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1、第2章 负荷计算及无功功率补偿,主要内容,负荷曲线 用电设备的设备容量 负荷计算的方法 功率损耗和电能损耗 用户负荷计算 尖峰电流的计算 功率因数和无功功率补偿,2.0 计算负荷的意义及计算目的,计算负荷：指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。,负荷计算：求计算负荷的这项工作称为负荷计算。,计算目的：为了正确的选择线路的导线截面、变压器的容量、开关电器、 互感器等设备的额定参数；为计算企业及线路上电能损耗、电压损失的依据。,如果以计算负荷连续运行，发热温度不会超过允许值,2.1 负荷曲线,定义：负荷曲线是表征电力负荷
2、随时间变动情况的一种图形。它绘制在直角坐标上，纵坐标轴表示有功负荷（无功负荷），横坐标为时间，每隔一定时间间隔绘制的负荷变化曲线。,负荷曲线所包络的面积就是工厂在生产期间耗用的电能。,分类：,2.1 负荷曲线,按负荷对象分：工厂（企业）的、车间的或某台设备的负 荷曲线；,按负荷的功率性质分：有功和无功负荷曲线；,按统计的时间分：年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；,按绘制方式分：依点连成的负荷曲线和阶梯形负荷曲线。,2.1.1 日负荷曲线,绘制：按时间先后,负荷在一昼夜间（24h）的变化情况,阶梯形负荷曲线,折线形负荷曲线,为计算方便，常采用阶梯形。时间间隔越短，越能反映实际变动情况。,2.1
3、.2 年负荷曲线,1）年持续负荷曲线：按负荷大小和累计时间,负荷在全年（8760h）的变化情况,按负荷从大到小依次排列。全年按8760h计。,T,夏季和冬季在全年中所占的天数视地理位置和气温情况而定。,要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线绘制。,T = 200 t1 + 165 t2,南方某用户：P1在夏日负荷曲线中持续时间t1 ，在冬日负荷曲线中持续时间为t2：,P1,2）年运行负荷曲线：按全年日负荷曲线绘制,2.1.2 年负荷曲线,负荷在全年（8760h）的变化情况,通常取每日最大负荷的半小时平均值，也称为全年每日最大负荷曲线。,年持续负荷曲线：可以直观了解到全年中不同负荷
4、所持续的时间； 年运行负荷曲线：可以直观了解到全年负荷的变化情况。,2.1.3 负荷曲线的有关物理量,1）年最大负荷和年最大负荷利用小时,30分钟最大负荷，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。,（1）年最大负荷,为什么选择30分钟？,（2）年最大负荷利用小时,2.1.3 负荷曲线的有关物理量,1）年最大负荷和年最大负荷利用小时,负荷以年最大负荷持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。,例如：一班制工厂，Tmax18003000h； 两班制工厂，Tmax35004800h； 三班制工厂，Tmax50007000h。,
5、是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数,2.1.3 负荷曲线的有关物理量,2）平均负荷和负荷系数,电力负荷在一定时间平均消耗的功率,（1）平均负荷,（2）负荷系数,负荷率，平均负荷与最大负荷的比值。,年平均负荷：,单个用电设备或用电设备组：,2.2 用电设备的设备容量,用电设备的额定容量,是指用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。,经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”。,用电设备的设备容量,必须指出： 对断续周期工作制（反复短时工作制）的设备来说其额定容量是对应于一定的负荷持续率的。,2.2 用电设备的设备容量,必须考虑用电设备的工作特征，工作制与负荷计算关系
6、较大。,1）连续运行工作制,2）短时运行工作制,3）反复短时工作制,设备长期运行，负荷比较稳定。,周期性的时而工作，时而停歇，工作周期一般不超过10min。,设备工作时间很短，停歇时间相当长。,负荷持续率：,2.2 用电设备的设备容量,1）长期工作制和短时工作制的用电设备：,2）反复短时工作制的用电设备：,额定容量对应一定的负荷持续率，不同负荷持续率，输出功率不同。,按同一周期内不同负荷下造成相同热量损耗的条件进行换算。,2）反复短时工作制的用电设备：,2.2 用电设备的设备容量,（2）吊车电动机组 要求统一换算到=25%，注意： 电葫芦、起重机、行车等均按吊车电动机考虑。,（1）电焊机组 要
7、求统一换算到=100%，,电焊机的铭牌负荷持续率有20%、40%、50%、60%、75%、100%等多种。,吊车电动机组的铭牌负荷持续率有15%、25%、40%、60%、等多种。,2.2 用电设备的设备容量,3）电炉变压器组：,4）照明设备：,（2）用镇流器的照明设备（荧光灯、高压水银灯等）,（1）不用镇流器的照明设备（白炽灯、碘钨灯等）,额定视在功率下的有功功率,2.3 负荷计算的方法,长期观察，分析各用电设备组负荷曲线基础上，将以半小时平均负荷绘制的负荷曲线中的最大值取出来代表实际负荷，称为计算负荷。,计算负荷，是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供配电系统中各组件的负荷值。它的物理意
8、义在于：按这个“计算负荷”持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的热效应相同。 实际上，负荷也不可能一成不变，与设备的性能、生产组织以及能源供应状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。,2.3 负荷计算的方法,如何准确估算计算负荷？,用电设备在生产期间的投入运行有很大的随机性，各种类型的工厂都有其本身的生产规律，从整体来看，用电也存在一定规律性，这就有可能利用已有生产工厂用电设备的安装容量和实际用电的大量资料进行统计、整理、分析，求出有关系数，以便在设计同类型的工厂时参考利用。 工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，在实践中总结出了各种负荷的
9、计算方法。有估算法、需要系数法和二项式法等。,2.3.1 计算负荷的估算法,1）单位产品耗电量法,已知：某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量a,在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，比较方便,计算负荷：,2）负荷密度法,已知：车间生产面积S和负荷密度指标,计算负荷：,企业全年电能,车间平均负荷,2.3.2 需要系数法,1）需要系数,概念：,计算简便，实用性广，多用于方案计算、初步设计和全厂、大型车间变电所的施工设计,Kd标志用电设备组或车间或企业投入电网运行时需要电网实际取用功率所必须考虑的综合系数。,单个设备：单个设备容量 单组用电设备组：组内设备容量之和,2.3.
10、2 需要系数法,1）需要系数,是一个综合系数，具体等于多少？,（2）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容量之比；,（1）用电设备在实际运行时的效率 ；,（3）负荷系数 ，表示工作着的用电设备实际功率 与全部用电设备投入容量之比；,（4）线路效率 ，配电线路在最大负荷时的末端功率（即设备组取用功率）与首端功率（即计算负荷）之比。,2.3.2 需要系数法,1）需要系数,其余计算负荷的计算：,有功计算负荷：,无功计算负荷：,视在计算负荷：,计 算 电 流：,表A-1,2.3.2 需要系数法,2）利用需要系数确定三相用电设备组的计算负荷,（1）单组用
11、电设备的计算负荷：,有功计算负荷：,无功计算负荷：,视在计算负荷：,计 算 电 流：,2.3.2 需要系数法,2）利用需要系数确定三相用电设备组的计算负荷,（2）多组用电设备的计算负荷：,有功计算负荷：,无功计算负荷：,视在计算负荷：,计 算 电 流：,应考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现， 须计入各用电设备组的同时系数。,有功功率和无功功率的同时系数,有功功率和无功功率的同时系数,2.3.2 需要系数法,2）利用需要系数确定三相用电设备组的计算负荷,（2）多组用电设备的计算负荷：,对车间干线：,对低压母线：,由用电设备组计算负荷直接相加来计算时,由车间干线计算负荷直接相加来计算时,2.
12、3.2 需要系数法,3）需要系数补充,注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按附录表A-1所列的计算系数来计算，而不必考虑因设备台数少而适当增大Kd和cos值的问题。,此外：需要系数值与用电的类别及工作状态有极大的关系，因此按需要系数法计算时，首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应属小批生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修车间不可能是大批生产。又如压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床。 只有12台设备时，可认为（Kd=1），即（P30=Pe）；在（Kd）适当取大的同时
13、， cos值也适当取大。只有一台电动机时其（P30=Pn/）式中Pn为电动机的额定容量，为电动机的效率。,例1 某机工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，其中较大容量电动机11kW1台，7.5kW3台，4kW6台，其它为更小容量的电动机。另有通风机3台，共5kW；电葫芦1个，3kW（=40%） 。试确定各组的和总的计算负荷。,解 1）先求各组的计算负荷,查附录表A-1得Kd=0.180.25（取Kd=0.25），cos=0.5，tan=1.73，因此,（1）机床组,P30(1)=0.2585Kw=21.3kW Q30(1)=21.3kW1.73=36.8kva
14、r S30(1)=21.3 kW /0.5=42.6kVA I30(1) =42.6kVA/（ 0.38kV）=64.7A,例1 某机工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，其中较大容量电动机11kW1台，7.5kW3台，4kW6台，其它为更小容量的电动机。另有通风机3台，共5kW；电葫芦1个，3kW（=40%） 。试确定各组的和总的计算负荷。,解 1）先求各组的计算负荷,（2）通风机组,查附录表A-1得Kd=0.70.8（取Kd=0.8），cos=0.8，tan=0.75，,P30(2)=0.85kW=4kW Q30(2)=4kW0.75=3kvar S30(
15、2)=4 kW /0.8=5kVA I30(2) =5kVA/（ 0.38kV）=7.6A,例1 某机工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，其中较大容量电动机11kW1台，7.5kW3台，4kW6台，其它为更小容量的电动机。另有通风机3台，共5kW；电葫芦1个，3kW（=40%） 。试确定各组的和总的计算负荷。,解 1）先求各组的计算负荷,（3）电葫芦,查附录表A-1得Kd=0.10.15（取Kd=0.15），cos=0.5，tan=1.73，而=25%，故Pe(=25%)=3kW2 =3.79 Kw,P30(3)=0.153.79 kW =0.569kW Q
16、30(3)=0.569kW1.73=0.984kvar S30(3)=0.569 kW /0.5=1.138kVA I30(3) =1.138kVA/（ 0.38kV）=1.73A,例1 某机工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，其中较大容量电动机11kW1台，7.5kW3台，4kW6台，其它为更小容量的电动机。另有通风机3台，共5kW；电葫芦1个，3kW （=40%） 。试确定各组的和 总的计算负荷。,解 2）总的计算负荷,（取Kp=0.95，Kq=0.97）：,P30=0.95（21.3+4+0.569）kW=24.6 kW Q30=0.97（36.8+3+0.984）kvar=39.6 kvar S30= kVA=46.6 kVA I30=46.6kVA/（ 0.38kV）
