电力工程基础 电力负荷计算

第二章电力负荷计算电力工程基础2021/9/182第二章电力负荷计算2.1电力负荷与负荷曲线2.2计算负荷及有关系数2.3确定计算负荷的方法2.4尖峰电流的计算2.5功率损耗与电能损耗计算2.6企业计算负荷的确定2.7无功功率补偿2021/9/1832.1电力负荷与负荷曲线一、电力负荷的分级及其对供电的要求中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。供电方式:由两个独立电源供电。1．一级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。2．二级负荷：供电方式:由双回路供电。所有不属于一、二级负荷的电力负荷。3．三级负荷：供电方式:对供电电源无特殊要求。2021/9/1842.1电力负荷与负荷曲线2021/9/185二、用电设备的工作制2.1电力负荷与负荷曲线1．连续运行工作制（长期工作制）2．短时运行工作制（短时工作制）3．断续周期工作制（反复短时工作制）暂载率（负荷持续率）：%100%1000tttTt吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和60%四种电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种指设备工作时间与工作周期的百分比值，即2021/9/186是指工作时间较长，连续运行的用电设备，这类设备的温升趋近于稳定温升。指工作时间很短而停歇时间很长的用电设备，在工作时间内，用电设备来不及发热到稳定温升就开始冷却，而其发热足以在停歇时间内冷却到周围介质的温度。指周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行的用电设备，这类设备在工作时间内达不到稳定温升，而且在停歇时间内设备温度也恢复不到周围介质温度。2021/9/187三、负荷曲线2.1电力负荷与负荷曲线1．负荷曲线的分类按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线按负荷持续时间分：日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线2．负荷曲线的绘制日负荷曲线：逐点描绘法、梯形曲线法年负荷曲线：运行年负荷曲线、年负荷持续曲线2021/9/188四、与负荷曲线有关的物理量2.1电力负荷与负荷曲线1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷Pmax：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即30maxPP年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，即max87600maxmaxPpdtPWTa年负荷曲线越平坦，Tmax越大；反之，年负荷曲线越陡，Tmax越小。2021/9/1892.1电力负荷与负荷曲线2．平均负荷与负荷系数电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，即平均负荷Pav：tWPtav平均负荷与最大负荷的比值，即负荷系数KL：maxPPKavL年平均负荷为:8760aavWPKL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。2021/9/18102.2计算负荷及有关系数通过负荷的统计计算求出的、按发热条件选择导体和设备的一个假想的持续负荷值，称为计算负荷，用Pc（或Qc、Sc、Ic）表示。一、计算负荷的意义30maxPPPc二、确定计算负荷的系数1．需要系数Kd：NNdPPPPK30max2．利用系数Ku:NavuPPK通常把半小时平均负荷负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，因此，计算负荷也可以认为是半小时的最大负荷，3．二项式系数b、c。2021/9/18112.3确定计算负荷的方法一、概述求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等。二、按需要系数确定计算负荷1．设备容量Pe的确定对长期工作制的用电设备：NePP对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。2021/9/1812吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量：指统一换算到ε=25%时的额定功率（kW），即2.3确定计算负荷的方法折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。tIQRRtIQ12一定时，、，当1PtIP，故，同一周期的而NNePP因此，NNNNePPP2252021/9/18132.3确定计算负荷的方法电焊机及电焊变压器的设备容量：指统一换算到ε=100%时的额定功率（kW），即NNNNNNNeSPPPcos100照明设备的设备容量：白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；荧光灯应考虑镇流器中的功率损失，其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍；高压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损失，其设备容量可取灯管额定功率的1.1倍。2021/9/18142.3确定计算负荷的方法单相负荷的设备容量：当单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15%时，其设备容量可直接按三相平衡负荷考虑；当超过15%时，应将其换算为等效的三相设备容量，再同三相用电设备一起进行三相负荷计算。换算方法如下：单相设备接于相电压时：meePP.3单相设备接于同一线电压时：.3eePPePmeP.式中，为等效三相设备容量（kW）；为最大负荷相所接的单相设备容量（kW）。式中，为接于同一线电压的单相设备容量（kW）。.eP2021/9/18152.3确定计算负荷的方法一般情况：应先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，换算公式如下：A相:CAACAABAABAPpPpPCAACAABAABAPqPqQB相:ABBABBCBBCBPpPpPABBABBCBBCBPqPqQC相:BCCBCCACCACPpPpPBCCBCCACCACPqPqQ然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总的等效三相设备容量。2021/9/18162.3确定计算负荷的方法2．单台用电设备的计算负荷对长期连续工作的单台用电设备：ePP30对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：ePP303．用电设备组的计算负荷NedUSIQPSPQPKP3tan303023023030303030式中，P30、Q30、S30的单位分别为kW、kvar、kVA；Kd为需要系数，查书中表2-3。2021/9/18172.3确定计算负荷的方法确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素：各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数;K各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数;LK各用电设备的平均效率;e线路的供电效率。WLedeWLeLPKPKKP30WLeLdKKK因此，用电设备组的计算负荷为:2021/9/18182.3确定计算负荷的方法2．多个用电设备组的计算负荷NiiUSIQPSQKQPKP3303023023030.3030.3030K式中，为同时系数，查书中表2-5。当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数。2021/9/1819电力负荷计算表序号用电设备名称台数设备容量/kWKdcosφtanφ计算负荷铭牌值换算值P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1金属切削机床组3085850.160.51.7313.623.532通风机组3550.80.80.75433吊车组133.7950.150.51.730.5690.984小计349393.79518.16927.514负荷总计（）16.3524.7629.6745.1例2-1（见教材第35页）9.0K2.3确定计算负荷的方法2021/9/18202.3确定计算负荷的方法二、按二项式系数法确定计算负荷1．对同一工作制的单组用电设备NexUSIQPSPQPbPcP3tan303023023030303030式中，b、c为二项式系数，查书中表2-7；为由x台容量最大用电设备投入运行时增加的附加负荷（kW）；为该用电设备组的平均负荷（kW）。xPcePb2021/9/18212.3确定计算负荷的方法2．对不同工作制的多组用电设备NexxexUSIQPSPbPcQPbPcP3]tan)[(tan)()(303023023030max30max30）（式中，为各用电设备组附加负荷中的最大值；为各用电设备组平均负荷的总和；为与对应的功率因数角的正切值；为各用电设备组对应的功率因数的正切值。max）（xPcxPc）（ePbxtanmax）（xPctan2021/9/18222.3确定计算负荷的方法例2-2（见教材第37页）电力负荷计算表与例2-1（S30=29.67kVA，I30=45.1A）比较可知，按二项式计算的结果比按需要系数法计算的结果要大。序号用电设备名称设备台数设备容量二项式系数cosφtanφ计算负荷P30/kW总台数大容量台数/kW/kWbc1切削机床3058537.50.140.40.51.7311.9+15=26.92通风机组350.650.250.80.753.25+1.25=4.53吊车组13（ε=40%）3.795(ε=25%）0.060.20.51.730.228+0.759=0.987负荷总计P30=30.38kWQ30=49.37kvarS30=57.97kVAI30=88.1AePxP2021/9/18232.4尖峰电流的计算一、单台用电设备的尖峰电流单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流，即NststpkIKII式中，Ｋst为起动电流倍数，对笼型电动机取5～7，绕线式电动机取2～3，直流电动机取1.5～2，电焊变压器取3或稍大。二、多台用电设备的尖峰电流max.11.stniiNpkIIKImax30)NstpkIIII（或式中，和分别为用电设备中起动电流与额定电流之差最大的那台设备的起动电流及其起动电流与额定电流之差；max.stImax)NstII（2021/9/18242.4尖峰电流的计算为将起动电流与额定电流之差最大的那台设备除外的其它n-1台设备的额定电流之和；为n-1台设备的同时系数，一般为0.7～1，I30为全部设备投入运行时线路的计算电流。11.niiNIK三、用电设备同时自起动的尖峰电流如果有一组用电设备需同时参与自起动，则其尖峰电流等于所有用电设备的起动电流之和，即niiNistpkIKI1..)(istK.iNI.式中，n为参与自起动的用电设备台数；和为分别对应于第i台用电设备的起动电流倍数和额定电流。2021/9/18252.5功率损耗与电能损耗计算一、功率损耗1．线路的功率损耗32303230103103XIQRIPWLWL２．变压器的功率损耗铁心中的有功功率损耗，即铁损:当外加电压和频率不变时，是固定不变的，与负荷大小无关——不变损耗。FePFeP变压器的空载损耗可认为就是铁耗，即0P0PPFe变压器的有功功率损耗：2021/9/18262.5功率损耗与电能损耗计算变压器的短路损耗可认为就是额定负载下的铜耗，则任意负载下的铜耗为：kPkCuPP2kCuFeTPPPPP20所以式中，为变压器的负荷率；S30为变压器的计算负荷（kVA）；SN为变压器的额定容量（kVA）。NSS30CuP消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗:与负荷电流（或功率）的平方成正比。——可变损耗2021/9/18272.5功率损耗与电能损耗计算用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗：只与电网的电压有关，与负荷大小无关，可用来表征。0Q%0I10010033100%0000NNNNNSQIUIUIIINSIQ100%0所以变压器的无功功率损耗：LTQ%kU消耗在一