工业企业电力负荷及其计算

第2章 工业企业电力负荷及其计算 1 主要内容 2 1 工业电力负荷和负荷曲线 2 2 三相用电设备组的计算负荷确定 2 3 单相用电设备组的计算负荷确定2 4 工业企业的负荷计算及系统的功率损耗和电能损耗2 5 尖峰电流的计算2 学习目的 为了使供电工作达到安全 可靠 经济 合理的要求 必须需要了解电力负荷的性质及其计算 2 1 工业企业电力负荷和负荷曲线 2 1 1工业企业电力负荷的分级1 电力负荷 用电设备所消耗的功率或者线路中流过的电流或者功率 反映数值KA KVA 耗用电能的用电设备和用户 反映性质 2 按照电力负荷对其供电可靠性及中断供电在政治上 经济上所造成的损失或者影响的程度 将工业企业的电力负荷分成三级 一级负荷二级负荷三级负荷 1 一级负荷 重要负荷 无论正常运行还是发生事故时 都应保持连续供电 解决方案 两个独立的电源供电 特殊重要的又称为保安负荷 应急电源 2 二级负荷 重要负荷 占很大的比例 它能做到不致中断供电 或者中断后能迅速恢复供电 解决方案 两回线路供电 供电变压器也应由两台 举例 3 三级负荷 所有不属于一级和二级的负荷的电能用户 允许长时间停电 一般有单回线路供电 在工业企业中 一级二级负荷占的比重较大 60 80 即使短时停电造成的损失一般都很可观 掌握了工业企业的负荷分级以及其对供电的要求后 在设计新建企业的供电系统时 可以按照实际情况进行方案的拟定和分析比较 是确定供电方案在技术经济上最合理 2 1 2工业企业用电设备的工作制在工业企业中 电能广泛应用于各种机械 电解 电热 电焊等 其运行工作制不同 为了取得较准确的电力负荷数据 以便正确的选择供电系统的线路以及供电元件 必须将用电设备按工作制进行分类 按照发热情况分成3类 1 连续工作制 2 短时工作制 3 反复短时工作制 1 连续工作制 在规定的环境温度下长期连续运行的电器设备 特点是负荷比较稳定 连续工作发热使其温度达到稳定温度 任何部分产生的温度和温升均应不超过最高允许值 例子 通风机 水泵 压缩空气机 电动发动机 电炉 运输设备 照明设备等 2 短时工作制 工作时间较短 而停歇时间相当长的用电设备 特点是工作温度达不到稳定温度 停歇时温度可降到环境温度 例子 机床上的进给电动机 水闸电动机 脉冲阀门等 3 反复短时工作制 时而工作 时而停歇 反复运行的设备 工作周期一般不超过10min 特点是工作时其温度达不到稳定温度 停歇时其温度也降不到环境温度 负荷持续率 暂态率 T为工作周期 t为一个工作周期内的工作时间 t0为一个工作周期内的非工作时间 国标规定电气设备的额定周期为10min 例子 提升机 高炉卷扬机 各类型的吊车 电焊机 起重机 一般属于系统的不良用户 2 1 3工业企业的负荷曲线与计算负荷1 负荷曲线指某一段时间内负荷随时间而变化的规律 反映了用户的用电特点和功率大小 负荷曲线的名称和特征由三组词来限定 A 功率性质 有功与无功 B 时间段 年 月 日 工作班 C 计量地 设备名 发电厂 变电所 电力线路 工业企业 车间 某类设备 负荷曲线的功能 直观地了解符合变动的情况 尖峰负荷 最大负荷负荷低谷 最小负荷半小时最大负荷P30Q30 S30Pav Qav Iav 年负荷曲线1 年负荷曲线2 2 与负荷曲线相关的物理量 1 年最大负荷 P30Pmax 全年中负荷最大的工作日内消耗电能最大的半小时的平均功率 2 年最大负荷利用小时 Tmax Wa Pmax Wa P30Wa为全年消耗的电能 反映了负荷的稳定性 与工厂的生产班制明显相关 越大越平稳 3 平均负荷 电力负荷在一定时间t内消耗功率的平均值Pav Wt t年平均负荷 Pav Wa 8760 4 负荷系数 平均负荷与最大负荷的比值 又称负荷率 表明负荷曲线不平坦的程度 也就是负荷变动的情况 KL Pav Pmax反映负荷变动的程度 设备的负荷系数 设备的输出功率Pout和设备额定容量PN的比值 KL Pout PN 3 计算负荷概念 通过负荷的统计计算求出的 用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值 热惯性与发热的3 原则 计算负荷的表示 P30 Q30 S30 I30计算负荷是供电设计计算的基本依据 关系到电器设备的选型和导线的选择 目标 选择合适的元件 满足电力系统的可靠运行的要求 确定计算负荷的方法 需要系数法 二项式法 2 2 三相用电设备组的设备容量 2 2 1 设备容量 区别 额定功率 在确定用电设备组的额定容量时 不能将各设备上的额定容量简单相加 而必须换算成同一工作制下的额定功率 然后才能相加 在统一规定的工作制下的 额定功率 成为设备容量 用Pe表示 换算的依据是等价的发热条件 即将某一工作制下的发热转换到另一工作制下的发热时对应的功率消耗 2 2 2设备容量的确定 单个三相设备 根据工作制的不同分别确定 1 连续工作制和短时工作制的设备容量 p0为比功率 即建筑物单位面积照明光源的安装功率 A为建筑物的面积 2 反复短时工作制的设备容量反复短时工作制的设备容量是将某负荷持续率的铭牌额定功率换算成到统一的负荷持续率下的功率 这种换算是按同一周期内相同发热条件进行的 按照发热条件的等价进行推导 1 电焊机和电焊装置 100 100 例 已知电焊机变压器 SN 42kVA N 60 求 该变压器的Pe 解 2 起重机 吊车电动机 25 25 例 已知某10t的桥式吊车一台 PN 39 6kW N 40 求 该吊车的Pe 解 2 3 电力负荷的实用计算方法 2 3 1需要系数法概念 在进行电力负荷计算时 一般将车间内多台用电设备按其工作特点分组 即把负荷曲线图形特征相近的归成一个设备组 对每组设备选用合适的需要系数 计算出每组用电设备的计算负荷 然后由各组计算负荷求出总的计算负荷 1 用电设备组的计算负荷 需求系数 按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式 2 单台用电设备的计算负荷 Kd一般是按照车间范围内设备台数较多的情况来确定的 但是对于计算干线或者支线上用电设备只有1 2台设备时 那么 例 有一台桥式吊车 在负荷持续率为40 的条件下 其额定功率为39 6kW 其额定负载下的效率为0 8 功率因子为0 5 试求该电动力机供电线路的支线的计算负荷 解 Pe P30 Q30 S30 I30 多组用电设备的最大负荷不一定同时出现 所以结合实际情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数 综合系数 K p和K q对于车间干线 K p 0 85 0 95 K q 0 9 0 97 对于低压母线 1 各组计算负荷直接加 K p 0 8 0 9 K q 0 85 0 95 2 有车间干线计算负荷直接加 K p 0 9 0 95 K q 0 93 0 97 3 多组用电设备计算 则 注意 视在计算负荷和电流的计算不能用各组的视在负荷或计算电流直接相加而得 2 3 2二项式系数法 略 P38 不平衡判定界限 单相设备的总容量是否超过三相设备总容量的15 计算 计算目标 等效三相设备负荷 在三相负荷不对称 就应以最大负荷相有功的3倍作为等效三相有功负荷进行计算 A 单相设备接相电压 Pe 3Max Pe mph x x A B C Pe 3Pe mphB 单相设备接线电压 Pe Max Pe ph x x A B C Pe Pe ph 2 3 3 不对称单相负荷的设备容量 C 单相设备分别接线电压和相电压 所有设备统一换算成相电压下的设备容量 分相计算各相的设备容量和计算负荷 取最大相的3倍 P42表2 3相间负荷换算为相负荷的功率换算系数 P42例2 5 2 4 供电系统的功率损耗和电能损耗 A 功率损耗示意图 2 4 1供电系统的功率损耗 B 功率损耗计算 B1 1 线路有功功率损耗 线路电阻所产生的损耗 B1 2 线路无功功率损耗 线路电抗所产生的损耗 提示 a 线路的电路和电抗参数可查标准表格可以得到 b 计算的单位需特别注意 常用单位 kW kvar kVA 线路损耗算例 试计算从供电系统的某地区变压所到一个企业总降压变电所的35kV的送电线路的有功功率损耗和无功功率损耗 已知该线路长度为12km 采用钢芯铝线LGJ 70 导线几何距离为2 5m 输送计算负荷S30 4917kVA 解 查表的 LGJ 70的R0 0 46 km 当几何距离为2 5m时 X0 0 397 km 则该线路的有功功率损耗为 则该线路的无功功率损耗为 B2 1 变压器的有功功率损耗 B2 2 变压器的无功功率损耗 铁损 PFe 变压器铸刺痛宰铁心中产生的有功功率 通过空载实验测定 与外加的电压及频率有关 与负荷无关 铜损 PCu 编号压器负荷电流在一次 二次绕组的电阻中所产生的有功损耗 通过短路实验测定 与负荷电流的平方成正比 S30 SN变压器的负荷率 空载无功功率损耗 Q0 变压器空载时 由产生主磁通的励磁电流造成 通过空载实验测定 只与绕组电压有关 与负荷无关 负载无功功率损耗 变压器空载时 由产生主磁通的励磁电流造成 通过空载实验测定 只与绕组电压有关 与负荷无关 B2 2 变压器的无功功率损耗 空载无功功率损耗 Q0 变压器空载时 由产生主磁通的励磁电流造成 通过空载实验测定 只与绕组电压有关 与负荷无关 负载无功功率损耗 负荷电流在变压器一次 二次绕线组电抗上产生的无功功率 通过短路实验测定 与绕组有关 所以 变压器的无功功率损耗 变压器功率损耗的算例 已知某车间选用变压器的型号为SJL1 1000 10 10 0 4kV 其技术数据为 空载损耗为2 0kW 短路电压百分比为4 5 空载电流百分比为1 7 已知该变压器的计算负荷为 P30 596kW Q30 530kvar S30 800kVA 试计算该车间变压器的有功损耗和无功损耗 解 变压器的负荷率 S30 SN 800 1000 0 8 变压器的有功损耗为 PT P0 Pk 2 2 0 13 7 0 82 10 8 kW 变压器的无功损耗为 QT SN I0 100 Uk 100 2 1000 1 7 100 4 5 100 0 8 2 45 8 kvar 2 4 1供电系统的电能损耗 线路电能损耗 铁损 变压器电能损耗 铜损 其中 2 5 工业企业负荷计算 一 目的 1 向当地供电部门申请用电2 企业变配电所 站 电气设备和导线的选型二 负荷计算的方法 1 逐级计算法2 需要系数法3 估算法 2 5 1按逐级计算法确定企业计算负荷 1 定义 根据企业的供电系统图 从用电设备端开始 朝电源方向逐级计算 最后求出车间 企业总的计算负荷 2 车间总计算负荷的计算步骤 计算每台用电设备的计算负荷P30 7 2 按工作制相似的用电设备分组 求出计算负荷P30 6 3 低压母线上所有低压配电线路计算负荷之和 再乘以一个同时系数 求出计算负荷P30 5 4 车间变电所低压侧计算负荷P30 5 加上低压配电线路上的功率损耗 求出车间变电所低压侧计算负荷P30 4 5 汇总车间降压变电所各出线的计算负荷 乘以一个同时系数 得到变电所低压母线上的计算负荷P30 3 车间降压变电所低压母线上的计算负荷 加上车间降压变电所变压器耗损 加上高压配电线路上的功率损耗 求得车间总计算负荷P30 2 P30 7 或者 计算每台用电设备的计算负荷P30 1 2 按工作制相似的用电设备分组 求出计算负荷P30 2 3 低压母线上所有低压配电线路计算负荷之和 再乘以一个同时系数 求出计算负荷P30 3 4 车间变电所低压侧计算负荷P30 3 加上车间变压器的功率损耗 求出车间变电所高压侧计算负荷P30 4 5 P30 4 加上高压供电线路损耗 求出总降压变压所各出线的计算负荷P30 5 6 汇总总降压变电所各出线的计算负荷 乘以一个同时系数 得到变电所低压母线上的计算负荷P30 6 7 总降压变电所低压母线上的计算负荷 加上总降压变电所变压器耗损 求得企业总计算负荷P30 7 2 5 2按需要系数法确定企业计算负荷 首先将企业用电设备容量Pe乘以一个需要系数Kd 就得到了用功计算负荷P30 然后根据企业的功率因数 分别求出无功计算负荷Q30 视在计算负荷S30 计算电流I30 2 5 3按估算法确定企业计算负荷Wa为企业全年电能需求量 单位产品耗电量法 Wa A aA为年产量 a为单位产品耗电量 单位产值耗电量法 Wa B bB为企业年产值 b为单位产值耗电量 2 6 尖峰电流的计算 2 6 1尖峰电流用电设备持续1 2秒的短时最大负荷电流 Ipk 电机启动时 电焊机的启动的瞬间 A 单台用电设备的尖峰电流 Ipk Kst ININ 用电设备的额定电流Kst 用电设备的启动电流倍数 一般笼型电动机为5 7 绕线转子电动机为2 3 直流电动机为1 5 2 电