《电力负荷计算》课件

1、第二章 电力负荷及其计算2.1 电力负荷和负荷曲线2.2 负荷统计、计算的方法2.3 企业负荷的确定与变压器的选择2.4 功率补偿技术精选ppt第1页，共110页。2.1 电力负荷和负荷曲线2.1.1 负荷的基本概念2.1.2 用电设备的额定容量 2.1.3 负荷曲线的绘制和用途精选ppt第2页，共110页。2.1.1 负荷的基本概念学习内容：1. 什么是负荷？2. 为什么负荷计算？3. 电力负荷的类型4. 负荷等级及供电要求精选ppt第3页，共110页。“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。 什么是负荷？精选ppt

2、第4页，共110页。供电系统电气设备选择（导线、开关、变压器等）继电保护整定选择仪表量程安排供电方案及系统运行方式为什么要进行负荷计算？精选ppt第5页，共110页。按用途可分为：照明负荷和动力负荷按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷（民用电）电力负荷（设备）按工作制的分类长期连续工作制短时工作制 这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长。断续周期工作制3. 电力负荷的类型动力设备就是那些为其他设备提供动力的设备精选ppt第6页，共110页。工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级 。1）一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者；或政治、经济上将造成

3、重大损失者。在一级负荷中，特别重要的负荷是指在中断供电时 将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷。 4. 负荷等级及供电要求精选ppt第7页，共110页。2）二级负荷 二级负荷为中断供电将在政治、经济 上造成较大损失者， 3）三级负荷 三级负荷为一般的电力负荷.负荷供电要求 1）一级负荷对供电电源的要求 要求应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。 对一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。 精选ppt第8页，共110页。常用的应急电源有： 独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地

4、独立于正常电源的专门供电线路。 2）二级负荷对供电电源的要求 要求做到当发生电力变压 器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。 3）三级负荷对供电电源的要求 对供电电源无特殊要求 精选ppt第9页，共110页。学习内容：设备容量的定义 为什么要换算设备容量？设备容量换算方法 2.1.2 用电设备的额定容量精选ppt第10页，共110页。 设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。 注意：设备容量与设备额定功率的概念及不同点1 设备容量的定义 精选ppt第11页，共110页。目的：负荷统计计算；困难

5、：设备种类不同；设备工作制不同；2 为什么要换算设备容量？精选ppt第12页，共110页。生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电热设备；照明设备。 工厂常用用电设备类型精选ppt第13页，共110页。 生产机械的拖动设备 机床设备起重运输设备功能金属切削金属压力加工功能起吊搬运物料运输客货车床铣床刨床钻床磨床组合机床镗床冲床锯床剪床砂轮机吊车行车输送机电梯自动扶梯生产机械的拖动设备精选ppt第14页，共110页。 电焊和电镀设备 电焊设备电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。

6、精选ppt第15页，共110页。电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。 电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。 电镀设备精选ppt第16页，共110页。 电热设备 电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。电阻加热炉电弧炉感应炉其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等精选ppt第17页，共11

7、0页。 照明设备 常用照明设备白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。 照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。精选ppt第18页，共110页。4 工厂用电设备的工作制 长期连续工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。 这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。导体还未达到其稳定温升就开始冷却，在停歇时间内足以将温度降至通电前的温度

8、，如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等精选ppt第19页，共110页。（21）起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率） 负荷持续率工作时间停歇时间精选ppt第20页，共110页。同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的下。断续工作制电

9、气设备的功率与负荷持续率的关系精选ppt第21页，共110页。5 设备容量的确定 1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 2.反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。精选ppt第22页，共110页。对起重电动机应统一换算到=25%，换算公式（32）起重电动机换算后设备容量（换算前）设备铬牌额定功率设备铬牌暂载率精选ppt第23页，共110页。对电焊机设备，应统一换算到=100%，换算公式为： （3-3） 电焊机设备设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数精选pp

10、t第24页，共110页。(3) 照明设备的设备容量 白炽灯、卤钨灯设备容量就是灯泡上标出的额定功率。 荧光灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.21.3倍。 高压汞灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍；自镇式高压汞灯设备容量与灯泡额定功率相等。 精选ppt第25页，共110页。高压钠灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。 金属卤化物灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。精选ppt第26页，共110页。2.1.3 负荷曲线绘制与用途1 什么是负荷曲线？ 电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势

11、的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。2 负荷曲线用途确定系统运行方式安排供电计划安排设备检修计划精选ppt第27页，共110页。（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线（2)按负荷变动的时间分日负荷曲线(24h)年负荷曲线（8760h 3 负荷分类精选ppt第28页，共110页。4、日负荷曲线 的绘制 24小时内负荷随时间的变化，随季节、地区不同而变。绘制的方法 （1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。 精选ppt第29页，共110页。 （2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，

12、求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。精选ppt第30页，共110页。日负荷曲线的绘制 负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线精选ppt第31页，共110页。 年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。 年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。 年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。5 年负荷曲线精选ppt第32页，共11

13、0页。年负荷曲线年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。精选ppt第33页，共110页。年最大负荷Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷， 它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。 通常用Pmax、Qmax和Smax分别表示年有功、无功和视在最大功率，因此，年最大负荷也就是半小时最大负荷P30年最大负荷利用小时Tmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。6 负

14、荷曲线特征量精选ppt第34页，共110页。最大负荷利用小时为 Tmax的大小表明了工厂消耗电能是否均匀。最大负荷利用小时越大，则负荷越平稳。Tmax一般与工厂类型及生产班制有较大的关系，例如，一班制工厂Tmax=18002500 h,两班制工厂Tmax=35004500 h,三班制工厂Tmax=50007000 h。精选ppt第35页，共110页。平均负荷Pav和年平均负荷 平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率 年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。 精选ppt第36页，共110页。精选ppt第37页，共110页。负荷系数: 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷

15、Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即 精选ppt第38页，共110页。2.2 三相用电设备组计算负荷的确定 2.2.1 概述 计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。精选ppt第39页，共110页。在工厂供电系统设计过程中必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效，是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。 按照等效负荷，从满足发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称

16、为“计算负荷”。精选ppt第40页，共110页。在设计计算中，通常将“半小时最大负荷”作为计算负荷，用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。 计算负荷、年最大负荷、30 min平均最大负荷三者之间的关系为Pc=P30=PmaxQc=Q30=QmaxSc=S30=Smax 精选ppt第41页，共110页。2.2.1 概述负荷计算:是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。PC-负荷的有功计算负荷 QC-负荷的无功计算负荷SC-负荷的视在计算负荷 IC-负荷的计算电流精选ppt第42页，共110页。需要系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用

17、于变、配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算方法负荷计算统计方法精选ppt第43页，共110页。按需要系数法进行负荷计算的基本过程是： 1、先确定计算范围(如某低压干线上的所有设备)， 2、然后将不同工作制下的用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下，经换算后的额定功率也称为设备容量Pe。3、再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考虑到需要系数，算出每一组用电设备的计算负荷，4、最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷。精选ppt第44页，共110页。 由于一个用电设备组中的设

18、备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数，用Kd表示。 需要系数Kd 精选ppt第45页，共110页。2.2.2 需要系数法 需要系数法 需要系数用电设备组所有设备容量之和每组用电设备的设备容量精选ppt第46页，共110页。需要系数法需要系数需要系数同时系数K：并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用负荷系数KL：并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行电气设备的平均效率e：电气设备额定功率与输入功率不一定相等 线路的平均效率W1 ：考虑直

19、接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后，电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同 注：工程实际中，很难通过Kd的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表求得其经验值精选ppt第47页，共110页。需要系数法求解的几个问题（1）对12台用电设备宜取 (2) 用电设备组的计算负荷 有功计算负荷： 无功计算负荷： 精选ppt第48页，共110页。需要系数法求解的几个问题视在计算负荷： 计算电流： 精选ppt第49页，共110页。表 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数 用电设备组名称 需要系数Kd 二项式系数 最大容量设备台数 功率因数ab小批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床小批

20、量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床 0.160.20.18.250.250.30.30.35 0.140.140.240.26 0.40.50.40.5 5555 0.50.50.60.65 1.731.731.331.17 通风机、水泵、空压机 0.70.8 0.65 0.25 5 0.8 0.75 非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.50.60.650.7 0.40.6 0.20.2 55 0.750.75 0.880.88 锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车0.10.150.150.25 0.060.09 0.20.3 33 0.50.5 1.731.73 精

21、选ppt第50页，共110页。自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱0.750.80.650.750.7 0.70.70.7 0.30.3 22 0.950.951.0 0.330.330 高频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）电弧熔炉0.80.80.9 0.60.350.87 1.332.680.57 点焊机、缝焊机对焊机0.350.35 0.60.71.331.02 自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器0.50.350.4 0.40.350.35 2.292.682.68 厂房、办公室、实验室照明变配电室、仓库照明生活照明室外照明0.810.50.70.6

22、0.81 1.01.01.01.0 0000 精选ppt第51页，共110页。（1） 单台设备的计算负荷当只有一台用电设备时，不能直接按表取需要系数，这是因为影响需要系数的几个因素除用电设备本身的效率外均可能为1，此时的需要系数只包含了效率， 因此由式可得到P30=Pe/，由P30、Q30、S30、I30之间的关系得到如下公式：精选ppt第52页，共110页。精选ppt第53页，共110页。【例2.1】某车间有一台吊车，其额定功率PN为29.7 kW (N=45)，=0.8，cos=0.5，其设备容量为多少? 【解】Pe=(N/25)*PN=2N*PN =229.7 0.45=39.8(kW)

23、精选ppt第54页，共110页。【例2.2】某220 V单相电焊变压器，其额定容量为SN=50 kVA，N=60，cos=0.65，=0.93，试求该电焊变压器的计算负荷。【解】Pe=(N/100) *SN cos =(0.6/1)500.65=25.2(kW)其计算负荷为P30=Pe/=25.2/0.93=27.1(kW)Q30=P30tan=27.11.17=31.7(kvar)S30=P30/cos=27.1/0.65=41.7 (kVA)I30=P30/(UNcos)=27.1/(0.220.65)=189.5(A)精选ppt第55页，共110页。精选ppt第56页，共110页。(2)

24、 单组用电设备的计算负荷 单组用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同。如均为机床的电动机，或均为通风机，见图2.5中D点的计算负荷。可求出其有功计算负荷P30，然后再求出其他计算负荷Q30、S30、I30，其计算公式为精选ppt第57页，共110页。图2.5 供配电系统中各点电力负荷的计算 精选ppt第58页，共110页。【例2.3】已知某化工厂机修车间采用380 V供电，低压干线上接有冷加工机床26台，其中11 kW 1台，4.5 kW 8台，2.8 kW 10台，1.7 kW 7台，试求该机床组的计算负荷。【解】该设备组的总容量为Pe=111+4.58+2.810+1.77=

25、86.9 (kW)查表附录表1Kd=0.160.2(取0.2),tan=1.73,cos=0.5，则有功计算负荷P30=0.286.9=17.38(kW)无功计算负荷 Q30=17.381.73=30.06(kvar)视在计算负荷 S30=17.380.5=34.76(kVA)计算电流I30=34.76/(30.38)=52.8(A)精选ppt第59页，共110页。(3) 低压干线的计算负荷图2.5供配电系统中各点电力负荷的计算低压干线是给多组不同工作制的用电设备供电的，如通风机组、机床组、水泵组等，因此，其计算负荷也就是图2.5中C点的计算负荷。应先分别计算出D层面每组(例如机床组、通风机组

26、等)的计算负荷，然后将每组有功计算负荷、无功计算负荷分别相加，得到C点的总的有功计算负荷P30和无功计算负荷Q30，最后确定视在计算负荷S30和计算电流I30，即 精选ppt第60页，共110页。精选ppt第61页，共110页。【例2.4】某机修车间380 V低压干线(如图2.5)接有如下设备： 小批量生产冷加工机床电动机：7 kW 3台，4.5 kW 8台，2.8 kW 17台，1.7 kW 10台。 吊车电动机：N=15时铭牌容量为18 kW、cos=0.7共2台，互为备用。 专用通风机：2.8 kW 2台。试用需要系数法求各用电设备组和低压干线(C点)的计算负荷。【解】显然,各组用电设备

27、工作性质相同，需要系数相同，因此先求出各用电设备组的计算负荷。精选ppt第62页，共110页。 冷加工机床组 设备容量Pe(1)=73+4.58+2.817+1.710=121.6(kW) 查表，取Kd=0.2，cos=0.5，tan=1.73,则P30(1)=KdPe(1)=0.2121.6=24.32(kW)Q30(1)=P30(1)tan=24.321.73=42.07(kvar) 吊车组(备用容量不计入) 设备容量Pe(2)=2NPN=20.1518=13.94(kW)查表，取Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，则P30(2)=KdPe(2)=0.1513.94=2.09

28、(kW)Q30(2)=P30(2)tan=2.091.73= 3.62(kvar)精选ppt第63页，共110页。 通风机组 设备容量Pe(3)=22.8=5.6(kW) 查表，取Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75,则P30(3)=KdPe(3)=0.85.6=4.48(kW)Q30(3)=P30(3)tan=4.480.75=3.36(kvar) 低压干线的计算负荷(取K1=0.9)总有功功率 P30=K1P30(1)+P30(2)+P30(3)=0.9(24.32 +2.09+4.48)=27.80(kW)精选ppt第64页，共110页。总无功功率 Q30=K1Q30(1)+Q

29、30(2)+Q30(3)=0.9(42.07+3.62+3.36)=44.14(kvar)总视在功率 S30=P230+Q230=27.802+44.142=52.17(kVA)总计算电流 =52.1730.38=79.27(A)精选ppt第65页，共110页。(4) 车间低压母线的计算负荷确定低压母线上的计算负荷也就是确定图2.5中B点的计算负荷。B点计算负荷的确定类似于C点。同样，考虑到各低压干线最大负荷不一定同时出现，因此在确定B点的计算负荷时，也引入一个同时系数，即精选ppt第66页，共110页。需要系数法求解的几个问题 (3) 多组用电设备的计算负荷 总的有功计算负荷： 总的无功计算

30、负荷： 在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。 精选ppt第67页，共110页。需要系数法求解的几个问题总的视在计算负荷： 总的计算电流： 精选ppt第68页，共110页。 在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。 应用范围 K 确定车间变电所低压线路最大负荷 冷加工车间 热加工车间 动力站 0.70.80.70.90.81.0 确定配电所母线的最大负荷 负荷小于5000kW 计算负荷小于500010000kW 计算负荷大于10000kW 0.91.00.850.8 精选p

31、pt第69页，共110页。精选ppt第70页，共110页。2.2.3 二项式法确定计算负荷 当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时，采用二项式法。 精选ppt第71页，共110页。精选ppt第72页，共110页。精选ppt第73页，共110页。2、多组用电设备计算负荷的确定 考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素,在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cPx）max，再加各组的平均负荷bPe 精选ppt第74页，共110页。 但是必须注意： 按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n2x(x为附录表1中规定的最大设备容量台数)时，则最大容量台数x 宜相

32、应取小一些，建议取为x=n/2 如果用电设备组只有12台设备时，就可认为P30=Pe，即 b= 1、c=0。 精选ppt第75页，共110页。2.2.4 单相用电设备组计算负荷的确定 单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。 如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%,则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算， 如果大于15%则将单相设备换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。 精选ppt第76页，共110页。 一、单相设备组等效三相负荷的计算 1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算 按最大负荷相所接单相设备功率之和的3倍计算： 精选ppt第77页，共110页。等效三相设备容量：精选ppt第78页，共110页。精选ppt第79页，共110页。精选ppt第80页，共110页。四、分相计算各相的设备容量和计算负荷选出最大负荷相精选ppt第81页，共110页。2.4 工厂供电系统的功率损耗和电能损耗 精选ppt第82页，共110页。式中 R 线路每相电阻 X 线路每相电抗精选ppt第83页，共110页。精选ppt第84页，共110页。精选ppt第85页，共110页。精选ppt第86页，共110页。