工厂基础及供电 10

12026/7/23第2章工厂的电力负荷及其计算2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2.2三相用电设备组计算负荷的确定2.3单相用电设备组计算负荷的确定2.4工厂总计算负荷的确定2.5尖峰电流的计算22026/7/231、电力负荷的分级及其对供电的要求

供电方式:由两个独立电源供电。（1）一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。（2）二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。供电方式:由双回路供电。（3）三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。供电方式:对供电电源无特殊要求。

2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2．1．1工厂电力负荷的分级及其对供电的要求32026/7/23

2．1．2工厂用电设备的工作制1．连续运行工作制（长期工作制）2．短时运行工作制（短时工作制）3．断续周期工作制（反复短时工作制）暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比值，即吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和60%四种电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种2.1工厂的电力负荷与负荷曲线42026/7/232．1．3负荷曲线的概念1．负荷曲线的分类按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线

按负荷持续时间分：日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线2．负荷曲线的绘制2.1工厂的电力负荷与负荷曲线日负荷曲线（图2-1）：逐点描绘法、梯形曲线法年负荷曲线：年每日最大负荷曲线（图2-2）：或称运行年负荷曲线。图2-2年每日最大负荷曲线52026/7/23图2-1日有功负荷曲线a）折线图b）梯形图2.1工厂的电力负荷与负荷曲线62026/7/23取夏季为200天，冬季为165天，则图中功率P1所占时间为：图2-3全年时间负荷曲线的绘制a）夏季典型日负荷曲线b）冬季典型日负荷曲线c）全年时间负荷曲线2.1工厂的电力负荷与负荷曲线全年时间负荷曲线（图2-3）：或称年负荷持续曲线。72026/7/23

2．1．4负荷曲线的特征参数1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷Pmax

：指就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时平均功率，即年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，如图2-4所示。可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。图2-4年最大负荷与年最大负荷利用小时数2.1工厂的电力负荷与负荷曲线82026/7/232．平均负荷与负荷系数平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，即负荷系数

KL：平均负荷与最大负荷的比值，即年平均负荷为（图2-5）:KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。图2-5年平均负荷2.1工厂的电力负荷与负荷曲线【内容小结】电力负荷分为哪几级？各级负荷对供电电源有哪些要求？工厂电气设备按其工作制可分为哪几类？什么叫最大负荷？年最大负荷和年平均负荷指的是什么？负荷系数的内涵是什么？2.1工厂的电力负荷与负荷曲线2.2三相用电设备组计算负荷的确定供配电系统在正常情况下要能安全可靠地运行，则其中各个元件包括电力变压器容量、开关设备大小及导线、电缆等都必须选择恰当。它们除了满足工作电压和频率要求之外，最重要的就是满足负荷电流的要求。因此有必要对供配电系统各环节的电力负荷进行统计计算。1.意义：为什么要确定电力负荷？

通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电气设备的一个假想的持续负荷值，称为计算负荷，用Pc（或Qc

、Sc

、Ic

）表示。112026/7/23

通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为3τ～4τ，即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值2.2三相用电设备组计算负荷的确定

2．2．1概述1、计算负荷的定义负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。122026/7/232、计算负荷的意义2.2三相用电设备组计算负荷的确定132026/7/232．2．2需要系数法确定计算负荷2.2三相用电设备组计算负荷的确定确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素：各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数

;各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数

;各用电设备的平均效率;

线路的供电效率。

1．需要系数的概念

实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质，工艺特点，加工条件，技术管理，和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定,见附录表2。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。142026/7/23需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用电设备额定功率之比值。因此，用电设备组的计算负荷为:152026/7/233．设备容量的计算对长期连续工作的单台用电设备：对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：2．需要系数的计算公式式中，P30、Q30、S30的单位分别为kW、kvar、kVA；Kd为需要系数，查书中附录2（P275）。2.2三相用电设备组计算负荷的确定162026/7/23对长期工作制的用电设备组：对反复短时工作制的用电设备组：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。2.2三相用电设备组计算负荷的确定∴吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量：指统一换算到ε=25%时的额定功率（kW），即172026/7/232.2三相用电设备组计算负荷的确定电焊机及电焊变压器的设备容量：指统一换算到ε=100%时的额定功率（kW），即 例2-1已知某厂机修车间380V供电线路上接有小批量生产的金属切削机床10kW，1台；7.5kW，4台；4.5kW，8台；4kW，20台。试求其计算负荷。解此机床组电动机的总容量为

有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流

查附3-2中，小批量生产金属冷加工机床电动机得202026/7/234．多组用电设备计算负荷的确定

当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）。式中，分别为有功和无功负荷同时系数。2.2三相用电设备组计算负荷的确定212026/7/23同时系数的取值对车间干线，取对低压母线，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（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取例2-2某厂机修车间380V供电线路上，接有金属切削机床电动机20台共120kW（其中较大容量电机有7.5kW的3台，4kW的3台，2.2kW的8台），通风机5台共7.5kW，电阻炉1台4kW。试确定此线路上的计算负荷。222026/7/23解查表可得冷加工电动机：Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73P30(1)=KdPe=0.2×120=24kWQ30(1)=P30(1)tanφ=24×1.73=41.52kvar通风机：Kd=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75P30(2)=KdPe=0.8×7.5=6kWQ30(2)=P30(2)tanφ=6×0.75=4.5kvar电阻炉：Kd=0.7，cosφ=1，tanφ=0P30(3)=KdPe=0.7×4=2.8kWQ30(3)=0kvar232026/7/23242026/7/23总的车间计算负荷为：取K∑p=

0.95、K∑q=0.97AUSIN30302.8338.0369.543=×==kVAQPS30303069.5464.446.312222=+=+=3kQKQi30iq30var64.44)04.552.41(97.01=++==å=SkWPKPi30ip3016.31)2.8624(95.031=++==å=S252026/7/23电力负荷计算表序号用电设备名称台数设备容量/kWKdcos

tan

计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1金属切削机床组201200.20.51.732441.522通风机组57.50.80.80.7564.53电阻炉组140.7102.80负荷总计

26131.532.846.02K∑p=

0.95、K∑q=0.9731.1644.6454.6983.2例2（P28）262026/7/232．2．3按二项式系数法确定计算负荷1．

基本公式式中，b、c为二项式系数，查书中表2-7；为由x台容量最大用电设备投入运行时增加的附加负荷（kW）；为该用电设备组的平均负荷（kW）。2.2三相用电设备组计算负荷的确定272026/7/232．对不同工作制的多组用电设备式中，为各用电设备组附加负荷中的最大值；为各用电设备组平均负荷的总和；为与对应的功率因数角的正切值；为各用电设备组对应的功率因数的正切值。2.3确定计算负荷的方法【内容小结】什么叫计算负荷？求计算负荷的目的是什么？计算负荷为什么不能过大也不能过小？在确定多组用电设备总视在计算负荷和计算电流时，可否将各组设备的视在计算负荷和计算电流分别相加来求得？为什么？应如何正确计算？2.2三相用电设备组计算负荷的确定292026/7/23单相负荷的设备容量：当单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15%时，其设备容量可直接按三相平衡负荷考虑；当超过15%时，应将其换算为等效的三相设备容量，再同三相用电设备一起进行三相负荷计算。换算方法如下：单相设备接于相电压时：

单相设备接于同一线电压时：式中，为等效三相设备容量（kW）；为最大负荷相所接的单相设备容量（kW）。式中，为接于同一线电压的单相设备容量（kW）。2.3单相用电设备组计算负荷的确定2．3．1概述302026/7/231.单相设备接于相电压时：

2.单相设备接于同一线电压时：式中，为等效三相设备容量（kW）；为最大负荷相所接的单相设备容量（kW）。式中，为接于同一线电压的单相设备容量（kW）。2.3单相用电设备组计算负荷的确定2．3．2单相用电设备组等效三相负荷的计算3.单相设备有的接于线电压，有的接于相电压时：一般情况：应先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，然后分别计算各相的设备容量和计算负荷。312026/7/23换算公式如下：A相:B相:C相:则总的等效三相有功计算负荷就是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负荷就是最大有功负荷相的无功计算负荷

的3倍，即。2.3单相用电设备组计算负荷的确定322026/7/232.4工厂总计算负荷的确定2．4．1概述确定工厂总计算负荷是供电设计中不可少的一环，因为只有确定了工厂总计算负荷，才能正确合理地选择工厂电源进线导线截面，以及合理选择主结线中的高低压开关设备和变压器的型号规格，只有确定工厂总计算负荷才能计算出工厂总的平均功率因数，才能确定无功补偿容量，以及电容器的型号和规格。确定工厂总计算负荷的方法有好多种，可根据具体情况决定采用哪一种计算方法。332026/7/232.4工厂总计算负荷的确定1.按需要系数法确定工厂总计算负荷式中，Kd为全厂的需要系数，查表3；为全厂用电设备的总容量（不包括备用设备容量）。2.按年产量估算工厂总计算负荷将工厂年产量A乘以单位产品耗电量a，即可得到工厂全年的耗电量：则工厂的有功计算负荷为：2．4．2工厂总计算负荷的计算342026/7/232.4工厂总计算负荷的确定3.按逐级计算法确定工厂总计算负荷

逐级计算法是指从工厂的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。一般工业企业的供电系统图如图2-7所示：图2-7负荷计算用供电系统352026/7/23（1）

用电设备组的计算负荷（图2-7中的1点）（2）车间变压器低压母线上的计算负荷（图2-7中的2点）注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为，则2.4工厂总计算负荷的确定362026/7/23（3）

车间变压器高压侧的计算负荷（图2-7中的3点）

注意：若求计算负荷时车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即对SL7、S9、SC9等低损耗变压器：对SJL1等变压器：2.4工厂总计算负荷的确定372026/7/23（4）

车间变电所高压母线上的计算负荷（图2-7中的4点）（5）

总降压变电所出线上的计算负荷（图2-7中的5点）

由于工业企业厂区范围不大，高压线路中的功率损耗较小，在负荷计算中可以忽略不计，所以有2.4工厂总计算负荷的确定382026/7/23（6）

总降压变电所低压母线上的计算负荷（图2-7中的6点）注意：如果在总降压变电所6～10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功补偿，其容量为，则（7)工厂总计算负荷（图2-7中的7点）2.4工厂总计算负荷的确定392026/7/234.工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的总计算负荷

瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；Wq为同一时间内消耗的无功电能（kvar·h）。瞬时功率因数：可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：均权功率因数：指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为（1）工厂的功率因数：402026/7/23注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。

我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。最大负荷时的功率因数：指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。其计算公式为：2.4工厂总计算负荷的确定412026/7/23

在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻R和电感L的串联电路，其功率因数可表示为：当在R、L电路中并联接入电容器C后，如图2-8a）所示，回路电流为：图2-8电容器无功补偿原理图（2）无功功率补偿：2.4工厂总计算负荷的确定422026/7/23电容器的补偿容量可用下式确定（图2-9）:式中，P30为最大有功计算负荷（kW）；和分别为补偿前、后的功率因数角的正切值；称为补偿率或比补偿功率（kvar/kW）。在计算补偿用电容器的容量和个数时，应考虑以下两个问题：当电容器的额定电压与实际运行电压不相符时，电容器的实际补偿容量应按下式进行换算：

图2-9功率因数与无功功率和视在功率的关系2.4工厂总计算负荷的确定432026/7/23在确定了总的补偿容量QC时，就可根据所选电容器的单个容量qC来确定电容器的个数n，即由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数；对单相电容器，则应取3的整数倍，以便三相均衡分配。式中，QＮ为电容器的额定容量（kvar）；为电容器在实际运行电压时的容量（kvar）。2.4工厂总计算负荷的确定442026/7/23（3）无功补偿后的工厂总计算负荷：

工厂或车间装设了无功补偿装置后，则应在确定补偿设备装设地点前的总计算负荷时，扣除已补偿的无功容量，即总的无功计算负荷为补偿后的视在计算负荷2.4工厂总计算负荷的确定452026/7/23由式此可以看出，在变电所低压侧或车间低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总计算负荷减小，从而可以使变电所主变压器容量选的小一些，这样不仅可以降低变电所的初投资，也可以减少工厂电费的开支，电费开支与变压器容量大小有很大关系，同时还可以减小变压器的损耗，总而言之，提高功率因数不仅对整个电力系统有好处，对工厂也会带来一定的经济效益。2.4工厂总计算负荷的确定462026/7/23例2-4某厂机修车间拟建一10kV进线的降压变电所，拟装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为830kvar，电业部门要求低压侧功率因数应达到0.95，高压侧功率因数应大于0.9，变电所拟在低压侧进行无功补偿，需要装设多少无功补偿容量？对补偿前后变压器的容量有何