第二章 负荷计算与无功功率补偿(2版)

EXIT1第2章工厂的电力负荷及其计算讲解内容：第一节工厂电力负荷与负荷曲线第二节三相用电设备组计算负荷的确定第三节单相用电设备组计算负荷的确定第四节工厂的计算负荷及年耗电量的计算第五节尖峰电流及其计算学习说明：重点掌握：1.电力负荷的分级及对供电电源的要求以及与电力负荷计算有关的概念；2.重点掌握三相用电设备组计算负荷；3.工厂无功功率的补偿;4.工厂的计算负荷及年耗电量的确定。EXIT2第一节工厂的电力负荷与负荷曲线一、电力负荷的分级及对供电电源的要求1、电力负荷定义电力负荷定义1：电力负荷指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流的大小。电力负荷定义2：电力负荷指用电设备或用电单位。EXIT32、电力负荷的分级1）一级负荷：中断供电将造成人身伤亡者；或政治、经济上将造成重大损失的,称为一级负荷。特别重要的负荷:是指在中断供电时将发生中毒、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。2）二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。3）三级负荷：为一般的电力负荷。EXIT41．一级负荷对供电电源的要求：要求应由两个独立的电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。对一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。2．二级负荷对供电电源的要求：要求两回路供电，供电变压器也应有两台。要求做到当其中一回路或一台电力变压器发生故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。3.三级负荷对供电电源的要求：对供电电源无特殊要求。二、各级电力负荷对供电电源的要求两回路可以来自不同变电所，也可以由同一变电所的不同母线供给电源。EXIT5三、用电设备工作制1、连续工作制S1该类设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡。EXIT60100%ttt工作时间停歇时间2.短时工作制S2该类设备在恒定负荷下运行的时间短，而停歇时间相当长的用电设备。3.断续周期工作制S3指有规律性的，时而工作、时而停歇,反复运行的用电设备。一般工作周期不超过10分钟。表征其工作特性的物理量:负荷持续率EXIT7断续周期工作制的设备当实际的负荷持续率不等于额定负荷持续率时,即:也就是说设备的实际输出功率NettNNePPNNePP设备的实际输出功率EXIT8四、负荷曲线1、负荷曲线的定义表征电力负荷随时间变动情况的图形。可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。2、负荷曲线的类型按负荷对象分：工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷的功率性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线。按所表示负荷变动的时间分，年的、月的、日的和工作班负荷曲线。按绘制的方式分：依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线。EXIT93、负荷曲线的绘制1)工作班有功负荷曲线的绘制绘制负荷曲线采用的时间间隔△t为30min。确定计算负荷的有关系数，一般是依据用电设备组最大负荷工作班的负荷曲线。一班工作制工厂日有功负荷曲线EXIT102)年负荷曲线的绘制北方冬季:200天夏季:165天南方冬季:165天夏季:200天EXIT1108760年负荷曲线PmPt/hTmax3)依点连接的年负荷曲线的绘制EXIT12年每日最大负荷曲线：按全年每日最大半小时平均负荷来绘制的。4)年每日最大负荷曲线的绘制用途:确定多台变压器的变电所在不同时期变压器投入运行的台数。EXIT13从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即Pmax＝P301、年最大负荷Pmax全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时平均功率。五、与负荷计算有关的物理量就是我们所要估算的工厂的电力负荷的大小,就用这个负荷来选择工厂电力变压器的容量、导线电缆的截面积等。这个负荷就是我要求的,就用他来选择供电系统中电器原件的型号,我们把这个负荷成为计算负荷.为什么用他来选择供电系统中的电器元件,导线的截面积就可以那?EXIT14年最大负荷利用小时数Tmax是假设电力负荷按年最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能恰与电力负荷全年实际耗用的电能相同。2.年最大负荷利用小时Tmax08760年负荷曲线PmPt/hTmaxmaxmaxPWTaWa：为全年消耗的电能量。一班制Tmax=1800~3000h二班制Tmax=3500~4800h三班制Tmax=5000~7000hEXIT15年平均负荷Pav——电力负荷在全年时间内平均消耗的功率，即aav8760WP全年时间内耗用的电能3.平均负荷电力负荷在一定时间T内平均消耗的功率，即EXIT16负荷系数：亦称负荷曲线填充系数或负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即4.负荷系数对用电设备来说，就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即EXIT17第二节三相用电设备组计算负荷的确定1.计算负荷的定义计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。通常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。2.求计算负荷的目的（1）求计算负荷，是选择确定变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。EXIT183.负荷计算的内容*有功计算负荷P30*无功计算负荷Q30*视在计算负荷S30*计算电流I304.求计算负荷的方法*需要系数法*二项式系数法EXIT19第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、需要系数法1.单组用电设备的计算负荷定义：是用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30，如图所示。K∑：为设备组的同时系数；KL；设备组的负荷系数e：为设备组的平均效率WL：为供电线路的平均效率eWLeLPKKP30适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷。EXIT20第二节三相用电设备组计算负荷的确定1.单组用电设备的计算负荷令Kd:需要系数按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式有功计算负荷（kW）:无功计算负荷（kvar）:视在计算负荷（kVA）:计算电流（A）:WLeLdKKKEXIT21基本公式中各物理量:Kd:需要系数Kd值的相关因素：用电设备组的工作性质；用电设备组的设备台数；设备效率；电源线路损耗。因此Kd值只能靠实测统计确定。EXIT222.断续周期工作制的设备容量P与其负荷持续率ε密切相关，对供电系统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得其关系式：设备容量Pe的计算设备容量Pe，取所有设备（不含备用设备）的铭牌额定容量PN之和。即1.连续工作制和短时工作制的用电设备组NePP2.断续周期工作制的用电设备组应按等效发热原理统一换算到规定的负荷持续率下功率，换算公式为：NNePP规定负荷持续率25％或100％铭牌负荷持续率铭牌容量等效容量EXIT23（1）电焊机组要求设备容量统一换算到下,则100%NeNNNNN100cosPPPS（2）吊车电动机组当采用需要系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下,则25%NeNNN252PPPEXIT24解：此机床组电动机的总容量为例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用需要系数法确定其计算负荷P30、Q30、S30和I30。查附录表1“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得P30=KdPe＝0.2×146kW=29.2kWkWkwkwkwkwPPNie14665.112465.7222EXIT25求多组三相用电设备的计算负荷的基本公式:注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以K∑来计算。2.多组三相用电设备的计算负荷EXIT2697.0~90.0qK的取值范围的确定：（1）求车间干线上的计算负荷（2）求低压母线上的计算负荷①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时②由车间干线计算负荷直接相加来计算时95.0~85.0qK95.0~85.0PKPKPKqKEXIT27例2-2某380V线路上，接有水泵电动机（15kW以下）30台共205kW，另有通风机25台共45kW，电焊机3台共10.5kW（ε=65%）。试确定线路上总的计算负荷。解先求各组用电设备的计算负荷Q30.1＝P30.1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵电动机组查附录表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此2.通风机组查附录表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此P30.2=0.8×45kW=36kWQ30.2=36kW×0.75=27kvarP30.1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kWEXIT283.电焊机组查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。P30.3=0.35×8.46kW=2.96kWP30＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQ30＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar总计算负荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）为S30==246.26kVAI30=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2A22192.81153.203Q30.3=2.96kW×2.68=7.94kvar65%100%在ε＝100%下的设备容量：Pe=10.5=8.46kW。EXIT291.单组用电设备计算负荷的确定（1）二相式法基本公式二、按二相式法确定三相用电设备组的计算负荷ePxP式中：ｂ、ｃ为二项式系数,查附录表1：用电设备组的设备容量xecPbPP30：x台大容量的设备总容量（2）二相式法的适用范围求设备台数较少，容量差别较大的低压分支干线的计算负荷。基本负荷附加负荷又一次课EXIT302nxePP30（3）大容量设备台数x的确定①如果用电设备组的总台数n≥2x,x为附录表1中的最大容量设备台数。则公式中的x取值为附录表1中的值。②如果用电设备组的总台数n2x,x为附录表1中的最大容量设备台数。则公式中的x取值为：③如果用电设备组总台数n≤２，则单台电动机:ePP30X四舍五入取整EXIT3114.0b4.0c5x例2-3已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5KW的3台,4KW的8台,3KW的17台,1.5KW的10台。试用二项系数法求计算负荷。解：查附录表1得73.1tan5.0cos设备总容量为：kwPe5.120105.1317485.73X台最大容量的设备容量为：kwkwkwPPx5.302435.75EXIT32kwcPbPPxe1.295.304.05.12014.030var3.5073.11.29tan3030kkWPQAkVkWPS2.585.01.29cos3030利用二项式公式:AkVAkVUSIN4.8838.032.5833030EXIT33max30xiecPbPPmaxmax30tantanxiecPbPQebP2.多组用电设备计算负荷的确定（1）基本公式：各组的平均负荷maxxcP：其中一组最大的附加负荷maxxcPmaxtan：最大附加负荷的设备组的平均功率因数角的正切值EXIT3414.0b4.0c5x例2-4某机修车间380V的线路上，接有金属切削机床电动机20台，共50KW，其中较大容量电动机有7.5KW1台、4KW的3台、2.2KW的7台。通风机2台共3KW，电阻炉1台2KW。试用二项式法确定此线路上的计算负