工厂的电力负荷及计算方法讲义

第二章工厂的电力负荷及其计算刘红宇第一节工厂的电力负荷与负荷曲线第二节三相用电设备组计算负荷的确定第二章工厂的电力负荷及其计算第一节工厂的电力负荷与负荷曲线一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求(一)工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按《供配电系统设计规范》规定，分为三级：一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：

１．中断供电将造成人身伤亡时。

２．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

３．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、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，应视为特别重要的负荷。第二章工厂的电力负荷及其计算二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：

１．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

２．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。第二章工厂的电力负荷及其计算(二)各级电力负荷对供电电源的要求（1）一级负荷的供电电源应符合下列规定：

a、一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

b、一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。下列电源可作为应急电源：

1、独立于正常电源的发电机组。

2、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。

3、蓄电池。

4、干电池。

第二章工厂的电力负荷及其计算根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：

1、允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。

2、自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。

3、允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。应急电源的工作时间，应按生产技术上要求的停车时间考虑。当与自动启动的发电机组配合使用时，不宜少于10min。

第二章工厂的电力负荷及其计算（2）二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。（3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。

第二章工厂的电力负荷及其计算

二、工厂用电设备的工作制(负荷分类）工厂的用电设备，按其工作制(duty-type)分以下三类：(1)连续工作制：这类工作制的设备运行时间长，停歇时间短。如通风机、水泵、空气压缩机、电机发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。(2)短时工作制：这类工作制的设备停歇时间长，运行时间很短如机床上的某些辅助电动机(例如进给电动机)、控制闸门的电动机等。（负荷统计时不计入）第二章工厂的电力负荷及其计算(3)断续周期工作制)：这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，好像有固定周期一样，而工作周期一般不超过10min。此设备有两种：电焊用变压器和吊车、行车用电动机。断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”(又称暂载率)来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即①吊吊车车机机组组用用电电动动机机（（包包括括电电葫葫芦芦、、起起重重机机、、行行车车等等）的的设设备备容容量量统统一一换换算算到到ε=25%时的的额额定定功功率率（（kW）），，若若其其εεN不等等于于25%时时应应进进行行换换算算，，公公式式为为:②电电焊焊机机及及电电焊焊变变压压器器的的设设备备容容量量统统一一换换算算到到εε＝100%时的额定功功率（kW）。若其其铭牌暂载载率εN不等于100%时，，应进行换换算，公式式为:第二章工工厂的电电力负荷及及其计算三、负荷曲曲线的概念念负荷曲线是是表征电力力负荷随时时间变动情情况的一种种图形，它它绘在直角角坐标纸上上，纵坐标标表示负荷荷(有功功功率或无功功功率)，，横坐标表表示对应的的时间(一一般以小时时为单位)。负荷曲线按按负荷对象象分，有工工厂的、车车间的或某某类设备的的负荷曲线线。按负荷荷性质分，，有有功和和无功负荷荷曲线。按按所表示的的负荷变动时间分，有有年的、月月的、日的的或工作班班的负荷曲曲线。图2-1是是一班制工工厂的日有有功负荷曲曲线，其中中图2-1a是依点点连成的负负荷曲线，，图2-1b是绘成成梯形的负负荷曲线。。为便于计计算，负荷曲曲线多多绘成成梯形形，横横坐标标一般般按半半小时时分格格，以以便确确定““半小小时最最大负负荷””。第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算年负荷荷曲线线1、负负荷持持续时时间曲曲线，，按负负荷大大小依依次排排列，，如图图2-2c所示示，全全年按按8760h计。上述年年负荷荷曲线线，根根据其其一年年中具具有代代表性性的夏夏日负负荷曲曲线(图2-2a)和冬冬日负负荷曲曲线(图2-2b)来绘绘制。。其夏夏日和和冬日日在全全年中中所占占的天天数，，应视视当地地的地地理位位置和和气温温情况况而定定。例例如在在我国国北方方，可可近似似地认认为夏夏日165天，，冬日日200天天；而而在我我国南南方，，则可可近似似地认认为夏夏日200天，，冬日日165天天。假假设绘绘制南南方某某厂的的年负负荷曲曲线(图2-2c)，其其中P1在年负负荷曲曲线上上所占占的时时间T1=200(t1+t1′)，，P2在年负负荷曲曲线上上所占占的时时间T2=200t2+165t2′，其其余类类推。。第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算四、与与负荷荷曲线线和负负荷计计算有有关的的物理理量1、年年最大大负荷荷和最最大负负荷利利用小小时数数年最大大负荷荷是指指全年年中最最大工工作班班内半小时时（30分分钟））平均均功率率的最大大值，，并用用符号号Pm、Qm和Sm分别表表示年年有功功、无无功和和视在在最大大负荷荷。半小时时（30分分钟））平均均最大大功率率P30所谓最大工工作班班，是指指一年年中最最大负负荷的的工作作班次次，最最大负负荷最最少出出现2～3次的的最大大负荷荷，而而不是是偶然然出现现的某某一个个工作作班。。年最大负负荷利用用小时数数Tm，是一个个假想时时间。其其物理意意义是，，如果用用户以年年最大负负荷(如如Pm)持续运运行Tmh，则所所消耗的的电能恰恰好等于于全年实实际消耗耗的电能能。如图图2-3(c)所示，，年持续续负荷曲曲线与两两轴所包包络的面面积，等等于Pm与Tm的乘积(即面积积I等于于面积ⅡⅡ)，所所以Tm可表达为为：年最大负负荷利用用小时是是反映电电力负荷荷特征的的一个重重要参数数，与工工厂的生生产班制制有明显显的关系系。例如如一班制制工厂，，Tmax≈1800～3000h；两两班制工工厂，Tmax≈3500～4800h；三三班制工工厂，Tmax≈5000～7000h。第二章工工厂厂的电力力负荷及及其计算算2、平均均负荷和和负荷系系数(1)平平均负负荷是指指电力用用户在一一段时间间内消耗耗功率的的平均值值，记作作Pav，Qav，Sav如图所示示为平均均有功负负荷，其其值为用用户在由由0到t时间内内所消耗耗的电能能Wt(kWh)除以以时间t，即：：(2)负负荷系系数又称称负荷率率，它是是用电负负荷的平平均负荷荷Pav与其最大大负荷Pm的比值.对负荷曲曲线来说说，负荷荷系数亦亦称负荷荷曲线填填充系数数，它表表征负荷荷曲线不不平坦的的程度，，即表征负荷荷起伏变变动的程程度。从充分分发挥供供电设备备的能力力、提高高供电效效率来说说，希望望此系数数越高越越趋近于于1越好好。从发发挥整个个电力系系统的效效能来说说，应尽尽量使不不平坦的的负荷曲曲线“削削峰填谷谷”，提提高负荷荷系数。。负荷系数数通常以以百分值值表示。。负荷系系数(负负荷率)的符号号有功负负荷率用用α、无无功负荷荷率用ββ表示，，即：第二章工工厂的电电力负荷及及其计算第二节三三相用电电设备组计计算负荷的的确定一、概述求计算负荷荷，也称需需用负荷。。目的是为了了合理的选选择供配电电系统各级级电压供电电网络、主主接线、变变压器容量量和电器设设备型号等等。如何选？用用按发热条条件选择供供电系统中中各元件的的负荷值。。根据计算负负荷选择的的电气设备备和导线电电缆，如果果以计算负负荷连续运运行，其发发热温度不不会超过允允许值。第二章工工厂的电电力负荷及及其计算一般选P30作为Pm，作为计算算负荷使用用。原因（1）选择择设备时要要考虑到最最严重的情情况下也能能正常运行行。（2）由于于导体通过过电流达到到稳定温升升的时间大大约需(3～4)ττ，τ为发发热时间常常数。截面面在16mm2及以上的导导体，其r≥10min，因因此载流导导体大约经经30min(半小小时)后可可达到稳定定温升值。。由此可见，，计算负荷荷实际上与与从负荷曲曲线上查得得的半小时时最大负荷荷P30(亦即年最最大负荷Pmax)是基本相相当的。所所以计算负负荷也可以以认为就是是半小时最最大负荷。。求计算负荷荷意义重大大，估算过过高，导致致有色金属属的浪费和和工程投资资的增加。。反之，如如估算过低低，又会使使供电系统统的线路及及电气设备备由于承担担不了实际际负荷电流流而过热，，加速其绝绝缘老化的的速度，降降低使用寿寿命，增大大电能损耗耗，影响供供配电系统统的正常可可靠运行。。第二章工工厂的电电力负荷及及其计算二、按需要要系数法确确定计算负负荷(一)基本本公式在供配电系系统设计和和运行中，，常使用需需用系数Kd，其与Pm、Pe的关系为：：需用系数是是一个综合合系数，Kd只能靠测量统计计确定。上述述各种因素素可供设计计人员在变变动的系数数范围内选选用时参考考。表为某些需需用系数及及功率因数数。第二章工工厂的电电力负荷及及其计算1、需要系系数法确定定三相用电设设备组有功计算负负荷的基本本公式为：：P30=KdPe后续公式：：例题：第二章工工厂的电电力负荷及及其计算(二)设备备容量的计计算需要系数法法基本公式式P30=KdPe中的设备容容量Pe，不含备用用设备的容容量，而且且要注意，，此容量的的计算与用用电设备组组的工作制制有关。1．对一般般连续工作作制和短时时工作制的的用电设备备组设备容量是是所有设备备的铭牌额额定容量之之和。2．对断续续周期工作作制的用电电设备组设备容量是是将所有设设备在不同同负荷持续续率下的铭铭牌额定容容量换算到到一个规定定的负荷持持续率下的的容量之和和。容量换换算的公式式如式(2-2)所所示。断续续周期工作作制的用电电设备常用用的有电焊机机和吊车电电动机，各各自的换算算要求如下下：(1)电焊焊机组要求求容量统一一换算到εε=100％。(2)吊车车电动机组组要求容量量统一换算算到ε=25％。第二章工工厂的电电力负荷及及其计算(三)多组组用电设备备计算负荷荷的确定确定拥有多多组用电设设备的干线线上或车间间变电所低低压母线上上的计算负负荷时，应应考虑各组用电设设备的最大大负荷不同同时出现的的因素。因此在确确定多组用用电设备的的计算负荷荷时，应结结合具体情情况对其有有功负荷和和无功负荷荷分别计人人一个同时系数(又称参差差系数或综综合系数)KΣp，KΣq第二章工工厂的电电力负荷及及其计算第二章工工厂的电电力负荷及及其计算三、计算负负荷的估算算方法(一)单位位产品耗电电量法当已知企业业年生产量量为n，每每生产单位位产品电能能消耗量为为ω(见表表)，则：：（二)负荷荷密度法当已知车间间生产面积积或某建筑筑面积负荷荷密度ρ时时，车间的的平均负荷荷或某建筑筑的平均负负荷可按下式式计算：(三)其他他估算法:第二章工工厂的电电力负荷及及其计算第三节单相相用电设备备组计算负负荷的确定定一、概述在工厂里，，除了广泛泛应用的三三相设备外外，还应用用有电焊机机、电炉、、电灯等各各种单相设设备。在民用中有有大量的单单相负荷。。单相设备接接在三相线线路中，应应尽可能均均衡分配，，使三相负负荷尽可能能均衡。1、如果三相线线路中单相相设备的总总容量不超超过三相设设备总容量量的15％％，则不论论单相设备备如何分配配，单相设设备可与三三相设备综综合按三相相负荷平衡衡计算。2、如果单单相设备容容量超过三三相设备容容量的15％时，则则应将单相相设备容量量换算为等等效三相设设备容量，，再与三相相设备容量量相加。3、由于确确定计算负负荷的目的的，主要是是为了选择择线路上的的设备和导导线(包括括电缆)，，使线路上上的设备和和导线在通通过计算电电流时不致致过热或损损坏，因此此在接有较较多单相设设备的三相相线路中，，不论单相设设备接于相相电压还是是线电压，，只要三相相负荷不平平衡，就应应以最大负负荷相有功功负荷的3倍作为等等效三相有有功负荷，，以满足安安全运行的的要求。（（等效原则则）第二章工工厂厂的电力力负荷及及其计算算二、单相相设备组组等效三三相负荷荷的计算算1．单相相设备接接于相电电压时的的等效三三相负荷荷计算等等效三相相设备容容量Pe应按最大大负荷相相所接单单相设备备容量Pemφ的3倍计计算，即即等效三相相计算负负荷则按按前述需需要系数数法计算算。2．单相相设备接接于线电电压时的的等效三三相负荷荷计算3．单相相设备分分别接于于线电压压和相电电压时的的等效三三相负荷荷计算首先应将将接于线线电压的的单相设设备换算算为接于于相电压压的设备备容量，，然后分分相计算算各相的的设备容容量和计计算负荷荷。总的的等效三三相有功功计算负负荷为其其最大有有功负荷荷相的有有功计算算负荷P30mφφ的3倍倍，，即即总的的等等效效三三相相无无功功计计算算负负荷荷为为最最大大有有功功负负荷荷相相的的无无功功计计算算负负荷荷Q30mφφ的3倍倍，，即即第二二章章工工厂厂的的电电力力负负荷荷及及其其计计算算线电电压压的的单单相相设设备备容容量量换换算算为为接接于于相相电电压压的的设设备备容容量量1、、负负荷荷均均摊摊法法：：即即2、、系系数数法法：：第二二章章工工厂厂的的电电力力负负荷荷及及其其计计算算第四四节节工工厂厂的的计计算算负负荷荷及及年年耗耗电电量量的的计计算算一、、工工厂厂计计算算负负荷荷的的确确定定(一一)按按需需要要系系数数法法确确定定工工厂厂计计算算负负荷荷(二二)按按年年产产量量估估算算工工厂厂计计算算负负荷荷(三三)按按逐逐级级计计算算法法确确定定工工厂厂计计算算负负荷荷功率率损损耗耗：：一、、供供电电线线路路的的功功率率损损耗耗三相相供供电电线线路路的的有有功功功功率率损损耗耗△△P，，无无功功功功率率损损耗耗△△Q分分别别按按下下式式计计算算：：第二二章章工工厂厂的的电电力力负负荷荷及及其其计计算算二、、变变压压器器的的功功率率损损耗耗变压压器器的的损损耗耗包包括括有有功功功功率率损损耗耗△△PT和无无功功功功率率损损耗耗△△QT。(一)有功功功率率损耗耗有功功功率损损耗又又由两两部分分组成成。其其一为为空载载损耗耗，又又称铁铁损，，它是是变压压器主主磁通通在铁铁芯中中产生生的有有功损损耗。。因为为变压压器主主磁通通只与与外加加电压压有关关，当当外加加电压压u和和频率率f恒恒定时时，铁铁损也也为常常数，，与负负荷大大小无无关。。空载载损耗耗可由由空载载实验验确定定。另一部部分是是短路路损耗耗，又又称铜铜损，，它是是变压压器负负荷电电流在在一次次、二二次绕绕组的的电阻阻中产产生的的有功功损耗耗，其其值与与负荷荷电流流平方方(或或功率率)成成正比比。短短路损损耗可可由短短路实实验确确定。。所以以双卷卷变压压器有有功功功率损损耗表表达式式为(二)无功功功率率损耗耗同样，，无功功功率率损耗耗也由由两部部分组组成。。一部部分是是变压压器空空载时时，由由产生生型磁磁通励励磁电电流所所造成成的无无功损损耗。。另一一部分分是由由变压压器负负荷电电流在在一、、二次次绕组组电抗抗上产产生的的无功功损耗耗。其其表达达式为为：第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算(四)工厂厂的功功率因因数、、无功功补偿偿及补补偿后后的工工厂计计算负负荷无功补补偿的的必要要性电力系系统中中使用用的输输变电电设备备及电电力用用户的的用电电设备备，如如电力变变压器器、电电抗器器、感感应电电动机机、电电焊机机、高高频炉炉、日日光灯灯等大大部分分具有有电感感的特特性。它们们在建建立交交变磁磁场时时需从从电力力系统统中吸吸收无无功功功率。。但无无功功功率并并不是是实际际作功功的功功率，，电力力系统统中的的发电设设备在在其发发出的的视在在功率率为一一定时时，无功功功率率需求求的增增加，，将会会造成成发出出的有有功功功率的的下降降而影影响发发电机机的出出力。。同时时，无无功功功率在在系统统的输输送中中会造造成许许多不不利的的影响响：(1)无功功功率在在通过过电网网时，，会引引起线线路及及设备备的有有功损损耗。。因此此在输输送有有功功功率为为一定定时，，增加加无功功功率率会使使总电电流增增加而而引起起供电电线路路及设设备的的有功功功率率损耗耗相应应的增增加。。(2)电网的的电压压损失失将会会随着着无功功功率率的增增加而而增加加，这这给电电网电电压的的调整整带来来困难难。(3)在电网网输送送有功功不变变下，，无功功增加加而使使总电电流增增加，，会使使供电电系统统中的的如变变压器器、断断路器器、导导线以以及测测量仪仪器、、仪表表等等等的一一次、、二次次设备备的容容量、、规格格尺寸寸增大大，从从而使使投资资费用用增加加。第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算在《供供电营营业规规则》》，中中规定定：““用户户在当当地供供电企企业规规定的的电网网高峰峰负荷荷时的的功率率因数数应达达到下下列规规定：：100kV··A及及以上上高压压供电电的用用户功功率因因数为为0．．90以上上，其其他电电力用用户和和大、、中型型电力力排灌灌站、、趸购购转售售电企企业，，功率率因数数为0．85以以上。。”并并规定定，凡凡功率率因数数未达达到上上述规规定的的，应应增添添无功功补偿偿装置置（处罚），，通常常采用用并联联电容容器进进行（（就地）补偿偿。第二章章工工厂厂的电电力负负荷及及其计计算人工补补偿装装置的的补偿偿容量量可按按下式式计算算：式中的的平均均负荷荷Pav也可用用计算算负荷荷Pc乘以负负荷系系数αα代替替，则则得：：无功补补偿后后的计计算负负荷装设了了无功功补偿偿装置置以后后，则则在确定补补偿地点点以前的的总计算算负荷时时，应扣扣除无功功补偿容容量，即总的无无功计算算负荷：：由上式可可以看出出，在变变电所低低压侧装装设了无无功补偿偿装置以以后，由由于低压压侧总的的视在计计算负荷荷减小，，从而可可使变电电所主变变压器容容量选得得小一些些。第二章工工厂厂的电力力负荷及及其计算算电力电容容器的装装设位置置实际中广广泛应用用的补偿偿无功的的并联电电力电容容器，其其装设的的位置因因不同的的补偿方方式而不不同。电电