工厂电力负荷计算.ppt

工厂电力负荷计算,工厂常用用电设备简介,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。,2电焊设备,特点：（1）工作方式呈同期性，工作和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数低。,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。,电阻加热炉,电弧炉,感应炉,其它电热设备,主要用于各种零件的热处理,主要用于矿石熔炼、金属熔炼,主要用于熔炼和金属材料热处理,红外线加热、微波加热和等离子加热等,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。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。,高压钠灯,高压钠灯,高压汞灯,卤钨灯,金属卤化物灯,小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,电力负荷及其类别电力负荷：（1）指用电设备或电能用户；（2）指其消耗的（有功、无功、视在）电功率或电流。（一）电力负荷的分类 国标规定：电力负荷按照对供电可靠性要求和意外断电时的损失或影响大小，分为3类（级）：（1）一类（级）负荷断电将造成人身伤亡。断电将造成重大政治、经济损失。断电将造成重大政治影响，或公共场所秩序严重混乱。（2）二类（级）负荷断电将造成较大政治、经济损失。断电将造成较大政治影响，或公共场所秩序混乱。（3）三类（级）负荷 不属于一、二类负荷者。不会造成直接损失或损失不大。,电力负荷及其类别,（二）各类电力负荷对供电电源的要求（1）一类（级）负荷应有两个独立电源供电。两彼此独立的电源应不会同时发生故障。对其中特别重要的负荷，还应增设专用的应急电源。常用应急电源有：1）独立于正常电源的自备发电装置；2）不间断电源（UPS)；3）干电池或蓄电池。（2）二类（级）负荷应有互为备用的两条回路供电（两变压器未必在同一变电所）。使不致断电或能迅速恢复供电。采用两回路有困难或负荷较小时，可由一回6kV及以上的专用架空线路供电。（3）三类（级）负荷 对供电电源无特殊要求。一般由一条回路供电。,负荷曲线,（一）含义 负荷曲线描述电力负荷随时间变化规律的曲线。（二）表示方法：一般绘制在直角坐标系中，纵坐标为负荷功率值，横坐标为对应的时间（如P26，图2-32-6）。（三）分类：（1）按负荷功率性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线（图2-3）。（2）按取用时间区间分：日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线：表示一昼夜24小时内负荷变化的情况（图2-3、2-4）；年负荷曲线：表示一年中负荷变化的情况（图2-5、图2-6）。（3）按负荷范围分：全厂负荷曲线和车间负荷曲线。（四）绘制负荷曲线的意义：（1）可直观了解负荷变动情况。通过综合分析，可更深入地掌握负荷变动规律，从中获得对设计和运行有用的资料（如需要系数的确定等)。（2）通过分析比较，可发现同类型工厂、车间或用电设备组具有大致相似形状的负荷曲线。新建工程电气设计时，可借鉴同类用户的负荷曲线。,（五）负荷曲线分析1.日负荷曲线,（1）绘制：可通过测量运行中用电设备的负荷值绘制。有功日负荷曲线根据有功功率表每隔半小时的读数绘成。（2）分类：图2-3所示为逐点描绘的日负荷曲线。表示工厂一天24h内有功（P)和无功（Q)负荷的变化情况。图2-4所示为阶梯形的有功日负荷曲线。横坐标按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”Pmax。负荷曲线与坐标轴包围的面积代表日耗电量。,（五）负荷曲线分析,（1）年最大负荷曲线：如图2-5所示。定义：按全年每日最大负荷(通常取每日最大负荷半小时平均值)绘制。作用：对拥有多台电力变压器的用户变电所，进行经济运行分析。,附图 年每日最大负荷曲线,能看出吗？两图所示的年最大负荷的变化规律是截然不同的。,2.年负荷曲线：分两种曲线。,（五）负荷曲线分析 2.年负荷曲线：分两种曲线。（2）年持续负荷曲线,1）定义：不分日月界限，以有功功率大小（kW)为纵坐标，以各自相应持续时间（h)为横坐标绘出。它表明一年内各种不同大小负荷所持续的时间。如图2-6所示。年持续负荷曲线与直角坐标轴所包围的面积，表示企业一年内消耗的有功电能。,2.年负荷曲线：分两种曲线。,（2）年持续负荷曲线：2）绘制方法：借助一年中典型的夏、冬日负荷曲线绘制。我国北方：可近似认为夏日152天，冬日213天；我国南方：则近似认为夏日200天，冬日165天。,a)夏日负荷曲线 b)冬日负荷曲线 c)年持续负荷曲线附图 年负荷持续时间曲线的绘制,举例：南方某厂年持续负荷曲线绘制（如附图）P1在年负荷曲线上所占的时间：T1=200(t1t1)；P2在年负荷曲线上所占的时间：T2=200 t2165 t 2，其余类推。,一、几个与负荷计算有关的物理量,(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24),1.年最大负荷Pmax（Qmax、Smax及Imax）,定义：指全年中负荷最大的工作班内(该工作班最大负荷在一年中至少出现过23次，即非偶然）消耗电能最大的半小时平均功率。又称为半小时最大负荷P30。即,Pmax=P30,附图 年最大负荷和年最大负荷利用小时,2.2确定计算负荷的方法2.2.1 概述,(一)年最大负荷和年最大负荷利用小时（P24)2.年最大负荷利用小时Tmax（又称年最大负荷使用时间）,定义：是一个假想时间。即在该时间内，按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，刚好等于电力负荷全年实际消耗的电能Wa。,年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的重要参数，与电能用户的生产运行性质密切相关。如:一班制生产运行：Tmax18003000h；两班制生产运行：Tmax35004800h；三班制生产运行：Tmax50007000h。,如图2-6所示：将Pmax延伸到与Tmax交于C，与两坐标轴一起包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴包围的面积。即,统计资料表明：各类型工厂年最大负荷利用小时如表2-1（P25，略）。,(2-3),1年平均负荷Pav（Qav、Sav及Iav）,平均负荷：是指电力负荷在时间t内平均消耗的功率。即,Pav=Wt/t(kW）(2-2),(二)年平均负荷和负荷系数,年平均负荷Pav：指电力负荷在全年内平均消耗的功率。即,对负荷曲线而言：它表征负荷曲线不平坦，即负荷起伏变动的程度。对供（用）电设备而言：负荷系数越高，越趋近于1，越利于充分发挥供（用）电设备能力，且效率较高。对整个电力系统而言：若对负荷曲线“削峰填谷”，可以减小负荷不均衡性，减小年最大负荷，从而提高负荷系数。,有功负荷系数,无功负荷系数,(二)年平均负荷和负荷系数,2.负荷系数（负荷率，负荷曲线填充系数）负荷系数：用电负荷平均值Pav与其最大值Pmax的比值，即,对于用电设备：,（三）计算负荷,3.表示法：？Pc=P30=Pmax！根据：因为对中小截面导体，发热时间常数约10min左右。实验表明，导体达到稳定温升的时间约(34)，即近似为（3040）min。为计算方便起见，统一规定：采用负荷曲线上最大0.5h(即30min)平均负荷P30（Q30、S30）表示有功（无功、视在）计算负荷。即 Pc=P30=Pmax Qc=Q30=Qmax Sc=S30=Smax 计算电流Ic：即Ic=I30=Imax，也称工作电流Iw。,1.计算负荷：是按发热条件与实际负荷等效，可用于选择导体和电气设备的假想负荷。,2.物理意义：导体持续流过计算负荷时所产生的恒定温升等于流过实际变动负荷所产生的最高温升。#可以说：计算负荷是与实际负荷发热条件等效的假想负荷。,二、确定计算负荷的目的意义,合理选择电器（变压器、开关电器）和导线、电缆截面。为进行无功补偿，提高功率因数提供依据。保证供电系统在正常条件下可靠运行（不超载）。三、确定计算负荷的常用方法：需要系数法：是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法。方法最简便，计算结果基本符合实际。广泛用于工业与民用电能用户，尤其适用于配、变电所的负荷计算。对于设备台数较少，容量差别悬殊的分支干线，计算结果往往偏小。二项式法：用于确定设备台数较少且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比需要系数法合理，也比较简便。但其计算系数b、c和x的数值缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据（参见附录1），故其应用受到一定限制。主要用于机械加工车间的电力负荷计算。两方法共同点：均是在已知用电设备容量基础上，乘以相应系数（需要系数kd或二项式系数b、c）得到计算负荷。,用电设备的工作制与设备容量,一、用电设备的工作制分类及其工作特征(1)长期连续工作制工作特征：在规定的环境温度和恒定负荷下长期连续运行达到热平衡状态，设备各部分温度和温升均不超过最高允许值。典型负荷：如通风机、水泵、空压机、皮带输送机、破碎机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，和电炉、电解设备、照明灯具等,(2)短时运行工作制 工作特征：负荷恒定，运行时间短（来不及达到稳定温度），停歇时间长（足以在停歇时间内冷却到周围介质温度）。典型负荷：如控制闸门的电动机，机床上的某些辅助电动机(如进给电动机)等。,(3)断续周期工作制,工作特征：时而工作，时而停歇，反复运行，工作周期一般不超过10min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。典型负荷：如电焊机和吊车、电梯电动机等。特征参数：暂载率（又称负荷持续率）。定义：一个工作周期内，工作时间与工作周期的百分比，用表示。即,式中：T工作周期；t工作周期内的工作时间；t0工作周期内的停歇时间。,提示：断续周期工作制设备的额定容量，是对应于某一标准暂载率 的。（1）吊车电动机的 值有：15、25、40及60四种；（2）电焊机设备的 值有：50、65、75及100四种。,二、用电设备的容量Pe计算,用电设备铭牌上均标有额定容量PN(或SN)。因存在工作制和暂载率差异，在进行负荷计算时，须按工作制分组。对断续周期工作制设备，须将设备的额定容量换算成规定的统一暂载率下的设备容量。1.长期连续工作制和短时运行工作制设备组：设备组容量Pe等于各设备的铭牌额定功率之和。即 Pe=PN(2-7)或 Pe=SNcosN(2-11)2.断续周期工作制设备组：设备组容量Pe为换算到规定的统一暂载率下的设备容量之和。,换算原理,(1)电梯及吊车电动机组：,应统一换算到=25%时的有功功率，换算关系为：,(2)电焊机及电焊变压器组：应统一换算到=100%时的有功功率，换算关系为：,(2-8),(2-10),额定暂载率为N时的额定有功功率,对应SN的额定功率因数,额定暂载率为N时的额定视在功率,额定暂载率为N时的额定有功功率,二、用电设备的容量Pe计算,3.照明设备的设备容量：（1）白炽灯、碘钨灯：即灯泡上标注的额定功率PN;（2）日光灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的1.2倍；（3）高压汞灯、金属卤化物灯：考虑镇流器功耗，取灯管额定容量的1.1倍。4.说明：确定计算负荷时，不列入总容量的设备：备用设备。如工厂的备用风机、水泵、鼓风机、空压机；高层建筑中的备用生活水泵、空调制冷设备等。消防设备：消防水泵、专用消防电梯及消防状态下使用的送风机、排烟机等。当夏季有制冷的空调系统时：冬季采暖锅炉的用电设备。,【例2-1】某金工车间有1台电焊机，SN=22kVA，N=60%，cosN=0.6，求该电焊机的设备容量。,解：根据公式（2-10）得？,需要系数法：,(一)需要系数分析：长期观察发现，同一类型工业企业的负荷曲线具有大致相似的形状。故定义：负荷曲线上最大有功功率Pmax与设备额定有功功率PN的比值，称为需要系数，用Kd表示。即,对用电设备组而言：需要系数Kd是其最大负荷时所需有功功率(即计算负荷PC）与其设备容量Pe的比值。即,设备组的同时系数,设备组的负荷系数,设备组的平均效率,配电线路的平均效率,（2-12）,需要系数的物理意义：kd 综合了设备组同时系数k、负荷系数、平均效率av和配电线路的平均效率wL。,是用设备容量（即功率）乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。,需要系数的影响因素：（1）工作性质；设备台数；设备效率；（2）线路损耗；操作人员的技能；生产组织、季节等。,附录1 用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数值,注：1如果用电设备组的设备总台数n2x时，则最大容量设备台数取x=n2，按“四舍五入”取整数。2这里的cos 和tan 值均为白炽灯照明数据。如为荧光灯照明，则cos 0.9，tan 0.48，如为高压汞灯、钠灯，则cos 0.5，tan 1.75。,几点说明：（1）附录1所列是设备台数较多时的需要系数，kd值一般偏低。（2）设备台数较少(如5台以下)时：需要系数kd值应适当取大。（3）只有12台设备时：可取Kd=1，即有功计算负荷等于设备容量。（4）对于单台电动机：可取 Kd=1/1。（5）设备台数较少时：功率因数值cos也应适当取大。,附录2 照明负荷需要系数值,民用电气设备的需用系数及功率因数,民用建筑照明负荷需用系数（对照附录2）,常用电光源的功率因数,(二)用电设备组的计算负荷（基本公式）,1.有功计算负荷：,2.无功计算负荷：,3.视在计算负荷：,4.计算电流：,（2-13）,（2-14）,（2-15）,（2-16）,式中 UN三相用电设备的额定电压(kV)。cos、tan用电设备组的平均功率因数及相对应的正切值。,说明：需要系数法可用于确定供配电系统各个环节的计算负荷，作为各环节供电线路和电气设备选择的依据。,已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW的3台；4kW的8台；3kW的17台；1.5kW的10台。试求其计算负荷。,解:此机床组的设备容量为,查表3-1,得Kd=0.160.2(取0.2)，cos=0.5,，tan=1.73故，可求得,(三)多组用电设备的计算负荷,1.同时系数k确定拥有多组用电设备的干线或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备最大负荷不同时出现的因素。确定多组用电设备的计算负荷时：应将各组有功和无功计算负荷分别相加，然后乘以同时系数（又称混合系数）k。即 PC=kPCZ 或 k=Pc/Pcz对于车间干线：可取 k=0.850.95。对于低压母线：（1）由设备组计算负荷直接相加时：可取 k=0.800.90。（2）由车间干线计算负荷相加时：可取 k=0.951。,2.基本公式：,1.有功计算负荷：,2.无功计算负荷：,3.视在计算负荷：,4.计算电流：,（2-17）,（2-18）,（2-15）,（2-16）,（1）不能用 计算Sc；（2）不能用 计算Ic。,5.多组用电设备平均功率因数：,（2-19）,注意：因各用电设备组功率因数不同，故：,【例题】,【例题】,某机修车间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7.5kW的1台，4kW的3台，2.2kW的7台)；通风机2台共3kW；电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。,解 先求各组的计算负荷1金属切削机床组 查附录1，取,2通风机组 查附录1，取,3电阻炉 查附录，取,附表【例题（补充1）】的负荷计算表(按需用系数法),某住宅楼共有五个单元，地上六层为住宅，地下一层为储藏室，每单元一层两户，由三相四线制线路供电，试确定其计算负荷。,解:(1)负荷计算按一般家庭生活考虑。设家用电器功率如下：电视机100W；洗衣机120W；电冰箱120W；电风扇60W；空调1000W；电脑200W；电熨斗500W；照明及其它300W。合计2400W。家用电器电压为220V，负荷需用系数查表按0.5考虑，功率因数加权平均，按0.75考虑，则每户计算负荷为：,（2)每单元的地下室、楼梯灯按2A考虑，单元同时系数取0.7，则一个单元总的计算电流为：,(3)全楼共五个单元，拟由A相供一单元；B相供二、三单元；C相供四、五单元用电，取两单元同时系数为0.9，则,二项式法,1.用电设备组计算负荷基本公式：,（2-20）,式中：b、c 二项式系数，如附录1所示（略）。bPe用电设备组的平均功率。其中Pe为用电设备组设备总容量。cPx用电设备组中x台容量最大设备投入运行时增加的附加负荷。其中Px是x台容量最大的设备总容量。其他计算负荷：如QC、SC和IC计算公式同需要系数法。如：说明：(1)关于最大容量设备台数x:若设备总台数n少于附录1规定的容量最大设备台数x的2倍（即n2x)时：取x=n/2，按“四舍五入法”取整。如n=7，可取x=7/24(台）。若用电设备只有12台时：可取b=1，c=0，即认为PcPe。对于单台电动机：则取PcPe，为电动机额定效率。(2)关于功率因数取值：当设备台数较少时，应适当取大。,【例题】,二项式法,2.多组用电设备计算负荷基本公式：（1）总有功计算负荷：,（2-21）,式中：（bPe）和（bPetan)各用电设备组的有功和无功平均负荷之和。(cPx)max和（cPxtan)max各用电设备组有功和无功附加负荷中最大者。,（2）总无功计算负荷：,（2-22）,（3）总视在计算负荷：,（2-23）,（4）总计算电流：,（2-24）,（2-20）,QC=Pctan=bPetan+cPxtan,【例题】,供配电系统的功率损耗,（一）电力线路功率损耗计算,1.有功损耗：,（2-25）,2.无功损耗：,（2-26）,两式中：RWL线路每相的电阻（），RWL=R0L；XWL线路每相的电抗（）；XWL=X0L；Ic 线路的计算电流（A）。L 线路长度（km）；R0和X0 每km线路的电阻和电抗（/km），与线路的导线种类、基面大小、线间几何均距等有关。(表2-3）线间几何均距aav：指三相线路各线间举例的几何平均值。如：a1为A、B相间距离；a2为B、C相间距离；a3为C、A相间距离。则：（1）三相线路的线间几何均距为：（2）三相线路为等边三角形排列时：（3）三相线路为水平等距排列时：，a为相邻线距。,（2-27）,LJ型铝绞线的技术数据,供配电系统的功率损耗,（二）电力变压器功率损耗计算,1.有功损耗PT：,（2-28）,2.无功损耗QT：包括两部分：用于产生主磁通；消耗在一、二次绕组的漏电抗上。,（2-29）,两式中：PFe铁损（kW）；PCu铜损（kW）；Sc 变压器的视在计算负荷（kVA）。,（2-30）,近似计算法：对于低损耗变压器：,近似计算法：对于低损耗变压器：,某高压10kV配电线路的长度为4km，计算电流Ic=100A，今采用LJ-95型铝绞线等边三角形排列，线距为1m，本地气温为28。求该线路的电阻RWL、电抗XWL、有功损耗PWL和无功损耗QWL。,解：线间几何均距：aav=a=1m=1000mm；查表2-3，LJ-95导线的电阻R0=0.317/km；电抗X0=0.334/km；则有,（1）该线路的总电阻RWL：,（2）该线路的总电抗XWL：,（3）该线路的有功损耗PWL：,（4）该线路的无功损耗QWL：,电力用户计算负荷确定,概述：确定电力用户计算负荷的常用方法有：逐点计算法、需要系数法、按年产量或年产值估算法等。,方法步骤：以图2-7为例。（1）首先确定用电设备组的计算负荷Pc7。（2）然后从负荷侧向电源侧逐级计算干线和电压母线的计算负荷。（3）变电所低压侧总计算负荷Pc3+变压器损耗PT，再+PwL1=Pc2。（4）电力用户总计算负荷，即高压配电所进线端计算负荷Pc1等于各车间变电所高压侧干线首端计算负荷（如Pc2等）之和。计算WL1首端有功计算负荷步骤如下：,（一）逐点计算法,电力用户计算负荷确定,方法步骤：（1）总有功计算负荷：（2）总无功计算负荷：（3）总视在计算负荷：（4）总计算电流：,（二）需要系数法,式中：Pe电力用户的设备总容量（不含备用设备容量）。kd需要系数，可查附录1（注：可查有关性质企业的需要系数）。cos、tan用电设备的平均功率因数及线对应的正切值。,（2-31）,（2-32）,（2-33）,（2-34）,电力用户计算负荷确定,1.按年产量估算：（1）全年需要电量Wa为：式中：A工厂年产量；a单位产品耗电量。（2）工厂有功计算负荷Pc：式中：Tmax工厂年最大负荷利用小时数。（3）按前面所学公式确定Qc、Sc和Ic等。,（三）按年产量或年产值估算,2.按年产值估算：（1）全年需要电量为：式中：B工厂年产值；b单位产值耗电量。（2）按上述公式分别求出：Pc、Qc、Sc和Ic等。如说明：以上三种方法中，以逐点计算法较为准确，后两者虽然简便，但只能用于估算，不能作为计算负荷的依据。,（2-35）,（2-36）,（2-37）,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,1.工厂的功率因数：分三种：(1)瞬时功率因数：是随时变化的。由功率因数表实测，或由功率表、电压表和电流表的读数计算出：,（2-38）,(2)平均功率因数：对已投产一年以上的用电单位，根据电能消耗量计算：,（2-39）,式中：Wp、Wq分别为某一时间内消耗的有功或无功电能，分别由有功或无功电度表计量（kWh或kvarh)。,(3)最大负荷时的功率因数：即年最大负荷（计算负荷）时的功率因数。按下式求得：,（2-40？）,式中：Pc、Qc、SC有功、无功、视在计算负荷（Kw)；,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,1.工厂的功率因数,三种功率因数的关系是：既有联系，又彼此区别。（1）瞬时功率因数：反映某一瞬时功率因数的大小。可用于检测和确定手动投、切并联补偿电容量的多少。（2）最大负荷时的功率因数：主要用于设计计算补偿容量。（3）平均功率因数：我国供电企业收取电费时，规定按月平均功率因数高低进行调整。例如：高于规定值时可减收电费；低于规定值时则要加收电费。,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,2.低功率因数的影响：1)使发电、配电设备的容量得不到充分利用；2)增大线路电压损耗，影响供电质量；3)增大电能损耗，降低输电效率 4)增大线路截面，增加有色金属消耗。,3.提高功率因数的途径：电力负荷通常是感性的，最经济有效的措施是：并联电力电容器，人工补偿无功功率。,(1)并联电容器的补偿原理：,如图2-8所示，与 反相位，起相互抵消作用。如图2-9所示，由于 被 部分抵消，总电流减小，总功率因数提高。但原感性负荷的工作状态无任何改变。这是补偿的前提。,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,(2)无功补偿三种类型：按图2-9分析。欠补偿：IcIL，为正角。全补偿：IcIL，=0。过补偿：IcIL，为负角。,说明：cos 0.95后：欲再提高功率因数，并联电容量将增加很多，功率因数提高较少，既不必要，也不经济（可通过计算证明，略）。过补偿：更是得不偿失。因此，实际工程设计及应用中，总是采取欠补偿，仅将cos提高到0.90.95。提高功率因数不仅对供电部门有益，对电力用户也有经济意义。,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,4.并联电容器容量与数量的选择：,分析：如图2-10所示。经补偿，Pc不变；QcQc；ScSc；coscos；相应地，Ic。1）无功补偿容量与“比补偿量”：,式中：叫做“比补偿量”或“补偿率”。,2）并联电容器数量的选择：根据单只电容器容量qc计算如下：,（2-41）,（2-42）,注意：.若选用单相电容器，个数应为3的整倍数，以利三相均衡分配。.电容器个数和容量，尽可能与国标的无功功率补偿屏（柜）规格一致。.若实选与计算补偿容量不一致，以实选容量为准。,（四）工厂功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷,5.无功功率补偿后的计算负荷：,装设无功补偿装置后，其装设地点之前的计算负荷：1）有功计算功率保持不变。2）改变后的无功计算功率Qc：3）改变后的视在计算功率Sc：,式中：Qc.c 实际选用补偿量。,（2-43）,结论：分析表明，在变压器低压侧装设无功补偿装置，视在计算功率将明显降低。故可降低变压器容量和成本，节约配套的电气设备、导线电缆、保护装置及占地等。所以，提高功率因数对电力系统和用户都是有利的。,（2-44）,2.3.1 变压器的电能损耗（1）由铁损PFe产生的电能损耗 在交流电源电压和频率不变条件下，铁损PFe近似等于空载损耗P0，也固定不变。由此产生的全年电能损耗为：,2.3 电能损耗与电能需要量计算,（kWh)(2-45),（2）由铜损PCu产生的电能损耗 变压器绕组上的铜损PCu近似等于短路损耗Pk，与功率或负荷电流的平方成正比，因此与变压器的负荷率的平方成正比。由此产生的全年电能损耗为：,（kWh)(2-46),式中：为变压器年最大负荷损耗小时，与年最大负荷利用小时Tmax有一定的关系(即)，图2-11所示为不同cos下的 关系曲线。已知cos和Tmax时可据此关系曲线查出。,2.3.1 变压器的电能损耗（1）由铁损PFe产生的电能损耗,2.3 电能损耗与电能需要量计算,（kWh),（2）由铜损PCu产生的电能损耗,（kWh）,（3）两项合计，即变压器全年的电能损耗,（kWh)(2-47),2.3.2 线路的电能损耗,2.3 电能损耗与电能需要量计算,式中：Ic通过线路的计算电流；RWL线路每相电阻；年最大负荷损耗小时。,根据 PmaxTmax=Pav8760；Pmax=PcIc，PavIav；导出 IcTmax=Iav8760;将 Ic=Iav8760/Tmax和 代入式（2-48）可得,（kWh)(2-49),2.3.3 企业年耗电量的计算,2.3 电能损耗与电能需要量计算,式中：年平均有功负荷系数；年平均无功负荷系数；Ta年实际工作小时数。一班制可取Ta=2300h；二班制可取Ta=4600h；三班制可取Ta=6900h。,（1）较准确的算法：年有功电能消耗量：,(2-50),(2-51),年无功电能消耗量：,（2）较粗略的估算法：按企业年产量（或年产值）与相应的单位产品（产值）耗电量相乘的估算法，所得数据存在较大误差（P36-P37)。,小结,（1）首先讲述电力负荷的基础知识，包括负荷的分类（级）及其对供配电系统的要求，各种负荷曲线及负荷计算的相关参数的意义。（2）较详细地介绍了确定电力用户计算负荷的两种常用方法：需要系法和二项式法。（3）最后从应用角度，介绍了企业年耗电量的计算方法。,计算负荷是正确选择电气设备和线路的重要参数（依据），要重点掌握其计算方法。,ZK2-17某车间的380V线路上，接有水泵电动机（15kW）30台，共205kW；另有通风机25台，共45KW；电焊机有3台，共10.5kW（N=65%）。试用需要系数法确定该线路上总的计算负荷。,解:根据用电设备性质，将其分为两组：(1)水泵、通风机组：设备容量为 Pe=205+45=250kW查附录1，需要系数kd=0.750.85，取kd=0.85，cos=0.80，tan=0.75，则有 Pc1=kdPe=0.85250=212.5Kw QC1=PC1tan=212.50.75=159.4kvar(2)电焊机组：查附录1，需要系数kd=0.35，cos=0.35，tan=2.68，则有 Pc2=kdPe=0.358.5=3.0Kw QC2=PC2tan=3.02.68=8.0kvar确定总的计算负荷：取同时系数K=0.9，则 PC=k PCZ=0.9(212.5+3)=194kW Qc=kQCZ=0.9(159.4+8.0)=151kvar,电能用户计算负荷确定,概述从负载端单台设备、用电设备组开始，逐级上推至电源进线端止。以图35所示某企业供电系统的负荷计算为例，介绍其计算步骤和方法。,图35 某企业供配电系统图,(1)确定单台用电设备分支线的计算负荷(图中“1”点),可用来选择分支线的导线截面、开关和保护电器。,例3-4,某一动力车间的10kV配电线路给一台0.5吨的电炉供电,电炉变压器采用HSJ-500/10型,铭牌上给出SN=500kVA,cosN=0.92,N=0.98若不计配电线路功率损耗,试求电炉变压器的设备容量和配电线路的计算负荷解:电炉变压器的设备容量为,配电线路的计算负荷为,(2)确定用电设备组的计算负荷(图中“2”点),用电设备组的计算负荷,可用来选择由车间变电所低压母线引出的配电干线的导线截面开关和保护电器计算公式为,(3)确定拥有多组用电设备的车间干线或车间变电所低压母线上的计算负荷(图中“3”点)拥有多组用电设备的车间干线或车间变电所低压母线上的计算负荷,可作为选择母线截面变压器的额定容量以及母线上的各种开关电器的依据计算公式为,注意：如果变电所低压母线上装有无功补偿用的并联电容器组Q3,则当计算Qc3时应减去无功补偿的容量,即,(4)确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷(图中“4”点),车间变电所低压母线上的计算负荷加上变压器的功率损耗,即得车间变电所变压器高压侧的计算负荷,其计算公式为:,式中变压器的功率损耗可按左式估算,(5)确定车间变电所高压母线即车间变电所进线上的计算负荷(图中“5”点)高压母线上的负荷值可以选择母线截面及进线开关设备等求出高压用电设备的计算负荷后再加上各台变压器高压侧的计算负荷,即得全车间变电所高压母线上的计算负荷即,(6)确定总降压变电所低压侧母线引出线上的计算负荷(图中“6”点),一般企业厂区范围不大,610kV线路不长,线路功率损耗小,在负荷计算中可忽略不计,即,这个计算负荷为选择610kV配电线路导线截面及其开关设备的依据,(7)确定总降压变电所变压器二次侧母线上的计算负荷(图中“7”点),(8)确定总降压变电所高压侧进线上的计算负荷(图中“8”点),全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据,并作为原始资料,进行高压供电线路的电气计算,选择高压进线导线截面及进线开关设备,三按二项式系数法确定计算负荷,(一)用电设备组的计算负荷二项式法是考虑一定数量大容量用电设备对计算负荷的影响而得出的计算方法,其计算公式是:,注意:当设备总台数n少于表中规定的x的2倍(即n2x)时,其最大容量设备台数x宜取为x=n/2。例如某机床电动机组只有7台时,则其x=7/24对于只有23台设备的用电设备组,可取：Pc=PN对于单台电动机,则取：Pc=PN/式中 PN-电动机额定容量;-电动机额定效率,QcSc和Ic的计算与前述需用系数法的计算方法相同,用电设备组的设备总容量,Px-x台最大容量的设备总容量,bc-二项式系数,可由表3-1查得,例3-5,试用二项式法来确定例3-1所示机床组的计算负荷解：由表3-1查得b=0.14,c=0.4,x=5,cos=0.5,tan=1.73设备总容量已在例3-1中求得为 PN=120.5kwx台最大容量的设备容量为：Px=P5=7.53+42=30.5kW因此，其计算负荷为：,(二)不同性质的多组用电设备计算负荷的确定,采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时,亦应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素但不是计入一个同时系数,而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷cPx,再加上各组的平均负荷bPx,由此求得其总的有功计算负荷,各计算负荷的计算公式如下:,式中(cPx)max从多个用电设备组第二项(cPx)中选出最大的一个计算值;b PN多个用电设备组的平均负荷b PN的总和;tanx与(cPx)max相对应的功率因数角的正切值;tan各用电设备组的功率因数角的正切值,几点说明,利用二项式法计算时,应将计算范围内的所有用电设备统一分组,不应逐级计算后再相加,且计算的最后结果,不用乘以同时系数需用系数法未考虑用电设备组中容量大的设备对计算负荷的影响,使计算负荷的结果往往较实际负荷值偏小二项式法弥补了需用系数法的不足但是,二项式系数过分突出最大用电设备容量的影响,其计算负荷往往较实际偏大,并且系数xcb是经验统计数据,而这些数据目前较少,因而二项式法的应用范围受到一定的限制,只适用于机械加工车间机械装配车间以及热处理车间中用电设备数量较少和容量差别大的配电箱及车间支干线的负荷计算,例3-6,试用二项式法确定例3-2所述机修车间380V线路的计算负荷解：先求各组的bPN和cPx1.金属切削机床组查表3-1,取b=0.14,c=0.4,x=5,cos=0.5,tan=1.73故 bPN(1)=0.1450=7kW,cPx(l)=0.4(7.51+4 3十2.21)=8.68kW2.通风机组查表3-1,取b=0.65,c=0.25,cos=0.8,tan=0.75故 bPN(2)=0.653=1.95kW,cPx(2)=0.253=0.75kW3.电阻炉查表3-1,取b=0.7,c=0,cos=1,tan=0故 bPN(3)=0.72=1.4kW.cPx(3)=0以上各组设备中,附加负荷以cPx(l)为最大因此总计算负荷为Pc=8.68+(7+1.95+1.4)=19 kWQc=8.681.73+(71.73+1.950.75+0)=28.6 kvar,例3-6的电力负荷计算表(按二项式法),比较例3-1和例3-5以及例3-2和例3-6的计算结果可以看出,按二项式法计算的结果较之按需用系数法计算的结果大得比较多,单相负荷计算,在工厂企业中,除了广泛应用的三相设备外,还应用少量的单相用电设备,诸如电焊机电炉电灯等单相设备接在三相线路中,应尽可能地均衡分配,使三相负荷尽可能地平衡,以使导线截面和供电设备选择合理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%,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单相设备容量超过三相设备容量的15%时,则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量,再与三相设备容量相加单相设备的类型：UN=220V的单相相电压设备，此处简称单相相负荷；UN=380V的单相线电压设备，此处简称单相线负荷。由于确定计算负荷的目的,主要是为了选择线路上的设备和导线,使线路上的设备和导线在计算电流通过时不至过热或损坏,因此应以最不利的情况作为计算条件,即不论单相设备接于相电压还是接于线电压,均应以最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷,以满足安全运行的要求,一单相设备仅接于相电压时的负荷计算,等效三相设备容量PN应按最大负荷相所接的单相设备容量PNm的3倍计算,即,其等效三相计算负荷，采用前述需用系数法计算,二单相设备仅接于线电压时的负荷计算(一)接于同一线电压时先将各单相设备的设备容量相加得到线间单相总容量PN,再乘以根号三,就得到等效三相设备容量PN,即:,(二)接于不同线电压时 先将各线间设备容量相加,选取其中设备容量较大的两相进行计算如设PabPbcPca,且cosabcosbccosca,等效三相设备容量可按下列公式计算:,其等效三相计算负荷，采用前述需用系数法计算,三单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算,通常单相用电设备,既有接于相电压的,又有接于线电压的,其等效三相负荷的计算,应分两步进行1.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,然后分相计算各相的设备容量和计算负荷换算关系如下:,式中：PABP BCPCA接于ABBCCA相间的有功设备容量;PAPBPC换算为ABC相的有功设备容量;QAQBQC换算为ABC相的无功设备容量;pAB-ApAB-BpBC-BpBC-CpCA-ApCA-C及qAB-AqAB-BqBC-BqBC-CqCA-AqCA-C均为功率换算系数,其值可查下表,三单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算,2.将各相负荷相加,选出最大相有功负荷,总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷 的3倍,即,总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷 的3倍,即,上述:,式中PNm-最大相有功设备容量QNm-最大相有功设备容量对应的无功设备容量,尖峰电流的计算,什么是尖峰电流:指单台或多台用电设备持续时间 12s的短时最大负荷电流。计算尖峰电流的目的:用来选择熔断器