第二章工厂的电力负荷及其计算

第2章第1页2020年2月15日第二章工厂的电力负荷及其计算主要内容内容提要：本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制，重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法——需要系数法和二项式系数法。接着讲述了无功补偿的措施。另外还简要介绍了对供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法以及城市电网用电负荷预测的常用方法。2.1工厂的电力负荷和负荷曲线2.1.1工厂常用的用电设备2.1.2工厂用电设备的工作制2.1.3负荷曲线“电力负荷”又称电力负载，在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。2.1.1工厂常用用电设备①生产加工机械的拖动设备；②电焊、电镀设备；③电热设备；④照明设备。1.生产机械的拖动设备机床设备起重运输设备功能金属切削金属压力加工功能起吊搬运物料运输客货车床铣床刨床钻床磨床组合机床镗床冲床锯床剪床砂轮机吊车行车输送机电梯自动扶梯生产机械的拖动设备2．电焊和电镀设备电焊设备电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。电镀设备3．电热设备电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。电阻加热炉电弧炉感应炉其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等4．照明设备常用照明设备白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。工厂电力负荷的分级一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的大量产品报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸、火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所不允许中断供电者，为特别重要负荷。5．电力负荷的分级二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、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。三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷着均属于三级负荷。双电源：指两路电源分别来自不同的发电厂；或一路电源来自发电厂，另一路电源来自区域变电站；或两路电源均来自不同的区域变电站。双回路：指两路电源来自同一变电所的不同的母线分段。各级电力负荷对供电电源的要求一级负荷：双电源供电。保证其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时损坏。特别重要的负荷：除两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源：独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专门的馈电线路、蓄电池、干电池等。二级负荷：双回路供电。二级负荷也属于重要负荷，要求有两个回路供电，供电变压器也应有两台，当其中一回路或一台变压器出现故障时，二级负荷不应中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或当地供电困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。如采用电缆则必须采用两根电缆并列供电，每个电缆能承受全部二级负荷。三级负荷对供电电源的要求无特殊要求。6．工厂用电负荷的分级序号车间用电设备负荷级别1金属加工车间价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床一级价格贵，作用大，数量多的数控机床二级2铸造车间冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机三级3热处理车间井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵二级4锻压车间锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机二级5电镀车间大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线二级6模具成型车间隧道窑鼓风机、卷扬机二级7层压制品车间压塑机及供热锅炉二级8线缆车间冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备二级9空压站单台60m3/min以上空压机二级有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵二级离心式压缩机润滑油泵一级表2－1小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类2.1.2工厂用电设备的工作制长期连续工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等%1000tttN（2－1）起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）ε负荷持续率工作时间停歇时间同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的ε下。断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系2121PP率的换算公式为不同负荷持续率下，功212121ttt1tPPPTIRIAIPUIP下，功率的换算公式为所以，不同负荷持续率因此有，在同一周期内＝负荷持续率热量相同时，，在设备电阻不变而发＝热量散失，则过程，即发热不向四周假设工作周期内为绝热，故在相同电压下功率对起重电动机应统一换算到ε=25%，换算公式为：NNNNePPP225（2－2）起重电动机换算后设备容量（换算前）设备铬牌额定功率设备铬牌暂载率对电焊机设备，应统一换算到ε=100%，换算公式为：NNNNeSPPcos（2-3）电焊机设备设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数例2-1某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。%65N5.0cosN%25N解：（1）金属切削机床的设备容量金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：eiePP1kW142585.785.104电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以2台电焊机的设备容量：%100NNNeSPcos22kW1.165.065.0202（2）电焊机的设备容量吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以1台吊车的容量为：%25kW11253NNNePPPkW169111.16142eP（3）吊车的设备容量(4)车间的设备总容量为2.1.3负荷曲线定义负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。按负荷对象分工厂的的负荷曲线车间的的负荷曲线某台设备的负荷曲线按负荷的功率性质分有功负荷曲线无功负荷曲线分类按表示的时间分年的负荷曲线月的负荷曲线日的负荷曲线工作班的负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形的负荷曲线负荷曲线的绘制负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。图3.1日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线图2.2年负荷曲线年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。与负荷曲线有关的参数(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax图2.3年最大负荷和年平均负荷年最大负荷Pmax年负荷持续时间曲线上的最大负荷，它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。maxmaxPWTa（2-4）Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数一班制工厂Tmax=1800～3000h两班制工厂Tmax=3500～4800h三班制工厂Tmax=5000～7000h负荷全年实际耗用电能平均负荷Pav和年平均负荷平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率tWPtav（2-5）年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。8760aavWP（2-6）t时间内耗用的电能有功负荷系数α通常取0.7～0.75无功负荷系数β通常取0.76～0.82maxPPav负荷系数maxQQav2.2负荷计算的方法2.2.1概述2.2.2需要系数法2.2.3二项式法2.2.4单相用电设备的负荷计算2.2.5全厂计算负荷的确定2.2.1概述“计算负荷”是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。PC----负荷的有功计算负荷QC----负荷的无功计算负荷SC---负荷的视在计算负荷IC----负荷的计算电流负荷计算是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。工程上为了取值和表达方便，将最大负荷P30作为计算负荷Pc。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需3—4τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ大于等于10分钟，因此载流导体大约经过30分钟后可达到稳定温升。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(亦既年最大负荷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。之所以用P30代替PC是因为电气上的c已经用来表示电容。所以，我们用P30、Q30、S30、I30来表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。需要系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算方法负荷计算方法表2.2各用电设备组的需要系数Kd及功率因数用电设备组名称需要系数Kd二项式系数最大容量设备台数功率因数ab小批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床小批量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床0.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.350.140.140.240.260.40.50.40.555550.50.50.60.651.731.731.331.17通风机、水泵、空压机0.7～0.80.650.2550.80.75非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.5～0.60.65～0.70.40.60.20.2550.750.750.880.88锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车0.1～0.150.15～0.250.060.090.20.3330.50.51.731.73自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱0.75～0.80.65～0.750.70.70.70.70.30.3—22—0.950.951.00.330.330高频感应电炉（