工厂供电_第2章__工厂的电力负荷及计算

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1、1,1,霍平,工厂供电,刘介才,2,2,第二章 工厂的电力负荷及计算,本章首先简介工厂用电设备的分级及有关概念，然后着重讲述用电设备组计算负荷和工厂计算负荷的计算方法，最后讲述尖峰电流及其计算。本章内容是工厂供电系统运行分析和设计计算的基础。,工厂供电,3,3,第二章 工厂的电力负荷及计算,第一节 工厂的电力负荷 与负荷曲线,工厂供电,4,4,一 工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求,第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线,（一）工厂电力负荷的分级,工厂的电力负荷，按GB50052-2009供配电系统设计规范规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全和经济损失上所造成的影响程度分为三级：

2、,一级负荷,二级负荷,三级负荷,5,5,（1）一级负荷,一级负荷为中断供电将造成人身伤害者，或者中断供电将在经济上造成重大损失者，例如使生产过程或生产装备处于不安全状态、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、生产企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。,在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。,6,6,（一）工厂电力负荷的分级,（2）二级负荷,二级负荷为中断供电将在经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。,

3、（一）工厂电力负荷的分级,7,7,（3）三级负荷,三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷。,8,8,（1）一级负荷对供电电源的要求,由在安全供电方面互不影响的两条电路即“双重电源”供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。,一级负荷中特别重要的负荷，除由“双重电源”供电外，还必须增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。,9,9,常用的应急电源： 1）独立于正常电源的发电机组； 2）供电网络中独立于正常电源的专门供电线路； 3）蓄电池； 4）干电池。,（1）一级负荷对供电电源的要求,10,10,（2）二级负荷对供电电源的要求,二级负荷宜由两回

4、路供电。,当负荷较小或当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。,当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。,11,11,（3）三级负荷对供电电源的要求,三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。,12,12,(1)连续工作制设备 这类工作制设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电动发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。,工厂的用电设备其工作制分为三类：,13,13,(2)短时工作制设备 这类工作制设备在恒定负荷下运行的

5、时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）、控制闸门的电动机等。,工厂的用电设备其工作制分为三类：,14,14,工厂的用电设备其工作制分为三类：,(3)断续周期工作制设备 这类工作制设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。,15,15,断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用 表示，即,式中T 为工作周期；t为工作

6、周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。,16,16,断续周期工作制设备的额定容量（铭牌容量） ，是对应于某一标称负荷持续率 的。如果实际运行的负荷持续率 ，则实际容量Pe 应按同一周期内等效发热条件进行换算。由于电流I 通过电阻为R 的设备在时间t 内产生的热量为 I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下， ；而在同一电压下，设备容量 ；又由式（2-1）知，同一周期T 的负荷持续率 。因此 ，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。由此可见，如果设备在 下的容量为 ，则换算到实际 下的容量Pe 为,17,17,负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上。 纵坐标

7、表示负荷（有功或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时h为单位）。,负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。,18,18,下图是一班制工厂的日有功负荷曲线。 图a是依点连成的负荷曲线， 图b是依点绘成梯形的负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷” 。,19,年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图所示 。全年按8760h计。,20,20,上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线（图a）

8、和冬日负荷曲线（图b）来绘制。其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地取夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地取夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线（图c），其中P1 在年负荷曲线上所占的时间T 1=200（1+2） ，P2 在年负荷曲线上所占的时间T 2=200t1+165t2 ，其余类推。,21,21,年负荷曲线的另一形式，是按全年每日的最大负荷（取每日的最大负荷半小时平均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图。横坐标依次以全年十二个月份的日期来分格。 年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压器的工厂

9、变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。,22,22,从各种负荷曲线，可以直观地了解电力负荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可以从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此负荷曲线对于从事工厂供电设计和运行的人员来说，都是很必要的。,23,23,1.年最大负荷和年最大负荷利用小时 (1) 年最大负荷 年最大负荷Pmax 就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现23次）消耗电能最大的半小时平均功率。因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。,24,24,(2)

10、年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时Tmax 是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷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，如图所示。,25,25,(2) 年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时为,式中Wa 为年实际消耗的电能量。,年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。一班制工厂，Tmax18003000h；两班制工厂，Tmax35004800h；三班制工厂，Tmax50007000h。,26,26,2.平均负荷和负荷系数 (1) 平均负荷 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

11、，就是电力负荷在该时间t 内消耗的电能Wt 除以时间t 的值，即,27,27,2.平均负荷和负荷系数 (1) 平均负荷,年平均负荷Pav 的说明如图。年平均负荷Pav 的横线与纵横两坐标轴所包围的矩形面积恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa，年平均负荷为Pav 为,28,28,2.平均负荷和负荷系数 (1) 负荷系数 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav 与其最大负荷Pmax 的比值，即,29,29,2.平均负荷和负荷系数 (1) 负荷系数,负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。 从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望

12、此系数越高越接近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负荷曲线“ 削峰填谷” 。,30,30,2.平均负荷和负荷系数 (1) 负荷系数 对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P 与设备额定容量PN 的比值，即,负荷系数通常以百分值表示。负荷系数（负荷率）的符号有时用，也有的有功负荷率用 ，无功负荷率用表示。,31,31,第二章 工厂的电力负荷及计算,第二节 三相用电设备组 计算负荷的确定,工厂供电,32,32,供电系统要安全可靠地正常运行，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。,通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择

13、供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。,根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。,33,33,由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需(34)，为发热时间常数。截面在16mm2 及以上的导体，其10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。 计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷Pmax）是基本相当的。 计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。,34,34,半小时最大负荷P30 来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q30 、S30 和30 。,有功计算负荷:P

14、30,无功计算负荷:Q30,视在计算负荷:S30,计算电流: I30,35,35,计算负荷是供电设计计算的基本依据。 计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。 如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。 如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化，甚至燃烧引起火灾，从而造成更大的损失。,36,36,正确确定计算负荷非常重要。,确定用电设备组计算负荷的方法，有,需要系数法,二项式法,37,37,(一) 基本公式,用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小

15、时最大负荷P30。,38,38,用电设备组的设备容量pe，是指用电设备组所有设备（不含备用的设备）的额定容量PN 之和，即pe PN。而设备的额定容量PN 是设备在额定条件下的最大输出功率（出力）。但用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身和配电线路还有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为,39,39,K为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比； KL为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比； e为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比； WL为配电线路的平均效率，

16、即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组取用功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比。,(一) 基本公式,40,40,(一) 基本公式,Kd 称为需要系数。需要系数的定义式为,即用电设备组的需要系数，为用电设备组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。,41,41,需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为,需要系数值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备 效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。,42,42,在求出有功计算负荷P30 后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷： 无功计算负荷为,tan为对应于用电设备组cos 的正切值。,43,43,视在计算负荷为,cos 为用电设备组的平均功率因数。,44,44,计算电流为,UN 为用电设备组的额定电压。,45,45,只有一台三相电动机，则电动机的计算电流就取其额定电流,46,46,负荷计算中常用的单位： 有功功率为“千瓦”（k