《第4章工厂电力负荷计算及短路计算ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章工厂电力负荷计算及短路计算ppt课件.ppt（70页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第4章 工厂电力负荷计算及短路计算,内容提要:本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况和短路计算方法。重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法需要系数法和二项式系数法。讲述了工厂计算负荷的确定方法及采用无功补偿的措施。简要介绍了照明负荷的分析计算。对工厂供电系统中的短路现象和短路效应进行了系统的分析，并介绍了短路计算的一般方法：欧姆法和标幺值法。,1.生产加工机械的拖动设备2电焊和电镀设备3电热设备4照明设备,4.1.1工厂常用的用电设备,是机械加工类工厂的主要用电设备，也是工厂电力负荷的主要组成部分，可分为机床设备和起重运输设备两种：机床设备是工厂金属切削和金属压力加工的主要设备，这些设备
2、的动力，一般都由异步电动机供给，根据工件加工需要，有的机床上可能有几台甚至十几台电动机，这些电动机一般都要求能长期连续工作，电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等起重运输设备是工厂中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具空压机、通风机、水泵等也是工厂常用的辅助设备，它们的动力都由异步电动机供给，工作方式属于长期连续工作方式，设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦 ，单台设备的功率因数在0.8以上。,生产加工机械的托动设备,是车辆、锅炉、机床等制造厂的主要用电设备，在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备，负荷量不会太大。电焊包括利用电弧的高温进行焊接的电弧焊，利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行
3、焊接的电阻焊（接触焊），利用电流通过熔化焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。电焊机的工作特点是：1.工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。2.功率较大，380V单台电焊机功率可达400kVA，三相电焊机功率最大的可达1 000kVA以上。3.功率因数很低，电弧焊机的功率因数为0.30.35，电阻焊机的功率因数为0.40.85。4.一般电焊机的配置不稳定，经常移动。,电焊设备,电镀的作用是防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。另外，塑料、陶瓷等非金属零件表面，经过适当处理形成导电层后，也可以进行电镀。电镀设备的工作特点是：1.工作方式是长期连续工作的。2.供电
4、采用直流电源，需要晶闸管整流设备。3.容量较大，功率从几十千瓦到几百千瓦，功率因数较低，为0.40.62。,电镀设备,按其加热原理和工作特点可分为：,电阻加热炉电弧炉感应炉其他加热设备,电热设备的工作特点是：1.工作方式为长期连续工作方式。2.电力装置一般属二级或三级负荷。3.功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。,用于各种零件的热处理；用于矿石熔炼、金属熔炼；用于熔炼和金属材料热处理；包括红外线加热设备、微波加热设备和等离子加热设备等。,中小型机械类工厂的电热设备一般较简单。,电热设备,电气照明是工厂供电的重要组成部分，合理的照明设计和照明设备的选用是工作场所得到良好的照明环境的保证。常用
5、的照明灯具有：白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。照明设备的工作特点：1.工作方式属长期连续工作方式。2.除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其他类型的灯具功率因数均较低。3.照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。4.照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。,照明设备,工厂用电负荷的分类,用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”，但是由于各用电设备的额定工作条件不同，例如有的是长期工作制，有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定
6、功率”称为设备容量，Pe用表示。,4.1.2工厂用电设备容量的确定,1.长期连续工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8h，而且运行时负荷比较稳定，在计算其设备容量时，可直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。2.短时工作制设备工作时间较短，而停歇时间相对较长，在工厂负荷中所占比例很小，在计算其设备容量时，也是直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率）。3.反复短时工作制设备工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例，用负荷持续率（或称暂载率）来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值,用电设备的工作制,1.长期连续工作制和短时工作制的设
7、备容量就是设备的铭牌额定功率，即,2.反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一负荷持续率下的功率。负荷持续率可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示：,设备容量的确定,起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种,要求统一换算到25%时的额定功率，即,式中 PN （换算前）设备铭牌额定功率；Pe换算后设备容量；eN设备铭牌暂载率；e25值为25%的暂载率（计算中用0.25）。,起重机（吊车电动机）,电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。要求统一换算到e100%，换算公式为：,式中SN设备铭牌额定容量； cosjN设备铭
8、牌功率因数。,电焊机设备,设备容量是指在额定功率下的有功功率，即,式中 SN电炉变压器的额定容量； cosjN电炉变压器的因数。,电炉变压器组,负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线；按表示的时间分，有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；按绘制方式分，有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线.,4.1.3负荷曲线,负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。,1负荷曲线的绘制,2与负荷曲线有关的参数,指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容
9、量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。是选择仪器仪表、整定继电保护的重要数据。,计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过大，造成投资浪费；计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故；“计算负荷”通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。,4.2工厂计算负荷的确定,目的：,主要是确定“计算负荷”，,常用方法：,需要系数法比较简便，使用广泛。因该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用
10、电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。,负荷计算,对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷，即,对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等设备，额定容量就作为其计算负荷，即,对单台反复短时工作制的设备，其设备容量直接作为计算负荷，对于起重机和电焊类设备，还要根据负荷持续率进行换算。,4.2.2单个用电设备的负荷计算,一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的
11、系数，叫做需要系数（Kd ） 。在所需计算的范围内，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。需要系数法的基本公式：,需要系数法,有功计算负荷 ：,无功计算负荷：,视在计算负荷：,计算电流：,单组用电设备组的计算负荷确定,总的有功计算负荷：,总的无功计算负荷：,总的视在计算负荷：,总的计算电流：,多组用电设备的计算负荷,同时系数K,在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为：,
12、其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算公式与前述需要系数法相同。,对1或2台用电设备可认为P30=Pe，即b=1，c=0。用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式，其余的计算负荷与需要系数法相同。,二项式系数法,多组用电设备的总计算负荷时，也要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。与需要系数法不同的是，这里不是计入一个小于1的综合系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷(cPx)max，再加上各组平均负荷bPe，由此求出设备组的总计算负荷。 先求出每组用电设备的计算负荷P30i、Q30i，则总的有功计算负荷为：,总的无功计算负荷为：,确定多组用电设备的负荷,某小批量生产车间
13、380V线路上接有金属切削机床共20台（其中，10.5kW的4台，7.5kW的8台，5kW的8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，eN=65%，cosjN=0.5），车间有吊车1台（11kW， eN=25% ），试计算此车间的设备容量。,1）金属切削机床的设备容量。金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：,2）电焊机的设备容量。电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到e=100%，所以2台电焊机的设备容量为：,3）吊车的设备容量。吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到e=25% ，所以1台吊车的容量为：,4）车间的设备总
14、容量为：,计算车间的设备容量,1）金属切削机床组的计算负荷，查附表1，取需要系数和功率因数为,车间的计算负荷,2）电焊机组的计算负荷。查附表1，取需要系数和功率因数为,车间的计算负荷,3）吊车组的计算负荷。查附表1，取需要系数和功率因数为,车间的计算负荷,4）全车间的总计算负荷。根据同时系数K表，取同时系数，所以全车间的计算负荷为：,车间的计算负荷,查附表1，取二项式系数,用二项式系数法,单相设备接于三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能平衡。如果均衡分配后，三相线路中剩余的单相设备总容量不超过三相设备总容量的15%，可将单相设备总容量视为三相负荷平衡进行负荷计算。如果超过15%，则
15、应先将这部分单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。1单相设备接于相电压时等效三相设备容量Pe按最大负荷相所接的单相设备容量Pemj的3倍计算，即,2单相设备接于线电压时容量Pej为的单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量Pe为,4.2.4 单相用电设备计算负荷的确定,1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯），其设备容量指灯头的额定功率，即,2）用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯），其设备容量要包括镇流器中的功率损失，所以一般略高于灯头的额定功率，即,3）照明设备的额定容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，即,4.2.5 工厂电气照明容量的确定,照明设备通常
16、都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。设计规范规定，如果三相电路中单相设备总容量不超过三相设备容量的15%时，则单相设备可按三相平衡负荷考虑；如果三相电路中单相设备总容量超过三相设备容量的15%，且三相明显不对称时，则首先应将单相设备容量换算为等效三相设备容量。换算的简单方法是：选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。,工厂电气照明负荷的确定,通常，车间的照明设备容量都不会超过车间三相设备容量的15%。因此，我们可在确定了车间照明设备总容量后，按需要系数法单独计算车间照明设备的计
17、算负荷。,照明设备组的需要系数及功率因数,1用需要系数法计算全厂计算负荷在已知全厂用电设备总容量Pe的条件下，乘以一个工厂的需要系数Kd即可求得全厂的有功计算负荷，即,4.2.6用需要系数法计算全厂荷,P305应为其所有出线上的计算负荷P306等之和，再乘上同时系数K 。而P304要考虑线路WL2的损耗，因此P304=P305+PWL2P303由P304等几条干线上计算负荷之和乘以一个同时系数K而得。P302还要考虑变压器的损耗，因此P302=P303+PT+PWL1。P301由P302等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数K而得。对中小型工厂来说，厂内高低压配电线路一般不长，其功率
18、损耗可略去不计。,用逐级推算法计算全厂的计算负荷,有功功率损耗：,无功功率损耗：,电力变压器的功率损耗,已知工厂的年产量A或年产值B，根据工厂的单位产量耗电量a或单位产值耗电量b，工厂的全年耗电量Wa,全厂的有功计算负荷：,按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力。,分类：,概念：,瞬时功率因数运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值,平均功率因数某一规定时间段内功率因数的平均值,最大负荷时的功率因数配电系统运行在年最大负荷时的功率因数,自然功率因数用电设备或工厂
19、在没有安装人工补偿装置时的功率因数,总的功率因数用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数,4.2.7工厂的功率因数,瞬时功率因数,平均功率因数,最大负荷时的功率因数,工厂的功率因数计算,工厂中的用电设备多为感性负载，在运行过程中，除了消耗有功功率外，还需要大量的无功功率在电源至负荷之间交换，导致功率因数降低，给工厂供配电系统造成不利影响。提高功率因数的方法：提高自然功率因数人工补偿无功功率安装移相电容器,无功功率补偿,补偿容量的计算,补偿后计算负荷的计算,总的无功计算负荷,补偿后的视在计算负荷,补偿容量和补偿后计算负荷的计算,尖峰电流持续时间12s的短时最大负荷电流。主要用来选择熔断器和低压断
20、路器，整定继电保护及检验电动机自起动条件等,单台用电设备尖峰电流的计算,多台用电设备尖峰电流的计算,或者,4.2.8尖峰电流的计算,运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或者相与地之间发生的金属性非正常连接。,概念：,原因：,系统中带电部分的电气绝缘出现破坏，而引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的老化以及运行人员的误操作和施工机械的破坏、鸟害、鼠害等,4.3.1短路故障的原因,4.3.2短路故障的种类,短路计算的目的：为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。,无限大容量电力系统，指其
21、容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本保持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5%10%，或电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。,4.3.3短路参数,最严重情况时短路全电流的波形曲线图,短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态短路电流有效值。,短路后经过半个周期（即0.01s）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电流。,三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。,三相短路电流稳态
22、有效值,次暂态三相短路容量,短路计算的短路参数,对于高压电路的短路,对于低压电路的短路,短路计算的公式,当供配电系统中某处发生短路时，其中一部分阻抗被短接，网路阻抗发生变化，所以在进行短路电流计算时，应先对各电气设备的参数（电阻或电抗）进行计算。有名值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值（即有单位的值）表示标幺值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示短路容量法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用短路容量表示,短路计算的方法简介,绘制短路回路等效电路计算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表,有名值法进行短路计
23、算的步骤,选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流绘制短路回路的等效电路计算短路回路中各元件的电抗标幺值求总电抗标幺值，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表,标幺值法进行短路计算的步骤,绘出计算电路图确定短路计算点按所选择的短路计算点绘出等效电路图计算电路中各主要元件的阻抗 等效电路化简求出其等效总阻抗计算短路电流和短路容量。,无限大容量电源供电系统短路电流计算,三相短路时，三相短路电流周期分量有效值,不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值,三相短路容量,采用欧姆法进行短路计算,电力系统的电抗,断流容量,电力系统的阻抗,变压器的电阻RT,变压器的电抗XT,电力
24、变压器的阻抗,线路的电阻RWL,线路的电抗XWL,电力线路每相的单位长度电抗平均值,电力线路的阻抗,阻抗换算的公式,阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变,电力线路的阻抗,标幺制法，即相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值而命名。任一物理量的标幺值，为该物理量的实际值与所选定的标准值的比值，即,采用标幺制法进行短路计算,按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sd和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取选定了基准容量Sd和基准电压Ud之后，基准电流Id,基准电抗Xd,采用标幺制法进行短路计算,1）电力系统的电抗标幺值,2）电力
25、变压器的电抗标幺值,3）电力线路的标幺值,各主要元件的电抗标幺值,无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值,三相短路电流周期分量有效值,三相短路容量,三相短路,无限大容量系统中发生两相短路时,只计电抗,由、,得：,两相,三相：,单相:,短路电流的计算,电力系统中出现短路故障后，由于负载阻抗被短接，电源到短路点的短路阻抗很小，使电源至短路点的短路电流比正常时的工作电流大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培至几十万安培，强大的电流所产生的热和电动力效应将使电气设备受到破坏，短路点的电弧将烧毁电气设备，短路点附近的电压会显著降低，严重情况将使供电受到影响或被迫中断。不对称短路所造成的零序电流，还会在邻近的通信线路内产生感应电动势干扰通信，亦可能危及人身和设备的安全。,4.3.5短路的效应及危害,1）一般电器：要求电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值大于最大短路电流峰值，即,2）绝缘子：要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即,短路电流的电动力效应,对成套电气设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关,对导体和电缆,导体和电缆的选择截面大于等于Smin ，即热稳定合格,短路电流的热效应,常用导体和电缆的最高允许温度,
