第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算

第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2024/12/6第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第一節(jié)工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線電力負(fù)荷——指電氣設(shè)備或線路中通過的電流或功率。一、工廠電力負(fù)荷的分級(jí)及對(duì)供電電源的要求（一）工廠電力負(fù)荷的分級(jí)1、一級(jí)負(fù)荷：

突然停電將造成人身傷亡，或重大設(shè)備的損壞，且難以修復(fù)，政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失等。2、二級(jí)負(fù)荷：突然停電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失。如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、工廠的運(yùn)輸停頓、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。3、三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一、二級(jí)的電力負(fù)荷。例如機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠的附屬車間等。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（二）各級(jí)電力負(fù)荷對(duì)供電電源的要求1、一級(jí)負(fù)荷——要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電（電源在正?；蚴鹿蕰r(shí)都應(yīng)保證不間斷供電）。對(duì)于特別重要的負(fù)荷，還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源：1）獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；2）獨(dú)立于正常電源的專門的饋電線路；3）蓄電池；4）干電池。解釋兩個(gè)獨(dú)立電源：1）每段母線的電源來自于不同的發(fā)電機(jī)；2）來自于地區(qū)變電所不同的母線，母線段間無聯(lián)系，或雖有聯(lián)系，當(dāng)其中一段故障時(shí)，能自動(dòng)的將其聯(lián)系斷開.第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算1）雙電源自動(dòng)或手動(dòng)切換接線2）雙電源分組同時(shí)供電兩個(gè)獨(dú)立電源的供電方式：第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2、二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電的要求

應(yīng)由雙回路供電。當(dāng)負(fù)荷較小或取得兩回線路有困難時(shí)，可采用一回6kV及以上的專用架空線供電。

對(duì)車間變電所應(yīng)設(shè)兩臺(tái)變壓器（兩臺(tái)變壓器不一定在同一變電所）。3、三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電的要求

三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電無特殊要求。可采用單電源單回路供電。二、工廠用電設(shè)備的工作制1、連續(xù)工作制

連續(xù)工作的設(shè)備為穩(wěn)定負(fù)荷，連續(xù)工作時(shí)間較長(zhǎng)，足以達(dá)到熱平衡狀態(tài)。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2、短時(shí)工作制3、斷續(xù)周期工作制此類設(shè)備通常應(yīng)進(jìn)行負(fù)荷持續(xù)率（又稱暫載率）換算：式中：T——工作周期；t——工作時(shí)間；t0——停歇時(shí)間。在設(shè)備的電阻R相同、發(fā)熱量相同的原則下等效換算（換算前后發(fā)熱量不變）：∵P=√3UI當(dāng)U、一定時(shí)，I∝P，

因?yàn)榘l(fā)熱量∝

I2Rt∴當(dāng)發(fā)熱量一定時(shí)：

工作時(shí)間短，停歇時(shí)間長(zhǎng)。反復(fù)的通電、停電，溫度不能恒定。此類設(shè)備的工作周期一般在10分鐘之內(nèi)。且

t∝第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算三、負(fù)荷曲線的概念負(fù)荷曲線——電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖型。負(fù)荷曲線的類型：1、日負(fù)荷曲線有3種繪制方法：

1）每隔半小時(shí)將有功功率、無功功率的讀數(shù)記錄下來，然后逐點(diǎn)描繪而成。2）采用自動(dòng)記錄儀表，曲線較平滑。3）每隔半小時(shí)記錄一次電度表的讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差除以半小時(shí)，得半小時(shí)的平均功率，逐點(diǎn)描繪而成。（圖2—1），橫坐標(biāo)代表24小時(shí)，縱坐標(biāo)為負(fù)荷的變化。經(jīng)換算的設(shè)備功率為：第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2、年負(fù)荷曲線：年負(fù)荷持續(xù)曲線，年最大負(fù)荷曲線。1）年負(fù)荷持續(xù)曲線（常采用）繪制方法：一年分成兩個(gè)季節(jié)，分別選出一張典型的日負(fù)荷曲線。我國(guó)北方夏季可取165天，冬季取200天。我國(guó)南方夏季可取200天，冬季取165天。按照最大負(fù)荷在前最小負(fù)荷在后的階梯原則繪制而成。見圖2—2第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2）年最大負(fù)荷曲線取每日最大負(fù)荷班內(nèi)的半小時(shí)最大平均負(fù)荷，逐點(diǎn)描繪而成。四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量1、年最大負(fù)荷：Pmax——全年最大負(fù)荷班內(nèi)的半小時(shí)最大平均負(fù)荷（每年至少出現(xiàn)2—3次）。又稱為半小時(shí)最大負(fù)荷P30。2、年最大負(fù)荷利用小時(shí)：3、平均負(fù)荷：Pav——電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗的平均功率。年平均負(fù)荷：4、負(fù)荷系數(shù)：

對(duì)用電設(shè)備負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率：填充系數(shù)第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算負(fù)荷曲線的用途：電力部門主要用于預(yù)測(cè)負(fù)荷。根據(jù)負(fù)荷變化的規(guī)律設(shè)法“削峰填谷”，以及決定裝機(jī)容量和安排檢修計(jì)劃。新建工廠可參考性質(zhì)類似的舊工廠的負(fù)荷曲線，利用負(fù)荷系數(shù)、年最大負(fù)荷利用小時(shí)、需要系數(shù)等數(shù)據(jù)，計(jì)算出最大負(fù)荷，以便選擇電氣設(shè)備、確定供配電方案。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第二節(jié)三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定一、概述負(fù)荷計(jì)算的目的：合理的選擇配電系統(tǒng)的各組成部分。它也是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷通常表示為：計(jì)算方法：我國(guó)目前普遍采用的方法有需要系數(shù)法：適于設(shè)備臺(tái)數(shù)較多容量相差不大的場(chǎng)合。例如計(jì)算全廠或整個(gè)車間的計(jì)算負(fù)荷。二項(xiàng)式法：設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，而容量相差懸殊的車間低壓干線或分支線的場(chǎng)合。需要系數(shù)法二項(xiàng)式法第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算二、需要系數(shù)法（一）基本公式

令則有或式中：Kd為需要系數(shù)，各種用電設(shè)備的Kd可查附錄表1。K∑——設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)。最大負(fù)荷時(shí)設(shè)備組正在運(yùn)行的設(shè)備容量與全部設(shè)備容量的比值。KL——設(shè)備組的負(fù)荷系數(shù)。最大負(fù)荷時(shí)設(shè)備組的輸入功率與全部設(shè)備容量的比值?！O(shè)備組用電設(shè)備的平均效率?！潆娋€路的平均效率。＜1第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算單組用電設(shè)備的基本公式：式中：Kd——用電設(shè)備組的需要系數(shù)。P30——用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷kw。Q30——用電設(shè)備組的無功計(jì)算負(fù)荷kvar。S30——用電設(shè)備組的視在計(jì)算負(fù)荷kVAI30——用電設(shè)備組的計(jì)算電流A。UN——用電設(shè)備組的額定線電壓kv?！秒娫O(shè)備組平均功率因數(shù)角的正切值?？刹楦戒洷??！秒娫O(shè)備組平均功率因數(shù)?？刹楦戒洷?。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算∑Pe——用電設(shè)備組的設(shè)備容量kw。Pe的定義：經(jīng)換算到同一工作制下的額定功率。Kd、、可查附錄表1，查表時(shí)應(yīng)注意：1）查Kd時(shí)，與對(duì)應(yīng)同一角度；2）設(shè)備組中臺(tái)數(shù)少時(shí)，Kd取較大數(shù)值；設(shè)備組中臺(tái)數(shù)多時(shí)，Kd取較小數(shù)值；當(dāng)只有1~2臺(tái)設(shè)備時(shí)，可取Kd=1；的取值原則與Kd相同。注意第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（二）設(shè)備容量Pe的計(jì)算1、對(duì)于連續(xù)工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備：2、斷續(xù)周期工作制的設(shè)備：要把不同負(fù)荷持續(xù)率下的設(shè)備名牌額定值，統(tǒng)一換算到規(guī)定的下的設(shè)備容量之和。1）電焊設(shè)備類規(guī)定的=100%：2）吊車電動(dòng)機(jī)類規(guī)定的=25%：第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（三）多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定工廠供電系統(tǒng)示意圖：P30.3P30.7返42P30.2P30.4P30.5P30.6P30.8返22返23返42第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算1、P30.1的確定：2、P30.2的確定：3、多組用電設(shè)備P30.3的確定：?jiǎn)闻_(tái)用電設(shè)備的設(shè)備容量對(duì)車間干線：同時(shí)系數(shù)單組用電設(shè)備組的設(shè)備容量第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算對(duì)車間低壓母線分兩種情況：(1)由用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷直接相加計(jì)算時(shí)：（2）由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加計(jì)算時(shí)：4、車間變壓器高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷P30.4的確定

：圖式中：⊿PT——車間變壓器的有功損耗kw；

⊿QT——車間變壓器的無功損耗kvar。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算5、車間變電所高壓母線計(jì)算負(fù)荷P30.5的確定：圖7、總降壓變電所低壓母線總計(jì)算負(fù)荷P30.7的確定：圖1）計(jì)算負(fù)荷小于5000kw時(shí)：K∑=0.9~12）計(jì)算負(fù)荷為5000~10000時(shí)：K∑=0.853）計(jì)算負(fù)荷超過10000kw時(shí)K∑=0.86、總降壓變電所低壓母線出線計(jì)算負(fù)荷P30.6的確定：圖8、總降壓變電所高壓母線計(jì)算負(fù)荷P30.8的確定：圖

最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算某機(jī)修車間380v線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kw（其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kw一臺(tái)，4kw3臺(tái)，2.2kw7臺(tái)），通風(fēng)機(jī)2臺(tái)共3kw，電阻爐1臺(tái)2kw。試確定此線路上的計(jì)算負(fù)荷。(1)金屬切削機(jī)床組：查附錄表1，取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73P30（1）=0.2×50KW=10kwQ30（1）=10×1.73=17.3kvar（2）通風(fēng)機(jī)組：因?yàn)橹挥?臺(tái)，可取較大的Kd數(shù)值。查附錄表1，取Kd=0.8

，cosφ=0.8，tanφ=0.75P30（2）=0.8×3KW=2.4kwQ30（2）=2.4×0.75=1.8kvar（3）電阻爐：因?yàn)橹挥?臺(tái)，可取Kd=1數(shù)值。例2-2第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算查附錄表1，cosφ=1，tanφ=0P30（3）=1×2kw=2kwQ30（3）=0因此總的計(jì)算負(fù)荷：K∑p=0.95，K∑q=0.97P30=0.95×（10+2.4+2）=13.68kwQ30=0.97×（17.3+1.8+0）=18.53kvar實(shí)際工程中常采用表格的形式，見課本38頁表2—1。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算三、按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷（一）基本公式同一工作制單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定：式中：b、c——二項(xiàng)式系數(shù)，部分設(shè)備的可查附錄表1。x——最大用電設(shè)備的臺(tái)數(shù)，部分設(shè)備的可查附錄表1。bPe——該用電設(shè)備組的平均負(fù)荷kw。cPx——附加負(fù)荷，由x臺(tái)容量最大的用電設(shè)備所產(chǎn)生，kw。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（二）多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定：kwkvar（CPX）max——各組中最大的一個(gè)有功附加負(fù)荷。tanφx——與之對(duì)應(yīng)的正切值?！疲╞Pe）i——各組有功的平均負(fù)荷之和。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算使用二項(xiàng)式法應(yīng)注意以下3點(diǎn)：①若單組用電設(shè)備的總臺(tái)數(shù)小于2x（即n＜2x）時(shí)，最大用電設(shè)備臺(tái)數(shù)值應(yīng)適當(dāng)取小，宜取x=n/2取整數(shù)。②若單組用電設(shè)備只有1~2臺(tái)設(shè)備時(shí)，可以認(rèn)為P30=Pe，

即b=1c=0。③計(jì)算多組用電設(shè)備的負(fù)荷時(shí)，不應(yīng)再乘以K∑。試用二項(xiàng)式法確定例2-2所述機(jī)修車間380v線路總的計(jì)算負(fù)荷。解：1、分組：金屬切削機(jī)床組、通風(fēng)機(jī)組、電阻爐組。舉例：例2-3某機(jī)修車間380v線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kw（其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kw一臺(tái)，4kw3臺(tái)，2.2kw7臺(tái)），通風(fēng)機(jī)2臺(tái)共3kw，電阻爐1臺(tái)2kw。試確定此線路上的計(jì)算負(fù)荷。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算⑴金屬切削機(jī)床組查附錄表1：b=0.14，c=0.4，x=5，cosφ=0.5，tanφ=1.73bPe（1）=0.14×50=7kwcPx（1）=0.4（7.5kw×1+4kw×3+2.2kw×1）=8.38kw⑵通風(fēng)機(jī)組查附錄表1：b=0.65，c=0.25，x=5，cosφ=0.8，tanφ=0.75bPe（2）=0.65×3kw=1.95kwxˊ=n/2=1臺(tái)cPx（2）=0.25×3/2kw=0.375kw⑶電阻爐組一臺(tái)設(shè)備可取b=1，c=0，查附錄表1：x=0，cosφ=1.0，tanφ=0bPe（3）=1×2kw=2kwcPx（3）=0第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2、380v線路總的計(jì)算負(fù)荷：P30=8.68kw+（7+1.95+2）kw=19.63kwQ30=8.68×1.73+（7×1.73+1.95×0.375+0）=27.86kvarS30=34.08kVAI30=51.78A（以上計(jì)算結(jié)果可列成計(jì)算表的形式，）第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算二項(xiàng)式法需要系數(shù)法：P30=13.68kwQ30=18.53kvarP30=19.63kwQ30=27.86kvar

S30=34.08kVA

I30=51.78A比較：第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第三節(jié)單相用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定1、單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算公式：

——單相負(fù)荷中最大相的單相設(shè)備容量kw。2、單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算公式：

——接于線電壓的單相負(fù)載容量kw。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算1）單相負(fù)荷應(yīng)盡量三相均衡分配，若三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%時(shí)，單相設(shè)備可按三相設(shè)備計(jì)算其負(fù)荷；2）三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘砍^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%時(shí)，按上面兩種情況進(jìn)行計(jì)算。3）當(dāng)單相用電設(shè)備既有接于相電壓的，又有接于線電壓的，應(yīng)把接于線電壓的單相負(fù)荷按課本公式（2—28）~（2—33）進(jìn)行換算，換算成接于每相的負(fù)荷。略….注意：第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第四節(jié)工廠的計(jì)算負(fù)荷及年耗電量的計(jì)算一、工廠計(jì)算負(fù)荷的確定（一）按需要系數(shù)法確定工廠計(jì)算負(fù)荷Kd——全廠的需要系數(shù)，部分工廠的可查附錄表2。Pe——全廠總的設(shè)備容量，不包括備用設(shè)備，kw。P30——全廠的有功計(jì)算負(fù)荷，kw。（二）按年產(chǎn)量估算工廠計(jì)算負(fù)荷第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算Wa——工廠全年耗電量,kw.h.A——工廠的年產(chǎn)量。a——工廠單位產(chǎn)品耗電量。P30——全廠的有功計(jì)算負(fù)荷，kw。Tmax——年最大負(fù)荷利用小時(shí)。（見課本p31）補(bǔ)充：表2-3常見工業(yè)企業(yè)的Tmax值。用戶類型Tmax值用戶類型Tmax值屋內(nèi)照明及生活用電1500～3000兩班制工業(yè)企業(yè)3000～4500一班制工業(yè)企業(yè)1500～2500三班制工業(yè)企業(yè)5000～7000常見電力用戶的Tmax值表2-3第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算常見工業(yè)企業(yè)的Tmax值工廠類別Tmax值工廠類別Tmax值有功負(fù)荷無功負(fù)荷有功負(fù)荷無功負(fù)荷化工廠62007000農(nóng)業(yè)機(jī)械制造廠53304220苯胺顏料工廠7100—儀器制造廠30803180石油提煉工廠7100—汽車修理廠43703200重型機(jī)械制造廠37704840車輛修理廠35603660機(jī)床廠43454750電器制造廠42806420工具廠41404960氮肥廠7000～8000—滾球軸承廠53006130各種金屬加工廠43555880起重運(yùn)輸設(shè)備廠33003880漂染工廠57106650汽車拖拉機(jī)廠49605240第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算Q30、S30、I30的計(jì)算與需要系數(shù)法相同。（三）按逐級(jí)計(jì)算法確定工廠的計(jì)算負(fù)荷——與需要系數(shù)法介紹的相同。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（四）工廠的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷1、工廠的功率因數(shù)（1）瞬時(shí)功率因數(shù)由cosφ表直接讀出，或由p、u、I表計(jì)算得出：（2）平均功率因數(shù)——又稱為加權(quán)功率因數(shù)，是供電部門征收電費(fèi)的依據(jù)。Wp——有功電度數(shù)，kw.h。WQ——無功電度數(shù)，kvar.h。（3）最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)——用于供電設(shè)計(jì)時(shí)的參考圖第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2、無功功率補(bǔ)償（1）提高功率因數(shù)的意義右圖：S=P+jQ當(dāng)p一定時(shí)，Q↑→S↑→φ↑→cosφ↓當(dāng)S一定時(shí)，Q↑→P↓→φ↑→cosφ↓cosφ↓帶來的后果為：SQ

P

φQ↑→cosφ↓SQ

P

φ第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算cosφ↓帶來的后果為：ⅰ、使供配電設(shè)備不能充分利用，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電成本提高。ⅱ、使供電線路和設(shè)備的銅損大大增加。

ⅲ、使線路的壓損增大，設(shè)備的運(yùn)行條件惡化且cosφ↓→I↑→⊿U↑電力部門規(guī)定：630KVA及以上的供電用戶應(yīng)“高供高量”，功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9及以上；630KVA以下的供電用戶一般“低供低量”，功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85及以上。不足時(shí)，應(yīng)添加無功補(bǔ)償裝置。XWLRWLU1U2第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算1)提高自然功率因數(shù)2)人為補(bǔ)償法（2）提高功率因數(shù)的方法1）提高自然功率因數(shù)即不添置任何設(shè)備，采取一定措施減少用電設(shè)備的無功需求量。方法有：①合理使用變壓器。變壓器容量不宜過大，不宜輕載或空載運(yùn)行，負(fù)荷率應(yīng)在0.6~0.8之間。②正確選用電動(dòng)機(jī)，避免空載，負(fù)荷率應(yīng)在0.7以上。③對(duì)于負(fù)荷率不大于0.7，且最大負(fù)荷不大于0.9的大型繞線式的異步電動(dòng)機(jī)可改為同步化運(yùn)行。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算2）人為補(bǔ)償法——同步調(diào)相機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電力電容器電力電容器是工廠最常采用的補(bǔ)償方式。缺點(diǎn)：只能有級(jí)差的調(diào)節(jié)，不能平滑調(diào)節(jié)；當(dāng)通風(fēng)不良，溫度較高時(shí)，容易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行維護(hù)工作量小，可靠性高，有功損耗?。ㄕ碱~定容量的0.5%左右），增加減少容易。第2章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算（3）電力電容器無功補(bǔ)償原理及補(bǔ)償容量的計(jì)算φ——