第2章 工厂的电力负荷及计算

1、第2章工厂的电力负荷及计算,工厂供电,2,第2章工厂的电力负荷及其计算,2.1工厂的电力负荷与负荷曲线,2.3单相用电设备组计算负荷的确定,2.2三相用电设备组计算负荷的确定,2.4工厂的计算负荷及年耗电量的计算,2.5尖峰电流及其计算,3,2.1工厂的电力负荷与负荷曲线,2.1.1工厂电力负荷的分级及其对供电的要求,电力负荷（electricpowerload）：,电力负载,含义,用电设备或用电单位（用户）,用电设备或用户所耗用的电功率或电流,工厂电力负荷的分级:,按GB50052-1995规定，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的程度分为三级,4,一级负荷：,中断供电将造成

2、人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。,二级负荷：,双电源供电，必要时增设应急电源。,中断供电，在政治、经济上造成较大损失者。,双回路供电，当负荷较小时可以专线供电。,三级负荷：,不属于一、二级的负荷。,对供电电源无特殊要求。,5,2.1.2工厂用电设备的工作制,用电设备按其工作制（duty-type）可分为三种：,（1）连续运行工作制（长期工作制）,（2）短时运行工作制（短暂工作制）,（3）断续运行工作制（重复短暂工作制）,6,用电设备额定容量的计算,在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加

3、，必须先将其换算为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的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。,7,（1）长期工作制和短时工作制的设备容量Pe=PN,（2）重复短暂工作制的设备容量吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量统一换算到=25%时的额定功率（kW），若其N不等于25%时应进行换算，公式为:电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率N不等于100%时，应进行换算，公式为:,8,（3）电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（kW），即：,Pe=PN=SNcos,（

4、4）照明设备的设备容量白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）；荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）；高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）；金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）。,9,（5）不对称单相负荷的设备容量当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用

5、电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算。,10,设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下：,单相设备接于相电压时,Pe3Pem,式中Pe等效三相设备容量；,Pem最大负荷所接的单相设备容量。,单相设备接于线电压时,式中接于同一线电压的单相设备容量。,11,2.1.3负荷曲线,定义：,是表征电力负荷随时间变动情况的图形,表示一组用电设备的功率随时间变化关系的图形。,可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同,分类：,负荷的功率性质：,有功,无功,负荷变

6、动的时间：,年的月的日的工作班的,负荷对象：,工厂的车间的某类设备的,绘制方式:,依点连成的梯形的,12,2.1.4与负荷曲线和负荷计算有关的物理量,年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax就是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，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)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。,13,平均负荷和负荷系数,平均负荷Pav,年平均负荷：Pav=Wa

7、/8760,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内消耗的电能Wt除以时间t的值，即Pav=Wt/t,负荷系数,负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即,对用电设备来说，就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即,返回目录,14,2.2三相用电设备组计算负荷的确定,是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。通常将以半小时最大负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用P30(Q30、S30、I30)或Pca(Qca、Sca、Ica)表示

8、。,2.2.1计算负荷,15,一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3=31030（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。,规定取“半小时最大负荷”的原因：,16,负荷计算的意义和目的,负荷计算主要是确定计算负荷，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

9、前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。,17,2.2.2按需要系数法确定计算负荷,负荷计算的方法有：,需要系数法,二项式法,利用系数法,形状系数法,附加系数法,需要系数法最为简便因而广泛使用,我国普遍采用,18,需要系数考虑了以下的主要因素：,需要系数,K同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；,KL负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；,wl线路供电效率；,e用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,19,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

10、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1。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。,20,3.3.1需要系数法由负荷端逐级向电源端进行计算,有功计算负荷P30,无功计算负荷Q30,视在计算负荷S30,单台用电设备,用电设备组,车间配电干线或车间变电所低压母线,车间变电所中变压器高压侧,全车间变电所中高压母线,总降压变电所出线,总降压变电所低压侧母线,全厂总计算负荷,21,1单台用电设备的计算负荷（1）有功计算负荷：考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷P301为式中Pe换算到统

11、一暂载率下的电动机的额定容量；用电设备在额定负载下的的效率。（2）无功计算负荷：Q301=P301tan式中用电设备功率因数角。计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。,22,2.用电设备组的计算负荷（1）有功计算负荷：P302=KdPeKd用电设备组的需要系数，见附录表1；Pe用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。（2）无功计算负荷：Q302=P302tan（3）视在计算负荷：计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。,23,当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。

12、当一条线路内的用电设备的台数较小（n3台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的Kd值(0.85-1)。,24,计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。,3确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷,（1）总有功计算负荷：P303P302,（2）总无功计算负荷：Q303Q302,（3）总视在计算负荷：,P303、Q303、S303车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；,P302、Q302各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和,最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而

13、引入的系数。,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Qc3,则当计算Q303时，要减去无功补偿容量，即Q303Q302Qc3,25,4.确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷P304P303+PTQ304Q303+QTP30、Q30、S30车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷（kW、kvar及kVA）；PT、QT变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备,26,在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按下列经验公式估算：对SJL1等型电力变压

14、器：PT0.02S303（kW）QT0.08S303（kvar）对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：PT0.01S303（kW）QT0.05S303（kvar）式中S303变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。,27,5.确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷P30.5P304+P4mQ305Q304+Q4mP4m、Q4m车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。,28,6.确定总降压变电所出线上的计算负荷P306=P305+PLP305Q306=Q305+QLQ305S306S305PL、QL高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损

15、耗小，故可忽略不计。计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。,29,7.确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷P307P30Q307Q30注意：如果在总降压变电所10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Q307时，应减去补偿设备的容量Qc7，即Q307Q30-Qc7计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。,30,8确定全厂总计算负荷P308P307+PTQ308Q307+QT计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。,31,例2

16、.2.1一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；电葫芦1个3kW（N=40%）试求计算负荷。,冷加工电动机组：查附录表1可得Kd=0.16-0.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，因此P30(1)=KdPe=0.250KW=10kWQ30(1)=P30(1)tan=10KW1.73=17.3kvarS30(1)=P30(1)/cos=10KW/0.5=20kVA,解：,通风机组：查附录表1可得Kd=0.7-0.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此P30(2)=KdPe=0.85KW=4kWQ30(2)=P30(

17、2)tan=4KW0.75=3kvarS30(2)=P30(2)/cos=4KW/0.8=5kVA,电葫芦：由于是单台设备，可取Kd=1，查附录表1可得cos=0.5，tan=1.73，因此P30(3)=Pe=3.79KW=3.79kWQ30(3)=P30(3)tan=3.79KW1.73=6.56kvarS30(3)=P30(3)/cos=3.79KW/0.5=7.58kVA,32,取同时系数p和q均为0.9，因此总计算负荷为P30()pP30=0.9（10+4+3.79）KW=16.01kWQ30()qQ30=0.9（17.3+3+6.56）kvar=24.17kvar,33,为了使人一目

18、了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。,返回目录,34,2.2.按二项式法确定计算负荷,二项式系数法的基本公式为:,P30=bPe+cPx,bPe-用电设备组的平均负荷，,式中：,cPx-用电设备组中X台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是X台最大容量设备的设备容量；,b、c-二项式系数。,注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n2x时，则x宜相应取小一些，建议取为x=n/2，且按“四舍五入”的修约规则取为整数。例如某机床电动机组地电动机只有7台，而附录表1规定X=5,但是这里n=72x=10，因此，可取x=7/24来计算。,35,多组用电设备

19、计算负荷的确定,总的有功计算负荷：,总的无功计算负荷：,P30=(bPe)i+(cPx)max,Q30=(bPetan)i+(cPx)maxtanmax,(bPe)i-各组有功平均负荷之和；,式中,(bPetan)i-各组无功平均负荷之和；,(cPx)max-各组中最大的一个有功附加负荷；,tanmax-(cPx)max的那一组设备的正切值。,B、c、x和cos等均按教材附录中表1所列数值,注意：,36,例2.2.2一机修车间的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7.5KW1台，4KW3台，2.2KW7台）；另接通风机3台共5kW；电葫芦1个3kW（N=4

20、0%）试用二项式法求计算负荷。,解：,（1）金属切削机床组：,b=0.14，c=0.4，x=5，cos=0.5，tan=1.73，故：,查附录表1得：,bPe(1)=0.1450KW=7KW,cPx(1)=0.4(7.5KW1+4KW3+2.2KW1)=8.68KW,(2)通风机组,查附录表1得：,b=0.65，c=0.25，x=5，cos=0.8，tan=0.75，故,bPe(2)=0.655kW=3.25kW,cPx(2)=0.255KW=1.25KW,(3)电葫芦,查附录表1得：,b=0.06，c=0.2，x=3，cos=0.5，tan=1.73，故,bPe(3)=0.063.79kW=

21、0.23kW,cPx(3)=0.23.79KW=0.76KW,37,以上各组设备中，附加负荷以cPx(1)最大，因此总计算负荷为：,P30=(7+3.25+0.23)KW+8.68KW=19.16KW,Q30=(71.73+3.250.75+0.231.73)kvar+8.681.73kvar=29.96kvar,38,为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。,返回目录,39,2.3单相用电设备组计算负荷的确定,2.3.1概述,现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三相两大类。,单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家用电器设备。,三相：电动机

22、为动力的各种设备例如给水泵、集中式空调机、电梯等。,当供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统负荷计算。,40,按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。在某个计算范围内，当单相设备功率的总容量小于三相设备功率总容量的15时，认为单相设备功率就相当于三相设备功率。单相设备功率的总容量大于三相设备功率总容量的15时。这时三相供电系统处于非平衡状态，必须将单相用电设备功率换算成等效的三相设备功率，然后进行三相计算负荷的确定。,41,民用建筑电气设计规范中规定：,单相负荷应均匀分

23、配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15时，全部按三相对称负荷计算；当超过15时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称负荷相加。,42,单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷,单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷,单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算,43,线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数换算系数法,接于AB、BC、CA相间的有功负荷(kw),换算为A、B、C相的有功负荷(kw),换算系数,换算为A、B、C相的无功负荷(kvar),44,相间负荷换算为相负荷的功率换算系数,45,例2.5如下图所示220/380V三相四线制线路上，接有22

24、0V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。另有380V单相对焊机4台，其中2台14kW(=100%)接于AB相间，1台20kW(=100%)接于BC相间，1台30kW(=60%)接于CA相间。试求此线路的计算负荷。,解：(1)电热干燥箱的各相计算负荷。查附录表1得Kd=0.7，cos=1，tan=0。因此只需计算其有功计算负荷。,46,(2)对焊机的各相计算负荷。先将接于CA相间的30kW(=60%)换算至=100%的容量，即,查附录表1得：得Kd=0.35，cos=0.7，tan=1.02；再由表2-3查得cos=0.7时的功率换算系数pA

25、B-A=pBC-B=pCA-C=0.8，pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2，qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22，qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8。因此对焊机换算到各相的有功和无功设备容量为,47,48,各相的有功和无功计算负荷为,49,(3)各相总的有功和无功计算负荷,50,(4)总的等效三相计算负荷。因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算等效三相计算负荷，由此可得,51,2.4工厂的计算负荷及年耗电量的计算,2.4.1工厂计算负荷的确定,1用需要系数法计算全厂计算负荷,在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即,全厂的需

26、要系数值，查附录表2选取。,52,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。,53,企业负荷确定的步骤,从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。用电设备组车间低压变压器出线车间低压变压器高压侧企业变压器出线企业进线,54,P30.5=K5P30.6iP30.4=P30.5+PwL2P30.3=K3P30.4iP30.2=P30.3+PT+PwL1P30.1=K1P30.2i,图3.4逐级推算法示意图,55,3按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,单位数量，单位为人数、床数、产品数量等,单位用电指标，单位为kW人

27、kW床、kw产品等,负荷密度指标,计算范围的使用面积，单位为m2,工厂的年最大负荷利用小时,56,瞬时功率因数,平均功率因数,最大负荷时功率因数,自然功率因数,总功率因数,指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值,P功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I电流表测出的线电流读数。,指某一规定时间段内功率因数的平均值,指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数,P30工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。,指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数,指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数,4工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷,工厂的

28、功率因数,57,瞬时功率因数,指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值,P功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I电流表测出的线电流读数。,58,平均功率因数,指某一规定时间段内功率因数的平均值,WP有功电度表读数；Wq无功电度表读数。,59,最大负荷时功率因数,指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数,P30工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。,60,自然功率因数,总功率因数,指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数,指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数,61,功率因数对供电系统的影响,一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功

29、率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos愈小（角愈大），其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损耗）随之增大，不经济。,62,人工补偿无功功率,提高自然功率因数,提高功率因数,功率因数的改善措施,63,提高自然功率因数的方法,（1）合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。（2）对实际负载不超过额定容量40的电动机，应更换为小容量的电动机。（3）合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。,64,（4）正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为7580比较合适）。对于负载率低于30变压器，应予以更换。（5）对于负荷率在0.60.9的绕

30、线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率(在过励磁的情况下，电动机可向电力网送出无功功率，从而达到改善功率因数的目的)。,65,人工补偿改善功率因数,功率因数提高与无功功率和视在功率的变化,66,要使功率因数提高，必须装设无功功率补偿装置（并联电容器），其容量为：,式中：,为无功补偿率,表示要使1KW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值,67,在确定了总的补偿容量后，就可以根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数，即：,由上式计算所得的电容器个数n，对单相电容器（其全型号后标“1”者）来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。,68,例：某用户拟建一10/0.4kV的降压变电所，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800kvar。为了使用户(变电所高压侧)的功率因数不低于0.9，如在