任务4-1.1车间变电所电力负荷的计算及选型

★项目描述：本项目以工厂车间变电所设计与选型计算为载体，分两个任务来学习工厂车间变电所供配电系统的设计与选型、短路电流的计算方法，通过对一组设备进行负荷计算的实例讲控用需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的方法，并根据计算的结果来进行设备的选型以及导线截面的选择，明确计算短路电流的实际意义。通过学习，使学生具备车间变电所供配电系统负荷计算和选型能力，初步具有供配电系统设计思路，能理解短路过程中的相关物理量，并具有短路电流的计算能力。★职业岗位：变电室的运行与维护；设计、研发岗位。项目四

车间变电所的设计与选型计算★教学目标：1.知识目标（1）掌握电力负荷计算及车间变电所主接线图的设计方法。（2）掌握电力设备的选型方法。2.能力目标（1）学会变电所电力负荷的计算，并具备车间变电所主接线图的设计能力。（2）通过电力负荷的计算结果，学会对导线、电气设备进行选择，具备电气设备选型能力。（3）具备团结合作、组织与语言表达能力。项目四

车间变电所的设计与选型计算★任务导入：根据需要，我国每年都要新建和扩建一些企业，因此，需要新建心矿理变电所。在进行一个工矿企业的供配电设计时，首先遇到的是如何确定企业各个建同的电为须荷问题，本任务以一个车间变电所主接线为例，说明如何通过电为金业各，择能也成权知、主变容量、开关及应断器。在用电设各定电压发过为各生路十、交压居常是及开关设备，用它负将是根据或或有电选的大小工理论计算到，如何选择设备最经济，都是本任务要讨论的问题。项目四

车间变电所的设计与选型计算任务4-1车间变电所电力负荷的计算及选型

一、车间供配电系统设计思路（1）根据车间的电气设备（如机床设备、电焊机等）数量及负商大小、配电的负荷级别（一、二三级负荷）、供电电源的条件、低压设部机等）数置，对车间负荷进行分配，选择配电屏输出路数等内容，首先确定车间变电所的供配电系统主接线草图。假设图5-1-1所示为确定的车间供配电系统主接线草图。（2)根据主接线草图，低压各路分配的负荷，对车间设备进行电力负背计算，这是最基本的设计环节。（3)电气设计主要任务有：①确定10kV进线，车间线路的导线规格及母线尺寸等。只有先确定出进线、主干线、配电线路的计算负荷电流，才能选出进线、车间配电线路、母线的型号。②确定车间变压器的容量，只有计算出流过变压器计算负荷电流值和视在功率，才能选出变压器的型号。③根据各设备的计算负荷电流值，合理选择供电系统中的后根据各设备的地流互感器等电力设备的规格等，从而选择出开关设备、保护设备互感器等的型号。④考虑电路中装设的必要保护，对主接线草图进行完善，再画出完整的供配电系统图，并计算高压母线、低压母线处三相短路电流值。通过各处的短路电流进行高低压保护装置的校验，以判断是否达到要求。以上是供配电系统电气主接线设计的主要思路。从各个环节可以看出，电力负荷的分配和计算是设计的基本环节。如何根据实际负荷分布合理地确定出配电线路的计算负荷，是我们学习的重点内容。下面重点学习车间电力负荷的计算。首先介绍计算负荷的基本概念。

二、计算负荷实例分析：设有一电压为380V的低压电力线路对10台电动机供电，电动机铭牌数据均相同，即P、＝10kW,U、＝380V,Ix=20.4A,cosφ=0.85,效率η=0.88,求干线总电流及功率P.若用电工理论计算分析，则I=10x20.4=204(A)p=(10x10)÷0.88=113.6KW上述计算的前提是电动机全部启动，而没有考虑实际的工作情况。实际的工作情况分析如下：（1）若用电设备为起重机，由于它分布在不同车间，工作性质和繁忙程度不同，所以电动机不可能全部启动，因此，实际负荷要比204A、113.6kW要小。（2）若用电设备的性质不同，比如机床电动机和吊车电动机，则不可能同时运行，故实际负荷也比204A、113.6kW小。由此可见，若从实际上计算负荷，则要考虑多方面因素，因为实际情况是错综复杂的。企业用电负荷不是一个固定不变的数值，它受生产工况及工作班次等因素影响。那么应如何计算实际线路上的负荷呢？实际中，一般用经验统计的方法来计算某干线上的负荷。通过长期观察和分析各用电设备组（或各车间）的负荷曲线，将半小时平均负荷绘制在负荷曲线上的有功功率P-的最大值取出来，表示干线上的实际负荷。这样用统计的方法求出的计算负荷值与实际比较接近，此负荷称为计算负荷。虽然计算负荷接近实际，但是很难准确计算其大小。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果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需（3~4)r,其中r为发热时间常数，而且截面在16m㎡及以上的导体，其＋不低于10min,因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与负荷曲线上的半小时最大负荷P(即年最大负荷P_)是基本相当的。计算负荷也可以认为是半小时最大负荷，一般用Pa表示有功计算负荷，用Q30表示无功计算负荷，用S30表示视在计算负荷，用1.表示计算电流。计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷是否正确合理，直接影响到电气设备和导线、电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电气设备和导线、电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电气设备和导线、电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化，甚至燃烧引起火灾，这样会造成更大的损失。综上所述，正确确定计算负荷意义重大。但是，由于实际中的负荷情况复杂，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关，即使各类负荷的变化有一定规律可循，也很难准确地确定出计算负荷的大小，更何况实际中的负荷也不是一成不变的。我们确定出的计算负荷只是与实际情况比较接近。我国电力工程设计目前普遍采用需要系数法、二项式法两种方法来确定用电设备的计算负荷。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，最为简单。二项式法应用局限性较大，但在设备总台数较少且容量差别很大时，较需要系数法计算出的结果更合理。本书重点介绍需要系数法。

三、按需要系数法确定计算负荷

1.基本公式若用电设备组各设备分布在不同车间，由于车间的工作性质不同、各设备工作繁忙程度不同，所有设备不可能同时工作且工作在额定状态，则设备组的有功计算负荷P30等于设备组的设备容量P.乘以小于1的系数，该系数就称为需要系数，用K.来表示，即P30=KdPe（5-1-1)式中：P3o为设备组的有功计算负荷（kW);Pe为设备组的设备容量（kW)；Kd为需要系数。实际上，需要系数K.不仅与用电设备组的工作性质、设备数量、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际值。附表4。列出了工厂各种用电设备组的需要系数值，在设计计算时，不同设备组的K.值可以直接查阅附表4。由式（5-1-1)可以看出，由于不同设备组的需要系数K.可以通过查阅附表4得到，因此若要计算设备组的有功计算负荷Ps0,则必须先求出设备组的设备容量Peo。

2.设备容量的计算设备容量Pe的计算与用电设备组的工作制有关。（1)长期连续工作制设备，如通凤机、水泵、空气压缩机、电动机发电机组、电炉和明灯等。(5-1-2)式中：为各设备组设备的额定容量之和，即各设备铭牌额定数据之和（kW)。(2)断续周期工作制设备，如电焊机、吊车电动机、电焊用变压器等。断续周期工作制设备的颜定容量（铭牌功率）Pv,是对应于某一标称负荷持续率e的。若实际运行中负荷持续率e≠ev,则实际容量P.应按同一周期内等效发热条件进行换算若设备在ex下的容量为Px,则换算到实际e下的容量Pe为①吊车电动机组的容量Pe，要求统一换算到e=25%下的容量，代人式（5-1-3),得式中：PN为吊车电动机的铭牌容量；EN是与铭牌容量对应的负荷持续率。②电焊机组的容量P.,要求统一换算到c=100%下的容量，代人式（5-1-3),得式中：PN为电焊机的铭牌容量；EN是与铭牌容量对应的负荷持续率。在求出有功计算负荷P3o后，可按下列各式分别求出其他的计算负荷。

3.无功计算负荷

式中：tanφ为对应于用电设备组cosφ的正切值。

4.视在计算负荷

式中：cosφ为用电设备的平均功率因数。

5.计算电流

例5-1-1】机修车间的金属切削机床组：线电压380V的三相电动机，有7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。求配电总线上的计算负荷。解：此机床组电动机的总容量为P.=7.5x3+4x8+3x17+1.5x10=120.5kWKd可以从附表4中查得，此机修车间是小批量生产，属于金属冷加工，查附表中“小催生产的金属冷加工机床电动机”项，得根据计算出的设备组配电总线上计算电流值1,可选择总线截面及开关设备。设备组配电总线载流量1.>10=73.2A,因此，可选择导线型号为：BX-500-(3x16+1x10+PE10).那么，对于低压干线（多组用电设备）的计算负荷应如何确定呢？了解了计算负荷的计算方法后，我们来看一个实例，如列5-1-1所示，对于机床的一路配线，我们如何通过计算来选择导线、开关等设备。

6.多组用电设备计算负荷的确定

在确定拥有多组用电设备的干线或车间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（又称参差系数）KΣ.和KΣ.（1)

对车间干线，取KΣ,=0.85~0.95,K2,=0.90~0.97.（2)

对低压母线，分两种情况：①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取KΣ,=0.80~0.90,KΣ,-0.85~0.95.②由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取KΣ,=0.90~0.95,KΣ,=0.9