電力負荷及計算課件

1、電力負荷及計算,電力負荷與負荷曲線的概念 三相用電設備組計算負荷確定 單相用電設備組計算負荷確定 工廠供電系統(tǒng)功率、電能損耗 工廠計算負荷和年電能消耗量 尖峰電流及計算,電力負荷及計算,1. 電力負荷與負荷曲線的有關概念,一、電力負荷的分級及其對供電的要求 1、電力負荷的概念（含兩個含義,電力負荷”在不同的場合可有不同含義，它可指用電設備或用電單位，也可指用電設備或用電單位的功率或電流的大小,電力負荷及計算,11 工廠常用用電設備,生產(chǎn)加工機械的拖動設備； 電焊、電鍍設備； 電熱設備； 照明設備,電力負荷及計算,生產(chǎn)機械的拖動設備,生產(chǎn)機械的 拖動設備,11 工廠常用用電設備,電力負荷及計算,

2、電焊、電鍍設備,電焊機的工作特點： 工作方式呈一定同期性，工作時間和停歇時間相互交替。 功率比較大。 功率因數(shù)較低。 一般電焊機配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動,11 工廠常用用電設備,電力負荷及計算,電鍍設備的工作特點是： 工作方式是長期連續(xù)工作的。 供電采用直流電源，需要晶閘管整流設備。 容量較大，功率因數(shù)較低,電鍍的作用：防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或?qū)щ娦缘?，有鍍銅、鍍鉻等,電焊、電鍍設備,電力負荷及計算,電熱設備,電熱設備的工作特點： 工作方式為長期連續(xù)工作方式。 電力裝置一般屬二級或三級負荷。 功率因數(shù)都較高，小型的電熱設備可達到1,電力負荷及計算,照明設備,白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、高

3、壓汞、鈉燈、鎢鹵化物燈等,照明設備工作特點： 工作方式為長期連續(xù)工作方式。 除白熾燈、鹵鎢燈的功率因數(shù)為1外，其它類型的燈具功率因數(shù)均較低。 照明負荷為單相負荷，單個照明設備容量較小。 照明負荷在工廠總負荷中所占比例通常在10%左右,電力負荷及計算,2、意義和目的: （1）求計算負荷,也稱需用負荷 a.作為按發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡變壓器容量、導體和電氣設備的依據(jù),b. 用來計算電壓損失和功率損耗。 c.在工程上為方便計算，亦可作為能量消耗量及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù),電力負荷及計算,2）求尖峰電流 計算電壓波動、選擇熔斷器等保護元件。 （3）求平均負荷 計算供配電系統(tǒng)中電能需要量

4、，電能損耗和選擇無功補償裝置等,電力負荷及計算,3、電力負荷的分級及供電要求（供電可靠性,中斷供電將造成人身傷亡時； 在政治經(jīng)濟上造成重大損失時； 影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作,特別重要的負荷指當中斷供電將 發(fā)生中毒爆炸和大災等情況負荷； 特別重要場所的不允許中斷供電的負荷,中斷供電將 在政治上、經(jīng)濟上造成較大損失時影響重要用電單位的正常工作,應由兩個獨立電源供電： 來自兩個發(fā)電廠 來自兩個地區(qū)變電所 1路市電自備發(fā)電機,還應增設應急電源： 自備發(fā)電機組 獨立于正常電源的專用饋電線路 不間斷供電裝置UPS（EPS) 蓄電池及干電池,宜由兩回路電源供電。 在負荷較小或地區(qū)供電條件

5、困難時，可由一回6kV及以上專用的線路供電,對供電方式無特殊要求,不屬于一、二級負荷者,電力負荷及計算,二、用電設備工作制,1.長期連續(xù)運行工作制 指工作時間內(nèi)能達到穩(wěn)定溫升的用電設備。 該類設備不允許過載運行（只允許短時過載）。 2. 短時工作制 指工作時間很短，停歇時間相當長的用電設備，工作時間內(nèi)達不到穩(wěn)定溫升。允許過載運行。 3.反復短時工作制 指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設備。工作時間內(nèi)也達不到穩(wěn)定溫升，允許過載運行,載流導體溫升曲線,用負荷持續(xù)率表征其工作特性,電力負荷及計算,2.1 負荷曲線,負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖 形，反映了用戶用電的特點和規(guī)律。

6、負荷曲線繪制在直角坐標上，縱坐標表示負荷，橫 坐標表示對應的時間。 負荷曲線按負荷功率的功率性質(zhì)不同，分有功負荷 曲線和無功負荷曲線；按時間單位的不同，分日負 荷曲線和年負荷曲線；按負荷對象不同，分用戶、 車間或某類設備負荷曲線,電力負荷及計算,2.2.1 日負荷曲線,1.繪制的方法 （1）以某個監(jiān)測點為參考點，在24h中各個時刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點繪制而成折線形狀，稱折線形負荷曲線，見圖2-1a。 （2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時間間隔（一般為半小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點畫在坐標上，把這些點連成階梯狀的是階梯形負荷曲線,如圖2-1b。

7、2.特點： （1）電力負荷是變化的，不等于額定功率。 （2）電力負荷的變化是有規(guī)律的,電力負荷及計算,圖2.1 日有功負荷曲線 a)依點連成的負荷曲線 b)梯形負荷曲線,電力負荷及計算,2.1.2 年持續(xù)負荷曲線,年負荷曲線又分為年運行負荷曲線和年持續(xù)負荷曲線。 年運行負荷曲線可根據(jù)全年日負荷曲線連接制成。 年持續(xù)負荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負荷曲線和夏季日負荷曲線。 繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負荷曲線，圖中P1在年負荷曲線上所占的時間計算為 T1=200t1+165t2,其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況核定。一般在北方，近似認為冬季200

8、天，夏季165天；在南方，近似認為冬季165天，夏季200天,電力負荷及計算,年負荷持續(xù)時間曲線的繪制,a）夏季日負荷曲線,b）冬季日負荷曲線,c）年負荷持續(xù)時間曲線,電力負荷及計算,1)平均負荷Pav 平均負荷就是指電力負荷在一定時間內(nèi)消耗的功率的平均值。如在t這段時間內(nèi)消耗的電能為Wt，則t時間的平均負荷為,2、平均負荷和負荷系數(shù),年平均負荷是指電力負荷在一年內(nèi)消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年實際消耗的電能，則年平均負荷為,電力負荷及計算,負荷系數(shù)是指平均負荷與最大負荷的比值，有有功負荷系數(shù)KaL和無功負荷系數(shù)KrL，即,2)負荷系數(shù)KL,對于單個用電設備或用電設備組，負荷系數(shù)是指設備

9、的輸出功率P和設備額定容量PN之比值，即他表征該設備或設備組的容量是否被充分利用,電力負荷及計算,2.2 用電設備的設備容量,2.2.1 設備容量的定義 設備的銘牌額定功率PN經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設備容量，用Pe來表示。 2.2.2 設備容量的確定 1.長期工作制和短期工作制的用電設備 長期工作制和短時工作制的設備容量就是所有設備的銘牌額定功率，即 Pe=PN,電力負荷及計算,反復短時工作制設備容量P與其負荷持續(xù)率密切相關，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關系式,2.反復短時工作制的用電設備,則得,電力負荷及計算,續(xù)上頁,1）電焊機組要求設備容量統(tǒng)一

10、換算到 下,則,2）吊車電動機組 當采用需要系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到 下,則,電力負荷及計算,3）電爐變壓器組 設備容量是指額定功率下的有功功率，即： Pe=SN*cosN,4）照明設備,不用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量指燈頭的額定功率，即： Pe= PN 用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。 熒光燈： Pe=1.2PN 高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：Pe= 1.1 PN 照明設備的設備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算,是建筑物單位面積的照明容量，S為建筑物的面積,電力負荷及計算,2）電焊機的設備容量 電焊機屬于反復短時工作制設備，它的設備容量應統(tǒng)一換算到 ，

11、所以2臺電焊機的設備容量,解：（1）金屬切削機床的設備容量 金屬切削機床屬于長期連續(xù)工作制設備，所以20臺金屬切削機床的總?cè)萘繛?例2.4 某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機2臺（每臺容量20kVA， , ），車間有吊車1臺11kW， ），試計算此車間的設備容量,電力負荷及計算,2.三相用電設備組計算負荷的確定,一、計算負荷的定義 是按發(fā)熱條件選擇導體和電氣設備時使用的一個假想負荷，通常規(guī)定取30分鐘平均最大負荷 P30、 Q30和 S30作為該 用戶的“計算負荷”。 其物理意義： 計算負荷持續(xù)

12、運行產(chǎn)生的熱效應與實際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應相等,電力負荷及計算,二、 2.3.1 計算負荷的估算法,在進行供電工程方案設計階段，可采用單位容量法確定計算負荷,1)單位產(chǎn)品耗電量法 有功計算負荷為： 式中，Wa為全年電能，Wa=am，m為年產(chǎn)量，a為單位產(chǎn)品的耗電量； Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。 (2)單位面積負荷密度法 若已知車間生產(chǎn)面積S()和負荷密度指標（kw/）時， 車間平均負荷為: Pav=*S， 車間計算負荷為,電力負荷及計算,單臺用電設備的計算負荷確定,對一般長期連續(xù)工作的單臺用電設備，設備容量即是計算負荷。 Pc=Pe 但對單臺電動機及其他需計及效率的單臺用電

13、設備，即 Pc=Pe/ 當一條回路里用電設備的臺數(shù)少（n=3）時，一般是將用電設備額定容量的總和作為計算負荷，或者采用較大的需要系數(shù)值。在設備臺數(shù)較少時，功率因數(shù)也宜適當取大,電力負荷及計算,一）一組用電設備的計算負荷,按需要系數(shù)法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式為,有功計算負荷（kW,無功計算負荷（kvar,視在計算負荷（kVA,計算電流（A,電力負荷及計算,在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結(jié)合具體情況對其有功和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)K,續(xù)上頁,注意：總的視在計算負荷和計算電流不能用各組的視在計算負荷 或計算電流之和乘以K來計算,二)多組三相用電設備的計算負荷,電力負荷

14、及計算,例2.5 某380V線路上，接有水泵電動機（15kW以下）30臺共205kW，另有通風機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（=65%）。試確定線路上總的計算負荷。 （取Kp0. 95， Kq0. 97,例2-2,解先求各組用電設備的計算負荷,Q c1 Pc1 tan 164kW0.75=123kvar,1水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.70.8(取0.8），cos0.8，tan0.75，因此,2. 通風機組查附錄表1得Kd=0.70.8（取0.8），cos=0.8, tan=0.75, 因此,P c2=0.845kW=36kW Q c2=36kW0.75=27kvar,Pc1

15、= Kd1Pe10.8205kW=164kW,電力負荷及計算,3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cos=0.6，tan=1.33,P c3=0.358.46kW=2.96kW,Pc0.95(164362.96)kW=192.81kW Qc0.97(123+27+3.94)kvar=149.32kvar,總計算負荷（取Kp0. 95， Kq0. 97 ）為,Sc= =243.87kVA Ic=243.87kVA/( 0.38kV)=370.52A,Q c3=2.96kW1.33=3.94kvar,在100%下的設備容量： Pe=10.5 =8.46kW,電力負荷及計算,3.單相用電設備組計

16、算負荷的確定,單相設備應盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負荷保持平衡。 單相負荷的計算如下： 1.三相線路中單相設備的總?cè)萘坎怀^三相總?cè)萘康?5%時，單相設備可按三相負荷平衡計算。 2.三相線路中單相設備的總?cè)萘砍^三相總?cè)萘康?5%時，應把單相設備容量換算為等效三相設備容量，再算出三相等效計算負荷,電力負荷及計算,1）單相設備接于相電壓時 式中，Pem為最大負荷相所接的單相設備容量 （2）單相設備接于線電壓時,接于同一線電壓時,單相設備組等效三相設備容量的計算原則,電力負荷及計算,接于不同線電壓時 設接于三個線電壓的設備容量分別為P1、P2、P3，且cos1cos2cos3，P1P2P3

17、，則等效三相設備容量為,電力負荷及計算,3）有的單相設備接于線電壓、有的單相設備接于相電壓時 應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量，然后分別計算各相的設備容量。 將線電壓的單相設備容量換算為相電壓的設備容量,電力負荷及計算,分相計算各相的設備容量和計算負荷,總的等效三相有功計算負荷為其最大有功負荷相的有功計 算負荷P30.m 的3倍，即,j,總的等效三相無功計算負荷為其最大有功負荷相的無功計 算負荷Q30.m 的3倍，即,電力負荷及計算,2.4 功率損耗和電能損耗,2.4.1 供配電系統(tǒng)的功率損耗 供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時功率損耗。 1.線路的功率損耗： 線路功率損

18、耗 PWL=3IC2RWL*10-3 QWL= 3IC2XWL*10-3 式中，Ic為線路計算電流（A）；RWL為每相電阻（），RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻（/km），L為線路的計算長度（km）；XWL為線路每相的電抗（）， XWL =X0L，X0為線路單位長度的電抗（/km,電力負荷及計算,2.變壓器的功率損耗,估算法 PT=0.015Sc QT=0.06 Sc 精確法 有功功率損耗 鐵損PFe 空載損耗P0可認為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。 銅損PCu 負載損耗PK可認為就是額定電流下的銅損PCu。 變壓器的有功功率損耗為 PT P0+PKKL2 式中，SN為變壓器的額定

19、容量；SC為變壓器的計算負荷；KL為變壓器的負 荷率（KL= SC/SN） 無功功率損耗 空載無功功率損耗 Q0 負載無功功率損耗 QL,電力負荷及計算,空載電流,變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流,空載電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。 為了減少空載電流，主要就是從變壓器的鐵芯入手。 1、提高硅鋼片質(zhì)量。 2、改進鐵芯結(jié)構(gòu),阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當二次繞組的短路電流達到額定電流時，一次繞組所施加的電壓（短路電壓）與額定電壓的比值百分數(shù)。阻抗電壓Uk (%)是涉及到變壓器效率和運行的重要經(jīng)濟指標和對變壓器進

20、行狀態(tài)診斷的主要參數(shù)依據(jù)之一,電力負荷及計算,2.4.2 供配電系統(tǒng)的電能損耗,1) 線路電能損耗 最大損耗時間：當線路或變壓器中以最大計算電流Ic流過小時 后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過實際變化的電流時所產(chǎn)生的電 能損耗。 線路電能損耗 WL=PWL* (2) 變壓器的電能損耗 WT=P0*8760+Pk( SC/SN)2* 2.4.3 線損率 線損率是一定時間內(nèi)的電能損耗和總供電量W之比。它標示用戶的電能利用效率,電力負荷及計算,第五節(jié) 用戶負荷計算,一、負荷計算原則 是選擇電源進線和一、二次設備的基本依據(jù)。 逐級計算法（用需要系數(shù)法）：從用電設備向電源方向逐級計算負荷。 二、負荷計算的

21、步驟,電力負荷及計算,逐級計算法確定用戶計算負荷的原則如下： 將用電設備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設備組的計算負荷； 根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設備朝電源方向逐級計算負荷； 在配電點處考慮同時系數(shù)； 在變壓器安裝處計及變壓器損耗； 用戶的電力線路較短時，可不計電力線路損耗； 在并聯(lián)電容器安裝處計及無功補償容量,電力負荷及計算,第六節(jié) 尖峰電流的計算,尖峰電流是指只持續(xù)12s的短時最大負荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護裝置等,單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即,接有多臺用電設備的線路，只考慮一臺設備起動時的尖峰電流，按下列公

22、式計算,IpkIstkstIN.M,電力負荷及計算,無功功率補償,一、功率因數(shù)定義,1瞬時功率因數(shù),2最大負荷時的功率因數(shù),確定需要無功補償容量用,3平均功率因數(shù),調(diào)整電費用,電力負荷及計算,3.平均功率因數(shù) （1）由消耗的電能計算 式中，Wa為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；Wr為某時間內(nèi)消耗的無功電能（kVAh）。 （2）由計算負荷計算 式中， KaL為有功負荷系數(shù)（一般為0.70.75）； KrL為無功負荷系數(shù)（一為0.760.82）。 4.供電部門對用戶功率因數(shù)的要求 cos0.9,電力負荷及計算,二、功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響及提高功率因數(shù)的方法,1、功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響 電

23、能損耗增加 P=3I2R,電壓損失增大,在功率因數(shù)降低后，不得不降低輸送的有功功率P來控制電流I的值，這樣就降低了供電設備的供電能力,供電設備利用率降低,電力負荷及計算,2. 提高功率因數(shù)的方法 (1) 提高自然功率因數(shù) 自然功率因數(shù)是指未裝設任何補償裝置的實際功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，采用科學措施減少用電設備的無功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高,合理選擇電動機的規(guī)格、型號 防止電動機空載運行 保證電動機的檢修質(zhì)量 合理選擇變壓器的容量 交流接觸器的節(jié)電運行,電力負荷及計算,2) 人工補償功率因數(shù) 并聯(lián)電容器 同步電動機補償 調(diào)相機(僅發(fā)無功功率的同步發(fā)電機)補償 動態(tài)無功補償,電力負荷及計算,三、并聯(lián)電容