工厂的电力负荷及其计算课件.ppt

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1、第二章,工厂的电力,负荷及其计算,刘红宇,?,第一节工厂的电力负荷与负荷曲线,?,第二节,三相用电设备组计算负荷的确定,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,第一节工厂的电力负荷与负荷曲线,?,一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求,?,(,一,),工厂电力负荷的分级,?,工厂的电力负荷，按供配电系统设计规范规定，分为,三级：,?,一、符合下列情况之一时，应为,一级负荷,：,中断供电将造成人身伤亡时。,中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重,大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报,废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间,才能恢复等。,中断供电将影响有重大

2、政治、经济意义的用电单位的正,常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、,大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场,所等用电单位中的重要电力负荷。,在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情,况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应,视为,特别重要的负荷,。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,二、符合下列情况之一时，应为,二级负荷,：,中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。,例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产,过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量,减产等。,中断供电将影响重要用电单位的正常工作。,例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的

3、重要,电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大,型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混,乱。,?,三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,(,二,),各级电力负荷对供电电源的要求,?,（,1,）一级负荷的供电电源应符合下列规定：,a,、一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生,故障时，另一个电源不应同时受到损坏。,b,、一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供,电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入,应急供电系统。,?,下列电源可作为应急电源：,1,、独立于正常电源的发电机组。,2,、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。,3,、蓄电池。,

4、4,、干电池。,?,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：,?,1,、允许中断供电时间为,15s,以上的供电，可选用快速,自启动的发电机组。,2,、自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，,可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈,电线路。,3,、允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电,池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不,间断供电装置或柴油机不间断供电装置。,?,应急电源的工作时间，应按生产技术上要求的停,车时间考虑。当与自动启动的发电机组配合使用时，,不宜少于,10min,。,?,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,（,2

5、,）二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。,在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可,由一回,6KV,及以上专用的架空线路或电缆供电。,当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用,电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，,其每根电缆应能承受,100%,的二级负荷。,?,（,3,）,三级负荷对供电电源的要求,由于三级负荷,为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊,要求。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,?,二、工厂用电设备的工作制,(,负荷分类,）,?,工厂的用电设备，按其工作制,(duty-type),分以,下三类：,?,(1),连续工作制：这类工作制的设备,运行时间长，,停歇时间短

6、,。如通风机、水泵、空气压缩机、电,机发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负,荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续,运行的。,?,(2),短时工作制：,这类工作制的设备,停歇时间,长，运行时间很短,如机床上的某些辅助电动机,(,例,如进给电动机,),、控制闸门的电动机等。（负荷统,计时不计入）,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,(3),断续周期工作制,),：这类工作制的设备,周期性地时而工作，时而停歇，如此反复,运行，好像有固定周期一样，而工作周期,一般不超过,10min,。此设备有两种：电焊,用变压器和吊车、行车用电动机。,?,断续周期工作制的设备，可用,“负荷持,续率”,(,又称

7、暂载率,),来表示其工作特征。,负荷持续率为一个工作周期内工作时间与,工作周期的百分比值，用,表示，即,?,吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行,车等,）的设备容量统一换算到,=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设备容量统一换算到,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,:,n,N,N,N,e,P,P,P,?,?,2,%,25,?,?,?,N,N,N,N,N,e,S,P,P,?,?,?,cos,?,?,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,三、负荷曲线的概

8、念,?,负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种,图形，它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷,(,有功功率或无功功率,),，横坐标表示对应的时间,(,一般以小时为单位,),。,?,负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或,某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和,无功负荷曲线。按所表示的,负荷变动,时间分，有,年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。,?,?,图,2-1,是一班制工厂的日有功负荷曲线，其中图,2-1a,是依点连成的负荷曲线，图,2-1b,是绘成梯形,的负荷曲线。为便于计算，,负荷曲线多绘成梯形，,横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最,大负荷”。,第二章,工厂的电力负荷及其计

9、算,?,年负荷曲线,?,1,、负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图,2-2c,所示，全年按,8760h,计。,?,上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负,荷曲线,(,图,2-2a),和冬日负荷曲线,(,图,2-2b),来绘制。其夏日,和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气,温情况而定。例如在我国北方，可近似地认为夏日,165,天，,冬日,200,天；而在我国南方，则可近似地认为夏日,200,天，,冬日,165,天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线,(,图,2-2c),，,其中,P,1,在年负荷曲线上所占的时间,T,1,=200(t,1,+t,1,),，,P,2,在,年负荷曲

10、线上所占的时间,T,2,=,?,200t,2,+165t,2,，其余类推。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,四、与负荷曲线和负荷计算有关的物理量,?,1,、年最大负荷和最大负荷利用小时数,?,年最大负荷是指全年中最大工作班内,半小时（,30,分钟）,平均功率,的最大值，并用符号,P,m,、,Q,m,和,S,m,分别表示年有功、,无功和视在最大负荷。,?,半小时（,30,分钟）平均最大功率,P,30,?,所谓,最大工作班,，是指一年中最大负荷的工作班次，最大,负荷最少出现,2,3,次的最大负荷，而不是偶然出现的某一个,工作班。,?,年最大负荷利用小时数,T

11、,m,，是一个假想时间。其物理意义,是，如果用户以年最大负荷,(,如,P,m,),持续运行,T,m,h,，则所消耗,的电能恰好等于全年实际消耗的电能。如图,2-3(c),所示，年,持续负荷曲线与两轴所包络的面积，等于,P,m,与,T,m,的乘积,(,即,面积,I,等于面积,),，所以,T,m,可表达为：,?,年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，,与工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂，,T,max,1800,3000h,；两班制工厂，,T,max,3500,4800h,；三,班制工厂，,T,max,5000,7000h,。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,2,、平均负

12、荷和负荷系数,?,(1),平均负荷是指电力用户在一段时间内消耗功率的平均值，,记作,P,av,，,Q,av,，,S,av,如图所示为平均有功负荷，其值为用户在由,0,到,t,时间内所消耗的电能,W,t,(kWh),除以时间,t,，即：,?,(2),负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷,P,av,与其最,大负荷,P,m,的比值,.,?,对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负,荷曲线不平坦的程度，即,表征负荷起伏变动的程度,。从充分发挥,供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于,1,越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负,荷曲线“削峰填谷”，提

13、高负荷系数。,?,负荷系数通常以百分值表示。负荷系数,(,负荷率,),的符号有功负,荷率用,、无功负荷率用,表示，即：,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,第二节,三相用电设备组计算负荷的确定,?,一、概述,?,求计算负荷，也称需用负荷。,目的是为了合,理的选择供配电系统各级电压供电网络、主接线、,变压器容量和电器设备型号等。,?,如何选？用按发热条件选择供电系统中各元件,的负荷值。,?,根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，,如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过,允许值。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,一般选,P,30,作为,P,m,，作为计算负荷使用。,?,原因,?,（,1,）

14、选择设备时要考虑到最严重的情况下也能正常运行。,?,（,2,）由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需,(3,4),，,为发热时间常数。截面在,16mm,2,及以上的导体，其,r10min,，,因此载流导体大约经,30min(,半小时,),后可达到稳定温升值。,?,由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最,大负荷,P30(,亦即年最大负荷,Pmax),是基本相当的。所以计算,负荷也可以认为就是半小时最大负荷。,?,求计算负荷意义重大，估算过高，导致有色金属的浪费和,工程投资的增加。反之，如估算过低，又会使供电系统的线,路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝,缘老化的速

15、度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供配电,系统的正常可靠运行。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,二、按需要系数法确定计算负荷,?,(,一,),基本公式,?,在供配电系统设计和运行中，常使用,需用系数,K,d,，其与,P,m,、,P,e,的关系为：,?,需用系数是一个综合系数，,Kd,只能,靠测量,统计,确定。上述各种因素可供设计人员在,变动的系数范围内选用时参考。,?,表为某些需用系数及功率因数。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,1,、需要系数法确定,三相用电设备组,有功计,算负荷的基本公式为：,?,P,30,=K,d,P,e,?,后续公式：,?,例题：,第二章,工厂的电力负荷及其计

16、算,?,(,二,),设备容量的计算,?,需要系数法基本公式,P,30,=K,d,P,e,中的设备容量,P,e,，不含备用,设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工,作制有关。,?,1,对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组,?,设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。,?,2,对断续周期工作制的用电设备组,?,设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容,量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。容量换算的,公式如式,(2-2),所示。断续周期工作制的用电设备常用,?,的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下：,?,(1),电焊机组要求容量统一换算到,=100,。,?,(2

17、),吊车电动机组要求容量统一换算到,=25,。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,(,三,),多组用电设备计算负荷的确定,?,确定拥有多组用电设备的干线上或车间,变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑,各组用电设备的最大负荷不同时出现的因,素,。因此在确定多组用电设备的计算负荷,时，应结合具体情况对其有功负荷和无功,负荷分别计人一个,同时系数,(,又称参差系数,或综合系数,)K,p,，,K,q,第二章,工厂的电力负荷及其计算,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,三、计算负荷的估算方法,?,(,一,),单位产品耗电量法,?,当已知企业年生产量为,n,，每生产单位产品电能,消耗量为,(,见表,),

18、，则：,?,（二,),负荷密度法,?,当已知车间生产面积或某建筑面积负荷密度,时，车间的平均负荷或某建筑的平均负,?,荷可按下式计算：,?,(,三,),其他估算法,:,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,第三节单相用电设备组计算负荷的确定,?,一、概述,?,在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还应用有电焊机、电炉、电,灯等各种单相设备。,?,在民用中有大量的单相负荷。,?,单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均,衡。,?,1,、,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。,?,2,

19、、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。,?,3,、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,(,包括电缆,),，使线路上的设备和导线在通过计算电流时不致过热或损坏，,因此在接有较多单相设备的三相线路中，,不论单相设备接于相电压还是,线电压，只要三相负荷不平衡，就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。（等效原则）,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,二、单相设备组等效三相负荷的计算,?,1,单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算等效三相设,备容量,P,e,应按最大负

20、荷相所接单相设备容量,P,em,的,3,倍计算，,即,?,等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。,?,2,单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算,?,3,单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计,算,?,首先应将接于线电压的单相设备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。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,?,P,30m,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,Q,30m,的,3,倍，即,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,线电压的单相设备容量换算为接于相电压,的设备容量,?,1,、负荷均摊法：

21、即,?,2,、系数法：,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,第四节,工厂的计算负荷及年耗电量的计算,?,一、工厂计算负荷的确定,?,(,一,),按需要系数法确定工厂计算负荷,?,(,二,),按年产量估算工厂计算负荷,?,(,三,),按逐级计算法确定工厂计算负荷,?,功率损耗：,?,一、供电线路的功率损耗,?,三相供电线路的有功功率损耗,P,，无功功率损,耗,Q,分别按下式计算：,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,二、变压器的功率损耗,?,变压器的损耗包括有功功率损耗,P,T,和无功功率损耗,Q,T,。,?,(,一,),有功功率损耗,?,有功功率损耗又由两部分组成。其一为空载损耗，又称铁,损，

22、它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。因为变压,器主磁通只与外加电压有关，当外加电压,u,和频率,f,恒定时，铁,损也为常数，与负荷大小无关。空载损耗可由空载实验确定。,?,另一部分是短路损耗，又称铜损，它是变压器负荷电流在,一次、二次绕组的电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流,平方,(,或功率,),成正比。短路损耗可由短路实验确定。所以双卷,变压器有功功率损耗表达式为,?,(,二,),无功功率损耗,?,同样，无功功率损耗也由两部分组成。一部分是变压器空,载时，由产生型磁通励磁电流所造成的无功损耗。另一部分,是由变压器负荷电流在一、二次绕组电抗上产生的无功损耗。,其表达式为：,第二章,工厂的

23、电力负荷及其计算,?,(,四,),工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷,?,无功补偿的必要性,?,电力系统中使用的输变电设备及电力用户的用电设备，如,电,力变压器、电抗器、感应电动机、电焊机、高频炉、日光灯等大,部分具有电感的特性,。它们在建立交变磁场时需从电力系统中吸,收无功功率。但无功功率并不是实际作功的功率，电力系统中的,发电设备在其发出的视在功率为一定时,，无功功率需求的增加，,将会造成发出的有功功率的下降而影响发电机的出力。同时，无,功功率在系统的输送中会造成许多不利的影响：,(1),无功功率在通,过电网时，会引起线路及设备的有功损耗。因此在输送有功功率,为一定时，增加无功

24、功率会使总电流增加而引起供电线路及设备,的有功功率损耗相应的增加。,(2),电网的电压损失将会随着无功功,率的增加而增加，这给电网电压的调整带来困难。,(3),在电网输送,有功不变下，无功增加而使总电流增加，会使供电系统中的如变,压器、断路器、导线以及测量仪器、仪表等等的一次、二次设备,的容量、规格尺寸增大，从而使投资费用增加。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,在供电营业规则，中规定：“用户在,当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功,率因数应达到下列规定：,100kV,A,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,

25、85,以上。”,并规定，凡功率因数未达到上述规定的，,应增添无功补偿装置（,处罚,）,，通常采用,并联电容器进行（,就地,）补偿。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,人工补偿装置的补偿容量可按下式计算：,?,式中的平均负荷,P,av,也可用计算负荷,P,c,乘以负荷,系数,代替，则得：,?,无功补偿后的计算负荷,?,装设了无功补偿装置以后，则,在确定补偿地点以,前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，,即总的,无功计算负荷：,?,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容量选得小一些。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,

26、电力电容器的装设位置,?,实际中广泛应用的补偿无功的并联电力电容器，其装设的位置,因不同的补偿方式而不同。电力电容器的补偿方式通常分为三种：,个别补偿、分组补偿和集中补偿,。个别补偿就是将电力电容器装,设在需要补偿的电气设备附近，使用中与电气设备同时运行和退,出，如图所示。,?,个别补偿处于供电的末端负荷处，它可补偿安装地点前面所有,高、低压输电线路及变压器的无功功率，能最大限度地减少系统,的无功输送量，使得整个线路和变压器的有功损耗减少，及导线,的截面、变压器的容量、开关设备等的规格尺寸降低，它有最好,的补偿效果。其缺点是：,?,(1),普遍采用时总体投资费用大。,?,(2),由于设置地点分

27、散，不便于统一管理。,?,(3),其处于工作现场附近易受到周围不良环境的影响。,?,(4),因设备退出运行时也同时切除电容器，所以利用率低。个,别补偿适合于长期平稳运行的，无功需求量大的设备设置。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,?,分组补偿,，即对用电设备组，每组采用电容器进行补偿。其,利用率比个别补偿大，所以电容器总容量也比个别补偿小，,投资比个别补偿小。但其对从补偿点到用电设备这段配电线,路上的无功是不能进行补偿的。分组补偿如,图,。,?,集中补偿,的电力电容器通常设置在变、配电所的高、低压,母线上。如,图,。将集中补偿的电力电容器设置在用户总降变,电所的高压、低压母线上，这种方式投资少，便于集中管理；,同时能补偿用户高压侧的无功以满足供电部门对用户功率因,数的要求。但其对母线后的内部线路没有无功补偿。电力电,容器设置在低压母线上能补偿母线前面变压器，高压配电线,路及系统的无功。,?,工厂及民用供配电系统中电力电容器常采用高、低压混合,补偿形式，以互相补充，发挥各补偿方式的特点。,第二章,工厂的电力负荷及其计算,