第2章 工厂的电力负荷及其计算,本章主要内容：电力负荷有关概念 用电设备组计算负荷工厂计算负荷 尖峰电流及其计算,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“电力负荷”又称电力负载。在不同的场合可以有不同的含义。 负荷的两种含义： 1、用电的用户或设备 2、功率或电流,这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。,一级负荷,二级负荷,三级负荷,要求由两个独立电源供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源供电。设置应急电源。,这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。,二级负荷应由双回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。,不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。,对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。,根据用户对供电可靠性要求和中断供电造成的损失或影响,名词解释,双电源：指两路电源分别来自不同的发电厂；或一路电源来自发电厂，另一路电源来自区域变电站；或两路电源均来自不同的区域变电站。双回路：指两路电源来自同一变电所的不同的母线分段。,工厂用电负荷的分级,小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,二、 用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种： （1）连续工作制（长期工作制） （2）短时工作制（短暂工作制） （3）断续周期工作制（重复短暂工作制）,连续工作制（长期工作制）,在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。,短时工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。,3. 反复短时工作制这类设备周期性地时而工作，时而停歇，工作周期一般不超过10 min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机。通常用“暂载率”(又称“负荷持续率” )来描述此类设备的工作特征。暂载率是指一个周期内工作时间与工作周期的百分比值，用表示，即(2-6)式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。反复短时工作制设备的额定容量，一般是对应于某一标准暂载率的。,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。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。一般用一次要超过5分钟以上的用电设备，在设计时不考虑暂载率。起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。,三、负荷曲线 负荷曲线（load curve）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）。,1负荷曲线的分类,按负荷对象分工厂负荷曲线车间负荷曲线某台设备的负荷曲线按负荷的功率性质分有功负荷曲线无功负荷曲线,按表示的时间分年负荷曲线月负荷曲线日负荷曲线工作班负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线,三. 负荷曲线 日负荷曲线日负荷曲线表示负荷在一昼夜24小时内的变化曲线。图2-1表示某工厂的日有功负荷曲线。,日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法有： (1) 以某个监测点为参考点，在24小时内各个时刻记录有功功率表的读数，依点连成的负荷曲线，如图2-1(a)所示；(2)通过接在供电线路上的电能表，每隔半小时将其读数记录下来，求出0.5小时的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，连成阶梯状的负荷曲线，如图2-1(b)所示。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形。其时间间隔取得愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。,年负荷曲线年负荷曲线反映负荷全年(8760小时)的变化情况，如图2-2所示。年负荷曲线通常绘成年负荷持续时间曲线，如图2-2(c)所示。它是根据某一年中具有代表性的夏日负荷曲线(见图2-2(a) )和冬日负荷曲线(见图2-2(b) )来绘制的。其中，夏日和冬日在全年中所占的天数应视当地的地理位置和气温情况而定。一般北方地区可近似认为夏日165天，冬日200天；南方地区则可近似认为夏日200天，冬日165天。绘制时以负荷使用时间为横坐标，按负荷大小依次排列，全年按8760小时计。从年负荷持续时间曲线能明显看出： 一个企业在一年内不同负荷值所持续的时间，从而可以对系统进行分析。,图2-2 年负荷持续时间曲线的绘制(a) 夏日负荷曲线；(b) 冬日负荷曲线；(c) 年负荷持续时间曲线,另一种形式的年负荷曲线是按全年每日最大负荷(通常取每日最大负荷的半小时平均值)来绘制的，如图2-3所示。横坐标依次以全年12个月份的日期来分格。这种负荷曲线主要用来确定拥有多台电力变压器的用户变电所在一年内不同时期宜于投入几台运行，即所谓的经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电的经济效益。负荷曲线对于从事供电设计和运行的人员来说是十分重要的，通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，从中获得一些对设计和运行有用的资料。,图2-3 年每日最大负荷曲线,1年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax是指在全年负荷最大的工作班内，消耗电能最大的半小时的平均功率，也称为半小时最大负荷，用P30表示（2）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P30)持续运行一段时间后所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。这段时间就是年最大负荷利用小时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。,P30=,（2-3）,年最大负荷利用小时的大小表明了工厂消耗电能是否均匀，Tmax越大，则负荷越平稳。它与工厂的生产班制有明显的关系。一般地，一班制工厂Tmax=18003000h两班制工厂Tmax=35004800h三班制工厂Tmax=50007000h年最大负荷利用小时数是用年耗电量比上所有用电设备的额定功率之和而得。,负荷全年实际耗用电能,最大负荷利用小时的来由,查电气工程基础（华中科技大学出版社）的最大负荷的表最大负荷利用小时是这样写的：*负荷类型 年最大负荷利用小时数Tmax/h*屋内照明及生活用电 20003000单班制工业企业 15002500两班制工业企业 30004500三班制工业企业 60007000农业排灌用电 10001500,2.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 年平均负荷为Pav=Wa/8760,负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，也称为负荷曲线填充系数。即 有时也用表示有功负荷系数，用表示无功负荷系数。一般工厂=0.70.75，=0.760.82。对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。即,第二节. 三相用电设备组计算负荷的确定,一. 概述1.工厂配电系统的设计思路：.工厂根据需要采购进各种电气设备，每个电气设备的铭牌上都标有额定容量。.将每一台电气设备的额定容量按规定进行换算至统一规定工作制下的额定容量（Pe)。.将每台的Pe相加得到总的设备容量 Pe Pe乘上相关系数得到计算负荷。将计算负荷作为设计工厂配电系统的依据，从而合理选择配电系统所有组成元件（如电力变压器、开关、导线及电缆）。,2. 计算负荷的概念 通过负荷的统计计算求出的用来按发热条件选择供配电系统各元件的负荷值，称为计算负荷。 在设计计算中取“半小时最大负荷P30(即年最大负荷Pmax)”作为计算负荷。 原因：计算负荷实际上与从负荷曲线上测出的半小时最大负荷P30 (Pmax)是基本相当的。,计算负荷与P30 (Pmax)是基本相当的详解,因为中小截面 (35 mm2以下)的导线发热时间常数T一般在10 min以上，导体达到稳定温升的时间约为(34)T，即对多数导体发热并达到稳定温升的时间约为30 min。尖峰电流负荷值虽大，但持续时间很短，导体的温升还未升高到相应负荷的温升，尖峰电流就已消失。所以只有持续30 min以上的平均最大负荷值才可能构成导体的最高温升。故计算负荷与稳定在半小时以上的最大负荷P30基本相当。,在设计计算中取“半小时最大负荷P30(即年最大负荷Pmax)”作为计算负荷。1.供电系统对用电设备组提供负荷，假设该负荷让组内所有用电设备在实际运行中产生的温升是设备允许最大温升。而另一等效负荷产生的温升也是设备允许最大温升。2.中小截面导体的发热时间常数一般在10min左右，而导体达到稳定温升需要(3-4)，即30min左右。所以用电设备产生允许最大温升的时间即定为30min，即半小时。3. 取设备的日负荷曲线时间间隔t为30min。在日负荷曲线上找到 “半小时最大平均负荷”P30，P30对设备产生温升应该等效于实际负荷对设备产生的允许最大温升。4.所以P30从温度的角度上讲，它是一个等效负荷。这个等效负荷称为计算负荷,换种说法解释计算负荷P30,计算负荷的几个常用电气量和相应单位,P30-负荷的有功计算负荷 单位：千瓦 KWQ30-负荷的无功计算负荷 单位：千乏 kvarS30-负荷的视在计算负荷 单位：千伏安 kvAI30- 负荷的计算电流 单位：安 A,负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。,2负荷计算,工厂计算负荷的确定,需要系数法比较简便因而广泛使用。,另外还有：利用系数法、形状系数法、附加系数法.等负荷计算的方法,二.需要系数法确定计算负荷1.需要系数的慨念 一个车间有很多台用电设备，它们的负荷曲线都不相同。 在进行负荷计算时，应按其负荷曲线相同的特点对设备进行分组。 每组内各设备的设备容量PN总和是该组总设备容量Pe： Pe=PN. 设备容量Pe算出后，还不能直接确定计算负荷P30。因为： 同一用电设备组这些设备不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，设备本身有功率损耗，配电线路有功率损耗。 因此在确定设备组的计算负荷时，应考虑一个系数，这个系数就叫需要系数。用Kd表示。即： PeKd=P30 (2-9),