1、第4章工廠電力負荷計算及短路計尊內容提要:本章介紹中小型工廠電力負荷的運用情況和短路計算 法。重點介紹了確定用電設備組計算負荷的兩種常用方法一需w 系數法和二項式系數法。講述了工廠計算負荷的確定方法及采丿: 無功補償的措施。簡要介紹了照明負荷的分析計算。對工廠供丘 系統中的短路現象和短路效應進行了系統的分析，并介紹了短* 計算的一般方法：歐姆法和標幺值法。4.1.1 工廠常用的用電設備1. 生產加工機械的拖動設備2. 電焊和電鍍設備3. 電熱設備4. 照明設備生產加工機械的托動設備是機械加工類工廠的主要用電設備，也是工廠電力負荷的主要纟 成部分，可分為機床設備和起重運輸設備兩種：機床設備是工廠

2、金屬切削和金屬壓力加工的主要設備，這些設彳 的動力，一般都由異步電動機供給，根據工件加工需要，有的機床. 可能有幾臺甚至十幾臺電動機，這些電動機一般都要求能長期連續 作，電動機的總功率可以從幾百瓦到幾十千瓦不等起重運輸設備是工廠中起吊和搬運物料、運輸客貨的重要工具空壓機、通風機、水泵等也是工廠常用的輔助設備，它們的動; 都由異步電動機供給，工作方式屬于長期連續工作方式，設備的容: 可以從幾千瓦到幾十千瓦，單臺設備的功率因數在0. 8以上。工廠的電力負荷計算及短路計算第I是車輛、鍋爐、機床等制造廠的主要用電設備，在中小型機械弓 廠中通常只作為輔助加工設備，負荷量不會太大。電焊包括利用電弧的高溫進

3、行焊接的電弧焊，利用電流通過金來 接處產生的電阻高溫進行焊接的電阻焊（接觸焊），利用電流通過丈 焊劑產生的熱能進行焊接的電渣焊等。電焊機的工作特點是：1. 工作方式呈一定的同期性，工作時間和停歇時間相互交替。2. 功率較大，380V單臺電焊機功率可達400kVA,三相電焊機功藝 大的可達1 OOOkVA以上。3. 功率因數很低，電弧焊機的功率因數為0. 3035,電阻焊機 功率因數為040. 85。一般電焊機的配置不穩定，經常移動。【:廠的電力負荷計算及短路計算笫I電鍍設備電鍍的作用是防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或導住 性等，如鍍銅、鍍牢各。另外，塑料、陶瓷等非金屬零件表面，經至 適當

4、處理形成導電層后，也可以進行電鍍。電鍍設備的工作特點是：1. 工作方式是長期連續工作的。2. 供電采用直流電源，需要晶閘管整流設備。3. 容量較大，功率從幾十千瓦到幾百千瓦，功率因數較低， 0. 4 0. 62。工廠的電力負荷計算及短路計算第I按其加熱原理和工作特點可分為：電阻加熱爐用于各種零件的熱處理；電弧爐用于礦石熔煉、金屬熔煉；感應爐用于熔煉和金屬材料熱處理；其他加熱設備包括紅外線加熱設備、微波加熱設備和等離子加啜 設備等。中小型機械類工廠的電熱設備一般較簡單。電熱設備的工作特點是：1. 工作方式為長期連續工作方式。2. 電力裝置一般屬二級或三級負荷。3. 功率因數都較高，小型的電熱設備

5、可達到1。電氣照明是工廠供電的重要組成部分，合理的照明設計和照明 設備的選用是工作場所得到良好的照明環境的保證。常用的照明燈具有：白熾燈、鹵鴿燈、熒光燈、高壓汞燈、高 壓鈉燈、軍烏鹵化物燈和單燈混光燈等。照明設備的工作特點：1. 工作方式屬長期連續工作方式。2. 除白熾燈、鹵鵠燈的功率因數為1外，其他類型的燈具功率I 數均較低3. 照胡負荷為單相負荷，單個照明設備容量較小。4. 照明負荷在工廠總負荷中所占比例通常在10%左右。工廠的電力負荷計算及短路計算笫I工廠用電負荷的分類4 *4用龜孜&1會屬加工車河價整"責.作用賣丸.科有的戈旻菽枚機凍價維責作用丸載受/的敘竝機球二2伶

6、及車河冷夭護啟凡機、301及以上的洗侑妲乂機3用諄犬起重機.外丸夕"柑抽“泵4*2* 4用起重機.水公機.嘉涇水泵.詁心機5丸童龜堿用整就謖勺場就水作上電，筑6棋具成矍車河腿道$線凡機、*幅機74/鐲2車河機及供怙z8筑現車河冷*水泵 就凡機泗灣泵高公水泵水ZI機.真殳泵.*4豪、枚袋用92*早令60m3/min>x上空機有葛仗*希的*心比広廉機、洌潸*泵*心比壓倫機洌擔“采4.1.2 工廠用電設備容量的確定用電設備的銘牌上都有一個“額定功率”，但是由于各用電設 備的額定工作條件不同，例如有的是長期工作制，有的是短時工作 制。因此這些銘牌上規定的額定功率不能直接相加來作為全廠的

7、電 力負荷，而必須首先換算成同一工作制下的額定功率，然后才能相 加。經過換算至統一規定工作制下的“額定功率”稱為設備容量， 化用表示。工廠的電力負荷計算及短路計算第I屮b用電設備的工作制1. 長期連續工作制設備能長期連續運行，每次連續工作時間超過8h,而且運行時負荷I 較穩定，在計算其設備容量時，可直接查取其銘牌上的額定容量（彳 定功率），不用經過轉換。2. 短時工作制設備工作時間較短，而停歇時間相對較長，在工廠負荷中所占比例彳 小，在計算其設備容量時，也是直接查取其銘牌上的額定容量（額; 功率）。3. 反復短時工作制設備工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復，且工作時間與彳 歇時間有一定比

8、例，用負荷持續率（或稱暫載率）來表示工作周期I 的工作時間與整個工作周期的百分比值1. 長期連續工作制和短肘工作制的設備彖量就是役備的銘牌 額定功率，即【廠的電力負荷計算及短路計算第I【廠的電力負荷計算及短路計算第I2. 反復短對工作制沒備的設備家量是將禁負持持續率下的銘 額定功率換算到統一負持持續率下的功率。負荷特續率可用一 工作周期內工作對間占整個周期的百分比來表示：xlOO%/+“)工廠的電力負荷計算及短路計算【廠的電力負荷計算及短路計算第I【廠的電力負荷計算及短路計算第I起重機（吊車電動機）起重亀動機的標準晳載率有15%、25%. 40%、60%即科要求統一換算到£ = 25

9、%M的額良功率，即式中 PN（換算前丿設備銘牌額定功率；Pe換算后役備彖量；E役備銘牌暫我率；%值為25%的暫我率C計算中用0.25丿。【廠的電力負荷計算及短路計算第I電焊投備的標準暫我率有50%、65%、75%、 要求統一換算刊£=100%,換算公式為：100% <57 種。化= ®V7 = Sn cos0nV7無中 Sn設備銘牌額定彖董；cos®役備銘牌功率因教。匚廠的電力負荷計算及短路計算沒箏家董是指衣額走功率下的有功功率，B卩p嚴 sN COS%,式中Sn亀爐吏壓翠的額定彖量；COS。亀爐變壓翠的因數。4.1.3 負荷曲線負荷曲線是表示電力負荷隨時間

10、變動情況的曲線。負荷曲線按了 對象分，有工廠的、車間的或某臺設備的負荷曲線；按負荷的功率朮 分，有有功和無功負荷曲線；按表示的時間分，有年的、月的、日白 工作班的負荷曲線；按繪制方式分，有依點連成的負荷曲線和梯形$ 曲線.匚廠的電力負荷計算及短路計算笫I(a)依慮連成的負侖曲線(b)梯形負茍曲線工廠的電力負荷計算及短路計算第I1.負荷曲線的繪制負荷曲線通常都繪制在直角坐標上，橫坐標表示負荷變動時間，縱 標表示負荷大小(功率kW、kvar )。(a)年負荷持續時間曲線(b)年每I I最大負荷曲線匚廠的電力負荷計算及短路計算笫I右 2.與負荷曲線有關的參數(a)年最人負荷和年故大負荷利用小時(b)

11、年平均負荷工廠的電力負荷計算及短路計算第I4.2 工廠計算負荷的確定指用統計計算求出的，用來選擇和校殮変壓翠彖量及開念 設備、連接該負持的亀力線路的負椅值。是選擇儀翠儀表、J 定繼電侏護的重要數據。計算負荷確走過大，將使變壓翠彖量、亀翠設務和導線截 面選擇過大，童成投資浪費；計算負持確定過小，則會引起所選吏壓翠家量不足或電宅 段備、亀力線路運行對亀能損耗增加，并產生過熱、絕緣加速 老化等現象，甚至發生事故；“計算負持”通帝用尸30、。30、S30、厶0分別表示負持的省 功計算負荷、無功計算負持、視在計算負持和計算亀流。* 負荷計算目的：主要是確定“計算負持”，常用方法：需要條數法比較簡便，使用

12、/泛。因該務數是;照車問以上的負持情況來確定的，坎適用于變配電, 的負荷計算。二項無條教去考慮了用亀役備中幾合功率較大個 設備工作對對負持影響的附加功率，計算結果往往, 大，一般適用于低莊配亀支干線和配亀笳的負荷計.【:廠的電力負荷計算及短路計算 4.2.2 單個用電設備的負荷計算對單合 電動機，供亀線A30min內出現的最丸平均負宿即討 算負荷，即=厲 /“N 25 PS對單個自熾燈、單臺電熱役備、亀爐變壓麥等役備，額定家瑩 作為其計算負持，即對單臺及復短肘工作制的很備，其役務彖量直接作為計算負持 對于起重機和亀焊類設備，還要根據負持持續率進行換算。【:廠的電力負荷計算及短路計算第I一個用電

13、設備組中的設備并不一定同時工作，工作的設備也不 定都工作在額定狀態下，考慮到線路的損耗、用電設備本身的損耗; 因素，設備或設備組的計算負荷等于用電設備組的總容量乘以一個, 于1的系數，叫做需要系數（心）。在所需計算的范圍內，將用電設備按其設備性質不同分成若干3 對毎一組選用合適的需要系數，算出每紐用電設備的計算負荷，然丿 由各組計算負荷求總的計算負荷，這種方法稱為需要系數法。需要; 數法一般用來求多臺三相用電設備的計算負荷。需要系數法的基本公式：（）= Kd 代P嚴"工廠的電力負荷計算及短路計算單組用電設備組的計算負荷確屯有功計算負荷： 無功計算負荷：視莊計算負持:計算電流：+ 多組

14、用電沒務的計算負荷 總的有功計算負荷：3() = Ky工30/總的無功計算負持：。30 = K二工Qg總的視柱計算負持：S30 = 730 + 030 總的計算電流： I j _*301 3() = r=屁N匸廠的電力負荷計算及短路計算應用范圍確定車間變電所低壓線路最大負荷 冷加工車間熱加工車間動力站確定配電所母線的最大負荷負荷小于5 OOOkW0.70.80.70.90.810計算負荷為500010 OOOkW計算負荷大于10 OOOkW091.00.850.8在計算役備合數不多，而且各臺設備彖董相差較大的車呵干線 和紀亀箱的計算負持肘金采用二項式糸數法。基本公式為：厶0=圮+冷其余的計算負

15、荷030、S30和6的計算亦式與前述需要糸數法相廉對1或2臺用亀役備可認為P30=Pe，即 =1，C=oO用亀設備組的有功計算負持的求取直接應用式，其余的計算負 需要糸數法相同。工廠的電力負荷計算及短路計算第I確定多組用電設備的負荷多組用赳役備的總討算負満對，也要考慮各組用亀役備的:i 大負持不同對出現的因素。與需要糸數法不同的是，這里不是 入一個小于1的綜合纟數，而是柱各組用亀役務中取其中一組最 的附加負持（cPx）max,再加上各組平均負持刃乙 由此求出役備組 總計算負荷。先求出每組用亀役備的計算負荷巴0Qoi，則總的有功計算負/4（） =Y（hPel +（出）喚總的無功計算負荷為：00

16、=藝（圮tan）,. +（乩）噸伽久遠工廠的電力負荷計算及短路計算第I慕小猶量生產車間380V線路上接有全屬切削機 床共2（）臺C其中，10.5kW的4臺，7.5kW的8臺， 5kW的8臺丿,車問有380V電焊機2臺C每合彖量 20kVA, eN=65%, coscpO.5 J ,車間有吊車 1 臺 CllkW, eN=25% J，試討算此車間的設備彖量。匸廠的電力負荷計算及短路計算 1 ）全屬切削機床的役備彖量。全屬七刀削機床屬于長期連續工作 制設備，所孑20合全屬切削機床的總彖量為二Pci =工化=4x 10.5 + 8x7.5 + 8x5= 142kW2）電焊機的役備家量。電焊機屬于反復

17、短肘工作制役備，它的 備彖量應統一換算到£=100%二 所以2臺電焊機的役務彖量為：Pc： = 2Sn y/ cos% = 2 x 20x a/0.65 x0.5 = 16. lkW3）吊車的役備彖量。吊車屬于反復短肘工作制設備，它的役備 量應統一換算列e=25?二所以1臺吊車簣家量為：作3 二 Pz - 厲-I lkW4）車問的艮備總滾量為： = 142+16.1 + 1 l = 1691kWI：廠的電力負荷計算及短路計算笫I車間的計算負荷1 )全屬切削機床組的計算負持，查附表1,取需要糸數和功率 心=()2 cos0 = ()5 Ian© =173 車間的計算負荷2)電

18、焊機組的計算負持。查附蔻仁取倉要條數和切率囲縱為工廠的電力負荷計算及短路計算第I工廠的電力負荷計算及短路計算第I3J吊車組的計算負荷。查附表1,取需要糸數和功率因數為K i =0.15 cos0 = O5tan</>= 1.7330(3)A = 5.2A73x0.38工廠的電力負荷計算及短路計算亦=().15xllkW = 1.7kW3)= 1.7 x 1.73k var= 2.9kvar 社八=J1.7, +2.95VA = 3.4 kVA 3.4工廠的電力負荷計算及短路計算第I4丿全車問的總計算負荷。根據同肘糸教心表，取同肘糸教，> 以全車i可的計算負椅為：丐b用二項式系

19、數法查附表1,取二項式糸數 b = 0.14 c = 0.4 x = 5 c（）s0 = O.5 tanp =匸廠的電力負荷計算及短路計算4. 2. 4 單相用電設備計算負荷的確定單相彼備接于三相線路中，應盡可能地均衡分配，技三相 持盡可能平衡。如果均衡分配后，三相線路中剩余的單相役備 家量不超過三相役備總家量的15%,可將單相謖備總家量視為 相負持平衡進行負持計算。如果起過15%,則應先將這部分單 沒備家量換算為等敗三相役務家量，再進行負持計算。仁單相役備接于相電壓對等敗三相設備家量巴按最丸負持相所接的單相役備家量Pem（p的E 信計算，即P = 3匕嚇2.單相役備接于線亀壓肘 家量P仲為的

20、單相設備接于線亀壓肘，其等效三相役備家量巴為4.2.5 工廠電氣照明容量的確定1）不用鎮流翠的照朗設備（如匂熾燈、碘鴿燈丿，其役備彖 量指燈頭的額定功率，即2）用鎮流春的照朗設備如炎光燈、高壓汞燈、全厲鹵化楊 燈丿,其役備家量要包括鎮流翠中的功率損失，所以一般略讀 于燈頭的額定坊率，艮£ =1心3）照朗役備的額定家量還可按建筑揚的單住面積家量法估算即，C =5/1000工廠的電力負荷計算及短路計算第I右 工廠電氣照明負荷的確定照朗役務通常都是單相負持，在役計妥裝肘應將它們均勻 分配到三相上，力求減少三相負持不平衡狀況。役計規范規癥 如果三相電路中單相謖備總家量不起過三相諫備彖量的15

21、%對 則單相設備可按三相平衡負持考慮；如果三相亀路中單相設備 彖量超過三相役備家董的15%,且三相朗顯不對稱肘，則首先 將單相役備蓉量換算為等效三相役備家量。換算的簡單方法畫 選擇其中最大的一相單相役備彖量乘三信，作為等效三相役備 量，再與三相設備家量相加，應用需要纟數法計算其計算負持+ 照明設備組的需要系數及功率因數通常，車間的照明謖備家量都不會趨過車間三相設備家量的 15%o因此，我們可在確定了車冋照朗役備總家量后，按需要 數法單獨計算車間照朗役備的計算負椅。光源類別需要系數KdCOS0白熾燈熒光燈高壓汞燈高壓鈉燈金屬鹵化生產車間辦公 室0.8110.9(0.55)0.45 0.650.4

22、50.400變配電所、倉 庫0.50710.9(0.55)0.450.650.450.400生活區宿舍0.6 U.810.9(0.55)0.450.650.450.40 0室外111 丿 rmix0.9(0.55)j 9-11* Ik i ：51 ZA0450.65JTI v I T-0.450.40(14.2.6 用需要系數法計算全廠荷1.用需要糸數去計算全廠計算負持在己知全廠用亀設備總家量化的條件下，乘以一個工廠的以 要糸數Kd即可求得全廠的有功計算負荷，即工廠類別需要系數功率因數工廠類別需要系數功率因i汽輪機制造廠0.380.««石油機械制造廠0.450.7«

23、;鍋爐制造廠0.270.73電線電纜制造廠0.350.73柴油機制造廠0.320.74電器開關制造廠0.350.75重型機床制造廠0.320.71橡膠廠0.50.72儀器儀表制造廠0.370.81通用機械廠Q.40.72電機制造廠0.330.81工廠的電力負荷計算及短路計算第I竝)2高壓配電所心.2凡16用電設備組£ 用逐級推算法計算全廠的計算負荷 巴05應為其所有出線上的計算負荷巴06等之牙 再乘上同肘糸如K。而卩304要考慮線WL2的損耗，因此P304=P305+、P WL2尸303由尸304等幾棗干線上計算負荷之和乘以- 同肘糸數0而得。戶302還要考忌變壓發的損耗，因此P3O

24、2=P3O3+APt+APwL1。尸301由尸302等幾條高壓配亀線路上計算負持三 乘以一個同肘糸數K工而得。I：廠的電力負荷計算及短路計算對中小型工廠來說，V 內當低壓配亀線路一 不長，其功率損耗可略去不計。電力變壓器的功率損耗有功功率損耗:Ar «0.01553()無功坊率損耗:Qt Q 0.06*)按年產量和年產值估算全廠的計算負荷己知工廠的年產量A或年產值3,才艮據工廠的單住產董耗亀量Q或 單住產值耗亀量4工廠的全年耗亀董W(l=Aa = Bb全廠的有功計算負荷：工廠的電力負荷計算及短路計算占 4.2.7 工廠的功率因數概念：功率因教長供用電條統的一項重要的技術經濟指標， 反

25、映了供用電糸統中無功功率請耗量在糸統總家量中所占， 比重，及映了供用電糸統的供電能力。分類:瞬對功率因數 運行中的工廠供用電糸統在禁一對刻的坊率因數值平均功率因教 某一規走肘問段內坊率因教的平均值最大負椅肘的坊率因數 配電纟統運行在年最大負荷對的功率因數自然功率因教 用電謖務或工廠在沒有安裝人工補褸裝置肘的功率變總的功率因數 用電沒條或工廠沒置了人工補褸后的功率因數 工廠的功率因數計算 瞬肘功率因教平均坊率因數最大負椅肘的功率因數COS0 =工廠的電力負荷計算及短路計算第I工廠中的用勉設備多為感性負我 衣運行過程中，除了詢耗有功功率外 還需要丸量的無功功率在電嫄至負荷 問交換，導孜功率因數吟低，給工廠 配亀糸統童成不利 影響。提當功率因數的方法：提壽自然功率因數人工補棲無坊功率安裝移相電家器補償容量和補償后計算負荷的計算補褸彖量的計算補褸后計算負持的計算Q. = /0( tan tan>2)么G；0 = 030 一 Qc補褸后的視在計算負荷匸廠的電力負荷計算及短路計算總的無功計算負荷工廠的電力負