論工廠的電力負荷計算及意義(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一概述電力負荷計算的目的是：（1）、計算變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。（2）、計算流過各主要電氣設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等）的負荷電流，作為選擇這些設(shè)備的依據(jù)。（3）、計算流過各條線路（電源進線、高低壓配電線路等）的負荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。（4）、計算尖峰負荷，用于保護電氣的整定計算和校驗電動機的啟動條件。（5）、為電氣設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。二工廠電力負荷的分級及設(shè)備容量的確定1.電力負荷的概念電力負荷又稱為電力負載。它有兩重含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用電單位（用戶），如說重要負荷、不重要負荷、動

2、力負荷、照明負荷等。另一是指用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定。2.負荷分級的相關(guān)規(guī)范：電力負荷應(yīng)根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應(yīng)符合下列規(guī)定。符合下列情況之一時，應(yīng)為一級負荷：（1）.中斷供電將造成人身傷亡時。 （2）.中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢，國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。 。符合下列情況之一時，應(yīng)為二級

3、負荷：（1）中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。（2）中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。 （3）另外，不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。3. 設(shè)備容量的確定（1）長期工作制和短時工作制的用電設(shè)備長期工作制和短時工作制的設(shè)備容量就是該設(shè)備的銘牌額定功率。（2）反復(fù)短時工作制的用電設(shè)備反復(fù)短時工作制的設(shè)備容量是指某負荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的

4、功率。常用設(shè)備的換算要求如下：電焊機和電焊機組要求統(tǒng)一換算到=100%時的功率，即：式中，PN 為電焊機額定有功功率，SN 為額定視在功率，N為額定負荷持續(xù)率，100%為其值為100%的負荷持續(xù)率，cosN為額定功率因數(shù)。（3）起重機（吊車電動機）要求統(tǒng)一換算到=25%時的額定功率，即：式中，PN 為額定有功功率，N 為額定負荷持續(xù)率，25%為其值為25%的負荷持續(xù)率。（4）電爐變壓器組設(shè)備容量是指在額定視在功率下的有功功率，即：Pe=SNcosN式中，SN是電爐變壓器的額定容量，cosN 是電爐變壓器的額定功率因數(shù)。（5）照明設(shè)備不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如白熾燈、碘鎢燈）的設(shè)備容量就是其額定功

5、率。用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如熒光燈、高壓水銀燈）的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失：熒光燈：Pe=1.2PN；高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：Pe=1.1PN。照明設(shè)備的設(shè)備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：Pe=S/1000，式中是建筑物單位面積的照明容量，S為建筑物的面積。三三相用電設(shè)備組計算負荷的確定1.通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負荷值，稱為計算負荷。根據(jù)計算負荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如以計算負荷連續(xù)運行，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約為（34），為發(fā)熱時間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其10min，因此載流導(dǎo)體

6、大約經(jīng)30min（即半小時）后可達到穩(wěn)定溫升值。由此可見，計算負荷實際上與從負荷曲線上查得的半小時最大負荷P30（亦年最大負荷Pmax）是基本相當?shù)摹?.負荷計算中存在的問題總結(jié)多個設(shè)計單位的負荷計算書，列出如下幾個問題。（1）數(shù)據(jù)庫不完善一個完備的、滾動更新的數(shù)據(jù)庫（系數(shù)、功率因數(shù)等）對負荷計算是至關(guān)重要的。數(shù)據(jù)陳舊是目前負荷計算的突出問題。幾十年來，生產(chǎn)工藝、用電設(shè)備等的都在朝著節(jié)能高效的方向發(fā)展，但設(shè)計手冊的系數(shù)值，自第一版起就沒變化過，設(shè)計人員也套用了幾十年，通常設(shè)計的變壓器投運后負荷率偏低。當然負荷率偏低也可能有其他因素（如實際投運設(shè)備比設(shè)計少、產(chǎn)能未達預(yù)期、設(shè)計人員偏保守等），不能

7、全歸咎于計算系數(shù)。但數(shù)據(jù)“年久失修”早已成為共識,需要系數(shù)、利用系數(shù)法的計算系數(shù)大多源于蘇聯(lián)及我國早先的文獻，可追溯至1930 年。文獻是我國翻譯蘇聯(lián)1961 年的設(shè)計導(dǎo)則，其中提到“技術(shù)的革新會使需要系數(shù)、利用系數(shù)發(fā)生變化。因此各部門主導(dǎo)設(shè)計院和研究所應(yīng)該系統(tǒng)地在該工業(yè)部門有代表性的企業(yè)中進行電氣負荷調(diào)查。”建議設(shè)計單位應(yīng)起到牽頭作用，聯(lián)合使用部門、設(shè)備制造廠，堅持不懈的做好經(jīng)驗總結(jié)和數(shù)據(jù)庫建設(shè)的工作。各行業(yè)設(shè)計單位之間應(yīng)相互交流、共享數(shù)據(jù)庫。（2）設(shè)計輸入文件深度不夠設(shè)備資料是負荷計算的重要依據(jù)。負荷計算需要詳細的設(shè)備信息，如起重機的每個電動機功率、暫載率、效率等。當前工程初步設(shè)計、施工圖

8、設(shè)計階段，設(shè)備通常還沒有訂貨，其他專業(yè)人員能提供給電氣設(shè)計人員的一般僅為設(shè)備總的供電功率，如一臺熱處理設(shè)備200kW，有時也能提出其中最大一臺電機功率或各類設(shè)備所占比例，但難再提出更詳盡的資料，這便增加了負荷計算的誤差。（3）忽視了利用系數(shù)法的“非線性陷阱”利用系數(shù)法有效臺數(shù)的分母中含有非線性算式，如果忽略會導(dǎo)致計算錯誤.3.電氣負荷計算方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項式系數(shù)法等。（1）需要系數(shù)法：用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。（2）二項式系數(shù)法：將負荷分為基本負荷和附加負荷，后者考慮一定數(shù)量大容量設(shè)備影響。（3）利用系數(shù)法：采用利用系數(shù)求出最大負荷班的平均負荷，再考

9、慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)求得計算負荷。4.按需要系數(shù)法確定計算負荷基本公式用電設(shè)備組的計算負荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時最大負荷P30。用電設(shè)備組的設(shè)備容量Pe，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的額定容量PN之和，即Pe=PN。而設(shè)備的額定容量，是設(shè)備在額定條件下的最大輸出功率。但是用電設(shè)備組的設(shè)備實際上不一定都同時運行，運行的設(shè)備也不太可能都滿負荷運行，同時設(shè)備本身有功率損耗，配電線路也有功率損耗，因此用電設(shè)備組的有功計算負荷應(yīng)為 式中，K設(shè)備組的同時系數(shù)，即設(shè)備組在最大負荷時運行的設(shè)備容量與全部設(shè)備容量之比，KL為設(shè)備組的負荷系數(shù)，即設(shè)備

10、組在最大負荷時的輸出功率與運行的設(shè)備容量之比；e為設(shè)備組的平均效率，即設(shè)備組在最大負荷時的輸出功率與取用功率之比；WL為配電線路的平均效率，即配電線路在最大負荷時的末端功率（亦即設(shè)備組的取用功率）與首端功率（亦即計算負荷）之比。令上式中的KKL/（e、WL）=Kd，這里的Kd稱為需要系數(shù) 即用電設(shè)備組的需要系數(shù)，是用電設(shè)備組在最大負荷時需要的有功功率與其設(shè)備容量的比值。由此可得按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計算負荷的基本公式為 在求出有功計算負荷P30后，可按下列各式分別求出其余的計算負荷，無功計算負荷為 式中，tan為對應(yīng)于用電設(shè)備組cos的正切值。視在計算負荷為 式中，cos為用電設(shè)備

11、組的平均功率因數(shù)。計算電流為 = 式中，UN為用電設(shè)備組的額定電壓。5.二項式系數(shù)法 這是前蘇聯(lián)一位電氣工程師1973年首先提出來的，其確定用電設(shè)備組有功計算負荷的公式為二項式。它考慮了設(shè)備組中容量最大的幾臺對整個設(shè)備組計算負荷的影響，彌補了需要系數(shù)法的不足。此法計算也十分簡便，至今仍為我國不少設(shè)計單位和設(shè)計人員所采用。有功計算負荷：      ：表示用電設(shè)備組的平均負荷 ：表示用電設(shè)備組中的x臺容量組大的設(shè)備投入運行時增加的附加負荷，其中為x臺容量最大的設(shè)備之和 b、c：二項式系數(shù)，其數(shù)值隨用電設(shè)備組的類別和臺數(shù)而定無功計算負荷：

12、視在計算負荷： 計算電流： 6.利用系數(shù)法這是前蘇聯(lián)在20世紀中葉提出來的，它先根據(jù)利用系數(shù)求出各用電設(shè)備組在最大負荷時的平均負荷，然后求總的平均利用系數(shù)和用電設(shè)備的有效臺數(shù)，并由此查出對應(yīng)的最大系數(shù)，最后由各平均負荷之和乘以最大系數(shù)，從而求得總的有功計算負荷。利用系數(shù)法對于用電設(shè)備組無論臺數(shù)多少和容量差別大小，計算結(jié)果都比較準確。但此法計算繁復(fù)，因此應(yīng)用不普遍。7.計算方法的選擇對工廠初步設(shè)計和施工圖的負荷計算，我認為：（1）對變壓器的負荷計算優(yōu)先考慮需要系數(shù)法，對于不含大量機床、起重機的工程可采用利用系數(shù)法的改進算法進行驗證。（2）對配電干線負荷計算，當設(shè)備較多時，優(yōu)先考慮需要系數(shù)法，可汲

13、取二項式、利用系數(shù)法的思想，適當提高大型設(shè)備的需要系數(shù)；當設(shè)備較少時，可用利用系數(shù)、二項式等方法。8. 單組用電設(shè)備組的計算負荷用二項式法進行負荷計算時，既考慮用電設(shè)備組的平均負荷，又考慮幾臺最大用電設(shè)備引起的附加負荷，計算公式為：式中，b、c 為二項式系數(shù)； 是該組用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?，Px 為x 臺最大設(shè)備的總?cè)萘浚斢秒娫O(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù)n<2x 時，則最大容量設(shè)備臺數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當只有一臺設(shè)備時，可認為Pc=Pe。9.多組用電設(shè)備計算負荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上和車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。

14、因此在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應(yīng)結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)（又稱為參差系數(shù)或綜合系數(shù)）Kp和Kq： 對車間干線取 0.850.95 0.900.97對低壓母線（1）由用電設(shè)備組計算負荷直接相加來計算時取 0.800.90 0.850.95（2）由車間干線計算負荷直接相加來計算時取 0.900.950.930.97總的有功計算負荷為 總的無功計算負荷為 以上兩式中的P30,i和Q30,i分別為各組設(shè)備的有功和無功計算負荷之和。總的視在計算負荷為 總的計算電流為 四.工廠的計算負荷和年電能消耗量工廠計算負荷的確定1.按逐級計算法確定工廠計算負荷如圖1所示，工廠的計

15、算負荷（這里舉有功負荷為例）P30。1，應(yīng)該是高壓母線上所有高壓配電線計算負荷之和，在乘上一個同時系數(shù)。高壓配電線的計算負荷P30。2，應(yīng)該是該線所供車間變電所低壓側(cè)的計算負荷P30。3，加上變壓器的功率損耗PT和高壓配電線的功率損耗PWL1如此逐級計算。但對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于線路一般不是很長，因此在計算負荷時往往省略不計。工廠及變電所低壓側(cè)總的計算負荷P30、Q30、S30和I30的計算公式，分別如前面公式所示，其 0.80.95， 0.850.97。2.按需要系數(shù)法確定工廠計算負荷將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘縋e（不含備用設(shè)備容量）乘上一個需要系數(shù)Kd，即得到全廠的有功計算負荷，即 全廠

16、的無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流按前面公式計算。3.按年產(chǎn)量估算工廠計算負荷將工廠年產(chǎn)量A乘上單位產(chǎn)品耗電量a，就得到工廠全年的需電量 各類工廠的單位產(chǎn)品耗電量a可由有關(guān)設(shè)計單位根據(jù)實測統(tǒng)計資料確定，亦可查有關(guān)設(shè)計手冊。在求出年需電量Wa后，除以工廠的年最大負荷利用小時Tmax，就可求出工廠的有功計算負荷 其他計算負荷Q30、S30、I30的計算，與上述需要系數(shù)法相同。4.工廠的功率因數(shù)、無功補償及補償后的工廠計算負荷（1）瞬時功率因數(shù) 瞬時功率因數(shù)可由功率因數(shù)表（相位表）直接測量，亦可以由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出（間接測量） 式中，P為功率表測出的三相功率讀數(shù)（kW）；I

17、為電流表測出的線電流讀數(shù)（A）；U為電壓表測出的線電壓讀數(shù)（kV）.瞬時功率因數(shù)只用來了解和分析工廠或設(shè)備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，以便采取適當?shù)难a償措施。（2）平均功率因數(shù) 平均功率因數(shù)亦稱加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計算 式中，Wp為某一時間內(nèi)消耗的有功電能，由有功電度表讀出；WQ為某一時間內(nèi)消耗的無功電能，由無功電度表讀出。（3）最大負荷時的功率因數(shù) 最大負荷時的功率因數(shù)指在年最大負荷（即計算負荷）時的功率因數(shù)，按下式計算 （4）無功功率補償工廠中由于有大量的感應(yīng)電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感應(yīng)負荷，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提高其自然功率因數(shù)

18、的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮人工補償。要使功率因數(shù)由提高到，必須裝設(shè)的無功功率補償裝置容量為 或 式中，稱為無功補償率，或比補償容量。這無功補償率，是表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的無功補償容量kvar值。在確定了總的補償容量后，即可根據(jù)所選并聯(lián)電容器的單個容量qC來確定電容器的個數(shù)，即 由上式計算所得的電容器個數(shù)n,對于單相電容器來說，因取3的倍數(shù)，以便三相均衡分配。（5）無功補償后的工廠計算負荷工廠裝設(shè)了無功補償裝置后，則在確定補償裝置裝設(shè)地點以前的的總計算負荷時，應(yīng)扣除無功補償?shù)娜萘?，即總的無功計算負荷 補償后總的視在計算負荷 由上式可以看出，在變電所低壓

19、側(cè)裝設(shè)了無功補償裝置以后，由于低壓側(cè)總的視在計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器的容量選得小一些，不僅降低了變電所的初投資，而且可減少工廠的電費開支。（6）工廠年電能消耗量的計算工廠年電能消耗量的較精確的計算，可用工廠的有功和無功計算負荷P30和Q30，即年有功電能消耗量Wp·a=P30Tmax 年無功電能消耗量 Wq·a=Q30Tmax 式中，為年平均有功負荷系數(shù)，一般取0.70.75；為年平均無功負荷系數(shù)，一般取0.760.82；Ta為年實際工作小時數(shù)。五尖峰電流及其計算1.尖峰電流是指持續(xù)時間12s的短時最大負荷電流。2.尖峰電流主要用來選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼

20、電保護裝置及檢驗電動機自啟動條件等。3.尖峰電流計算方法：（1）單臺設(shè)備尖峰電流的計算單臺設(shè)備的尖峰電流就是其啟動電流，因此尖峰電流為式中 IN 為設(shè)備額定電流， Ist 為設(shè)備啟動電流，Kst 為設(shè)備的啟動電流倍數(shù)，鼠籠型電動機為 5-7，繞線型電動機為2-3，直流電動機約為1.7，電焊變壓器為3或稍大。（2） 多臺設(shè)備尖峰電流的計算式中Istmax和 (Ist-IN )max 分別為用電設(shè)備中啟動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的啟動電流及其啟動電流與額定電流之差， 為除啟動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備之外的其他n-1臺設(shè)備的額定電流之和，K為上述n-1臺的同時系數(shù)，按臺數(shù)多少選取，一般為