第2章 负荷计算

第一节负荷曲线负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形。一、日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况。制作：（1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h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是阶梯形负荷曲线。二、年持续负荷曲线年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。年持续负荷曲线的绘制，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。绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线（b）冬季日负荷曲线（c）年负荷持续时间曲线三、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年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值。（2）年最大负荷利用小时Tmax如图2-3所示，阴影为全年实际消耗电能，如果以Wa表示全年实际消耗的电能,则有：图2-3年最大负荷和年最大负荷利用小时图2-4年平均负荷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。年平均负荷Pav,如图2-4所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa，则：（2）负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，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注意：对单个用电设备或用电设备组，有：NLPPK第二节用电设备的设备容量一、设备容量的定义设备的銘牌额定功率PN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来表示。二、设备容量的确定1.长期工作制和短期工作制的用电设备长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即Pe=PN2.反复短时工作制的用电设备反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。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；cosφN为额定功率因数。1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到∈=100%时的功率，即：2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到∈=25%时的功率，即：3）电炉变压器组设备容量是指额定功率下的有功功率，即：Pe=SN*cosφN4）照明设备①不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即：Pe=PN②用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：Pe=1.2PN高压水银灯、金属卤化物灯：Pe=1.1PN③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：1000/SPe式中：是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积。第三节负荷计算的方法一、计算负荷的估算法1、单位产品耗电量法有功计算负荷为：式中，Wa为全年电能，Wa=a·m，m为年产量，a为单位产品的耗电量；Tmax为年最大负荷利用小时数。2、单位面积负荷密度法若已知车间生产面积S和负荷密度指标ρ时，车间平均负荷为:Pav=ρ*S，车间计算负荷为:二、需要系数法Kd所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即1、单组用电设备的计算负荷式中，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。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：查表可得，Kd=0.16~0.2(取0.2计算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根据公式得：PC=KdPe=0.2×120=24(KW)QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)2、多组用电设备的计算负荷式中，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。解:(1)冷加工机床：查附录表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2)通风机：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar例2-2一机修车间的380V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7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。(3)电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0(4)车间计算负荷：三、二项式法(1)单组用电设备的计算负荷式中，b、c为二项式系数；Pe∑是该组用电设备组的设备总容量；Px为x台最大设备的总容量，当用电设备组的设备总台数n＜2x时，则最大容量设备台数取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时，可认为Pc=Pe；tgφ为设备功率因数角的正切值。(2)多组用电设备的计算负荷式中，（bPe∑）i为各用电设备组的平均功率Pe∑是各用电设备组的设备总容量；cPx为每组用电设备组中x台容量较大的设备的附加负荷；（cPx）max为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；tgφmax为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值。例2-3试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷。解:求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx（１）金属切削机床电动机组查附录表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，则(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW（２）通风机组查附录表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，则(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW（３）电阻炉(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cPx)1最大，故总计算负荷为：Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW比较例2-2和例2-3的计算结果可知，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多。可见二项式法更适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx）tgφ1=(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar四、单相负荷计算单相设备应尽可能地均匀分布在三相上，以使三相负荷保持平衡。单相负荷的计算如下：1.三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时，单相设备可按三相负荷平衡计算。2.三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，应把单相设备容量换算为等效三相设备容量，再算出三相等效计算负荷。单相设备组等效三相设备容量的计算如下：（1）单相设备接于相电压时Pe=3Pemφ式中，Pemφ为最大负荷相所接的单相设备容量（2）单相设备接于线电压时①接于同一线电压时②接于不同线电压时设接于三个线电压的设备容量分别为P1、P2、P3，且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，P1＞P2＞P3，则等效三相设备容量为（3）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分别计算各相的设备容量。将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量的换算公式为：PAB、PBC、PCA为接于AB、BC、CA相间的有功设备容量；PeA、PeB、PeC为换算为A、B、C相的有功设备容量；QeA、QeB、QeC为换算为A、B、C相的无功设备容量；pAB-A、qAB-A等为有功和无功换算系数。等效三相设备容量计算出来后，就可以算出等效三相计算负荷：第（1）和第（2）种情况可直接用需要系数法算出等效三相计算负荷；第（3）种情况的等效三相计算负荷取其最大有功负荷相的计算负荷的3倍，即式中，Pcmφ为最大有功负荷相的有功计算负荷；Qcmφ为最大有功负荷相的无功计算负荷。例2-4某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台。电热干燥箱20kW2台接于A相，30kW1台接于B相，10kW3台接于C相；电加热器20kW2台分别接于B相和C相；对焊机14kW（ε=100%）3台接于AB相，20kW（ε=100%）2台接于BC相，46kW（ε=60%）1台接于CA相。试求该线路的计算负荷。解:1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷查附录表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要计算有功计算负荷A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kWB相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kWC相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW2.对焊机的各相计算负荷查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02查表2-4得cosφ=0.7时pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8先将接于CA相的46kW（ε=60%）换算至ε=100%的设备容量，即（1）各相的设备容量为A相PeA=pAB-APAB+pCA-APCA=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvarB相PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvarC相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kWQeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC=0.22×35.63+0.8×20×2=39.84kvar（2）各相的计算负荷为A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kWQcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvarB相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvarC相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kWQcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相总的计算负荷（设同时系数为0.95）A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）=0.95×（0+13.21）=12.55kvarB相PcB=K∑（PcB1+PcB2）=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）=0.95×（0+14.84）=14.10kvarC相PcC=K∑（PcC1+PcC2）=0.95×（35+12.78）=45.39kWQcC=K∑（QcC1+QcC2）=0.95×（0+13.94）=13.24kvar4.总的等效三相计算负荷因为B相的有功计算负荷最大，所以Pcmφ=PcB=46.68kWQcmφ=QcB=14.10