工业企业电力负荷计算.ppt
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1、第二章工业企业电力负荷计算,引子 企业电力负荷计算的主要目的 是为下列选择提供科学的依据:正确选择各级变电所的 变压器容量 正确选择各种电气设备的型号、规格 正确选择供电网络所用导线 举例1:某企业供电系统如下图:必须计算下列各部分的电力负荷。,第二章工业企业电力负荷计算,1计算流过总降压变电 站的变压器和车 间变压器的负荷电流及视在功率,作 为选择这两级变压器容量的依据。2计算流过变电站主要电器设备(如断 路器、隔离开关、母线、熔断器)的负荷电流作为选择这些设备的依 据。3计算流过各条线路(电源进线和 高、低压配电线路)的负荷电流,作为选择这些的导线和电缆截面的依 据。,某钢厂电渣车间,第二
2、章工业企业电力负荷计算,问题:怎样确定该车间的负荷电流?电渣车间低压电力线路如左图所示。一回路电压为380V低压线 路为10台额定容量为10KW 电动机供电。已知每台电机参数:求:干线电流 I 的大小 方法一:简单的求和计算 I=1020.4204A(实际输入有功功率)P=10=10 11.36=113.6KW,第二章工业企业电力负荷计算,根据实际经验,实际的干线负荷(电流,功率)比此计算值小,分析表明:第一:这些设备可能不会同时运行;第二:这些电动机不可能都同时满载运行;第三:额定容量相同,但性质不同的用电设备,其运行特征各不相同,实际负荷大小也各不相同。因此,不能采用此种方法的负荷值选择设
3、备与电缆,否则将增加投资。方法二:本节所讲的方法计算负荷法 在讨论电力负荷的计算方法之前,有必要先介绍一下有关电力负荷的一些基本概念。,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,负荷曲线是用来表示一组用电设备的用电功率随时间变化的关系的图形。它反映了用电的特点和规律,该曲线绘制在直角坐标轴内,纵坐标表示电力负荷,横坐标表示时间。根据纵坐标标示的不同,可分有功负荷曲线和无功负荷曲线。根据横坐标表示的持续时间的不同,分日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线代表一昼夜(24小时)实际用电负荷的变化情况。,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,图210企业日有功负荷曲线,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,日负荷曲线可用测量
4、的方法来绘制,先将横坐标按一定时间间隔(一般为30min,半小时)分格,根据功率表读数,将每一时间间隔内功率的平均值,对应于横坐标相应的时间间隔绘在图上,即得阶梯形日负荷曲线。日负荷曲线与坐标所包围的面积代表全日所消费的电能数。最大负荷日负荷曲线中各个30min负荷中的最大值称为最大负荷记作 最大有功负荷 最大无功负荷 最大负荷电流,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,平均负荷把负荷曲线的平均值称为“平均负荷”记作 平均有功负荷(average)平均无功负荷 平均负荷电流 尖峰负荷最大负荷平均负荷,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,年负荷曲线 把工厂在一年(8760h)内的用电负荷按数值大小 排对,
5、最大负荷排在左侧,根据负荷大小依次向 右排列,并按照各负荷持续时间绘出 梯形年负荷曲线。坐标线所包围的面积,表示用户全年消 耗电能,曲线表示用户用电的规律;即 看出一个企业在一年内负荷值所持续的 时间,但不能看出相应负荷而出现在什 么时间。,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,2.1.2 企业年电能需年消耗的电能 电能功率*时间(常说的电度表读数)此项计算的目的:衡量企业供电系统设计方案是否符合技术经济要求,估算企业每年应交付的电费 计算方法:负荷曲线下面的面积 有功电能=矩形面积OABM的面积 无功电能,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,由表21得 企业“有功年最大负荷利用小时”(矩形的宽)企业“
6、无功年最大负荷利用小时”(矩形的宽)a-active有功 r-reative无功 2.1.3 计算负荷的定义 由于干线的负荷确定是非常复杂,因此工程上一般采用经验方法来计算干线上的负荷,即通过的长期观察和分析各用电设备组(各企业、车间)的负荷曲线,把根据半小时平均负荷绘制的负荷曲线中的最大值 等取出来代表该干线的实际负荷,这个负荷叫做“计算负荷”。,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,实际上,“计算负荷”是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假想负荷,其物理意义是:按这个“计算负荷”持续运行所产生的热效应,与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。换句话说,当导体持续流过“计算负荷”时
7、所产生的导体恒定温升,恰好等于导体流过实际变动负荷时所产生的平均最高温升,从发热的结果来看,二者是等效的。为什么取用“半小时的平均负荷的最大值”作为“计算负荷”而不选用最大负荷?,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,这是因为:对于中、小截面的导体,其表示发热过程进行快慢的发热时间常数约为10分钟左右,时间很短暂的尖峰负荷通过导体时,导体温度来不及升高到相应值而尖峰负荷就消失了,所以尖峰负荷虽比 大,但它不是造成导体达到最高温升的主要原因。实验表明,导体达到稳定温升的时间可近似为34,所以对中、小截面的导体达到稳定温升的时间可近似为331030分钟。对于较大截面导体,发热时间常数多大于10,因而在3
8、0分钟时间内,一般达不到稳定温升,取30分钟平均最大负荷为计算负荷偏于保守,但为选择计算的方便和一致性,如上规定还是合理的。,2.1负荷曲线及计算负荷的概念,因此,计算负荷作为我们选择变压器容量,按发热条件选择导线、电缆的截面(第四章)和按正常运行情况选择电气设备(第四章)的依据。,2.2 用电设备计算负荷的确定,我国设计部门在进行工业企业供电设计时,经常采用的电力负荷计算方法有:需用系数法应用最广泛的方法 特点:计算简便,结果基本符合实际,对任何性质的工业企业均适用。二项式法主要使用于机械加工企业的电力负荷计算 特点:考虑大用电负荷对计算负荷的影响。利用系数法逐渐不被采用 特点:利用平均负荷
9、作为计算的依据,利 用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系,计算繁琐,精确度并不比前两种高。本节重点介绍前两种方法。,2.2 用电设备计算负荷的确定,按需要系数法确定计算负荷基本公式法 设一组用电设备,共有n台电动机,其额定容量的总和为,现在我们考虑这n台电动机运行时可能的各种情况,从而确定有功负荷。考虑用电设备在运行时要产生功率损耗,用电设备的效率=此时:满载和全部输入容量,(平均加权效应),2.2 用电设备计算负荷的确定,考虑不可能同时运行,采用一个修正系数同时使用系数.考虑投入运行的这些不可能都满载运行。采用一个修正系数,设备组的负荷系数(平均加权),基本公式法,考虑用电设备组的在运行时
10、,在线路内也会引起一些 功率损耗,这个网络功率消耗也得由电网供给,采用一个修正系数:-网络供电效率,此值一般为0.950.98,2.2 用电设备计算负荷的确定,基本公式法,需用系数 的基本含义:d-demand 标志着用电设备组在投入电网运行时,需从电网实际取用功率所必须考虑的一个综合系数。与下列参数有关:设备组同时运行系数 设备组负荷系数 设备组平均加权效率 网络供电效率 除单台设备外,需用系数 恒小于1。,2.2 用电设备计算负荷的确定,基本公式法,我国相关部门通过长期的调查研究,并参考国外资料,统计出一些用电设备组各种车间,各种工厂的典型 供计算工业的负荷时考虑,见表22,23,24。求
11、出 后,可按下式分别计算其余的计算负荷:,-功率因数正切值,-功率因数,-用电设备组的额定电压,2.2 用电设备计算负荷的确定,基本公式法,按需要系数法确定计算负荷,计算负荷的确定 图2-12供电系统中具有代表性的各点的电力负荷计算图,G,G,D,D,D,D,D,*,D,F,2.2 用电设备计算负荷的确定,按需要系数法确定计算负荷,2.2 用电设备计算负荷的确定,某企业设备组配电箱,(1)对单台设备供电支线G点的计算负荷的确定(用途:根据选择该支线的导线或电缆截面及开关设备)特点:总会有满载的时候(负荷系数)只有一台设备的时候(同时运行系数)长度均很短(网路供电效率)因此,计算负荷为:,Q,P
12、,S,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,设备在额定负载下的效率。对持续运行的电动机,,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,对反复短时工作制的电动机(如吊车)铭牌上给出这样两个参数:额定暂载率 额定功率 为了考虑整个系统计算负荷的统一性,必须将换算到同一暂载率下。对反复短时工作制的电动机。,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,电焊机及电焊装置(间歇运行工作制)铭牌给定:额定暂载率 额定容量(暂载率为 时的容量)换算到暂载率为100时额定容量(考虑其连续工作时的负荷),2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,电炉变压器(持续运行工作制)铭牌只给出:电炉
13、变压器的额定容量 视在功率()-额定功率因数(KW)(为什么变压器只给视在功率容量?因为负荷的不同其功率因数不同。)照明设备 设备上标定的额定功率 例如100KW的白炽灯,其,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,(2)对用电设备组F点的计算负荷的确定(用途:计算负荷用以选择引到设备组的分干线的导线或电缆截面以及改分干线路的开关设备)用电设备组的计算负荷:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,该组用电设备的额定容量总和(KW)功率因数角的正切值,F点额定电压(干线额定电压,低压为0.38KV)Kd-该用电设备组的需用系数,查表22得出,其中:该组用电设备性质相同(如均为机
14、床),直接查得出。该组用电设备性质不相同,分别查表后,取其均权值。,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,(3)对低压干线E点的计算负荷的确定 用途:选择电压干线的导线(或电缆)的截面以及干线的开关设备。低压干线一般多对几个性质不同的用电设备组供电,负荷计算时,应先分别算出各F点的计算负荷,然后再相加即可.,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,计算公式:也是干线额定电压(0.38KV),2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,(4)车间电压母线D点的计算负荷的确定 用途:选取车间变电站变压器的容量考虑到车间低压母线所连接的各路配出干线的最大负荷()不可能同时出现,
15、亦即其最大负荷出现的时间可能是参差不齐的,故计算车间低压母线(由D点送到母线上)的计算负荷时,尚应考虑一个同时系数(或叫参差系数)即:计算公式:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,0.850.95 的取值:0.9 0.97 配出干线数量多,同时系数取低值。配出干线数量少,同时系数取高值。,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,例2-1:已知图2-12中各用电设备组的技术数据如下,NO.1组:一般轻负荷,冷加工机床用电动机:7.5KW,1台;5KW,2台;3.5KW,7台;NO.2组:机修车间和动力设施中的水泵和通风机(长期持续工作);7.5KW,2台;5KW,7台;NO
16、.3组:不带连锁的连续运输机:5KW电动机2台,3.5KW电动机4台.试用需用系数法求各用电设备组(各F点)和低压干线(E点)的计算负荷.解:根据表2-2查得各组用电设备的数据为:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,NO.1组:NO.2组:NO.3组:第一步:求各用电设备组的计算负荷:NO.1组:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,NO.2组:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,NO.3组,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,第二步,干线上E点的计算负荷为:,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,(3)对需用系数法的评价优点:1)
17、公式简单,计算方便.只用一个原始公式计算方法 2)对于不同性质的用电设备,不同的车间或工厂的需用系数,已经过几十年的统计和积累,数值比较完整 和准确。缺点:没有考虑大容量电动机运行特性(如启动和过载等)对整个计算负荷,的影响,当总用电设备台数少时,可能使计算负荷的准确度稍差。,2.2 用电设备计算负荷的确定,计算负荷的确定,课堂作业,某车间一段低压(380V)干线有如下用电设备组:(1)轻负荷机床用电动机,容量为2.8kW电机5台,容量为1.7kW电机4台,容量为1.5kW电机3台;(2)不连锁运输电动机,容量为3.0kW电机3台,容量为2.0kW电机3台已知各设备组数据如下,试用需用系数法确
18、定车间内的该段低压干线计算负荷。,,,,,2.2 用电设备计算负荷的确定,2.2.2 二项式法 针对需用系数法的缺点,我们又提出二项式法。即将用电设备组的计算负荷分为两项:第一项:用电设备组的平均最大负荷,为基本负荷;第二项:考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响而计入的附加功率值。2.2.2.1 基本公式 从企业日负荷曲线(图210)看出,最大负荷可以表示成:(KW),2.2 用电设备计算负荷的确定,:企业日负荷曲线的平均负荷,其值为:b-利用系数:日负荷曲线的尖峰部分即尖峰负荷。由于“尖峰负荷”产生的主要原因是企业生产期间,X台最大容量的电动机的满载或频繁起动引起的,所以设定:台大容量电
19、动机的总和。对于不同的工作制、不同类型的用电设备,x取值不同,见表25,最大取值为5台。台大容量电动机的综合影响系数。,2.2 用电设备计算负荷的确定,于是,计算负荷可以表示为:这就是二项式法的计算公式。表25给出各种用电设备组二项式系数。,2.2 用电设备计算负荷的确定,2.2.2.2 计算负荷的确定 1)对性质相同的用电设备组计算负荷的确定(参见图2-12的F点)注:D点和G点应要采用需用系数法计算负荷它的计算负荷公式:2-17 查表25得,2.2 用电设备计算负荷的确定,2)对低压干线的计算负荷的确定参见图2-12的E点。计算方法:采用217式分别计算各F点(用电负荷组)计算负荷。再计算
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