第2章 工厂电力负荷及其计算

第2章工厂的电力负荷及其计算本章主要内容：电力负荷有关概念用电设备组计算负荷、工厂计算负荷尖峰电流及其计算2第一节工厂的电力负荷与负荷曲线一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求负荷的两种含义：1、用电户2、功率或电流3这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。一级负荷二级负荷三级负荷要求由两个独立电源供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源供电。这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。二级负荷应由两回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。根据用户对供电可靠性要求和中断供电造成的损失或影响4二、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）连续工作制（长期工作制）（2）短时工作制（短暂工作制）（3）断续周期工作制（重复短暂工作制）5连续工作制（长期工作制）在规定的环境温度下连续运行，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。6短时工作制（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。7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。断续周期工作制的设备，通常用暂载率ε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ε，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tttTt8三、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）。91．负荷曲线的分类按负荷对象分工厂负荷曲线车间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按表示的时间分年负荷曲线月负荷曲线日负荷曲线工作班负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线10112、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，其中北方：冬日200天，夏日165天南方：冬日165天，夏日200天122．年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax年最大负荷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。（2）年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。13下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。14maxmaxPWTa（2-3）式中Wa——负荷全年实际耗用电能。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居民用户Tmax约为1200～2800h。153.平均负荷Pav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Pav=W/t年平均负荷为Pav=Wa/876016负荷系数KL(loadcoefficient)负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，也称为负荷曲线填充系数。即有时也用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，它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。即maxavrLmaxavaLQQKPPKNLPPK17第二节三相用电设备组计算负荷的确定供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。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。18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。19负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。20二、需要系数法确定计算负荷负荷计算的方法有：需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法.需要系数法比较简便因而广泛使用。21需要系数需要系数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22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,见附录表3~5。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。23（一）需要系数法基本公式edPPK30edPKP30tan3030PQcos3030PSNUSI3303024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。解查附录表1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，tgφ=1.73。根据公式（2-10）得：P30=KdPe=0.18×120=21.6kWQ30=P30tgφ=21.6×1.73=37.37kvarS30=P30/cosφ=21.6/0.5=43.2kVA或即计算负荷为21.6kW,计算电流为65.6A。A6.6538.02.433U3SIN303043.2kVA37.3721.6QPS222302303025tgφ功率因数cosφ最大容量设备台数二项式系数需要系数Kd用电设备组名称00001.01.01.01.0————————————0.8～10.5～0.70.6～0.81生产厂房、办公室、实验室照明变配电室、仓库照明生活照明室外照明2.292.682.680.40.350.35—————————0.50.350.4自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器1.331.020.60.7——————0.350.35点焊机、缝焊机对焊机1.332.680.570.60.350.87—————————0.80.80.9高频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）电弧熔炉0.330.3300.950.951.022—0.30.3—0.70.70.70.75～0.80.65～0.750.7自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱1.731.730.50.5330.20.30.060.090.1～0.150.15～0.25锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车0.880.880.750.75550.20.20.40.60.5～0.60.65～0.7非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.750.850.250.650.7～0.8通风机、水泵、空压机1.731.731.331.170.50.50.60.6555550.40.50.40.50.140.140.240.260.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.35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ba各用电设备组的需要系数Kd及功率因数26（二）用电设备额定容量的计算在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，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“设备额定容量”，用Pe表示。27（1）一般连续工作制和短时工作制的设备组容量NiPPe（2）断续周期工作制的设备容量①电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等于100%时，应进行换算，公式为:NNNNNeSPPcos28②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ε=25%时的额定功率（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为:nNNNePPP2%25（3）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Ｎ29（4）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）。30在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数KΣ，按功率性质分为KΣp和KΣq该系数取值为:对干线车间KΣp取0.85-0.95，KΣq取0.90-0.97；应用范围KΣ确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间热加工车间动力站0.7~0.80.7~0.90.8~1.0确定配电所母线的最大负荷负荷小于5000kW计算负荷小于5000~10000kW计算负荷大于10000kW0.9~1.00.850.8（三）多组用电设备计算负荷确定对低压母线：如果用设备组计算负荷直接相加KΣp取0.80-0.90，KΣq取0.85-0.95；如果用干线计算负荷直接相加取KΣp0.90-0.95，KΣq取0.93-0.97。有时，为方便计算，在保证工程要求的前提下，KΣp和KΣq取一样的值，即KΣ，可按下表取值：31（5）不对称单相负荷的设备容量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不超过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