課題負荷分級及其計算

課題負荷分級及其計算第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.1負荷分級（1）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。②中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失，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等。2.1.1負荷分極的原則第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四③中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作，例如重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷受到影響。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)視為特別重要的負荷。第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）符合下列情況之一時，應(yīng)為二級負荷：①中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失，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、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受到影響以及大型影劇院、大型商場等人員集中的重要的公共場所出現(xiàn)秩序混亂。第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四民用建筑中常用重要電力負荷的分級如表2.1所示（見P16）。2.1.2民用建筑中常用重要電力負荷的分級第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四用電設(shè)備種類很多，它們的用途和工作的特點也不相同，按其工作制不同可劃分為三類。（1）長期工作制此類用電設(shè)備連續(xù)工作的時間比較長(至少在半小時以上)，超過其穩(wěn)定溫升的時間，如各類泵、通風機、壓縮機、機械化運輸設(shè)備、電阻爐、照明設(shè)備等。2.1.3用電設(shè)備的工作制第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）短時工作制此類用電設(shè)備工作的時間短而停歇時間很長，導體還未達到其穩(wěn)定溫升就開始冷卻，在停歇時間內(nèi)足以將溫度降至通電前的溫度，如機床上的某些輔助電機、水閘用電動機等。第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）斷續(xù)周期工作制此類用電設(shè)備工作時間短，停歇時間也短，以斷續(xù)方式反復交替進行工作，其周期一般不超過10min。最常見的設(shè)備為電焊機和吊車電動機。通常用暫載率(又稱負荷持續(xù)率)來描述其工作性質(zhì)。暫載率是一個周期內(nèi)工作時間占工作周期的百分比，用ε表示。

ε=t/T×100%=t/(t+t0)×100%第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.2負荷曲線2.2.1負荷曲線的概念

負荷曲線是表征用電負荷隨時間變動的一種圖形。它繪制在直角坐標系中，縱坐標表示用電負荷，橫坐標表示對應(yīng)于負荷變動的時間。按負荷性質(zhì)，負荷曲線可分為有功負荷曲線(縱坐標表示有功負荷值，單位為kW)和無功負荷曲線(縱坐標表示無功負荷值，單位為kvar)兩種。第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四按負荷變動的時間，負荷曲線可分為日負荷曲線和年負荷曲線。日負荷曲線表示了一晝夜(24h)內(nèi)負荷變動的情況，而年負荷曲線表示了一年(8760h)中負荷變動的情況。負荷曲線可以表示某一臺設(shè)備的負荷變動的情況，也可以表示一個單位的負荷變動的情況。第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

圖2.1表示某工廠的日有功負荷曲線。它是根據(jù)變電所中的有功功率表，用測量的方法繪制而成的。通過一定的時間間隔(如Δt=0.5h)內(nèi)讀取有功功率表的讀數(shù)，求Δt時間內(nèi)的平均值加以記錄，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)在直角坐標中逐點描繪而成。工廠的年負荷曲線常用的有兩種，如圖2.2所示。這兩種年負荷曲線各有不同的用途，前者主要用于系統(tǒng)運行的需要，后者主要用于系統(tǒng)分析的需要。2.2.2負荷曲線的繪制第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四圖2.1日有功負荷曲線的繪制第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四圖2.2年負荷曲線的繪制（a）年每日最大負荷曲線；（b）年負荷持續(xù)時間曲線第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.年最大負荷和年最大負荷利用小時

年最大負荷是指全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的30min平均功率。通常用Pmax、Qmax和Smax分別表示年有功、無功和視在最大功率，因此，年最大負荷也就是半小時最大負荷P30。

年最大負荷利用小時Tmax是指假如工廠負荷以年最大負荷Pmax持續(xù)運行了Tmax，則該工廠負荷消耗的電能恰好等于其全年實際消耗的電能Wa，即圖2.3中虛線與兩坐標軸所包圍的面積。2.2.2負荷曲線的繪制第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四最大負荷利用小時為

Tmax=WaPmax

Tmax的大小表明了工廠消耗電能是否均勻。最大負荷利用小時越大，則負荷越平穩(wěn)。Tmax一般與工廠類型及生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系，例如，一班制工廠Tmax=1800～2500h,兩班制工廠Tmax=3500～4500h,三班制工廠Tmax=5000～7000h。第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.平均負荷和負荷系數(shù)

平均負荷Pav是指電力負荷在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值。

Pav=Wt/t平均負荷也可以通過負荷曲線來求，如圖2.4所示，年負荷曲線與兩坐標軸所包圍的曲線面積(即全年消耗的電能)恰好等于虛線與兩坐標軸所包圍的面積。因此年平均負荷

Pav=Wt/8760第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

負荷系數(shù)KL，又稱為負荷率，是指平均負荷與最大負荷之比，它表征了負荷曲線不平坦的程度，也就是負荷變動的程度。負荷系數(shù)又分為有功負荷系數(shù)α和無功負荷系數(shù)β。

α=Pav/Pmax,

β=Qav/Qmax一般工廠α=0.7～0.75，β=0.76～0.8。負荷系數(shù)越接近1，表明負荷變動越緩慢；反之，則表明負荷變動越激烈。第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四對單個用電設(shè)備或用電設(shè)備組，負荷系數(shù)則是指其平均有功負荷Pav和它的額定容量PN之比，它表征了該設(shè)備或設(shè)備組的容量是否被充分利用，即

KL=Pav/PN

第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四圖2.3年最大負荷和年最大負荷利用小時第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四圖2.4年平均負荷第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.3電力負荷的計算

在工廠供電系統(tǒng)設(shè)計過程中必須找出這些用電設(shè)備的等效負荷。所謂等效，是指這些用電設(shè)備在實際運行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)與等效負荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升與等效負荷產(chǎn)生的最高溫升相等。按照等效負荷，從滿足發(fā)熱的條件來選擇用電設(shè)備，用以計算的負荷功率或負荷電流稱為“計算負荷”。2.3.1計算負荷的概念第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四在設(shè)計計算中，通常將“半小時最大負荷”作為計算負荷，用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。計算負荷、年最大負荷、30min平均最大負荷三者之間的關(guān)系為

Pc=P30=Pmax

Qc=Q30=Qmax

Sc=S30=Smax

第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

按需要系數(shù)法進行負荷計算的基本過程是：先確定計算范圍(如某低壓干線上的所有設(shè)備)，然后將不同工作制下的用電設(shè)備的額定功率PN換算到同一工作制下，經(jīng)換算后的額定功率也稱為設(shè)備容量Pe。再將工藝性質(zhì)相同的并有相近需要系數(shù)的用電設(shè)備合并成組，考慮到需要系數(shù)，算出每一組用電設(shè)備的計算負荷，最后匯總各級計算負荷得到總的計算負荷。2.3.2用需要系數(shù)法計算負荷第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.設(shè)備容量的確定由前述可知，進行負荷計算時，應(yīng)首先確定設(shè)備容量Pe。確定各種用電設(shè)備容量Pe的方法如下：（1）長期工作制、短期工作制的設(shè)備容量Pe等于其銘牌功率PN。（2）斷續(xù)周期工作制，如起重機用的電動機有功功率PN應(yīng)該統(tǒng)一換算到暫載率εN=25%時的有功功率。對于電焊機，則應(yīng)統(tǒng)一換算到暫載率εN=100%時的有功功率。第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四具體換算如下：對吊車電動機:對電焊機:

第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

(3)照明設(shè)備的設(shè)備容量白熾燈、鹵鎢燈設(shè)備容量就是燈泡上標出的額定功率。熒光燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.2～1.3倍。高壓汞燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍；自鎮(zhèn)式高壓汞燈設(shè)備容量與燈泡額定功率相等。第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四高壓鈉燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍。金屬鹵化物燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍。第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.需要系數(shù)Kd的含義考察車間的一組用電設(shè)備，設(shè)該組負荷共有n臺電動機，其設(shè)備容量的總和為Pe∑，由于Pe∑是指設(shè)備的最大輸出容量，它與輸入容量存在一個效率η；考慮到這些電動機不可能同時運行，因此引入一個同時系數(shù)K∑；又因為那些電動機即使運行,也不太可能都滿負荷出力，因此引入一個負荷系數(shù)KL;再者，用電設(shè)備在運行時線路還有功耗，因此引入網(wǎng)絡(luò)供電效率ηWL。第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四于是,在最大負荷期間電網(wǎng)供給的有功計算負荷為：顯然

表2.2（見P23）列出了各種用電設(shè)備組的需要系數(shù)值，供參考。第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.計算負荷的確定（1）單臺設(shè)備的計算負荷當只有一臺用電設(shè)備時，不能直接按表2.2取需要系數(shù)，這是因為影響需要系數(shù)的幾個因素除用電設(shè)備本身的效率η外均可能為1，此時的需要系數(shù)只包含了效率η，因此由式(2.9)可得到P30=Pe/η，由P30、Q30、S30、I30之間的關(guān)系得到如下公式：第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.1】某車間有一臺吊車，其額定功率PN為29.7kW(εN=45％)，η=0.8，cosφ=0.5，其設(shè)備容量為多少?【解】Pe=√(εN/ε25)*PN=2√εN*PN=2×29.7×0.45=39.8(kW)第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.2】某220V單相電焊變壓器，其額定容量為SN=50kV·A，εN=60％，cosφ=0.65，η=0.93，試求該電焊變壓器的計算負荷。【解】Pe=√(εN/ε100)*SNcosφ=√(0.6/1)×50×0.65=25.2(kW)其計算負荷為P30=Pe/η=25.2/0.93=27.1(kW)Q30=P30tanφ=27.1×1.17=31.7(kvar)S30=P30/cosφ=27.1/0.65=41.7(kV·A)I30=P30/(UNcosφ)=27.1/(0.22×0.65)=189.5(A)第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四(2)單組用電設(shè)備的計算負荷

單組用電設(shè)備組是指用電設(shè)備性質(zhì)相同的一組設(shè)備，即Kd相同。如均為機床的電動機，或均為通風機，見圖2.5中D點的計算負荷。由式(2.9)可求出其有功計算負荷P30，然后再求出其他計算負荷Q30、S30、I30，其計算公式為第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.3】已知某化工廠機修車間采用380V供電，低壓干線上接有冷加工機床26臺，其中11kW1臺，4.5kW8臺，2.8kW10臺，1.7kW7臺，試求該機床組的計算負荷?！窘狻吭撛O(shè)備組的總?cè)萘繛?/p>

Pe∑=11×1+4.5×8+2.8×10+1.7×7=86.9(kW)查表2.2

Kd=0.16～0.2(取0.2),tanφ=1.73,cosφ=0.5，則有功計算負荷P30=0.2×86.9=17.38(kW) 無功計算負荷Q30=17.38×1.73=30.06(kvar)視在計算負荷S30=17.38／0.5=34.76(kV·A)計算電流I30=34.76/(3×0.38)=52.8(A)第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

(3)低壓干線的計算負荷圖2.5供配電系統(tǒng)中各點電力負荷的計算低壓干線是給多組不同工作制的用電設(shè)備供電的，如通風機組、機床組、水泵組等，因此，其計算負荷也就是圖2.5中C點的計算負荷。應(yīng)先分別計算出D層面每組(例如機床組、通風機組等)的計算負荷，然后將每組有功計算負荷、無功計算負荷分別相加，得到C點的總的有功計算負荷P30和無功計算負荷Q30，最后確定視在計算負荷S30和計算電流I30，即第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.4】某機修車間380V低壓干線(如圖2.5)接有如下設(shè)備：①小批量生產(chǎn)冷加工機床電動機：7kW3臺，4.5kW8臺，2.8kW17臺，1.7kW10臺。②吊車電動機：εN=15％時銘牌容量為18kW、cosφ=0.7共2臺，互為備用。③專用通風機：2.8kW2臺。試用需要系數(shù)法求各用電設(shè)備組和低壓干線(C點)的計算負荷。【解】顯然,各組用電設(shè)備工作性質(zhì)相同，需要系數(shù)相同，因此先求出各用電設(shè)備組的計算負荷。第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四①冷加工機床組設(shè)備容量Pe(1)=7×3+4.5×8+2.8×17+1.7×10

=121.6(kW)查表2.2，取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73,則

P30(1)=KdPe(1)=0.2×121.6=24.32(kW)

Q30(1)=P30(1)tanφ=24.32×1.73=42.07(kvar)②吊車組(備用容量不計入)設(shè)備容量Pe(2)=2√εN＊PN=2×√0.15×18=13.94(kW)查表2.2，取Kd=0.15，cosφ=0.5，tanφ=1.73，則

P30(2)=KdPe(2)=0.15×13.94=2.09(kW)

Q30(2)=P30(2)tanφ=2.09×1.73=3.62(kvar)第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四③通風機組設(shè)備容量Pe(3)=2×2.8=5.6(kW)查表2.2，取Kd=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75,則

P30(3)=KdPe(3)=0.8×5.6=4.48(kW)

Q30(3)=P30(3)tanφ=4.48×0.75=3.36(kvar)④低壓干線的計算負荷(取K∑1=0.9)總有功功率P30=K∑1［P30(1)+P30(2)+P30(3)］

=0.9×(24.32+2.09+4.48)

=27.80(kW)第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四總無功功率Q30=K∑1［Q30(1)+Q30(2)+Q30(3)］

=0.9×(42.07+3.62+3.36)

=44.14(kvar)總視在功率S30=P230+Q230=27.802+44.142

=52.17(kV·A)總計算電流I30=S303UN=52.173×0.38

=79.27(A)根據(jù)上述計算結(jié)果列出負荷計算表，如表2.3所示（見P26）。第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四(4)車間低壓母線的計算負荷確定低壓母線上的計算負荷也就是確定圖2.5中B點的計算負荷。B點計算負荷的確定類似于C點。同樣，考慮到各低壓干線最大負荷不一定同時出現(xiàn)，因此在確定B點的計算負荷時，也引入一個同時系數(shù)，即第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.單相計算負荷的確定在用電設(shè)備中，除了廣泛應(yīng)用三相設(shè)備(如三相交流電機)，還有不少單相用電設(shè)備(如照明、電焊機、單相電爐等)。這些單相用電設(shè)備有的接在相電壓上，有的接在線電壓上，通常將這些單相設(shè)備容量換算成三相設(shè)備容量，以確定其計算負荷，其具體方法如下:（1）如果單相用電設(shè)備的容量小于三相設(shè)備總?cè)萘康?5％，按三相平衡負荷計算，不必換算。第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）對接在相電壓上的單相用電設(shè)備，應(yīng)盡量使各單相負荷均勻分配在三相上，然后將安裝在最大負荷相上的單相設(shè)備容量乘以3，即為等效三相設(shè)備容量。（3）在同一線電壓上的單相設(shè)備，等效三相設(shè)備容量為該單相設(shè)備容量的√3倍。（4）單相設(shè)備既接在線電壓上，又接在相電壓上，應(yīng)先將接在線電壓上的單相設(shè)備容量換算為接在相電壓上的單相設(shè)備容量，然后分相計算各相的設(shè)備容量和計算負荷。而總的等效三相第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四有功計算負荷就是最大有功計算負荷相的有功計算負荷的3倍，總的等效三相無功計算負荷就是對應(yīng)最大有功負荷相的無功計算負荷的3倍，最后再按式(2.12)計算出S30和I30。第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四5.電動機回路尖峰電流計算在電氣設(shè)備運行中，由于電動機的起動、電壓波動等諸方面的因素會出現(xiàn)短時間的比計算電流大幾倍的電流，這種電流稱為尖峰電流，其持續(xù)時間一般為1～2s。電動機起動電流一般是其額定電流的4～7倍，一旦起動完成，電動機立即恢復到正常的額定電流。由于此負荷存在的時間較短，一般不計入正常的負荷計算。尖峰電流是選擇熔斷器、整定自動空氣開關(guān)、整定繼電保護裝置以及計算電壓波動時的重要依據(jù)。第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四(1)單臺設(shè)備尖峰電流的計算對于只接單臺電動機或電焊機的支線，其尖峰電流就是其啟動電流，即

Ipk=Ist=KstIN(2)多臺設(shè)備尖峰電流的計算對接有多臺電動機的配電線路，其尖峰電流可按下式確定：

Ipk=I30+(Ist-IN)max

第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.5】有一條380V的線路，供電給4臺電動機，負荷資料如表2.4所示，試計算該線路上的尖峰電流。【解】取K∑=0.9，則

I30=K∑∑IN=0.9×(5.8+5+35.8+27.6)=66.78(A)由表2.4知，4M的(Ist-IN)=193.2-27.6=165.6(A)為最大，所以

Ipk=I30+(Ist-IN)max=66.78+(193.2-27.6)=232.38(A)第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四6.住宅建筑的負荷計算（1）每套住宅的負荷計算根據(jù)《住宅設(shè)計規(guī)范》(GB50096—1999)的規(guī)定，住宅的電氣負荷不是按照燈具、插座等電氣設(shè)備的功率進行計算，而是按照每套住宅的類型和類別進行計算。表2.5（見P28）是國家標準《住宅設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的每套住宅電力負荷和瓦時計(又稱電能表)規(guī)格。表2.6（見P28）是部分省市住宅電氣負荷計算的需要系數(shù)。第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）配電干線的計算將各用電設(shè)備組計算負荷按有功功率和無功功率分別相加即可得到低壓配電干線的計算負荷。計算時的相關(guān)系數(shù)按表2.6（見P28）進行選取。民用建筑中用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)如表2.7（見P29）所示。第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四7.全廠計算負荷的確定為了合理選擇工廠變電所各種主要電氣設(shè)備的規(guī)格型號，以及向供電部門提出用電容量申請，必須確定工廠總的計算負荷S30和I30。在前述的內(nèi)容中，已經(jīng)用需要系數(shù)法確定了低壓干線或車間低壓母線的計算負荷，但要確定全廠的計算負荷，還要考慮線路和變壓器的功率損耗。下面分別討論線路和變壓器功率損耗的計算方法。第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（1）供電系統(tǒng)的功率損耗①線路功率損耗的計算供電線路的三相有功功率損耗和三相無功功率損耗分別為

ΔPWL=3I230RWL×10-3

(kW)

ΔQWL=3I230XWL×10-3

(kvar)第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.6】有一條35kV高壓線路給某工廠變電所供電。已知該線路長度為12km，采用鋼芯鋁線LGJ-70，導線的幾何均距為2.5m，變電所的總視在計算負荷S30=4917kV·A。試計算此高壓線路的有功功率損耗和無功功率損耗?！窘狻坎橄嚓P(guān)資料，得LGJ－70的R0=0.48Ω／km。當幾何均距為2.5m時，X0=0.40Ω／km。由式(2.17)可知，該線路的有功功率損耗和無功功率損耗分別為

ΔPWL=3I230RWL×10-3=3×S230/(√3UN)2RWL×10-3

=3×49172（3×35）2×0.48×12×10-3=113.7(kW)ΔQWL=3I230XWL×10-3=3×S230（√3UN）2XWL×10-3

=3×49172（3×35）2×0.4×12×10-3=94.7(kvar)第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四②電力變壓器的功率損耗A有功功率損耗變壓器的有功功率損耗主要由鐵損(可近似認為是空載損耗ΔP0)和銅損(可近似認為是短路損耗ΔPK)構(gòu)成。其中ΔP0與負荷大小無關(guān),ΔPK與負荷電流(或功率)的平方成正比。所以，變壓器的有功功率損耗為

ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S30/SN)2令β=S30/SN，則

ΔPT≈ΔP0+β2ΔPK第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四B無功功率損耗變壓器的無功功率損耗主要由空載無功功率損耗ΔQ0和負載無功功率損耗ΔQN兩部分構(gòu)成。其中ΔQ0只與繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)；ΔQN則與負荷電流(或功率)的平方成正比，即

ΔQ0≈SNI0%/100

ΔQN≈SNUK%/100所以，變壓器的無功功率損耗為

ΔQT≈ΔQ0+ΔQN(S30/SN)2

≈SN[I0%/100+UK%/100(S30/SN)2]第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四或ΔQT≈SN(I0%/100+UK%/100β2)上述各式中的ΔP0、ΔPK、I0%和UK%(或UZ%)等都可以從產(chǎn)品樣本上查得。在工程設(shè)計中，變壓器的有功損耗和無功損耗也可以用下式估算。對普通變壓器:ΔPT≈0.02S30

ΔQT≈0.08S30對低損耗變壓器:ΔPT≈0.015S30

ΔQT≈0.06S30第57頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.7】

已知某車間變電所選用變壓器的型號為S9—1000/10，電壓10/0.4kV，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：空載損耗ΔP0=1.7kW，短路損耗ΔPK=10.3kW，短路電壓百分值UK%=4.5，空載電流百分值I0%=0.7，該車間的S30=800kV·A。試計算該變壓器的有功損耗和無功損耗。【解】變壓器的有功損耗為:

ΔPT≈ΔP0+β2ΔPK=1.7+(800/1000)2×10.3

=1.7+6.6=8.3(kW)變壓器的無功損耗:

ΔQT≈SN(I0%/100+UK%/100β2)

=1000×(0.7/100+4.5/100×0.82)=35.8(kvar)第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（2）無功功率的補償功率因數(shù)cosφ值的大小反應(yīng)了用電設(shè)備在消耗了一定數(shù)量有功功率的同時向供電系統(tǒng)取用無功功率的多少，功率因數(shù)高(如cosφ=0.9)則取用的無功功率小，功率因數(shù)低(如cosφ=0.5)則取用的無功功率大。功率因數(shù)過低對供電系統(tǒng)是很不利的，它使供電設(shè)備(如變壓器、輸電線路等)電能損耗增加，供電電網(wǎng)的電壓損失加大，同時也降低了供電設(shè)備的供電能力。第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四①工廠的功率因數(shù)及其計算A瞬時功率因數(shù)功率因數(shù)隨著負荷性質(zhì)、大小的變化和電壓波動而不斷變化著。功率因數(shù)的瞬時值稱為瞬時功率因數(shù)，瞬時功率因數(shù)由功率因數(shù)表直接讀出，也可以用瞬間測取的有功功率表、電流表、電壓表的讀數(shù)計算得到。瞬時功率因數(shù)只是用來了解和分析用電設(shè)備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，以便采取相應(yīng)的補償對策。第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四B平均功率因數(shù)

平均功率因數(shù)是指某一規(guī)定的時間(如一個月)內(nèi)功率因數(shù)的平均值，即平均功率因數(shù)是電力部門每月向企業(yè)收取電費時作為調(diào)整收費標準的依據(jù)。第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四C最大負荷時功率因數(shù)依據(jù)最大負荷Pmax(即計算負荷P30)所確定的功率因數(shù)，稱為最大負荷時的功率因數(shù)，即

cosφ=P30/S30凡未裝任何補償設(shè)備時的功率因數(shù)稱為自然功率因數(shù)；裝設(shè)人工補償后的功率因數(shù)稱為補償后功率因數(shù)。第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四②無功補償容量的確定我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定：對于高壓供電的工廠，最大負荷功率因數(shù)應(yīng)為cosφ≥0.9；而對于其他工廠，cosφ≥0.85。一般工廠的自然功率因數(shù)往往低于這個數(shù)值，這是因為在工廠中感性負荷占的比重較大，如大量使用感應(yīng)電動機、變壓器、電焊機、線路儀表等。如何提高功率因數(shù)幾乎是每一個工廠都面臨的問題。第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四提高功率因數(shù)通常有兩個途徑：優(yōu)先采用提高自然功率因數(shù)，即提高電動機、變壓器等設(shè)備的負荷率，或是降低用電設(shè)備消耗的無功功率。但自然功率因數(shù)的提高往往有限，一般還需采用人工補償裝置來提高功率因數(shù)。無功補償裝置可選擇同步電動機或并聯(lián)電容器等。第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

如圖2.6所示，若有功功率P30不變，加裝無功補償裝置后，無功功率Q30減少到Q30′，視在功率S30也相應(yīng)地減少到S30′，則功率因數(shù)從cosφ提高到cosφ′，此時Q30-Q30′就是無功功率補償?shù)娜萘縌c，即

Qc=Q30-Q30′=P30(tanφ-tanφ′)或

Qc=P30Δqc

第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四③無功補償后工廠計算負荷的確定工廠或車間裝設(shè)了無功補償并聯(lián)電容器后，能使裝設(shè)地點前的供電系統(tǒng)減少相應(yīng)的無功損耗。補償后計算負荷按以下公式確定：有功計算負荷P30′=P30無功計算負荷Q30′=Q30-Qc視在計算負荷S30′=P′230+Q′230

計算電流I30′=S30′/(√3UN)第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四【例2.8】某化工廠變電所有一臺低損耗變壓器，其低壓側(cè)有功計算負荷為1402kW，無功計算負荷為978kvar。按規(guī)定工廠(即高壓側(cè))的功率因數(shù)不得低于0.9，問該廠變壓器低壓側(cè)要補償多大的無功容量才能滿足功率因數(shù)的要求?【解】①未補償前低壓側(cè):

S30(2)=√(P230(2)+Q2)=√(14022+9782)=1709(kV·A)

cosφ(2)=P30(2)/S30(2)=1402/1709=0.82②補償后低壓側(cè):P30(2)′=1402（kW）（與補償前相同）第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四

Q30(2)′=Q30(2)-Qc=978-424=554（kvar）

S30(2)′=√(P′230(2)+Q′230(2)=√(14022+5542)=1507(kV·A)變壓器損耗:

ΔPT≈0.015S30(2)′=0.015×1507=22.6(kW)

ΔQT≈0.06S30(2)′=0.06×1507=90.4(kvar)高壓側(cè):S30(1)′=√[(P30(2)′+ΔPT)2+(Q30(2)′+ΔQT)]=√[(1402+22.6)2+(554+90.4)2]=1563.2(kV·A)工廠功率因數(shù)為:

cosφ(1)=P30(1)S30(1)′=(1402+22.6)/1563.2=0.911＞0.9滿足要求。第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四（3）全廠計算負荷的確定在討論了工廠供電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)計算負荷的基礎(chǔ)上，可以進一步討論全廠計算負荷。確定工廠總計算負荷的方法很多，本書只介紹工廠需要系數(shù)法、按年產(chǎn)量和單位產(chǎn)品耗電量計算法和逐級計算法。第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四①工廠需要系數(shù)法將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘俊芇e(備用容量不計入)乘以工廠需要系數(shù)Kd就可以得到全廠的計算負荷P30，然后根據(jù)工廠的功率因數(shù)cosφ，按式(2.11)求出全廠的無功計算負荷Q30、視在計算負荷S30和計算電流I30。第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四②按年產(chǎn)量和單位產(chǎn)品耗電量計量法將工廠全年生產(chǎn)量A乘以單位產(chǎn)品耗電量α，就可以得到工廠全年耗電量，即

Wα=Aα×103然后再將工廠全年耗電量Wα除以最大負荷利用小時Tmax，就可以得到工廠的有功計算負荷，即P30=Wα/Tmax而Q30、S30和I30的計算與上述需要系數(shù)法相同。第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四③逐級計算法

圖2.5為工廠供電系統(tǒng)示意圖。在確定全廠計算負荷時，應(yīng)從用電末端逐級向上推至電源進線端，其計算程序如下:第一步，確定用電設(shè)備的設(shè)備容量(圖中E點)。第二步，確定用電設(shè)備組的計算負荷(圖中D點)。第三步，確定車間低壓干線(圖中C點)或車間變電所低壓母線(圖中B點)的計算負荷。第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四第四步，確定車間(或小型工廠)變電所高壓側(cè)的計算負荷。車間(或小型工廠)變電所高壓側(cè)計算負荷應(yīng)等于車間(或小型工廠)變電所低壓進線的計算負荷再加上變壓器的功率損耗值。第五步，若設(shè)有總降壓變電所，則根據(jù)上述過程確定總降壓變壓器低壓側(cè)的計算負荷。第六步，確定全廠總計算負荷。將總降壓變電所低壓母線上的計算負荷加上總降壓變壓器的功率損耗(或高壓配電所高壓母線上的計算負荷)，即可確定全廠總的計算負荷，作為向供電部門申請的用電容量。第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四(4)全廠計算負荷確定實例現(xiàn)在以某廠為例說明全廠計算負荷確定的步驟。某廠變電所的雙回路10kV電纜線路給六個車間及全廠照明供電。用電設(shè)備電壓均為380V，各車間負荷大部分是二級負荷。負荷情況及計算負荷的確定如表2.8（見P35）所示。第74頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四其中冷凍車間的計算負荷確定如下：

P30(1)=KdPe=0.49×449.7=220.4(kW)

Q30(1)=P30tanφ=220.4×0.8=176.3(kvar)

S30(1)=√(P230+Q230)

=√(220.42+176.32)=282.2(kV·A)

I30=S30/√3U2N=282.2/(√3×0.38)=428.8(A)其余車間計算過程相同(此處從略)。第75頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四考慮到全廠負荷的同時系數(shù)(K