变压器的负荷分析与选择课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.2负荷分析与变压器的选择,通过本学习领域的学习，要求达到如下目标：,1、了解工厂电力负荷对供电的要求及于负荷计算有关的物理量,2、掌握按需要系数法确定计算负荷的方法，了解二项式系数法和单相用电设备计算负荷的确定,3、掌握工厂供电系统功率损耗及电能损耗；会计算工厂计算负荷,4、会根据工厂计算负荷和供电等级确定变压器的台数和容量。,电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。它们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究和人民生活等方面的各种电力用户。,电力负荷,工厂电力负荷对供电的要求,供配电系统中的电气设备，均需依据正常工作条件、环境条件及安装条件进行选择，部分设备还需依据故障情况下的短路电流进行动、热稳定度校验，同时要求工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。,工厂供电系统的功率损耗及电能损耗,需要系数法、二项式法确定计算负荷,单台和多台用电设备尖峰电流的计算,短路的后果及短路的形式,选择电气设备的一般条件,步骤,电气设计内容的程序、要求和深度,设备选择,单相设备等效三相负荷的计算,工厂年电能消耗量的计算方法,按需要系数法、二项式系数法确定计算负荷的方法,工厂计算负荷的确定,熟悉,掌握,学习目标,3.211工厂常用用电设备,生产加工机械的拖动设备；,电焊、电镀设备；,电热设备；,照明设备。,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,1. 生产机械的拖动设备,机床设备,起重运输设备,功能,金属切削,金属压力加工,功能,起吊搬运物料,运输客货,车床,铣床,刨床,钻床,磨床,组合机床,镗床,冲床,锯床,剪床,砂轮机,吊车,行车,输送机,电梯,自动扶梯,生产机械的,拖动设备,3.211工厂常用用电设备,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,电镀设备的工作特点是：,（1）工作方式是长期连续工作的。,（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。,（3）容量较大，功率因数较低。,电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。,电镀设备,2电焊和电镀设备,3.211工厂常用用电设备,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,3电热设备,电热设备的工作特点是：,（1）工作方式为长期连续工作方式。,（2）电力装置一般属二级或三级负荷。,（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。,电阻加热炉,电弧炉,感应炉,其它电热设备,主要用于各种零件的热处理,主要用于矿石熔炼、金属熔炼,主要用于熔炼和金属材料热处理,红外线加热、微波加热和等离子加热等,3.211工厂常用用电设备,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,4照明设备,白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。,照明设备的工作特点：,（1）工作方式属长期连续工作方式。,（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。,（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。,（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。,3.211工厂常用用电设备,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,5工厂用电负荷的分类,3.211工厂常用用电设备,3.2.1工厂的电力负荷和负荷曲线,序,号,车,间,用,电,设,备,负荷级别,1,金属加工车间,价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床,一级,价格贵，作用大，数量多的数控机床,二级,2,铸造车间,冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机,三级,3,热处理车间,井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵,二级,4,锻压车间,锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机,二级,5,电镀车间,大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线,二级,6,模具成型车间,隧道窑鼓风机、卷扬机,二级,7,层压制品车间,压塑机及供热锅炉,二级,8,线缆车间,冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备,二级,9,空压站,单台60m,3,/min以上空压机,二级,有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵,二级,离心式压缩机润滑油泵,一级,表21 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,负荷调查与分析,负荷即供配电系统所承担的任务,由于供配电系统面对的是大量的各种各样的用电设备，我们关注于大量用电设备总体对电能的综合需求。电力系统普遍采用负荷曲线来记录负荷量值随时间的变化。,负荷可以指负荷功率也可指负荷电流,负荷曲线分别构成有功负荷曲线（,P,）和无功负荷曲线（,Q,）。常用的是有功负荷曲线。每类负荷曲线按时间坐标长短的不同，分有日负荷曲线、年负荷曲线等,负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了电力用户用电的特点和规律。在负荷曲线中通常用纵坐标表示负荷大小，横坐标表示对应负荷变动的时间。,电力负荷不等于设备的额定功率，而是设备的实际消耗功率；,负荷曲线是有规律的；,负荷曲线对变电所、发电厂和电力系统的运行有重要意义。它是变电所负荷控制，发电厂安排日发电计划，确定电力系统运行方式和主变压器、发电机组等设备检修计划以及制变电所、发电厂扩建新建规划的依据。,负荷调查与分析,即时负荷曲线,年负荷曲线,调查本宿舍内负荷变化绘制负荷曲线,分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。,负荷曲线时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日消耗的电能,1. 负荷曲线的类型与绘制方法,以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制成如右图所示折线形状的折线形负荷曲线。,通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成如右图所示阶梯状的阶梯形负荷曲线。,年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。,年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。,负荷曲线的指标体系,负荷调查不关心每一时刻的负荷量值，而是对负荷的某些特征值感兴趣。,最大小负荷。说明了负荷的极值也说明了负荷波动的范围。,平均负荷。日平均负荷和年平均负荷。,最大峰谷差。,峰谷值时间表。,平均负荷和负荷系数,平均负荷是指电力负荷在一定时间内消耗功率的平均值。如在,t,时间内消耗的电能为,W,t,，则,t,时间的平均负荷为：,利用年负荷曲线求年平均负荷如右上图所示。图中剖面线部分为年负荷曲线所包围的面积，也就是全年电能的消耗量。另外再作一条虚线与两坐标轴所包围的面积与剖面线部分的面积相等，则图中就是年平均负荷。,年平均负荷与最大负荷的比值称为负荷率为：,负荷曲线的指标体系,年最大负荷和年最大负荷利用小时数指全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷P,30,。,假设企业总是按年最大负荷持续工作，经过了时间所消耗的电能，恰好等于企业全年实际所消耗的电能，即右图中虚线与两坐标轴所包围的面积等于剖面线部分的面积。则这个假想时间就称为年最大负荷利用小时数。由此可得出,年最大负荷利用小时数与工厂类型及生产班制有较大关系，其数值可查阅有关参考资料或到相同类型的厂矿企业去调查收集。,负荷曲线的指标体系,可以用来反映设备利用率。电力设备容量是按照最大负荷配置的，若实际运行负荷一直持续为最大负荷，则设备容量在所有时间都被充分利用。若将实际的t和8760h作比较，就可以得出设备利用率的准确数据。,典型值的范围很大，大致为1500-7000h，工业用户大于民用用户，生产不间断的工业用户有大于生产过程简短的工业用户,一般地，一班制工厂,T,max18003000 h；两班制工厂,T,max35004800 h；三班制工厂,T,max50007000 h。,某些企业的年最大负荷利用小时数,三相用电设备组计算负荷的确定,概述,1. 计算负荷的概念,供配电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷运行，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，供配电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。,通过负荷的统计计算求出的用来按发热条件选择供配电系统各元件的负荷值，称为计算负荷。,在设计计算中取“半小时最大负荷”作为计算负荷。因为中小截面 (35 mm,2,以下)的导线的发热时间常数,T,一般在10 min以上，导体达到稳定温升的时间约为(34),T,，即对于多数导体发热并达到稳定温升的时间约为30 min，所以只有持续30 min以上的平均最大负荷值才有可能构成导体的最高温升。持续时间很短的尖峰电流虽然负荷值大，但不能使导体达到最高温升，因为导体的温升还未升高到相应负荷的温升，尖峰电流就已消失了。因此，计算负荷与稳定在半小时以上的最大负荷是基本相当的。通常用,P,30,、,Q,30,、,S,30,、,I,30,分别表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。,计算负荷,2. 负荷计算的目的,供配电系统要能安全可靠地正常运行，系统中的各元件(如电力变压器、开关、导线及电缆)都必须选择合适，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的是应满足负荷电流的要求。因此负荷计算的目的就在于正确地确定负荷值，为设计供配电系统提供可靠的依据，并作为合理选择供配电系统所有组成元件的重要依据。,计算负荷,如果计算负荷偏小，将使导线、开关设备和变压器在运行时电能损耗增加，并产生过热，引起电气设备绝缘老化，过早损坏，从而破坏正常生产的条件；反之，计算负荷偏大，将增加各种供电元件的容量，增加有色金属消耗量，增大基建投资，使大量设备不能充分发挥其作用，给国家造成很大的浪费。负荷计算准确可使设计工作建立在可靠的基础资料之上，得出的工程设计方案也会经济合理。所以，电力负荷计算是供电设计中的一项重要工作。,目前，普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法有需要系数法和二项式系数法。,计算负荷,3.2 工厂的电力负荷和负荷曲线,3.2.1 工厂用电设备的工作制,连续运行工作制设备,短时工作制设备,断续周期工作制设备,能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。,这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。,这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等。,连续运行工作制长期工作制,在规定的环境温度下连续运行，设备任何局部温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。,3.2.1 用电设备的工作制,短时运行工作制短暂工作制,用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未到达该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。,3.2.1 用电设备的工作制,断续运行工作制重复短暂工作制,用电设备以断续方式反复进展工作，其工作时间t与停歇时间t0相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，假设干周期后，到达一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，通常用暂载率表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为 ，即：,式中 t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。,3.2.1 用电设备的工作制,在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率称为“设备额定容量，用Pe表示。,3.2.1 用电设备的工作制,1长期工作制和短时工作制的设备容量,Pe=PN,2重复短暂工作制的设备容量, 吊车机组用电动机包括电葫芦、起重机、行车等 的设备容量统一换算到=25%时的额定功率kW，假设其N不等于25%时应进展换算，公式为:, 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到100%时的额定功率kW。假设其铭牌暂载率N不等于100%时，应进展换算，公式为:,3.2.2 用电设备额定容量的计算,3电炉变压器的设备容量,电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率kW，即：,Pe=PN=SNcos,3.2.2 用电设备额定容量的计算,4照明设备的设备容量,白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率kW；,荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失约为灯管功率的20%，其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍kW；,高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失约为灯泡功率的10%，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍kW；,金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失约为灯泡功率的10%，故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍kW。,3.2.2 用电设备额定容量的计算,5不对称单相负荷的设备容量,当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，那么设备容量Pe 应按三倍最大相负荷的原那么进展换算。,3.2.2 用电设备额定容量的计算,设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下：,单相设备接于相电压时,P,e,3P,em,式中 P,e,等效三相设备容量；,P,em,最大负荷所接的单相设备容量。,单相设备接于线电压时,式中 P,el,接于同一线电压的单相设备容量。,3.2.2 用电设备额定容量的计算,总结：,周期短时工作的设备功率计算：需要将设备额定暂载率下的额定功率换算成标准暂载率下的设备功率。,设备容量不是设备的计算负荷，实际上是换算到一定标准工作制下的额定负荷。,实际中求解计算负荷的思路：,3.2.2 用电设备额定容量的计算,需要,系数法,二项式系数法,需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。,二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备，工作时对负荷影响的附加功率，适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。,负荷计,算方法,3.3 负荷计算的方法,3.3.1 按需要系数法确定计算负荷,设某组设备有几台电动机，其额定总容量为,P,N,，由于该组电动机实际上不一定都同时运行，而且运行的电动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路也有功率损耗，因此这组电动机的有功计算负荷应为,1. 需要系数的含义,上式中，,N,是指用电设备的输出与输入容量之间具有的平均效率；因用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数,K,L,；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入一个线路平均效率,WL,；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入一个同时系数,K,。,用电设备的需要系数：,需要系数考虑了以下的主要因素：,K,同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；,K,L,负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；,wl,线路供电效率；,用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对K,d,有影响。所以K,d,只能靠测量统计确定,见附录表35。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。,有功计算负荷为,2. 三相用电设备计算负荷的基本公式,无功计算负荷为,视在计算负荷为,计算电流,单组用电设备组的计算负荷,已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动,机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。,查表6-1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得,K,d,=0.160.2（取0.18计算），cos=0.5，tg=1.73，于是,多组用电设备组的计算负荷,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K,，其中有功同时系数为K,P,，无功同时系数为,K,Q,，,应用范围,K,P,确定车间变电所低压线路最大负荷,冷加工车间,热加工车间,动力站,0.70.8,0.70.9,0.81.0,确定配电所母线的最大负荷,负荷小于5000kW,计算负荷小于500010000kW,计算负荷大于10000kW,0.91.0,0.85,0.8,多组用电设备组的计算负荷,某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台,共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，,2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求,计算负荷（设同时系数K,p,、K,Q,均为0.9）。,以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为,一组，共分成以下3组。先求出各用电设备组的计算负荷。,冷加工电动机组。查表6-1可得：K,d1,=0.2，cos,1,=0.5，,tg,1,=1.73，因此,通风机组。查表6-1可得：K,d2,=0.8，cos,2,=0.8，tg,2,=0.75,因此,只有一台电阻炉，所以计算负荷等于电阻炉的容量，即,：,以车间为范围，已知同时系数K,p,、K,Q,均为0.9，则车间计算,总有功计算负荷为,总无功计算负荷为,总视在计算负荷为,总的计算电流为,用此电流即可选择这条380V导线的截面及型号。,3.2.3 按二项式法确定计算负荷,应用场合,在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。,基本公式,式中,b,、,c,为二项式系数，根据设备名称、类型、台数查表6-1选取。,指用电设备中,x,台容量最大的设备容量之和。,用电设备组的设备总容量,当用电设备组的设备总台数,n,2,x,时，则最大容量设备台,数取,x,=,n,/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时，,可认为P,c,=P,e,；tg,为设备功率因数角的正切值。,Q,30,，,S,30,，,I,30,的计算公式与需要系数法的相同。,对,12,台用电设备,对用电设备组,有功计算负荷的求取直接应用式（,6.17,），其余的计算负荷与需要系数法相同。,对多组用电设备,要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。,总的有功计算负荷为,：,总的无功计算负荷为：,某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台,共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，,2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。,用二,项式法,求计算负荷（设同时系数K,p,、K,Q,均为0.9）。,金属切削机床电动机组,查表6-1，取b,1,=0.14，c,1,=0.4，,x,1,=5，cos,1,=0.5，tg,1,=,1.73，,x,=5，则,(bP,e,),1,=0.1450=7kW,(cP,x,),1,=0.4(7.52+42+2.21)=10.08kW,通风机组,查表6-1，取b,2,=0.65，c,2,=0.25，cos,2,=0.8，tg,2,=0.75，,n,=22x，取,x,2,=n/2=1，则,(bP,e,),2,=0.652.4=1.56kW,(cP,x,),2,=0.251.2=0.3kW,电阻炉,(bP,e,),3,=2kW (cP,x,),3,=0,显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cP,x,),1,最大，,故总计算负荷为：,与用需要系数法的计算结果相比较，按二项式法计算的结,果比按需要系数法计算的结果大得多。可见，二项式法更适,用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。,单相用电设备等效三相计算负荷的确定, 现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三,相两大类。,单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家,用电器设备。,三相：电动机为动力的各种设备例如给水泵、集中式空,调机、电梯等。, 供电形式为三相供电系统时，根据设计标准中有关条款的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进展对连接有单相用电设备的三相供电系统负荷计算。,单相用电设备组确定计算负荷的原则, 按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功,率的比例来制定。,如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，那么不管单相设备如何连接，均可作为三相平衡负荷对待。,单相设备接于相电压时，在尽量使三相负荷均衡分配后，取最大负荷相所接的单相设备容量乘以3，便可求得其等效三相设备容量。,单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量Pe,单台设备时,23台设备时,单相设备的设备容量,最大负荷单相设备的设备容量,单相用电设备组确定计算负荷的原则,单相设备分别接于线电压和相电压时，首先应将接于,线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容,量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。而总,的等效三相有功计算负荷就是最大有功负荷相的有功,计算负荷的3倍。总的等效三相无功计算负荷就是最大,无功负荷相的无功计算负荷的3倍。,特别注意的是：,最,大相的有功计算负荷和最大相的无功计算负荷不一定,在同一相上。,3.2.4 工厂电气照明负荷的确定,工厂电气照明负荷也是电力负荷的一部分。良好的照明环境是保证工厂安全生产、提高劳动生产率、提高产品质量、改善职工劳动环境、保障职工身体健康的重要方面。,工厂的电气照明设计，一般应根据生产的性质、厂房自然条件等因素选择合适的光源和灯具，进行合理的布置，使工作场所的照明度达到规定的要求。,1. 照明容量的确定,白炽灯、碘钨灯等不用镇流器的照明设备，容量通常指灯头的额定功率，即：,P,e,=,P,N,荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯需用镇流器的照明设备，其容量包括镇流器中的功率损失，所以一般略高于灯头的额定功率，即：,P,e,=1.1,P,N,照明设备的额定容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，即：,P,e,=,S,/1000,其中建筑物单位面积的照明容量，单位为W/m,2,；,S 建筑物面积，单位是m,2,2. 照明计算负荷的确定,照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。负荷计算公式应用需要系数法。,表3-2 照明设备组的需要系数及功率因数,光源类别,需要系数,K,d,功率因数cos,白炽灯,荧光灯,高压汞灯,高压纳灯,金属卤化物灯,生产车间办公室,0.81,1,0.9（0.55）,0.450.65,0.45,0.400.61,变配电所、仓库,0.50.7,1,0.9（0.55）,0.450.65,0.45,0.400.61,生活区宿舍,0.60.8,1,0.9（0.55）,0.450.65,0.45,0.400.61,室外,1,1,0.9（0.55）,0.450.65,0.45,0.400.61,3.2.5 全厂计算负荷的确定,1用需要系数法计算全厂计算负荷,在已知全厂用电设备总容量,P,e的条件下，乘以一个工厂的需要系数,K,d,即可求得全厂的有功计算负荷，即：,P,30,=,K,d,P,e,，其中,K,d,是全厂需要系数值。,表3-3 全厂负荷的需要系数及功率因数,工厂类别,需要系数,K,d,功率因数,cos,工厂类别,需要系数,K,d,功率因数,cos,汽轮机制造厂,0.38,0.88,石油机械制造厂,0.45,0.78,锅炉制造厂,0.27,0.73,电线电缆制造厂,0.35,0.73,柴油机制造厂,0.32,0.74,开关电器制造厂,0.35,0.75,重型机床制厂,0.32,0.71,橡胶厂,0.5,0.72,仪器仪表制造厂,0.37,0.81,通用机械厂,0.4,0.72,电机制造厂,0.33,0.81,已知某开关电器制造厂用电设备总容量为4500kW，试,估算该厂的计算负荷。,查表6-3取,K,d,为0.35，cos,=0.75，则tan=0.882，得,P,30,=,K,d,P,e,=0.354500=1575kW,Q,30,=,P,30,tan,=15750.8821386kvar,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,从负荷端开场，逐级上推到电源进线端。,用电设备组,车间低压变压器出线,车间低压变压器高压侧,工厂变压器出线,工厂输电进线端,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,P,305,是图示所有出线上的计算负荷,P,306,等之和，再乘上同时系数,K,；由于,P,304,要考虑线路WL2的损耗，因此,P,304,=,P,305,+,P,WL2,；,P,303,由,P,304,等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数,K,而得；,P,302,还要考虑变压器的损耗，因此,P,302,=,P,303,+,P,WL1,+,P,T,；,P,301,由,P,302,等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数,K,而得。,对中小型工厂来说，厂内高低压配电线路一般不长，其功率损耗可略去不计。,2用逐级推算法计算全厂的计算负荷,电力变压器的功率损耗，在一般的负荷计算中，可采用简化公式来近似计算，如：,有功功率损耗：,无功功率损耗：,式中S,30,为变压器二次侧的视在计算负荷，它是选择变压器的基本依据。,3按年产量和年产值估算全厂的计算负荷,已知全厂的年产量A或年产值B，就可根据全厂的单位产量耗电量a或单位产值耗电量b，求出全厂的全年耗电量,W,a,=Aa=Bb,求出全年耗电量后，即可根据下式求出全厂的有功计算负荷为,式中的,T,max,是工厂的年最大负荷利用小时。,你能回答吗？,确定计算负荷的需要系数法和二项式法各有什么特点？各适用哪些场合？,问题与思考,什么叫计算负荷？为什么计算负荷通常采用半小时最大负荷？正确确定计算负荷有何意义？,如何将单相负荷简便地换算为三相负荷？,需要系数的含义是什么？,练习与计算,5已知线电压为380V的三相供电线路供电给35台小批量生产的冷加工机床电动机，总容量为85kW，其中较大容量的电动机有7.5kW1台，4kW3台，3kW12台。试分别 用需要系数法和二项式系数法确定其计算负荷。,6有一个机修车间，有冷加工机床30台，设备总容量为150kW，电焊机5台，共15.5kW，利用率只有65%，通风机4台，共4.8kW，车间采用380/220V线路供电，试确定该车间的计算负荷。,3.3,工厂供电系统的电能损耗及无功补偿,在考虑变配电系统总计算负荷时，除了用电负荷所消耗的电功率以外，变配电系统本身还要损耗一部分电功率，这是因为,供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗，当有电流通过时，则会产生相应的损耗。供配电系统中产生损耗较大的设备是变压器和输电线路。,这部分功率损耗也是由变配电系统提供的。因此，要计入其计算负荷中。,3.3.1 线路的电能损耗,线路上全年的电能损耗用W表示，其计算公式为：,式中电流是通过线路的计算电流；,R,WL,是线路每相的电阻值；是一个假想的时间，,与,T,max,和,cos,有关。,的物理含义：当线路或变压器中以最大计算电流流过小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗相等。,与T,max,之间的关系如左图示。与T,max,的关系可用公式表达为：,当cos,=1，且线路电压不变时，全年的电能损耗为,：,3.3.2 变压器的电能损耗,变压器的电能损耗包括两个部分：,一是由铁损引起的电能损耗：,上式表明：,只要外施电压和频率不变，铁损所引起的电能损耗,也固定不变，且近似于空载损耗,P,0,。,二是由铜损引起的电能损耗：,由式可知，由变压器铜损引起的电能损耗，与变压器负荷率,的平方成正比，且近似于短路损耗,P,k,。,因此，,变压器全年的电能损耗为：,3.3.3 工厂的功率因数和无功补偿,1.工厂的功率因数,瞬时功率因数,瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可间接测量，即由,功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：,平均功率因数,平均功率因数又称为加权平均功率因数，按下式计算：,式中,W,P,是某一时间内消耗的有功电能；,W,q,是某一时间内消耗的无功电能。我国电业部门每月向工业用户收取的电费，规定要按月平均功率因数的高低来调整。,最大负荷时的功率因数,最大负荷时功率因数指在年最大负荷时的功率因数。可按下式计算：,2. 功率因数对供配电系统的影响,一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos,愈小（,角愈大），其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损耗）随之增大，不经济。,供电设备（电源）的供电能力（容量）是用视在功率S来表示的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减少，于是降低了供电设备的供电能力。,2. 功率因数对供配电系统的影响,当用电设备的有功功率一定时，功率因数愈低，其供电线路的电流愈大，线路的电力损耗随之增加。,功率因数低，通过线路的电流就大，线路电压降亦随之增加，从而影响用电设备的正常运转。,发电机发出的功率是有限的，当无功功率增加时，有功功率下降，发电机的效率降低。,国家标准GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则中规定：“在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9，凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”。为鼓励提高功率因数，供电部门规定，凡功率因数低于规定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖励，即采用“高奖低罚”的原则。,3. 电力电容器,变电所内的并联电力电容器组,电力电容器在电力系统中的作用,由于电力系统中许多设备不仅要消耗有功功率，设备本身的电感损失也要消耗无功功率，使系统的功率因数降低。如果把能“发出”无功电力的电力电容器并接在负荷或供电设备上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力正好由电容器“发出”的无功电力供给，从而起到无功补偿作用，这就是电力电容器在电力系统中的主要作用。在电力线路两端并联上移相电容器，线路上就可避免无功电力的输送，以达到减少线路能量损耗、减小线路电压降，提高系统有功出力的效益，因此，移相电容器是提高电力系统功率因数的一种重要的电力设备。,电力电容器部分型号表示,表6-4 电力电容器部分型号表示,第一位字母,含义,第二位字母,含义,第三位字母,含义,B,标准,D,充氮单相,F,复合介质,Y,移相用,W,户外式,C,串联用,Y,油浸,S,水冷,J,均压,T,可调,O,耦合,L,氯化联苯浸渍,C,冲击放电,L,滤波用,B,薄膜,M,脉冲用,D,一般接地,F,防护用,R,电容式,R,电热,4.,调相机,调相机在,电力系统中的作用,大量的异步电动机和变压器需汲取大量的无功功率以供其励磁之用，造成电网功率因数降低，致使发电机和输配电设备的作用不能充分发挥，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。,为此，在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。根据电网负载情况的不同，适当调节调相机的励磁电流，可改变调相机汲取的无功功率，使电网的功率因数接近于1。此外,在长距离输电线路中，线路电压降随负载情况的不同而发生变化，如果在输电线的受电端装一台调相机，在电网负载加重时，让其过励运行，减少输电线中滞后的无功电流分量，从而可减少线路压降；在输电线轻载的情况下，让其欠励运行，吸收滞后的无功电流，可防止电网电压上升，从而维持电网的电压在一定的水平上。同步调相机还有提高电力系统稳定性的作用。,调相机与电容器的比较,a. 静电电容器的最大优点是损耗小、效率高，损耗约占本身容量的0.3%0.5%，调相机的有功功率损耗为额定容量的1.5%5.5%。,b. 电容器设备费与总容量几乎无关，调相机则不然，当容量较大时，其单位造价比较低，而容量减小时，单位造价偏高。,c. 补偿方式上，调相机只能在负荷中心使用，静电电容器既可以集中使用，又可以分散使用。,d. 调相机最大优点是装设励磁装置，能得到均匀调压，既能发出无功功率又能吸收无功功率；电容器可用分级调压，当网络电压降低时输出功率急剧下降，。,e. 调相机装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统的电压，从而达到提高系统稳定性的目的；电力电容器对系统稳定性不起作用。,f. 调相机维护工作量大，电容器维护量小。,调相机与电容器的比较,a. 静电电容器的最大优点是损耗小、效率高，损耗约占本身容量的0.3%0.5%，调相机的有功功率损耗为额定容量的1.5%5.5%。,b. 电容器设备费与总容量几乎无关，调相机则不然，当容量较大时，其单位造价比较低，而容量减小时，单位造价偏高。,c. 补偿方式上，调相机只能在负荷中心使用，静电电容器既可以集中使用，又可以分散使用。,d. 调相机最大优点是装设励磁装置，能得到均匀调压，既能发出无功功率又能吸收无功功率；电容器可用分级调压，当网络电压降低时输出功率急剧下降，。,e. 调相机装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统的电压，从而达到提高系统稳定性的目的；电力电容器对系统稳定性不起作用。,f. 调相机维护工作量大，电容器维护量小。,5.,无功功率的补偿,提高自然功率因数,a.合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。,b.对实际负载不超过额定容量40的电动机，应更换为小容量的电动机。,c.合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。,d.正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为7580比较合适）。对于负载率低于30变压器，应予以更换。,e.对于负荷率在0.60.9的绕线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。,5.,无功功率的补偿,人工补偿法,a. 使用同步电动机在过激磁方式呈现容性时运转，其功率因数超前0.80.9时，向供电系统输出无功功率，用来补偿用感性电设备所需要的无功功率。,此补偿方法因同步机构造复杂，价格较贵，维护麻烦，只适用于大型工厂，一般企业不宜采用。,b.利用同步调相机作为无功功率电源，用来补偿所需要的无功功率。同步调相机是轴上不带机械负载的同步电动机。调节同步调相机的激磁电流的大小，可以改变其输出无功功率的大小，从而提高功率因数。这种方法目前已经很少使用。,c. 采用静电电容器补偿。当将电容器C与感性负载并联，以提高线路的功率因数。,这是目前用户、企业内广泛采用的一种补偿方式。,5.,无功功率的补偿,动态无功功率补偿法,在现代工业生产中，有一些容量很大的冲击性负荷（如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等），他们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢无法满足要求。因此必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机等。,目前已投入到工业运行的静止动态无功补偿装置有：可控饱和电抗器式静补装置；自饱和电抗器式静补装置；晶闸管控制电抗器式静补装置；晶闸管开关电容器式静补装置；强迫换流逆变式静补装置；高阻抗变压器式静补装置等。,如某变电站的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。,如果要使其平均功率因数提高到0.9，问若在10kV侧固定补,偿，需要补偿的容量为多少?如果采用BWF-10.5-1型电容器,(Qr40kvar)，需装设多少个?,需补偿的容量为,：,需装设的电容器个数,：,考虑三相均衡分配，应装设30台，每相10台，此时并,联电容器的实际值为3040kvar1200kvar。,补偿后的实际功率为：,你能回答吗？,问题与思考,何谓年最大负荷损耗小时？它与年最大负荷利用小时的区别在哪里？,提高功率因数进行无功功率补偿有什么意义？无功补偿有哪些方法？,什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数？各如何计算，各有何用途？,3.4,尖峰电流的计算,尖峰电流,I,pk,是指单台或多台用电设备持续12秒的短时最大负荷电流。尖峰电流是由于电动机起动、电压波动等原因引起的，比计算电流大的多。,计算尖峰电流的目的是选择熔断器、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。,6.4.1 单台用电设备尖峰电流的计算,尖峰电流就是用电设备的起动电流，即,I,pk,=,I,st,=,K,st,I,N,式中，,I,st,为用电设备的起动电流；,I,N,为用电设备的额定电流；,K,st,为用电设备的起动电流倍数 。,3.4.2 多台用电设备尖峰电流的计算,多台用电设备的线路上，其尖峰电流应按正下式计算,或者,式中，,I,stmax,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；（,I,st,I,N,）,max,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与额定电流电流之和；,K,为上述,n,1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.71；,I,c,为全部设备投入运行时线路的计算电流。,有380V配电干线，给三台电动机供电，已知,I,N1,=5A，,I,N2,=4A，,I,N3,=10A，,I,st1,=35A，,I,st2,=16A，,K,st3,=3，求,该配电线路的尖峰电流。,I,st1,I,N1,=355=30A,I,st2,I,N2,=164=12A,I,st3,I,N3,=,K,st3,I,N3,I,N3,=31010=20A,可见，（,I,st,I,N,）,max,=30A，则,I,stmax,=35A，,取K,=0.9，因此该线路的尖峰电流为,I,pk,= K,（,I,N2,+,I,N3,）+,I,stmax,=0.9（4+10）+35=47.6A,