计算机第二章-负荷计算

第二幸负荷计算

第二章负苻计算

主要内容

・负荷计算的意义和目的

・负荷计算的方法

•计算负荷的步骤

•功率因数

•无功补偿

负苻计算一同的

•企业用电总量

•选择各级变压器的容量

­架空线和电缆的截面积

•继电保护整定

•电器设备型号

•选择无功补偿装置

设备领定求量的确定

用电设备按其工作方式可分为三种：

(1)连续运行工作制(长期工作制)

(2)短时运行工作制(短暂工作制)

(3)断续运行工作制(重复短暂工作制)

负荷持姨率rbo

t

FC二—一xlOO%

%+4

4一工作时间

tx一停歇时间

%to+«A一整个周期时间

电动机PN.M=P'N.M反

电焊变压器SN=S,N4FC

相关系数

•用电设备在生产期间的投入运行有很大的

随机性，但各种类型的工厂都有其本身的

生产规律。所以，从整体来看，用电也必

然存在一定的规律性。

•利用已经投运工厂的设备安装容量和实际

用电情况的大量资料进行统计、分析，求

出相关系数，以便在设计相同类型工厂时

参考利用。

负苻曲线

•负荷曲线（loadcurve）是指用于表达

电力负荷随时间变化情况的函数曲线。

•在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有

功功率或无功功率）值，横坐标表示对

应的时间（一般以小时为单位）。

日有功负荷曲线

a）依点连成的负荷曲线b）绘成梯形的负荷曲线

负苻曲线

・反映负荷变化情况

•曲线所包围的面积为用电负荷

・为用电决策提供依据

•曲线分类有多种

A有功，无功等

A梯形，平滑形

A日，季度，年

负苻计算的几个物理量

•年最大负荷Pmax

,年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作

班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此

年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。

•年最大负荷利用小时数Tmax

,年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使

用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内,

电力负荷按年最大负荷Pmax（或「30）持续运行

所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际

消耗的电能。

年最大负苻利用小时教Tmax

•下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大

负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利

用小时数。I

年负荷曲线

一班制工厂Tmax=1800〜3000h

两班制工厂Tmax=3500~4800h

三班制工厂Tmfl=5000~7000h

年最大负荷和年最大负荷利用小时数

负荷计算的几个物理量

・平均负荷Pav

・平均负荷Pav就是电力负荷在一定时间t

内平均消耗的功率，也就是电力负荷在

该时间内消耗的电能W除以时间t的值，

即Pav=W/t

•年平均负荷:Pav=Wa/8760

・负荷系数：Klo=Pav/Pmax

负苻计算的几个物理量

f/h

负荷计算的几个物理量

•计算负荷(calculatedload)

•通常将以半小时平均负荷为依据所绘制

的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算

负荷，并把它作为按发热条件选择电气

设备的依据，用Pca(%a、Sea、媪或

03()930、S30、ho)表示°

・负荷计算就是求计算负荷Pea，Qca，Sea和

1ca

负荷计算的几个物理量

•规定取“半小时平均负荷”的原因:

•一般中小截面导体的发热时间常数T为

10min以上，根据经验表明，中小截面

导线达到稳定温升所需时间约为

3T=3x10=30(min),如果导线负载

为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温

升达到最高值，只有持续时间在30min

以上的负荷时，才有可能构成导线的最

高温升。

负苻计算-计算方法

•计算方法种类

»需用系数法

A二项系数法

A利用系数法

A单位电耗法

A单位面积功率法

・基本步骤

A查表得到系数，按照公式计算

负苻计算的几个物理量

需要系数考虑了以下的主要因素：

•K》-同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电

设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；

•凡-负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工

作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；

■4vl一线路供电效率；

•可-用电设备组在实际运行功率时的平均效率。

需用系数法求计算负苻概述

•用电设备组求计算负荷

»计算公式:Pca=KdPNg

A设备容量的确定PNZ

A需用系数Kd查附表1

•多个用电设备组的计算负荷

A用需用系数法分别每个用电设备组的计算负荷

A查表2-3得多个用电设备组的同时系数

A按公式计算

设备领定求量的确定

•断续运行工作制（重复短暂工作制）

・断续周期工作制的设备，通常用暂载率£表

征其工作特征，取一个工作周期内的工作时

间与工作周期的百分比值，即为£,即：

£=—=——X100%

T，+，（）

•式中3工作时间与停歇时间，两者之

和为工作周期T。

设备领定参量的确定

•在每台用电设备的铭牌上都有“额定功

率”pKP但由于各用电设备的额定工作方式

不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率

直接相加，必须先将其换算为同一工作制下

的额定功率，然后才能相加。经过换算至统

一规定的工作制下的“额定功率”称为“设

备额定容量”，用p€表示。

设备领定参量的确定

(1)长期工作制设备容量

pe=pN

(2)重复短暂工作制的设备容量

①吊车机组用电动机(包括起重机、行车等)

的设备容量统一换算到『25%时的额定功率

(kW),若其、不等于25%时应进行换算,

公式为：।

"PN义信^=2PN卮

设备领定参量的确定

②电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算

到£=100%时的额定功率（kW）。若其铭

牌暂载率3不等于10。％时，应进行换算，

公式为：

（3）电炉变压器的设备容量

电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数

下的额定功率（kW），即：

P/PN=SNCQS(PN

例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台,

7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量

20kVA,£N=65%,COS（pN=0.5）,车间有吊车1台llkW,£%=25%）,试

计算此车间的设备容量。

解：（1）金属切削机床的设备容量

金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的

总容量为：

Pc=£Pei=4xl0.5+8x7.5+8x5=142kW

（2）电焊机的设备容量

电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到£=100%,

所以2台电焊机的设备容量：

Pe2=2xSN不£人［cos（PN=2x20xJo.65x0.5=16.IkW

例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台(其中10.5kW-4台,

7.5kW-8台，5kW-8台)，车间有380V电焊机2台(每台容量

20kVA,£N=65%,COS(pN=0.5),车间有吊车1台llkW,£%=25%),试

计算此车间的设备容量。

(3)吊车的设备容量

吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到£=25%，

所以1台吊车的容量为:

匕二4—=PN=llkW

45

(4)车间的设备总容量为:

Pe=142+16.1+11=169kW

°

需用宗教法一需用系数查表

A系数查表见附表1

»人的范围原则任取，一般取较大值

A正切值用来计算无功功率，余弦值只在

单个用电设备组中计算视在功率

A了解用电设备组的类型

需用余教法一计算公式

•一个用电设备组Pa=KdPNY

Qca=pcatan。

<工=正+。:

Ica=Sca/（SuN）

m

•多个用电设备组h=K〃Z（K[,Pg）i=1,2,3,…，m

Z=1

m

。恒=Ks£（K/Pgtan%）

i=\

S0”正+始

La=ScaK^UN）

对需用余数法的评价

•简单：只用一个公式

•方便：查表

•准确：Kd来自于多年的经验积累

•明确：物理意义明确

•适用范围广：基本各种情况都适用

•特例：存在单台大容量电动机时会有一定误差,

可考虑用二项系数法。

例题

某机修车间380V线路上有如下设备：

对焊机一台：SN=42kVA,EN=60%,cos(p=0.62

10吨桥式起重机一台：PN=39.6kW,£N=40%

金属切削用三相电机：7.5kW3台，4kW8台，3kW17台

试求计算负荷。

思路：

先确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间

先分组：对焊机一组；起重机一组；金属切削用电机一组。

每一组用需用系数法分别计算：容量；查表得Kd和cos(p；计算

查表得多个组的同时系数，再计算

对对焊机组：查附表1得=0.35,cos9=0.7,tano=1.02

P=SNcos-42x0.62xJo.6=20.2kW

Pca=Ka1=035x20.2=7.07kWQca=cPatan/°=7.07x1.02=7.21左var

对吊车组：查附表1得K1=0.05—0.15,取0.15,cos°=0.5,tan9=1.73

P=2PN7^7=2X39.6义Vo^4=50kW

r

Pca=Kd,P=0A5x50=15kW七Qca=cPatan1cp=7.5x1.73=12.98^var

对金属切削电机：查附表1得K〃=0.14-0.16,取0.16,cos。=0.5,tan°=1.73

3x7.5+8x4+17x3=105.5左沙

Pca=Ka/P=O.16xlO5.5=16.88左彳Qca=cPatan'°=16.88x1.73=29.2左var

查表2—3得各用电设备组的同时系数Ksi=0.7-0.8,取0.8

Pca=K,2(K,〃，vz)=0.8x(7.07+7.5+16.88)=25.16左〃

Z=1

m

Qca=K,7Z(Kdfvztan?)=0.8x(7.21+12.98+29.2)=39.5^var

Z=1

8恒=m=A/25.162+39.52=46.83左E4

s46.83x1000

ca=7124

x380

企业负荷的确定

•除求出计算负荷外，还应该考虑供电损耗。

•供电损耗包括线路和变压器损耗。线路损耗

和变压器损耗包括有功和无功损耗。（开关不

考虑）

•供电损耗计算有详细的计算公式，但可以估

算，取计算负荷的5・10%.

•计算负荷加上供电损耗便是企业总负负荷。

•计算负荷用于选择高低压线路的截面和变压

器容量。

企业负荷确定的步骤

从负荷端开始，

逐级上推到电源

进线端。

①用电设备组

②车间低压变压

器出线

③高压出线

④企业变压器出

线

⑤企业进线

0305=用5工「306，

P304=P305+APWL2

0303=小304，

P302=P3(B+APT+APWL1

0301=K^iP302z

第五节供电系统功率因数的改善

（1）瞬时功率因数

•瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，

或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出:

P

cos(p―—

Cui

式中：尸-功率表测出的三相功率读数（kW）;

U-电压表测出的线电压读数（kV）;

/-电流表测出的相电流读数（A）。

•瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的

变化情况。

（2）平均功率因数

•平均功率因数指某一规定时间内，功率因数

的平均值。其计算公式为

W1

COS(P——7===

村2+片

1+(〉

式中：某一时间内消耗的有功电能（kW・h）;

由有功电度表读出。

>-某一时间内消耗的无功电能（kvar・h）;

由无功电度表读出。

•我国电业部门每月向工业用户收取电费，规

定电费要按月平均功率因数来调整。上式用

以计算已投入生产的工业企业的功率因数。

第五节供电余统功率因教的女考

(3)自然功率因数

・凡未装设人工补偿装置时的功率因数。

(4)总功率因数

・设置人工补偿装置后的功率因数。

二、功率因数对供制系统的影响

(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统

中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部

的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，

因而增大了初投资费用。

(2)增加电力网中输电线路上的有功功率损耗

和电能损耗。

(3)线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步

电动机及其它用电设备的正常运行。

(4)发动机出力相对降低。

三,提高功率因教的方法

•高压供电的工业用户和高压供电装有带负

荷调压装置的电力用户，功率因数应达到

0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上

提高功率因数

自然功率因数人工补偿无功功率

三、提高功率因数的方法

(1)提高自然功率因数

提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备

所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有:

①正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；

②更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；

③电力变压器不宜轻载运行；

④合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，

限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；

（2）人工补偿无功功率

•当采用提高用电设备自然功率因数的方法后,

功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求

的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源,

人工补偿无功功率。

•人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：

并联电容器补偿

同步电动机补偿

动态无功功率补偿

并联电参器原理

•原理：电感性负载电流滞后电网电压，而电

容器的电流超前电网电压，这样就可以完全

或部分抵消。减小功率因数角，提高功率因

数。

•方法：并联静电电容器

•用静电电容器（或称移相电容器、电力电容

器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工

业企业内广泛应用的一种补偿装置。

功率因救的人工补傕

(1)补偿容量的确定

Qc=Pav(tan(prtan(p2)-aPca(tancprtan^)

式中：Pea-最大有功计算负荷，kW；

a-月平均有功负荷系数；

tanq)i、fa"如一补偿前、后平均功率因数角的

正切值。

•在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考

虑到实际运行电压可能与额定电压不同，电容

器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时需

对额定容量作修正：___

Qe（齐了

UN

式中：QN--电容器铭牌上的额定容量，kvar;

Q。--电容器在实际运行电压下的容量，kvar;

UN--电容器的额定电压，kV;

U--电容器的实际运行电压，kVo

•例如将YY10.5-10J型高压电容器用在6kV

的工厂变电所中作无功补偿设备，则每个电

容器的无功容量由额定值lOkvar降低为：

Q=10x()-

e)2=3.27(^var)

10.5

•显然除了在不得已的情况下，这种降压使用

的做法应避免。

功率因数的人工补植

•在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并

联电容器单只容量Qci决定并联电容器的个数:

n=Qc/Qc1

•由上式计算所得的数值对三相电容器应取相

近偏大的整数。若为单相电容器,则应取3的

整数倍，以便三相均衡分配。

电参器r柜)台数的确定

•电容器的台数N：

Q

N二------c-----

Z、2

\U\

QNC7一

VA^C7

•每相所需电容器台数为n=N/3

•因为电容器一般分成两组，分别接在变电所6(10)

kV的两段母线上，所以n应取与计算值相等或稍大

的偶数。

电求察的接线方式

­接线方式分为三角形接线和星形接线

A三角形接线：当电容器额定电压按

电网的线电压选择时，应采用三角

形接线。

»星形接线：当电容器额定电压低于

电网的线电压时，应采用星形接线。

电参器的接线方式

A相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加

电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的

三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形

接线可节约