电力负荷计算

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电力负荷:既可指耗用电能的用电设备或用户，也可指用电设备或用户所耗用的功率或电流，视具体情况而定。第二章工厂的电力负荷及其计算(一)工厂电力负荷的分级:工厂的电力负荷，按GB50052-95规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。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者。在一级负荷中，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：二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，3．三级负荷：三级负荷为一般的电力负荷，重点！1.一级负荷对供电电源的要求一级负荷属重要负荷，应有两个独立电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统中。可作为应急电源的电源有：①独立于正常电源的发电机组；②供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；③蓄电池；④干电池。2.二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属重要负荷但其重要程度次于一级负荷。二级负荷宜由两回线路供电，供电变压器一般也应有两台。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%二级负荷。3.三级负荷对供电电源的要求三级负荷属不重要负荷，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二、工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：连续工作制短时工作制断续周期工作制断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率（又称暂载率）来表征其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，即式中：T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t。为工作周期内的停歇时间。重点！断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率）PN，是对应于某一标准负荷持续率的。则对应于实际运行的负荷持续率ε下的容量WPk5.1525.06.0102PN对应的某一标称负荷持续率εN例:某吊车电动机在ε1=60%时的容量P1=10KW。试求ε2=25%时的容量P2为多少?重点！三、负荷曲线的概念负荷曲线：是表征电力负荷随时间变动情况的图形。负荷曲线按负荷对象分：有工厂（企业）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。按所表示的负荷变动时间分：年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。按绘制方式分：有依点连成的负荷曲线（如图2-la）和绘成梯形的负荷曲线（如图2-lb所示）分析负荷曲线可以了解负荷变化的规律。对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行人员来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。以某个检测点为参考点，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，见图2.1(a)；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成梯形的负荷曲线，如图2.1(b)所示。年负荷曲线：通常是根据典型的冬日和夏日负荷曲线来绘制。这种曲线的负荷从大到小依次排列，反映了全年负荷变动与负荷持续时间的关系，因此称为负荷持续时间曲线，一般简称年负荷曲线。(a)夏日负荷曲线(b)冬日负荷曲线(c)年负荷持续时间曲线图2.2年负荷持续时间曲线的绘制全年按8760h计其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地认为夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地认为夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线(图2.2(c)所示)，其中在年负荷曲线上所占的时间，在年负荷曲线上所占的时间.)`(200111ttT222`165200ttT年负荷曲线的另一种形式，是按全年每日的最大负荷(通常取每日最大负荷的半小时平均值)绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图2.3所示。横坐标依次以全年12个月的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压器的变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。注意：年每日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累积时间绘制的。图2.3年每日最大负荷曲线Pm四、与负荷曲线和负荷计算有关的物理量1、年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年最大负荷Pmax：全年中负荷最大的工作班内(该工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过2次～3次)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年最大负荷利用小时Tmax：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，如图所示。maxmaxPWTa年最大负荷和年最大负荷利用小时它与工厂的生产班制有关。例如一班制工厂，Tmax=1800~2500h;二班制工厂，Tmax=3500~4500h;三班制工厂，Tmax=5000~7000h。Wa----年实际消耗的电能量2、平均负荷和负荷系数（1）平均负荷Pav: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t内消耗的电能Wt除以时间t的值，即08760年负荷曲线Pt/hPmPavaav8760WP全年时间内耗用的电能负荷系数:负荷系数又称负荷率，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，即对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、概述计算负荷:通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。由于导体通过电流达到稳定温升的时间需3～4τ，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(半小时)后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷(亦即年最大负荷Pmax)是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。有功计算负荷为P30，无功计算负荷Q30、视在计算负荷S30和计算电流I30重点！计算负荷是供电设计计算的基本依据。实际上，负荷也不可能一成不变的，他与设备的性能、生产组织以及能源供应状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。如果计算负荷确定得过大，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；如果计算负荷确定得过小，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燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的基本方法，二项式法应用的局限性较大，但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。二、按需要系数法确定计算负荷（一）基本公式用电设备组的计算负荷: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。KmaxmaxPWTa如图用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备(不含备用的设备)的额定容量之和。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为eWLeLPKKP30NePP-----配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率(亦即设备组取用功率)与首端功率(亦即计算负荷)之比。-----设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；---设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比；LK-----设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比eWLWLeLKKdK令用电设备组的需要系数，为用电设备组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。由此，可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为ed30e30dPKPPPK或实际上，需要系数不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。用电设备组的设备容量Pe：是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量PN之和，即Pe=ΣPN。设备的额定容量：是设备在额定条件下的最大输出功率。用电设备组名称需要系数二项式系数最大容量设备台数x①小批量生产的金属冷加工机床电动机0.16～0.20.140.450.51.73大批量生产的金属冷加工机床电动机0.18～0.250.140.550.51.73小批量生产的金属热加工机床电动机0.25～0.30.240.450.61.33大批量生产的金属热加工机床电动机0.3～0.350.260.550.650.17通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机0.7～0.80.650.2550.80.75非连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械0.5～0.60.40.450.750.88连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械0.65～0.70.60.250.750.88锅炉房和机加工、机修、装配等类车间的吊车(=25%)0.1～0.150.060.230.51.73必须注意：表内所列需要系数值是按车间范围内设备台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间的计算负荷。如果采用需要系数法来计算分支干线上用电设备组的计算负荷，则表中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1台～2台设备时，可认为Kd=1用电设备组的有功计算负荷：式中：P30——计算有功功率(kw)；Kd——需要系数(三台以下时Kd＝1)；Pe——用电设备组的设备容量(kw)。式中，Kd为需要系数。无功计算负荷：式中，tanΦ为对应于用电设备组cosΦ中的正切值。需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系极大视在计算负荷：式中，cosΦ为用电设备组的平均功率因数。计算电流：式中，UN为用电设备组的额定电压。重点！cosU3PIIU3SINN30NN3030若为电动机计算电流重点！例2-1已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10台。试求其计算负荷。解此机床组电动机的总容量为Pe=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5×10=120.5kW查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得Kd=0.16-0.2(取0.2),cosΦ=0.5,tanΦ=1.73。因此求得:有功计算负荷无功计算负荷视在计算计算电流（二）设备容量的计算需要系数法基本公式中的设备容量Pe（不含备用设备的容量）计算与用电设备组的工作制有关:1、一般连续工作制和短时工作制的用电设备组:设备容量就是所有设备的铭牌额定容量之和。若