水泵,空气压缩机,电动发电机

24、,电炉,照明灯等. 2.短时工作制设备 工作时间较短，而停歇时间相对较长，在工厂负荷中所占比例很小，在计算其设备容量时，也是直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率）。如机床上的辅助电机:进给电机,升降电机等 3.反复短时工作制设备 工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例，,工作周期一般不超过10min.用负荷持续率（或称暂载率）来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值.如电焊机,电梯,起重机等,负荷的工作制 连续运行工作制（长期工作制 ）即电气设备投入工作的持续时间较长，负荷稳定，在工作时间内，电气设备载流导体可以达到稳定的工作温度,负荷的工作制 断续

25、运行工作制（反复短时工作制）即电气设备以断续方式反复工作，其工作和停歇相互交替。在工作时间 tw内，电气设备来不及达到该设备在相同环境条件下持续运行的稳定温升S就停止运行并开始冷却，并且其工作区间内发热产生的温升(-0)不足以在停歇时间to内冷却到周围的介质温度,设备容量的确定,1.长期连续工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即,2.反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一负荷持续率下的功率。负荷持续率可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示,起重机（吊车电动机,起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种,要求统一换算到2

26、5%时的额定功率，即,式中 PN （换算前）设备铭牌额定功率； Pe换算后设备容量； eN设备铭牌暂载率； e25值为25%的暂载率,电焊机设备,电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。要求统一换算到e100%，换算公式为,式中 SN设备铭牌额定容量； cosjN设备铭牌功率因数,电炉变压器组,设备容量是指在额定功率下的有功功率，即,式中 SN电炉变压器的额定容量； cosjN电炉变压器的功率因数,照明设备,不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即： Pe= PN 用镇流器的照明设备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

27、卤化物灯：Pe= 1.1 PN,3）吊车的设备容量 吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到， 所以1台吊车的容量为： (4) 车间的设备总容量为,负荷计算的目的 对一个具体用户来说，通常在建设前就对其建筑物结构形式、布置、功能以及将要使用的机电设备做了较详尽的初步设计。 系统的最终实现依赖于系统中每个设备以及网络中线路型号规格的确定，这些设备必须满足在正常负荷电流作用下长时间安全运行的要求。即除了通过负荷预测了解用户对电源容量要求外，还必须知道供配电系统在实际运行时，流过每个系统元件的功率（电流），这项工作就称为负荷计算。 负荷计算是选择校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力

28、线路的负荷值。是选择仪器仪表、整定继电保护的重要数据,3.4工厂计算负荷的确定,只要设备满足最大计算负荷的发热效应，便可在其余时段正常运行，因此设备选型中，负荷计算的目的不是求变动负荷在每个时间段的计算负荷，而是只需求的该负荷的最大计算负荷即可。在供配电系统中，以30分钟内的最大计算负荷Pmax作为选择电气设备的依据,计算负荷(Pc, Qc, Sc, Ic) :导体中通过一个等效负荷时,导体最高温升与同时间内实际变动负荷时导体中产生的最高温升相等（热效应等效）。该等效负荷称为计算负荷，是一个假想的持续负荷,导体通过电流达到稳定温升时间34, 为发热时间参数,对中小截面的导体其值10min,所以

29、导体大约经30min达到稳定温升.因此取30min的平均最大负荷作为计算负荷.常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流,1) 同一设备(线路),长期通大电流,则温升高. 2) 当电流一定时,小截面设备实际温升会高于额定 温升,大截面设备温升低于额定温升. 3) 对于大截面导体,由于一般10min,导致按照 统计计算法得到的计算负荷大于实际的负荷,但 是仍然符合导体设计原则. 4) 计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设 备和导线截面选择过大，造成投资浪费； 5) 计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量 不足或电气设备、电力线路运行时

30、电能损耗增 加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至 发生事故,补充 导体载流量和运行温度计算,基本内容： 1、导体的最高允许发热温度 2、导体长期发热的特点 3、导体载流量的计算及提高载流量的措施 4、减少大电流导体附近钢构发热的措施,导体载流量和运行温度计算,热能,电阻损耗 介质损耗 磁滞和涡流损耗,长期发热 短时发热,电气设备有电流通过时将产生损耗。 长期发热，是由正常运行时工作电流产生的； 短时发热，是由故障时的短路电流产生的,导体载流量和运行温度计算,机械强度下降 接触电阻增加 绝缘性能下降,发热对电气设备的危害,发热对电气设备的影响： （1）使绝缘材料的绝缘性能降低。有机绝缘材料长

31、期受到高温作用，将逐渐老化，以致失去弹性和降低绝缘性能。 （2）使金属材料的机械强度下降。当使用温度超过规定允许值后，由于退火，金属材料机械强度将显著下降。 （3）使导体接触部分的接触电阻增加,1、最高允许温度,为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定限值，这个限值叫作最高允许温度。 规定： 正常最高允许工作温度： -主要决定于系统接触电阻的大小 70（一般裸导体） 80（计及日照时的钢芯铝绞线、 管形导体） 85（接触面有镀锡的可靠覆盖层） 95（当有银的覆盖层时） 短时最高允许温度： -主要决定于导体机械强度的大小、介质绝缘强度的 大小 200（硬铝及铝锰合金） 300（硬铜,最

32、高允许温度,钢构发热的最高允许温度： 70（人可触及的钢构） 100（人不可触及的钢构） 80（混凝土中的钢筋） 封闭母线最高允许温度： 导体： 90 外壳： 70,2、导体的长期发热,导体的发热和散热,指导体通过工作电流时的发热过程,电阻损耗热量,吸收太阳日照的热量(室内导体不计,导体升温吸收的热量,对流散热量,辐射散热量,I-流过导体的电流（A） R-导体的电阻（） m-导体的质量（kg） c-导体的比热容J/(kg. ) W-导体总的换热系数W/(m2.) F-导体的换热面积（ m2 /m) 0 -周围空气的温度（ ） W -导体的温度（ ） Kf-集肤系数,稳定温升,导体发热时间常数,

33、设,初始温升,对应于时间t的温升,若,导体长期发热的特点,3）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关,导体温升变化曲线,1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（34）倍Tr导体达到稳定发热状态,2）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关,3、提高导体载流量的措施,1)减小交流电阻 采用电阻率小的材料如铜、铝 增大导体的截面 减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等 2)增大复合散热系数 改变导体的布置方式,涂漆 3)增大散热面积,集肤效

34、应系数 -与电流的频率、导体的形状和尺寸有关,矩形导体的集肤效应系数,圆柱及圆管导体的集肤效应系数,常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数,见 P 354页 附表1 附表2,LGJ-185/30的规格及长期允许载流量,4、大电流导体附近钢构的发热,原因：磁滞和涡流损耗 随着发电机组容量的加大，导体电流相应增大，导体周围出现强大的交变电磁场，使其附近钢构中产生很大的磁滞和涡流损耗，钢构因此发热。 如钢构为闭合回路有环流存在，发热还会增多。 导体电流大于3000A时，附近钢构发热情况不容忽视。 钢构温升可能使材料产生热应力引起变形，或使接触连接损坏；混凝土中的钢筋受热膨胀，可能使混凝土裂开。 减少

35、钢构损耗和发热的措施 1）加大导体和钢构间的距离； 2）断开闭合回路； 3）采用电磁屏蔽； 4）采用分相封闭母线,分相封闭母线,优点： 1）运行可靠性高； 2）短路时母线相间短路电动力大大降低； 3）改善母线附近钢构的发热； 4）安装和维护的工作量减少。 缺点： 1）母线散热条件差； 2）外壳上产生损耗； 3）金属耗量增加,以前母线结构多为敞露式，容易受环境影响，如表面积灰和发生相间短路等，使得运行可靠性降低。 目前我国20万90万kW机组的母线，广泛采用全连式分相封闭母线，称为大电流封闭母线，如下图,母线由铝管制成，每相母线各封装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接起来,负荷计算,目的,主要

36、是确定“计算负荷,常用方法,对待设计的供配电系统，负荷曲线未知，但计算负荷可以根据已有的同类型用户的用电规律来估计。 （1）若设备数量和容量不清楚情况下，要计算某种使用功能场所的负荷，可采用各种用电指标法如：负荷密度法，单位指标法，住宅用电量指标法等。 （2）某供电范围的计算负荷K*Pc 确定K值的方法：需要系数法，二项式法和利用系数法。这些方法都要基于大量的经验数据。 需要系数法较简便，使用广泛，适用于变配电所和全厂负荷计算。 二项式系数法考虑了用电设备中几台大功率设备对负荷影响，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。 利用系数法使用利用系数进行计算，比较复杂，目前使

37、用不多,73,利用用电指标进行负荷计算 负荷密度法 常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标,利用用电指标进行负荷计算 单位指标法 单位用电指标，单位为kW/人、kW床、kW产品等。 N为单位数量，单位为人数、床数、产品数量。 住宅用电量指标法 住宅用电量指标 单位为kW/户； N供电范围内的住宅户数； K住宅用电同时系数。 中国大陆和香港、美国的住宅用电量指标标准比较,利用用电指标进行负荷计算 住宅用电量指标法 住宅用电量指标 单位为kW/户； N供电范围内的住宅户数； K住宅用电同时系数,按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,已知工厂的年产量A或年产值B，根据工厂的单位产量耗电量a或单位产值耗

38、电量b，工厂的全年耗电量Wa,全厂的有功计算负荷,需要系数法,1) 一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，因此引入一个同时系数; (2) 工作的设备不一定都工作在额定状态下，因此引入一个负荷系数; (3) 用电设备的设备容量是指输出容量,其与输入容量间有个平均效率; (4) 考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等，引入一个线路平均效率. 因此,设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数Kd,在所需计算的范围内，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数

39、法。需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。 需要系数法的基本公式,需要系数是以电气设备的性质为分类原则，根据运行经验得到，因此使用时应首先对所要计算的设备进行归类,单组用电设备组的计算负荷确定,有功计算负荷,无功计算负荷,视在计算负荷,计算电流,附加说明:单组设备数量3台 时考虑需要系数,多组用电设备的计算负荷,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,附加说明:一般情况下低压侧负荷计算时,同时系数只在变压器低压侧考虑一次即可.支路数3时考虑. 有功同时系数KP 取值范围：配电干线0.80.9；变电站总进线0.851 无功同时系数KQ 取值范围：配电干线0.

40、930.97 ；变电站总进线0.951,同时系数K,解 : (1) 冷加工机床：查附录表1可得Kd1=0.2，cos1=0.5，tg1=1.73 Pc1= Kd1Pe1=0.250=10kW Qc1=Pc1tg1=101.73=17.3kVar (2)通风机：Kd2=0.8，cos2=0.8，tg2=0.75 (n3台) Pc2= Pe2=21.2=2.4kW Qc2=Pc2tg2=2.40.75=1.8kVar,例1 一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。

41、试求计算负荷（设同时系数Kp、Kq均为0.9,3)电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量 Pc3=Pe3=2kW Qc3=0 (4)车间计算负荷,二项式系数法,在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为： 附加说明：n 3台时考虑,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,对1或2台用电设备可认为P30=Pe，即b=1，c=0。 用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用上式，其余的计算负荷与需要系数法相同,确定多组用电设备的负荷,多组用电设备的总计算负荷时，也要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。

42、与需要系数法不同的是，这里不是计入一个小于1的综合系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷(cPx)max，再加上各组平均负荷bPe，由此求出设备组的总计算负荷。 先求出每组用电设备的计算负荷P30i、Q30i，则总的有功计算负荷为,总的无功计算负荷为,例2 试用二项式法来确定上例1中的计算负荷。 解: 求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx （）金属切削机床电动机组 查附录表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cos1=0.5，tg1=1.73，x=5，则 (bPe)1=0.1450=7kW (cPx)1=0.4(7.52+42+2.21)=10.08kW,通风机组 查

43、附录表1，取b2=0.65，c2=0.25，cos2=0.8，tg2=0.75，x=5, n=22x，取x2=n/2=1，则 (bPe)2=0.652.4=1.56kW (cPx)2=0.251.2=0.3kW （） 电阻炉 (bPe)3=2kW (cPx)3=0,显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cPx)1最大，故总计算负荷为 ： Pc=（bPe）i+（cPx）1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW,比较例1和例2的计算结果可知，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多。 可见二项式法更适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算,Qc=（bPetg）i+（cPx）

44、tg1 =(71.73+1.560.75+0)+10.081.73=30.72kvar,单相用电设备计算负荷的确定,单相设备接于三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽量平衡。如均衡分配后，三相线路中剩余的单相设备总容量不超过三相设备总容量15%，可将单相设备总容量视为三相负荷平衡进行负荷计算。如超过15%，则应先将这部分单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。设计规范规定: 1单相设备接于相电压时 等效三相设备容量Pe按最大负荷相所接的单相设备容量Pemj 的3倍计算，即,2单相设备接于线电压时 容量Pej为单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量Pe为 3.单相设备分别接于线

45、电压和相电压时 先将接于线电压的设备换算为接于相电压的设备容量，再分相计算各相负荷，按最大有功负荷相的负荷3倍计算,照明设备组的需要系数及功率因数,通常，车间的照明设备容量都不会超过车间三相设备容量的15%。因此，我们可在确定了车间照明设备总容量后，按需要系数法单独计算车间照明设备的计算负荷,其中: 单位面积容量指标,单位: w/m2 S 计算面积, 单位m2,供配电系统的功率损耗 供配电系统的功率损耗是指最大功率时功率损耗 。 1 ) 线路的功率损耗： 线路功率损耗 PWL=3IC2RWL*10-3 QWL= 3IC2XWL*10-3 式中，Ic为线路的计算电流（A）；RWL为线路每相的电阻

46、（），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（/km），L为线路的计算长度（km）；XWL为线路每相的电抗（），XWL =X0L，X0为线路单位长度的电抗（/km）。 说明: R0 X0的获取方法 (1) 查表法 (2) 计算法 (3) 估算法,电力线路的阻抗,线路的电阻RWL,线路的电抗XWL,R0 和X0为导线电缆单位长度的电阻电抗，可查有关手册；l 为线路长度。 X0要根据导线截面和线间几何均距来查得,电力线路单位长度电抗平均值 X0 (/km)估算值,电力线路的阻抗,这里要说明：设三相线路线间距离分别为a1、a2、a3，则线间几何均距 。当三相线路为等距水平排列，相邻线距为 a （图

47、b），则 。当三相线路为等边三角形排列，每边线距为 a（图c），则,2) 变压器的功率损耗 * 估算法 PT=0.015Sc QT=0.06 Sc * 精确法 有功功率损耗 铁损PFe 空载损耗P0可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。 铜损PCu 负载损耗Pk可认为就是额定电流下的铜损PCu 与变压器二次负荷有关。当变压器满载时，近似等于变压器短路损耗。 变压器的有功功率损耗为,或者: PT P0+Pk2,式中，SN为变压器的额定容量；Sc为变压器的计算负荷；为变压器的负荷率（= Sc/SN,无功功率损耗 空载无功功率损耗Q0 :空载时由励磁电流造成. 负载无功功率损耗QL :负荷电流在绕

48、组电抗上的损耗，与变压器二次负荷大小有关。当变压器满载时，近似等于变压器短路时绕组上的无功损耗。 变压器的无功功功率损耗为,式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值;Uk%为变压器的短路电压百分值。 以上参数可由变压器产品目录获取,工厂的功率因数,功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力,分类,概念,瞬时功率因数运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值,平均功率因数某一规定时间段内功率因数的平均值,最大负荷时的功率因数配电系统运行在年最大负荷时的功率因数,自然功率因数用电设备或工厂在没有安装人

49、工补偿装置时的功率因数,总的功率因数用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数,工厂的功率因数计算,瞬时功率因数,平均功率因数,最大负荷时的功率因数,供电部门对用户功率因数的要求:高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。380V 电能用户的功率因数应达到0.85以上。 (供电部门考察用户功率因数是使用月平均功率因数衡量。,功率因数对供配电系统的影响,1、功率因数对供电系统的影响 电能损耗增加 PwL和QwL,电压损失增大,供电设备利用率降低,在功率因数降低后，不得不降低输送的有功功率P来控制电流I的值，这样就降低了供电

50、设备的供电能力,提高功率因数的方法 (1) 提高自然功率因数 采用科学措施减少用电设备无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。 合理选择电动机的规格、型号 防止电动机空载运行 保证电动机的检修质量 合理选择变压器的容量 交流接触器的节电运行 (2) 人工补偿功率因数 并联电容器 :工厂中常用的人工补偿法(安装移相电容器) 同步电动机补偿 调相机(仅发无功功率的同步发电机)补偿 动态无功补偿,无功功率补偿,工厂中的用电设备多为感性负载，在运行过程中，除了消耗有功功率外，还需要大量的无功功率在电源至负荷之间交换，导致功率因数降低，给工厂供配电系统造成不利影响。 左图: 人工补偿原理,补偿容量

51、的计算 固定补偿时补偿容量计算 由于电力部门考察用户功率因数是使用的平均功率因数，固定补偿容量就应达到补偿后平均功率因数cos2满足要求的条件。 自动补偿时补偿容量计算 对于自动无功补偿，当补偿后的功率因数瞬时值满足要求时，其平均功率因数自然满足要求。所以，一般以有功计算负荷发生时所需的无功补偿容量作为自动补偿时补偿容量计算的依据（常用,自动补偿和补偿后计算负荷的计算,补偿容量的计算,补偿器数量的计算 （三相电容器：额定容量应不小于系统需要的补偿容量；单相电容器：应保证台数为3的倍数,补偿后的总无功计算负荷,补偿后的视在计算负荷 确定补偿量后，因实际补偿量与计算量不一致，应进行校验实际功率因数。避免由于功率因数过高，在负荷变化时，系统反复在容性和感性功率因数下转换，造成系统振荡,并联电容器的装设与控制