电力负荷的计算教材课件

电力负荷计算电力负荷计算1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的2 电力负荷与计算负荷电力负荷与计算负荷3 计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法4 单相负荷计算单相负荷计算5 尖峰电流计算尖峰电流计算6 功率损耗与电能损耗计算功率损耗与电能损耗计算7 全厂负荷计算全厂负荷计算1负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的一、算出一、算出计算负荷计算负荷 合理选择工厂各级电压供电网络、合理选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号。变压器容量和电器设备型号。二、算出二、算出尖峰电流尖峰电流 用于计算电压波动、电压损失，选用于计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件。择熔断器和保护元件。三、算出三、算出平均负荷平均负荷 用来计算全厂电能需要量、电能损用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功功率补偿装置。耗和选择无功功率补偿装置。2 电力负荷与计算负荷电力负荷与计算负荷一、电力负荷一、电力负荷工厂的用电设备种类多，数量大，工况工厂的用电设备种类多，数量大，工况复杂复杂工厂中的常见设备工厂中的常见设备各种机械的各种机械的拖动电机拖动电机：空压机、通风机、水泵、破碎机、球磨机、搅拌机、制氧机、润空压机、通风机、水泵、破碎机、球磨机、搅拌机、制氧机、润滑油泵以及提升机、吊车、起重机等滑油泵以及提升机、吊车、起重机等工业电炉工业电炉：电弧炉、电阻炉、感应炉等：电弧炉、电阻炉、感应炉等电解设备电解设备：电解槽等：电解槽等电焊设备电焊设备：交流电焊机、直流电焊机等：交流电焊机、直流电焊机等工业照明工业照明（1）长期工作制长期工作制负荷长时间连续工作。如泵类、通风机、压缩机、负荷长时间连续工作。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等电炉、运输设备、照明设备等（2）短时工作制短时工作制负荷工作时间短、停歇时间长的用电设备。如机负荷工作时间短、停歇时间长的用电设备。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等（3）反复短时工作制反复短时工作制负荷时而工作、时而停歇、反复运行的设备。如负荷时而工作、时而停歇、反复运行的设备。如起重机、电梯、电焊机等起重机、电梯、电焊机等用电设备的分类用电设备的分类能否用电力负荷直接进行计算？能否用电力负荷直接进行计算？在电力系统中，用电设备需用的电功率称之为在电力系统中，用电设备需用的电功率称之为电力负荷电力负荷，简称，简称负荷负荷或或功率功率。分为分为有功功率有功功率、无功功率无功功率和和视在功率视在功率三种三种工厂的基本原始资料工厂的基本原始资料:用电设备安装容量用电设备安装容量(工艺部门提供的工艺部门提供的)实际负荷电流通过系统各个元件产生的实际负荷电流通过系统各个元件产生的热量引起的温升应不超过导体和电气设热量引起的温升应不超过导体和电气设备在规定使用期间内长期工作的允许温备在规定使用期间内长期工作的允许温升。升。事实上正是这样事实上正是这样能否按发热条件选择一个能否按发热条件选择一个“假想负荷假想负荷”?定义：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷定义：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷等效负荷称之称之为为“计算负荷计算负荷”规定取规定取30分钟平均最大负荷作为该用户的分钟平均最大负荷作为该用户的“计计算负荷算负荷”计算负荷分为计算负荷分为有功计算负荷（有功计算负荷（30）、无功计）、无功计算负荷（算负荷（Q30）、视在计算负荷（、视在计算负荷（S30）二、计算负荷二、计算负荷（2）最大负荷：全年中最大工作班内半小时平）最大负荷：全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值。均功率的最大值。最大班是指一年内最大负荷月份内至少出现最大班是指一年内最大负荷月份内至少出现2-3次的最大负荷工作班次的最大负荷工作班几点说明：几点说明：（1）是一个）是一个“假想负荷假想负荷”怎样求取计算负荷？怎样求取计算负荷？三、三、负荷曲线负荷曲线负荷曲线负荷曲线是电力负荷随时间变化的图形，反映是电力负荷随时间变化的图形，反映了用户用电的特点和规律。了用户用电的特点和规律。（一）日负荷曲线（一）日负荷曲线 负荷在一昼夜间（负荷在一昼夜间（024h）变化情况。）变化情况。（a）夏季日负荷曲线）夏季日负荷曲线（b）冬季日负荷曲线）冬季日负荷曲线（c）年负荷持续时间曲线）年负荷持续时间曲线T1=200t1+165t2（二）年负荷曲线（二）年负荷曲线 年运行负荷曲线年运行负荷曲线 年持续负荷曲线年持续负荷曲线年负荷持续时间曲线的绘制年负荷持续时间曲线的绘制（三）同类型的工厂（或车间）的负荷曲（三）同类型的工厂（或车间）的负荷曲线形状大致相同线形状大致相同 负荷曲线可直观地反映出用户用电负荷曲线可直观地反映出用户用电的特点和规律。的特点和规律。从负荷曲线中到底能看出什么？从负荷曲线中到底能看出什么？四四、负荷曲线的有关物理量负荷曲线的有关物理量 1、年最大负荷和年最大负荷利用小时、年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年最大负荷）年最大负荷Pmax（2）年最大负荷利用小时）年最大负荷利用小时Tmax2、平均负荷、平均负荷Pav平均负荷就是指电力负平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的荷在一定时间内消耗的功率的平均值。功率的平均值。年平均负荷年平均负荷Pav,如图所示，如图所示，阴影部分表示全年实际阴影部分表示全年实际消耗的电能消耗的电能Wa，则：，则：3、负荷系数、负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。有功负荷系数有功负荷系数KaL和无功负荷系数和无功负荷系数KrL，即即有时也用有时也用表示有功负荷系数，用表示有功负荷系数，用表示无功负荷表示无功负荷系数。一般工厂系数。一般工厂=0.70.75，=0.760.82注意：对单个用电设备或用电设备组，有：注意：对单个用电设备或用电设备组，有：负荷计算目前常用的方法有负荷计算目前常用的方法有需用系数法需用系数法和和二项式法二项式法。2.3 计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法估算法估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。行方案比较时，按估算法计算比较方便。回顾：工厂供电系统图回顾：工厂供电系统图负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推到电源进线端为止到电源进线端为止。3、反复短时工作制的用电设备、反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率持续率的额定功率换算换算到统一的负荷持续率到统一的负荷持续率下的功率。下的功率。一、设备容量的确定一、设备容量的确定设备容量就是所有设备的设备容量就是所有设备的铭牌额定功率铭牌额定功率2、短期工作制的用电设备、短期工作制的用电设备1、长期工作制的用电设备、长期工作制的用电设备2）电焊机和电焊装置组）电焊机和电焊装置组要求统一换算到要求统一换算到时的时的功率，即：功率，即：式中，式中，为电焊机额定有功功率；为电焊机额定有功功率；为额定视在功率；为额定视在功率；为额定负荷持续率；为额定负荷持续率；为额定功率因数。为额定功率因数。1）起重机（吊车电动机）起重机（吊车电动机）要求统一换算到要求统一换算到 时的功率，即：时的功率，即：（一）电炉变压器组（一）电炉变压器组设备容量是指额定功率下的有功功率，设备容量是指额定功率下的有功功率，即：即：特殊：特殊：（二）照明设备（二）照明设备不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即额定功率，即：是建筑物单位面积的照明容量，是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积。为建筑物的面积。照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：积容量法估算：用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流器中的功率损失。器中的功率损失。荧光灯荧光灯高压水银灯、金属卤化物灯高压水银灯、金属卤化物灯1、（单个）用电设备组的计算负荷、（单个）用电设备组的计算负荷二、按需用系数法确定计算负荷二、按需用系数法确定计算负荷形成该系数的原因有：用电设备的设备容量是指它的输形成该系数的原因有：用电设备的设备容量是指它的输出容量，它与输入出容量，它与输入容量容量之间有一个平均效率之间有一个平均效率；用电设备不一定满负荷运行，因此引入用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数负荷系数；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入线路线路平均效率平均效率；用电设备组的所有设备不一；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入定同时运行，故引入同时系数同时系数。需用系数需用系数 2、多个用电设备组的计算负荷、多个用电设备组的计算负荷同时系数同时系数无功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷视在计算负荷有功计算负荷：有功计算负荷：P30=Kd*Pn无功计算负荷：无功计算负荷：Q30=P30*tan视在计算负荷：视在计算负荷：S30=P30*cos计算电流计算电流:I30=S30/(UN)获得公式获得公式例题：已知机修车间金属切削加工，拥有电压例题：已知机修车间金属切削加工，拥有电压380伏的三相电动机：伏的三相电动机：7.5KW,3台台;4KW,8台；台；3KW，17台；台；1.5KW，10台。求计算负荷台。求计算负荷.解：解：查表：小批生产加工查表：小批生产加工Kd取取0.2，cos=0.5，tan=1.73。因此得：。因此得：有功计算负荷：有功计算负荷：P30=0.2*120.5=24.1KW无功计算负荷：无功计算负荷：Q30=24.1*1.73=41.7kvar视在功率计算负荷：视在功率计算负荷：S30=24.1/0.5=48.2kvA计算电流：计算电流：I30=48.2/（*0.38）=73.2A四、计算负荷的估算法四、计算负荷的估算法1、单位产品耗电量法、单位产品耗电量法 若已知某车间或企业的年产量若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的和每一产品的单位耗电量单位耗电量 ，则，则 企业全年电能企业全年电能W为：为：有功计算负荷为：有功计算负荷为：年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数产品名称产品名称单位单位单位产品耗电量单位产品耗电量（kWh）有色金属铸造有色金属铸造t6001000铸铁件铸铁件t300锻铁件锻铁件t3080拖拉机拖拉机台台50008000汽车汽车辆辆15002500轴承轴承套套14并联电容器并联电容器kvar3电表电表只只7变压器变压器kVA2.5电动机电动机kW14量具、刃具量具、刃具t63008500工作母机工作母机t1000重型机床重型机床t1600 若已知车间生产面积若已知车间生产面积S和负荷密度指标和负荷密度指标，则车间平均负荷为则车间平均负荷为:Pjs=S 车间类别负荷估算法荷估算法（kWkWm m2 2）铸钢车间（不包括（不包括电弧炉）弧炉）0.0550.0550.060.06焊接接车间0.040.04铸铁车间0.060.06金工金工车间0.10.1木工木工车间0.660.66煤气站煤气站0.090.090.130.13锅炉房炉房0.150.150.20.2压缩空气站空气站0.150.150.20.22、单位面积负荷密度法、单位面积负荷密度法2.4 单相负荷计算单相负荷计算如果单相设备总容量小于三相设备总容量的如果单相设备总容量小于三相设备总容量的15%，则无论单相设备如何分配，均可按，则无论单相设备如何分配，均可按三三相平衡相平衡负荷计算。负荷计算。（一）单相设备接于（一）单相设备接于相电压相电压时的负荷计算时的负荷计算（二）单相设备接于同一（二）单相设备接于同一线电压线电压时的负荷计算时的负荷计算 （1）只有一相时）只有一相时（2）在各线负荷中选择较大的两项）在各线负荷中选择较大的两项（三）单相设备既接于（三）单相设备既接于线电压线电压又接于又接于相电压相电压时的负荷计算时的负荷计算（1）将接于线电压单相负荷换算为接于相电压）将接于线电压单相负荷换算为接于相电压上的单相负荷上的单相负荷PABPBAPCA接于接于AB，BA，CA相间有功负荷相间有功负荷PA，PB，PC换算为换算为A，B，C相间的有功负荷相间的有功负荷QA，QB，QC换算为换算为A，B，C相间的无功负荷相间的无功负荷（2）再将各相负荷相加，选出最大相负荷，取三倍即）再将各相负荷相加，选出最大相负荷，取三倍即为等效三相负荷为等效三相负荷功率功率换算系数算系数负 荷荷 功功 率率 因因 数数0.350.350.40.40.50.50.60.60.650.650.70.70.80.80.90.91.01.0p pABAB-A-A、p pBCBC-B-B、p pCACA-C-C1.271.271.171.171.01.00.890.890.840.840.80.80.720.720.640.640.50.5p pABAB-B-B、p pBCBC-C-C、p pCACA-A-A-0.27-0.27-0.17-0.170 00.110.110.160.160.20.20.280.280.360.360.50.5q qABAB-A-A、q qBCBC-B-B、q qCACA-C-C1.051.050.860.860.580.580.380.380.30.30.220.220.090.09-0.05-0.05-0.29-0.29q qABAB-B-B、q qBCBC-C-C、q qCACA-A-A1.631.631.441.441.161.160.960.960.880.880.80.80.670.670.530.530.290.292.5 尖峰电流计算尖峰电流计算尖峰电流尖峰电流Ijf是指单台或多台用电设备持续是指单台或多台用电设备持续12秒的秒的短时最大负荷电流短时最大负荷电流。计算尖峰电流的目的：计算尖峰电流的目的：选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。机自起动条件等。1、单台用电设备供电的支线尖峰电流计算、单台用电设备供电的支线尖峰电流计算 尖峰电流就是用电设备的起动电流，尖峰电流就是用电设备的起动电流，即即 Ijf=Ist=KIN 式中，式中，Ist为用电设备的起动电流；为用电设备的起动电流；IN为用为用电设备的额定电流；电设备的额定电流；K为用电设备的起动为用电设备的起动电流倍数电流倍数。2、多台用电设备供电的干线尖峰电流计算、多台用电设备供电的干线尖峰电流计算 式中，式中，Ijf为用电设备组中起动电流与额定电流之为用电设备组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流；差为最大的那台设备的起动电流；K为为n1台设台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.71；Ijs为设备投入运行时线路的计算电流。为设备投入运行时线路的计算电流。3、多台用电设备同时启动、多台用电设备同时启动式中，式中，n为参与启动的用电设备的台数；为参与启动的用电设备的台数；Ki、Ijsi为第为第i台设备的启动电流倍数和额定电流。台设备的启动电流倍数和额定电流。2.6 功率损耗与电能损耗计算功率损耗与电能损耗计算一、一、功率损耗功率损耗1、供电线路的功率损耗、供电线路的功率损耗线路功率损耗包括有功功率损耗线路功率损耗包括有功功率损耗 PWL和无功和无功功率损耗功率损耗QWL两部分，其计算公式为：两部分，其计算公式为：线路的计算电流线路每相的电阻线路每相的电抗式中，式中，线间几何均距：三相线路各相线间距离的几何线间几何均距：三相线路各相线间距离的几何平均值。平均值。三相三角形排列三相三角形排列水平等距排列水平等距排列查附表查附表2（P244）2、变压器的功率损耗、变压器的功率损耗 变压器的功率损耗也包括有功和无功两部分变压器的功率损耗也包括有功和无功两部分。（1）变压器的有功功率损耗）变压器的有功功率损耗 （2）变压器无功功率损耗）变压器无功功率损耗空载有功损耗空载有功损耗负载有功损耗负载有功损耗空载电流百分数空载电流百分数短路电压百分数短路电压百分数负载率负载率二、供电系统的电能损耗二、供电系统的电能损耗企业一年内所耗用的电能，一部分用于生产，企业一年内所耗用的电能，一部分用于生产，还有一部分在供电系统元件（主要是线路及变压还有一部分在供电系统元件（主要是线路及变压器）中损耗掉。掌握这部分损耗的计算，并设法器）中损耗掉。掌握这部分损耗的计算，并设法降低它们，便可节约电能，提高电能的利用率。降低它们，便可节约电能，提高电能的利用率。1、供电线路的损耗供电线路的损耗 一年内线路的电能损耗为：一年内线路的电能损耗为：PWL即按计算负荷求得的线路最大功率损耗；即按计算负荷求得的线路最大功率损耗；线路的最大负荷损耗小时线路的最大负荷损耗小时,它是一个假想的时间它是一个假想的时间最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间2、变压器的电能损耗变压器的电能损耗 一部分是铁损一部分是铁损PFe引起的电能损耗，只要外加电压和引起的电能损耗，只要外加电压和频率不变，其值是固定不变的频率不变，其值是固定不变的 另一部分是由变压器铜损另一部分是由变压器铜损PCu引起的电能损耗，它引起的电能损耗，它与负荷电流的平方成正比，即与变压器负荷率与负荷电流的平方成正比，即与变压器负荷率的平方成的平方成正比：正比：3、企业年电能需要量、企业年电能需要量有功、无功年最大负荷有功、无功年最大负荷有功、无功年最大负荷利用小时有功、无功年最大负荷利用小时企业年电能需要量就是企业在一年内所消企业年电能需要量就是企业在一年内所消耗的电能耗的电能,它是企业供电设计的重要指标之一。它是企业供电设计的重要指标之一。2.7 全厂负荷计算全厂负荷计算一、负荷计算的前提一、负荷计算的前提 负荷资料负荷资料二、负荷二、负荷计算原则计算原则确定工业企业计算负荷常用的方法有：逐确定工业企业计算负荷常用的方法有：逐级计算法、需用系数法和估算法等几种。级计算法、需用系数法和估算法等几种。三、三、负荷计算的步骤负荷计算的步骤从用电设备向电源方向逐级计算负荷。从用电设备向电源方向逐级计算负荷。（1）供给单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中）供给单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中1点处）点处）计算目的：用于选择其开关设备和导线截面计算目的：用于选择其开关设备和导线截面计算负荷为计算负荷为：（2）用电设备组计算负荷的确定（如图中）用电设备组计算负荷的确定（如图中2点处）点处）计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。计算负荷为：计算负荷为：（3）车间干线或多组用电设备的计算负荷确定）车间干线或多组用电设备的计算负荷确定（如图中（如图中3点处）点处）计算公式为：计算公式为：（4）车间变电所低压母线计算负荷的确定（如图中）车间变电所低压母线计算负荷的确定（如图中4点处）点处）计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。计算公式为计算公式为（5）车间变电所高压母线的计算负荷确定（如图中）车间变电所高压母线的计算负荷确定（如图中5点处）点处）计算目的：以此选择高压配电线及其上的电气设备。计算目的：以此选择高压配电线及其上的电气设备。计算公式计算公式：估算估算：（6）总降变电所二次侧的计算负荷确定（如图中）总降变电所二次侧的计算负荷确定（如图中6点处）点处）计算负荷为：计算负荷为：（7）总降变电所高压侧的计算负荷确定（如图中）总降变电所高压侧的计算负荷确定（如图中7点处）点处）计算负荷为计算负荷为：估算估算：