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1、工厂的电力负荷和其计算方法 本章主要内容 电力负荷有关概念 用电设备组计算负荷 工厂计算负荷 尖峰电流及其计算 第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线 2 一 工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求 负荷的两种含义 1 用电户 2 功率或电流 3 这类负荷在供电突然中断时 将造成人身伤亡的危险 或 造成重大设备损坏且难以修 复 或给国民经济带来极大 损失 一级负荷二级负荷三级负荷 要求由两个独立电源供电 而对特别重要的一级负荷 应由两个独立电源供电 这类负荷如果突然断电 将 造成生产设备局部破坏 或 生产流程紊乱且难以恢复 工厂内部运输停顿 出现大 量废品或大量减产 因而在 经济上造成一定损失 二级
2、负级负 荷应应由两回路供电电 两个回路应应尽可能引自不同 的变压变压 器或母线线段 不属于一级和二级负荷的电 能用户均属于三级负荷 对对供电电无特殊要求 允许较许较 长时间长时间 停电电 可采用单单回路 供电电 根据用户对供电可靠性要求和中断供电造成的损失或影响 4 o 二 用电设备的工作方式 o 用电设备按其工作方式可分为三种 o 1 连续工作制 长期工作制 o 2 短时工作制 短暂工作制 o 3 断续周期工作制 重复短暂工作制 n 连续工作制 长期工作制 o 在规定的环境温度下连续运行 设备 任何部分温升均不超过最高允许值 负荷比 较稳定 如通风机水泵 空气压缩机 皮带 输送机 破碎机 球
3、磨机 搅拌机 电机车 等机械的拖动电动机 以及电炉 电解设备 照明灯具等 均属连续运行工作制的用电 设备 5 n 短时工作制 短暂工作制 o 用电设备的运行时间短而停歇时间长 在工作时间内 用电设备的温升尚未达到 该负荷下的稳定值即停歇冷却 在停歇时间 内其温度又降低为周围介质的温度 这是短 暂工作的特点 如机床上的某些辅助电动机 如横梁升降 刀架快速移动装置的拖动电 动机 及水闸用电动机等设备 这类设备的 数量不多 6 n 断续周期工作制 重复短暂工作制 o 用电设备以断续方式反复进行工作 其工 作时间 t 与停歇时间 t0 相互交替 工作时 间内设备温度升高 停歇时间温度又下降 若干 周期
4、后 达到一个稳定的波动状态 如电焊机和 吊车电动机等 断续周期工作制的设备 通常用 暂载率 表征其工作特征 取一个工作周期内的工 作时间与工作周期的百分比值 即为 即 o 式中 t t0 工作时间与停歇时间 两者之和 为工作周期T 7 8 o 三 负荷曲线 o 负荷曲线 load curve 是指用于表达电力 负荷随时间变化情况的函数曲线 在直角坐标系中 纵坐标表示负荷 有功功率或无功功率 值 横 坐标表示对应的时间 一般以小时为单位 o 1 负荷曲线的分类 9 按负荷对象分 工厂负荷曲线 车间负荷曲线 某台设备的负荷曲线 按负荷的功率性质分 有功负荷曲线 无功负荷曲线 按表示的时间分 年负荷
5、曲线 月负荷曲线 日负荷曲线 工作班负荷曲线 按绘制方式分 依点连成的负荷曲线 梯形负荷曲线 10 o 2 年负荷曲线 根据典型夏日和冬日负荷曲线 按负荷大小 依次排列绘制 其中 o 北方 冬日200天 夏日165天 o 南方 冬日165天 夏日200天 11 o2 年最大负荷和年最大负荷利用小时数 o 1 年最大负荷Pmax o 年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班 内消耗电能最大的半小时的平均功率 因此年最大 负荷也称为半小时最大负荷P30 o 2 年最大负荷利用小时数Tmax o 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用 时间Tmax 它是一个假想时间 在此时间内 电力 负荷按年
6、最大负荷Pmax 或P30 持续运行所消耗的电 能 恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能 12 o 下图为某厂年有功负荷曲线 此曲线上最大负 荷Pmax就是年最大负荷 Tmax为年最大负荷利用小 时数 13 14 2 3 式中 Wa 负荷全年实际耗用电能 Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数 一班制工厂Tmax 1800 3000h 两班制工厂Tmax 3500 4800h 三班制工厂Tmax 5000 7000h 居民用户Tmax约为1200 2800h o3 平均负荷Pav o 平均负荷Pav 就是电力负荷在一定时间t内 平均消耗的功率 也就是电力负荷在该时间内消耗 的电能W除以时间t
7、的值 即Pav W t o 年平均负荷为Pav Wa 8760 o 15 16 负荷系数KL load coefficient 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值 分有功负荷系数KaL和无功负荷 系数KrL 也称为负荷曲线填充系数 即 有时也用 表示有功负荷系数 用 表示无功负荷系数 一般工厂 0 7 0 75 0 76 0 82 对于单个用电设备或用电设备组 负荷系数是指设备的输出功率P和设备 额定容量PN之比值 它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用 即 17 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 供电系统要安全可靠运行 电力变压器 开关设备 导线 电缆必须选择合适 因此必须对各环节的
8、电力 负荷进行计算 通常将以通常将以半小时平均负荷半小时平均负荷为依据所绘制的负为依据所绘制的负 荷曲线上的荷曲线上的 最大负荷最大负荷 称为计算负荷 并把它称为计算负荷 并把它 作为按发热条件选择电气设备的依据 用作为按发热条件选择电气设备的依据 用 Pca QcaPca Qca ScaSca Ica Ica 或或P P3030 Q Q3030 S S3030 I I3030 表示 表示 n 规定取 半小时平均负荷 的原因 o一般中小截面导体的发热时间常数 为10min以上 根据经验表明 中小截面导 线达到稳定温升所需时间约为 3 3 10 30 min 如果导线负载为短暂尖峰负荷 显然不可
9、能使导线温升达到最高值 只有 持续时间在30min以上的负荷时 才有可能 构成导线的最高温升 18 o负荷计算的意义和目的 o负荷计算主要是确定计算负荷 如前所述 若 根据计算负荷选择导体及电器 则在实际运行中导 体及电器的最高温升不会超过允许值 o 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统 供电线路的导线截面 变压器容量 开关电器及互 感器等的额定参数的依据 o 正确确定计算负荷意义重大 是供电设计的 前提 也是实现供电系统安全 经济运行的必要手 段 19 二 需要系数法确定计算负荷 20 n 负荷计算的方法有 o需要系数法 二项式法 利用系数法 形状系数法 附加系数法 o 需要系数法比较简便
10、因而广泛使用 n 需要系数 o需要系数考虑了以下的主要因素 o 式中 K 同时使用系数 为在最大负荷工作班某组工 作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量 之比 KL 负荷系数 用电设备不一定满负荷运行 此系数表 示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比 wl 线路供电效率 用电设备组在实际运行功率时的平均效率 21 o实际上 上述系数对于成组用电设备是 很难确定的 而且对一个生产企业或车间来说 生产性质 工艺特点 加工条件 技术管理和劳动 组织以及工人操作水平等因素 都对Kd有影响 所以Kd只能靠测量统计确定 见附录表3 5 上 述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选
11、用时参考 22 o 一 需要系数法基本公式 23 o 已知某机修车间的金属切削机床组 有电压为380V的电动机 30台 其总的设备容量为120kW 试求其计算负荷 o 解 查附录表1中的 小批生产的金属冷加工机床电动机 项 可得Kd 0 16 0 2 取0 18计算 cos 0 5 tg 1 73 根据公式 2 10 得 o P30 Kd Pe 0 18 120 21 6kW o Q30 P30 tg 21 6 1 73 37 37kvar o S30 P30 cos 21 6 0 5 43 2kVA 或 o 即计算负荷为21 6kW 计算电流为65 6A 24 25 tg tg 功率因数功率
12、因数 cos cos 最大容量设最大容量设 备台数备台数 二项式系数二项式系数 需要系数需要系数KK d d 用电设备组名称用电设备组名称 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 0 1 01 0 1 01 0 1 0 1 0 0 80 8 1 1 0 50 5 0 70 7 0 60 6 0 80 8 1 1 生产厂房 办公室 实验室照明生产厂房 办公室 实验室照明 变配电室 仓库照明变配电室 仓库照明 生活照明生活照明 室外照明室外照明 2 292 29 2 682 68 2 68 2 68 0 40 4 0 350 35 0 35 0 35 0 50 5 0 350 35 0 4 0
13、4 自动弧焊变压器自动弧焊变压器 单头手动弧焊变压器单头手动弧焊变压器 多头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器 1 331 33 1 02 1 02 0 60 6 0 70 7 0 350 35 0 35 0 35 点焊机 缝焊机点焊机 缝焊机 对焊机对焊机 1 331 33 2 682 68 0 57 0 57 0 60 6 0 350 35 0 87 0 87 0 80 8 0 80 8 0 9 0 9 高频感应电炉 不带补偿 高频感应电炉 不带补偿 工频感应电炉 不带补偿 工频感应电炉 不带补偿 电弧熔炉电弧熔炉 0 330 33 0 330 33 0 0 0 950 95 0 950 9
14、5 1 0 1 0 2 2 2 2 0 30 3 0 30 3 0 70 7 0 70 7 0 7 0 7 0 750 75 0 80 8 0 650 65 0 750 75 0 7 0 7 自动装料电阻炉自动装料电阻炉 非自动装料电阻炉非自动装料电阻炉 小型电阻炉 干燥箱小型电阻炉 干燥箱 1 731 73 1 73 1 73 0 50 5 0 5 0 5 3 3 3 3 0 20 2 0 3 0 3 0 060 06 0 09 0 09 0 10 1 0 150 15 0 150 15 0 25 0 25 锅炉房和机加 机修 装配车间的吊车锅炉房和机加 机修 装配车间的吊车 铸造车间吊车铸
15、造车间吊车 0 880 88 0 88 0 88 0 750 75 0 75 0 75 5 5 5 5 0 20 2 0 2 0 2 0 40 4 0 6 0 6 0 50 5 0 60 6 0 650 65 0 7 0 7 非联锁的连续运输机械非联锁的连续运输机械 联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械 0 75 0 75 0 8 0 8 5 5 0 25 0 25 0 65 0 65 0 70 7 0 8 0 8 通风机 水泵 空压机通风机 水泵 空压机 1 731 73 1 731 73 1 331 33 1 17 1 17 0 50 5 0 50 5 0 60 6 0 65 0 65 5
16、 5 5 5 5 5 5 5 0 40 4 0 50 5 0 40 4 0 5 0 5 0 140 14 0 140 14 0 240 24 0 26 0 26 0 160 16 0 20 2 0 180 18 0 250 25 0 250 25 0 30 3 0 30 3 0 35 0 35 小批量生产金属冷加工机床小批量生产金属冷加工机床 大批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床 小批量生产金属热加工机床小批量生产金属热加工机床 大批量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床 b b a a 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数 o 二 用电设备额定容量的计算 o在每台用电设备的铭牌上都有 额定功率 PN 但由于各用电设备的额定工作方式不同 不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加 必须先将其换算为同一工作制下的额定功率 然 后才能相加 经过换算至统一规定的工作制下的 额定功率 称为 设备额定容量 用Pe表示 26 o 1 一般连续工作制和短时工作制的设备组容量 27 2 2 断续周期工作制的设备容量 断续周期工作制的设备容量 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到电焊机
