第二章工廠的電力負荷及其計算劉紅宇第一頁，共三十七頁。第一節(jié)工廠的電力負荷與負荷曲線第二節(jié)三相用電設(shè)備組計算負荷的確定第二頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算第一節(jié)工廠的電力負荷與負荷曲線一、工廠電力負荷的分級及其對供電電源的要求(一)工廠電力負荷的分級工廠的電力負荷，按《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，分為三級：一、符合下列情況之一時，應(yīng)為一級負荷：

１．中斷供電將造成人身傷亡時。

２．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。

３．中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。

在一級負荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)視為特別重要的負荷。第三頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算二、符合下列情況之一時，應(yīng)為二級負荷：

１．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。

２．中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。三、不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。第四頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算(二)各級電力負荷對供電電源的要求（1）一級負荷的供電電源應(yīng)符合下列規(guī)定：

a、一級負荷應(yīng)由兩個電源供電；當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。

b、一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴禁將其它負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。下列電源可作為應(yīng)急電源：

1、獨立于正常電源的發(fā)電機組。

2、供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專用的饋電線路。

3、蓄電池。

4、干電池。

第五頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算根據(jù)允許中斷供電的時間可分別選擇下列應(yīng)急電源：

1、允許中斷供電時間為15s以上的供電，可選用快速自啟動的發(fā)電機組。

2、自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路。

3、允許中斷供電時間為毫秒級的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置、蓄電池機械貯能電機型不間斷供電裝置或柴油機不間斷供電裝置。應(yīng)急電源的工作時間，應(yīng)按生產(chǎn)技術(shù)上要求的停車時間考慮。當(dāng)與自動啟動的發(fā)電機組配合使用時，不宜少于10min。

第六頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算（2）二級負荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回6KV及以上專用的架空線路或電纜供電。當(dāng)采用架空線時，可為一回架空線供電；當(dāng)采用電纜線路時，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路供電，其每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負荷。（3）三級負荷對供電電源的要求由于三級負荷為不重要的一般負荷，因此它對供電電源無特殊要求。

第七頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算

二、工廠用電設(shè)備的工作制(負荷分類）工廠的用電設(shè)備，按其工作制(duty-type)分以下三類：(1)連續(xù)工作制：這類工作制的設(shè)備運行時間長，停歇時間短。如通風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、電機發(fā)電機組、電爐和照明燈等。機床電動機的負荷，一般變動較大，但其主電動機一般也是連續(xù)運行的。(2)短時工作制：這類工作制的設(shè)備停歇時間長，運行時間很短如機床上的某些輔助電動機(例如進給電動機)、控制閘門的電動機等。（負荷統(tǒng)計時不計入）第八頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算(3)斷續(xù)周期工作制)：這類工作制的設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復(fù)運行，好像有固定周期一樣，而工作周期一般不超過10min。此設(shè)備有兩種：電焊用變壓器和吊車、行車用電動機。斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負荷持續(xù)率”(又稱暫載率)來表示其工作特征。負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用ε表示，即第九頁，共三十七頁。第十頁，共三十七頁。①吊車機組用電動機（包括電葫蘆、起重機、行車等

）的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率（kW），若其εN不等于25%時應(yīng)進行換算，公式為:②電焊機及電焊變壓器的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到ε＝100%時的額定功率（kW）。若其銘牌暫載率εN不等于100%時，應(yīng)進行換算，公式為:第十一頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算三、負荷曲線的概念負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，它繪在直角坐標(biāo)紙上，縱坐標(biāo)表示負荷(有功功率或無功功率)，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)的時間(一般以小時為單位)。負荷曲線按負荷對象分，有工廠的、車間的或某類設(shè)備的負荷曲線。按負荷性質(zhì)分，有有功和無功負荷曲線。按所表示的負荷變動時間分，有年的、月的、日的或工作班的負荷曲線。

第十二頁，共三十七頁。圖2-1是一班制工廠的日有功負荷曲線，其中圖2-1a是依點連成的負荷曲線，圖2-1b是繪成梯形的負荷曲線。為便于計算，負荷曲線多繪成梯形，橫坐標(biāo)一般按半小時分格，以便確定“半小時最大負荷”。第十三頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算年負荷曲線1、負荷持續(xù)時間曲線，按負荷大小依次排列，如圖2-2c所示，全年按8760h計。上述年負荷曲線，根據(jù)其一年中具有代表性的夏日負荷曲線(圖2-2a)和冬日負荷曲線(圖2-2b)來繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r而定。例如在我國北方，可近似地認為夏日165天，冬日200天；而在我國南方，則可近似地認為夏日200天，冬日165天。假設(shè)繪制南方某廠的年負荷曲線(圖2-2c)，其中P1在年負荷曲線上所占的時間T1=200(t1+t1′)，P2在年負荷曲線上所占的時間T2=200t2+165t2′，其余類推。第十四頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算

第十五頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算四、與負荷曲線和負荷計算有關(guān)的物理量1、年最大負荷和最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷是指全年中最大工作班內(nèi)半小時（30分鐘）平均功率的最大值，并用符號Pm、Qm和Sm分別表示年有功、無功和視在最大負荷。半小時（30分鐘）平均最大功率P30所謂最大工作班，是指一年中最大負荷的工作班次，最大負荷最少出現(xiàn)2～3次的最大負荷，而不是偶然出現(xiàn)的某一個工作班。

年最大負荷利用小時數(shù)Tm，是一個假想時間。其物理意義是，如果用戶以年最大負荷(如Pm)持續(xù)運行Tmh，則所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。如圖2-3(c)所示，年持續(xù)負荷曲線與兩軸所包絡(luò)的面積，等于Pm與Tm的乘積(即面積I等于面積Ⅱ)，所以Tm可表達為：年最大負荷利用小時是反映電力負荷特征的一個重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，Tmax≈1800～3000h；兩班制工廠，Tmax≈3500～4800h；三班制工廠，Tmax≈5000～7000h。第十六頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算2、平均負荷和負荷系數(shù)(1)平均負荷是指電力用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值，記作Pav，Qav，Sav如圖所示為平均有功負荷，其值為用戶在由0到t時間內(nèi)所消耗的電能Wt(kWh)除以時間t，即：(2)負荷系數(shù)又稱負荷率，它是用電負荷的平均負荷Pav與其最大負荷Pm的比值.對負荷曲線來說，負荷系數(shù)亦稱負荷曲線填充系數(shù)，它表征負荷曲線不平坦的程度，即表征負荷起伏變動的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來說，希望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個電力系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)盡量使不平坦的負荷曲線“削峰填谷”，提高負荷系數(shù)。負荷系數(shù)通常以百分值表示。負荷系數(shù)(負荷率)的符號有功負荷率用α、無功負荷率用β表示，即：第十七頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算第二節(jié)三相用電設(shè)備組計算負荷的確定一、概述求計算負荷，也稱需用負荷。目的是為了合理的選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡(luò)、主接線、變壓器容量和電器設(shè)備型號等。如何選？用按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負荷值。根據(jù)計算負荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如果以計算負荷連續(xù)運行，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。第十八頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算一般選P30作為Pm，作為計算負荷使用。原因（1）選擇設(shè)備時要考慮到最嚴重的情況下也能正常運行。（2）由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約需(3～4)τ，τ為發(fā)熱時間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其r≥10min，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min(半小時)后可達到穩(wěn)定溫升值。由此可見，計算負荷實際上與從負荷曲線上查得的半小時最大負荷P30(亦即年最大負荷Pmax)是基本相當(dāng)?shù)?。所以計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷。求計算負荷意義重大，估算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費和工程投資的增加。反之，如估算過低，又會使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實際負荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供配電系統(tǒng)的正?？煽窟\行。第十九頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算二、按需要系數(shù)法確定計算負荷(一)基本公式在供配電系統(tǒng)設(shè)計和運行中，常使用需用系數(shù)Kd，其與Pm、Pe的關(guān)系為：需用系數(shù)是一個綜合系數(shù)，Kd只能靠測量統(tǒng)計確定。上述各種因素可供設(shè)計人員在變動的系數(shù)范圍內(nèi)選用時參考。表為某些需用系數(shù)及功率因數(shù)。第二十頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算1、需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計算負荷的基本公式為：P30=KdPe后續(xù)公式：例題：第二十一頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算(二)設(shè)備容量的計算需要系數(shù)法基本公式P30=KdPe中的設(shè)備容量Pe，不含備用設(shè)備的容量，而且要注意，此容量的計算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。1．對一般連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組

設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。2．對斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個規(guī)定的負荷持續(xù)率下的容量之和。容量換算的公式如式(2-2)所示。斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備常用的有電焊機和吊車電動機，各自的換算要求如下：(1)電焊機組要求容量統(tǒng)一換算到ε=100％。(2)吊車電動機組要求容量統(tǒng)一換算到ε=25％。第二十二頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算(三)多組用電設(shè)備計算負荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應(yīng)結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計人一個同時系數(shù)(又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù))KΣp，KΣq第二十三頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算第二十四頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算三、計算負荷的估算方法(一)單位產(chǎn)品耗電量法當(dāng)已知企業(yè)年生產(chǎn)量為n，每生產(chǎn)單位產(chǎn)品電能消耗量為ω(見表)，則：（二)負荷密度法當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積或某建筑面積負荷密度ρ時，車間的平均負荷或某建筑的平均負荷可按下式計算：(三)其他估算法:第二十五頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算第三節(jié)單相用電設(shè)備組計算負荷的確定一、概述在工廠里，除了廣泛應(yīng)用的三相設(shè)備外，還應(yīng)用有電焊機、電爐、電燈等各種單相設(shè)備。在民用中有大量的單相負荷。單相設(shè)備接在三相線路中，應(yīng)盡可能均衡分配，使三相負荷盡可能均衡。1、如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5％，則不論單相設(shè)備如何分配，單相設(shè)備可與三相設(shè)備綜合按三相負荷平衡計算。2、如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量的15％時，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再與三相設(shè)備容量相加。3、由于確定計算負荷的目的，主要是為了選擇線路上的設(shè)備和導(dǎo)線(包括電纜)，使線路上的設(shè)備和導(dǎo)線在通過計算電流時不致過熱或損壞，因此在接有較多單相設(shè)備的三相線路中，不論單相設(shè)備接于相電壓還是線電壓，只要三相負荷不平衡，就應(yīng)以最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷，以滿足安全運行的要求。（等效原則）第二十六頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算二、單相設(shè)備組等效三相負荷的計算1．單相設(shè)備接于相電壓時的等效三相負荷計算等效三相設(shè)備容量Pe應(yīng)按最大負荷相所接單相設(shè)備容量Pemφ的3倍計算，即等效三相計算負荷則按前述需要系數(shù)法計算。2．單相設(shè)備接于線電壓時的等效三相負荷計算3．單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時的等效三相負荷計算首先應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分相計算各相的設(shè)備容量和計算負荷?？偟牡刃嘤泄τ嬎阖摵蔀槠渥畲笥泄ω摵上嗟挠泄τ嬎阖摵蒔30mφ的3倍，即總的等效三相無功計算負荷為最大有功負荷相的無功計算負荷Q30mφ的3倍，即第二十七頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量1、負荷均攤法：即2、系數(shù)法：第二十八頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算第四節(jié)工廠的計算負荷及年耗電量的計算一、工廠計算負荷的確定(一)按需要系數(shù)法確定工廠計算負荷(二)按年產(chǎn)量估算工廠計算負荷(三)按逐級計算法確定工廠計算負荷功率損耗：一、供電線路的功率損耗三相供電線路的有功功率損耗△P，無功功率損耗△Q分別按下式計算：第二十九頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算二、變壓器的功率損耗變壓器的損耗包括有功功率損耗△PT和無功功率損耗△QT。(一)有功功率損耗有功功率損耗又由兩部分組成。其一為空載損耗，又稱鐵損，它是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗。因為變壓器主磁通只與外加電壓有關(guān)，當(dāng)外加電壓u和頻率f恒定時，鐵損也為常數(shù)，與負荷大小無關(guān)?？蛰d損耗可由空載實驗確定。另一部分是短路損耗，又稱銅損，它是變壓器負荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負荷電流平方(或功率)成正比。短路損耗可由短路實驗確定。所以雙卷變壓器有功功率損耗表達式為(二)無功功率損耗同樣，無功功率損耗也由兩部分組成。一部分是變壓器空載時，由產(chǎn)生型磁通勵磁電流所造成的無功損耗。另一部分是由變壓器負荷電流在一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功損耗。其表達式為：第三十頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算(四)工廠的功率因數(shù)、無功補償及補償后的工廠計算負荷無功補償?shù)谋匾噪娏ο到y(tǒng)中使用的輸變電設(shè)備及電力用戶的用電設(shè)備，如電力變壓器、電抗器、感應(yīng)電動機、電焊機、高頻爐、日光燈等大部分具有電感的特性。它們在建立交變磁場時需從電力系統(tǒng)中吸收無功功率。但無功功率并不是實際作功的功率，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備在其發(fā)出的視在功率為一定時，無功功率需求的增加，將會造成發(fā)出的有功功率的下降而影響發(fā)電機的出力。同時，無功功率在系統(tǒng)的輸送中會造成許多不利的影響：(1)無功功率在通過電網(wǎng)時，會引起線路及設(shè)備的有功損耗。因此在輸送有功功率為一定時，增加無功功率會使總電流增加而引起供電線路及設(shè)備的有功功率損耗相應(yīng)的增加。(2)電網(wǎng)的電壓損失將會隨著無功功率的增加而增加，這給電網(wǎng)電壓的調(diào)整帶來困難。(3)在電網(wǎng)輸送有功不變下，無功增加而使總電流增加，會使供電系統(tǒng)中的如變壓器、斷路器、導(dǎo)線以及測量儀器、儀表等等的一次、二次設(shè)備的容量、規(guī)格尺寸增大，從而使投資費用增加。

第三十一頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算在《供電營業(yè)規(guī)則》，中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)應(yīng)達到下列規(guī)定：100kV·A及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0．90以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0．85以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置（處罰），通常采用并聯(lián)電容器進行（就地）補償。第三十二頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算人工補償裝置的補償容量可按下式計算：式中的平均負荷Pav也可用計算負荷Pc乘以負荷系數(shù)α代替，則得：無功補償后的計算負荷裝設(shè)了無功補償裝置以后，則在確定補償?shù)攸c以前的總計算負荷時，應(yīng)扣除無功補償容量，即總的無功計算負荷：由上式可以看出，在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補償裝置以后，由于低壓側(cè)總的視在計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器容量選得小一些。第三十三頁，共三十七頁。第二章工廠的電力負荷及其計算電力電容器的裝設(shè)位置實際中廣泛應(yīng)用的補償無功的并聯(lián)電力電容器，其裝設(shè)的位置因不同的補償方式而不同。電力電容器的補償方式通常分為三種：個別補償、分組補償和集中補償。個別補償就是將電力電容器裝設(shè)在需要補償?shù)碾姎庠O(shè)備附近，使用中與電氣設(shè)備同時運行和退出，如圖所示。個別補償處于供電的末端負荷處，它可補償安裝地點前面所有高、低壓輸電線路及變壓器的無功功率，能最大限度地減少系統(tǒng)的無功輸送量，使得整個線路和變壓器的有功損耗減少，及導(dǎo)線的截面、變壓器的容量、開關(guān)設(shè)備等的規(guī)格尺寸降低，它有最好的補償效果。其缺點是：(