《工厂供电》第二章教案

1井冈山大学教师授课教案课程名称：工厂供电2012年至2013年第1学期第次课班级：10电气1班编制日期：2012年9月18日教学单元（章节）：第二章工厂的电力负荷及其计算第一节工厂的电力负荷与负荷曲线目的要求：1.了解工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求；2.了解用电设备的工作制；3.理解负荷曲线的含义；4.掌握与负荷曲线和负荷计算有关的物理量。知识要点：1.年最大负荷和最大负荷利用小时；2.平均负荷和负荷系数；3.负荷曲线。技能要点：教学步骤：1.介绍对工厂电力负荷的分级及各级电力负荷对供电电源的要求；2.工厂用电设备工作制介绍；3.各种负荷曲线的含义；4.与负荷曲线和负荷计算有关的物理量表达方式。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、图示、举例、分析。作业布置情况：思考题2－22－3课后分析与小结：授课教师：宗政勇授课日期：20年月日2教学内容板书或旁注－、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。（－）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，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：（1）一级负荷（2）二级负荷（3）三级负荷（二）各级电力负荷对供电电源的要求二、工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制（duty－type）分以下三类：（1）连续工作制（2）短时工作制（3）断续周期工作制断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即（2－1）式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。断续周期工作制设备的额定容量PN，是对应于某一标称负荷持续率εN的。如果实际运行的负荷持续率ε≠εN，则实际容量Pe应按同一周期内等效发热条件进行换算。由于电流I通过电阻为R的设备在时间t内产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，I∝1/t；而在同一电压下，设各容量P∝1/t；又由式（2－1）知，同一周期T的负荷持续率ε∝t；。因此P∝1/t；，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。由此可知，如果设备在εN下的容量为PN，则换算到实际ε下的容量Pe为三、负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。3教学内容板书或旁注四、与负荷曲线和负荷计算有关的物理量1、年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年最大负荷年最大负荷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。（2）年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时Tmax，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，如图2～4所示。年最大负荷利用小时为式中，Wa为年实际消耗的电能量。年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂，Tmax≈1800～3000h；两班制工厂，Tmax≈3500～4800h；三班制工厂，Tmax≈5000～7000h。4教学内容板书或旁注2．平均负荷和负荷系数（1）平均负荷（averageload）平均负荷Pav，就是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t内消耗的电能Wt，除以时间t的值，即年平均负荷Pav的说明如图2-5所示。年平均负荷Pav的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa，即年平均负荷Pav为（2）负荷系数（loadcoefficient）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，即对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度即表征负荷起伏变动的程度。对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即负荷系数通常以百分值表示。负荷系数（负荷率）的符号，有时用β；也有的有功负荷率用α、无功负荷率用β表示。5井冈山大学教师授课教案课程名称：工厂供电2012年至2013年第1学期第次课班级：10电气1班编制日期：2012年9月18日教学单元（章节）：第二章工厂的电力负荷及其计算第二节三相用电设备组计算负荷的确定目的要求：1.了解计算负荷的含义及表示方法；2.掌握按需要系数法确定计算负荷。知识要点：1.计算负荷的概念；2.需要系数法确定计算负荷的基本公式；3.设备容量的计算；4.多组用电设备计算负荷的确定。技能要点：教学步骤：1.计算负荷的表示方法；2.需要系数法确定计算负荷；3.设备容量的计算。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、举例作业布置情况：思考题2－4习题2－1课后分析与小结：授课教师：宗政勇授课日期：2006年月日第页6教学内容板书或旁注一、概述由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需（3～4）τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥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，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷Pmax）是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。二、按需要系数法确定计算负荷（一）基本公式用电设备组的需要系数，为用电设各组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设各组有功计算负荷的基本公式为必须注意：附录表1所列需要系数值是按车间范围内设各台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间的计算负荷。如果采用需要系数法来计算分支干线上用电设备各组的计算负荷，则附录表1中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1～2台设备时，可认为Kd＝1，即P30＝Pe。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一台电动机时，其P30＝PN/η，这里PN为电动机额定容量，η为电动机效率。在Kd适当取大的同时，cosφ也宜适当取大。无功计算负荷为tanφ为对应于用电设备组cosφ的正切值。视在计算负荷为cosφ为用电设备组的平均功率因数。计算电流为UN为用电设备组的额定电压。如果一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”（kW），无功功率为“千乏”（kvar），视在功率为“千伏安”（kV·A），电流为“安”（A），电压为“千伏”（kV）。例2－1P教材35页第页7教学内容板书或旁注(二)设备容量的计算需要系数法基本公式P30＝KdPe中的设备容量Pe，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。1．对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。2．对断续周期工作制的用电设备组设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。容量换算的公式如式（2-2）所示。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下：（1）电焊机组要求容量统一换算到ε＝100％，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为：即式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为视在功率）；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε100为其值等于100％的负荷持续率（计算中用1）；cosφ为铭牌规定的功率因数。（2）吊车电动机组要求容量统一换算到ε＝25％，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为式中，PN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε25为其值等于25％的负荷持续率（计算中用0.25）。（三）多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设各的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各运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（又称参差系数或综合系数）K∑p和K∑q：对车间干线，取：对低压母线，分两种情况第页8教学内容板书或旁注（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，取总的有功计算负荷为总的无功计算负荷为以上两式中的∑P30.i和∑Q30.i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为总的计算电流为注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2-12）计算。此外应注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少。各组的计算负荷均按附录表1所列计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cosφ值的问题。例2－2P教材37页第页9井冈山大学教师授课教案课程名称：工厂供电2012年至2013年第1学期第次课班级：10电气1班编制日期：2012年9月18日教学单元（章节）：第二章工厂的电力负荷及其计算第二节三相用电设备组计算负荷的确定目的要求：1.掌握按二项式法确定计算负荷。知识要点：1.二项式法的基本公式及含义；2.采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷。技能要点：教学步骤：1.二项式法的基本公式；2.二项式法的适用范围；3.运用二项式法确定计算负荷及多组用电设备总的计算负荷。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、举例、分析。作业布置情况：思考题2－5习题2－3课后分析与小结：授课教师：宗政勇授课日期：2006年10月22日第页10教学内容板书或旁注三、按二项式法确定计算负荷（－）基本公式二项式法的基本公式是式中，bPe（二项式第一项）表示用电设备组的平均功率，其中Pe是用电设各组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cPx（二项式第二项），表示用电设各组中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台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算与前述需要系数法的计算相同。附录表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b、c和最大容量的设各台数x值，供参考。但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表1中规定的最大容量设备台数x的2倍，即n＜2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，建议取为x＝n/2，且按“四舍五入”修约规则取整数。例如某机床电动机组只有7台时，则其x=7/2≈4。如果用电设备组只有1～2台设备时，则可认为P30＝Pe。对于单台电动机，则P30＝PN/η，这里PN为电动机额定容量，η为其额定效率。在设备台数较少时，cosΦ也宜适当取大。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投人运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数b、c和x的值，缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。第页11教学内容板书或旁注比较例2－1和例2－3的计算结果可以看出，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果稍大，特别是在设备台数较少的情况下。供电设计的经验说明，选择低压分支干线或支线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜。（二）多组用电设备计算负荷的确定采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，亦应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出