计算负荷的确定课件.ppt

工厂供配电的负荷计算电力负荷和负荷曲线计算负荷的确定变配电所总计算负荷的确定尖峰电流的计算小结,一、电力负荷和负荷曲线,“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。供配电系统进行电力设计时，需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理，系统是否正常可靠的运行。,用电设备容量的确定,用电设备的铭牌“额定功率”，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表示。,1用电设备的工作制,(1)长期工作制设备 能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。(2)短时工作制设备 工作时间较短，而间歇时间相对较长，如有些机床上的辅助电动机。(3)断续周期工作制设备 工作具有周期性，时而工作、时而停歇、反复运行，如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征，即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。,2设备容量的确定,(2)断续周期工作制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的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：,(1)长期工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即,1) 电焊设备要求统一换算到 时的功率，即,2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到 时的额定功率，即,3) 电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率，即,4)照明设备不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯)的设备额定容量指灯头的额定功率，即,用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯)的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：,高压水银灯、金属卤化物灯：,照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：,负荷曲线,1负荷曲线的绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，可以直观地反映用户用电的特点和规律。（1）日有功负荷曲线 代表负荷在一昼夜间(024h)变化情况。其时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。,日有功负荷曲线,(a)折线形负荷曲线 (b)阶梯形负荷曲线,（2）年负荷曲线 反映负荷全年(8760h)变动情况。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；年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线。其中夏季 。和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为Tl=200t1+165t2。,(a)夏季日负荷曲线 (b)冬季日负荷曲线 (c)年负荷持续时间曲线,2与负荷曲线有关的参数,1）年最大负荷年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内 (为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现23次)30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷。,2）年最大负荷利用小时,一班制工厂，约为18003000h；两班制工厂，约为35004800h；三班制工厂，约为50007000h。,3）平均负荷和年平均负荷,（1）平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。,（2）年平均负荷,4）负荷系数,（1）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，负荷系数越接近1，负荷曲线越平坦。,（2）对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率和设备额定容量之比值，其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。,二、计算负荷的确定,单个用电设备的计算负荷 用电设备组的负荷计算 单相用电设备计算负荷的确定,计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷，即用半小时最大负荷 来表示有功计算负荷，用 分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。,单个用电设备的计算负荷,1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为,2 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计算负荷。即：,3对单台反复短时工作制的设备，其设备容量均作为计算负荷；不过对于吊车类和电焊类设备，则应按公式进行相应的换算。,用电设备组的计算负荷,用电设备组求计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。,1. 需要系数法,在所计算的范围内(如一条干线、一段母线或一台变压器)，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。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。,（1）单组用电设备组的计算负荷,例1 已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。,解：查表中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得,（2）多组用电设备组的计算负荷,在计算多组用电设备的计算负荷时，应先分别求出各组用电设备的计算负荷，并且要考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，计入一个同时系数。,同时系数,例2 一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷(设同时系数为09)。,解：查表，得到各用电设备组的需要系数 冷加工电动机,通风机,电阻炉,注意：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；压缩机、拉丝机和锻造等应屑热加工机床；起重机、行车或电葫芦等都属吊车。,2. 二项式法,略！,单个用电设备的计算负荷,基本原则：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。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15，可将单相设备总容量等效为三相负荷平衡进行负荷计算。如果超过15，则应该将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。,三、变配电所总计算负荷的确定,供电系统的功率损耗 车间或全厂计算负荷的确定 无功功率补偿,供电系统的功率损耗,供电系统的功率损耗主要包括线路功率损耗和变压器的功率损耗两部分。,1线路功率损耗的计算,（1）有功功率损耗,（2）无功功率损耗,2变压器功率损耗的计算,（1）有功功率损耗,变压器总的有功功率损耗,1）铁损铁心中的有功功率损耗（由变压器的空载实验得到近似值）,2）铜损有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗（由变压器的短路实验得到近似值）,（2）无功功率损耗,变压器总的无功功率损耗,1）用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率 它只与绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流(或近似地与空载电流)成正比。,2）消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。 由于变压器绕组的电抗远大于电阻，因此其近似地与短路电压（即阻抗电压）成正比,在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。,车间或全厂计算负荷的确定,1逐级计算工厂计算负荷和有功功率损耗工厂的计算负荷（以有功负荷为例）， 应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，再乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷 ，应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷 ，加上变压器的功率损耗 和高压配电线的功率损耗 如此逐级计算。但对一般工厂供电系统来说，由于线路一般不很长，因此在确定计算负荷时往往略去不计。,计算工厂及变电所低压侧总的计算负荷 时，,2按需要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设备的总容量 （不含备用设备容量）乘上一个需要系数 ，即得到全厂的有功计算负荷，即,无功功率补偿,1工厂的功率因数（1）瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表（相位表）直接测量，亦可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出（间接测量）：,瞬时功率因数用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。,（2）平均功率因数 平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算：,式中， 为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； 为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。,我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。,（3）最大负荷时的功率因数 最大负荷时功率因数指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数，按下式计算：,我国电力工业部规定：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，一般应达到下列规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80及以上。,2无功功率补偿 如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求时，则需考虑人工无功功率补偿。功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系如下图所示。,无功功率补偿原理图,3无功补偿后的总计算负荷确定 供配电系统在装设了无功补偿装置后在确定补偿装置装设地点的总计算负荷时，应先扣除无功补偿的容量。补偿后的总的无功计算负荷为：,补偿后的总的视在计算负荷应为：,由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少用户的电费开支。对于低压配电网的无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统（如变压器的低压侧）利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。,例3 某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为 650kW无功计算负荷为800kvar。为了使工厂(变电所高压侧)的功率因数不低于0，9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量?并问补偿前后工厂变电所所选主变压器的容量有何变化?,解 ：（1）补偿前的变压器容量和功率因数,变电所低压侧的视在计算负荷为：,因此未考虑无功补偿时，主变压器的容量应选择为,变电所低压侧的功率因数为,（2）无功补偿容量,按相关规定，补偿后变电所高压侧的功率因数不应低于0.9，即 。在变压器低压侧进行补偿时，因为考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的低压侧功率因数应略高于0.9。这里取补偿后低压侧功率因数,低压侧需要装设的并联电容器容量为,（3）补偿后重新选择变压器容量,变电所低压侧的视在计算负荷为：,因此无功功率补偿后的主变压器容量可选为,（4）补偿后的工厂功率因数补偿后变压器的功率损耗为,变电所高压侧的计算负荷为,补偿后工厂的功率因数为,满足相关规定的要求。,（5）无功补偿前后的比较,尖峰电流：是指持续时间12s的短时最大负荷电流。作用：主要用来选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。,四、尖峰电流的计算,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,单台用电设备尖峰电流的计算,单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流,笼型电动机为57绕线型电动机为23直流电动机为1.7电焊变压器为3或稍大,引至多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算,多台用电设备尖峰电流的计算,例4 有一380V三相线路，供电给下表所示4台电动机。试计算该线路的尖峰电流。,例4的负荷资料,解: 由表可知，电动机M4的 为最大。取 ,该线路的尖峰电流为。,本章介绍了负荷曲线的基本概念、类别及有关物理量，讲述了用电设备设备容量的确定方法；重点谈了负荷计算的方法；讨论了工厂功率损耗和电能损耗；详细地论述了全厂负荷计算的步骤，并重点讨论了功率因数对供配电系统的影响及怎样进行无功补偿。 1负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。按照时间单位的不同，可画成日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线以时间先后绘制，而年持续负荷曲线以负荷的大小为序绘制，要求掌握两者的区别。 2与负荷曲线有关的物理量有年最大负荷、年最大负荷利用小时、计算负荷、平均负荷和负荷系数等。年最大负荷利用小时用以反映工厂的负荷是否均匀；年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值；要求能分清这些物理量各自的物理涵义。 3确定负荷计算的方法有多种，本章介绍了需要系数法、二项式法和单相负荷的计算，需要系数法适用于求多组三相用电设备的计算负荷；二项式法适用于确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷；每个工厂都不可避免的有单相负荷，故单相负荷的计算也很重要。要求能用这些计算方法进行负荷计算。,五、小结,4在电流流过工厂供配电线路和变压器时，势必要引起功率和电能损耗。故在进行全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。本章也讲述线路和变压器的功率损耗和电能损耗的计算方法。 5进行全厂负荷计算时，通常采用需要系数法逐级进行计算，重点掌握逐级法。 6功率因数太低对电力系统有不良影响，所以要提高功率因数。提高功率因数的方法是首先提高自然功率因数然后进行人工补偿,其中人工补偿最常用的是并联电容器补偿。要求能熟练计算补偿容量，掌握电容器的装设。 7尖峰电流是指单台或多台用电设备持续12秒的短时最大负荷电流。计算尖峰电流的目的是用在选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自启动条件等。,