2 负荷计算与无功补偿

1第2章负荷计算与无功补偿概述负荷曲线用电设备组计算负荷的确定尖峰电流的计算无功功率补偿企业计算负荷的确定2第1节概述一、计算负荷（PC）的意义计算负荷是按发热条件选择导体和电气设备的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。计算负荷是选择电气设备的依据。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，在实际运行中其最高温升不会超过允许值。计算负荷也称为半小时最大负荷，即半小时的最大负荷，Pc=P30（Q30、S30）。3二、用电设备的工作制1.连续运行工作制（长期工作制）工作时间较长，连续运行的用电设备，绝大多数用电设备属于此类工作制。该设备温升趋近于稳定温升。2.短时运行工作制（短时工作制）工作时间很短（短于达到热平衡所需的时间），停歇时间很长（长于设备温度冷却到周围环境温度）的用电设备。3.断续周期工作制（反复短时工作制）周期性的时而工作，时而停歇（无论工作、停歇均不足以达到热平衡）的用电设备。4暂载率（负荷持续率）ε：表示反复短时工作制用电设备的工作繁重程度。%100%1000tttTtmin10NT标准暂载率：吊车用电机：15%、25%、40%、60%电焊设备：50%、65%、75%、100%5三、设备容量Pe设备容量的计算NePP设备容量Pe经过换算至统一规定的工作制下的额定功率，称为用电设备的设备容量。额定容量PN铭牌上标出的功率，也就是设备在额定工作条件下输出的功率，便是设备的额定功率或者额定容量。（1）长期工作制和短时工作制6（2）断续周期短时工作制设备容量便是换算到统一暂载率下的额定功率。额定暂载率εN——额定容量PN标准暂载率ε——设备容量Pe设备容量是按照同一周期内等效发热条件进行换算的。tIRtIQ121PtIPNNePP7吊车电动机组：%25NNNNNNePPPP225.025电焊机组：%100NNNNNNePPPP1100（3）照明设备：白炽灯、碘钨灯荧光灯高压水银荧光灯、金属卤化物灯NePPNe2.1PPNe1.1PP8四、单相用电设备计算负荷的确定为使得三相线路导线截面和供电设备选择经济合理，单相设应尽量均衡的分配到三相线路上，三相负荷尽可能平衡。1.单相负荷计算原则eCeBeAePPPP（2）三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，需要把单相设备换算为等效三相设备容量，再加上原有的三相负荷，从而得到总的三相电路的计算负荷。（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，单相设备可按照三相平衡设备进行计算；9（3）在接有较多单相设备的三相电路中，无论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的三倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。102.换算原则（1）单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算meePP.3meP.：最大负荷相所接单相设备容量（2）单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算.3eePP.eP：接于线电压的单相设备容量)cos/(UPIe原因：)cos3/(UPIe11（3）单相设备接于相电压与线电压时的等效三相负荷计算①首先将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量；②分别计算各相的设备容量和计算负荷；③总的等效三相有功计算负荷等于最大有功计算负荷相的有功计算负荷的三倍，等效三相无功计算负荷等于最大有功计算负荷相的无功计算负荷的三倍。mmQQPP.3030.30303312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的方法：BCcBCCACCACBCcBCCACCACABBABBCBBCBABBABBCBBCBCAACAABAABACAACAABAABAPqPqQPpPpPPqPqQPpPpPPqPqQPpPpPA相：B相：C相：13第2节负荷曲线一、介绍负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。分类负荷性质：有功负荷曲线、无功负荷曲线负荷持续时间：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线横坐标：时间纵坐标：电力负荷负荷对象：工厂负荷曲线、车间负荷曲线、设备负荷曲线14二、日负荷曲线逐点描绘法、梯形曲线法240PdtWd24024124PdtWPdav日平均负荷：15三、年负荷曲线（1）年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）按照全年每日最大负荷绘制，表示一年中，每日最大负荷的变动情况。16（2）年负荷持续曲线（全年时间负荷曲线）夏天：165天冬天：200天111()165Ttt222165200Ttt全年消耗有功电能：87600atpdW17四、与负荷曲线相关物理量1.年最大负荷Pmax全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，也称为半小时最大负荷P30。Pc=Pmax=P302.年最大负荷利用小时数Tmax是一个假想时间，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。max87600maxamaxdPtpPWT18193.平均负荷Pav平均负荷指电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。tWP/tav年平均负荷Pav：8760/aavWP204.负荷系数KL负荷系数指平均负荷与最大负荷之间的比值。maxavLPPK负荷系数也称为负荷率、负荷曲线填充系数，表征负荷变化规律的一个参数。对于用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN之间的比值。NLPPK21第3节用电设备组计算负荷的确定一、确定计算负荷的方法1.单位容量法用于方案估算。2.需要系数法计算比较简单，多用于方案估算、初步设计和全厂、大型车间变电所的施工设计。3.二项式系数法考虑用电设备数量和大型设备对计算负荷的影响，一般用于低压配电线、机械加工业的设计。4.利用系数法利用概率论与数理统计，计算结果较接近实际情况。22二、单位容量法1.单位产品耗电量法maxcNPTPc—有功计算负荷（kW）—每一单位产品电能消耗量，可查有关设计手册N—企业的年生产量2.单位面积负荷密度法1000cAPA—建筑面积（m2）ρ—负荷密度（W/m2或V·A/m2）23三、需要系数法1.单个用电设备组的计算负荷用电设备组：一组工艺性质、功率因数相近的用电设备。NePPP30edPPK/30需要系数：niiededPKPKP130需要系数表示用电设备组投入运行时，从电网中获得的功率与设备组设备容量之比。24N303030230230303030ed303costanU/SI/PQPSPQPKP计算步骤：1）查表获得需要系数、功率因数；2）计算该用电设备组的设备容量；3）根据公式计算。30303030ISQP、、、25例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V电机负荷情况如下：7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。求其计算负荷。解：机床组电动机的设备总容量为：10kW5.117kW38kW43kW5.7ePkW5.12073.1tan5.0cos16.0，，dK查表得：kW28.1930edPKP有功计算负荷：kvar35.33tan3030PQ无功计算负荷：kVA56.38cos3030/PS视在计算负荷A6.583N3030U/SI计算电流262.多个用电设备组的计算负荷多个用电设备同时工作，由于各供电设备组的最大负荷不一定同时出现，因此在求总计算负荷时，需要计入一个同时系数KΣ。30303030223030303030N3piqiPKPQKQSPQIS/U27例：已知某机加工车间380V线路接有以下用电设备：金属切削机床电动机30台共85kW（其中较大容量的11kW电机1台，7.5kW电机3台，4kW电机6台），通风机3台5kW，吊车1台3kW（ε=40%）。求该车间计算负荷。解：先求各组的计算负荷73.1tan,5.0cos，16.0111dKvar53.23tan6.131)1(30)1(30)1(1)1(30kPQkWPKPed（2）通风机组查表得：75.0tan,8.0cos，8.0222dKvar3tan42)2(30)2(30)2(2)2(30kPQkWPKPed（1）金属切削机床查表得：28（3）吊车组查表得：73.1tan,5.0cos，15.0333dKvar984.0tan569.03)3(30)3(30)3(3)3(30kPQkWPKPedkWPPNe795.32)3(取，可得总计算负荷为：9.0KAU/SIkVAQPSkQQQKQkWPPPKP1.45367.29var76.24)(35.16)(N303023023030)3(30)2(30)1(3030)3(30)2(30)1(303029四、二项式法计算负荷平均负荷：用电设备组的平均负荷附加负荷：表示用电设备组中，容量最大的数台设备投入运行时，产生的附加负荷xePcPbP30基本公式：1.单个用电设备组的计算负荷30N3030230230303030303tanU/SIQPSPQPcPbPxeePxPePbxPc：该用电设备组所有设备的设备容量之和：x台容量最大的用电设备的设备容量之和：该用电设备组的平均负荷：x台容量最大的用电设备投入运行时，产生的附加负荷31说明：①b、c为二项式系数，可以从表中查出；②x表示最大容量设备的台数，可以从表中查出。注意：按照二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n小于最大容量设备台数x的两倍，即n2x，那么最大容量设备台数应适当减小，取为x=n/2，并按照四舍五入原则进行取整。如果用电设备组只有很少几台设备，可以认为Px=Pe。32例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V电机负荷情况如下：7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。求其计算负荷。解：查得73.1tan,5.0cos,5,4.0,14.0xcb105.11738435.7kWkWkWkWPekW5.120kWPcPbPxe1.2930kWPbe87.165.12014.0kWPcPcx2.12)2435.7(4.05AUSIN4.883/3030kVAPS2.58cos/3030var3.50tan3030kPQ332.多个用电设备组的计算负荷xxexePcPbQPcPbPtan)(]tan)[()()(max30max30tantan)()(maxxxePcPb：各用电设备组平均负荷之和：各用电设备组附加负荷中的最大值：与相对应的功率因数角的正切值：各用电设备组对应的功率因数角的正切值max)(xPc34例：已知某机加工车间380V线路接有以下用电设备：金属切削机床电动机30台共85kW（其中较大容量的11kW电机1台，7.5kW电机3台，4kW电机6台），通风机3台共5kW，吊车1台3kW（ε=40%）。求该车间计算负荷。解：先求各用电设备组的计算负荷（1）金属切削机床组查表得：73.1tan,5.0cos,5,4.0,14.0xcbkWPcPckWPbxe15)1435.7111(4.09.118514.05（2）通风机组查表得：75.0tan,8.0cos,5,25.0,65.0xcbkWPcPckWPbxe25.1525.025.3565.0335（3）吊车组查表得：73.1tan,5.0cos,3,2.0,06.0xcbkWPcPckW