礦山供電技術(shù)ch2.1-負(fù)荷曲線及三相負(fù)荷計(jì)算

第二章負(fù)荷計(jì)算2第2章負(fù)荷計(jì)算

本章重點(diǎn)介紹

負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算方法

礦山負(fù)荷的確定與變電站變壓器的選擇

學(xué)習(xí)目的

學(xué)會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)負(fù)荷的分類與計(jì)算，掌握供電系統(tǒng)能耗的基本知識(shí)，初步掌握礦山負(fù)荷的計(jì)算方法并選擇經(jīng)濟(jì)合理的變壓器。

3第2章負(fù)荷計(jì)算本章主要內(nèi)容：

?負(fù)荷的意義

?負(fù)荷曲線的作用

?計(jì)算負(fù)荷及其計(jì)算方法

?供電系統(tǒng)功率損耗與電能損耗的計(jì)算

?企業(yè)負(fù)荷的確定?變電站變壓器的選擇

4第2章負(fù)荷計(jì)算

?負(fù)荷的概念

電力系統(tǒng)中，用電設(shè)備所需的電功率稱電力負(fù)荷，簡(jiǎn)稱負(fù)荷。不是指它們的阻抗。

?負(fù)荷計(jì)算的目的

為了合理的選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線、開關(guān)電器、變壓器等設(shè)備，使電氣設(shè)備和材料既能得到充分利用又能滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，也是選擇儀表量程、整定繼電保護(hù)的重要依據(jù)。

52.1負(fù)荷曲線的意義與繪制2.1.1負(fù)荷曲線的作用

什么是負(fù)荷曲線？

表示電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線稱為負(fù)荷曲線。

它是每隔一定的時(shí)間將電氣設(shè)備功率表的讀數(shù)記錄下來(lái)，再逐點(diǎn)描繪而成?？v坐標(biāo)為有功負(fù)荷P（或無(wú)功負(fù)荷Q），橫坐標(biāo)為時(shí)間t。負(fù)荷曲線72.1負(fù)荷曲線的意義與繪制縱坐標(biāo)為有功負(fù)荷P，稱為有功負(fù)荷曲線。縱坐標(biāo)為無(wú)功負(fù)荷Q，稱為無(wú)功負(fù)荷曲線。

橫坐標(biāo)時(shí)間為一日，稱為日負(fù)荷曲線。橫坐標(biāo)時(shí)間為一月，稱為月負(fù)荷曲線。橫坐標(biāo)時(shí)間為一年，稱為年負(fù)荷曲線。負(fù)荷曲線所包絡(luò)的面積，就是工廠在生產(chǎn)期間所耗用的電能。82.1負(fù)荷曲線的意義與繪制——負(fù)荷曲線的作用

負(fù)荷曲線的作用是什么？

一是可以利用負(fù)荷曲線來(lái)計(jì)算設(shè)備或電網(wǎng)的總消費(fèi)電量；二是可以根據(jù)負(fù)荷的峰谷情況及供電部門的要求合理安排設(shè)備的工作時(shí)間，獲得最佳用電效率。

92.1.2負(fù)荷曲線的種類與繪制方法(一）日負(fù)荷曲線

1、負(fù)荷曲線的繪制

日負(fù)荷曲線表示一日24小時(shí)內(nèi)負(fù)荷變化的情形，它是根據(jù)一臺(tái)或一組電氣設(shè)備的有功功率表的讀數(shù)每隔30min抄錄一次而作出的。

（為什么要半小時(shí)記錄一次？）對(duì)于導(dǎo)體截面為16mm2以上的銅、鋁導(dǎo)體的熱時(shí)間常數(shù)T約在10min以上，而導(dǎo)體通過(guò)負(fù)荷電流時(shí)達(dá)到穩(wěn)定溫升所需時(shí)間約為3T，即30min左右。因此短暫的尖峰負(fù)荷來(lái)不及使導(dǎo)體升到相應(yīng)的溫度，只有持續(xù)30min以上的最大負(fù)荷電流，才能構(gòu)成導(dǎo)體的最高溫升。2.1.2負(fù)荷曲線的種類與繪制方法PavPmaxPmin112.1.2負(fù)荷曲線的種類與繪制方法——日負(fù)荷曲線

2、當(dāng)一個(gè)企業(yè)的日負(fù)荷曲線確定后，則日負(fù)荷曲線與時(shí)間軸所圍成的面積就是該企業(yè)的日消費(fèi)電能量。即：

3、通過(guò)日負(fù)荷曲線我們可以得出最大負(fù)荷Pmax、最小負(fù)荷Pmin和平均負(fù)荷Pav。122.1.2負(fù)荷曲線的種類與繪制方法

4、有關(guān)的兩個(gè)系數(shù)（1）負(fù)荷率概念：平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值表征負(fù)荷變化規(guī)律的一個(gè)參數(shù)，其值愈大，負(fù)荷曲線愈平坦，負(fù)荷波動(dòng)愈小。（2）最小負(fù)荷系數(shù)

概念：最小負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值其值愈大，負(fù)荷曲線愈平坦，負(fù)荷波動(dòng)愈小。2.1.2負(fù)荷曲線的種類與繪制方法135、對(duì)于不同性質(zhì)的用戶，負(fù)荷曲線是不同的。(a)鋼鐵工業(yè)負(fù)荷；(b)食品工業(yè)負(fù)荷；(c)農(nóng)村負(fù)荷；(d)市政生活負(fù)荷

一般說(shuō)來(lái)，負(fù)荷曲線的變化規(guī)律取決于負(fù)荷的性質(zhì)、企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展情況及作息制度、用電地區(qū)的地理位置、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和人民生活習(xí)慣等。14（二）年負(fù)荷曲線

1、年負(fù)荷曲線的繪制

年負(fù)荷曲線，表示一年中負(fù)荷變化的情況。它不是讀功率表繪制，而是近似地根據(jù)一年中具有代表性的夏季日負(fù)荷曲線和冬季日負(fù)荷曲線進(jìn)行繪制。

（1）概念：

是一個(gè)假想時(shí)間，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷持續(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。（2）全年消耗的電能W2、年最大負(fù)荷利用小時(shí)年負(fù)荷曲線與時(shí)間軸所圍成的面積就是該企業(yè)的年消費(fèi)電能量年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映企業(yè)電力負(fù)荷是否均勻的一個(gè)重要指標(biāo)。這一概念將在計(jì)算電能損耗和電氣設(shè)備選擇中用到。與企業(yè)的生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系。例如：一班制的企業(yè)，約為1800～2500h；兩班制的企業(yè)，約為3500～4500h；三班制的企業(yè)，約為5000～7000h。2、年最大負(fù)荷利用小時(shí)三、負(fù)荷曲線的作用同類型的企業(yè)（或車間、或用電設(shè)備）的負(fù)荷曲線，形狀大致相似，其負(fù)荷系數(shù)也近似。因此，我們可以通過(guò)查找已有的負(fù)荷曲線和負(fù)荷系數(shù)來(lái)近似地計(jì)算一個(gè)新企業(yè)（新車間或新設(shè)備）的計(jì)算負(fù)荷。

在實(shí)際工程中一般不直接做負(fù)荷曲線，而是利用典型的負(fù)荷曲線特征參數(shù)進(jìn)行理論推算，得出一些參數(shù)，如需要系數(shù)Kd、利用系數(shù)Kx等，來(lái)做負(fù)荷計(jì)算。求有關(guān)系數(shù)用的負(fù)荷曲線，一般是用電設(shè)備組最大負(fù)荷工作班的負(fù)荷曲線。

192.2負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算方法

什么是計(jì)算負(fù)荷？通常把一年內(nèi)最高日負(fù)荷曲線中30min平均負(fù)荷的最大值，稱為平均最大負(fù)荷（簡(jiǎn)稱最大負(fù)荷，記作Pmax），并作為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線、電纜和電氣設(shè)備的依據(jù)，它就是所要求的計(jì)算負(fù)荷Pca。“計(jì)算負(fù)荷”是按發(fā)熱條件選擇設(shè)備的一個(gè)假定負(fù)荷。

“計(jì)算負(fù)荷”產(chǎn)生的熱效應(yīng)和實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。所以根據(jù)“計(jì)算負(fù)荷”選擇的導(dǎo)體及電器，能滿足實(shí)際運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體和電器的最高溫升。202.2負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算方法

用電設(shè)備的“工作制”怎樣劃分？

每臺(tái)用電設(shè)備的銘牌上都有一個(gè)額定功率，用表示。但在負(fù)荷計(jì)算時(shí)不能將其直接相加。因?yàn)橛捎诟饔秒娫O(shè)備的額定工作條件不同，如有的是長(zhǎng)期工作制，有的是反復(fù)短時(shí)工作制。

因而必須首先換算成同一工作制下的額定功率，經(jīng)過(guò)換算至統(tǒng)一規(guī)定工作制下的額定功率稱為設(shè)備容量，用表示。

21用電設(shè)備按其工作方式可分為3種工作制：

用電設(shè)備的工作制可分為：（1）連續(xù)運(yùn)行工作制：是指工作時(shí)間較長(zhǎng)，連續(xù)運(yùn)行的用電設(shè)備。如通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、各種泵類、各種電爐、機(jī)床、電解電鍍?cè)O(shè)備、照明等。（2）短時(shí)運(yùn)行工作制：是指工作時(shí)間很短，停歇時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的用電設(shè)備的工作制。如金屬切削機(jī)床用的輔助機(jī)械（橫梁升降、刀架快速移動(dòng)裝置等）、水閘用電機(jī)等。22用電設(shè)備按其工作方式可分為3種工作制：

（3）斷續(xù)周期工作制：

是指有規(guī)律性的時(shí)而工作、時(shí)而停歇，反復(fù)運(yùn)行的用電設(shè)備的工作制。如吊車用電動(dòng)機(jī)、電焊用變壓器等。為表征其斷續(xù)周期的特點(diǎn)，用整個(gè)工作周期里的工作時(shí)間與全周期時(shí)間之比，即用暫載率（JC％）表示：231）單臺(tái)連續(xù)工作制的設(shè)備：

其額定容量作為計(jì)算負(fù)荷Pca2)單臺(tái)短時(shí)運(yùn)行工作制的設(shè)備：求計(jì)算負(fù)荷時(shí)不記入此類設(shè)備2.2.1.

單臺(tái)用電設(shè)備

單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷Pca＝單臺(tái)設(shè)備的設(shè)備容量PNPN′－－銘牌額定功率243）單臺(tái)斷續(xù)周期工作制設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷：

?起重機(jī)的設(shè)備容量：

定義：統(tǒng)一換算到暫載率為25%時(shí)的額定功率。

當(dāng)起重機(jī)的實(shí)際暫載率不等于25％時(shí)，應(yīng)進(jìn)行換算，

其換算公式為：

起重機(jī)的計(jì)算負(fù)荷：設(shè)備暫載率25電焊機(jī)的計(jì)算負(fù)荷：?電焊機(jī)的設(shè)備容量：

指統(tǒng)一換算到暫載率100％時(shí)的額定功率。當(dāng)起重機(jī)的實(shí)際暫載率不等于100％時(shí)，應(yīng)進(jìn)行換算，其換算公式為：

3）單臺(tái)斷續(xù)周期工作制設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷：26什么是用電設(shè)備組？

將工藝性質(zhì)相同的、并有相近系數(shù)的用電設(shè)備合并成組，叫”用電設(shè)備組”。

這種用電設(shè)備組的劃分方法，是經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用證明的，只要是同一類型的用電設(shè)備，即使在不同類型的工廠企業(yè)采用(如機(jī)械，冶金，化工、制藥…等)，測(cè)得數(shù)據(jù)是近似的。所以，這種分類方法在國(guó)際上是通用的。2.2.2.

對(duì)多臺(tái)用電設(shè)備272.2.2.

對(duì)多臺(tái)用電設(shè)備

多臺(tái)設(shè)備用需要系數(shù)法或二項(xiàng)式法求計(jì)算負(fù)荷

對(duì)同一類型的用電設(shè)備組，其負(fù)荷曲線具有大致相似的形狀，對(duì)同一類企業(yè)或同一類車間也是一樣。在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，可以借用已投產(chǎn)的類似用戶的負(fù)荷曲線，取得近似的計(jì)算負(fù)荷值。

統(tǒng)計(jì)負(fù)荷的方法有多種，我們介紹以下的需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法二種。282.2.2.對(duì)多臺(tái)用電設(shè)備1）需要系數(shù)法

需要系數(shù)是根據(jù)類似用戶的負(fù)荷曲線引出的。

其表示方法為：計(jì)算負(fù)荷設(shè)備容量各用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)由表2-1～表2-4查的。30需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷的步驟：①將用電設(shè)備分組，求各組用電設(shè)備的總額定容量。②查出各組用電設(shè)備的需要系數(shù)及對(duì)應(yīng)的功率因數(shù).求各組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷：③將母線上的負(fù)荷乘以同期系數(shù)Ksi。31用需要系數(shù)求計(jì)算負(fù)荷為什么要乘同期系數(shù)K∑？

因?yàn)橛谩靶枰禂?shù)”求得的計(jì)算負(fù)荷是各類負(fù)荷的最大值（Pm）的總和，又因?yàn)樵谡９ぷ髦凶畲筘?fù)荷不可能同期出現(xiàn)，所以還要乘以一個(gè)同期系數(shù)Ksi。

Ksi的取值一般為0.8~0.9532對(duì)需用系數(shù)法的評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：①公式簡(jiǎn)單，計(jì)算方便。②對(duì)于不同性質(zhì)的用電設(shè)備、不同車間或企業(yè)的需用系數(shù)值，經(jīng)過(guò)幾十年的統(tǒng)計(jì)和積累，數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，為供電設(shè)計(jì)提供了很好的條件。缺點(diǎn)：

沒有考慮大容量電動(dòng)機(jī)對(duì)整個(gè)計(jì)算負(fù)荷的影響，尤其是當(dāng)總用電設(shè)備較少時(shí)，影響更大。這種情況下，采用二項(xiàng)系數(shù)法更準(zhǔn)確些。

對(duì)絕大多數(shù)企業(yè)，需用系數(shù)法，目前仍稱得上一種準(zhǔn)確而又簡(jiǎn)便的方法，因而在我國(guó)設(shè)計(jì)部門廣泛采用。33(2）二項(xiàng)式法

二項(xiàng)式法是考慮用電設(shè)備的的數(shù)量和大容量用電設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷影響的經(jīng)驗(yàn)公式。①對(duì)同一工作制的單組用電設(shè)備

－－用電設(shè)備組的總額定容量Px－－X臺(tái)最大容量用電設(shè)備的總?cè)萘縝、c－－二項(xiàng)系數(shù)34(2）二項(xiàng)式法②對(duì)不同工作制的多組用電設(shè)備

x--容量最大用電設(shè)備臺(tái)數(shù)，是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)而得出的。35(2）二項(xiàng)式法

由二項(xiàng)式法求得的計(jì)算負(fù)荷是總平均負(fù)荷和最大一組附加負(fù)荷之和。

二項(xiàng)式系數(shù)過(guò)分突出最大用電設(shè)備容量的影響，其計(jì)算負(fù)荷往往較實(shí)際偏大。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)較少而容量差別懸殊的分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，教需要系數(shù)法合理，且計(jì)算也簡(jiǎn)單。

2.3企業(yè)負(fù)荷的確定與變電站變壓器的選擇一、供電系統(tǒng)功率損耗與電能損耗的計(jì)算1、計(jì)算功率損耗與電能損耗的目的和意義（1）目的：當(dāng)電能沿供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線輸送時(shí)，在其中產(chǎn)生有功功率和無(wú)功功率損耗。在確定全廠的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)將這部分功率損耗計(jì)入。

（2）意義：用計(jì)算負(fù)荷求出的功率損耗，顯然不是實(shí)際的功率損耗，計(jì)算它的意義在于，在同等條件下對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，以確定方案的可行性。

RJXI37

2、線路的功率損耗

三相供電線路的最大有功功率損耗和三相無(wú)功功率損耗，若用計(jì)算負(fù)荷電流表示，則：IRX38

2、線路的功率損耗

三相供電線路的最大有功功率損耗和三相無(wú)功功率損耗，若用計(jì)算負(fù)荷功率表示，則：

工礦企業(yè)供電系統(tǒng)的線路一般不長(zhǎng)，且多采用電纜供電，阻抗較小，所以在進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，線路上的功率損耗往往忽略不計(jì)。

393.電力變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗分為鐵損和銅損兩部分。1）鐵損

當(dāng)變壓器的外加電壓不變時(shí)，鐵損為一常數(shù)，與變壓器的負(fù)荷無(wú)關(guān)，通常用變壓器的空載實(shí)驗(yàn)確定。變壓器空載時(shí)有功損耗和無(wú)功損耗分別用和表示。2）銅