工廠供電第2章

其次章電力負荷計算2.1電力負荷與負荷曲線2.2計算負荷及有關系數(shù)2.3確定計算負荷的方法2.4尖峰電流的計算2.5功率損耗與電能損耗計算2.6企業(yè)計算負荷的確定2.7無功功率補償2/20/20231河北科技高校電氣工程系

一、電力負荷的分級及其對供電的要求

供電方式:由兩個獨立電源供電。1．一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡，重大設備損壞，重大產(chǎn)品報廢，或在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。2．二級負荷：中斷供電將造成主要設備損壞，大量產(chǎn)品報廢，重點企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟上造成較大損失。供電方式:由雙回路供電。3．三級負荷：全部不屬于一、二級負荷的電力負荷。供電方式:對供電電源無特殊要求。2.1電力負荷與負荷曲線2/20/20232河北科技高校電氣工程系

二、用電設備的工作制1．連續(xù)運行工作制（長期工作制）2．短時運行工作制（短時工作制）3．斷續(xù)周期工作制（反復短時工作制）暫載率（負荷持續(xù)率）：指設備工作時間與工作周期的百分比值，即吊車：標準暫載率有15%、25%、40%和60%四種電焊機：標準暫載率有50%、65%、75%和100%四種2.1電力負荷與負荷曲線2/20/20233河北科技高校電氣工程系

三、負荷曲線1．負荷曲線的分類按性質(zhì)分：有功負荷曲線和無功負荷曲線

按負荷持續(xù)時間分：日負荷曲線、月負荷曲線和年負荷曲線2．負荷曲線的繪制2.1電力負荷與負荷曲線日負荷曲線（圖2-1）：逐點描繪法、梯形曲線法年負荷曲線：年最大負荷曲線（圖2-2）：或稱運行年負荷曲線。圖2-2年最大負荷曲線2/20/20234河北科技高校電氣工程系圖2-1日有功負荷曲線a）折線圖b）梯形圖2.1電力負荷與負荷曲線2/20/20235河北科技高校電氣工程系取冬季為213天，夏季為152天，則圖中功率P1所占時間為：圖2-3全年時間負荷曲線的繪制a）夏季典型日負荷曲線b）冬季典型日負荷曲線c）全年時間負荷曲線2.1電力負荷與負荷曲線全年時間負荷曲線（圖2-3）：或稱年負荷持續(xù)曲線。2/20/20236河北科技高校電氣工程系

四、與負荷曲線有關的物理量1．年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷Pmax

：指全年中消耗電能最多的半小時的平均功率，即年最大負荷利用小時數(shù)Tmax：在此時間內(nèi)，用戶以年最大負荷持續(xù)運行所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能，如圖2-4所示?？梢姡耗曦摵汕€越平坦，Tmax越大；年負荷曲線越陡，Tmax越小。圖2-4年最大負荷與年最大負荷利用小時數(shù)2.1電力負荷與負荷曲線2/20/20237河北科技高校電氣工程系2．平均負荷與負荷系數(shù)平均負荷Pav：電力負荷在確定時間t內(nèi)平均消耗的功率，即負荷系數(shù)

KL：平均負荷與最大負荷的比值，即年平均負荷為（圖2-5）:KL越大，負荷曲線越平坦，負荷波動越小。圖2-5年平均負荷2.1電力負荷與負荷曲線2/20/20238河北科技高校電氣工程系通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用以按發(fā)熱條件選擇導體和電氣設備的一個假想的持續(xù)負荷值，稱為計算負荷，用Pc（或Qc

、Sc

、Ic

）表示。

一、計算負荷的意義通常把依據(jù)半小時平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設備的依據(jù)，因此2.1電力負荷與負荷曲線一般中小截面導體的發(fā)熱時間常數(shù)τ為10min以上，而導體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約為3τ～4τ，即載流導體大約經(jīng)半小時（30min）后可達到穩(wěn)定溫升值2/20/20239河北科技高校電氣工程系2.1電力負荷與負荷曲線

二、確定計算負荷的系數(shù)3．二項式系數(shù)b、c。1．需要系數(shù)Kd：負荷曲線中的最大有功計算負荷Pmax與全部用電設備額定功率之比值，即2．利用系數(shù)Ku：負荷曲線中的平均計算負荷Pav與全部用電設備額定功率之比值，即2/20/202310河北科技高校電氣工程系

一、概述求計算負荷的方法有：須要系數(shù)法、二項式系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法等。二、按須要系數(shù)確定計算負荷1．設備容量Pe的確定對長期工作制的用電設備：對反復短時工作制的用電設備：其設備容量是指換算到統(tǒng)一暫載率下的額定功率。2.3確定計算負荷的方法折算方法：按同一周期等效發(fā)熱條件進行換算。2/20/202311河北科技高校電氣工程系吊車電動機組（包括電葫蘆、起重機、行車等）的設備容量：指統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率（kW），即∴2.3確定計算負荷的方法2/20/202312河北科技高校電氣工程系電焊機及電焊變壓器的設備容量：指統(tǒng)一換算到ε=100%時的額定功率（kW），即 照明設備的設備容量：白熾燈、碘鎢燈的設備容量：等于燈泡上標注的額定功率；熒光燈應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的20%），其設備容量應為燈管額定功率的1.2倍；高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），其設備容量可取燈管額定功率的1.1倍。2.3確定計算負荷的方法2/20/202313河北科技高校電氣工程系單相負荷的設備容量：當單相用電設備的總?cè)萘坎怀^三相用電設備總?cè)萘康?5%時，其設備容量可干脆按三相平衡負荷考慮；當超過15%時，應將其換算為等效的三相設備容量，再同三相用電設備一起進行三相負荷計算。換算方法如下：單相設備接于相電壓時：

單相設備接于同一線電壓時：式中，為等效三相設備容量（kW）；為最大負荷相所接的單相設備容量（kW）。式中，為接于同一線電壓的單相設備容量（kW）。2.3確定計算負荷的方法2/20/202314河北科技高校電氣工程系一般狀況：應先將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量，換算公式如下：A相:B相:C相:然后分相計算各相的設備容量，則最大負荷相的3倍即為總的等效三相設備容量。2.3確定計算負荷的方法2/20/202315河北科技高校電氣工程系2．單臺用電設備的計算負荷對長期連續(xù)工作的單臺用電設備：

對需要計及效率的單臺用電設備（如電動機）：

3．用電設備組的計算負荷式中，P30、Q30、S30的單位分別為kW、kvar、kVA；Kd為須要系數(shù)，查書中表2-3。2.3確定計算負荷的方法2/20/202316河北科技高校電氣工程系確定用電設備組的計算負荷時，應考慮以下幾種因素：各用電設備因工作情況不同，可能不同時工作，因此應考慮一個同時使用系數(shù)

;各用電設備在工作時，不一定全部在滿負荷下運行，因此應考慮一個負荷系數(shù)

;各用電設備的平均效率;

線路的供電效率。

因此，用電設備組的計算負荷為:2.3確定計算負荷的方法2/20/202317河北科技高校電氣工程系2．多個用電設備組的計算負荷式中，為同時系數(shù)，查書中表2-5。當車間配電干線上有多組用電設備時，各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)，此時應計入一個同時系數(shù)。2.3確定計算負荷的方法2/20/202318河北科技高校電氣工程系電力負荷計算表例2-1（P35）2.3確定計算負荷的方法2/20/202319河北科技高校電氣工程系2.3確定計算負荷的方法

二、按二項式系數(shù)法確定計算負荷1．對同一工作制的單組用電設備式中，b、c為二項式系數(shù)，查書中表2-7；為由x臺容量最大用電設備投入運行時增加的附加負荷（kW）；為該用電設備組的平均負荷（kW）。2/20/202320河北科技高校電氣工程系2．對不同工作制的多組用電設備式中，為各用電設備組附加負荷中的最大值；為各用電設備組平均負荷的總和；為與對應的功率因數(shù)角的正切值；為各用電設備組對應的功率因數(shù)的正切值。2.3確定計算負荷的方法2/20/202321河北科技高校電氣工程系例2-2（P37）電力負荷計算表與例2-1（S30=29.67kVA，I30=45.1A）比較可知，按二項式計算的結(jié)果比按須要系數(shù)法計算的結(jié)果要大。2.3確定計算負荷的方法2/20/202322河北科技高校電氣工程系

一、單臺用電設備的尖峰電流單臺用電設備的尖峰電流就是其起動電流，即

二、多臺用電設備的尖峰電流或式中，和分別為用電設備中起動電流與額定電流之差最大的那臺設備的起動電流及其起動電流與額定電流之差；2.4尖峰電流的計算2/20/202323河北科技高校電氣工程系

三、用電設備同時自起動的尖峰電流假如有一組用電設備需同時參與自起動，則其尖峰電流等于全部用電設備的起動電流之和，即式中，n為參與自起動的用電設備臺數(shù)；和為分別對應于第i臺用電設備的起動電流倍數(shù)和額定電流。2.4尖峰電流的計算為將起動電流與額定電流之差最大的那臺設備除外的其它n-1臺設備的額定電流之和；為n-1臺設備的同時系數(shù)，一般為0.7～1，I30為全部設備投入運行時線路的計算電流。2/20/202324河北科技高校電氣工程系

一、功率損耗1．線路的功率損耗２．變壓器的功率損耗鐵心中的有功功率損耗，即鐵損

:當外加電壓和頻率不變時，是固定不變的，與負荷大小無關——不變損耗。

變壓器的空載損耗可認為就是鐵耗，即變壓器的有功功率損耗：2.5功率損耗與電能損耗計算2/20/202325河北科技高校電氣工程系變壓器的短路損耗可認為就是額定負載下的銅耗，則任意負載下的銅耗為：所以式中，為變壓器的負荷率；S30為變壓器的計算負荷（kVA）；SN為變壓器的額定容量（kVA）。2.5功率損耗與電能損耗計算消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗，即銅耗:與負荷電流（或功率）的平方成正比。——可變損耗2/20/202326河北科技高校電氣工程系2.5功率損耗與電能損耗計算用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的無功功率損耗：只與電網(wǎng)的電壓有關，與負荷大小無關，可用來表征。所以變壓器的無功功率損耗：消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗：與負荷電流（或功率）的平方成正比，可用來表征。

2/20/202327河北科技高校電氣工程系2.5功率損耗與電能損耗計算所以——額定負載下的損耗隨意負載下的損耗為：在負荷估算中，可按下列近似公式進行計算：2/20/202328河北科技高校電氣工程系2.5功率損耗與電能損耗計算

二、電能損耗1．線路的電能損耗：式中，τ為年最大負荷損耗小時數(shù)，它與Tmax以及cos有關，如圖2-6所示。τ的含義：年最大負荷損耗小時數(shù)事實上是一個假想時間，在此時間內(nèi)，線路持續(xù)通過計算電流所（I30）產(chǎn)生的電能損耗與實際負荷電流在全年內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗恰好相等。圖2-6與Tmax關系曲線2/20/202329河北科技高校電氣工程系2．變壓器的電能損耗2.5功率損耗與電能損耗計算由變壓器鐵損引起的電能損耗：

由變壓器銅損引起的電能損耗：

因此，變壓器全年的電能損耗為2/20/202330河北科技高校電氣工程系2.5功率損耗與電能損耗計算

三、線損率的計算1.線損：發(fā)電廠發(fā)出來的電能，在電力網(wǎng)輸送、變壓、配電各環(huán)節(jié)所造成的損耗，稱為電力網(wǎng)的電能損耗，簡稱為線損。包括理論線損和管理線損兩部分。2.線損率：指線損電量占電網(wǎng)供電量的百分數(shù)，即實際線損率：理論線損率：2/20/202331河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定

一、按逐級計算法確定企業(yè)的計算負荷

逐級計算法是指從企業(yè)的用電端起先，逐級上推，直至求出電源進線端的計算負荷為止。一般工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖如圖2-7所示：圖2-7負荷計算用供電系統(tǒng)2/20/202332河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定1.用電設備組的計算負荷（圖2-7中的1點）2．車間變壓器低壓母線上的計算負荷（圖2-7中的2點）注意：當變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器組，其容量為，則2/20/202333河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定3.車間變壓器高壓側(cè)的計算負荷（圖2-7中的3點）留意：若求計算負荷時車間變壓器的容量和型號尚未確定，變壓器的功率損耗可按近似公式進行計算，即對SL7、S9、SC9等低損耗變壓器：對SJL1等變壓器：2/20/202334河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定4.車間變電所高壓母線上的計算負荷（圖2-7中的4點）5.總降壓變電所出線上的計算負荷（圖2-7中的5點）由于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)范圍不大，高壓線路中的功率損耗較小，在負荷計算中可以忽視不計，所以有2/20/202335河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定6.總降壓變電所低壓母線上的計算負荷（圖2-7中的6點）注意：如果在總降壓變電所6～10kV二次母線側(cè)采用高壓電容器進行無功補償，其容量為，則7.企業(yè)總計算負荷（圖2-7中的7點）2/20/202336河北科技高校電氣工程系2.6企業(yè)計算負荷的確定二、按須要系數(shù)法確定企業(yè)的計算負荷式中，Kd為企業(yè)的需要系數(shù)，查表2-4；為全廠用電設備的總?cè)萘浚ú话▊溆迷O備容量）。

三、按年產(chǎn)量估算企業(yè)的計算負荷將企業(yè)年產(chǎn)量A乘以單位產(chǎn)品耗電量a，即可得到企業(yè)全年的耗電量：則企業(yè)的有功計算負荷為：2/20/202337河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償一、功率因數(shù)低的不良影響1．使供電網(wǎng)絡中的功率損耗和電能損耗增大。2．使供電網(wǎng)絡的電壓損失增大，影響負荷端的電壓質(zhì)量。3．使供配電設備的容量不能得到充分利用，降低了供電實力。4．使發(fā)電機的出力下降，發(fā)電設備效率降低，發(fā)電成本提高。因為功率因數(shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時，系統(tǒng)中輸送的總電流越大，從而使輸電線路上的功率損耗和電能損耗增加。由于發(fā)電機、變壓器都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下不允許超過額定值，根據(jù)，功率因數(shù)越低，輸出的有功功率越小，使設備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。當有功功率保持不變時，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應越大，端電壓越低，發(fā)電機就達不到預定的出力。

由于，當P、R、X一定時，功率因數(shù)越低，Q越大，則越大。2/20/202338河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償二、功率因數(shù)的計算1.瞬時功率因數(shù)：可由功率因數(shù)表（相位表）干脆讀出，或由電壓表、電流表和功率表在同一時刻的讀數(shù)按下式求出：

指某一規(guī)定時間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。其計算公式為：2.均權功率因數(shù)：瞬時功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的變更狀況。式中，Wp為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（kW·h）；Wq為同一時間內(nèi)消耗的無功電能（kvar·h）。2/20/202339河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償指在年最大負荷（即計算負荷）時的功率因數(shù)。其計算公式為：3.最大負荷時的功率因數(shù)：留意：在供電設計中考慮無功補償時，嚴格地講，應按均權功率因數(shù)否滿足要求來計算，但為簡便起見，常按最大負荷時的功率因數(shù)來計算補償容量。我國供電部門每月向工業(yè)用戶收取電費，就是按月均權功率因數(shù)的凹凸來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因數(shù)不應低于0.9，其他電力用戶的功率因數(shù)不應低于0.85。若達不到以上要求，應進行人工補償，否則要加收電費。2/20/202340河北科技高校電氣工程系三、提高功率因數(shù)的方法2.7無功功率補償提高自然功率因數(shù)的方法不加任何補償設備，實行措施削減供電系統(tǒng)中無功功率的須要量，稱為提高自然功率因數(shù)。用小容量的電動機代替負荷不足的大容量電動機。正確選用感應電動機的型號和容量。當電動機的負荷系數(shù)KL＞70%時，可以不換；當KL＜40%時，必需換小電機；當40%＜KL＜70%時，則需經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后再進行更換。降低感應電動機的端電壓就降低了感應電動機的無功功率須要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。對負荷不足的電動機可用降低外加電壓的方法提高功率因數(shù)。2/20/202341河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償定子繞組的匝數(shù)不能削減。所以限制感應電動機的空載運行。提高感應電動機的檢修質(zhì)量。變壓器的負荷系數(shù)在60%以上運行時才較經(jīng)濟，其最佳負荷系數(shù)為75%~80%，因此變壓器不宜輕載運行。一般當變壓器的負荷系數(shù)KL＜30%時，才考慮換小容量的變壓器。對負荷率不大于0.7及最大負荷不大于90%的繞線式異步電動機，必要時可使其同步化運行。即當繞線式異步電動機起動完畢后，向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵磁，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動機牽入同步運行，其運行狀態(tài)與同步電動機一樣，在過勵磁下，電動機可向電網(wǎng)送入無功功率，從而達到改善功率因數(shù)的目的。氣隙δ不能增加。合理運用變壓器。感應電動機同步化運行。2/20/202342河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償2．提高功率因數(shù)的補償法接受移相電容器（即靜電電容器）接受同步電動機接受同步調(diào)相機靜電電容器具有重量輕、安裝便利、投資小、故障范圍小、有功功率損耗小、易于維護等優(yōu)點，是目前工業(yè)企業(yè)中應用最廣泛的無功補償裝置。調(diào)整同步電動機的勵磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運行，就能向電網(wǎng)輸送無功功率，因而能提高企業(yè)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機實質(zhì)上是空載運行的同步電動機，特地向電網(wǎng)輸送無功功率，大容量的同步調(diào)相機主要裝設在電力系統(tǒng)的區(qū)域性變電所，作為該地區(qū)的無功補償電源，用于提高該地區(qū)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量。2/20/202343河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償四、電容器并聯(lián)補償?shù)墓ぷ髟碓诠I(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設備的等值電路可視為電阻R和電感L的串聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為：當在R、L電路中并聯(lián)接入電容器C后，如圖2-8a）所示，回路電流為：圖2-8電容器無功補償原理圖2/20/202344河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償可見，并聯(lián)電容器后與之間的夾角變小了，因此，供電回路的功率因數(shù)提高了。欠補償：補償后電流落后電壓，如圖2-8b）所示。過補償：補償后電流超前電壓，如圖2-8c）所示。五、電容器的接線方式與裝設位置一般都不接受過補償，因為這將引起變壓器二次側(cè)電壓的上升，會增大電容器本身的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，同時還會使線路上的電能損耗增加。1．電容器的接線方式低壓電容器一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，但容量較?。?50kvar及以下）時可接成三角形。由于，而，因此電容器接成三角形時的容量為采用星形接線時的3倍。若電容器采用三角形接線，一電容器斷線時，三相線路仍能得到無功補償；而采用星形接線時，一相電容器斷線，該相將失去無功補償，造成三相負荷不平衡。但是，電容器采用三角形接線時，任一電容器擊穿將造成兩相短路，有可能發(fā)生電容器爆炸；而采用星形接線時，若一相電容器擊穿，短路電流數(shù)值相對較小。因此星形接線較之三角形接線安全多了。2/20/202345河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償2．電容器的裝設位置（補償方式）高壓集中補償：將高壓電容器組集中安裝在企業(yè)或地方總降壓變電所6～10kV母線上。低壓分組補償：將低壓電容器組分散安裝在各車間變電所低壓母線上。個別補償：將電容器組干脆安裝在須要進行無功補償?shù)母鱾€用電設備旁邊。必需指出：電容器從電網(wǎng)上切除后有殘余電壓，其最高可達電網(wǎng)電壓的峰值。所以電容器組應裝設放電裝置，且其放電回路中不得裝設熔斷器或開關設備，以免放電回路斷開，危及人身平安。對高壓電容器，通常利用母線上電壓互感器的一次繞組來放電；對分散補償?shù)牡蛪弘娙萜鹘M，通常接受白熾燈的燈絲電阻來放電；對就地補償?shù)牡蛪弘娙萜鹘M，通常利用用電設備本身的繞組來放電。2/20/202346河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償六、補償容量的計算電容器的補償容量可用下式確定（圖2-9）:式中，P30為最大有功計算負荷（kW）；和分別為補償前、后的功率因數(shù)角的正切值；稱為補償率或比補償功率（kvar/kW）。在計算補償用電容器的容量和個數(shù)時，應考慮以下兩個問題：當電容器的額定電壓與實際運行電壓不相符時，電容器的實際補償容量應按下式進行換算：

圖2-9功率因數(shù)與無功功率和視在功率的關系2/20/202347河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償在確定了總的補償容量QC時，就可依據(jù)所選電容器的單個容量qC來確定電容器的個數(shù)n，即由上式計算所得的數(shù)值對三相電容器應取相近偏大的整數(shù)；對單相電容器，則應取3的整數(shù)倍，以便三相均衡支配。式中，QＮ為電容器的額定容量（kvar）；為電容器在實際運行電壓時的容量（kvar）。2/20/202348河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償七、無功補償?shù)男б娣治?.線路損耗下降百分值設補償前線路電流為I，功率因數(shù)為cos，補償后線路電流降為，功率因數(shù)為，由于負荷有功功率不變，故或

由于線路的功率損耗與電流平方成正比，所以補償后功率損耗下降百分數(shù)為（補償前為100%）2/20/202349河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償2.變壓器銅耗下降百分值設額定電流時的銅耗為100%，在補償前通過電流I時，變壓器銅耗的百分值為（相對額定電流而言）則補償后變壓器的銅耗下降百分值為：2/20/202350河北科技高校電氣工程系2.7無功功率補償3.