工厂电力负荷计算

工厂电力负荷计算工厂常用用电设备简介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。2．电焊设备特点：（1）工作方式呈同期性，工作和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数低。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。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。高压钠灯高压钠灯高压汞灯卤钨灯金属卤化物灯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小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类电力负荷及其类别电力负荷：（1）指用电设备或电能用户；（2）指其消耗的（有功、无功、视在）电功率或电流。（一）电力负荷的分类国标规定：电力负荷按照对供电可靠性要求和意外断电时的损失或影响大小，分为3类（级）：（1）一类（级）负荷①断电将造成人身伤亡。②断电将造成重大政治、经济损失。③断电将造成重大政治影响，或公共场所秩序严重混乱。（2）二类（级）负荷①断电将造成较大政治、经济损失。②断电将造成较大政治影响，或公共场所秩序混乱。（3）三类（级）负荷不属于一、二类负荷者。不会造成直接损失或损失不大。电力负荷及其类别（二）各类电力负荷对供电电源的要求（1）一类（级）负荷①应有两个独立电源供电。两彼此独立的电源应不会同时发生故障。②对其中特别重要的负荷，还应增设专用的应急电源。常用应急电源有：1）独立于正常电源的自备发电装置；2）不间断电源（UPS)；3）干电池或蓄电池。（2）二类（级）负荷①应有互为备用的两条回路供电（两变压器未必在同一变电所）。使不致断电或能迅速恢复供电。②采用两回路有困难或负荷较小时，可由一回6kV及以上的专用架空线路供电。（3）三类（级）负荷对供电电源无特殊要求。一般由一条回路供电。负荷曲线（一）含义负荷曲线——描述电力负荷随时间变化规律的曲线。（二）表示方法：一般绘制在直角坐标系中，纵坐标为负荷功率值，横坐标为对应的时间（如P26，图2-3~2-6）。（三）分类：（1）按负荷功率性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线（图2-3）。（2）按取用时间区间分：日负荷曲线和年负荷曲线。①日负荷曲线：表示一昼夜24小时内负荷变化的情况（图2-3、2-4）；②年负荷曲线：表示一年中负荷变化的情况（图2-5、图2-6）。（3）按负荷范围分：全厂负荷曲线和车间负荷曲线。（四）绘制负荷曲线的意义：（1）可直观了解负荷变动情况。通过综合分析，可更深入地掌握负荷变动规律，从中获得对设计和运行有用的资料（如需要系数的确定等)。（2）通过分析比较，可发现同类型工厂、车间或用电设备组具有大致相似形状的负荷曲线。新建工程电气设计时，可借鉴同类用户的负荷曲线。（五）负荷曲线分析1.日负荷曲线（1）绘制：可通过测量运行中用电设备的负荷值绘制。有功日负荷曲线根据有功功率表每隔半小时的读数绘成。（2）分类：图2-3所示为逐点描绘的日负荷曲线。表示工厂一天24h内有功（P)和无功（Q)负荷的变化情况。图2-4所示为阶梯形的有功日负荷曲线。横坐标按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”Pmax。负荷曲线与坐标轴包围的面积代表日耗电量。（五）负荷曲线分析（1）年最大负荷曲线：如图2-5所示。①定义：按全年每日最大负荷(通常取每日最大负荷半小时平均值)绘制。②作用：对拥有多台电力变压器的用户变电所，进行经济运行分析。附图年每日最大负荷曲线能看出吗？两图所示的年最大负荷的变化规律是截然不同的。2.年负荷曲线：分两种曲线。（五）负荷曲线分析2.年负荷曲线：分两种曲线。（2）年持续负荷曲线1）定义：不分日月界限，以有功功率大小（kW)为纵坐标，以各自相应持续时间（h)为横坐标绘出。它表明一年内各种不同大小负荷所持续的时间。如图2-6所示。年持续负荷曲线与直角坐标轴所包围的面积，表示企业一年内消耗的有功电能。2.年负荷曲线：分两种曲线。（2）年持续负荷曲线：2）绘制方法：借助一年中典型的夏、冬日负荷曲线绘制。我国北方：可近似认为夏日152天，冬日213天；我国南方：则近似认为夏日200天，冬日165天。a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年持续负荷曲线附图年负荷持续时间曲线的绘制举例：南方某厂年持续负荷曲线绘制（如附图）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。一、几个与负荷计算有关的物理量(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24)1.年最大负荷Pmax（Qmax、Smax及Imax）定义：指全年中负荷最大的工作班内(该工作班最大负荷在一年中至少出现过2～3次，即非偶然）消耗电能最大的半小时平均功率。又称为半小时最大负荷P30。即附图年最大负荷和年最大负荷利用小时2.2确定计算负荷的方法2.2.1概述(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24)2.年最大负荷利用小时Tmax（又称年最大负荷使用时间）定义：是一个假想时间。即在该时间内，按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，刚好等于电力负荷全年实际消耗的电能Wa。maxmaxmaxmax()()aaWWPTkWhThP或年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的重要参数，与电能用户的生产运行性质密切相关。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。如图2-6所示：将Pmax延伸到与Tmax交于C，与两坐标轴一起包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴包围的面积。即统计资料表明：各类型工厂年最大负荷利用小时如表2-1（P25，略）。8760()/8760()aavavaWPkWhPWkW或(2-3)1．年平均负荷Pav（Qav、Sav及Iav）平均负荷：是指电力负荷在时间t内平均消耗的功率。即Pav=Wt/t(kW）(2-2)(二)年平均负荷和负荷系数年平均负荷Pav：指电力负荷在全年内平均消耗的功率。即maxmaxavavPPQQ对负荷曲线而言：它表征负荷曲线不平坦，即负荷起伏变动的程度。对供（用）电设备而言：负荷系数越高，越趋近于1，越利于充分发挥供（用）电设备能力，且效率较高。对整个电力系统而言：若对负荷曲线“削峰填谷”，可以减小负荷不均衡性，减小年最大负荷，从而提高负荷系数。有功负荷系数无功负荷系数(二)年平均负荷和负荷系数2.负荷系数（负荷率，负荷曲线填充系数）负荷系数：用电负荷平均值Pav与其最大值Pmax的比值，即NPP对于用电设备：（三）计算负荷3.表示法：？⊙Pc=P30=Pmax！！根据：因为对中小截面导体，发热时间常数τ约10min左右。实验表明，导体达到稳定温升的时间约(3～4)τ，即近似为（30~40）min。为计算方便起见，统一规定：采用负荷曲线上最大0.5h(即30min)平均负荷P30（Q30、S30）表示有功（无功、视在）计算负荷。即Pc=P30=PmaxQc=Q30=QmaxSc=S30=Smax计算电流Ic：即Ic=I30=Imax，也称工作电流Iw。1.计算负荷：是按发热条件与实际负荷等效，可用于选择导体和电气设备的假想负荷。2.物理意义：导体持续流过计算负荷时所产生的恒定温升等于流过实际变动负荷所产生的最高温升。#可以说：计算负荷是与实际负荷发热条件等效的假想负荷。二、确定计算负荷的目的意义①合理选择电器（变压器、开关电器）和导线、电缆截面。②为进行无功补偿，提高功率因数提供依据。③保证供电系统在正常条件下可靠运行（不超载）。三、确定计算负荷的常用方法：①需要系数法：是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法。方法最简便，计算结果基本符合实际。广泛用于工业与民用电能用户，尤其适用于配、变电所的负荷计算。对于设备台数较少，容量差别悬殊的分支干线，计算结果往往偏小。②二项式法：用于确定设备台数较少且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比需要系数法合理，也比较简便。但其计算系数b、c和x的数值缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据（参见附录1），故其应用受到一定限制。主要用于机械加工车间的电力负荷计算。两方法共同点：均是在已知用电设备容量基础上，乘以相应系数（需要系数kd或二项式系数b、c）得到计算负荷。用电设备的工作制与设备容量一、用电设备的工作制分类及其工作特征(1)长期连续工作制工作特征：在规定的环境温度和恒定负荷下长期连续运行达到热平衡状态，设备各部分温度和温升均不超过最高允许值。典型负荷：如通风机、水泵、空压机、皮带输送机、破碎机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，和电炉、电解设备、照明灯具等(2)短时运行工作制工作特征：负荷恒定，运行时间短（来不及达到稳定温度），停歇时间长（足以在停歇时间内冷却到周围介质温度）。典型负荷：如控制闸门的电动机，机床上的某些辅助电动机(如进给电动机)等。(3)断续周期工作制工作特征：时而工作，时而停歇，反复运行，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：如电焊机和吊车、电梯电动机等。特征参数：暂载率（又称负荷持续率）。定义：一个工作周期内，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。提示：断续周期工作制设备的额定容量，是对应于某一标准暂载率的。（1）吊车电动机的值有：15％、25％、40％及60％四种；（2）电焊机设备的值有：50％、65％、75％及100％四种。NNN二、用电设备的容量Pe计算用电设备铭牌上均标有额定容量PN(或SN)。因存在工作制和暂载率差异，在进行负荷计算时，须按工作制分组。对断续周期工作制设备，须将设备的额定容量换算成规定的统一暂载率下的设备容量。1.长期连续工作制和短时运行工作制设备组：设备组容量Pe等于各设备的铭牌额定功率之和。即Pe=∑PN(2-7)或Pe=SNcosφN(2-11)2.断续周期工作制设备组：设备组容量Pe为换算到规定的统一暂载率ε下的设备容量之和。换算原理NNcPPPtIPICRtIQ系为：故得统一暂载率换算关因此有：又知：，显然：的原则：根据等效发热，即1,12(1)电梯及吊车电动机组：应统一换算到ε=25%时的有功功率，换算关系为：NNNNePPP225(2)电焊机及电焊变压器组：应统一换算到ε=100%时的有功功率，换算关系为：(2-8)(2-10)额定暂载率为εN时的额定有功功率NNNNNeSPPcos100对应SNε的额定功率因数额定暂载率为εN时的额定视在功率额定暂载率为εN时的额定有功功率二、用电设备的容量Pe计算3.照明设备的设备容量：（1）白炽灯、碘钨灯：即灯泡上标注的额定功率PN;（2）日光灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的1.2倍；（3）高压汞灯、金属卤化物灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的