工厂供配电技术PPT课件.ppt

第2章工厂的电力负荷及短路,内容提要：本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制，重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法需要系数法和二项式系数法。接着讲述了工厂计算负荷的确定方法，采用无功补偿的措施。另外还简要介绍了照明负荷的分析计算。最后对工厂供电系统中的短路现象和短路的效应进行了系统的分析。,第2章工厂的电力负荷及短路,2.1 工厂的电力负荷和负荷曲线2.2 工厂计算负荷的确定2.3 工厂的电气照明负荷2.4 短路故障的原因、各类和危害 小 结退 出,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,2.1.1 工厂常用的用电设备2.1.2 工厂用电设备的工作制2.1.3 负荷曲线,2.1工厂的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。,211工厂常用用电设备,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。,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,1.生产机械的拖动设备,生产机械的拖动设备,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,2电焊和电镀设备,电焊设备,电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的同期性，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定，经常移动。,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,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,2电焊和电镀设备,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,3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。,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,4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。,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,5工厂用电负荷的分类,211工厂常用用电设备,2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,表21 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,212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。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。,这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定容量。,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。,（21）,起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、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）,式中 工作时间；停歇时间。,212工厂用电设备的工作制,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。对起重电动机应统一换算到=25%，换算公式为：,（22）,式中（换算前）设备铬牌额定功率；换算后设备容量；设备铬牌暂载率。,212工厂用电设备的工作制,212工厂用电设备的工作制,（3）吊车的设备容量 吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到，所以1台吊车的容量为：(4)车间的设备总容量为：,213负荷曲线,负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。,按负荷对象分工厂的的负荷曲线车间的的负荷曲线某台设备的负荷曲线按负荷的功率性质分有功负荷曲线无功负荷曲线,按表示的时间分年的负荷曲线月的负荷曲线日的负荷曲线工作班的负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形的负荷曲线,分 类,图2.1 日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线 b)梯形负荷曲线,213负荷曲线,1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）。,年负荷持续时间曲线如图2.2a，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线如图2.2b，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。,213负荷曲线,图2.2 年负荷曲线 a)年负荷持续时间曲线 b)年每日最大负荷曲线,2与负荷曲线有关的参数,(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax,图2.3 年最大负荷和年平均负荷a)年最大负荷和年最大负荷利用小时 b)年平均负荷,213负荷曲线,年负荷持续时间曲线上的最大负荷就是年最大负荷Pmax，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。年最大负荷利用小时Tmax是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，如图2.3a所示。因此,（2-4）,式中 Wa负荷全年实际耗用电能。Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数一班制工厂Tmax=18003000h两班制工厂Tmax=35004800h三班制工厂Tmax=50007000h。,2与负荷曲线有关的参数,(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax,213负荷曲线,(2)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，即：,（2-5）,式中 Wtt时间内耗用的电能。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，如图2.3b所示。,（2-6）,22 工厂计算负荷的确定,2.2.1 概述 2.2.2 用电设备组计算负荷的确定2.2.3 全厂计算负荷的确定2.2.4 工厂的功率因数及无功补偿,22 工厂计算负荷的确定,221概述,1“计算负荷”:是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。,P30-负荷的有功计算负荷Q30-负荷的无功计算负荷S30-负荷的视在计算负荷I30-负荷的计算电流,2负荷计算,22 工厂计算负荷的确定,221概述,表2.2 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数,222用电设备组计算负荷的确定,1需要系数法,需要系数法的基本公式：,式中 需要系数；设备容量，为用电设备组所有设备容量之和；每组用电设备的设备容量。,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 表示。,22 工厂计算负荷的确定,222用电设备组计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,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，该系数取值见表2.3。,表2.3 同时系数K,222用电设备组计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,例2.2 用需要系数法计算例2.1车间的计算负荷。解：（1）金属切削机床组的计算负荷 查表2.2取需要系数和功率因数为：根据公式（2-9）（2-10）（2-11）（2-12）有：,（2）电焊机组的计算负荷查表2.2 取需要系数和功率因数为：根据公式（2-9）（2-10）（2-11）（2-12）有：,2.二项式系数法,在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为,（2-17）,式中 b、c二项式系数，根据设备名称、类型、台数查表2.2选取；用电设备组的平均负荷，其中 为用电设备组的设备总容量；指用电设备中x台容量最大的设备容量之和。指用电设备中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。的计算公式与前述需要系数法相同。,222用电设备组计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,用二项式法求解计算负荷的几个问题：,222用电设备组计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,223全厂计算负荷的确定,1用需要系数法计算全厂计算负荷,在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即,式中 全厂的需要系数值，查表2.4选取。,（2-20）,22 工厂计算负荷的确定,表2.4 全厂负荷的需要系数及功率因数,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。,有功功率损耗：（2-21）无功功率损耗：（2-22）,223全厂计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,P30.5=K5 P30.6iP304=P30.5+PwL2P30.3=K3 P304iP302=P303+PT+PwL1P301=K1 P302i,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,223全厂计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,图2.4 逐级推算法示意图,3按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,Tmax为工厂的年最大负荷利用小时。,223全厂计算负荷的确定,22 工厂计算负荷的确定,224工厂的功率因数及无功补偿,1工厂的功率因数分类和计算,22 工厂计算负荷的确定,2无功功率补偿,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。,224工厂的功率因数及无功补偿,22 工厂计算负荷的确定,人工补偿无功功率,提高自然功率因数,提高功率因数,3补偿容量和补偿后计算负荷的计算,（1）补偿容量的计算,(2)补偿后计算负荷的计算,224工厂的功率因数及无功补偿,22 工厂计算负荷的确定,（2-28）,23工厂的电气照明负荷,2.3.1 照明的基本知识2.3.2 照明设备容量及照明计算负荷的确定,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,1电光源及常用灯具,热辐射光源:利用物体加热时发光的原理所做成的光源，如白炽灯，卤钨灯。气体放电光源:利用气体放电发光的原理所做成的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯。,（1）白炽灯 靠钨丝通过电流产生高温，从而引起热辐射发光。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,1电光源及常用灯具,图2.5 白炽灯1-玻壳 2-灯丝 3-支架 4-电极 5-芯柱 6-杜美丝 7-引入线 8-抽气管 9-灯头 10-封端胶泥 11-焊锡接触端,（2）卤钨灯 它的发光原理与白炽灯相同，但在白炽灯泡中充入了微量的卤化物（如碘化物和溴化物），利用钨循环来提高发光效率。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.6 卤钨灯1-石英玻璃泡 2-金属支架 3-灯丝 4-散热罩 5-电极,（3）荧光灯 利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量的紫外线，这些紫外线再激励灯管内壁的荧光粉，产生大量的可见光。（4）高压汞灯 是荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸气放电光源，发光原理与荧光灯相同。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.7 荧光高压汞灯（GGY型）1-主电极1 2-主电极2 3-支架 4-内层石英玻壳 5-外层石英玻壳 6-触发极 7-限流电阻 8-灯头,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,（4）高压汞灯,（5）高压钠灯 它利用高压的钠蒸气放电发光,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.8 高压钠灯1-主电极 2-陶瓷放电管理 3-外玻壳 4-消气剂 5-灯头,（6）金属卤化物灯 在高压汞灯内添加某些金属卤化物，靠金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供相应的金属蒸气，金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.9 金属卤化物灯1-主电极 2-放电管 3-保温罩 4-石英玻管 5-消气剂 6-触发极 7-限流电阻,（7）管形氙灯 高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，灯的功率大（可达100kW），亮度高，俗称“人造小太阳”。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,表2.5 常用照明电光源的主要特性,2工厂常用灯具的选择和布置,（1）照明光源的选择要求：,优先选用光效高、寿命长、节约能源的光源为原则，结合环境特点及工艺要求，综合考虑。,照明光源宜采用荧光灯、白炽灯、高压气体放电灯等。当悬挂高度在4m及以下时，宜采用荧光灯。当悬挂高度在4m以上时，宜采用高压气体放电灯，当不宜采用气体放电灯时也可采用白炽灯。局部照明场所，防止电磁波干扰的场所，因光源频闪的效影响视觉效果的场所，经常开关灯的场所，照度不高、且照明时间较短的场所宜采用白炽灯。,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,（2）照明灯具的布置方案与要求,1）均匀布置,2工厂常用灯具的选择和布置,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.11 灯具的均匀布置方案a)矩形布置 b)菱形布置,2）选择布置,（2）照明灯具的布置方案与要求,2工厂常用灯具的选择和布置,23工厂的电气照明负荷,231照明的基本知识,图2.10 室内照明灯具的布置方案a)均匀布置 b)选择布置,232照明设备容量及照明计算负荷的确定,1照明设备的设备容量,（1）按照明设备铭牌确定照明设备容量。白炽灯、碘钨灯设备容量是指灯泡上标出的额定功率（kW）。荧光灯的设备容量应为灯管额定功率的1.2倍（kW）。高压水银荧光灯的设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW）。在采用镇流器时，金属卤化物灯的设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍（kW），若采用触发器起辉，则设备容量应为灯泡的额定功率。照明设备的总容量等于单个照明设备容量的代数和：,23工厂的电气照明负荷,（2-32）,（2）照明设备容量的估算。已知工作场所性质（用途）和建筑面积的情况下，可按式（2-33）对工作场所的照明设备容量进行估算：,232照明设备容量及照明计算负荷的确定,1照明设备的设备容量,23工厂的电气照明负荷,（2-33）,表2.6 一般车间比功率值P0可按下表选取（以白炽灯计算）,表2.7 照明设备组的需要系数及功率因数,2照明计算负荷的确定,照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。换算的简单方法是：选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。,232照明设备容量及照明计算负荷的确定,23工厂的电气照明负荷,24短路故障的原因、种类和危害,2.4.1 短路故障的原因2.4.2 短路故障的种类2.4.3 短路参数和短路计算的基本概念2.4.4 短路的效应及危害,24短路故障的原因、种类和危害,241短路故障的原因,短路故障是指运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或相与地之间发生的金属性非正常连接。短路产生的原因主要是系统中带电部分的电气绝缘出现破坏。引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的老化，以及运行人员的误操作和施工机械的破坏、鸟害、鼠害等。,242短路故障的种类,表2.8 短路种类、表示符号、性质及特点,24短路故障的原因、种类和危害,243短路参数和短路计算的基本概念,1短路计算的目的和短路参数,短路计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。,24短路故障的原因、种类和危害,短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态短路电流有效值。用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。应采用电力系统在最大运行方式下，继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。短路后经过半个周期（即0.01s）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电流。为三相短路冲击电流峰值，用来校验电器和母线的动稳定度。三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。也用来校验电器和母线的动稳定度。,24短路故障的原因、种类和危害,243短路参数和短路计算的基本概念,1短路计算的目的和短路参数,对于高压电路的短路对于低压电路的短路 三相短路电流稳态有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定度。次暂态三相短路容量。,24短路故障的原因、种类和危害,243短路参数和短路计算的基本概念,1短路计算的目的和短路参数,2短路计算的方法简介,24短路故障的原因、种类和危害,243短路参数和短路计算的基本概念,（1）用有名值法进行短路计算的步骤归纳为：绘制短路回路等效电路 计算短路回路中各元件的阻抗值 求等效阻抗，化简电路 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路参数 列短路计算表,24短路故障的原因、种类和危害,2短路计算的方法简介,243短路参数和短路计算的基本概念,（2）用标幺值法进行短路计算的步骤归纳为：选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流 绘制短路回路的等效电路 计算短路回路中各元件的电抗标幺值 求总电抗标幺值，化简电路 计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数 列短路计算表,24短路故障的原因、种类和危害,2短路计算的方法简介,243短路参数和短路计算的基本概念,244短路的效应及危害,（电动力效应及热效应）,1短路电流的电动力效应,24短路故障的原因、种类和危害,通电导体周围都存在电磁场，如处于空气中的两平行导体分别通过电流时，两导体间由于电磁场的相互作用，导体上即产生力的相互作用。三相线路中的三相导体间，正常工作时也存在力的作用，只是正常工作电流较小不影响线路的运行，当发生三相短路时，在短路后半个周期（0.01s）会出现最大短路电流即冲击短路电流，其值达到几万安培至几十万安培，导体上的电动力将达到几千至几万牛顿。三相导体在同一平面平行布置时，中间相受到的电动力最大，最大电动力Fm 正比于冲击电流的平方。对电力系统中的硬导体和电器设备都要求校验其在短路电流下的动稳定性。,244短路的效应及危害,（电动力效应及热效应）,1短路电流的电动力效应,（1）对一般电器：要求电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值大于最大短路电流峰值（2-34）式中 电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值；最大短路电流峰值。（2）对绝缘子：要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即（2-35）式中 绝缘子的最大允许载荷；最大计算载荷。,24短路故障的原因、种类和危害,2短路电流的热效应,对成套电器设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关。因此，设备的热稳定校验可按式(2-36)进行：(2-36)式中：产品样本提供的产品热稳定参数；短路稳态电流；短路电流作用假想时间。对导体和电缆，通常用式（2-37）计算导体的热稳定最小截面Smin：（2-37）式中 稳态短路电流；短路电流作用假想时间；导体的热稳定系数。如果导体和电缆的选择截面大于等于Smin，即热稳定合格。,244短路的效应及危害,24短路故障的原因、种类和危害,表2.9 常用导体和电缆的最高允许温度,工厂常用的用电设备：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。这些设备按工作制可以分为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三类。年负荷曲线反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间的关系。全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。年最大负荷Pmax 是全年中负荷最大的工作班内，消耗电能最多的半小时平均负荷P30，也就是有功计算负荷。确定计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。需要系数法适用于变、配电所的负荷计算，P30=KdPe。二项式系数法适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算，P30=bPe+c Px。高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其他工厂不得低于0.85。照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，以减少三相负荷不平衡状况。电力系统中发生单相短路的几率最大，发生三相短路的几率最小。但三相短路电流最大，造成的危害最严重，因而常以三相短路时的短路电流热效应和电动力效应来核验电器设备。,小 结,