第2章 负荷计算及无功补偿

信息工程与自动化学院.工厂供电.第2章负荷计算及无功补偿工厂供电昆明理工大学·信息工程与自动化学院自动化系李俊丽信息工程与自动化学院.工厂供电.2学会计算或估算电力负荷的大小是很重要的，它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。所谓”电力负荷”,就是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率！信息工程与自动化学院.工厂供电.3主要内容2.1电力负荷2.2负荷计算方法2.3需要系数法计算2.4功率因数与无功补偿2.5功率损耗与电能损耗2.6尖峰电流计算练习题信息工程与自动化学院.工厂供电.42.1电力负荷电力负荷是指用电单位或用电设备所消耗的功率（kw）、容量(KVA)或电流（A）。电力负荷由用电负荷和线路损失负荷组成。信息工程与自动化学院.工厂供电.52.1.1用电设备的工作方式用电设备按其工作方式可分为三种：（1）连续运行工作制（长期工作制）（2）短时运行工作制（短暂工作制）（3）断续周期工作制（重复短暂工作制）求计算负荷时一般不考虑此类设备。信息工程与自动化学院.工厂供电.6连续运行工作制（长期工作制）在规定的环境温度下较长时间连续运行，设备任何部分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，均属连续运行工作制的用电设备。信息工程与自动化学院.工厂供电.7短时运行工作制（短暂工作制）用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。信息工程与自动化学院.工厂供电.8断续周期工作制（重复短暂工作制）用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。信息工程与自动化学院.工厂供电.9断续周期工作制的设备，通常用负荷持续率FC表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为FC，即：式中t，t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。%1000tttTtFC信息工程与自动化学院.工厂供电.102.1.2负荷曲线负荷曲线（loadcurve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。信息工程与自动化学院.工厂供电.111．负荷曲线的分类按负荷的功率性质分：可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；按所表示的负荷变动的时间长度分：可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0-24h）变化情况。制作：每半小时（30min）纪录电度表读数，计算半小时平均功率，作负荷曲线。特点：a.电力负荷是变化的，不等于额定功率；b.电力负荷的变化是有规律的。信息工程与自动化学院.工厂供电.12信息工程与自动化学院.工厂供电.13年负荷曲线根据典型夏日和冬日负荷曲线，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天信息工程与自动化学院.工厂供电.142．最大负荷和最大负荷利用小时数（1）最大负荷Pmax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。信息工程与自动化学院.工厂供电.15（2）年最大负荷利用小时数Tmax它是一个假想时间：电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行Tmax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。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。信息工程与自动化学院.工厂供电.168760caaaPWPWTmaxmax信息工程与自动化学院.工厂供电.173.平均负荷Pav（Page9）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内消耗的电能W除以时间t的值，即tWPav信息工程与自动化学院.工厂供电.18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：Pav=Wa/8760。信息工程与自动化学院.工厂供电.194.负荷系数KL（Page10）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分为有功负荷系数α和无功负荷系数β，即一般工厂α=0.65～0.75，β=0.70～0.82。智能建筑α=0.35～0.80，β=0.40～0.85。maxmaxQQPPavav信息工程与自动化学院.工厂供电.20对于负荷曲线来说，负荷系数亦称为负荷曲线填充系数，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。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数（越趋近于1越好）。信息工程与自动化学院.工厂供电.21计算负荷（calculatedload）是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。计算负荷产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。2.1.3计算负荷信息工程与自动化学院.工厂供电.22通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。信息工程与自动化学院.工厂供电.23规定取“半小时平均负荷”的原因：一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。返回目录信息工程与自动化学院.工厂供电.242.2负荷计算方法负荷计算主要是确定计算负荷，从而为供电电源的选择和供电系统的设计提供依据。负荷计算需要知道电力用户中用电设备的容量、工作性质、设备组的组成等情况。负荷计算的基本方法：•估算法•需要系数法返回目录信息工程与自动化学院.工厂供电.25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。信息工程与自动化学院.工厂供电.261.单位产品耗电量法（Page11）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=a·m有功计算负荷为：式中，Tmax为年最大负荷利用小时数。maxTWPaca信息工程与自动化学院.工厂供电.272.车间生产面积负荷密度法已知车间生产面积S（m2）和负荷密度指标ρ（kW/m2）时，车间平均负荷为：车间计算负荷为：avcaPPSPav信息工程与自动化学院.工厂供电.28在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所有用电设备计算负荷的并不等于其设备容量的简单累加，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即PC=Kd·Pe需要系数法信息工程与自动化学院.工厂供电.29需要系数Kd考虑了以下的主要因素：式中:K——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；ηwl——线路供电效率；η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。wlLdKKK信息工程与自动化学院.工厂供电.30实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质、工艺特点、加工条件、技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定，见表2-3（Page14）。信息工程与自动化学院.工厂供电.31用电设备容量的确定在每台用电设备的铭牌上都标有“额定容量PN”，但由于各用电设备的额定工作方式不同，实际运行情况下用电设备容量不能简单地将铭牌上规定的额定容量直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。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表示。信息工程与自动化学院.工厂供电.32（1）长期工作制设备容量:Pe=PN（2）短时运行工作制设备容量：Pe=0信息工程与自动化学院.工厂供电.33（3）断续周期工作制设备容量①吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量统一换算到FC=25%时的额定功率（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为:②电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到FC＝100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率FCN不等于100%时，应进行换算，公式为:nNNNeFCPFCPP2%25NNNNNeFCSFCPPcos信息工程与自动化学院.工厂供电.34（4）电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ信息工程与自动化学院.工厂供电.35（5）照明设备的设备容量①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（kW）；②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）；③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）；④金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）。信息工程与自动化学院.工厂供电.36（6）不对称单相负荷的设备容量（Page14-15）当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内：单相用电设备的总容量如小于三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑；如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，则应将单相设备设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。信息工程与自动化学院.工厂供电.37•单相设备接于相电压时Pe＝3Pe··max式中Pe——等效三相设备容量(KW)；Pe··max——最大负荷相的单相设备容量(KW)。信息工程与自动化学院.工厂供电.38•单相设备接于线电压时：（1）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；（2）然后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为最大有功负荷相的计算负荷的3倍。},,{3},,{3eCebeAeeCebeAeQQQMAXQPPPMAXP信息工程与自动化学院.工厂供电.39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式中：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。信息工程与自动化学院.工厂供电.40课堂练习1.新建办公楼照明设计采用荧光灯，各相拟采用的灯具额定容量分别为：A相3.6KW，B相4KW，C相5KW。求办公楼照明设备的总计算负荷为多少？若改为A相3.8KW，B相4KW，C相4.8KW，则照明设备的总计算负荷又为多少？（答案）2.有三台单相电焊机分别接于三个线电压，电焊机的设备参数为：S1=80KVA，FC1=50%，cos1=0.5;S2=30KVA，FC2=65