1、第2章、工業(yè)企業(yè)電力負荷及其計算,1、主要內(nèi)容： 2.1、工業(yè)電力負荷和負荷曲線 *2.2、三相用電設(shè)備組的計算負荷確定 *2.3、單相用電設(shè)備組的計算負荷確定 2.4、工業(yè)企業(yè)的負荷計算及系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗 2.5、尖峰電流的計算 2、學習目的：為了使供電工作達到安全、可靠、經(jīng)濟、合理的要求，必須需要了解電力負荷的性質(zhì)及其計算。,2.1、工業(yè)企業(yè)電力負荷和負荷曲線,2.1.1工業(yè)企業(yè)電力負荷的分級 1、電力負荷： 用電設(shè)備所消耗的功率或者線路中流過的電流或者功率； (反映數(shù)值 KA/KVA) 耗用電能的用電設(shè)備和用戶。(反映性質(zhì)) 2、按照電力負荷對其供電可靠性及中斷供電在政治上、經(jīng)濟

2、上所造成的損失或者影響的程度，將工業(yè)企業(yè)的電力負荷分成三級： 一級負荷 二級負荷 三級負荷,1)、一級負荷：重要負荷，無論正常運行還是發(fā)生事故時，都 應保持連續(xù)供電。 解決方案：兩個獨立的電源供電。 特殊重要的又稱為保安負 荷（應急電源）。 2)、二級負荷：重要負荷，占很大的比例。它能做到不致中斷 供電，或者中斷后能迅速恢復供電。 解決方案：兩回線路供電，供電變壓器也應由兩臺。 舉例： 3)、三級負荷：所有不屬于一級和二級的負荷的電能用戶。允 許長時間停電，一般有單回線路供電。 在工業(yè)企業(yè)中，一級二級負荷占的比重較大(60%-80%)，即使短時停 電造成的損失一般都很可觀。掌握了工業(yè)企業(yè)的負荷

3、分級以及其對供電的要 求后，在設(shè)計新建企業(yè)的供電系統(tǒng)時，可以按照實際情況進行方案的擬定和 分析比較，是確定供電方案在技術(shù)經(jīng)濟上最合理。,2.1.2工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備的工作制 在工業(yè)企業(yè)中，電能廣泛應用于各種機械、電解、電熱、電焊等，其運行工作制不同。為了取得較準確的電力負荷數(shù)據(jù)，以便正確的選擇供電系統(tǒng)的線路以及供電元件，必須將用電設(shè)備按工作制進行分類。 按照發(fā)熱情況分成3類： 1、連續(xù)工作制； 2、短時工作制； 3、反復短時工作制。,1、連續(xù)工作制：在規(guī)定的環(huán)境溫度下長期連續(xù)運行的電器設(shè)備，特點是負荷比較穩(wěn)定。連續(xù)工作發(fā)熱使其溫度達到穩(wěn)定溫度，任何部分產(chǎn)生的溫度和溫升均應不超過最高允許值。 例子

4、：通風機、水泵、壓縮空氣機，電動發(fā)動機，電爐，運輸 設(shè)備，照明設(shè)備等。,2、短時工作制：工作時間較短，而停歇時間相當長的用電設(shè)備。特點是工作溫度達不到穩(wěn)定溫度，停歇時溫度可降到環(huán)境溫度。 例子：機床上的進給電動機，水閘電動機，脈沖閥門等,3、反復短時工作制：時而工作，時而停歇，反復運行的設(shè)備，工作周期一般不超過10min。特點是工作時其溫度達不到穩(wěn)定溫度，停歇時其溫度也降不到環(huán)境溫度。 負荷持續(xù)率/暫態(tài)率： T為工作周期，t為一個工作周期內(nèi)的工作時間，t0為一個工作周期內(nèi)的非工作時間。 國標規(guī)定電氣設(shè)備的額定周期為10min。 例子： 提升機，高爐卷揚機，各類型的吊車，電焊機，起重機。（一般屬

5、于系統(tǒng)的不良用戶）。,2.1.3工業(yè)企業(yè)的負荷曲線與計算負荷 1、負荷曲線 指某一段時間內(nèi)負荷隨時間而變化的規(guī)律，反映了用戶的用電特點和功率大小。 負荷曲線的名稱和特征由三組詞來限定： A、功率性質(zhì)：有功與無功； B、時間段：年、月、日、工作班； C、計量地/設(shè)備名：發(fā)電廠，變電所，電力線路、工業(yè)企業(yè)、車間、某類設(shè)備。 負荷曲線的功能：直觀地了解符合變動的情況。,尖峰負荷， 最大負荷 負荷低谷，最小負荷 半小時最大負荷P30 Q30， S30 Pav，Qav，Iav,年負荷曲線1,年負荷曲線2,2、與負荷曲線相關(guān)的物理量 (1)、年最大負荷（P30 Pmax）： 全年中負荷最大的工作日內(nèi)消耗電

6、能最大的半小時的平均功率。 (2)、年最大負荷利用小時: Tmax= Wa/Pmax =Wa/P30 Wa為全年消耗的電能，反映了負荷的穩(wěn)定性，與工廠的生產(chǎn)班制明顯相關(guān)。越大越平穩(wěn),(3)、平均負荷：電力負荷在一定時間t內(nèi)消耗功率的平均值 Pav=Wt/t 年平均負荷：Pav=Wa/8760,(4)、負荷系數(shù): 平均負荷與最大負荷的比值，又稱負荷率，表明負荷曲線不平坦的程度，也就是負荷變動的情況。 KL=Pav/Pmax 反映負荷變動的程度。 設(shè)備的負荷系數(shù)： 設(shè)備的輸出功率Pout和設(shè)備額定容量PN的比值。 KL=Pout/PN,3、計算負荷 概念：通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選

7、擇供電 系統(tǒng)中各元件的負荷值； 熱慣性與發(fā)熱的 3 原則； 計算負荷的表示：P30，Q30 ，S30，I30 計算負荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)，關(guān)系到電器設(shè)備的選型 和導線的選擇。 目標：選擇合適的元件，滿足電力系統(tǒng)的可靠運行的要求。 確定計算負荷的方法：需要系數(shù)法，二項式法。,2.2、三相用電設(shè)備組的設(shè)備容量,2.2.1、設(shè)備容量 區(qū)別 “額定功率” 在確定用電設(shè)備組的額定容量時，不能將各設(shè)備上的額定容 量簡單相加，而必須換算成同一工作制下的額定功率，然后 才能相加。在統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”成為設(shè)備容 量，用Pe表示。 換算的依據(jù)是等價的發(fā)熱條件；即將某一工作制下的發(fā)熱轉(zhuǎn) 換到另一

8、工作制下的發(fā)熱時對應的功率消耗。,2.2.2設(shè)備容量的確定(單個三相設(shè)備) (根據(jù)工作制的不同分別確定) 1、連續(xù)工作制和短時工作制的設(shè)備容量:,p0為比功率，即建筑物單位面積照明光源的安裝功率； A為建筑物的面積；,2、反復短時工作制的設(shè)備容量 反復短時工作制的設(shè)備容量是將某負荷持續(xù)率的銘牌額定 功率換算成到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率，這種換算是按同一 周期內(nèi)相同發(fā)熱條件進行的。,按照發(fā)熱條件的等價進行推導：,1)電焊機和電焊裝置： = 100 =100%,例： 已知電焊機變壓器： SN=42kVA， N=60% ， ， 求： 該變壓器的Pe,解：,2)起重機(吊車電動機)： = 25 = 2

9、5%,例： 已知某10t的橋式吊車一臺，： PN=39.6kW， N=40% ， 求： 該吊車的Pe,解：,2.3、電力負荷的實用計算方法,2.3.1 需要系數(shù)法 概念：在進行電力負荷計算時，一般將車間內(nèi)多臺用電設(shè) 備按其工作特點分組，即把負荷曲線圖形特征相近的歸成一個 設(shè)備組，對每組設(shè)備選用合適的需要系數(shù)，計算出每組用電設(shè) 備的計算負荷，然后由各組計算負荷求出總的計算負荷。,1、用電設(shè)備組的計算負荷,需求系數(shù)：,按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計算負荷的基本公式,2、單臺用電設(shè)備的計算負荷,Kd一般是按照車間范圍內(nèi)設(shè)備臺數(shù)較多的情況來確定的。 但是對于計算干線或者支線上用電設(shè)備只有12臺設(shè)備

10、時，那么：,例：,有一臺橋式吊車，在負荷持續(xù)率為40%的條件下，其 額定功率為39.6kW，其額定負載下的效率為0.8，功率因 子為0.5，試求該電動力機供電線路的支線的計算負荷,解：,Pe=P30=Q30=S30=I30=？,多組用電設(shè)備的最大負荷不一定同時出現(xiàn)，所以結(jié)合實際情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)（綜合系數(shù)）Kp 和Kq 對于車間干線： Kp =0.85-0.95； Kq =0.9-0.97。 對于低壓母線： 1)、各組計算負荷直接加： Kp =0.8-0.9；Kq =0.85-0.95。 2)、有車間干線計算負荷直接加：Kp =0.9-0.95；Kq =0.93-0

11、.97。,3、多組用電設(shè)備計算,則：,注意：視在計算負荷和電流的計算不能用各組的視在負荷或計算電流直接相加而得。,2.3.2二項式系數(shù)法,略（P38）,不平衡判定界限：單相設(shè)備的總?cè)萘渴欠癯^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%。 計算： 計算目標：等效三相設(shè)備負荷。 在三相負荷不對稱，就應以最大負荷相有功的3倍作為等效三相有功負 荷進行計算。 A、單相設(shè)備接相電壓：Pe=3MaxPe，mph, x, x=A,B,C。 / Pe=3Pe，mph B、單相設(shè)備接線電壓：Pe= MaxPe，ph, x , x=A,B,C。/ Pe= Pe，ph,2.3.3、不對稱單相負荷的設(shè)備容量,C、單相設(shè)備分別接線電壓和相

12、電壓： 所有設(shè)備統(tǒng)一換算成相電壓下的設(shè)備容量分相計算各相的設(shè)備容量和計算負荷取最大相的3倍,P42 表2-3 相間負荷換算為相負荷的功率換算系數(shù),P42 例 2-5,2.4、供電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗,A、功率損耗示意圖:,2.4.1供電系統(tǒng)的功率損耗,B、功率損耗計算:,B1.1、線路有功功率損耗：線路電阻所產(chǎn)生的損耗。,B1.2、線路無功功率損耗：線路電抗所產(chǎn)生的損耗。,提示： a、線路的電路和電抗參數(shù)可查標準表格可以得到； b、計算的單位需特別注意，常用單位：kW,kvar,kVA.,線路損耗算例：,試計算從供電系統(tǒng)的某地區(qū)變壓所到一個企業(yè)總降壓變電所的35kV的送電線路的有功功率損耗

13、和無功功率損耗。已知該線路長度為12km,采用鋼芯鋁線LGJ-70，導線幾何距離為2.5m，輸送計算負荷S30=4917kVA。 解：查表的：LGJ-70的R0=0.46/km；當幾何距離為2.5m時，X0=0.397/km。 則該線路的有功功率損耗為：,則該線路的無功功率損耗為：,B2.1、變壓器的有功功率損耗：,B2.2、變壓器的無功功率損耗：,鐵損PFe ：變壓器鑄刺痛宰鐵心中產(chǎn)生的有功功率，通過空載實驗測定 ；與外加的電壓及頻率有關(guān)，與負荷無關(guān)。,銅損PCu ：編號壓器負荷電流在一次、二次繞組的電阻中所產(chǎn)生的有功損耗，通過短路實驗測定；與負荷電流的平方成正比。,=S30/SN變壓器的負

14、荷率。,空載無功功率損耗Q0：變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流造成。通過空載實驗測定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)。,負載無功功率損耗：變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流造成。通過空載實驗測定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)。,B2.2、變壓器的無功功率損耗：,空載無功功率損耗Q0：變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流造成。通過空載實驗測定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)。,負載無功功率損耗：負荷電流在變壓器一次、二次繞線組電抗上產(chǎn)生的無功功率。通過短路實驗測定 ；與繞組有關(guān)。,所以，變壓器的無功功率損耗：,變壓器功率損耗的算例,已知某 車間選用變壓器的型號為SJL1-1000/10，

15、10/0.4kV。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：空載損耗為2.0kW，短路電壓百分比為4.5，空載電流百分比為1.7。已知該變壓器的計算負荷為：P30=596kW,Q30=530kvar, S30800kVA。試計算該車間變壓器的有功損耗和無功損耗。 解：變壓器的負荷率=S30/SN=800/1000=0.8； 變壓器的有功損耗為：PTP0+Pk2 =2.0+13.70.82 =10.8(kW) 變壓器的無功損耗為：QTSN(I0%/100+Uk%/1002 ) =10001.7/100+4.5/100(0.8)2 =45.8(kvar),2.4.1供電系統(tǒng)的電能損耗,線路電能損耗：,鐵損：,變壓器電能損耗：

16、,銅損：,其中：,2.5、工業(yè)企業(yè)負荷計算,一、目的： 1、向當?shù)毓╇姴块T申請用電 2、企業(yè)變配電所(站)電氣設(shè)備和導線的選型 二、負荷計算的方法： 1、逐級計算法 2、需要系數(shù)法 3、估算法,2.5.1按逐級計算法確定企業(yè)計算負荷,1、定義：根據(jù)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備端開始，朝電源方向逐級計算，最后求出車間/企業(yè)總的計算負荷。,2、車間總計算負荷的計算步驟： 計算每臺用電設(shè)備的計算負荷P30(7); 2) 按工作制相似的用電設(shè)備分組，求出計算負荷P30(6); 3) 低壓母線上所有低壓配電線路計算負荷之和，再乘以一個同時系數(shù)，求出計算負荷P30(5); 4) 車間變電所低壓側(cè)計算負荷P

17、30(5)，加上低壓配電線路上的功率損耗，求出車間變電所低壓側(cè)計算負荷P30(4)； 5) 匯總車間降壓變電所各出線的計算負荷，乘以一個同時系數(shù)，得到變電所低壓母線上的計算負荷P30(3)； 車間降壓變電所低壓母線上的計算負荷，加上車間降壓變電所變壓器耗損，加上高壓配電線路上的功率損耗，求得車間總計算負荷P30(2) 。,P30(7),或者： 計算每臺用電設(shè)備的計算負荷P30(1); 2) 按工作制相似的用電設(shè)備分組，求出計算負荷P30(2); 3) 低壓母線上所有低壓配電線路計算負荷之和，再乘以一個同時系數(shù)，求出計算負荷P30(3); 4) 車間變電所低壓側(cè)計算負荷P30(3)，加上車間變壓

18、器的功率損耗，求出車間變電所高壓側(cè)計算負荷P30(4)； 5) P30(4)加上高壓供電線路損耗，求出總降壓變壓所各出線的計算負荷P30(5)； 6) 匯總總降壓變電所各出線的計算負荷，乘以一個同時系數(shù)，得到變電所低壓母線上的計算負荷P30(6)； 7) 總降壓變電所低壓母線上的計算負荷，加上總降壓變電所變壓器耗損，求得企業(yè)總計算負荷P30(7) 。,2.5.2按需要系數(shù)法確定企業(yè)計算負荷,首先將企業(yè)用電設(shè)備容量Pe乘以一個需要系數(shù)Kd， 就得到了用功計算負荷P30。 然后根據(jù)企業(yè)的功率因數(shù)，分別求出無功計算負荷 Q30、視在計算負荷S30，計算電流I30,2.5.3按估算法確定企業(yè)計算負荷 Wa為企業(yè)全年電能需求量。 、單位產(chǎn)品耗電量法： Wa=Aa A為年產(chǎn)量；a為單位產(chǎn)品耗電量。 、單位產(chǎn)值耗電量法： Wa=Bb B為企業(yè)年產(chǎn)值，b為單位產(chǎn)值耗電量。,2.6、尖峰電流的計算,2.6.1尖峰電流 用電設(shè)備持續(xù)1-2秒的短時最大負荷電流。Ipk （電機啟動時，電焊機的啟動的瞬間）,A、單臺用電設(shè)備的尖峰電流： Ipk=KstIN IN：用電設(shè)備的額定電流 Kst：用電設(shè)備的啟動電流倍數(shù)，一般籠型電動機