第二章-供配电的负荷计算.ppt

1、第2章 负荷计算,学会计算或估算电力负荷的大小是很重要的，他是正确选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等的基础，也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的环节。所以本章内容是分析工厂供配电系统和进行供电设计计算的基础。,2.1 负荷曲线,负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形 1.日负荷曲线：负荷在一昼夜间（024h）变化情况。 制作： （1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。 （2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，

2、把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。 图2-1 日有功负荷曲线,(a)折线形负荷曲线,(b)阶梯形负荷曲线,二、年负荷曲线 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2-2所示。图2-2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。 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。,根据典型夏日和冬日负荷

3、曲线 按负荷大小依次排列绘制 北方：冬日200天，夏日165天 南方：冬日165天，夏日200天 图2-2 年持续负荷曲线,三、负荷曲线的有关物理量 1.年最大负荷和年最大负荷利用小时 （）年最大负荷max 指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现次）分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为分钟最大负荷P30。 （）年最大负荷利用小时max 指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。如图2-3所示，阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以Wa表示全年实际消耗的电能，则有

4、：,图2-3年最大负荷和年最大负荷利用小时 一班制工厂Tmax约为18003000h， 两班制工厂Tmax约为35004800h, 三班制工厂Tmax约为50007000h， 居民用户Tmax约为12002800h。,2.平均负荷和负荷系数 （1）平均负荷Pav 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。如在t这段时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为： 年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：,图2-4 年平均负荷,（2）负荷系数KL 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，即

5、,有时也用表示有功负荷系数，用表示无功负荷系数。一般工厂=0.70.75，=0.760.82 对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，即 他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。,第二节 用电设备的设备容量 一、 设备容量的定义 设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。 二、 设备容量的确定 1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 2.反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负

6、荷持续率下的功率 （1）电焊机和电焊机组 要求统一换算到=100%时的功率，即 式中， 为电焊机额定有功功率； 为额定视在功率； 为额定负荷持续率（计算中用小数）； 为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）； 为额定功率因数。,（2）起重机（吊车电动机） 要求统一换算到=25%时的额定功率，即 式中，PN为额定有功功率；N为额定负荷持续率 （用小数计算）；25%为其值为25%的负荷持续率（用0.25计算）。,3.照明设备 （1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）的设备容量是指灯头的额定功率，即 （2） 用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压水银灯）的设备容量要包括镇流器中的功率损失： 荧光

7、灯： （3） 照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算： Pe=S/1000 式中，是建筑物单位面积的照明容量（W/m2）；S为建筑物的面积（m2）。,2.3负荷计算的方法,工程上依据不同的计算目的，总结出了估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算等负荷计算方法。,2.3.1估算法 估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。 1.单位产品耗电量法 已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量a,则企业全年电能Wa为： Wa=am 有功计算负荷为： 式中，Tmax为年最大负荷利用小时数。,2.负荷密度法 已知车间生产面积S（m

8、2）和负荷密度指标（kW/m2）时，车间平均负荷为： Pav=S 负荷密度指标如表2-3所示，S表示车间面积。 车间计算负荷为,二、 需要系数法 在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所有用电设备的设备容量并不等于其计算负荷，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即 其中： 式中，Kd即为需要系数；PC为计算负荷；Pe为设备容量。 1.单组用电设备组的计算负荷 式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量；tg为设备功率因数角的正切值。,2.多组用电设备组的计算负荷,讲解例2-1,2-2,三、二项式法 用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备总容量，又考虑几台最大用

9、电设备引起的附加负荷，计算公式为： 1.单组用电设备组的计算负荷 式中，b、c为二项式系数；Pe是该组用电设备组的设备总容量；Px为x台最大设备的总容量（b、c、x的值可查附录表1），当用电设备组的设备总台数n2x时，则最大容量设备台数取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时，可认为Pc=Pe；tg为设备功率因数角的正切值。,2. 多组用电设备组的计算负荷 式中，（bPe）i为各用电设备组的平均功率，其中Pe是各用电设备组的设备总容量；cPx为每组用电设备组中x台容量较大的设备的附加负荷；（cPx）max为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；tgmax为最大附加负荷设备组的功率因数

10、角的正切值（可查附录表1）。,讲解例2-3,四、 单相负荷计算 1.三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时，单相设备可按三相负荷平衡计算。 2.三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，应把单相设备容量换算为等效三相设备容量，再算出三相等效计算负荷。 单相设备组等效三相设备容量的计算如下： (1) 单相设备接于相电压时 式中Pem为最大负荷相所接的单相设备容量,(2) 单相设备接于线电压时 接于同一线电压时 式中，Pe为单相设备的容量 接于不同线电压时 设接于三个线电压的设备容量分别为P1、P2、P3，且cos1cos2cos3，P1P2P3，则等效三相设备容量为 式中

11、，PAB、PBC、PCA为接于AB、BC、CA相间的有功设备容量；PeA、PeB、PeC为换算为A、B、C相的有功设备容量；QeA、QeB、QeC为换算为A、B、C相的无功设备容量；pAB-A、qAB-A等为有功和无功换算系数。,(3) 有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时 应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 将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量的换算公式为 第（1）和第（2）种情况可直接用需要系数法算出等效三相计算负荷； 第（3）种情况的等效三相计算负荷取其最大有功负荷相的计算负荷的3倍，即 式中，Pcm为最大有功负荷相的有

12、功计算负荷；Qcm为最大有功负荷相的无功计算负荷。 讲解例2-3,第4节 功率损耗和电能损耗,一、线路的功率损耗 包括有功和无功两部分。 (1) 有功功率损耗 有功功率损耗是电流流过线路电阻所引起的，故其计算公式为 式中，Ic为线路的计算电流（A）；RWL为线路每相的电阻（），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（/km），L为线路的计算长度（km）。 (2) 无功功率损耗 无功功率损耗是电流流过线路电抗所引起的，故其计算公式为 式中，Ic为线路的计算电流（A）；XWL为线路每相的电抗（），XWL =X0L，X0为线路单位长度的电抗（/km），一般对架空线路，其值为0.4/km左右，对电缆

13、线路，其值为0.08/km左右，L为线路的计算长度（km）。,2.变压器的功率损耗 包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。 (1) 有功功率损耗 变压器的有功功率损耗又由两部分组成： 铁损PFe 铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。铁损又称为空载损耗。 铜损P 铜损是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流（或功率）的平方成正比。变压器的短路损耗Pk可认为就是额定电流下的铜损PCu。 或 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）,(2) 无功功率损耗 变压器的无功功率损耗也由两部分组成： Q0

14、，是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的。 式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值。 Q，是变压器负荷电流在一次、二次绕组电抗上所产生的无功功率损耗，其值也与电流的平方成正比。 式中，Uk%为变压器的短路电压百分值。以上各式中，P0、Pk、I0%和Uk%均可由变压器产品目录和附录表3中查得。 在负荷计算中，变压器功率损耗也可按近似方法计算。,2.4.2 电能损耗 在供配电系统中，通常利用年最大负荷损耗小时来近似计算线路和变压器的有功电能损耗。 在cos=1，且线路电压不变时有 1.线路的电能损耗 式中，Ic为通过线路的计算电流；RWL为线路每相的电阻。 2.变压器的电能损耗 包

15、括两部分： 由于铁损引起的年电能损耗 Wa1 =PFe8760P08760 由于铜损引起的年电能损耗 Wa2 =PCu2Pk2 因此变压器全年的电能损耗为 Wa = Wa1+Wa2P08760+Pk2,2.5 全厂负荷计算,在供电设计中进行设备选择时则应进行较详细的全厂负荷计算，如逐级计算法。 根据供配电系统图，从用电设备开始，朝电源方向逐级计算，最后求出总的计算负荷的方法称为逐级计算法. 以需要系数法来陈述逐级计算法确定全厂计算负荷的步骤。 以下图为例来求图中各点的计算负荷。,1.供给单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中1点处） 计算目的：用于选择其开关设备和导线截面。 式中，Pe为单台

16、用电设备的设备容量，e为单台用电设备额定效率，tg为单台用电设备的额定功率因数角的正切值。 2.用电设备组计算负荷的确定（如图中2处） 计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电器设备。 式中，Pe为该用电设备组各设备的设备容量总和（kW）；UN为用电设备的额定线电压（kV）；tg为该用电设备组的功率因数正切值；Kd为该用电设备组的需要系数。,3 车间干线或多组用电设备组的计算负荷确定 式中，Kp为有功负荷的同时系数（0.850.95）；Kq为无功负荷的同时系数(0.90.97)；Pc2为各组用电设备的有功计算负荷之和；Qc2为各组用电设备的无功计算负荷之和。 4.车间变电所低压母线的计算负荷

17、的确定（如图中4处） 计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量 此时Kp取0.900.95 ；Kq取0.930.97；Pc3为各干线上的有功计算负荷之和；Qc3为各干线上的无功计算负荷之和。,5.车间变电所高压母线的计算负荷的确定（如图中5处） 计算目的：以此选择高压配电线及其上的电器设备。 但因为变压器尚未选出，所以变压器损耗可估算： 式中, Sc4为变压器低压侧(即图中4处)的视在计算负荷。 6.总降变电所二次侧的计算负荷确定(如图中6处) 总降变电所二次侧的计算负荷根据其二次侧各出线的计算负荷计算。因为总降变电所到车间的距离一般较长,所以应该考虑线路的功率损耗，其功率损耗PWL、QWL可

18、按照式（2-31）和式（2-32）计算。 企业总降变电所二次侧的计算负荷:,7.总降变电所高压侧的计算负荷的确定（如图中7处） 此时所得到结果即为全厂的总计算负荷。讲解例2-5,2.6 先锋电流的计算,尖峰电流Ipk：指单台或多台用电设备持续12秒的短时最大负荷电流。 计算尖峰电流的目的：选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压 波动及检验电动机自起动条件等。 1. 给单台用电设备供电的支线尖峰电流计算 式中，Ist为用电设备的起动电流；IN为用电设备的额定电流；Kst为用电设备的起动电流倍数（可查样本或铭牌，对笼型电动机一般为57，对绕线型电动机一般为23，对直流电动机一般为1.7

19、，对电焊变压器一般为3或稍大）。 2. 给多台用电设备供电的干线尖峰电流计算 （254）,2.7 功率因数及无功功率补偿,一、 功率因数的计算 1.瞬时功率因数 式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）；U为电压表测出的线电压的读数（kV）；I为电流表测出的线电流读数（A）。 2.平均功率因数 （1）由消耗的电能计算，计算公式如下： 式中，Wa为某一时间内消耗的有功电能（可由有功电度表读出）；Wr为某一时间内消耗的无功电能（可由无功电度表读出）。,若用户在电费计量点装设感性和容性的无功电度表来分别计量感性无功电能（WaL）和容性无功电能（Wrc），按以下公式计算： （2）由计算负荷计算 上式

20、中，为有功负荷系数（一般为0.70.75）；为无功负荷系数（一般为0.760.82）。 3.最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷（计算负荷）时的功率因数，计算公式为,讲解例2-7,2.7.2、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法 1.功率因数对供配电系统的影响 电能损耗增加P=3I2R 可知，电流的增加会使有功损耗增加，从而电能损耗增加。 电压损失增大.可见，功率因数越低，即Q越大，Q越大则U也越大。从而影响供电质量。 供电设备利用率降低.无功电流增加后，供电设备的温升会超过规定范围。为控制设备温升，所以工作电流也受到控制，根据公式,在功率因数降低后，不得不降低

21、输送的有功功率P来控制电流I的值，这样就降低了供电设备的供电能力。,2.提高功率因数的方法 (1) 提高自然功率因数 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 并联电容器人工补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿,三、并联电容器补偿 1. 并联电容器的型号 并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示的意义如下： - R内有熔丝；TH湿热型 W户外型；无标记户内型 相数：1单相；3三相 标称容量（kvar） 额定电压（kV） 固体介质：F纸薄膜复合； M全聚丙烯薄膜； 无标记全电容纸 液体介质：Y矿物油； W十二烷基苯；G苯甲基硅油； F二芳基乙烷；B异丙基联苯 .电容器类别：B并联电容器 例如：BW0.4-12-1型即为单相户内型十二烷基苯浸渍的并联电容器，额定电压为0.4kV、容量为12kvar。,2. 补偿容量和电容器台数的确定 （1）采用固定补偿 Qcc=Pav（tgav1tgav2） 式中，Qcc为补偿容量；Pav为平均有功负荷，Pav =Pc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能； tgav1为补偿前平均