第2章 电力负荷计算

1工厂供电主讲人：游国栋天津科技大学2第二章电力负荷计算教学基本内容：负荷曲线，负荷的分类、负荷的设备容量，负荷的计算方法，功率因数和无功功率补偿。重点：负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算方法。难点：负荷曲线，负荷的计算方法。本章主要教学要求：了解负荷曲线的种类和制作，负荷的估算和二项式系数法，掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无功功率补偿计算。3第一节负荷计算目的与负荷分类（重点）第二节负荷曲线与计算负荷（重点）第三节计算负荷的实用计算方法（重点）第四节单相负荷计算（重点）第五节尖峰电流的计算第六节用户负荷计算（设计之用）第七节功率损耗和电能损耗4第一节负荷计算目的与负荷分类（**）一、电力负荷与电量1.电力负荷——用电设备需用的电功率，简称负荷或功率。表示能量变化速率的一个重要物理量。可以分为有功功率、无功功率和视在功率。注意：三个量P、Q和S之间的关系式和单位。2.电量——用电设备所需用的电能数量。（kW.h,kvar.h）二、负荷计算的内容和目的5三、电力负荷的分级及供电要求用户有各种用电设备，它们的工作特征和重要性各不相同，对供电的可靠性和供电的质量要求也不同。因此，应对用电设备或负荷分类，以满足负荷对供电可靠性的要求，保证供电质量，降低供电成本。1.按对供电可靠性要求的负荷分类我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度划分为三级。61）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续性生产过程被打乱而需要长时间恢复等；中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷。在一般负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，称为特别重要的负荷。一级负荷应由两个独立电源供电。所谓独立电源，就是当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。在一级负荷中的特别重要负荷，除上述二个独立电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。应急电源一般有：独立于正常电源的发电机组；干电池；蓄电池；供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。72）二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废，连续性生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等；中断供电系统将影响重要用电单位正常工作的负荷者；中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱者。二级负荷应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台。（两台变压器不一定在同一变电所）。做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。83）三级负荷三级负荷为不属于一级和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。。。9第二节负荷曲线与计算负荷（**）学会计算或估算电力负荷的大小是很重要的，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，反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标上，纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间。负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类设备负荷曲线。102.1.1日负荷曲线日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况，如图2-1。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11A.绘制的方法（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，见图2-1a。（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，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线，如图2-1b。B.特点（1）电力负荷是变化的，不等于额定功率。（2）电力负荷的变化是有规律的。122.1.2年负荷曲线年负荷曲线反映负荷全年（8760h）变动情况。如图2-2所示。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制a)夏季日负荷曲线b)冬季日负荷曲线c)年持续负荷曲线131年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。2.年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；3.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。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图2-2所示。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而定。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。图2-2是南方某用户的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。。142.1.3负荷曲线的有关物理量分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。从负荷曲线上可求得以下一些参数:151.年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax\Qmax\Smax年最大负荷是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2~3次）30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷P30。（2）年最大负荷利用小时Tmax年最大负荷利用小时是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WP表示全年实际消耗的电能，则有：Tmax=WP/Pmax。16Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，则负荷越平稳。如果年最大负荷利用小时为8760h，说明负荷常年不变（实际不太可能）。Tmax与用户的性质和生产班制有关，例如一班制工厂，Tmax约为1800～3000h，两班制工厂，Tmax约为3500～4800h,三班制工厂，Tmax约为5000～7000h，居民用户Tmax约为1200～2800h。图2-3年最大负荷和年最大负荷利用小时172.平均负荷和负荷系数(1)平均负荷Ppj\Qpj\Spj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。PPj=WP/t年平均负荷PPj如图2-4所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能WP。(2)负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有功负荷系数α和无功负荷系数β，α=PPj/Pmaxβ=QPj/Qmax一般α=0.7~0.75，β=0.76~0.8218图2-3年平均负荷193.需用系数和利用系数（KX，KL）KX=Pmax/PnKL=PPj/Pn4.尖峰负荷和低谷负荷202.1.4计算负荷定义PjS=P30=PmaxQjS=Q30=QmaxSjS=S30=Smax讲述例题2-1、2-221第三节计算负荷的实用计算方法（**）常用的计算方法：需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法等。实际工程配电设计中，常采用需用系数法。用于大型车间变电所的施工。二项式法考虑了用电设备数量和大容量设备对计算负荷的影响，因而一般用于低压配电线路、机械加工业的施工设计。223.1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PS来表示。23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PS=Pn2.反复短时但连续工作制的用电设备PS=Pn3.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荷持续率下的功率。24（1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到JC=100%时的功率，即：式中，Pn为电焊机额定有功功率；Sn为额定视在功率；JCn为暂载率；cosφn为额定功率因数。（2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到JC=25%时的功率，即：式中，Pn为额定有功功率；JCn为暂载率。)(cos100kWnnnnnSSJCJCJCPP)(225kWJCPJCJCPPnnnnS253.2负荷计算的方法一、利用KX确定计算负荷在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即式中，Kx即为需要系数；Pjs为计算负荷；Ps为设备容量。)(kWPKPSXjS26注意:理解需用系数的计算公式和物理意义（P20）。实际上，需要系数还与操作人员的技能及生产等多种因素有关，附录表1中列出了各种用电设备的需要系数值，供计算参考。一般设备台数多时取较小值，台数少时取较大值。若进行计算的负荷有多种，则可将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。271.一个用电设备组的计算负荷公式：讲述例题2-5、2-6。)(kWPKPSXjSvar)(tankPQjSjS)(22kVAQPSjSjSjS))(3(AUSInjSjS282.多个用电设备组的计算负荷在配电干线或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此常采用以下计算方法（计入一个同时系数）。K29))((1kWXiPKKPSimijSvar))(tan(1kPKKQSiiXimijS)(22kVAQPSjSjSjS))(3(AUSInjSjS讲述：例2-7公式：30需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；各类锻造设备应属热加工机床；起重机、行车或电葫芦都属吊车等。用需要系数法来求计算负荷，其特点是简单方便，计算结果较符合实际，而且长期使用已积累了各种设备的需要系数，因此是世界各国均普遍采用的基本方法。但是，把需要系数看作与一组设备中设备的多少及容量是否相差悬殊等都无关的固定值，这就考虑不全面。实际上只有当设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备时，表中的需要系数的值才较符合实际。所以，需要系数法普遍应用于求用户、全厂和大型车间变电所的计算负荷。31二、利用二项式法确定计算负荷用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的平均负荷，又考虑几台最大用电设备引起的附加负荷，计算公式为：)(kWcPbPPxSjSvar)(tankPQjSjS)(22kVAQPSjSjSjS))(3(AUSInjSjS321.一组用电设备组的计算负荷式中，——该用电设备组的设备功率总和；——该设备组中，x台大容量用电设备的设备功率之和；x——为该组取用大容量用电设备的台数；——额定电压（kV）；b、c——为二项式系数。讲述例题2-8。PSPxUn332.多组用电设备组的计算负荷同样要考虑用电设备各组的最大负荷不同时出现的因素，因此在确定