電力負荷的確定和其計算

1、電力負荷的確定和其計算 任務(wù)1 工廠的電力負荷及負荷曲線任務(wù)2 三相用電設(shè)備組計算負荷的確定任務(wù)3 單相用電設(shè)備組計算負荷的確定任務(wù)4 工廠總計算負荷的確定任務(wù)5 尖峰電流及計算任務(wù)1 工廠的電力負荷及負荷曲線電力負荷的分級及其對供電電源的要求電力負荷的概念電力負荷指耗用電能的用電設(shè)備或用電單位（用戶）。 電力負荷指用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流大小 。電力負荷的分級（對供電可靠性的要求）一級負荷二級負荷三級負荷各級負荷對供電電源的要求一級負荷要求由兩個電源供電，當其中一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。常用的應(yīng)急電源可使用下

2、列幾種電源：獨立于正常電源的柴油發(fā)電機組；供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門供電線路；蓄電池；干電池。二級負荷要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺（這兩臺變壓器不一定在同一變電所）。在其中一回路或一臺變壓器發(fā)生常見故障時，二級負荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷供電后能迅速恢復(fù)供電。只有當負荷較小或者當?shù)毓╇姉l件困難時，二級負荷可由一回 6kV及以上的專用架空線路供電。三級負荷三級負荷屬于不重要的一般負荷，對供電電源沒有特殊要求。用電設(shè)備的工作制連續(xù)工作制 設(shè)備在恒定負荷下運行，且運行時間長到足以使之達到熱平衡狀態(tài) 。短時工作制 設(shè)備在恒定負荷下運行的時間短，而停歇的時間長。斷續(xù)周期工作制 設(shè)備周期性地時

3、而工作，時而停歇，如此反復(fù)運行，而工作周期一般不超過10min ，無論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達到熱平衡，如電焊機和吊車電動機等。負荷持續(xù)率及斷續(xù)周期工作制設(shè)備容量的換算一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用表示，即 式中T 為工作周期；t為工作周期內(nèi)的工作時間； 為工作周期內(nèi)的停歇時間。 如果設(shè)備在 下的容量為PN,則換算到下的設(shè)備容量為Pe為負荷曲線及有關(guān)的物理量負荷曲線在直角坐標紙上繪出的表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，縱坐標表示負荷值，橫坐標表示對應(yīng)的時間，一般以小時（h）為單位。圖2-1 日有功負荷曲線a）依點連成的負荷曲線 b）繪成梯形的負荷曲線年負荷曲線通常繪成負

4、荷持續(xù)時間曲線，按負荷大小依次排列，如圖2-2c 所示，全年時間按8760h計。圖2-2 年負荷持續(xù)時間曲線的繪制a）夏日負荷曲線 b）冬日負荷曲線 c）年負荷持續(xù)時間曲線 從各種負荷曲線上，可以直觀地了解電力負荷變動的情況，掌握負荷變動的規(guī)律，并從中可獲得一些對設(shè)計和運行有用的資料。有關(guān)物理量年最大負荷和年最大負荷利用小時年最大負荷全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時的平均功率。因此年最大負荷也稱為半小時最大負荷P30。 年最大負荷利用小時是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負荷按年最大負荷 持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該負荷全年實際消耗的電能，如圖2-4所示。圖2-4 年最大負荷和年

5、最大負荷利用小時 年最大負荷利用小時按下式計算：式中 Wa 為全年消耗的電能量。年最大負荷利用小時是反映電力負荷特征的一個重要參數(shù)，它與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，Tmax=18003000h；兩班制工廠， Tmax=35004800h；三班制工廠， Tmax =50007000h 。平均負荷和負荷系數(shù)平均負荷（average load） 平均負荷Pav，就是電力負荷在一定時間內(nèi)平均消耗的功率，即 式中Wt 為時間 t內(nèi)消耗的電能量。負荷系數(shù)又稱負荷率，是用電負荷的平均負荷Pav與其最大負荷 Pmax的比值，即對用電設(shè)備來說，負荷系數(shù)是設(shè)備的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN 的比值

6、，即圖2-5 年平均負荷 任務(wù)2 三相用電設(shè)備組計算負荷的確定概述負荷計算是正確地選擇供電系統(tǒng)中的所有元件（如電力變壓器、開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線電纜等）的依據(jù) 。通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用以按發(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。計算負荷是供電設(shè)計的基本依據(jù)。計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。確定計算負荷的方法需要系數(shù)法和二項式法。需要系數(shù)法是國際上通用的確定計算負荷的方法，最為簡便實用。二項式法應(yīng)用的局限性較大，但在確定設(shè)備臺數(shù)較少而容量差別懸殊的分支線路的計算負荷時，較之采用需要系數(shù)法合理，且其計算也較簡便。按需要系數(shù)法確定計算負荷用電設(shè)備

7、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 ，如圖2-6所示。 式中 為設(shè)備組的同時系數(shù)； 為設(shè)備組的負荷系數(shù)； 為設(shè)備組的平均效率； 為配電線路的平均效率。令上式中的 ，這Kd 即“需要系數(shù)”。由上式可知，需要系數(shù)的定義式為 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用的有功功率與其設(shè)備容量的比值。 計算公式有功計算負荷P30：無功計算負荷：視在計算負荷：計算電流： 公式中， 為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)； 為對應(yīng)于用電設(shè)備組 的正切值；UN 為用電設(shè)備組的額定電壓。負荷計算中常用的單位：有功功率為“千瓦”（kW）；無功功率為“千乏”（kvar）視在功率為“千伏

8、安”（kVA）電流為“A”，電壓為“kV”。例2-1 已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓為380V的三相電動機7.5kW 3臺,4kW 8臺,3kW 17臺,1.5kW 10臺。試求其計算負荷。 解：此機床組電動機的總?cè)萘繛?查附錄表中“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項，得 （取0.2）, , 因此可求得: 有功計算負荷 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流 設(shè)備容量的計算需要系數(shù)法基本公式中的設(shè)備容量, 不包含備用設(shè)備的容量, 而且要注意, 此容量的計算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。對一般連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量就是其所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）額定容量之和。對斷續(xù)周期工作

9、制的用電設(shè)備組設(shè)備容量就是將所有設(shè)備（亦不含備用設(shè)備）在不同負荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率之和。電焊機組其容量要求統(tǒng)一換算到 =100% ，因此換算后的設(shè)備容量為：吊車電動機組其容量要求統(tǒng)一換算到 ，因此可得換算后的設(shè)備容量為： ，即多組用電設(shè)備計算負荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或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。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) 和 ：對車間干線取 對低壓母線由用電設(shè)備組的計算負荷直接相加來計算時取 由車間干線的計算負荷直接相加來計算

10、時取總的有功計算負荷為： 總的無功計算負荷為： 總的視在計算負荷為： 總的計算電流為： 注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總視在計算負荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算 。 例2-2 某機修車間380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW(其中較大容量電動機有7.5kW1臺, 4kW3臺,2.2 kW7臺), 通風機2臺共3kW, 電阻爐1臺2kW。試確定此線路上的計算負荷。 解：先求各組的計算負荷 (1). 金屬切削機床組 查附錄表1，取 故 (2). 通風機組 查附錄表1，取 故 (3). 電阻爐： 查附錄表1，取 故34.522.718.51

11、3.1 取19.113.85523車間總計01.4010.721電阻爐31.82.40.750.80.832通風機217.3101.730.50.25020切削機床1計 算 負 荷 需要系數(shù)容量 臺數(shù)n設(shè)備名稱 序號表2-1 例2-2的電力負荷計算表（按需要系數(shù)法） 因此380V線路上的總計算負荷為 （取 ） 在供電工程設(shè)計說明書中，為了使人一目了然，便于審核，常采用計算表格的形式，如表2-1所示。 式中bPe為二項式第一項，表示設(shè)備組的平均負荷，其中Pe是用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?，其計算方法如前需要系?shù)法中所述；cPx為二項式第二項，表示設(shè)備組中x 臺容量最大的設(shè)備投入運行時增加的附加負荷，其

12、中Px是x 臺最大容量的設(shè)備總?cè)萘?；b、c為二項式系數(shù)。 其余的計算負荷Q30、S30和I30 的計算，與上述需要系數(shù)法的計算相同。 三. 按二項式法確定計算負荷 (一). 二項式法的基本公式 二項式法的基本公式是 任務(wù)3 單相用電設(shè)備組計算負荷的確定概述如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，則不論單相設(shè)備如何分配，單相設(shè)備可與三相設(shè)備綜合按三相負荷平衡計算。如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量15%時，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再與三相設(shè)備容量相加。 單相設(shè)備組等效三相負荷的計算單相設(shè)備接于相電壓時的負荷計算等效三相設(shè)備容量Pe應(yīng)按最大負荷相所接的單相設(shè)備容

13、量 的3倍計算，即等效三相計算負荷則按前述需要系數(shù)法計算。單相設(shè)備接于線電壓時的負荷計算單相設(shè)備接于同一線電壓時由于容量為 的單相設(shè)備在線電壓上產(chǎn)生的電流，此電流應(yīng)與等效三相設(shè)備容量Pe 產(chǎn)生的電流相等，因此其等效三相設(shè)備容量為：單相設(shè)備混合接入相、線電壓（換算，略）任務(wù)4 工廠總計算負荷的確定線路功率損耗有功損耗是電流通過線路電阻所產(chǎn)生的，按下式計算：式中I30為線路的計算電流；Rwl為線路每相的電阻。電阻 ，這里 為線路長度，R0為線路單位長度的電阻值，可查有關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。無功損耗電流通過線路電抗所產(chǎn)生的，按下式計算：式中I30 為線路的計算電流；Xwl為線路每相的電抗。 變壓器功率損

14、耗有功損耗無功損耗在負荷計算中，對S9、SC9等新系列低損耗電力變壓器，可按下列簡化公式計算：有功功率損耗 無功功率損耗 本公式簡單，在工程實際中應(yīng)用廣泛。 工廠計算負荷的確定按逐級計算法需要系數(shù)法按年產(chǎn)量估算法將工廠年產(chǎn)量A乘上單位產(chǎn)品耗電量 ，就可得到工廠全年的需電量各類工廠的單位產(chǎn)品耗電量可由有關(guān)設(shè)計手冊或根據(jù)實測資料確定。在求出年需電量W后，將它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和I30 的計算，與上述需要系數(shù)法相同。功率因數(shù)及無功補償功率因數(shù)瞬時功率因數(shù)式中P 為三相功率；U 為線電壓；I 為電流。平均功率因數(shù)我國供電企業(yè)每月向

15、用戶計收電費，就規(guī)定電費要按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。最大負荷時的功率因數(shù)供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，應(yīng)達到下列規(guī)定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售企業(yè)，功率因數(shù)為以上。農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為 。無功補償電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分:一是有功功率;二是無功功率。直接消耗電能,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,熱能等。利用這些能做功,這部分功率稱為有功功率。不消耗電能;只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能。它是電氣設(shè)備運行的必備條件。這部分功率稱為無功功率,如電動機和家庭用的電磁爐建立磁場占用的電能。無功補償裝置無功補

16、償?shù)淖饔锰岣唠娋W(wǎng)及負載的功率因數(shù)，降低設(shè)備所需容量，減少不必要的損耗。穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量。而在長距離輸電線路中安裝合適的無功補償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電網(wǎng)中任何情況下都要求無功電源大于無功負荷，要有存儲。根據(jù)實際運行資料，無功功率的儲備容量必須達到最大無功負荷的78%。 無功功率不僅要作全網(wǎng)平衡，而且要作各地區(qū)平衡；不僅全網(wǎng)平衡中要有儲備容量，而且各地區(qū)都要有儲備容量，才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。 無功補償?shù)姆椒ㄍ桨l(fā)電機：調(diào)整勵磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運行，輸出有功功率的同時輸出無功功率； 同步電動機：與同步發(fā)電機一樣可提供無功；同步調(diào)相機：當同步電

17、機空載運行而僅向電網(wǎng)輸送無功功率時，便被稱為調(diào)相機。靜止無功補償裝置：早期為飽和電抗器型的，目前較先進的采用了自換相變流電路。并聯(lián)電容器：可提供超前的無功功率以補償感性負荷，多裝于降壓變電所，還可就地補償。配置原則總體平衡與局部平衡結(jié)合，獲得最優(yōu)化的組合，到達最佳補償效果。分散補償與客戶補償相結(jié)合，供電部門補償電網(wǎng)的無功損耗，客戶補償用電設(shè)備的無功損耗，盡可能做到就地補償、就地平衡。分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主。分散補償是在配電網(wǎng)的配電線路、配電變壓器和客戶的用電設(shè)備進行分散直接補償，而集中補償是在變電站集中裝設(shè)較大容量的補償設(shè)備，用于補償主變及上級電網(wǎng)的無功損耗。配電網(wǎng)常用無功補

18、償方案變電站集中補償變電站集中補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器等，主要目的是平衡輸電網(wǎng)的無功功率，改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護方便等優(yōu)點，但這種補償方案對10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。配電變低壓補償配電變低壓補償是目前應(yīng)用最普遍的補償方法。由于用戶的日負荷變化大，通常采用微機控制、跟蹤負荷波動分組投切電容器補償，總補償容量在幾十至幾百千乏不等。目的是提高專用變用戶功率因數(shù)，實現(xiàn)無功的就地平衡，降低配電網(wǎng)損耗和改善用戶電壓質(zhì)量。配電線路固定補償大量

19、配電變壓器要消耗無功，很多公用變壓器沒有安裝低壓補償裝置，造成的很大無功缺額需要變電站或發(fā)電廠承擔，大量的無功沿線傳輸使得配電網(wǎng)的網(wǎng)損居高難下，這種情況下可考慮配電線路無功補償。線路補償既通過在線路桿塔上安裝電容器實現(xiàn)無功補償。由于線路補償遠離變電站，因此存在保護難配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境限制等問題。因此，線路補償?shù)难a償點不宜過多；控制方式應(yīng)從簡，一般不采用分組投切控制；補償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補償現(xiàn)象。用電設(shè)備隨機補償在10kV以下電網(wǎng)的無功消耗總量中，變壓器消耗占30左右，低壓用電設(shè)備消耗占65以上。由此可見，在低壓用電設(shè)備上實施無功補償十分必要。從理論計算和實踐中

20、證明，低壓設(shè)備無功補償?shù)慕?jīng)濟效果最佳，綜合性能最強，是值得推廣的一種節(jié)能措施。感應(yīng)電動機是消耗無功最多的低壓用電設(shè)備，故對于廠礦企業(yè)的較大容量電動機，應(yīng)該實施就地無功補償，即隨機補償。與前三種補償方式相比，隨機補償更能體現(xiàn)以下優(yōu)點：線損率可減少20%；改善電壓質(zhì)量，減小電壓損失，進而改善用電設(shè)備啟動和運行條件；釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力?？傊?，電網(wǎng)無功補償是一項建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行有重要作用。無功補償工程是供電企業(yè)和產(chǎn)品廠家雙方的事情，都應(yīng)充分重視解決工程中的問題。補償原理：補償前的功率因數(shù)；：補償后的功率因數(shù)電容器個數(shù)的確定： 在確定并聯(lián)電容器個數(shù)時，如果是三相電

21、容器，則需取整數(shù)；如果是單相電容器，還要考慮去三的倍數(shù)，保證各相平衡。無功補償后的計算負荷無功計算負荷為補償后總的視在計算負荷為可以看出，在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補償裝置以后，由于低壓側(cè)總的計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器的容量選得小一些。這不僅降低了變電所的初投資，而且減少了工廠的電費開支。使工廠獲得一定的經(jīng)濟實惠。并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器型號使用環(huán)境，W-戶外，無字母為戶內(nèi)式相數(shù)，1-單相，3-三相單臺容量（kvar）額定電壓（kv）固體介質(zhì)代號，無字母為全電容器紙，F(xiàn)-紙、薄膜復(fù)合絕緣，M-全聚丙烯薄膜。介質(zhì)液體代號，無字母為 礦物質(zhì)油，W-烷基苯浸紙，G-苯甲基油，F(xiàn)-二芳烴烷，B-異

22、丙基聯(lián)苯產(chǎn)品代號，B-并聯(lián)電容器，C-串聯(lián)補償電容并聯(lián)電容器的安裝接線方式：三角形、單星形、雙星形。一般采用星形，但當電容器的額定電壓等于電網(wǎng)額定電壓時應(yīng)為三角形。要有必要的控制、保護裝置。安裝注意事項電容器本體大面朝東西方向，以減少日照。裝設(shè)避雷器作過電壓保護，外殼、支架、控制開關(guān)應(yīng)可靠接地。端子連接應(yīng)松緊適度。低壓無功補償裝置例2-6 某廠擬建一座降壓變電所，裝設(shè)一臺主變壓器。已知變電所低壓側(cè)有功計算負荷為650kW,無功計算負荷為800 kvar。為了使工廠變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于，如果在低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器補償時，需裝設(shè)多少補償容量？并問補償前后工廠變電所所選主變壓器容量有什么變化

23、？解：補償前應(yīng)選變壓器的容量及功率因數(shù)值 變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為 變電所主變?nèi)萘繎?yīng)滿足的條件為SNTS30(2)，因此在未進行無功補償時，變壓器容量應(yīng)選為1250kVA。 這時變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為 無功補償容量 要使高壓側(cè)的 ，由于 ，在變壓器低壓 側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)略大于，這里取 。 為使低壓側(cè)功率因數(shù)由提高到，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量應(yīng)為補償后的變壓器容量和功率因數(shù) 因此補償后變壓器容量可選為800kVA。變壓器的功率損耗為變電所高壓側(cè)的計算負荷為無功補償后，工廠的功率因數(shù)（最大負荷時）為 這一功率因數(shù)值滿足規(guī)定（）的要求。無功補償前后比較 變電所主變壓器在無功補償后減少容量為 這不僅會減少基本電費開支，而且由于提高了功率因數(shù)，還會減少電度電費開支。任務(wù)5 尖峰電流及其計算概述尖峰電流（peak current）是指持續(xù)時間12s的短時最大負荷電流。尖峰電流主要用來選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護裝置及檢驗電動機自啟動條件等。用電設(shè)備尖峰電流的計算單臺設(shè)