现代供电技术第2章PPT选编课件.ppt
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1、第二章 负荷计算与功率因数补偿,负荷曲线及参数负荷计算方法企业负荷的确定与变压器选择功率因数补偿技术,第一节 负荷曲线及参数,负荷计算目的,企业用电总量 选择各级变压器的容量 架空线和电缆的截面积 继电保护整定 电器设备型号 选择无功补偿装置,什么是负荷曲线,负荷曲线(load curve)是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形,反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标上,纵坐标表示负荷,横坐标表示对应的时间。负荷曲线按负荷功率的功率性质不同,分有功负荷曲线和无功负荷曲线;按时间单位的不同,分日负荷曲线和年负荷曲线;按负荷对象不同,分用户、车间或某类设备负荷曲线。,一、日有功负荷曲线
2、,1.绘制的方法(1)以某个监测点为参考点,在24h中各个时刻记录有功功率表的读数,逐点绘制而成折线形状,称折线形负荷曲线,见图2.1a。(2)通过接在供电线路上的电度表,每隔一定的时间间隔(一般为半小时)将其读数记录下来,求出0.5h的平均功率,再依次将这些点画在坐标上,把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线,如图2.1b。2.特点(1)电力负荷是变化的,不等于额定功率。(2)电力负荷的变化是有规律的。,二、年有功负荷曲线,年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。1、年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。2、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
3、线。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 T1=200t1+165t2,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核定。,年有功负荷曲线的绘制,(c)年负荷曲线,(a)夏季日负荷曲线,(b)冬季日负荷曲线,三、年每日最大负荷曲线,该曲线按全年每日的最大负荷绘制,横坐标依次以全年十二个月的日期来分格,适用于确定拥有多台电力变压器的企业变电站在不同时间适合投入变压器运行的台数,实现经济运行,降低损耗。,四、负荷计算的几个物理量,年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率,因此年最大负荷也称为半小时最大负荷
4、P30。年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax,它是一个假想时间,在此时间内,电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。,下图为某厂年有功负荷曲线,此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷,Tmax为年最大负荷利用小时数。,年最大负荷利用小时数Tmax,一班制工厂Tmax=10003000h两班制工厂Tmax=30005000h三班制工厂Tmax=50008000h,平均有功负荷Pav平均有功负荷Pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率,也就是电力负荷在该时间内消耗的电能At除以时间t的值,
5、即Pav=At/t 年平均负荷:Pav=At/8760 负荷系数:Klo=Pav/Pmax对用电设备:Klo=P/PN,需用系数和利用系数,需用系数Kd需用系数Kd是用电设备组实际从电网吸收的最大负荷与该用电设备组的额定总容量的比值,即Kd=Pmax/PN 利用系数Kc需用系数Kd是用电设备实际从电网吸收的平均负荷与该用电设备组的额定总容量的比值,即Kd=Pav/PN 各类企业用电设备组的典型需用系数和利用系数可以查表,计算负荷,计算负荷(calculated load)通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用Pca(
6、Qca、Sca、Ica)表示。负荷计算就是求计算负荷Pca,Qca,Sca和Ica,虽然年最大负荷Pmax和计算负荷Pca定义不一样,但其物理意义相近,因此基本满足以下关系Pmax=PcaQmax=QcaSmax=Sca,规定取“半小时平均负荷”的原因:一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上,根据经验表明,中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3=31030(min),如果导线负载为短暂尖峰负荷,显然不可能使导线温升达到最高值,只有持续时间在30min以上的负荷时,才有可能构成导线的最高温升。,第二节 负荷计算方法,负荷计算计算方法,需用系数法 计算简便、对任何性质的企业负荷都适用,计
7、算结果符合实际,适用于用电设备容量相差小而且用电设备数量较多的场合。二项系数法 适用于各用电设备容量相差大的场合,如机械加工企业、煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法 以平均负荷作为计算的依据,利用概论论分析出最大负荷和平均负荷的关系,但计算繁琐,实际应用少。单位电耗法 常用于方案设计,一、设备容量的确定,用电设备铭牌上面标出的功率(或者容量)称为电设备的额定功率PN,在计算负荷的时候,不能将额定功率简单的直接相加,而需将不同工作制的用电设备额定功率转换成统一规定的工作制条件下的功率,称为用电设备功率PN,用电设备按其工作方式可分为三种:(1)长期连续工作制 如通风机、空气压缩机、水泵、
8、电动发动机等PN=PN(2)短时工作制 如井下的排水泵 PN=PN,(3)断续周期工作制这类工作制的设备周期性的时而工作时而停歇,工作周期不超过10min,如电焊机、吊车电机等。断续周期工作制的设备,通常用负荷持续率表征其工作特征,取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值,即为,即:式中 t,t0工作时间与停歇时间,两者之和为工作周期T。,注意点:同一用电设备,在不同的负荷持续率工作时,其输出功率是不一样的。不同负荷持续率的设备容量必须换算为同一负荷持续率下的容量才能进行相加运算,并且这种运算是等效换算,即按同一周期内相同发热条件来进行换算。,由于电流I通过设备在t时间内产生的热量为I2
9、Rt。因此,在设备电阻不变而产生热量又相等的情况下,,而在同电压下,设备容量。由负荷持续率公式我们可以知道,同一周期的负荷持续率,因此可以得出。,如果假设设备在 下的额定容量为,则换算到 下的设备容量 为,吊车机组用电动机(包括电葫芦、起重机、行车等)的铭牌负荷持续率一般15%、25%、40%和50%四种,为了计算方便一般统一换算到=25%时的额定功率(kW),若其N不等于25%时应进行换算,公式为:,电焊机及电焊变压器的铭牌负荷持续率一般有50%、60%、75%和100%四种,为了方便计算一般统一换算到100%时的额定功率(kW)。若其铭牌暂载率N不等于100%时,应进行换算,公式为:,例
10、有一电焊变压器,其铭牌上给出:额定容量SN=42kVA,负荷持续率,功率因数,求该电焊变压器的设备容量,解:电焊装置的设备功率统一换算到,所以设备容量为,例 某车间有一台10t桥式起重机,设备铭牌上给出:额定功率PN=39.6kW,负荷持续率,求该起重机的设备容量,解:起重机应换算到,所以设备容量为,(2)电焊机的设备容量 电焊机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2台电焊机的设备容量:,解:(1)金属切削机床的设备容量 金属切削机床属于长期连续工作制设备,所以20台金属切削机床的总容量为:,例 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台(其中10.5kW-4台,
11、7.5kW-8台,5kW-8台),车间有380V电焊机2台(每台容量20kVA,,),车间有吊车1台11kW,),试计算此车间的设备容量。,(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:,例 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台(其中10.5kW-4台,7.5kW-8台,5kW-8台),车间有380V电焊机2台(每台容量20kVA,,),车间有吊车1台11kW,),试计算此车间的设备容量。,(4)车间的设备总容量为:,二、需用系数法,对于用户或者一组用电设备,当在最大负荷运行时,所安装的所有用电设备不可能全部同时运行,也不可
12、能全部以额定负荷运行,同时线路在输送电流时会有一定的损耗,用电设备本身也有一定的损耗。因此,不能将所有设备的额定容量简单相加来作为用户或者一组用电设备的最大负荷,必须对相加所得的总额定容量打一个折扣。,需用系数法原理,需用系数法:利用需用系数来确定用户或者用电设备组计算负荷的方法。其实质是用一个小于1的需用系数Kd对用电设备组的总额定容量PN进行打折,使得计算负荷Pca接近最大半小时平均负荷Pmax。基本公式为:Pca=Kd PN,一个用电设备组计算公式,1、用电设备组计算负荷的确定,用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中,可以根据具体情况将用电设
13、备分为若干组,再分别计算各用电设备组的计算负荷。,例题,某机修车间380V线路上有如下设备:三相电动机7.5kW三台,4kW8台,3kW17台,1.5kW19台。试求该用电设备组的计算负荷。,思路:因为这一组用电设备都是三相电动机,工艺性质相同、需用系数相近,可以将它们合并成一组用电设备。,多个用电设备组计算公式,2、多个用电设备组计算负荷的确定,在配电干线上或者车间变电所低压母线上,常有多个用电设备组同时工作,而各个用电设备组的最大负荷也非同时出现。因此在求配电干线或者车间变电所低压母线的计算负荷时,应再计入一个同时系数KSI。,例题,某机修车间380V线路上有如下设备:对焊机一台:SN=4
14、2kVA,N=60%,cos=0.62 10吨桥式起重机一台:PN=39.6kW,N=40%金属切削用三相电机:7.5kW 3台,4kW 8台;3kW 17台试求计算负荷。思路:先确定负荷应用范围:小批生产,属于冷加工车间 先分组:对焊机一组;起重机一组;金属切削用电机一组。每一组用需用系数法分别计算:容量;查表得Kd和cos;计算 查表得多个组的同时系数,再计算,简单:只用一个公式方便:查表准确:Kd来自于多年的经验积累明确:物理意义明确适用范围广:基本各种情况都适用特例:存在单台大容量电动机时会有一定误差,可考虑用二项系数法。,对需用系数法的评价,三、二项系数法,从企业日负荷曲线可以看出,
15、其最大有功负荷Pca可以表示成,大量的考察和统计表明,产生企业“尖峰负荷”的主要原因是企业内X台最大容量的电动机在某一生产时间内较密集地处于高负荷运行状态。如果已知X台最大容量的电动机总容量为PX,则上式可以表示为:,1、用电设备组计算负荷的确定,当已知各用电设备的设备容量后,确定计算负荷的公式为:,例题,某机修车间380V线路上有如下设备:三相电动机7.5kW三台,4kW8台,3kW17台,1.5kW19台。试用二项系数法求该用电设备组的计算负荷。,2、多个用电设备组计算负荷的确定,采用二项系数法确定干线上或者变电站母线上的计算负荷时,同样应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此,
16、在确定总计算负荷时,只能在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷cPX,再加上所有各组的平均负荷。计算公式为,评价:与需用系数法相比,二项系数法不仅考虑了用电设备组的平均最大负荷,而且还考虑了容量最大的少数用电设备运行时对总计算负荷的额外影响,所以这种计算方法比较适合确定用电设备台数较少,而且其容量差别又较大的用电设备组的负荷计算。但是二项系数b c X的值缺乏足够的理论依据,积累的经验数据也较少,所以其应用受到一定的局限。,四、单位产品电耗法,当已知企业年生产量为m,其单位产品的电能消耗量为a,则年电能需用与计算负荷的计算式为:,评价:单位产品电耗法无法确定企业各级母线和各用电设备组的计算负
17、荷,只能得到一个企业组的总结果,用于供电方案设计。,例题,某机修车间380V线路上有如下设备:金属切削机床电动机30台共100kW,通风机4台共6kW,电阻炉4台共8kW。设其金属切削机床组有10kW电动机3台,7.5kW电动机五台等,其余电动机均小于7.5kW。试用二项系数法求该用电设备组的计算负荷。,第三节 企业负荷的确定与变压器的选择,企业负荷计算方法,负荷统计,逐级计算,低压用电设备,低压母线,高压母线,电源母线,低压变压器,主变压器,企业年能力消耗,单位产品电力消耗,一、功率损耗及电能损耗,电流通过导线和变压器的时候,要引起有功功率和无功功率的损耗,在确定企业的计算负荷的时候也要将这
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