《电力负荷计算》PPT课件.ppt

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1、第二章 电力负荷及其计算,2.1 电力负荷和负荷曲线2.2 负荷统计、计算的方法2.3 企业负荷的确定与变压器的选择2.4 功率补偿技术,2.1 电力负荷和负荷曲线,2.1.1 负荷的基本概念2.1.2 用电设备的额定容量 2.1.3 负荷曲线的绘制和用途,2.1.1 负荷的基本概念,学习内容：1.什么是负荷？2.为什么负荷计算？3.电力负荷的类型4.负荷等级及供电要求,“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。,什么是负荷？,供电系统电气设备选择（导线、开关、变压器等）继电保护整定选择仪表量程安排供电方案及系统运行方式

2、,为什么要进行负荷计算？,按用途可分为：照明负荷和动力负荷按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷（民用电）电力负荷（设备）按工作制的分类长期连续工作制短时工作制 这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长。断续周期工作制,3.电力负荷的类型,动力设备就是那些为其他设备提供动力的设备,工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。1）一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者；或政治、经济上将造成重大损失者。在一级负荷中，特别重要的负荷是指在中断供电时 将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷。,4.负荷等级及供电要求,2）二级

3、负荷 二级负荷为中断供电将在政治、经济 上造成较大损失者，3）三级负荷 三级负荷为一般的电力负荷.负荷供电要求 1）一级负荷对供电电源的要求 要求应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。对一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。,常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。2）二级负荷对供电电源的要求 要求做到当发生电力变压 器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。3）三级负荷对供电电源的要求 对供电电源无特殊要求,学习内容：

4、设备容量的定义 为什么要换算设备容量？设备容量换算方法,2.1.2 用电设备的额定容量,设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。注意：设备容量与设备额定功率的概念及不同点,1 设备容量的定义,目的：负荷统计计算；困难：设备种类不同；设备工作制不同；,2 为什么要换算设备容量？,生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电热设备；照明设备。,工厂常用用电设备类型,生产机械的拖动设备,电焊和电镀设备,电焊设备,电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳

5、定，经常移动。,电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。,电镀的作用：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。,电镀设备,电热设备,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。,照明设备,常用照明设备白炽灯、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，其它类型的灯具功率因数均较低。

6、（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。,4 工厂用电设备的工作制,长期连续工作制设备,短时工作制设备,反复短时工作制设备,能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。,这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。导体还未达到其稳定温升就开始冷却，在停歇时间内足以将温度降至通电前的温度，如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。,这类设备的工作呈周期性，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。如起重机、电焊机、电梯等,（21）,起重电动机的标准暂载率有15%、25%、4

7、0%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。,通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）,负荷持续率,工作时间,停歇时间,同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的下。,断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系,5 设备容量的确定,1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 2.反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。,对起重电动机应统一

8、换算到=25%，换算公式,（32）,起重电动机,换算后设备容量,（换算前）设备铬牌额定功率,设备铬牌暂载率,对电焊机设备，应统一换算到=100%，换算公式为：,（3-3）,电焊机设备,设备铬牌额定容量,设备铬牌功率因数,(3)照明设备的设备容量 白炽灯、卤钨灯设备容量就是灯泡上标出的额定功率。荧光灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.21.3倍。高压汞灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍；自镇式高压汞灯设备容量与灯泡额定功率相等。,高压钠灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。金属卤化物灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍

9、。,2.1.3 负荷曲线绘制与用途,1 什么是负荷曲线？电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。2 负荷曲线用途确定系统运行方式安排供电计划安排设备检修计划,（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线（2)按负荷变动的时间分日负荷曲线(24h)年负荷曲线（8760h,3 负荷分类,4、日负荷曲线 的绘制,24小时内负荷随时间的变化，随季节、地区不同而变。绘制的方法（1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。,（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般

10、为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。,日负荷曲线的绘制,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）。,日有功负荷曲线,依点连成的负荷曲线,梯形负荷曲线,年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。,5 年负荷曲线,年负荷曲线,年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对

11、应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。,年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。,年最大负荷Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷，它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。通常用Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大功率，因此，年最大负荷也就是半小时最大负荷P30年最大负荷利用小时Tmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。,6 负荷曲线特征量,最大负荷利用小时为 Tmax的大小表明了工厂消耗电能是否均匀。最大负荷利用

12、小时越大，则负荷越平稳。Tmax一般与工厂类型及生产班制有较大的关系，例如，一班制工厂Tmax=18002500 h,两班制工厂Tmax=35004500 h,三班制工厂Tmax=50007000 h。,平均负荷Pav和年平均负荷,平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率,年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。,负荷系数:负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即,2.2 三相用电设备组计算负荷的确定,2.2.1 概述 计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常

13、取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。,在工厂供电系统设计过程中必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效，是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。按照等效负荷，从满足发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。,在设计计算中，通常将“半小时最大负荷”作为计算负荷，用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。计算负荷、年最大负荷、30 min平均最大负荷三者之间的关系为Pc=P30=PmaxQc=Q30=QmaxSc=S30=Smax,2.2.1 概述,负荷计算:是指对某一线路中的实

14、际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。,PC-负荷的有功计算负荷 QC-负荷的无功计算负荷SC-负荷的视在计算负荷 IC-负荷的计算电流,需要系数法,二项式系数法,需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。,二项式系数法考虑了用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，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。,负荷计算方法,负荷计算统计方法,按需要系数法进行负荷计算的基本过程是：1、先确定计算范围(如某低压干线上的所有设备)，2、然后将不同工作制下的用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下，经换算后的额定功率也称为设备容量Pe

15、。3、再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考虑到需要系数，算出每一组用电设备的计算负荷，4、最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷。,由于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，另外考虑到线路的损耗、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的系数，叫做需要系数，用Kd表示。,需要系数Kd,2.2.2 需要系数法,需要系数法,需要系数,用电设备组所有设备容量之和,每组用电设备的设备容量,需要系数法需要系数,需要系数,同时系数K：并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用,负荷系数KL：并非投入使用

16、的所有电气设备任何时候都会满载运行,电气设备的平均效率e：电气设备额定功率与输入功率不一定相等,线路的平均效率W1：考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后，电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同,注：工程实际中，很难通过Kd的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表求得其经验值,需要系数法求解的几个问题,（1）对12台用电设备宜取(2)用电设备组的计算负荷 有功计算负荷：无功计算负荷：,需要系数法求解的几个问题,视在计算负荷：计算电流：,表 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数,（1）单台设备的计算负荷当只有一台用电设备时，不能直接按表取需要系数，这是因为影响需要系数的几个因素

17、除用电设备本身的效率外均可能为1，此时的需要系数只包含了效率，因此由式可得到P30=Pe/，由P30、Q30、S30、I30之间的关系得到如下公式：,【例2.1】某车间有一台吊车，其额定功率PN为29.7 kW(N=45)，=0.8，cos=0.5，其设备容量为多少?【解】Pe=(N/25)*PN=2N*PN=229.7 0.45=39.8(kW),【例2.2】某220 V单相电焊变压器，其额定容量为SN=50 kVA，N=60，cos=0.65，=0.93，试求该电焊变压器的计算负荷。【解】Pe=(N/100)*SN cos=(0.6/1)500.65=25.2(kW)其计算负荷为P30=P

18、e/=25.2/0.93=27.1(kW)Q30=P30tan=27.11.17=31.7(kvar)S30=P30/cos=27.1/0.65=41.7(kVA)I30=P30/(UNcos)=27.1/(0.220.65)=189.5(A),(2)单组用电设备的计算负荷 单组用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同。如均为机床的电动机，或均为通风机，见图2.5中D点的计算负荷。可求出其有功计算负荷P30，然后再求出其他计算负荷Q30、S30、I30，其计算公式为,图2.5 供配电系统中各点电力负荷的计算,【例2.3】已知某化工厂机修车间采用380 V供电，低压干线上接有冷加工机

19、床26台，其中11 kW 1台，4.5 kW 8台，2.8 kW 10台，1.7 kW 7台，试求该机床组的计算负荷。【解】该设备组的总容量为Pe=111+4.58+2.810+1.77=86.9(kW)查表附录表1Kd=0.160.2(取0.2),tan=1.73,cos=0.5，则有功计算负荷P30=0.286.9=17.38(kW)无功计算负荷 Q30=17.381.73=30.06(kvar)视在计算负荷 S30=17.380.5=34.76(kVA)计算电流I30=34.76/(30.38)=52.8(A),(3)低压干线的计算负荷图2.5供配电系统中各点电力负荷的计算低压干线是给多

20、组不同工作制的用电设备供电的，如通风机组、机床组、水泵组等，因此，其计算负荷也就是图2.5中C点的计算负荷。应先分别计算出D层面每组(例如机床组、通风机组等)的计算负荷，然后将每组有功计算负荷、无功计算负荷分别相加，得到C点的总的有功计算负荷P30和无功计算负荷Q30，最后确定视在计算负荷S30和计算电流I30，即,【例2.4】某机修车间380 V低压干线(如图2.5)接有如下设备：小批量生产冷加工机床电动机：7 kW 3台，4.5 kW 8台，2.8 kW 17台，1.7 kW 10台。吊车电动机：N=15时铭牌容量为18 kW、cos=0.7共2台，互为备用。专用通风机：2.8 kW 2台

21、。试用需要系数法求各用电设备组和低压干线(C点)的计算负荷。【解】显然,各组用电设备工作性质相同，需要系数相同，因此先求出各用电设备组的计算负荷。,冷加工机床组 设备容量Pe(1)=73+4.58+2.817+1.710=121.6(kW)查表，取Kd=0.2，cos=0.5，tan=1.73,则P30(1)=KdPe(1)=0.2121.6=24.32(kW)Q30(1)=P30(1)tan=24.321.73=42.07(kvar)吊车组(备用容量不计入)设备容量Pe(2)=2NPN=20.1518=13.94(kW)查表，取Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，则P30(2)

22、=KdPe(2)=0.1513.94=2.09(kW)Q30(2)=P30(2)tan=2.091.73=3.62(kvar),通风机组 设备容量Pe(3)=22.8=5.6(kW)查表，取Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75,则P30(3)=KdPe(3)=0.85.6=4.48(kW)Q30(3)=P30(3)tan=4.480.75=3.36(kvar)低压干线的计算负荷(取K1=0.9)总有功功率 P30=K1P30(1)+P30(2)+P30(3)=0.9(24.32+2.09+4.48)=27.80(kW),总无功功率 Q30=K1Q30(1)+Q30(2)+Q30(3)

23、=0.9(42.07+3.62+3.36)=44.14(kvar)总视在功率 S30=P230+Q230=27.802+44.142=52.17(kVA)总计算电流=52.1730.38=79.27(A),(4)车间低压母线的计算负荷确定低压母线上的计算负荷也就是确定图2.5中B点的计算负荷。B点计算负荷的确定类似于C点。同样，考虑到各低压干线最大负荷不一定同时出现，因此在确定B点的计算负荷时，也引入一个同时系数，即,需要系数法求解的几个问题,(3)多组用电设备的计算负荷 总的有功计算负荷：总的无功计算负荷：,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入

24、一个同时系数K。,需要系数法求解的几个问题,总的视在计算负荷：总的计算电流：,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。,2.2.3 二项式法确定计算负荷,当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时，采用二项式法。,2、多组用电设备计算负荷的确定,考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素,在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cPx）max，再加各组的平均负荷bPe,但是必须注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n2x(x为附录表1中规定的最大设备容量台数)时，则最大容量台数x 宜相应取小一些

25、，建议取为x=n/2 如果用电设备组只有12台设备时，就可认为P30=Pe，即 b=1、c=0。,2.2.4 单相用电设备组计算负荷的确定,单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%,则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算，如果大于15%则将单相设备换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。,一、单相设备组等效三相负荷的计算 1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算,按最大负荷相所接单相设备功率之和的3倍计算：,等效三相设备容量：,四、分相计算各相的设备容量和计算负荷,选出最大负荷相,2.4 工厂供电系统的功率损

26、耗和电能损耗,式中 R 线路每相电阻 X 线路每相电抗,式中:变压器空载无功损耗 变压器在额定负荷下,消耗在一、二次绕 组电抗上的无功损耗。变压器空载电流占额定电流的百分比。变压器短路电压占额定电压的百分比。变压器负荷率,在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损耗可按下式近似计算：,已知Tmax和cos时，可以查关系曲线，得到,电能损耗,最大负荷损耗小时数。其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电流 流过 小时后所产生的电能损耗，等于实际变化电流时的电能损耗。,第五节,1 用户总负荷计算,总负荷计算原则：求各用电设备的设备容量 用需要系数法逐级计算 在配电点要考虑同时系数 PC=KP*PCi

27、QC=KQ*QCi,注意事项：首先确定不同工作制和计及工作效率的设备容量,注意事项：不计设备备用容量。,注意事项：减去无功补偿容量 需要选用同时系数,在变压器的安装处要考虑变压器的损耗,此时,线路中的损耗原则可不考虑 在并联电容安装处，要考虑补偿容量,PC3=PC1+PT QC3=QC1+QT,注意事项：计入线路损耗；减去无功补偿容量。,最后，求得最大负荷时的功率因数和需要系数的计算值,注意：是针对负荷群制定的，对于单台设备，不存在需要系数。设备台数越多，越准确；在查表取用需要系数时，注意负荷群的划分；,计算负荷 就是用户向供电部门提供的最大有功负荷（全厂总容量），作为申请用电之用。功率因素可供判断是否进行无功补偿。需要系数用来和现有手册作比对。,无功功率补偿,供电营业规则规定：100KVA及以上高压供电的用户其功率因数应达到0.9以上，其它电力用户的功率因数应达到0.85以上。,无功补偿容量,确定电容器个数,无功补偿后的工厂计算负荷,第六节,