供電第二章精品課件

1、供電課件第二章第1頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一第2章 工廠的電力負荷和無功補償2.1 電力負荷和負荷曲線2.2 計算負荷的確定2.3 變配電所總計算負荷的確定2.4 尖峰電流的計算 小結第2頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.1.1 計算負荷的目的和意義 1“電力負荷”在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設備或用電單位，也可以指用電設備或用電單位的功率或電流的大小。 2供配電系統(tǒng)進行電力設計時，需要根據計算負荷選擇校驗供電系統(tǒng)的導線截面，確定變壓器的容量，制定改善功率因數的措施，選擇及整定保護設備等。計算負荷的確定是否合理，將直接影

2、響到電器設備和導線電纜的選擇是否經濟合理，系統(tǒng)是否正常可靠的運行。2.1.1 計算負荷的目的和意義第3頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.1.2 用電設備容量的確定(2)斷續(xù)周期工作制的設備容量是將某負荷持續(xù)率下的銘牌額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率。常用設備的換算要求如下：用電設備的銘牌“額定功率”，經過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設備容量，用pe表示。1用電設備的工作制用電設備按照工作制可以分為三類： (1)長期工作制設備 能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，而且運行時負荷比較穩(wěn)定，如通風機、水泵、空壓機、電熱設備、照明設備、電鍍設備、

3、運輸機等。(2)短時工作制設備 工作時間較短，而間歇時間相對較長，如有些機床上的輔助電動機。(3)斷續(xù)周期工作制設備 工作具有周期性，時而工作、時而停歇、反復運行，如吊車用電動機、電焊設備、電梯等。通常這類設備的工作特點用負荷持續(xù)率來表征，即一個工作周期內的工作時間與整個工作周期的百分比值。2設備容量的確定(1)長期工作制和短時工作制的設備容量就是設備的銘牌額定功 率，即第4頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 式中 與銘牌額定容量對應的負荷持續(xù)率(計算中用小數)； 其值為100的負荷持續(xù)率(計算中用1)； Cos 銘牌規(guī)定的功率因數。 2)起重機(吊車電動機)要求統(tǒng)一換

4、算到 25時的額定功率，即式中 其值為25的負荷持續(xù)率(用0.25計算)。 3) 電爐變壓器組設備容量是指在額定功率下的有功功率，即式中 電爐變壓器的額定容量；Cos 電爐變壓器的額定功率因數。 1)電焊設備 要求統(tǒng)一換算到 100時的功率，即2.1.2 用電設備容量的確定第5頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 照明設備的設備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：S/1000 式中 建筑物單位面積的照明容量(Wm2)；S建筑物的面積(m2)。S/1000 4)照明設備不用鎮(zhèn)流器的照明設備(如白熾燈、碘鎢燈)的設容量指燈頭的額定功率，即 用鎮(zhèn)流器的照明設備(如熒光燈、高壓

5、水銀燈、金屬鹵化物燈)的設備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。熒光燈： 高壓水銀燈、金屬鹵化物燈： 2.1.2 用電設備容量的確定第6頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一1負荷曲線的繪制負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，可以直觀地反映用戶用電的特點和規(guī)律。（1）日有功負荷曲線 代表負荷在一晝夜間(024h)變化情況，如圖2-1所示。其時間間隔取的愈短，曲線愈能反映負荷的實際變化情況。日負荷曲線與橫坐標所包圍的面積代表全日所消耗的電能。 2.1.3 電力負荷曲線(a)折線形負荷曲線 (b)階梯形負荷曲線2-1 日有功負荷曲線第7頁，共44頁，2022年，5月20日

6、，16點27分，星期一（2）年負荷曲線 反映負荷全年(8760h)變動情況，如圖2-2所示。年負荷曲線又分為年運行負荷曲線和年持續(xù)負荷曲線。年運行負荷曲線可根據全年日負荷曲線間接制成；年持續(xù)負荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負荷曲線和夏季日負荷曲線。通常用年持續(xù)負荷曲線來表示年負荷曲線，繪制方法如圖2-2所示。其中夏季和冬季在全年中占的天數視地理位置和氣溫情況而定。一般在北方，近似認為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認為冬季165天，夏季200天。圖2-2是南方某廠的年負荷曲線，圖中P1在年負荷曲線上所占的時間計算為Tl=200t1+165t2。2.1.3 電力負荷曲線(a)

7、夏季日負荷曲線 (b)冬季日負荷曲線 (c)年負荷持續(xù)時間曲線第8頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2與負荷曲線有關的參數 1） 年最大負荷 Pmax 年最大負荷是指全年中負荷最大的工作班內 (為防偶性 ， 這樣的工作班至少要在負荷最大的月份出現23次)30分鐘平均功 率的最大值，因此年最大負荷有時也稱為30分鐘最大負荷。 2） 年最大負荷利用小時 如圖2-3所示，陰影部分即為全年實際消耗的電能。如果以 表示全年實際消耗的電能，則有： 一班制工廠， 約為18003000h；兩班制工廠， 約為35004800h；三班制工廠， 約為50007000h。 2.1.3 電力負荷

8、曲線第9頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 3）平均負荷 和年平均負荷 4) 負荷系數KL （1）負荷系數是指平均負荷與最大負荷的比值，負荷系數越接近1，負荷曲線越平坦。 （2）對于單個用電設備或用電設備組，負荷系數是指設備的輸出功率和設備額定容量之比值，即其表征該設備或設備組的容量是否被充分利用。 （1）平均負荷就是指電力負荷在一定時間內消耗的功率的平均值。 （2）年平均負荷為； Wa為全年實際消耗電能。圖24 年平均負荷第10頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2. 2 計算負荷的確定 、 計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷，即用半小時最大負

9、荷 來表示有功計算負荷， 用、 和分別表示無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流。2.2.1 單個用電設備的負荷計算 1對單臺電動機，供電線路在30min內出現的最大平均負荷即計算負荷為 式中 電動機的額定功率; 電動機在額定負荷下的效率。 2 對單個白熾燈、單臺電熱設備、電爐變壓器等，設備額定容量就作為計算負荷。即： 3對單臺反復短時工作制的設備，其設備容量均作為計算負荷。不過對于吊車類和電焊類設備，則應按公式進行相應的換算。2. 2 計算負荷的確定 第11頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一用電設備組求計算負荷的常用方法有需要系數法和二項式系數法。1 需要系數法2.2.

10、2 用電設備組的負荷計算 在所計算的范圍內(如一條干線、一段母線或一臺變壓器)，將用電設備按其設備性質不同分成若干組，對每一組選用合適的需要系數，算出每組用電設備的計算負荷，然后由各組計算負荷求總的計算負荷，這種方法稱為需要系數法。所以需要系數法一般用來求多臺三相用電設備的計算負荷。 式中, Pe 設備容量。令 , Kd 就稱為需要系數。K同時系數;KL負荷系數,e平均效率(出/入容量).WL線路平均效率 附錄表1中列出了各種用電設備的需要系數值，供計算參考。 下面結合例題講解按需要系數法確定三相用電設備組的計算負荷 的計算公式。 第12頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期

11、一第13頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一第14頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一例2-1 已知某機修車間的金屬切削機床組，有電壓為380V的電動機30臺，其總 的設備容量為120kW。試求其計算負荷。 （217） （218） (220） （219） 解 查附錄表1中的“小批生產的金屬冷加工機床電動機”項，可得 = 0.160.2(取 0.2計算)， 0.5， 173。2.2.2 用電設備組的負荷計算（1）單組用電設備組的計算負荷為：第15頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一（2）多組用電設備組的計算負荷在計算多組用電設備的

12、計算負荷時，應先分別求出各組用電設備的計算負荷，并且要考慮各用電設備組的最大負荷不一定同時出現的因素，計入一個同時系數 ，該系數的取值見表21?？偟挠泄τ嬎阖摵蔀?。 (2-21) (2-22) (2-23) 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式中,i為用電設備組的組數；為同時系數，見表2-1。 (2-24 ) 2.2.2 用電設備組的負荷計算第16頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 例2-2 一機修車間的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75kW2臺，4kW2臺，22kW8臺；另接通風機2臺共24kW；電阻爐1臺

13、2kW。試求計算負荷(設同時系數為09)。表21 同時系數0.930.970.900.95直接相加0.850.950.800.90直接相加低壓母線0.900.970.850.95車間干線應用范圍2.2.2 用電設備組的負荷計算第17頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 解 冷加工電動機查附錄表1，取 通風機 查附 錄表1，取 2.2.2 用電設備組的負荷計算第18頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一電阻爐查附錄表1，取 kWkW12 )4.192.110(9.0=+=2.2.2 用電設備組的負荷計算第19頁，共44頁，2022年，5月20日，16點2

14、7分，星期一 注意：需要系數值與用電設備的類別和工作狀態(tài)有關，計算時一定要正確判斷，否則會造成錯誤。如機修車間的金屬切削機床電動機屬于小批生產的冷加工機床電動機；壓縮機、拉絲機和鍛造等應屑熱加工機床；起重機、行車或電葫蘆等都屬吊車。2 二項式法 用二項式法進行負荷計算時，既考慮用電設備組的設備總容量，又考慮幾臺最大用電設備引起的大于平均負荷的附加負荷。單組用電設備組的計算負荷 (2-25)式中 b、c二項式系數；bPe用電設備組的平均功率，其中 Pe 是該用電設備組的設備總容量；cPx為每組用電設備組中x臺容量較大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中是x臺容量最大設備的總容量(b、c、x的值可

15、查附錄表1)。（2）多組用電設備組的計算負荷2.2.2 用電設備組的負荷計算第20頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一同樣要考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現的因素，因此在確定總計算負荷時，只能在各組用電設備中取一組最大的附加負荷，再加上各組用電設備的平均負荷，即。 （226） （227）式中(c )max一為附加負荷最大的一組設備的附加負荷； 最大附加負荷設備組的平均功率因數角的正切值(可查附錄表1)。例2-3 試用二項式法來確定例2-2中的計算負荷。解 求出各組的平均功率b ，和附加負荷c 金屬切削機床電動機組查附錄表1，取 2.2.2 用電設備組的負荷計算第21頁

16、，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一顯然，三組用電設備中，第一組的附加負荷最大，因此總計算負荷為通風機組查表 錄表2，取 。 則，則 電阻爐查附錄表3，取 第22頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一需要系數法和二項式系數法的比較：從例2-2和例2-3的計算結果可以看出，由于二項式系數法考慮了用電設備中幾臺功率較大的設備工作時對負荷影響的附加功率，計算的結果比按需要系數法計算的結果偏大，所以一般適用于低壓配電支干線和配電箱的負荷計算。 而需要系數法比較簡單，該系數是按照車間以上的符合情況來確定的，普遍應用于求全廠和大型車間變電所的計算負荷。 而在確定設備

17、臺數較少，而且容量差別懸殊的分支干線的計算負荷時，一般采用二項式系數法。2.2.2 用電設備組的負荷計算第23頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 單相設備接于三相線路中，應盡可能地均衡分配，使三相負荷盡可能平衡。如果三相線路中單相設備的總容量不超過三相設備總容量的15，可將單相設備總容量等效為三相負荷平衡進行負荷計算。如果超過15，則應該將單項設備容量換算為等效三相設備容量，再進行負荷計算。 基本原則：2.2.3 單項用電設備計算負荷的確定第24頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 2.3.1 供電系統(tǒng)的功率損耗供電系統(tǒng)的功率損耗主要包括線路功率損

18、耗和變壓器的功率損耗兩部分。下面分別介紹兩部分功率損耗的計算。 1線路功率損耗的計算 由于供配電線路存在電阻和電抗，所以線路上會產生有功功率損耗和無功功率損耗。其值分別按下式計算 式中 線路的計算電流 線路每相的電阻，為線路單位長度的電阻值，為線路長度;（230） （1）有功功率損耗 （2）無功功率損耗(231)2.3 變配電所總計算負荷的確定第25頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 線路每相的電抗, 為線路單位長度的電抗值，可查相關手冊或產品樣本。 （232） 如果導線為等邊三角形排列，則 如果導線為水平等距離排列，則 2變壓器功率損耗的計算變壓器功率損耗包括有功和無

19、功兩大部分。（1）變壓器的有功功率損耗 變壓器的有功功率損耗由兩部分組成： 1）鐵心中的有功功率損耗，即鐵損 ?？梢杂勺儔浩鞯目蛰d實驗得到近似值 值不僅要參考導線的截面積，還要參考線間的幾何均距。線間幾何均距是指三相線路各導線之間距離的幾何平均值。其值按下式計算（3）線間幾何均距 2.3.1 供電系統(tǒng)的功率損耗第26頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一（2）變壓器的無功功率損耗變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：1）用來產生主磁通即產生勵磁電流的一部分無功功率，用 表示。它只與繞組電壓有關，與負荷無關。它與勵磁電流(或近似地與空載電流)成正比。2）消耗在變壓器一、二次繞組

20、電抗上的無功功率。額定負荷下的這部分無功損耗用 表示。由于變壓器繞組的電抗遠大于電阻，因此 近似地與短路電壓(即阻抗電壓)成正比因此，變壓器的無功功率損耗的計算為 ?？梢杂勺儔浩鞯亩搪穼嶒灥玫浇浦?2）有負荷時一、二次繞組中的有功功率損耗，即銅損。 因此，變壓器的有功功率損耗的計算為 （233 ）2.3.1 供電系統(tǒng)的功率損耗第27頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 （234 ） 變壓器短路電壓占額定電壓的百分值。在負荷計算中，SL7、S7、S9等型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式近似計算。 式中 變壓器空載電流占額定電流的百分值； （235） 有功損耗 無

21、功損耗 因此，變壓器的無功功率損耗的計算為2.3.1 供電系統(tǒng)的功率損耗第28頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.3.2 車間或全廠計算負荷的確定 計算工廠及變電所低壓側總的計算負荷 、 、 和 時，其中 =0.80.95， =0.850.97。2按需要系數法確定工廠計算負荷 將全廠用電設備的總容量 (不含備用設備容量)乘上一個需要系數 ，即得到全廠的有功計算負荷，即。 1按逐級計算法確定工廠計算負荷圖25 供電系統(tǒng)中各部分的負荷計算和有功功率損耗 如圖2-5所示，工廠的計算負荷(這里舉有功負荷為例) P30.1 , 應該是高壓母線上所有高壓配電線計算負荷之和，再乘上

22、一個同時系數。高壓配電線的計算負荷P30.2 ,應該是該線所供車間變電所低壓側的計算負荷P30.3 ,加上變壓器的功率損耗 PT和高壓配電線的功率損耗 PWL! 如此逐級計算。但對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于線路一般不很長，因此在確定計算負荷時往往略去不計。 （2-36） 2.3.2 車間或全廠計算負荷的確定第29頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一圖25 供電系統(tǒng)中各部分的負荷計算和有功功率損耗2.3.2 車間或全廠計算負荷的確定第30頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.3.3 無功功率補償1工廠的功率因數（1）瞬時功率因數 瞬時功率因數可由功率

23、因數表(相位表)直接測量，亦可由功率表、電流表和電壓表的讀數按下式求出(間接測量)： 瞬時功率因數用來了解和分析工廠或設備在生產過程中無功功率的變化情況，以便采取適當的補償措施。平均功率因數 平均功率因數亦稱加權平均功率因數，按下式計算： （2-37） (2-38)式中， 為某一時間內消耗的有功電能，由有功電度表讀出； 為某一時間內消耗的無功電能，由無功電度表讀出。我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取電費，就規(guī)定電費要按月平均功率因數的高低來調整。第31頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一最大負荷時的功率因數 最大負荷時功率因數指在年最大負荷(即計算負荷)時的功率因數，按下式計

24、算：我國電力工業(yè)部規(guī)定：除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業(yè)規(guī)定的電網高峰負荷時的功率因數，一般應達到下列規(guī)定：100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業(yè)，功率因數為0.85以上。農業(yè)用電，功率因數為0.80及以上。2無功功率補償 如在充分發(fā)揮設備潛力、改善設備運行性能、提高其自然功率因數的情況下，尚達不到規(guī)定的功率因數要求時，則需考慮人工無功功率補償。功率因數提高與無功功率和視在功率變化的關系如圖2-6所示。 (2-39)2.3.3 無功功率補償第32頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 圖26 無功

25、功率補償原理圖3無功補償后的總計算負荷確定供配電系統(tǒng)在裝設了無功補償裝置后在確定補償裝置裝設地點的總計算負荷時，應先扣除無功補償的容量，即補償后的總的無功計算負荷為：2.3.3 無功功率補償第33頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一由上式可以看出，在變電所低壓側裝設了無功補償裝置以后，由于低壓側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。這不僅降低了變電所的初投資，而且可減少用戶的電費開支。對于低壓配電網的無功補償，通常采用負荷側集中補償方式，即在低壓系統(tǒng)(如變壓器的低壓側)利用自動功率因數調整裝置，隨著負荷的變化，自動地投入或切除電容器的部分或全部容量

26、。 補償后的總的視在計算負荷應為： (2-42) (2-43) 例2-4 某廠擬建一降壓變電所，裝設一臺主變壓器。已知變電所低壓側有功計算負荷為 650kW無功計算負荷為800kvar。為了使工廠(變電所高壓側)的功率因數不低于0，9，如在低壓側裝設并聯電容器進行補償時，需裝設多少補償容量?并問補償前后工廠變電所所選主變壓器的容量有何變化?2.3.3 無功功率補償第34頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一 解 （1）補償前的變壓器容量和功率因數：變電所低壓側的視在計算負荷為： 因此未考慮無功補償時，主變壓器的容量應選擇為1250（參見附表3）變電所低壓側的功率因數為 0.

27、92。 因此，低壓側需要裝設的并聯電容器容量為側的功率因數不應低于0.9，即 （2）無功補償容量 按相關規(guī)定，補償后變電所高壓0.9。在變壓器低壓側進行補償時，因為考慮到變壓器的無功功率損耗遠大于有功功率損耗，所以低壓側補償后的低壓側功率因數應略高于0.9。 這里取補償后低壓側功率因數 2.3.3 無功功率補償第35頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一取 （3）補償后重新選擇變壓器容量 變電所低壓側的視在計算負荷為： 704 （參見附表3）。補償后的工廠功率因數補償后變壓器的功率損耗為 因此無功功率補償后的主變壓器容量可選為800 變電所高壓側的計算負荷為2.3.3 無功

28、功率補償第36頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一補償后工廠的功率因數為由此可見，補償后主變壓器的容量減少了450 ，不僅減少了投資，而且減少電費的支出，提高了功率因數。滿足相關規(guī)定的要求。（5）無功補償前后的比較 1250kVA- 800 = 450 2.3.3 無功功率補償第37頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.4.1 概述尖峰電流：是指持續(xù)時間12s的短時最大負荷電流。作用：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起動條件等。 2.4 尖峰電流的計算 2.4 尖峰電流的計算 第38頁，共44頁，2022年，5月20日

29、，16點27分，星期一2.4.2 單臺用電設備尖峰電流的計算單臺用電設備的尖峰電流就是其起動電流， 為用電設備的起動電流倍數，籠型電動機為57，繞線型電動機為23，直流電動機為1.7，電焊變壓器為3或稍大。為用電設備的額定電流；為用電設備的起動電流；式中：第39頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一2.4.3 多臺用電設備尖峰電流的計算引至多臺用電設備的線路上的尖峰電流按下式計算。 （2-45） （2-46）式中： 為用電設備中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流； 為用電設備中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流與額定電流之差；。 為將起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備除外的其它n1臺設備的額定電流之和；第40頁，共44頁，2022年，5月20日，16點27分，星期一例2-5 有一380V三相線路，供電給表2-5所示4臺電動機。試計算該線路的尖峰電流。參數 為上述n-1臺的同時系數，按臺數多少選取，一般為0.71；為全部投入運行時線路的計算電流。2.4.3 多臺用電設備尖峰電流的計算193.21973540.6起動電流 27.635.855.8額定電流 M4M3M2M1電動機參數 表2-2 例2-5的負荷資料第41頁，共44頁，2022年，5