第二章 负荷计算(2007年用)..

2020/2/181第二章负荷计算学会计算或估算电力负荷是正确选择供配电系统种导线、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。本章的内容是分析供配电系统和进行供电设计计算的基础。2020/2/182第二章负荷计算••第一节负荷曲线••第二节用电设备的设备容量••第三节负荷计算的方法••第四节功率损耗和电能损耗••第五节全厂负荷计算••第六节尖峰电流的计算••第七节功率因数及无功功率补偿2020/2/1832.1负荷曲线•负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形，反映了用户用电的特点和规律。•2.1.1日负荷曲线•日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0~24h）的变化情况。•绘制方法：•1.以某个监测点为参考点，在24小时中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成的折线形状，称为折线形负荷曲线。2020/2/1842.1负荷曲线•2.通过接在供电线路上的电度表，每隔一定时间间隔（半小时）将读数记录下来，求出半小时的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的阶梯型负荷曲线。2020/2/1852.1负荷曲线•特点：•1.电力负荷是变化的；•2.不等于额定功率；•3.电力负荷的变化是有规律的。•日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。2020/2/1862.1负荷曲线•2.1.2年负荷曲线•年负荷曲线反映负荷全年（8760小时）的变化情况。•年负荷曲线分为：•年运行负荷曲线：根据全年日负荷曲线间接制成。•年持续负荷曲线：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。2020/2/1872.1负荷曲线•根据典型夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线，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2020/2/1882.1负荷曲线•2.1.3负荷曲线的有关物理量•1.年最大负荷和年最大负荷利用小时•（１）年最大负荷Ｐmax•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。2020/2/1892.1负荷曲线•（２）年最大负荷利用小时Ｔmax•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Wa表示全年实际消耗的电能，则有：2020/2/18102.1负荷曲线一班制工厂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。Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。Tmax越大，则负荷越平稳。2020/2/18112.1负荷曲线•2.平均负荷和负荷系数•(1)平均负荷Pav•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。如在t这段时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为2020/2/18122.1负荷曲线•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：•阴影部分表示全年实际消耗•的电能Wa，年平均负荷Pav•的横线与两坐标轴所包围的•矩形面积恰好与之相等。••2020/2/18132.1负荷曲线•(2)负荷系数KL•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KaL和无功负荷系数KrL，即•负荷系数又称负荷率或负荷填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，负荷系数越接近1，负荷越平坦。2020/2/18142.1负荷曲线•有时也用α表示有功负荷系数，用β表示无功负荷系数。一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82•对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，即•它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。2020/2/18152.2用电设备的设备容量•“电力负荷”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。2020/2/18162.2用电设备的设备容量•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。2020/2/18172.2用电设备的设备容量•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2020/2/18182.2用电设备的设备容量2．电焊和电镀设备•电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的同期性，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。2020/2/18192.2用电设备的设备容量•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。2020/2/18202.2用电设备的设备容量•3．电热设备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。2020/2/18212.2用电设备的设备容量•4．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。白炽灯2020/2/18222.2用电设备的设备容量•卤钨灯•1-石英玻璃泡2-金属支架•3-灯丝4-散热罩5-电极2020/2/18232.2用电设备的设备容量•高压汞灯2020/2/18242.2用电设备的设备容量•高压钠灯•它利用高压的钠蒸气放电发光1-主电极2-陶瓷放电管理3-外玻壳4-消气剂5-灯头2020/2/18252.2用电设备的设备容量金属卤化物灯在高压汞灯内添加某些金属卤化物，靠金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供相应的金属蒸气，金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线。1-主电极2-放电管3-保温罩4-石英玻管5-消气剂6-触发极7-限流电阻2020/2/1826•2.2.1设备容量的定义•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。•2.2.2设备容量的确定•1.长期工作制和短时工作制的用电设备•其设备容量为该设备的铭牌额定功率，即•Pe=PN（2–6）•2.2用电设备的设备容量2020/2/1827•2.反复短时工作制的用电设备•其设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：2.2用电设备的设备容量2020/2/1828•（1）电焊机和电焊机组•要求统一换算到ε=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；εN为额定负荷持续率（计算中用小数）；ε100％为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）；cosφN为额定功率因数。2.2用电设备的设备容量2020/2/1829•（2）起重机（吊车电动机）•要求统一换算到ε=25%时的额定功率，即•式中，PN为额定有功功率；εN为额定负荷持续率（用小数计算）；ε25%为其值为25%的负荷持续率（用0.25计算）。2.2用电设备的设备容量2020/2/1830•3.电炉变压器组•指在额定视在功率下的有功功率，即•Pe=SNcosφN（2–9）•式中，SN是电炉变压器的额定容量；cosφN是电炉变压器的额定功率因数。•4.照明设备（1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）的设备容量是指灯头的额定功率，即•Pe=PN（2–10）2.2用电设备的设备容量2020/2/1831•（2）用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压水银灯）的设备容量要包括镇流器中的功率损失：•荧光灯：•Pe=1.2PN（2–11）•高压水银灯、金属卤化物灯：•Pe=1.1PN（2–12）•（3）照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：•Pe=ωS/1000（2–13）式中，ω是建筑物单位面积的照明容量（W/m2）；S为建筑物的面积（m2）。2.2用电设备的设备容量2020/2/1832•为了使供配电系统正常条件下可靠地运行，必须正确选择电力变压器、开关设备以及导线、电缆等，这就需要对电力负荷进行计算。•计算负荷：是指导体中通过一个等效负荷时，导体中的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。•发热时间常数：导体中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。2.3负荷计算的方法2020/2/1833•计算负荷Pc实际上与30min最大负荷（年最大负荷）基本是相当的。因此，有：•Pc=Pmax=P30(有功功率)•Qc=Qmax=Q30(无功功率)•Sc=Smax=S30(视在功率)•Ic=Imax=I30(电流)2.3负荷计算的方法2020/2/1834工程上依据不同的计算目的，总结出了估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算等负荷计算方法。•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。2.3.1计算负荷的估算法2020/2/1835•1.单位产品耗电量法•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。2.3.1计算负荷的估算法2020/2/1836•2.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：•Pav=ρ·S(2–16)•车间计算负荷为:•KaL是有功负荷系数将式中的车间密度指标和车间面积改为全厂的密度指标和全厂的面积，就可以计算出整个企业的用电负荷。aLavCKPP2.3.1计算负荷的估算法2020/2/1837•在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所有用电设备的设备容量并不等于其计算负荷，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，Kd即为需要系数；PC为计算负荷；Pe为设备容量。2.3.2需要系数法2020/2/18382.3.2需要系数法•形成Kd系数的原因：•用电设备的设备容量是指输出容量，它与输入容量之间有一个平均效率ηN；用电设备不一定都满负荷运行，因此引入负荷系数KL；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入一个线路平均效率ηWL；所有用电设备不一定同时运行，故引入一个同时系数K∑。通过查表A-1确定Kd。2020/2/18392.3.2需要系数法•1.单组用电设备组的计算负荷•式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量；tgφ为设备功率因数角的正切值。2020/2/18402.3.2需要系数法•例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。•解:查A-1表(P334)中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得Kd=0.16~0.2（取0.18计算），cosφ=0.5，tanφ=1.73。Pc=KdPe=0.18×120=21.6kW•Qc=Pctanφ=21.6×1.73=37.37kvar•Sc=Pc/cosφ=21.6/0.5=43.2kVA2020/2/18412.3.2需要系数法•2.多组用电设备组的计算负荷•因为各用电设备组的最大负荷不一定同时出现，需要计入各用电设备组的同时系数。•式中，n为用电设备组的组数，K∑p、K∑q分别为有功、无功同时系数，Pci，Qci为各用电设备组的计算负荷。2020/2/18422.3.2需要系数法•例2-2一机修车