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1、1,第2章 电力负荷计算,概述负荷曲线用电设备组计算负荷的确定尖峰电流的计算无功功率补偿企业计算负荷的确定,2,第1节 概述,一、计算负荷的意义计算负荷是按发热条件选择导体和电气设备的一个假想负荷。计算负荷是选择电气设备的依据。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，在实际运行中其最高温升不会超过允许值。计算负荷也称为半小时最大负荷，即半小时的最大负荷，Pc=P30。,3,二、用电设备的工作制,1.连续运行工作制（长期工作制）工作时间较长，连续运行的用电设备，绝大多数用电设备属于此类工作制。该设备温升趋近于稳定温升。,2.短时运行工作制（短时工作制）工作时间很短（短于达到热平衡所需的时间），停歇
2、时间很长（长于设备温度冷却到周围环境温度）的用电设备。,3.断续周期工作制（反复短时工作制）周期性的时而工作，时而停歇（无论工作、停歇均不足以达到热平衡）的用电设备。,4,暂载率（负荷持续率）：表示反复短时工作制用电设备的工作繁重程度。,标准暂载率：吊车用电机：15%、25%、40%、60%电焊设备：50%、65%、75%、100%,5,三、设备容量Pe,设备容量的计算,设备容量 Pe 经过换算至统一规定的工作制下的额定功率，称为用电设备的设备容量。,额定容量 PN 铭牌上标出的功率，也就是设备在额定工作条件下输出的功率，便是设备的额定功率或者额定容量。,（1）长期工作制和短时工作制,6,（2
3、）断续周期短时工作制 设备容量便是换算到统一暂载率下的额定功率。,额定暂载率N额定容量 PN标准暂载率设备容量Pe,设备容量是按照同一周期内等效发热条件进行换算的。,7,吊车电动机组：,电焊机组：,（3）照明设备：,白炽灯、碘钨灯荧光灯高压水银荧光灯、金属卤化物灯,8,四、单相用电设备计算负荷的确定,为使得三相线路导线截面和供电设备选择经济合理，单相设应尽量均衡的分配到三相线路上，三相负荷尽可能平衡。,1.单相负荷计算原则,（2）三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，需要把单相设备换算为等效三相设备容量，再加上原有的三相负荷，从而得到总的三相电路的计算负荷。,（1）三相线路中单相
4、设备的总容量不超过三相总容量的15%时，单相设备可按照三相平衡设备进行计算；,9,（3）在接有较多单相设备的三相电路中，无论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的三倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。,10,2.换算原则,（1）单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算,：最大负荷相所接单相设备容量,（2）单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算,：接于线电压的单相设备容量,原因：,11,（3）单相设备接于相电压与线电压时的等效三相负荷计算,首先将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量；分相计算各相的设备容量和计算负荷；总的等效三相有功计算负荷
5、等于最大有功计算负荷相的有功计算负荷的三倍，等效三相无功计算负荷等于最大有功计算负荷相的无功计算负荷的三倍，,12,将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量的方法：,A相：,B相：,C相：,13,第2节 负荷曲线,一、介绍 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。,分类,负荷性质：有功负荷曲线、无功负荷曲线,负荷持续时间：日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线,横坐标：时间 纵坐标：电力负荷,负荷对象：工厂负荷曲线、车间负荷曲线、设备负荷曲线,14,二、日负荷曲线 逐点描绘法、梯形曲线法,日平均负荷：,15,三、年负荷曲线,（1）年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）,按照全年每日最
6、大负荷绘制，表示一年中，每日最大负荷的变动情况。,16,（2）年负荷持续曲线（全年时间负荷曲线）,夏天：213天 冬天：152天,全年消耗有功电能：,17,四、与负荷曲线相关物理量,1.年最大负荷 Pmax 全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，也称为半小时最大负荷P30。Pc=Pmax=P30,2.年最大负荷利用小时数 Tmax 是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。,18,19,3.平均负荷 Pav 平均负荷指电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。,年平均负荷Pav：,20,4.负荷系数 KL 负荷系数指平均负荷与最大负荷之间的比值。,
7、负荷系数也称为负荷率、负荷曲线填充系数，表征负荷变化规律的一个参数。,对于用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN之间的比值。,负荷系数通常以百分值表示。负荷系数的符号，有时用；也有的有功负荷用，无功负荷用。,21,五、确定计算负荷的系数1.需要系数 Kd 负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用电设备额定功率PN之比值。,2.利用系数Ku 负荷曲线中的平均负荷Pav与全部用电设备额定功率PN之比值,22,第3节 用电设备组计算负荷的确定,一、确定计算负荷的方法1.单位容量法 用于方案估算。2.需要系数法 计算比较简单，多用于方案估算、初步设计和全厂、大型车间变电所的施
8、工设计。3.二项式系数法 考虑用电设备数量和大型设备对计算负荷的影响，一般用于低压配电线、机械加工业的设计。4.利用系数法 利用概率论与数理统计，计算结果较接近实际情况。,23,二、单位容量法1.单位产品耗电量法,Pc有功计算负荷（kW）每一单位产品电能消耗量，可查有关设计手册 N每一单位产品电能消耗量，可查有关设计手册 2.单位面积负荷密度法,A建筑面积（m2）负荷密度（W/m2或VA/m2）,24,三.需要系数法,1.单个用电设备组的计算负荷 用电设备组：一组工艺性质、功率因数相近的用电设备。,需要系数：,需要系数表示用电设备组投入运行时，从电网中获得的功率与设备组设备容量之比。,25,计
9、算步骤：,1）查表获得需要系数、功率因数；,2）计算该用电设备组的设备容量；,3）根据公式计算。,26,例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V电机负荷情况如下：7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。求其计算负荷。解：,机床组电动机的设备总容量为：,查表得：,27,2.多个用电设备组的计算负荷,多个用电设备同时工作，由于各供电设备组的最大负荷不一定同时出现，因此在求总计算负荷时，需要计入一个同时系数K。,注：有功负荷和无功负荷可取相同的同时系数,28,例：已知某机加工车间380V线路接有以下用电设备：金属切削机床电动机30台共85kW（其中较大容量的11kW电机1
10、台，7.5kW电机3台，4kW电机6台），通风机3台共5kW，吊车1台3kW（=40%）。求该车间计算负荷。,解：先求各组的计算负荷,（2）通风机组 查表得：,（1）金属切削机床 查表得：,29,（3）吊车组 查表得：,取，可得总计算负荷为：,30,四、二项式法,计算负荷,平均负荷：用电设备组的平均负荷附加负荷：表示用电设备组中，容量最大的数台设备投入运行时，产生的附加负荷,基本公式：,1.单个用电设备组的计算负荷,31,：该用电设备组所有设备的设备容量之和：x台容量最大的用电设备的设备容量之和：该用电设备组的平均负荷：x台容量最大的用电设备投入运行时，产生的附加负荷,32,说明：b、c为二项
11、式系数，可以从表中查出；x表示最大容量设备的台数，可以从表中查出。,注意：按照二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n小于最大容量设备台数x的两倍，即n2x，那么最大容量设备台数应适当减小，取为x=n/2，并按照四舍五入原则进行取整。如果用电设备组只有很少几台设备，可以认为Px=Pe。,33,例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V电机负荷情况如下：7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。求其计算负荷。,解：查得,34,2.多个用电设备组的计算负荷,：各用电设备组平均负荷之和,：各用电设备组附加负荷中的最大值,：与 相对应的功率因数角的正切值,：各用电设备组对应的功
12、率因数角的正切值,35,例：已知某机加工车间380V线路接有以下用电设备：金属切削机床电动机30台共85kW（其中较大容量的11kW电机1台，7.5kW电机3台，4kW电机6台），通风机3台共5kW，吊车1台3kW（=40%）。求该车间计算负荷。,解：先求各用电设备组的计算负荷,（1）金属切削机床组 查表得：,（2）通风机组 查表得：,36,（3）吊车组 查表得：,通过分析所得结果，可知：,37,38,第4节 尖峰电流的计算,一、概述,定义：持续12s的短时最大负荷电流,原因：主要是由于大容量电动机起动以及电压波动引起来的。,作用：主要用来计算电压波动、选择熔断器和自动空气开关、整定继电保护装
13、置和校验电机自启动条件。,39,二、用电设备尖峰电流的计算,1.单台用电设备的尖峰电流,对于笼型异步电动机一般为：57对于绕线型电动机一般为：23对于直流电动机一般为：1.52对于电焊变压器一般为：3或者稍大,40,2.多台用电设备的尖峰电流,之差最大的那台设备的起动电流及其起动电流与额定电流之差,：起动电流与额定电流之差最大的那台设备除外,：用电设备中起动电流与额定电流,的其他n-1设备的额定电流之和,41,3.用电设备同时自起动的尖峰电流,如果有一组用电设备需同时参与自起动，则其尖峰电流等于所有用电设备的起动电流之和，即,42,第5节 无功功率补偿,一、概述,1.无功功率增大带来的不良后果
14、,（1）引起线路电流增大，使供电网络的功率损耗和电能损耗增大；（2）使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量；（3）使供配电设备的容量不能得到充分利用，影响了供电能力；（4）使发电机的输出能力下降，发电设备效率降低，发电成本增高。,43,2.对功率因数的要求,（1）高压供电用户，其功率因数不得低于0.9；（2）其他供电用户，功率因数不得低于0.85；（3）如果达不到上述要求，应加装必要的无功功率补偿设备，否则要加收电费；（4）如果功率因数小于0.7，供电局不予供电。,44,二、功率因数的计算,1.瞬时功率因数 某一瞬间的功率因数，可由功率因数表直接读出，或由电压表、电流表和功率表读数计算
15、出。,2.均权功率因数 某一规定时间内功率因数的平均值，可根据有功电能表和无功电能表的读数计算。,45,3.最大负荷时功率因数 指在负荷计算中，按照有功计算负荷P30和视在计算负荷S30计算而得到的功率因数。,注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。,46,三、提高功率因数的方法,1.提高自然功率因数的方法,不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。,（1）正确选用感应电机的型号和容量,用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。,对负荷不足的电动机可用降低外加电
16、压的办法提高功率因数。,（2）限制感应电动机的空载运行,工业企业消耗的无功，感应电机占70%，变压器占20%。,47,（3）提高感应电动机的检修质量（4）合理使用变压器 变压器的负荷系数在60%以上运行时才较经济，其最佳负荷系数为75%80%，因此，变压器不宜轻载运行。一般当变压器的负荷系数KL30%时，才考虑换小容量的变压器。（5）感应电动机同步化运行 对负荷率不大于0.7及最大负荷不大于90%的绕线式异步电动机，必要时可使其同步化运行。此时，电动机可向电网送入无功功率，从而达到改善功率因数的目的。,48,2提高功率因数的补偿法,（1）采用移相电容器（即静电电容器）,（2）采用同步电动机,静
17、电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故障范围小、有功功率损耗小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿装置。,调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就能向电网输送无功功率，因而能提高企业的功率因数。因此在条件允许下，使用同步电机代替感应电机，是提高功率因数的经济方法。,49,（3）采用同步调相机,同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率，大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性变电所，作为该地区的无功补偿电源，用于提高该地区的功率因数和电压质量。工业企业一般不采用同步调相机。,（4）采用动态无功功率补偿器 动态无功功率补偿设备用于急剧变动
18、的冲击负荷。动态无功补偿设备又称为“静止型无功功率自动补偿装置”（SVC），具有响应快（可小于10ms），平滑调节性能好，补偿效率高，维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此得到越来越广泛的应用。,50,四、电容器补偿的工作原理,一般采用在电路中并联电容器的方式提高功率因数。,欠补偿：电流滞后于电压 过补偿：电流超前于电压,51,五、补偿量的计算,有功负荷P30保持不变，要使功率因数从,：补偿率/比补偿功率（kvar/kW），表示1kW有功负荷需要补偿的无功功率。,52,需注意的两个问题：,（1）当电容器的额定电压与实际运行电压不相符时，电容器的实际补偿量应进行换算。,（2）在确定总补偿量Q
19、C后，就可根据所选电容器的单个容量qC来确定电容器的个数n，且n应为3的倍数，即：,53,六、电容器的接线方式与装设位置,1电容器的接线方式,低压电容器一般接成三角形；高压电容器组宜接成星形，但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。,电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的3倍。若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。但是星形接线较之三角形接线安全。,54,2电容器的装设位置（补偿方式）,高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所610kV母线上。低压分组补偿：将低
20、压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。就地补偿（个别补偿）：将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。补偿效果最好，但利用率低。,对于补偿容量相当大的工厂，宜采用高压集中补偿和低压分组补偿相结合的方式；对于用电负荷分散，补偿量较小的工厂，一般采用低压补偿。,55,例：某用户10kV变电所低压侧的计算负荷为800kW+580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿，无功自动补偿并联电容器装置的容量应是多少？并选择电容器组数及每组容量。解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数 视在计算负荷：功率因数：（2）确定无功补偿容量,56,（3）选择电容器组及每
21、组容量 根据设计手册，初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量。故选择成套并联电容器屏，可安装的电容器组数为12组，总容量为。实际最大负荷时的补偿容量为。补偿后的视在计算负荷及功率因数为视在计算负荷：功率因数 满足要求,57,六、无功补偿的效益分析,1.线路损耗下降百分值,设补偿前线路电流为I，功率因数为cos，补偿后线路电流降为，功率因数为，由于负荷有功功率不变，故,或,由于线路的功率损耗与电流平方成正比，所以补偿后功率损耗下降百分数为（补偿前为100%）,58,2.变压器铜耗下降百分值,设额定电流时的铜耗为100%，在补偿前通过电流I时，变压器铜耗的百分值为（相对额定电流而
22、言）,则补偿后变压器的铜耗下降百分值为：,59,3.减少变压器容量值,由于负荷有功功率不变，故补偿后存在,所以,：补偿后减少的变压器使用容量值（kVA）：补偿前后负荷所使用变压器容量（kVA）,60,第6节 企业计算负荷的确定,一、功率损耗,有功功率损耗：无功功率损耗：,：线路单位长度电阻：线路单位长度电抗,1.线路功率损耗,61,2.变压器功率损耗,（1）变压器有功功率损耗,铁耗 与外加电压有关，而与负荷大小无关，在数值上近似等于空载损耗,铜耗 与负荷电流（功率）的平方成正比，可根据短路损耗计算,：变压器的负荷率,62,（2）变压器无功功率损耗,产生励磁电流的无功功率损耗 与外加电压有关，而
23、与负荷大小无关，可根据空载电流和额定容量进行计算,绕组电抗所产生的无功功率损耗 与负荷电流（功率）的平方成正比，可根据短路电压和额定容量计算,63,变压器的无功功率损耗为：,（3）变压器功率损耗估算公式,64,二、企业计算负荷的确定,企业计算负荷是选择企业电源进线及其一、二次设备的基本依据，也是计算企业功率因数和企业年电能需要量的基本依据。逐级计算法：从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。,负荷计算用供电系统,65,1.用电设备组的计算负荷,按需要系数法确定企业的计算负荷,按年产量估算企业的计算负荷（1）将企业年产量A乘以单位产品耗电量a，即可得到企业全年的耗电量：,
24、66,（2）求出年耗电量后，除以企业的年最大负荷利用小时数，就可求得企业的有功计算负荷，即,或,67,2.车间变电所二次侧的计算负荷,多个用电设备组的计算负荷,该计算负荷用于选择车间变压器的型号和低压导线截面。若采用低压补偿，则,68,3.车间变电所一次侧的计算负荷,车间变电所的变压器损耗,该计算负荷用于选择车间变电所高压进线截面。,注意：若求计算负荷时车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即,69,4.车间变电所进线的计算负荷,配电所高压用电设备的计算负荷,70,5.总降压变电所一、二次侧的计算负荷,计算方法同车间变电所一、二次侧计算负荷。若采用高压集中补偿，
25、应在计算时予以考虑。,变压器二次侧计算负荷用于选择总降压变压器型号；一次侧计算负荷用于向供电部门申请用电之用。,71,例：某丝绸炼染厂，安装有两台S9-1000/10 Yyn0型电力变压器，已知该厂低压侧有功计算负荷为1098kW，无功计算负荷为828kvar，现要使该厂高压侧功率因数不低于0.9，问在高压侧如何使用电容器进行补偿？,查得S9-1000/10型电力变压器的参数为：,解:（1）每台变压器的功率损耗的计算：,72,（2）补偿前全厂的计算负荷为：,所以工厂的功率因数为：,（3）补偿容量的计算：,要使工厂的功率因数提高到0.9，需装设的电容器容量为：,73,选用BWF10.5-30-1型电容器,所需电容个数为：,取n=12，则实际补偿量为：,（4）补偿后全厂的计算负荷为：,补偿后工厂的功率因数为：,该功率因数满足规定的要求。,
