思考題和習題集解答

,.,.2章負荷計算什么叫負荷曲線？有哪幾種？與負荷曲線有關的物理量有哪些？答：負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動狀況的一種圖形，反映了用戶用電的特點和規(guī)律。負荷曲線按負荷的功率性質(zhì)不同，分有功負荷和無功負荷曲線；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。什么叫年最大負荷利用小時？什么叫年最大負荷和年平均負荷？什么叫負荷系數(shù)？答：年最大負荷利用小時是指負荷以年最大負荷Pmax

持續(xù)運行一段時間后，消耗的電能恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能，這段時間就是最大負荷利用小時。年最大負荷Pmax

〔為防偶然性，這樣的工作班至少要在負荷最大的月份消滅2～3次〕30分鐘平均功率的最大值，因此年最大負荷有時也稱為30分鐘最大負荷P 。30負荷系數(shù)KL是指平均負荷與最大負荷的比值。什么叫計算負荷？為什么計算負荷通常承受30min最大負荷？正確確定計算負荷有何意義？時產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負荷就稱為計算負荷。導體通過電流到達穩(wěn)定溫升的時間大約為(3~4)，為發(fā)熱時間常數(shù)。對中小截面的導體，其約為10min左右，故截流倒替約經(jīng)30min后到達穩(wěn)定溫升值。但是，由于較大截面的導體發(fā)熱時間常數(shù)往往大于10min，30min還不能到達穩(wěn)定溫升。由此可見,計算負荷Pc30min最大負荷根本是相當?shù)?。計算負荷是供電設計計算的根本依據(jù)。計算負荷確實定是否合理，將直接影響到電氣設會過大而造成投資和有色金屬的鋪張;計算負荷也不能定得太小，否則選擇的電氣設備和導各工作制用電設備的設備容量如何確定?答：長期工作制和短期工作制的設備容量就是該設備的銘牌額定功率，即Pe=PN。反復短時工作制的設備容量是指某負荷持續(xù)率下的額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率。需要系數(shù)的含義是什么?答：全部用電設備的計算負荷并不等于其設備容量,兩者之間存在一個比值關系，因此需要c引進需要系數(shù)的概念,即：Pc

KP。d e。式中，Kd為需要系數(shù)；Pc為計算負荷；Pe為設備容量。KL率損耗，所以引進一個線路平均效率WL一個同時系數(shù)K

。故需要系數(shù)可表達為K

K K L d

N WL確定計算負荷的估算法、需要系數(shù)法、二項式法和利用系數(shù)法各有什么特點？各適合哪些場合？才較符合實際。所以，需要系數(shù)法普遍應用于用戶和大型車間變電所的負荷計算二項式法其特點是既考慮了用電設備的平均負荷較繁，尤其是有效臺數(shù)的演算，故適宜利用計算機的統(tǒng)計運算。組在最大負荷班的平均負荷，再求平均利用系數(shù)和用電設備有效臺數(shù)，據(jù)此確定最大系數(shù)，最終求得計算負荷。該方法計算過程較繁，適合計算機計算,尚未得到普遍應用。在確定多組用電設備總的視在計算負荷和計算電流時，可否將各組的視在計算負荷和計算電流分別直接相加？為什么？應如何正確計算？答：不行以,由于各用電設備組的功率因數(shù)不同。需要考慮用電設備各組的最大負荷不同時和計算電流。在接有單相用電設備的三相線路中,什么狀況下可將單相設備與三相設備綜合按三相負荷的計算方法計算確定負荷?而在什么狀況下應進展單相負荷計算?答：三相線路中單相設備的總容量不超過三相總容量的15%時,單相設備可按三相負荷平衡計算。三相線路中單相設備的總容量超過三相總容量的15%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。如何安排單相〔220伏，380伏〕用電設備，使計算負荷最小？如何將單相負荷簡便地換算成三相負荷？答：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，可使計算負荷最小。單相負荷這樣換算：⑴當單相設備的總容量不超過三相總容量的15%，單相設備按三相負荷平衡來計算。⑵當單相設備的總容量超過三相總容量的15%，應當換成等效三相設備容量，再算出三相等效計算負荷。電力變壓器的有功功率和無功功率損耗各如何計算？其中哪些損耗是與負荷無關的？哪些損耗與負荷有關？按簡化公式如何計算？P PT 0

PL

P0

PN

S(Sc)2N答：電力變壓器的有功功率損耗為：或或T 0PK2k LQ QT

QQ0

QN

(Sc)2S

I% U% SS [0 k ( c)2]N 100 100 SN N無功功率損耗為：Q S

%Uk%K2或 T N

100 100 L式中，SN為變壓器的額定容量；Sc為變壓器的計算負荷；KL為變壓器的負荷率；△P0為空載損耗；△Pk為短路損耗；I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值；Uk%為變壓器短路電壓百分值?？蛰d有功功率損耗和空載無功功率損耗與負荷無關損耗與負荷有關。什么叫平均功率因數(shù)和最大負荷時功率因數(shù)?各如何計算?各有何用途?答：1.平均功率因數(shù)是指在某一時間內(nèi)的平均功率因數(shù),也稱加權平均功率因數(shù)。平均功率因數(shù)的計算：W aP2avavQ2aV(WP2avavQ2aV(Wa)2(Wr)2ttav

W 1aWaW2W2a r1(Wa)2Wra為某一時間內(nèi)消耗的有功電能〔可由有功電度表讀出r耗的無功電能〔可由無功電度表讀出?！瞁aL〕和容性無功電能，按以下公式計算：aW2aW2(W W)2r rc rLav〔2〕由計算負荷計算P P 1c(c(P)2(Q)2av

av 11(Pc)2cQav c c式中，α為有功負荷系數(shù)〔一般為；β為無功負荷系數(shù)〔一般為。供電部門依據(jù)月平均功率因數(shù)調(diào)整用戶的電費電價，即實行高獎低罰的獎懲制度。2．最大負荷時的功率因數(shù)是指在年最大負荷時的功率因數(shù)。最大負荷時功率因數(shù)計算：Pcos CPc QCCPC

Q

最大無功計算負荷。C進展無功功率補償，提高功率因數(shù)，有什么意義？如何確定無功補償容量？C補償容量計算：承受固定補償Q P〔tg －tg 〕cc

av1

av2式中，Qcc為補償容量；Pav為平均有功負荷，Pav=αPc或Wa/t，Pc有功計算負荷，α為有功負荷系數(shù)，Wa為時間t內(nèi)消耗的電能；tgφav1為補償前平均功率因數(shù)角的正切值；tgφav2為補償后平均功率因數(shù)角的正切值；tgφav1－tgφav2稱為補償率，可用△qc承受自動補償Qcc=Pc〔tgφ1－tgφ2〕提高自然功率因素有哪些常用的方法？它們的根本原理是什么？答：提高自然功率因素的主要方法有：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溝通接觸器的節(jié)電運行它們的根本原理是在不添置任何補償設備的狀況下功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因素提高。并聯(lián)電容器的補償?shù)难b設有幾種？各有何特點？適用于什么場合？答：并聯(lián)電容器的補償?shù)难b設有一下幾種：高壓集中補償，指將高壓電容器組集中裝設在總降壓變電所的6～10kV母線上。該補償方式只能補償總降壓變電所的6～10kV母線之前的供配電系統(tǒng)中由無功功率產(chǎn)生的影響效果較后兩種補償方式差。但由于裝設集中，運行條件較好，維護治理便利，投資較少。且總降壓變電所6～10kV母線停電時機少，因此電容器利用率高。這種方式在一些大中型企業(yè)中應用相當普遍。補償方式在用戶中應用相當普遍。單獨就地補償〔個別補償或分散補償，是指在個別功率因素較低的設備旁邊裝設他補償?shù)膱龊稀Ｊ裁词羌夥咫娏?？尖峰電流的計算有什么用處？答：尖峰電流是指單臺或多臺用電設備持續(xù)1～2秒的短時最大負荷電流。計檢驗電動機自起動條件等。某車間3807.5kW2臺，4kW的電動機3臺，3kW的電動機10臺；反復短時工作的設備有42kVA1臺(額定暫載率為60cos

=0.62，

=0.85)，10t吊車1臺(在暫載率為40%的條件下，cosN

N=0.5)。試確定它們的設備容量。解：對于長期工作制的設備，其設備容量就是它們的額定功率，所以長期工作設備的設備容量為：P 7.52kW43kW310kW57kWe1對于反復短時工作制的設備，其設備容量為：電焊機要求統(tǒng)一換算到ε=100%時的功率，即P 0.6420.62kW20.2kWe2吊車要求統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率，P 2 0.439.6kW50.1kWe3某金工車間的生產(chǎn)面積為60m×32m,試用估算法估算該車間的平均負荷。解：2-10.1kW/m2S60m32m1920m2P S0.11920kW192kWav用估算法估算該車間的平均負荷為192kW某車間承受一臺10/0.4kV5臺共60kW，點焊機〔=65%〕3臺共10.5kW8臺共40kW，5.1kW的行車〔=15%〕2臺。試確定該車間變電所低壓側的計算負荷。解：通風機:查表A-1-1Kd1

0.8,cos1

0.8,tan1

0.75KC1

Pd1e1

0.86048kWPC1 C1

tan41

480.7536kvar點焊機:查表A-1-1Kd2

0.35,cos2

0.6,tan2

1.33P gP 0.65e2 2 N20.65

10.5kW8.47kWK Pc2

0.358.47kW2.96kWPc2

tan2

2.961.33kvar3.94kvar有連鎖的連續(xù)運輸機械:查表A-1-1Kd3

0.7,cos3

0.75,tan3

0.88K Pc3

0.740kW28kWPc3 c3

tan3

280.88kvar24.64kvar行車:查表A-1-1得K 0.15,cos0.5,tan1.73d4 4 4P 2 P 20.15e4 4 N40.15

5.127.9kWK PC4 d4 e4

0.157.91.18kWPC4

tan4

1.181.732.06kvar車間計算負荷為：同時系數(shù)取K ,K 0.9p qKC

Pp

0.9(482.96281.18)72.14kWKC

Qp

0.95(363.9424.642.06)63.13kvarP2P2Q2C CSCSC3UI C3U

72.14272.14263.132

0.380.38

95.98kVACN用電設備組名稱設備容用電設備組名稱設備容需要系cosφ計算負荷量(kW)KdPc(kW)Qc(kvar)Sc(kVA)Ic(A)通風機600.80.80.754836點焊機8.460.350.61.332.963.94有連鎖的運輸機械400.70.750.882824.64行車7.90.150.51.731.192.06車間變二次側計算負荷總計80.1366.64車間變二次側計算負荷〔取K∑p=0.9K∑q=0.95〕72.1463.3195.98138.54某車間設有小批量生產(chǎn)冷加工機床電動機40臺，總容量152kW，衛(wèi)生用通風機66kW。試用需要系數(shù)法求車間的計算負荷。解：A-1-1得Kd1

0.2,cos1

0.5,tan1

P 0.2152kW30.4kWc1Q 30.41.73kW52.6kWc1通風機組：查表A-1-1得K 0.8,cos 0.8,tan 0.75d 2 2P 0.86kW4.8kWc2Q 4.80.75kW3.6kWc2車間的計算負荷：同時系數(shù)取K ,K 0.9p qc Q0.9c

kW50.58kWP2P2Q2e ecI Sce

59.68kVA3U N用電設備組設備容量用電設備組設備容量需要系數(shù)Kd或cosφ計算負荷車間計算負荷〔K∑=0.9〕31.6850.5859.6890.7(kW)b/cPc(kW)Qc(kvar)Sc(kVA)Ic(A)電動機1520.20.51.7330.452.59通風機60.80.80.754.83.6某220/380V220V3kW2臺接于A相，6kW1臺接于B相，4.5kW1臺接于C相；380V20kW〔=65%〕單頭手動弧焊機1試求該線路的計算負荷。1〕電熱枯燥箱及電加熱器的各相計算負荷查表A-1-1，電加熱器Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，其計算負荷為A相：PcA1=KdPeA=0.7×3×2=4.2kWQcA1=0B相：PcB1=KdPeB=0.7×6×1=4.2KwQcB1=0C相：PcC1=KdPeC=0.7×4.5×1=3.15KwQcC1=0單頭手動弧焊機的各相計算負荷N0.65A-1-1Kd=0.35，cosφ=0.35，tgφ=2.68；將各相換算成N0.65P P0.5AB 0.5

20

16.12kWP PCA

2N

14.85kWAB、BC、CAε=100%的視在功率為PS AB 16.1246.06P

kVAAB cos 0.35P 63

kVAS BC 51.43BC cos 0.35P 14.85

kVAS CA 42.43CA cos 0.35②各相的設備容量為接于各線電壓單頭手動弧焊機的功率因數(shù)角分別為φAB=φBC=φCA=arccos(0.35)=69.5°A13 [13eA

cos(69.5o30o)SCA

cos(69.5o30o)]3 1 (46.060.771642.43(0.1650))16.48kW313 [13eA

sin(69.5o30o)SCA

sin(69.5o30o)]3 1 (46.060.63642.430.9863)41.07kvar3B31 [S31eB

cos(69.5o30o)SAB

cos(69.5o30o)]3 1(51.430.771646.06(0.165))18.52kW33 1[S3eB

sin(36.87o30o)SAB

sin(45.57o30o)]3 0.9863)45.11kvar3C13 [13eC

cos(69.5o30o)SBC

cos(69.5o30o)]3 1(42.430.771651.43(0.165))14kW313 [13eC

sin(69.5o30o)SBC

sin(69.5o30o)]3 1(42.430.63651.430.9863)44.87kvar3③各相的計算負荷為A相： PCA2=KdPeA=0.35×16.48=5.77kWQCA2=KdQeA=0.35×41.07=14.37kvarB相： PCB2=KdPeB=0.35×18.52=6.48kWQCB2=KdQeB=0.35×45.11=15.79kvarC相： PCC2=KdPeC=0.35×14=4.9kWQCC2=KdQeC=0.35×44.87=15.7kvar各相總的計算負荷為〔設同時系數(shù)為0.95〕A相： PCA=K∑〔PcA1+PcA2〕=0.95×〔4.2+5.77〕=9.47kWQCA=K∑〔QcA1+QcA2〕=0.95×〔0+14.37〕=13.65kvarB相： PCB=K∑〔PcB1+PcB2〕=0.95×〔4.2+6.48〕=10.15kWQCB=K∑〔QcB1+QcB2〕=0.95×〔0+15.79〕=15kvarC相： PCC=K∑〔PcC1+〕PcC2〕=0.95×〔3.15+4.9〕=7.65kWQCC=K∑〔QcC1+QcC2〕=0.95×〔0+15.7〕=14.92kvar總的等效三相計算負荷由于B相的有功計算負荷最大，即P PC..m

10.15kW

QCe..m

15kvar總的等效三相計算負荷為3PC e..m3Q

310.1530.45kW31545kvarC e..mP2P2Q2c cCc3UI c3U

30.45230.45245230.38

54.33kVA82.55ACN某用戶35/6kV1～4號車間變電所及6臺冷卻水泵用的高壓電動機。1～4號車間變電所的計算負荷分別為：Pc1=840kW，Qc1=680kvar；Pc2=920kw，Qc2=750kvar；Pc3=850kw，Qc3=700kvar；Pc4=900kw，Qc4=720kvar。6kV高壓電動機每臺容量為300kW，試計算該總降壓變電所總的計算負荷〔無視線損。解：水泵計算負荷查表A-1-1得,K 0.8,cos 0.8,tan 0.75，則d 2 2kpc0 d

0.830061440kWPc0

tan14400.75kvar1080kvar總降壓變電所6kV側計算負荷取同時系數(shù)K ,K 0.9，p qPC1.T

K Pp

0.9(1440840920850900)4455kWQC1.T

K Qq

0.9(1080680750700720)3537kvarP2P2Q2C CC1.TC1.T3UC1.T3U

445524455235372

548A

5688KVAC1.T

1.736N總降壓變電所變壓器的損耗為：P0.015ST C1

0.015568885.3kWQ0.06ST C1

0.065688341.3kvar總降壓變電所35kV側計算負荷PC2.T

PC1.T

PT

445585.34540.3kWQC2.T

QC1.T

QT

3537341.33878.3kvarP2 P2 Q2C2.T C2.TC2.TC2.T3C2.T3U

4540.324540.323878.32

98.5A

C2.T

1.7335N某機械加工車間變電所供電電壓 10kV，低壓側負荷擁有金屬切削機床容量共920kW，通風機容量共56kW，起重機容量共76kW〔=15%〕,照明負荷容量42kW〔白熾燈，線路額定電壓。試求：該車間變電所高壓側〔10kV〕的計算負荷及功率因數(shù)？假設車間變電所低壓側進展自動補償，功率因數(shù)補償?shù)?.95，應裝BZMJ0.4-30-3型電容器多少臺？補償后車間高壓側的計算負荷功率因數(shù)，計算視在功率減小多少？1〕車間變電所高壓側〕的計算負荷及功率因數(shù)小批量金屬切削機床的計算負荷：查表A-1-1K 0.2,cosd1 1

0.5,tan1

1.73c1

Pd1e1

0.2920kW184kWPc1

tan1

1841.73kvar318.32kvar通風機的計算負荷：查表A-1-1K 0.8,cosd2

0.8,tan2

0.75K Pc2 d2e2

0.856kW44.8kWPc2 c2

tan2

44.80.75kvar33.6kvar起重機的計算負荷：查表A-1-1得K 0.15,cos 0.5,tan 1.73d3 3 3KC3

Pd3 e3

K 2 Pd3 3 e3

0.152

768.83kW0.15P0.15e3

tan3

8.831.7315.28kvar照明的計算負荷：查表A-1-2,K 0.9d4K PC4 d4 e4

0.94237.8kW0kvarC4變電所低壓側總計算負荷為〔取同時系數(shù)K K 0.95〕P QPC.T1

K Pp

0.95(18444.88.8337.8)261.65kWQC.T1

K Qq

15.280)348.84kvarP2P2Q2C CC.T1C1.T3UC1.T3U

261.652261.652348.842

663.31A

436.06kVAC.T1cos

C.T1

NPC.T1SC.T1

1.730.38261.65436.06

0.60變壓器的功率損耗為P0.015ST

C.T1

0.015436.066.54kWQ0.06ST

C.T1

var變電所高壓側總的計算負荷為PC.T2

P

PT

261.656.54268.15kWQC.T2

Q

QT

348.8426.16374.0kvarP2 P2 Q2C.T2 C.T2C.T2C.T2C.T23U

268.152268.1523742

26.7A

460.2kVAC.T2

1.7310NP 268.15

0.58cosC.T2SC.T2

460.5車間變電所低壓側進展自動補償Q Pcc

(tan1

tan0

)261.65[tan(arccos0.60)tan(arccos0.95)]n262.98..830應裝BZMJ0.4-30-3型電容器9270kvar。P2P2C.T1(QC.T1Q)2cc261.652(348.84270)2S C..T1

273.3kVAPTQT

0.015S”0.06S”C.T1

0.015331.764.1kW0.06331.7616.4kvar變電所高壓側總的計算負荷為PC.T2

P

P261.654.1265.75kWTQSC.T2

Q QP2 QP2 Q2C.T2 CT2

Q265.752265.75295.52

348.827016.495.5kvar282.4kVA變電所高壓側的功率因數(shù)為cos”

P” C.T2S”

265.75282.4

0.94計算視在功率減小S460.2282.4177.8kVA某企業(yè)10kV母線上的有功計算負荷為2300kW，平均功率因數(shù)為0.67。假設要使平均功率因數(shù)提高到0.9，在10kV母線上固定補償，則需要裝設BFM型并聯(lián)電容器的總容量是多少？并選擇電容器的型號和個數(shù)。解：tantan

av1

tan(arccos0.67)1.1080tan(arccos0.9)0.4843Q PCC

(tan

tan

av2

)K PaL

(tan

tan

)av2(1.10800.4838)1075.9kvar選擇BFM11-100-1W型并聯(lián)電容器，數(shù)量為nQCCQNC

1075.910.8100BFM11-100-1W型并聯(lián)電容器為單相電容器，應選擇BFM11-100-1W型電容器12臺，1200kvar。某工具廠全年消耗的電能Wa為2500萬度，Wr為2100萬度，供電電壓為10kV。其平均有功功率和平均功率因數(shù)是多少？欲將功率因數(shù)提高到0.9，需裝設BFM11-50-1WPav

W/t2.5107a

/87602853.88kWQ Wav

/t2.1107

/87602397.26kvartanav1cos

2100/25000.84cos(arctan0.84)0.77Q Pcc

(tanav1

tan )av2=2853.88(0.84-0.4843)kvar=1015.13kvarn=Q /qcc

1015.13/30=341015.13n CC 20.3Q 50NC考慮到三相平衡應裝設BFM11-50-1W并聯(lián)電容器21臺，實際補償容量為1050kvar。某企業(yè)35kV總降壓變電所10kV側計算負荷為：1#車間720kW+j510kvar，2#車間580kW+j400kvar，3#車間630kW+j490kvar，4#車間475Kw+j335kvar(K 0.76,K 0.82，無視線損)。試求：aL rL該企業(yè)的計算負荷及平均功率因數(shù)；功率因數(shù)是否滿