第二幸負荷計算

第二章負苻計算

主要內容

?負荷計算的意義和目的

?負荷計算的方法

?計算負荷的步驟

?功率因數

?無功補償

負苻計算一同的

?企業用電總量

?選擇各級變壓器的容量

-架空線和電纜的截面積

?繼電保護整定

?電器設備型號

?選擇無功補償裝置

設備領定求量的確定

用電設備按其工作方式可分為三種：

(1)連續運行工作制(長期工作制)

(2)短時運行工作制(短暫工作制)

(3)斷續運行工作制(重復短暫工作制)

負荷持姨率rbo

t

FC二—一xlOO%

%+4

4一工作時間

tx一停歇時間

%to+?A一整個周期時間

電動機PN.M=P'N.M反

電焊變壓器SN=S,N4FC

相關系數

?用電設備在生產期間的投入運行有很大的

隨機性，但各種類型的工廠都有其本身的

生產規律。所以，從整體來看，用電也必

然存在一定的規律性。

?利用已經投運工廠的設備安裝容量和實際

用電情況的大量資料進行統計、分析，求

出相關系數，以便在設計相同類型工廠時

參考利用。

負苻曲線

?負荷曲線（loadcurve）是指用于表達

電力負荷隨時間變化情況的函數曲線。

?在直角坐標系中，縱坐標表示負荷（有

功功率或無功功率）值，橫坐標表示對

應的時間（一般以小時為單位）。

日有功負荷曲線

a）依點連成的負荷曲線b）繪成梯形的負荷曲線

負苻曲線

?反映負荷變化情況

?曲線所包圍的面積為用電負荷

?為用電決策提供依據

?曲線分類有多種

A有功，無功等

A梯形，平滑形

A日，季度，年

負苻計算的幾個物理量

?年最大負荷Pmax

,年最大負荷Pmax就是全年中負荷最大的工作

班內消耗電能最大的半小時的平均功率，因此

年最大負荷也稱為半小時最大負荷P30。

?年最大負荷利用小時數Tmax

,年最大負荷利用小時數又稱為年最大負荷使

用時間Tmax，它是一個假想時間，在此時間內,

電力負荷按年最大負荷Pmax（或「30）持續運行

所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際

消耗的電能。

年最大負苻利用小時教Tmax

?下圖為某廠年有功負荷曲線，此曲線上最大

負荷Pmax就是年最大負荷，Tmax為年最大負荷利

用小時數。I

年負荷曲線

一班制工廠Tmax=1800?3000h

兩班制工廠Tmax=3500~4800h

三班制工廠Tmfl=5000~7000h

年最大負荷和年最大負荷利用小時數

負荷計算的幾個物理量

?平均負荷Pav

?平均負荷Pav就是電力負荷在一定時間t

內平均消耗的功率，也就是電力負荷在

該時間內消耗的電能W除以時間t的值，

即Pav=W/t

?年平均負荷:Pav=Wa/8760

?負荷系數：Klo=Pav/Pmax

負苻計算的幾個物理量

f/h

負荷計算的幾個物理量

?計算負荷(calculatedload)

?通常將以半小時平均負荷為依據所繪制

的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算

負荷，并把它作為按發熱條件選擇電氣

設備的依據，用Pca(%a、Sea、媼或

03()930、S30、ho)表示°

?負荷計算就是求計算負荷Pea，Qca，Sea和

1ca

負荷計算的幾個物理量

?規定取“半小時平均負荷”的原因:

?一般中小截面導體的發熱時間常數T為

10min以上，根據經驗表明，中小截面

導線達到穩定溫升所需時間約為

3T=3x10=30(min),如果導線負載

為短暫尖峰負荷，顯然不可能使導線溫

升達到最高值，只有持續時間在30min

以上的負荷時，才有可能構成導線的最

高溫升。

負苻計算-計算方法

?計算方法種類

?需用系數法

A二項系數法

A利用系數法

A單位電耗法

A單位面積功率法

?基本步驟

A查表得到系數，按照公式計算

負苻計算的幾個物理量

需要系數考慮了以下的主要因素：

?K》-同時使用系數，為在最大負荷工作班某組工作著的用電

設備容量與接于線路中全部用電設備總額定容量之比；

?凡-負荷系數，用電設備不一定滿負荷運行，此系數表示工

作著的用電設備實際所需功率與其額定容量之比；

■4vl一線路供電效率；

?可-用電設備組在實際運行功率時的平均效率。

需用系數法求計算負苻概述

?用電設備組求計算負荷

?計算公式:Pca=KdPNg

A設備容量的確定PNZ

A需用系數Kd查附表1

?多個用電設備組的計算負荷

A用需用系數法分別每個用電設備組的計算負荷

A查表2-3得多個用電設備組的同時系數

A按公式計算

設備領定求量的確定

?斷續運行工作制（重復短暫工作制）

?斷續周期工作制的設備，通常用暫載率￡表

征其工作特征，取一個工作周期內的工作時

間與工作周期的百分比值，即為￡,即：

￡=—=——X100%

T，+，（）

?式中3工作時間與停歇時間，兩者之

和為工作周期T。

設備領定參量的確定

?在每臺用電設備的銘牌上都有“額定功

率”pKP但由于各用電設備的額定工作方式

不同，不能簡單地將銘牌上規定的額定功率

直接相加，必須先將其換算為同一工作制下

的額定功率，然后才能相加。經過換算至統

一規定的工作制下的“額定功率”稱為“設

備額定容量”，用p€表示。

設備領定參量的確定

(1)長期工作制設備容量

pe=pN

(2)重復短暫工作制的設備容量

①吊車機組用電動機(包括起重機、行車等)

的設備容量統一換算到『25%時的額定功率

(kW),若其、不等于25%時應進行換算,

公式為：?

"PN義信^=2PN卮

設備領定參量的確定

②電焊機及電焊變壓器的設備容量統一換算

到￡=100%時的額定功率（kW）。若其銘

牌暫載率3不等于10。％時，應進行換算，

公式為：

（3）電爐變壓器的設備容量

電爐變壓器的設備容量是指在額定功率因數

下的額定功率（kW），即：

P/PN=SNCQS(PN

例某小批量生產車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺,

7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機2臺（每臺容量

20kVA,￡N=65%,COS（pN=0.5）,車間有吊車1臺llkW,￡%=25%）,試

計算此車間的設備容量。

解：（1）金屬切削機床的設備容量

金屬切削機床屬于長期連續工作制設備，所以20臺金屬切削機床的

總容量為：

Pc=￡Pei=4xl0.5+8x7.5+8x5=142kW

（2）電焊機的設備容量

電焊機屬于反復短時工作制設備，它的設備容量應統一換算到￡=100%,

所以2臺電焊機的設備容量：

Pe2=2xSN不￡人［cos（PN=2x20xJo.65x0.5=16.IkW

例某小批量生產車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺(其中10.5kW-4臺,

7.5kW-8臺，5kW-8臺)，車間有380V電焊機2臺(每臺容量

20kVA,￡N=65%,COS(pN=0.5),車間有吊車1臺llkW,￡%=25%),試

計算此車間的設備容量。

(3)吊車的設備容量

吊車屬于反復短時工作制設備，它的設備容量應統一換算到￡=25%，

所以1臺吊車的容量為:

匕二4—=PN=llkW

45

(4)車間的設備總容量為:

Pe=142+16.1+11=169kW

°

需用宗教法一需用系數查表

A系數查表見附表1

?人的范圍原則任取，一般取較大值

A正切值用來計算無功功率，余弦值只在

單個用電設備組中計算視在功率

A了解用電設備組的類型

需用余教法一計算公式

?一個用電設備組Pa=KdPNY

Qca=pcatan。

<工=正+。:

Ica=Sca/（SuN）

m

?多個用電設備組h=K〃Z（K[,Pg）i=1,2,3,…，m

Z=1

m

。恒=Ks￡（K/Pgtan%）

i=\

S0”正+始

La=ScaK^UN）

對需用余數法的評價

?簡單：只用一個公式

?方便：查表

?準確：Kd來自于多年的經驗積累

?明確：物理意義明確

?適用范圍廣：基本各種情況都適用

?特例：存在單臺大容量電動機時會有一定誤差,

可考慮用二項系數法。

例題

某機修車間380V線路上有如下設備：

對焊機一臺：SN=42kVA,EN=60%,cos(p=0.62

10噸橋式起重機一臺：PN=39.6kW,￡N=40%

金屬切削用三相電機：7.5kW3臺，4kW8臺，3kW17臺

試求計算負荷。

思路：

先確定負荷應用范圍：小批生產，屬于冷加工車間

先分組：對焊機一組；起重機一組；金屬切削用電機一組。

每一組用需用系數法分別計算：容量；查表得Kd和cos(p；計算

查表得多個組的同時系數，再計算

對對焊機組：查附表1得=0.35,cos9=0.7,tano=1.02

P=SNcos-42x0.62xJo.6=20.2kW

Pca=Ka1=035x20.2=7.07kWQca=cPatan/°=7.07x1.02=7.21左var

對吊車組：查附表1得K1=0.05—0.15,取0.15,cos°=0.5,tan9=1.73

P=2PN7^7=2X39.6義Vo^4=50kW

r

Pca=Kd,P=0A5x50=15kW七Qca=cPatan1cp=7.5x1.73=12.98^var

對金屬切削電機：查附表1得K〃=0.14-0.16,取0.16,cos。=0.5,tan°=1.73

3x7.5+8x4+17x3=105.5左沙

Pca=Ka/P=O.16xlO5.5=16.88左彳Qca=cPatan'°=16.88x1.73=29.2左var

查表2—3得各用電設備組的同時系數Ksi=0.7-0.8,取0.8

Pca=K,2(K,〃，vz)=0.8x(7.07+7.5+16.88)=25.16左〃

Z=1

m

Qca=K,7Z(Kdfvztan?)=0.8x(7.21+12.98+29.2)=39.5^var

Z=1

8恒=m=A/25.162+39.52=46.83左E4

s46.83x1000

ca=7124

x380

企業負荷的確定

?除求出計算負荷外，還應該考慮供電損耗。

?供電損耗包括線路和變壓器損耗。線路損耗

和變壓器損耗包括有功和無功損耗。（開關不

考慮）

?供電損耗計算有詳細的計算公式，但可以估

算，取計算負荷的5?10%.

?計算負荷加上供電損耗便是企業總負負荷。

?計算負荷用于選擇高低壓線路的截面和變壓

器容量。

企業負荷確定的步驟

從負荷端開始，

逐級上推到電源

進線端。

①用電設備組

②車間低壓變壓

器出線

③高壓出線

④企業變壓器出

線

⑤企業進線

0305=用5工「306，

P304=P305+APWL2

0303=小304，

P302=P3(B+APT+APWL1

0301=K^iP302z

第五節供電系統功率因數的改善

（1）瞬時功率因數

?瞬時功率因數由功率因數表或相位表直接讀出，

或由功率表、電流表和電壓表的讀數按下式求出:

P

cos(p―—

Cui

式中：尸-功率表測出的三相功率讀數（kW）;

U-電壓表測出的線電壓讀數（kV）;

/-電流表測出的相電流讀數（A）。

?瞬時功率因數值代表某一瞬間狀態的無功功率的

變化情況。

（2）平均功率因數

?平均功率因數指某一規定時間內，功率因數

的平均值。其計算公式為

W1

COS(P——7===

村2+片

1+(〉

式中：某一時間內消耗的有功電能（kW?h）;

由有功電度表讀出。

>-某一時間內消耗的無功電能（kvar?h）;

由無功電度表讀出。

?我國電業部門每月向工業用戶收取電費，規

定電費要按月平均功率因數來調整。上式用

以計算已投入生產的工業企業的功率因數。

第五節供電余統功率因教的女考

(3)自然功率因數

?凡未裝設人工補償裝置時的功率因數。

(4)總功率因數

?設置人工補償裝置后的功率因數。

二、功率因數對供制系統的影響

(1)系統中輸送的總電流增加，使得供電系統

中的電氣元件，容量增大，從而使工廠內部

的啟動控制設備、測量儀表等規格尺寸增大，

因而增大了初投資費用。

(2)增加電力網中輸電線路上的有功功率損耗

和電能損耗。

(3)線路的電壓損耗增大。影響負荷端的異步

電動機及其它用電設備的正常運行。

(4)發動機出力相對降低。

三,提高功率因教的方法

?高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負

荷調壓裝置的電力用戶，功率因數應達到

0.9以上，其他用戶功率因數應在0.85以上

提高功率因數

自然功率因數人工補償無功功率

三、提高功率因數的方法

(1)提高自然功率因數

提高自然功率因數的方法，即采用降低各用電設備

所需的無功功率以改善其功率因數的措施，主要有:

①正確選用感應電動機的型號和容量，使其接近滿載運行；

②更換輕負荷感應電動機或者改變輕負荷電動機的接線；

③電力變壓器不宜輕載運行；

④合理安排和調整工藝流程，改善電氣設備的運行狀況，

限制電焊機、機床電動機等設備的空載運轉；

（2）人工補償無功功率

?當采用提高用電設備自然功率因數的方法后,

功率因數仍不能達到《供用電規則》所要求

的數值時，就需要設置專門的無功補償電源,

人工補償無功功率。

?人工補償無功功率的方法主要有以下三種：

并聯電容器補償

同步電動機補償

動態無功功率補償

并聯電參器原理

?原理：電感性負載電流滯后電網電壓，而電

容器的電流超前電網電壓，這樣就可以完全

或部分抵消。減小功率因數角，提高功率因

數。

?方法：并聯靜電電容器

?用靜電電容器（或稱移相電容器、電力電容

器）作無功補償以提高功率因數，是目前工

業企業內廣泛應用的一種補償裝置。

功率因救的人工補傕

(1)補償容量的確定

Qc=Pav(tan(prtan(p2)-aPca(tancprtan^)

式中：Pea-最大有功計算負荷，kW；

a-月平均有功負荷系數；

tanq)i、fa"如一補償前、后平均功率因數角的

正切值。

?在計算補償用電力電容器容量和個數時，應考

慮到實際運行電壓可能與額定電壓不同，電容

器能補償的實際容量將低于額定容量，此時需

對額定容量作修正：___

Qe（齊了

UN

式中：QN--電容器銘牌上的額定容量，kvar;

Q。--電容器在實際運行電壓下的容量，kvar;

UN--電容器的額定電壓，kV;

U--電容器的實際運行電壓，kVo

?例如將YY10.5-10J型高壓電容器用在6kV

的工廠變電所中作無功補償設備，則每個電

容器的無功容量由額定值lOkvar降低為：

Q=10x()-

e)2=3.27(^var)

10.5

?顯然除了在不得已的情況下，這種降壓使用

的做法應避免。

功率因數的人工補植

?在確定總補償容量Qc之后，就可根據所選并

聯電容器單只容量Qci決定并聯電容器的個數:

n=Qc/Qc1

?由上式計算所得的數值對三相電容器應取相

近偏大的整數。若為單相電容器,則應取3的

整數倍，以便三相均衡分配。

電參器r柜)臺數的確定

?電容器的臺數N：

Q

N二------c-----

Z、2

\U\

QNC7一

VA^C7

?每相所需電容器臺數為n=N/3

?因為電容器一般分成兩組，分別接在變電所6(10)

kV的兩段母線上，所以n應取與計算值相等或稍大

的偶數。

電求察的接線方式

-接線方式分為三角形接線和星形接線

A三角形接線：當電容器額定電壓按

電網的線電壓選擇時，應采用三角

形接線。

?星形接線：當電容器額定電壓低于

電網的線電壓時，應采用星形接線。

電參器的接線方式

A相同的電容器，接成三角形接線，因電容器上所加

電壓為線電壓，所補償的無功容量則是星形接線的

三倍。若是補償容量相同，采用三角形接線比星形

接線可節約