工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷及其計(jì)算

1、第2章、工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷及其計(jì)算,1、主要內(nèi)容： 2.1、工業(yè)電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線 *2.2、三相用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷確定 *2.3、單相用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷確定 2.4、工業(yè)企業(yè)的負(fù)荷計(jì)算及系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗 2.5、尖峰電流的計(jì)算 2、學(xué)習(xí)目的：為了使供電工作達(dá)到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的要求，必須需要了解電力負(fù)荷的性質(zhì)及其計(jì)算。,2.1、工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線,2.1.1工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷的分級(jí) 1、電力負(fù)荷： 用電設(shè)備所消耗的功率或者線路中流過(guò)的電流或者功率； (反映數(shù)值 KA/KVA) 耗用電能的用電設(shè)備和用戶。(反映性質(zhì)) 2、按照電力負(fù)荷對(duì)其供電可靠性及中斷供電在政治上、經(jīng)濟(jì)

2、上所造成的損失或者影響的程度，將工業(yè)企業(yè)的電力負(fù)荷分成三級(jí)： 一級(jí)負(fù)荷 二級(jí)負(fù)荷 三級(jí)負(fù)荷,1)、一級(jí)負(fù)荷：重要負(fù)荷，無(wú)論正常運(yùn)行還是發(fā)生事故時(shí)，都 應(yīng)保持連續(xù)供電。 解決方案：兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。 特殊重要的又稱為保安負(fù) 荷（應(yīng)急電源）。 2)、二級(jí)負(fù)荷：重要負(fù)荷，占很大的比例。它能做到不致中斷 供電，或者中斷后能迅速恢復(fù)供電。 解決方案：兩回線路供電，供電變壓器也應(yīng)由兩臺(tái)。 舉例： 3)、三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一級(jí)和二級(jí)的負(fù)荷的電能用戶。允 許長(zhǎng)時(shí)間停電，一般有單回線路供電。 在工業(yè)企業(yè)中，一級(jí)二級(jí)負(fù)荷占的比重較大(60%-80%)，即使短時(shí)停 電造成的損失一般都很可觀。掌握了工業(yè)企業(yè)的負(fù)荷

3、分級(jí)以及其對(duì)供電的要 求后，在設(shè)計(jì)新建企業(yè)的供電系統(tǒng)時(shí)，可以按照實(shí)際情況進(jìn)行方案的擬定和 分析比較，是確定供電方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上最合理。,2.1.2工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備的工作制 在工業(yè)企業(yè)中，電能廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、電解、電熱、電焊等，其運(yùn)行工作制不同。為了取得較準(zhǔn)確的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)，以便正確的選擇供電系統(tǒng)的線路以及供電元件，必須將用電設(shè)備按工作制進(jìn)行分類。 按照發(fā)熱情況分成3類： 1、連續(xù)工作制； 2、短時(shí)工作制； 3、反復(fù)短時(shí)工作制。,1、連續(xù)工作制：在規(guī)定的環(huán)境溫度下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的電器設(shè)備，特點(diǎn)是負(fù)荷比較穩(wěn)定。連續(xù)工作發(fā)熱使其溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度，任何部分產(chǎn)生的溫度和溫升均應(yīng)不超過(guò)最高允許值。 例子

4、：通風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮空氣機(jī)，電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，電爐，運(yùn)輸 設(shè)備，照明設(shè)備等。,2、短時(shí)工作制：工作時(shí)間較短，而停歇時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的用電設(shè)備。特點(diǎn)是工作溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)溫度可降到環(huán)境溫度。 例子：機(jī)床上的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，水閘電動(dòng)機(jī)，脈沖閥門等,3、反復(fù)短時(shí)工作制：時(shí)而工作，時(shí)而停歇，反復(fù)運(yùn)行的設(shè)備，工作周期一般不超過(guò)10min。特點(diǎn)是工作時(shí)其溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)其溫度也降不到環(huán)境溫度。 負(fù)荷持續(xù)率/暫態(tài)率： T為工作周期，t為一個(gè)工作周期內(nèi)的工作時(shí)間，t0為一個(gè)工作周期內(nèi)的非工作時(shí)間。 國(guó)標(biāo)規(guī)定電氣設(shè)備的額定周期為10min。 例子： 提升機(jī)，高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)，各類型的吊車，電焊機(jī)，起重機(jī)。（一般屬

5、于系統(tǒng)的不良用戶）。,2.1.3工業(yè)企業(yè)的負(fù)荷曲線與計(jì)算負(fù)荷 1、負(fù)荷曲線 指某一段時(shí)間內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律，反映了用戶的用電特點(diǎn)和功率大小。 負(fù)荷曲線的名稱和特征由三組詞來(lái)限定： A、功率性質(zhì)：有功與無(wú)功； B、時(shí)間段：年、月、日、工作班； C、計(jì)量地/設(shè)備名：發(fā)電廠，變電所，電力線路、工業(yè)企業(yè)、車間、某類設(shè)備。 負(fù)荷曲線的功能：直觀地了解符合變動(dòng)的情況。,尖峰負(fù)荷， 最大負(fù)荷 負(fù)荷低谷，最小負(fù)荷 半小時(shí)最大負(fù)荷P30 Q30， S30 Pav，Qav，Iav,年負(fù)荷曲線1,年負(fù)荷曲線2,2、與負(fù)荷曲線相關(guān)的物理量 (1)、年最大負(fù)荷（P30 Pmax）： 全年中負(fù)荷最大的工作日內(nèi)消耗電

6、能最大的半小時(shí)的平均功率。 (2)、年最大負(fù)荷利用小時(shí): Tmax= Wa/Pmax =Wa/P30 Wa為全年消耗的電能，反映了負(fù)荷的穩(wěn)定性，與工廠的生產(chǎn)班制明顯相關(guān)。越大越平穩(wěn),(3)、平均負(fù)荷：電力負(fù)荷在一定時(shí)間t內(nèi)消耗功率的平均值 Pav=Wt/t 年平均負(fù)荷：Pav=Wa/8760,(4)、負(fù)荷系數(shù): 平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，又稱負(fù)荷率，表明負(fù)荷曲線不平坦的程度，也就是負(fù)荷變動(dòng)的情況。 KL=Pav/Pmax 反映負(fù)荷變動(dòng)的程度。 設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)： 設(shè)備的輸出功率Pout和設(shè)備額定容量PN的比值。 KL=Pout/PN,3、計(jì)算負(fù)荷 概念：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

7、擇供電 系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值； 熱慣性與發(fā)熱的 3 原則； 計(jì)算負(fù)荷的表示：P30，Q30 ，S30，I30 計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)，關(guān)系到電器設(shè)備的選型 和導(dǎo)線的選擇。 目標(biāo)：選擇合適的元件，滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的要求。 確定計(jì)算負(fù)荷的方法：需要系數(shù)法，二項(xiàng)式法。,2.2、三相用電設(shè)備組的設(shè)備容量,2.2.1、設(shè)備容量 區(qū)別 “額定功率” 在確定用電設(shè)備組的額定容量時(shí)，不能將各設(shè)備上的額定容 量簡(jiǎn)單相加，而必須換算成同一工作制下的額定功率，然后 才能相加。在統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”成為設(shè)備容 量，用Pe表示。 換算的依據(jù)是等價(jià)的發(fā)熱條件；即將某一工作制下的發(fā)熱轉(zhuǎn) 換到另一

8、工作制下的發(fā)熱時(shí)對(duì)應(yīng)的功率消耗。,2.2.2設(shè)備容量的確定(單個(gè)三相設(shè)備) (根據(jù)工作制的不同分別確定) 1、連續(xù)工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量:,p0為比功率，即建筑物單位面積照明光源的安裝功率； A為建筑物的面積；,2、反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量 反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量是將某負(fù)荷持續(xù)率的銘牌額定 功率換算成到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率，這種換算是按同一 周期內(nèi)相同發(fā)熱條件進(jìn)行的。,按照發(fā)熱條件的等價(jià)進(jìn)行推導(dǎo)：,1)電焊機(jī)和電焊裝置： = 100 =100%,例： 已知電焊機(jī)變壓器： SN=42kVA， N=60% ， ， 求： 該變壓器的Pe,解：,2)起重機(jī)(吊車電動(dòng)機(jī))： = 25 = 2

9、5%,例： 已知某10t的橋式吊車一臺(tái)，： PN=39.6kW， N=40% ， 求： 該吊車的Pe,解：,2.3、電力負(fù)荷的實(shí)用計(jì)算方法,2.3.1 需要系數(shù)法 概念：在進(jìn)行電力負(fù)荷計(jì)算時(shí)，一般將車間內(nèi)多臺(tái)用電設(shè) 備按其工作特點(diǎn)分組，即把負(fù)荷曲線圖形特征相近的歸成一個(gè) 設(shè)備組，對(duì)每組設(shè)備選用合適的需要系數(shù)，計(jì)算出每組用電設(shè) 備的計(jì)算負(fù)荷，然后由各組計(jì)算負(fù)荷求出總的計(jì)算負(fù)荷。,1、用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷,需求系數(shù)：,按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的基本公式,2、單臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,Kd一般是按照車間范圍內(nèi)設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的情況來(lái)確定的。 但是對(duì)于計(jì)算干線或者支線上用電設(shè)備只有12臺(tái)設(shè)備

10、時(shí)，那么：,例：,有一臺(tái)橋式吊車，在負(fù)荷持續(xù)率為40%的條件下，其 額定功率為39.6kW，其額定負(fù)載下的效率為0.8，功率因 子為0.5，試求該電動(dòng)力機(jī)供電線路的支線的計(jì)算負(fù)荷,解：,Pe=P30=Q30=S30=I30=？,多組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不一定同時(shí)出現(xiàn)，所以結(jié)合實(shí)際情況對(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)（綜合系數(shù)）Kp 和Kq 對(duì)于車間干線： Kp =0.85-0.95； Kq =0.9-0.97。 對(duì)于低壓母線： 1)、各組計(jì)算負(fù)荷直接加： Kp =0.8-0.9；Kq =0.85-0.95。 2)、有車間干線計(jì)算負(fù)荷直接加：Kp =0.9-0.95；Kq =0.93-0

11、.97。,3、多組用電設(shè)備計(jì)算,則：,注意：視在計(jì)算負(fù)荷和電流的計(jì)算不能用各組的視在負(fù)荷或計(jì)算電流直接相加而得。,2.3.2二項(xiàng)式系數(shù)法,略（P38）,不平衡判定界限：?jiǎn)蜗嘣O(shè)備的總?cè)萘渴欠癯^(guò)三相設(shè)備總?cè)萘康?5%。 計(jì)算： 計(jì)算目標(biāo)：等效三相設(shè)備負(fù)荷。 在三相負(fù)荷不對(duì)稱，就應(yīng)以最大負(fù)荷相有功的3倍作為等效三相有功負(fù) 荷進(jìn)行計(jì)算。 A、單相設(shè)備接相電壓：Pe=3MaxPe，mph, x, x=A,B,C。 / Pe=3Pe，mph B、單相設(shè)備接線電壓：Pe= MaxPe，ph, x , x=A,B,C。/ Pe= Pe，ph,2.3.3、不對(duì)稱單相負(fù)荷的設(shè)備容量,C、單相設(shè)備分別接線電壓和相

12、電壓： 所有設(shè)備統(tǒng)一換算成相電壓下的設(shè)備容量分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷取最大相的3倍,P42 表2-3 相間負(fù)荷換算為相負(fù)荷的功率換算系數(shù),P42 例 2-5,2.4、供電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗,A、功率損耗示意圖:,2.4.1供電系統(tǒng)的功率損耗,B、功率損耗計(jì)算:,B1.1、線路有功功率損耗：線路電阻所產(chǎn)生的損耗。,B1.2、線路無(wú)功功率損耗：線路電抗所產(chǎn)生的損耗。,提示： a、線路的電路和電抗參數(shù)可查標(biāo)準(zhǔn)表格可以得到； b、計(jì)算的單位需特別注意，常用單位：kW,kvar,kVA.,線路損耗算例：,試計(jì)算從供電系統(tǒng)的某地區(qū)變壓所到一個(gè)企業(yè)總降壓變電所的35kV的送電線路的有功功率損耗

13、和無(wú)功功率損耗。已知該線路長(zhǎng)度為12km,采用鋼芯鋁線LGJ-70，導(dǎo)線幾何距離為2.5m，輸送計(jì)算負(fù)荷S30=4917kVA。 解：查表的：LGJ-70的R0=0.46/km；當(dāng)幾何距離為2.5m時(shí)，X0=0.397/km。 則該線路的有功功率損耗為：,則該線路的無(wú)功功率損耗為：,B2.1、變壓器的有功功率損耗：,B2.2、變壓器的無(wú)功功率損耗：,鐵損PFe ：變壓器鑄刺痛宰鐵心中產(chǎn)生的有功功率，通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ；與外加的電壓及頻率有關(guān)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。,銅損PCu ：編號(hào)壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中所產(chǎn)生的有功損耗，通過(guò)短路實(shí)驗(yàn)測(cè)定；與負(fù)荷電流的平方成正比。,=S30/SN變壓器的負(fù)

14、荷率。,空載無(wú)功功率損耗Q0：變壓器空載時(shí)，由產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流造成。通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。,負(fù)載無(wú)功功率損耗：變壓器空載時(shí)，由產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流造成。通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。,B2.2、變壓器的無(wú)功功率損耗：,空載無(wú)功功率損耗Q0：變壓器空載時(shí)，由產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流造成。通過(guò)空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ；只與繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。,負(fù)載無(wú)功功率損耗：負(fù)荷電流在變壓器一次、二次繞線組電抗上產(chǎn)生的無(wú)功功率。通過(guò)短路實(shí)驗(yàn)測(cè)定 ；與繞組有關(guān)。,所以，變壓器的無(wú)功功率損耗：,變壓器功率損耗的算例,已知某 車間選用變壓器的型號(hào)為SJL1-1000/10，

15、10/0.4kV。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：空載損耗為2.0kW，短路電壓百分比為4.5，空載電流百分比為1.7。已知該變壓器的計(jì)算負(fù)荷為：P30=596kW,Q30=530kvar, S30800kVA。試計(jì)算該車間變壓器的有功損耗和無(wú)功損耗。 解：變壓器的負(fù)荷率=S30/SN=800/1000=0.8； 變壓器的有功損耗為：PTP0+Pk2 =2.0+13.70.82 =10.8(kW) 變壓器的無(wú)功損耗為：QTSN(I0%/100+Uk%/1002 ) =10001.7/100+4.5/100(0.8)2 =45.8(kvar),2.4.1供電系統(tǒng)的電能損耗,線路電能損耗：,鐵損：,變壓器電能損耗：

16、,銅損：,其中：,2.5、工業(yè)企業(yè)負(fù)荷計(jì)算,一、目的： 1、向當(dāng)?shù)毓╇姴块T申請(qǐng)用電 2、企業(yè)變配電所(站)電氣設(shè)備和導(dǎo)線的選型 二、負(fù)荷計(jì)算的方法： 1、逐級(jí)計(jì)算法 2、需要系數(shù)法 3、估算法,2.5.1按逐級(jí)計(jì)算法確定企業(yè)計(jì)算負(fù)荷,1、定義：根據(jù)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備端開(kāi)始，朝電源方向逐級(jí)計(jì)算，最后求出車間/企業(yè)總的計(jì)算負(fù)荷。,2、車間總計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算步驟： 計(jì)算每臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷P30(7); 2) 按工作制相似的用電設(shè)備分組，求出計(jì)算負(fù)荷P30(6); 3) 低壓母線上所有低壓配電線路計(jì)算負(fù)荷之和，再乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)，求出計(jì)算負(fù)荷P30(5); 4) 車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷P

17、30(5)，加上低壓配電線路上的功率損耗，求出車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷P30(4)； 5) 匯總車間降壓變電所各出線的計(jì)算負(fù)荷，乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)，得到變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷P30(3)； 車間降壓變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷，加上車間降壓變電所變壓器耗損，加上高壓配電線路上的功率損耗，求得車間總計(jì)算負(fù)荷P30(2) 。,P30(7),或者： 計(jì)算每臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷P30(1); 2) 按工作制相似的用電設(shè)備分組，求出計(jì)算負(fù)荷P30(2); 3) 低壓母線上所有低壓配電線路計(jì)算負(fù)荷之和，再乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)，求出計(jì)算負(fù)荷P30(3); 4) 車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷P30(3)，加上車間變壓

18、器的功率損耗，求出車間變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷P30(4)； 5) P30(4)加上高壓供電線路損耗，求出總降壓變壓所各出線的計(jì)算負(fù)荷P30(5)； 6) 匯總總降壓變電所各出線的計(jì)算負(fù)荷，乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)，得到變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷P30(6)； 7) 總降壓變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷，加上總降壓變電所變壓器耗損，求得企業(yè)總計(jì)算負(fù)荷P30(7) 。,2.5.2按需要系數(shù)法確定企業(yè)計(jì)算負(fù)荷,首先將企業(yè)用電設(shè)備容量Pe乘以一個(gè)需要系數(shù)Kd， 就得到了用功計(jì)算負(fù)荷P30。 然后根據(jù)企業(yè)的功率因數(shù)，分別求出無(wú)功計(jì)算負(fù)荷 Q30、視在計(jì)算負(fù)荷S30，計(jì)算電流I30,2.5.3按估算法確定企業(yè)計(jì)算負(fù)荷 Wa為企業(yè)全年電能需求量。 、單位產(chǎn)品耗電量法： Wa=Aa A為年產(chǎn)量；a為單位產(chǎn)品耗電量。 、單位產(chǎn)值耗電量法： Wa=Bb B為企業(yè)年產(chǎn)值，b為單位產(chǎn)值耗電量。,2.6、尖峰電流的計(jì)算,2.6.1尖峰電流 用電設(shè)備持續(xù)1-2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。Ipk （電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電焊機(jī)的啟動(dòng)的瞬間）,A、單臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流： Ipk=KstIN IN：用電設(shè)備的額定電流 Kst：用電設(shè)備的啟動(dòng)電流倍數(shù)，一般籠型電動(dòng)機(jī)