中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X第二章第二章 负荷计算与功率因数补偿负荷计算与功率因数补偿负荷曲线及参数负荷计算方法企业负荷的确定与变压器选择功率因数补偿技术中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X第一节 负荷曲线及参数中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X负荷计算目的 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 选择无功补偿装置中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X什么是负荷曲线负荷曲线（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、无功功率或者视在功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时、日、月、年为单位）。 中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X一、日有功负荷曲线1.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，见图2-1a。（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， 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,如 图2-1b 。 2.特点（1）电力负荷是变化的，不等于额定功。 （2）电力负荷的变化是有规律的。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X二、年有功负荷曲线 年有功负荷曲线又叫做有功负荷全年持续时间曲线。表示用户在一年之内（8760h）各不同负荷所持续的时间，排列不分日月接线，以有功负荷的大小和实际使用的时间 积累从左到右阶梯绘出。年有功负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。绘制方法如图2-2所示。图2-2是某企业年负荷曲线，其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定 。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方 ，近似认为冬季165天，夏季200天。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X年有功负荷曲线的绘制（c）年负荷曲线（a）夏季日负荷曲线 （b）冬季日负荷曲线 中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X三、年每日最大负荷曲线 该曲线按全年每日的最大负荷绘制，横坐标依次以全年十二个月的日期来分格，适用于确定拥有多台电力变压器的 企业变电站在不同时间适合投入变压器运行的台数，实现经 济运行，降低损耗。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X四、负荷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P30)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。 中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X 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。年最大负荷利用小时数Tmax一班制工厂Tmax=10003000h 两班制工厂Tmax=30005000h 三班制工厂Tmax=50008000h中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X 平均有功负荷Pav 平均有功负荷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At除以时间t的值，即 Pav=At/t 年平均负荷：Pav=At/8760 负荷系数： Klo=Pav/ Pmax 对用电设备：Klo=P / PN中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X需用系数和利用系数 需用系数Kd 需用系数Kd是用电设备组实际从电网吸收的最大 负荷与该用电设备组的额定总容量的比值，即 Kd =Pmax/PN 利用系数Kc 需用系数Kd是用电设备实际从电网吸收的平均负 荷与该用电设备组的额定总容量的比值，即 Kd =Pav/PN 各类企业用电设备组的典型需用系数和利用系数 可以查表中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X计算负荷 计算负荷（calculated load） 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(Qca、Sca、Ica) 表示。 负荷计算就是求计算负荷Pca,Qca,Sca和 Ica中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X 虽然年最大负荷Pmax和计算负荷Pca定义不一样， 但其物理意义相近，因此基本满足以下关系Pmax = PcaQmax = QcaSmax = Sca中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X 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 3=31030（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。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X内容回顾 中性点运行方式分类 （1)中性点不接地方式 （2)中性点经消弧线圈 （3)中性点直接接地方式 （4)中性点经电阻接地方1、中性点不接地方式主要特点：单相接地电流小单相接地时，电力用户能继续工作，提高了供电可靠 性。接地处有接地电流流过，会引起电弧设备和线路对地绝缘按线电压设计适用范围：3-10kV电网。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X2、中性点直接接地的三相系统主要特点：设备和线路对地绝缘可以按相电压设计单相短路时须断开故障线路，中断用户供电，影响供电可 靠性单相短路电流对附近通信线路产生电磁干扰。适用范围：我国电压等级为110kV及以上，380/220V三相 四线制的系统 3、中性点经消弧线圈接地主要特点：发生单相接地故障时，通过消弧线圈产生感性电流，从而 减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高 供电可靠性。电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑。可继续供电2小时，提高供电可靠性。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X4、中性点经电阻接地能将中性点电位、接地电流限制在一定范围之内在某些国家的煤矿井下被采用，在我国没有被采用。第二章 负荷计算与功率因数补偿 第一节 负荷曲线及参数 什么是负荷曲线 一、日有功负荷曲线1.绘制的方法2.特点 二、年有功负荷曲线 1.绘制的方法 三、年每日最大负荷曲线中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X四、负荷计算的几个物理量 年最大负荷Pmax 年最大负荷利用小时数Tmax 平均有功负荷Pav年平均负荷负荷系数 需用系数Kd 利用系数Kc中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X第二节 负荷计算方法中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X负荷计算计算方法负荷计算计算方法 需用系数法计算简便、对任何性质的企业负荷都适用， 计算结 果符合实际，适用于用电设备容量相差小而且用电设 备数量较多的场合 二项系数法适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工 企业、煤矿井下综合机械化采煤工作面等 利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概论论分析出最大 负荷和平均负荷的关系，但计算繁琐，实际应用少。 单位电耗法常用于方案设计中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X一、设备容量的确定一、设备容量的确定用电设备铭牌上面标出的功率（或者容量）称为 电设备的额定功率PN，在计算负荷的时候，不能将额定功率简单的直接相加，而需将不同工作制的用电设 备额定功率转换成统一规定的工作制条件下的功率， 称为用电设备功率PN中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X用电设备按其工作方式可分为三种：（1）长期连续工作制如通风机、空气压缩机、水泵、电动发动机等 PN=PN（2）短时工作制如井下的排水泵 PN=PN中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X（3）断续周期工作制 这类工作制的设备周期性的时而工作时而停歇，工 作周期不超过10min，如电焊机、吊车电机等。 断续周期工作制的设备，通常用负荷持续率表征 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： 式中 t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工 作周期T。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X注意点： 同一用电设备，在不同的负荷持续率工作时，其输 出功率是不一样的。 不同负荷持续率的设备容量必须换算为同一负荷持 续率下的容量才能进行相加运算，并且这种运算是 等效换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换 算。由于电流I通过设备在t时间内产生的热量为I2Rt 。因此，在设备电阻不变而产生热量又相等的情况下 ， , 而在同电压下，设备容量 。由负荷持续率公式我们可以知道，同一周期的负荷 持续率 ，因此可以得出 。中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X如果假设设备在 下的额定容量为 ，则换算到 下的设备容量 为中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的铭牌负荷持续率一般15%、25%、40%和50% 四种，为了计算方便一般统一换算到=25%时的额 定功率（kW），若其N不等于25%时应进行换算 ，公式为:中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X电焊机及电焊变压器的铭牌负荷持续率一般有 50%、60%、75%和100%四种，为了方便计算一 般统一换算到100%时的额定功率（kW）。若 其铭牌暂载率N不等于100%时，应进行换算，公 式为:中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X例 有一电焊变压器，其铭牌上给出：额定容量SN=42kVA,负荷持续率 ，功率因数 ，求该电焊变压器的设备容量 解：电焊装置的设备功率统一换算到 ，所以设备容量为 例 某车间有一台10t桥式起重机，设备铭牌上给出：额定功率 PN=39.6kW,负荷持续率 , 求该起重机的设备容量解：起重机应换算到 ，所以设备容量为 中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X（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 ，所以2台电焊机的设备容量： 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： 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， , ），车间有吊车1台11kW， ），试计算此车间的设备容量。 中国矿业大学电力工程学院输配电技术电子课件X（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 ，所以1台吊车的容量为：例 某小