工厂电力负荷及计

工厂电力负荷及计算3.2工厂电力负荷的计算3.2.11.计算负荷的概念根据用电设备的安装容量，采用一定的计算方法得出的负荷，称为计算负荷。计算负荷是一个假想负荷，其热效应和实际负荷产生的热效应相等。如以计算负荷连续运行，根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆其发热温度不会超过允许值。导体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。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min。因此，载流导体大约经30min后可达到稳定温升值，计算负荷也就是半小时最大负荷。分别用P30、Q30、S30和I30表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。计算负荷是分析和设计供电系统的基础，是选择供电系统导线、变压器、开关电器等设备的依据。如计算负荷过大，则将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。因此，正确确定计算负荷意义重大。2.采用需要系数法确定计算负荷时，首先要知道设备的容量Pe。设备容量与设备的工作制有关，设备容量不一定就是设备铭牌上所标定的额定容量。因此，当统计设备的安装容量时，不能将铭牌上的额定功率直接相加，而应按不同的工作性质将用电设备分组，再将不同负荷持续率下的额定功率换算为统一持续率下的功率，这就是设备容量。1）采用长期连续运行工作制的设备工作时间长，连续运行，绝大多数用电设备都属于这一类设备，如风机、泵类、机床、照明等。这类设备的设备容量就是设备铭牌上的额定容量。2）采用短时运行工作制的设备工作时间短，停歇时间长，如船闸电动机、机床中的辅助电动机等，其设备容量按铭牌额定容量计算。3）继续周期工作制也称反复短时工作制，采用这种工作制的设备时而工作，时而停歇，反复运行，如吊车用电动机、电焊机等，其设备容量是将所有设备在不同负载持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下的功率之和。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，换算要求(1)电焊机组要求统一换算到ε=100％，换算后的设备容量为100NN100NNecosSPPNNNNecosSPP（3.2.1）即式中:PN、SN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；ε100为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）；cosφ为铭牌规定的功率因数。（2）吊车电动机组要求统一换算到ε=25％，换算后的设备容量为Ne25Ne2PPPN（3.2.2）式中:PN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率；ε25为其值为25%的负荷持续率（计算中用0.25）。3.2.21.用电设备组是由工艺性质相同、需要系数相近的用电设备合并组成的。用电设备组的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷，其基本公式为ed30PKP（3.2.3）Kd为需要系数，反映用电设备组中投入运行的设备性质、容量、线路损耗、设备效率及操作人员的技能等诸多因素，是一个综合系数。不同用电设备组的Kd值列于表3.2.1中。用电设备组设备台数较少时，Kd值适当取大些，如只有1～2台设备时，取Kd＝1。当只有一台电动机时，P30=PN/η,PN为电动机额定容量，η为电动机的效率。Pe为用电设备组中各设备容量之和（不包括备用设备）。在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。无功计算负荷为tan3030PQ（3.2.4）式中：tanφ为对应于用电设备组cosφ视在计算负荷为cos3030PS（3.2.5）式中：cosφ为用电设备组的平均功率因数。计算电流为N30303USI（3.2.6）式中:UN为用电设备组的额定电压。负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”(kvar)，视在功率为“千伏安”(kVA)，电流为“安”(A)，电压为“千伏”(kV)。2．多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的情况。因此，在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数K∑p、K∑q，则计算负荷为ipPKP,3030iqQKQ,303023023030QPSN30303USI（3.2.7）以上两式中的∑P30,i和∑Q30,i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。对车间干线取K∑p=0.85～0.95，K∑q=0.90～0.97；对车间母线取K∑p=0.90～0.95，K∑q=0.93～0.97。注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。此外，在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按供电设计手册所列的计算系数来计算，而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cosφ值的问题。3.1）从计算低压用电设备的负荷开始，逐级向电源方向计算，只需要在每级配电点乘以同时系数K∑p、K∑q，然后再考虑变压器的功率损失：T3030T3030QQQPPP（3.2.8）式中，为变压器高、低压侧计算负荷；、为变压器有功、无功损耗，按经验估算值为30303030QPQP、、、TPTQ303006.0015.0SQSPTT（3.2.9）最后确定出工厂总计算负荷。2）按不同工厂的需要系数确定全厂计算负荷首先确定全厂总设备容量，再乘以工厂的需要系数Kd，就得到该厂的计算负荷。ed30PKP（3.2.10）其中查有关工厂需要系数的资料。3）按年产量估算工厂计算负荷按年产量估算工厂计算负荷为M30TMWP（3.2.11）式中，M为工厂年产量；W为单位产品耗电量；TM为工厂年最大有功负荷利用小时数，查有关资料。3.2.3工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1．1）瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，亦可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出IUP3cos（3.2.12）式中:P为功率表测出的三相功率读数(kW)；I为电流表测出的线电流读数(A)；U为电压表测出的线电压读数(kV)。瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。2）平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算222p11cosqpqpWWWWW（3.2.13）式中:Wp为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出；Wq为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。3）最大负荷时的功率因数指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数，按下式计算3030cosSP（3.2.14）我国电力规程规定：高压供电的用户功率因数应达到0.90以上，其它电力用户功率因数应为0.85以上；同时还规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置。这里所指的功率因数为最大负荷时的功率因数。2.无功功率补偿达不到规定的工厂功率因数要求时，则需要考虑人工补偿。人工补偿最普遍采用的方法是并联电容器来提高功率因数。要使功率因数由cosφ提高到cosφ′，必须装设的无功补偿装置容量为)tan(tan303030PQQQC（3.2.15）式中，α称为无功补偿率，表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qC来确定电容器的个数，即CCqQn（3.2.16）并联电容器有三相和单相之分。如采用三相电容器组进行补偿，其个数按上述计算值取整数选择，如采用单相电容器进行补偿，其个数应是3的整数倍，以便电容器三相均衡分配。3．无功补偿后的工厂计算负荷工厂(或车间)装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷CQQQ3030（3.2.17）补偿后总的视在计算负荷23030230)(CQQPS（3.2.18）