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第三章负荷计算第一节负荷曲线第二节用电设备的工作制与设备容量第三节求计算负荷的方法第四节单相负荷计算第五节尖峰电流计算第六节功率损耗与电能需要量计算思考题与习题第一节负荷曲线I.含义：描述电力负荷随时间变化规律的曲线，称作负荷曲线。II.表示方法：负荷曲线一般绘制在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷功率值，横坐标表示对应的时间。III.分类：①按负荷的功率性质，可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。②按取用的时间区间，可分为日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线是表示一昼夜24小时内负荷变化的曲线，而年负荷曲线则表示一年中的负荷变化情况。③按负荷的范围，可分为全厂负荷曲线和车间负荷曲线。IV.意义：①可以直观地了解负荷变动的情况。通过对负荷曲线的综合分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些对设计和运行有用的资料。②分析各类型电力用户的负荷曲线，可以发现同一类型工厂、车间或用电设备组的负荷曲线均具有大致相似的形状。因此，在进行新建工程的电气设计时，可以从已有同类电力用户负荷曲线获得的有关参数为依据，进行负荷计算。1.日负荷曲线负荷曲线可通过测量运行中用电设备的负荷值来绘制。电力用户有功日负荷曲线可根据有功功率表每隔半小时的读数而绘成。如图3－1所示，是一班制工厂的日有功负荷曲线，其中图3－la是逐点描绘的负荷曲线，图3－1b是阶梯形的负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”。图3－1日有功负荷曲线a)逐点描绘的负荷曲线b)阶梯形的负荷曲线2.年负荷曲线⑴年负荷持续时间曲线：根据一年中典型夏、冬日负荷曲线绘制。在我国北方，可近似地认为夏日152天，冬日213天；在我国南方，则可近似地认为夏日200天，冬日165天。图3－2年负荷持续时间曲线的绘制a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年负荷持续时间曲线如绘制南方某厂的年负荷曲线:P1在年负荷曲线上所占的时间T1=200(t1＋t´1)，P2在年负荷曲线上所占的时间T2=200t2＋165t2，……其余类推。2.年负荷曲线⑵年每日最大负荷曲线：①按全年每日的最大负荷(通常取每日最大负荷的半小时平均值)绘制。②主要用于对拥有多台电力变压器的用户变电所进行经济运行分析。图3－3年每日最大负荷曲线二、与负荷曲线和负荷计算有关的几个物理量(一)年平均负荷、年最大负荷和年最大负荷利用小时8760()/8760()aavavaWPkWhPWkW或(3－1)1．年平均负荷Pav（Qav、Sav、Iav）定义：年负荷持续时间曲线的平均值为年平均负荷Pav。即：电力负荷按年平均负荷Pav持续运行8760小时所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa：图3－4年最大负荷和年最大负荷利用小时2．年最大负荷Pmax（Pmax、Qmax、Smax及Imax）定义：年负荷持续时间曲线的最大值为年最大负荷Pmax。年最大负荷就是全年中负荷最大的工作班(这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是一年中至少出现过2～3次的工作班的最大负荷)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图3－4年最大负荷和年最大负荷利用小时3．年最大负荷利用小时Tmax年最大负荷利用小时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。如图3－4所示：Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa。即maxmaxmaxmax()()aaWWPTkWhThP或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，它与电能用户的生产运行性质有明显的关系。例如:一班制生产运行，Tmax≈1800～3000h；两班制生产运行，Tmax≈3500～4800h；三班制生产运行，Tmax≈5000～7000h。(二)需用系数需用系数Kd是负荷计算中经常用到的一个重要参数。需用系数定义为年最大负荷与设备容量总和的比值。即maxdNPKP(三)负荷系数负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均值与其最大值的比值，即maxmaxavavPPQQ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。从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量对电力用户不平坦的负荷曲线进行“削峰填谷”，以提高负荷系数。有功负荷系数无功负荷系数第二节用电设备的工作制与设备容量一、用电设备按工作制分类及其工作特征用电设备按其工作制可分为长期连续工作制、短时工作制和反复短时工作制等三类。(1)长期连续工作制这类工作制的设备，在规定的环境温度下长期连续运行达到热平衡状态，设备任何部分产生的温度和温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定；如通风机、水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属长期连续运行工作制的用电设备。(2)短时工作制这类工作制的设备，其运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备来不及发热到稳定温度就开始冷却，其发热足以在停歇时间内冷却到周围介质的温度；如机床上的某些辅助电动机(如进给电动机)，又如控制闸门用的电动机等。这类设备的数量不多。](3)反复短时工作制工作特点：时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。典型负荷：电焊机和吊车、电梯电动机等。特征参数：暂载率又称接电率，定义为一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比，用ε表示，即0100%100%ttTtt式中：T-工作周期；t-工作周期内的工作时间；t0-工作周期内的停歇时间。反复短时工作制设备的额定容量，一般是对应于某一标准暂载率的值：①吊车电动机的ε值有15％、25％、40％及60％四种；②电焊机设备的ε值有50％、65％、75％及100％四种。二、用电设备设备容量的确定一般每台用电设备的铭牌上都标有额定容量，但各用电设备的工作条件不同，有的是长期工作制，有的反复短时工作制。同一设备所规定的额定容量，在不同的暂载率下工作时，其输出功率也是不同的。用电设备组的设备容量就不能简单地直接相加：①先换算成同一工作制下的设备容量，然后才能相加；②对同一工作制而具有不同暂载率的设备，其设备容量也要按规定的暂载率进行统一换算。1.长期工作制和短时工作制用电设备组的设备容量PN等于各用电设备铭牌上规定的额定容量之和。2.反复短时工作制用电设备组的设备容量，应是换算到规定的统一暂载率下的设备容量之和。21/1/NNNIRtCItPItPPP根据等效发热，即的原则：，又知：，因此有：故得统一暂载率换算关系：标准暂载率下设备容量的换算关系(1)电梯及吊车电动机当采用需用系数法、二项式法求计算负荷时，应统一换算到ε=25%时的设备容量，其换算关系为：(2)电焊机及电焊变压器组电焊机及电焊变压器组的设备容量应统一换算到ε=100%时的设备容量，其换算关系为：2NNNNNPPP铭牌额定暂载率为εN时的额定功率cosNNNNNNPPS额定暂载率为εN时的额定功率在SNε时的额定功率因数第三节求计算负荷的方法一、概述1.计算负荷的概念因为,导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(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(即经半小时)后可达到稳定的发热温度。时间很短的尖峰负荷,未等到导体升高到其稳定的最高发热温度之前，这个尖峰电流就已经消失了。只有持续时间在半小时以上的负荷值，才有可能达到导体的最高发热温度。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。所以把根据半小时平均负荷绘制的负荷曲线中的最大值称为计算负荷。本书以Pc、Qc、Ic、Sc等表示计算负荷。显然Pc=P30=Pmax，Qc=Q30=Qmax等有时把计算电流也称为工作电流，即Ic=Iw。2.负荷计算的目的及意义①保证供电系统在正常条件下可靠运行;②合理选择电器和导线电缆的截面;影响计算负荷的因素：①设备的性能；②生产的组织；③生产者的技能。3.计算负荷的方法：①需用系数法②二项式法需用系数法是世界各国都普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便。计算结果基本上符合实际，因此为目前确定工业与民用电能用户电力负荷广泛采用的方法。二项式法在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比需用系数法更为合理，且计算也较简便，主要适用于机械加工车间的电力负荷计算。本书只介绍这两种计算方法。二、按需用系数法确定计算负荷(一)用电设备组的计算负荷通常一个车间会有很多种用电设备，它们的负荷曲线一般不尽相同，在进行负荷计算时，应当根据其类型和工作特点进行分组，每组用电设备总的设备容量PN∑即等于该组所有用电设备的设备容量之和，即NNPP设备的额定容量是设备在额定条件下的最大输出功率。对于一个用电设备组，每台设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷运行。同时，每台设备本身都有功率损耗，配电线路也有功率损耗。综合以上因素，一个用电设备组的计算负荷应按下式求取：LcNavWLKKPP设备组的同时系数设备组的负荷系数设备组的平均效率配电线路的平均效率影响需用系数的因素：①工作性质；②设备台数；③设备效率；④线路损耗；⑤操作人员的技能；⑥生产组织等。需用系数Kd可从有关资料中查取。参见表3－1~表3－4。(一)用电设备组的计算负荷,LddeWLKKKK令：即称作需要系数。22,()tan,(var),(),()3cdNccccccccNPKPkWQPkPSPQkVACOSSIAU因此，可得：用电设备组的平均功率因数角特别指出，对于单台设备，应取Kd=1/η；当只有2～3台设备时，取Kd=1。从而，进一步可得：,()cdNPKPkW表3－1工业用电设备组的需用系数、二项式系数及功率因数表3－2民用建筑照明负荷需用系数序号照明类型需用系数序号照明类型需用系数1商店0.85－0.9514大型体育馆0.652医院0.5－0.615博物馆0.83－0.923学校0.6－0.716展览馆、影剧院0.7－0.84普通旅馆0.7－0.817高层建筑0.4－0.55星级宾馆0.45－0.6518单身宿舍0.6~0.76餐厅、食堂0.9－1.01920户以下住宅建筑0.6~0.77设计室、办公楼0.85－0.952020~50户住宅建筑0.5－0.68实验室、教室0.8－0.92151~100户住宅建筑0.4－0.59多功能厅、会议厅0.5－0.622100户以上住宅建筑0.3－0.410文化场馆0.7123白炽灯安装容量5Kw及以下0.95－1.011车站码头0.7624白炽灯安装容量5Kw以上0.85－0.9512机场0.7525碘钨灯、霓虹灯0.95－1.013普通体育馆0.8626通道照明0.95表3－3常用电光源的功率因数光源类别cosΦ光源类别cosΦ白炽灯、卤钨灯、钨灯1.0高压钠灯0.45荧光灯(无补偿)0.55金属卤化物灯0.40－0.61荧光灯(有补偿)0.90镝灯0.52高压水银灯(50~175w)0.45－0.5氙灯0.9高压水银灯(200~1kW)0.65－0.67霓虹灯0.40－0.50表3－4民用电气设备的需用系数及功率因数例3－1已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW的3台；4kW的8台；3kW的17台；1.5kW的10台。试求其计算负荷。解:此机床组的设备