第二章 工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算

1、第二章第二章 工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線第二節(jié)第二節(jié) 三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定第三節(jié)第三節(jié) 單相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定單相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定一. 工廠電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電電源的要求二. 工廠用電設(shè)備的工作制三. 負(fù)荷曲線及有關(guān)物理量一. 概 述二. 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷三. 按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷一. 概 述二. 單相設(shè)備組等效三相負(fù)荷的計(jì)算一. 工廠計(jì)算負(fù)荷的確定第四節(jié)第四節(jié) 工廠的計(jì)算負(fù)荷及年耗電量的計(jì)算工廠的計(jì)算負(fù)荷及年耗電量的計(jì)算二. 工廠年耗電量的計(jì)算第五

2、節(jié)第五節(jié) 尖峰電流及其計(jì)算尖峰電流及其計(jì)算復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題習(xí)習(xí) 題題一. 概 述二. 用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 一一. 工廠電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電電源的要求工廠電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電電源的要求 電力負(fù)荷又稱電力負(fù)載，有兩種含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用戶，如說(shuō)重要負(fù)荷、一般負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說(shuō)輕負(fù)荷（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。電力負(fù)荷的具體含義視具體情況而定。(一) 工廠電力負(fù)荷的分級(jí) 工廠的電力負(fù)荷，按GB50052-1995供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，根據(jù)其對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或

3、影響的程度分為三級(jí)： (1) 一級(jí)負(fù)荷 一級(jí)負(fù)荷為中斷供電將造成人身傷亡者，或者中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)等。 在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。 (2) 二級(jí)負(fù)荷 二級(jí)負(fù)荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。 (3) 三級(jí)負(fù)荷 三級(jí)負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，所有不屬于上述一、二級(jí)負(fù)荷者均屬三級(jí)

4、負(fù)荷。(二) 各級(jí)電力負(fù)荷對(duì)供電電源的要求 (1) 一級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求 由于一級(jí)負(fù)荷屬重要負(fù)荷，如果中斷供電造成的后果將十分嚴(yán)重，因此要求由兩路電源供電，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。 一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩路電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對(duì)特別重要負(fù)荷的供電，嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。 常用的應(yīng)急電源有：1) 獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；2) 供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專門供電線路；3) 蓄電池；4) 干電池。 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：本章首先簡(jiǎn)介工廠用電設(shè)備的分級(jí)及有關(guān)概念，然后著重講述用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷和工廠計(jì)算負(fù)荷的確定方法，最后講述尖峰

5、電流及其計(jì)算。本章內(nèi)容是工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行分析和設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。第二章第二章 工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第一節(jié)第一節(jié) 工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線 (2) 二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求 二級(jí)負(fù)荷也屬于重要負(fù)荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)，但這兩臺(tái)變壓器不一定在同一變電所。在其中一回路或一臺(tái)變壓器發(fā)生常見(jiàn)故障時(shí)，二級(jí)負(fù)荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負(fù)荷較小或者當(dāng)?shù)毓╇姉l件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回路6kV及以上的專用架空線路供電。這是考慮架空線路發(fā)生故障時(shí)，較之電纜線路發(fā)生故障時(shí)易于發(fā)現(xiàn)且易于檢查和修復(fù)。當(dāng)采用電纜線路時(shí)，必須采用兩根電

6、纜并列供電，每根電纜應(yīng)能承受全部二級(jí)負(fù)荷。 (3) 三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求 由于三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此它對(duì)供電電源無(wú)特殊要求。 二二. 工廠用電設(shè)備的工作制工廠用電設(shè)備的工作制 工廠的用電設(shè)備，按其工作制分以下三類： (1) 連續(xù)工作制設(shè)備 這類工作制設(shè)備在恒定負(fù)荷下運(yùn)行，且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)到足以使之達(dá)到熱平衡狀態(tài)，如通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組、電爐和照明燈等。機(jī)床電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，一般變動(dòng)較大，但其主電動(dòng)機(jī)一般也是連續(xù)運(yùn)行的。 (2) 短時(shí)工作制設(shè)備 這類工作制設(shè)備在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短（短于達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間），而停歇時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)到足以使設(shè)備溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫度），如機(jī)

7、床上的某些輔助電動(dòng)機(jī)（例如進(jìn)給電動(dòng)機(jī)）、控制閘門的電動(dòng)機(jī)等。 (3) 斷續(xù)周期工作制設(shè)備 這類工作制設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，而工作周期一般不超過(guò)10min，無(wú)論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達(dá)到熱平衡，如電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)等。 斷續(xù)周期工作制設(shè)備，可用“負(fù)荷持續(xù)率”（又稱暫載率）來(lái)表示其工作特征。負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用表示，即0100%100%ttTtt(2-1)式中T 為工作周期；t為工作周期內(nèi)的工作時(shí)間；t0為工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。 斷續(xù)周期工作制設(shè)備的額定容量（銘牌容量） ，是對(duì)應(yīng)于某一標(biāo)稱負(fù)荷持續(xù)率 的。如果實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷持續(xù)率 ，

8、則實(shí)際容量Pe 應(yīng)按同一周期內(nèi)等效發(fā)熱條件進(jìn)行換算。由于電流I 通過(guò)電阻為R 的設(shè)備在時(shí)間t 內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 I2Rt，因此在設(shè)備產(chǎn)生相同熱量的條件下， ；而在同一電壓下，設(shè)備容量 ；又由式（2-1）知，同一周期T 的負(fù)荷持續(xù)率 。因此 ，即設(shè)備容量與負(fù)荷持續(xù)率的平方根值成反比。由此可見(jiàn)，如果設(shè)備在 下的容量為 ，則換算到實(shí)際 下的容量Pe 為NPNNtI/1IP t/1PNNPNeNPP(2-2) 三三. 負(fù)荷曲線及有關(guān)物理量負(fù)荷曲線及有關(guān)物理量(一) 負(fù)荷曲線的概念 負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)情況的一種圖形，它繪在直角坐標(biāo)紙上?？v坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功或無(wú)功功率），橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間（

9、一般以小時(shí)h為單位）。 負(fù)荷曲線按負(fù)荷對(duì)象分，有工廠的、車間的或某類設(shè)備的負(fù)荷曲線。按負(fù)荷性質(zhì)分，有有功和無(wú)功負(fù)荷曲線。按所表示的負(fù)荷變動(dòng)時(shí)間分，有年的、月的、日的或工作班的負(fù)荷曲線。 圖2-1是一班制工廠的日有功負(fù)荷曲線，其中圖2-1a是依點(diǎn)連成的負(fù)荷曲線，圖2-1b是依點(diǎn)繪成梯形的負(fù)荷曲線。為便于計(jì)算，負(fù)荷曲線多繪成梯形，橫坐標(biāo)一般按半小時(shí)分格，以便確定“半小時(shí)最大負(fù)荷”（將在后面介紹）。圖2-1 日有功負(fù)荷曲線a) 依點(diǎn)連成的負(fù)荷曲線 b) 依點(diǎn)繪成梯形的負(fù)荷曲線 年負(fù)荷曲線，通常繪成負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，按負(fù)荷大小依次排列，如圖2-2c所示 。全年按8760h計(jì)。圖2-2 年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲

10、線的繪制a) 夏日負(fù)荷曲線 b) 冬日負(fù)荷曲線 c) 年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線 上述年負(fù)荷曲線，根據(jù)其一年中具有代表性的夏日負(fù)荷曲線（圖2-2a）和冬日負(fù)荷曲線（圖2-2b）來(lái)繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r而定。例如在我國(guó)北方，可近似地取夏日165天，冬日200天；而在我國(guó)南方，則可近似地取夏日200天，冬日165天。假設(shè)繪制南方某廠的年負(fù)荷曲線（圖2-2c），其中P1 在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間 ，P2 在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間 ，其余類推。111200()Ttt222200165Ttt 年負(fù)荷曲線的另一形式，是按全年每日的最大負(fù)荷（通常取每日的最大負(fù)荷半小時(shí)平均

11、值）繪制的，稱為年每日最大負(fù)荷曲線，如圖2-3所示。橫坐標(biāo)依次以全年十二個(gè)月份的日期來(lái)分格。這種年最大負(fù)荷曲線，可以用來(lái)確定擁有多臺(tái)電力變壓器的工廠變電所在一年內(nèi)的不同時(shí)期宜于投入幾臺(tái)運(yùn)行，即所謂經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。 從各種負(fù)荷曲線上，可以直觀地了解電力負(fù)荷變動(dòng)的情況。通過(guò)對(duì)負(fù)荷曲線的分析，可以更深入地掌握負(fù)荷變動(dòng)的規(guī)律，并可以從中獲得一些對(duì)設(shè)計(jì)和運(yùn)行有用的資料。因此負(fù)荷曲線對(duì)于從事工廠供電設(shè)計(jì)和運(yùn)行的人員來(lái)說(shuō)，都是很必要的。圖2-3 年每日最大負(fù)荷曲線 (二) 與負(fù)荷曲線和負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的物理量 1. 年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí) (1) 年最大負(fù)荷 年最大

12、負(fù)荷Pmax 就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)（這一工作班的最大負(fù)荷不是偶然出現(xiàn)的，而是全年至少出現(xiàn)23次）消耗電能最大的半小時(shí)平均功率。因此年最大負(fù)荷也稱為半小時(shí)最大負(fù)荷P30。 (2) 年最大負(fù)荷利用小時(shí) 年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax 是一個(gè)假想時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax（或P30）持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能，如圖2-4所示。 年最大負(fù)荷利用小時(shí)為圖2-4 年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)maxmaxaWTP(2-3)式中Wa 為年實(shí)際消耗的電能量。 年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映電力負(fù)荷特征的一個(gè)重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠

13、，Tmax18003000h；兩班制工廠，Tmax35004800h；三班制工廠，Tmax50007000h。 對(duì)負(fù)荷曲線來(lái)說(shuō)，負(fù)荷系數(shù)亦稱負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它表征負(fù)荷曲線不平坦的程度，即表征負(fù)荷起伏變動(dòng)的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來(lái)說(shuō)，希望此系數(shù)越高越接近于1越好。從發(fā)揮整個(gè)電力系統(tǒng)的效能來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量使不平坦的負(fù)荷曲線“ 削峰填谷”，提高負(fù)荷系數(shù)。 對(duì)用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，負(fù)荷系數(shù)就是設(shè)備的輸出功率P 與設(shè)備額定容量PN 的比值，即 2. 平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù) (1) 平均負(fù)荷 平均負(fù)荷Pav 就是電力負(fù)荷在一定時(shí)間t 內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時(shí)間t 內(nèi)消耗的電能Wt 除

14、以時(shí)間t 的值，即tavWPt(2-4) 年平均負(fù)荷Pav 的說(shuō)明如圖2-5所示。年平均負(fù)荷Pav 的橫線與縱橫兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積恰好等于年負(fù)荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積Wa，即年平均負(fù)荷為Pav 為8760aavWPh(2-5)圖2-5 年平均負(fù)荷 (2) 負(fù)荷系數(shù) 負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率，它是用電負(fù)荷的平均負(fù)荷Pav 與其最大負(fù)荷Pmax 的比值，即maxavLPKP(2-6)LNPKP(2-7) 負(fù)荷系數(shù)通常以百分值表示。負(fù)荷系數(shù)（負(fù)荷率）的符號(hào)有時(shí)用，也有的有功負(fù)荷率用 ，無(wú)功負(fù)荷率用表示。第二節(jié)第二節(jié) 三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定 一一. 概述概述 供電

15、系統(tǒng)要能安全可靠地正常運(yùn)行，其中各個(gè)元件（包括電力變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線電纜等）都必須選擇得當(dāng)，除了應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因此有必要對(duì)供電系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。 通過(guò)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷（calculated load）。根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如果以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，其發(fā)熱溫度不會(huì)超過(guò)允許值。 由于導(dǎo)體通過(guò)電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約需(34)，為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。截面在16mm2 及以上的導(dǎo)體，其10min，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min（半小時(shí)）后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值。由

16、此可見(jiàn)，計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時(shí)最大負(fù)荷P30（亦即年最大負(fù)荷Pmax）是基本相當(dāng)?shù)?。所以，?jì)算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷。本來(lái)有功計(jì)算負(fù)荷可表示為Pc ，無(wú)功計(jì)算負(fù)荷可表示為Qc，計(jì)算電流可表示為c，但考慮到“計(jì)算”的符號(hào)c 容易與“電容”的符號(hào)C 相混淆，因此大多數(shù)供電書籍都借用半小時(shí)最大負(fù)荷P30 來(lái)表示有功計(jì)算負(fù)荷，無(wú)功計(jì)算負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流則分別表示為Q30 、S30 和30 。這樣表示，也使計(jì)算負(fù)荷的概念更加明確。 計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如果計(jì)算負(fù)荷確定得過(guò)大，將使電

17、器和導(dǎo)線電纜選得過(guò)大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)。如果計(jì)算負(fù)荷確定得過(guò)小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過(guò)負(fù)荷下運(yùn)行，增加電能損耗，產(chǎn)生過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣過(guò)早老化，甚至燃燒引起火災(zāi)，從而造成更大的損失。由此可見(jiàn)，正確確定計(jì)算負(fù)荷非常重要。但是，負(fù)荷情況復(fù)雜，影響計(jì)算負(fù)荷的因素很多，雖然各類負(fù)荷的變化有一定的規(guī)律可循，但仍難準(zhǔn)確確定計(jì)算負(fù)荷的大小。實(shí)際上，負(fù)荷也不是一成不變的，它與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織 、生產(chǎn)者的技能及能源供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)。因此負(fù)荷計(jì)算也只能力求接近實(shí)際。 我國(guó)目前普遍采用的確定用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的方法，有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法是國(guó)際上普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，最

18、為簡(jiǎn)便。二項(xiàng)式法的應(yīng)用局限性較大，但在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別較大的分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，采用二項(xiàng)式法較之需要系數(shù)法合理，且計(jì)算也比較簡(jiǎn)便。本書只介紹這兩種計(jì)算方法。關(guān)于以概率論為理論基礎(chǔ)而提出的用以取代二項(xiàng)式法的利用系數(shù)法，由于其計(jì)算比較繁復(fù)而未得到普遍應(yīng)用，此略。即用電設(shè)備組的需要系數(shù)，為用電設(shè)備組的半小時(shí)最大負(fù)荷與其設(shè)備容量的比值。 二二. 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷(一) 基本公式 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷P30，如圖2-6所示。用電設(shè)備組的設(shè)備容量pe，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用的設(shè)備）的額定容量PN 之和，即

19、pe PN。而設(shè)備的額定容量PN 是設(shè)備在額定條件下的最大輸出功率（出力）。但是用電設(shè)備組的設(shè)備實(shí)際上不一定都同時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行的設(shè)備也不太可能都滿負(fù)荷，同時(shí)設(shè)備本身和配電線路還有功率損耗，因此用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷應(yīng)為30LeeWLK KPP (2-8)式中 K為設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的設(shè)備容量與全部設(shè)備容量之比；KL為設(shè)備組的負(fù)荷系數(shù)，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)輸出功率與運(yùn)行的設(shè)備容量之比；e為設(shè)備組的平均效率，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)輸出功率與取用功率之比；WL為配電線路的平均效率，即配電線路在最大負(fù)荷時(shí)的末端功率（亦即設(shè)備組取用功率）與首端功率（亦即計(jì)算負(fù)荷）之比。圖2-6 用

20、電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷說(shuō)明 令上式中的 ，這里的 稱為需要系數(shù)（demand coefficient）。由上式可知，需要系數(shù)的定義式為/()LeWLdK KK dK30dePKP(2-9) 由此可得按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷的基本公式為30dePK P(2-10) 實(shí)際上，需要系數(shù)值不僅與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備 效率和線路損耗等因素有關(guān)，而且與操作人員的技能和生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)，因此應(yīng)盡可能地通過(guò)實(shí)測(cè)分析確定，使之盡量接近實(shí)際。 附錄表1列出工廠各種用電設(shè)備組的需要系數(shù)值，供參考 。 必須注意：附錄表1所列需要系數(shù)值是按車間范圍內(nèi)臺(tái)數(shù)較多的情況來(lái)確定的。所以需要系

21、數(shù)值一般都比較低，例如冷加工機(jī)床組的需要系數(shù)平均只有0.2左右。因此需要系數(shù)法較適用于確定車間的計(jì)算負(fù)荷。如果采用需要系數(shù)法來(lái)計(jì)算分支干線上用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，則附錄表1中的需要系數(shù)值往往偏小，宜適當(dāng)取大。只有12臺(tái)設(shè)備時(shí)，可認(rèn)為Kd =1，即P30=Pe 。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，由于它本身功率損耗較大，因此當(dāng)只有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，其P30 =PN /，這里PN 為電動(dòng)機(jī)額定容量，為電動(dòng)機(jī)效率。在Kd 適當(dāng)取大的同時(shí)， 也宜適當(dāng)取大。 這里還要指出：需要系數(shù)值與用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)關(guān)系極大，因此在計(jì)算時(shí)，首先要正確判明用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)，否則會(huì)造成錯(cuò)誤。例如機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)，應(yīng)屬小批

22、生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榻饘偾邢骶褪抢浼庸?，而機(jī)修不可能是大批生產(chǎn)。又如壓塑機(jī)、拉絲機(jī)和鍛錘等，應(yīng)屬熱加工機(jī)床。再如起重機(jī)、行車、電動(dòng)葫蘆等，均屬吊車類。 在求出有功計(jì)算負(fù)荷P30 后，可按下列各式分別求出其余的計(jì)算負(fù)荷： 無(wú)功計(jì)算負(fù)荷為cos3030tanQP(2-11)式中 為對(duì)應(yīng)于用電設(shè)備組 的正切值。 視在計(jì)算負(fù)荷為tancos3030cosPS(2-12)30303NSIU(2-13)式中UN 為用電設(shè)備組的額定電壓。cos式中 為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。 計(jì)算電流為 如果只有一臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)，則此電動(dòng)機(jī)的計(jì)算電流就取其為額定電流，即 (2-14) 負(fù)荷計(jì)算中常用的單位：有功功率

23、為“千瓦”（kW），無(wú)功功率為“千乏”（kvar），視在功率為“千伏安”（kVA），電流為“安” （A） ，電壓為“千伏” （kV） 。 例例2-1 已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有電壓為380V的三相電動(dòng)機(jī)7.5kW 3臺(tái)，4kW 8臺(tái)，3kW 17臺(tái)，1.5kW 10臺(tái)。試求其計(jì)算負(fù)荷。 解：解：此機(jī)床組電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘繛?查附錄表1中“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)”項(xiàng)，得 (取0.2)， ， 因此可求得： 有功計(jì)算負(fù)荷 無(wú)功計(jì)算負(fù)荷 視在計(jì)算負(fù)荷 計(jì)算電流 (二) 設(shè)備容量的計(jì)算 需要系數(shù)法基本公式 中的設(shè)備容量Pe，不含備用設(shè)備的容量，而且要注意，此容量的計(jì)算與用電設(shè)備組的工作制有

24、關(guān)。 1. 一般連續(xù)工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備組容量計(jì)算 其設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。cos330NNNUPII7.53 48 317 1.510120.5ePkWkWkWkWkW 0.16 0.2dK cos0.5tan1.73,3048.273.230.38kVAIAkV300.2 120.524.1PkWkW3024.11.7341.7 varQkWk3024.148.20.5kWSkVA30dePK P 2. 斷續(xù)周期工作制的設(shè)備容量計(jì)算 其設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負(fù)荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個(gè)規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率下的容量之和。容量換算的公式如式(2-2)所示。斷續(xù)周

25、期工作制的用電設(shè)備常用的有電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)，各自的換算要求如下： (1) 電焊機(jī)組 要求容量統(tǒng)一換算到=100%【1】，因此由式（2-2）可得換算后的設(shè)備容量為 式中PN 、SN 為電焊機(jī)的銘牌容量（前者為有功功率，后者為視在功率）； 為與銘牌容量相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）； 為其值等于100%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用1）； 為銘牌規(guī)定的功率因數(shù)。 (2) 吊車電動(dòng)機(jī)組 要求容量統(tǒng)一換算到 【2】 ，因此由式（2-2）可得換算后的設(shè)備容量為 (2-16) 式中PN 為吊車電動(dòng)機(jī)的銘牌容量； 為與PN 對(duì)應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）； 為其值等于25%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用0.25）。

26、100100cosNNeNNPPS即 (2-15) coseNNNNPPS N100cos25%252NeNNNPPPN25 (三) 多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定 確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況對(duì)其有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷分別計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)（又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù)） 和 ： 對(duì)車間干線，取 ， pKqK95. 085. 0pK0.90 0.97qK 【1】電焊機(jī)的銘牌負(fù)荷持續(xù)率有20%、40%、50%、60%、75%、100%等多種，而 時(shí)， ，換算最為簡(jiǎn)便，因此規(guī)定其設(shè)

27、備容量統(tǒng)一換算到 。附錄表1中電焊機(jī)的需要系數(shù)及其他系數(shù)也都是對(duì)應(yīng)于 的。 【2】吊車（起重機(jī)）的銘牌負(fù)荷持續(xù)率有15%、25%、40%、60%等，而 時(shí)， ，換算相對(duì)較為簡(jiǎn)便，因此規(guī)定其設(shè)備容量統(tǒng)一換算到 。附錄表1中吊車組的需要系數(shù)及其他系數(shù)也都是對(duì)應(yīng)于 的。 100%1100%100%25%0.525%25% 對(duì)低壓母線，分兩種情況 (1) 由用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)，取 ， (2) 由車間干線的計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)取，取 ，0.80 0.90pK0.85 0.95qK 總的有功計(jì)算負(fù)荷為 (2-17) 總的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷為 (2-18) 以上兩式中的 和 分別為各組設(shè)備的

28、有功和無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和。 總的視在計(jì)算負(fù)荷為 (2-19) 總的計(jì)算電流為 (2-20) 必須注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計(jì)算負(fù)荷與計(jì)算電流一般不能用各組的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來(lái)計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷也不能按式（2-12）計(jì)算。 此外應(yīng)注意：在計(jì)算多組設(shè)備總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，為了簡(jiǎn)化和統(tǒng)一，各組的設(shè)備臺(tái)數(shù)不論多少，各組的計(jì)算負(fù)荷均按附錄表1所列的計(jì)算系數(shù)來(lái)計(jì)算，而不必考慮設(shè)備臺(tái)數(shù)少而適當(dāng)增大 和 值的問(wèn)題。 22303030SPQ30303NSIUdKcos30.iP30.iQipPKP3030iqQKQ303095. 090. 0pK97. 093. 0qK 例例2

29、-2 某機(jī)修車間380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kW (其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kW1臺(tái)， 4kW3臺(tái)，2.2 kW7臺(tái))， 通風(fēng)機(jī)2臺(tái)共3kW， 電阻爐1臺(tái)2kW。試確定此線路上的計(jì)算負(fù)荷。 解：解：先求各組的計(jì)算負(fù)荷 (1) 金屬切削機(jī)床組 查附錄表1，取 故 (2) 通風(fēng)機(jī)組 查附錄表1，取 故 0.2,cos0.5,tan1.73dK30(1)0.2 5010PkWkWvar3 .1773. 110) 1 (30kkWQ0.8,cos0.8,tan0.75dK30(2)0.8 32.4PkWkW30(2)2.40.751.8 varQkWk (3) 電阻爐 查附錄表

30、1，取 0.7,cos1,tan0dK30(3)0.721.4PkWkW30(3)0Q故 因此總的計(jì)算負(fù)荷為 （取 ） 0.95,0.97pqKK300.95 (102.4 1.4)13.1PkWkW300.97 (17.3 1.8) var18.5 varQkk223013.118.522.7SkVAkVA3022.734.530.38kVAIAkV34.522.718.513.1 取19.113.85523車間總計(jì)01.4010.721電阻爐31.82.40.750.80.832通風(fēng)機(jī)217.3101.730.50.25020切削機(jī)床1計(jì) 算 負(fù) 荷 需要系數(shù)容 量 臺(tái)數(shù)n設(shè)備名稱 序號(hào)k

31、WPe/dKcostankWP /30var/30kQkVAS /30AI/300.95,0.97pqKK表表2-1 例例2-2的電力負(fù)荷計(jì)算表的電力負(fù)荷計(jì)算表（按需要系數(shù)法） 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，為了使人一目了然，便于審核，常采用計(jì)算表格的形式，如表2-1所示。 式中bPe(二項(xiàng)式第一項(xiàng))表示設(shè)備組的平均功率，其中Pe 是用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘浚溆?jì)算方法如前需要系數(shù)法所述；cPx (二項(xiàng)式第二項(xiàng))表示設(shè)備組中x 臺(tái)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的附加負(fù)荷，其中Px 是x 臺(tái)最大容量的設(shè)備總?cè)萘?；b、c 是二項(xiàng)式系數(shù)。 附錄表1中也列有部分用電設(shè)備組的二項(xiàng)式系數(shù)b、c 和最大容量的設(shè)備臺(tái)數(shù)

32、x 值，供參考。 但必須注意：按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷時(shí)，如果設(shè)備總臺(tái)數(shù)n 少于附錄表1中規(guī)定的最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)x 的2倍，即nS30(2)，因此在未進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，主變壓器容量應(yīng)選為1250kVA（參看附錄表5）。 這時(shí)變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為 (2) 無(wú)功補(bǔ)償容量 按規(guī)定變電所高壓側(cè)的 ，考慮到變壓器的無(wú)功功率損耗QT 遠(yuǎn)大于其有功損耗PT ，一般 ，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里取 。 要使低壓側(cè)功率因數(shù)由0.63提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為 cos0.9(4 5)TTQP(2)cos0.92650 (tanarccos0.6

33、3tanarccos0.92) var525 varCQkk(2)cos650/10310.63530 varCQk取kVAkVAS103180065022230）（ (3) 補(bǔ)償后的變壓器容量和功率因數(shù) 補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為 因此補(bǔ)償后變壓器容量可改選為800kVA，比補(bǔ)償前容量減少450kVA。 變壓器的功率損耗為 變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為 補(bǔ)償后工廠的功率因數(shù)為 ，滿足要求。 由此例可以看出，采用無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高功率因數(shù)能使工廠取得可觀的經(jīng)濟(jì)效果。2230(2)650(800530)704SkVAkVA2230(1)657305724SkVAkVA30(1)30(1)cos/

34、657/7240.907PSkWkVASPT770401. 001. 0)2(30var3570405. 005. 0)2(30kkVASQTkWkWkWP6577650)1(30var305var35var)530800()1(30kkkQ 二二. 工廠年耗電量的計(jì)算工廠年耗電量的計(jì)算 工廠的年耗電量可用工廠的年產(chǎn)量和單位產(chǎn)品耗電量進(jìn)行估算，如前面式（2-35）所示。 工廠年耗電量較精確的計(jì)算，可利用工廠的有功和無(wú)功計(jì)算負(fù)荷P30與Q30，即 年有功電能消耗量 (2-47)年無(wú)功電能消耗量 (2-48)式中為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.70.75；為年平均無(wú)功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.760.8

35、2；T 為年實(shí)際工作小時(shí)數(shù)，按每周五個(gè)工作日計(jì)，一班制可取2000h，兩班制可取4000h，三班制可取6000h 。 例例2-7 假設(shè)例2-6所示工廠為兩班制生產(chǎn)，試計(jì)算其年電能消耗量。 解：解：按式（2-47）和式（2-48）計(jì)算，取 可得工廠年有功耗電量為工廠年無(wú)功耗電量為.30p aaWP T.30q aaWQ T0.7,0.8,4000 ,aThhkWhkWWap61085.140006617 .0hkhkWaqvar10998.04000var3128 .06第五節(jié)第五節(jié) 尖峰電流及其計(jì)算尖峰電流及其計(jì)算 一一. 概概 述述 尖峰電流（peak current）是指持續(xù)時(shí)間12s的短

36、時(shí)最大電流。 尖峰電流主要用來(lái)選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護(hù)裝置及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)條件等。 二二. 用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 (一) 單臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 單臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動(dòng)電流（starting current），因此尖峰電流為 (2-49)式中 IN 為用電設(shè)的備額定電流；Ist 為用電設(shè)備的啟動(dòng)電流；Kst 為用電設(shè)備的啟動(dòng)電流倍數(shù)，籠型電動(dòng)機(jī)為Kst 57，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)Kst 23，直流電動(dòng)機(jī)Kst =1.7，電焊變壓器Kst 3。 (二) 多臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 引至多臺(tái)用電設(shè)備的線路上的尖峰電流按下式計(jì)算： (2-50)或 (2-

37、51)式中 和 (Ist-IN )max 分別為用電設(shè)備中啟動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)電流及其啟動(dòng)電流與額定電流之差； 為將啟動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備除外的其他n-1臺(tái)設(shè)備的額定電流之和；K為上述n-1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，按臺(tái)數(shù)多少選取，一般取0.71；I30 為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。pkststNIIK I1.max1npkN istiIKII30max()pkstNIIIImaxstI11niiNI 例例2-8 有一380V三相線路，供電給表2-4所示4臺(tái)電動(dòng)機(jī)。試計(jì)算該線路的尖峰電流。表表2-4 例例2-8 的負(fù)荷資料的負(fù)荷資料M4M3M2M1193

38、.21973540.6啟動(dòng)電流 Ist /A27.635.855.8額定電流 IN /A電動(dòng)機(jī)參數(shù) 解解:由表2-4可知，電動(dòng)機(jī)M4的IstIN 193.2A27.6A165.6A 為最大，因此按式(2-50)計(jì)算(取K=0.9)得線路的尖峰電流0.9 (5.8 5 35.8)193.2235pkIAAA 第二章第二章 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題 2-1 電力負(fù)荷按重要程度分哪幾級(jí)？各級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源有什么要求？ 2-2 工廠用電設(shè)備按其工作制分哪幾類?什么叫負(fù)荷持續(xù)率?它表征哪類設(shè)備的工作特性? 2-3 什么叫最大負(fù)荷利用小時(shí)?什么叫年最大負(fù)荷和年平均負(fù)荷?什么叫負(fù)荷系數(shù)? 2-4 什么叫計(jì)算負(fù)荷?為什么計(jì)算負(fù)荷通常采用半小時(shí)最大負(fù)荷?正確確定計(jì)算負(fù)荷有何意義? 2-5 確定計(jì)算負(fù)荷的需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法各有什么特點(diǎn)?各適用于哪些場(chǎng)合? 2-6 在確定多組用電設(shè)備總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流時(shí),可否將各組的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流分別相加來(lái)求得?為什么?應(yīng)如何正確計(jì)算? 2-7 在接有單相用電設(shè)備的三相線路中，什么情況下可將單相設(shè)備與三相設(shè)備綜合