电力工程基础之电力负荷计算概述课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,电气工程基础2011,章电力负荷计算,电力工程基础,章电力负荷计算电力工程基础,1,第二章 电力负荷计算,2.1,电力负荷与负荷曲线,2.2,计算负荷的意义,2.3,确定计算负荷的方法,2.4,尖峰电流的计算,2.5,无功功率补偿,11/5/2024,第二章 电力负荷计算2.1 电力负荷与负荷曲线10/7/,2,2.1 电力负荷与负荷曲线,电力负荷（electric power load）,又称,电力负载,，有两种含义：,一,是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。,另一种,是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。,电力负荷的具体含义视具体情况而定。,11/5/2024,2.1 电力负荷与负荷曲线电力负荷（electric po,3,一、电力负荷的分级及供电要求,供电方式:由两个,独立电源,供电；设应急电源,。,1一级负荷,：中断供电将可能造成,人身伤亡,；或造成重大设备损坏，重大产品报废，产生,重大的经济损失,；或在,政治造成重大影响,。,2二级负荷,：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。,供电方式:由,双回路,供电,。,3三级负荷,：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。,供电方式:对供电电源无特殊要求。,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,一、电力负荷的分级及供电要求,4,二、用电设备的工作制,1连续运行工作制（长期工作制）,：,这类工作制的设备在长期连续负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态 。,2短时运行工作制（短时工作制）,：,这类工作制的设备在恒定负荷下运动的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度）。,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,二、用电设备的工作制 1连续运行工作制（长期工作制）：,5,3断续周期工作制（反复短时工作制）,：,这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡,。,暂载率（负荷持续率）：,指设备工作时间与工作周期的百分比值，即,吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和60%四种,电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种,二、用电设备的工作制,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,3断续周期工作制（反复短时工作制）：这类工作制的设备周期性,6,三、负荷曲线,1负荷曲线的分类,按性质分：,有功负荷曲线和无功负荷曲线,按负荷持续时间分：,日负荷曲线,、月负荷曲线和,年负荷曲线,2负荷曲线的绘制,2.1 电力负荷与负荷曲线,日负荷曲线（,图2.1,） ：逐点描绘法、梯形曲线法,年负荷曲线：,年最大负荷曲线（图2.3 ）：或称运行年负荷曲线。,图2.3 年最大负荷曲线,11/5/2024,三、负荷曲线1负荷曲线的分类按性质分：有功负荷曲线和无,7,图2.1 日有功负荷曲线,a）折线图 b）梯形图,2.1 电力负荷与负荷曲线,作用：,电力系统调度,部门用于安排,发电,计划,;电力系统计划部门用于进 行电力系统的,电力电量平衡,和确定运行方式(如调峰,容量,、调压和无功,补偿,方式等)以及进行,安全分析,;,11/5/2024,图2.1 日有功负荷曲线2.1 电力负荷与负荷曲线作用：,8,11/5/2024,10/7/2023,9,取夏季为200天，冬季为165天，则图中功率,P,1,所占时间为：,图2.2 全年时间负荷曲线的绘制,a）夏季典型日负荷曲线 b）冬季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线,2.1 电力负荷与负荷曲线,全年时间负荷曲线（图2.2 ）：或称年负荷持续曲线。,11/5/2024,取夏季为200天，冬季为165天，则图中功率P1所占时间为：,10,四、与负荷曲线有关的物理量,1年最大负荷和年最大负荷利用小时数,年最大负荷,P,max,：,指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即,年最大负荷利用小时数,T,max,：,在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，如图2.4所示。,可见：年负荷曲线越平坦，,T,max,越大；年负荷曲线越陡，,T,max,越小。,图2.4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,四、与负荷曲线有关的物理量1年最大负荷和年最大负荷利用,11,四、与负荷曲线有关的物理量,1年最大负荷和年最大负荷利用小时数,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,四、与负荷曲线有关的物理量1年最大负荷和年最大负荷利用,12,2平均负荷与负荷系数,平均负荷,P,av,：,在一定时间,t,内消耗的平均功率，即,负荷系数,K,L,：,平均负荷与最大负荷的比值，即,年平均负荷为（图2.5）:,可见，K,L,越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。,图2.5 年平均负荷,2.1 电力负荷与负荷曲线,11/5/2024,2平均负荷与负荷系数平均负荷Pav：在一定时间t内消耗的平,13,计算负荷：,通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电气设备的一个,假想的持续负荷值,，称为计算负荷，用,P,c,（和,Q,c,、S,c,、 I,c,）表示。,通常把根据,半小时平均负荷,所绘制的负荷曲线上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为,按发热条件选择电气设备的依据,，因此,2.2 计算负荷的意义,一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为34，即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值,11/5/2024,计算负荷： 通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体,14,3,二项式系数,b、c,。,1,需要系数,K,d,：,负荷曲线中的最大有功计算负荷,P,max,与全部用电设备设备容量之比值，即,2,利用系数,K,u,：,负荷曲线中的平均计算负荷,P,av,与全部用电设备的设备容量之比值，即,2.2 计算负荷的意义,常用的几个系数,11/5/2024,3二项式系数b、c。1需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功,15,一、概述,求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和,单位产品耗电量法,等。,二、按需要系数确定计算负荷,1设备容量,P,e,的确定,对长期工作制和短时工作制的用电设备：,对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。,2.3 确定计算负荷的方法,折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。,11/5/2024,一、概述 求计算负荷的方法有：需要系数法、二,16,吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容量：指统一换算到,=25%,时的额定功率（kW），即,2.3 确定计算负荷的方法,11/5/2024,吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容量：指统,17,电焊机及电焊变压器的设备容量,：,指统一换算到,=100%,时的额定功率（kW），即,照明设备的设备容量：,白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；,荧光灯应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍；,高压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的10%），其设备容量可取灯管额定功率的1.1倍。,2.3 确定计算负荷的方法,11/5/2024,电焊机及电焊变压器的设备容量：指统一换算到=100%时的额,18,2单台用电设备,的计算负荷,对长期连续工作的单台用电设备：,对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：,3用电设备组,的计算负荷,式中，,P,30 、,Q,30、,S,30,的单位分别为,kW、kvar、kVA,；,K,d,为需要系数，查附录表1。,2.3 确定计算负荷的方法,11/5/2024,2单台用电设备的计算负荷对长期连续工作的单台用电设备： 对,19,11/5/2024,10/7/2023,20,需要系数K,d,的意义,各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数,;,各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数,;,各用电设备,的平均效率 ;,线路的供电效率 。,因此，用电设备组的计算负荷为:,2.3 确定计算负荷的方法,11/5/2024,需要系数Kd的意义各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，,21,例2.1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。试用需要系数法求其计算负荷。,解：此机床组电动机的总容量为,查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得,（取0.16）， 。,因此可求得,11/5/2024,例2.1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的,22,有功计算负荷,无功计算负荷,视在计算负荷,计算电流,11/5/2024,有功计算负荷10/7/2023,23,2.多组用电设备,的计算负荷,当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个,同时系数,。,2.3 确定计算负荷的方法,对车间干线，取,对低压母线，分如下两种情况：,（1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取,（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取,11/5/2024,2.多组用电设备的计算负荷 当车间配电干线上有,24,11/5/2024,10/7/2023,25,11/5/2024,10/7/2023,26,11/5/2024,10/7/2023,27,2.3 确定计算负荷的方法,二、按二项式系数法确定计算负荷,1对同一工作制的单组用电设备,式中，,b,、,c,为二项式系数，可查附录表1； 为由,x,台容量最大用电设备投入运行时增加的,附加负荷,（kW）； 为该用电设备组的,平均负荷（,kW）。,x,cP,11/5/2024,2.3 确定计算负荷的方法 二、按二项式系数法确定计算,28,11/5/2024,10/7/2023,29,2对不同工作制的多组用电设备,2.3 确定计算负荷的方法,式中， 为各用电设备组附加负荷 中的最大值； 为各用电设备组平均负荷的总和； 为与,对应的功率因数角的正切值； 为各用电设备组对应的功率因数的正切值。,x,cP,11/5/2024,2对不同工作制的多组用电设备2.3 确定计算负荷的方法,30,例2.3 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台。试用二项式法求其计算负荷。,11/5/2024,例2.3 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的,31,11/5/2024,10/7/2023,32,11/5/2024,10/7/2023,33,11/5/2024,10/7/2023,34,2.4 尖峰电流的计算,尖峰电流：,持续12s的短时最大负荷电流，主要由,用电设,备起动,所引起。,尖峰电流,主要用来,计算电压波动,、,选择熔断器,和,自动开关,等电气设备，也用来,整定继电保护装置,和,校验电,动机的自启动条件,等。,11/5/2024,2.4 尖峰电流的计算尖峰电流：持续12s的短时最大负,35,一、单台用电设备的尖峰电流,单台用电设备的尖峰电流就是其启动电流，即,二、多台用电设备不同时启动时的尖峰电流,或,式中，和,分别为用电设备中,启,动电流与额定电流之差最大,的那台设备的启动电流及其启动电流与额定电流之差；,2.4 尖峰电流的计算,鼠笼型电机：57；,绕线型电机：23；,直流电机：1.52。,为同时系数，取0.7-1；,11/5/2024,一、单台用电设备的尖峰电流单台用电设备的尖峰电流就是其启,36,三、用电设备同时自启动的尖峰电流,如果有一组用电设备需同时参与自启动，则其尖峰电流等于所有用电设备的启动电流之和，即,式中，,n,为参与自,启,动的用电设备台数； 和,为分别对应于第,i,台用电设备的起启电流倍数和额定电流。,2.4 尖峰电流的计算,11/5/2024,三、用电设备同时自启动的尖峰电流如果有一组用电设备需,37,11/5/2024,10/7/2023,38,2.5 无功功率补偿,一、功率因数低的不良影响,1使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。,2使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。,3使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。,4使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。,因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。,由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据 ，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。,当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。,由于 ，当,P,、,R,、,X,一定时，功率因数越低，,Q,越大，则 越大。,11/5/2024,2.5 无功功率补偿一、功率因数低的不良影响1使供电网,39,可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：,2.5 无功功率补偿,二、功率因数的计算,1. 瞬时功率因数：,指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：,2. 均权功率因数：,瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的情况。,式中，,W,p,为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；,W,q,为同一时间内消耗的无功电能（kvarh）。,11/5/2024,40,2.5 无功功率补偿,指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。其计算公式为：,3. 最大负荷时的功率因数：,注意：,在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按,最大负荷时的功率因数,来计算补偿容量。,我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于,0.9，,其他电力用户的功率因数不应低于,0.85。,若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。,11/5/2024,2.5 无功功率补偿,41,三、提高功率因数的方法,2.5 无功功率补偿,提高自然功率因数的方法,不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。,用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。,正确选用感应电动机的型号和容量,当电动机的负荷系数,K,L,70%,时，可以不换；当,K,L,40%,时，必须换小电机；当,40%,K,L,70%,时，则需经过技术经济比较后再进行更换。,降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。,对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。,11/5/2024,三、提高功率因数的方法2.5 无功功率补偿 提高自然功率,42,2.7 无功功率补偿,限制感应电动机的空载运行,提高感应电动机的检修质量,合理使用变压器,感应电动机同步化运行,11/5/2024,2.7 无功功率补偿限制感应电动机的空载运行合理使用变压,43,2.7 无功功率补偿,2提高功率因数的补偿法,采用移相电容器（即静电电容器）,采用同步电动机,采用同步调相机,静电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故障范围小、有功功率损耗小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿装置。,调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就能向电网输送无功功率，因而能提高企业的功率因数。,同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率，大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性变电所，作为该地区的无功补偿电源，用于提高该地区的功率因数和电压质量。,11/5/2024,2.7 无功功率补偿2提高功率因数的补偿法采用移相电容,44,2.7 无功功率补偿,四、电容器并联补偿的工作原理,在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻,R,和电感,L,的串联电路，其功率因数可表示为：,当在,R,、,L,电路中并联接入电容器,C,后，如图2-8,a）所示,，回路电流为：,图2-8 电容器无功补偿原理图,11/5/2024,2.7 无功功率补偿四、电容器并联补偿的工作原理,45,2.7 无功功率补偿,欠补偿 ：补偿后电流 落后电压 ，,如图2-8b）,所示。,过补偿 ：补偿后电流 超前电压 ，,如图2-8c）,所示。,一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。,11/5/2024,2.7 无功功率补偿欠补偿 ：补偿后电流 落后电,46,五、电容器的补偿方式,1电容器的接线方式,低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。,由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的3倍 。,若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。,但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸 ；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。,2.7 无功功率补偿,11/5/2024,五、电容器的补偿方式1电容器的接线方式低压电容器一般接,47,2电容器的装设位置（补偿方式）,高压集中补偿：,将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所610kV母线上。,低压分组补偿：,将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。,个别补偿：,将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。,11/5/2024,2电容器的装设位置（补偿方式）高压集中补偿：将高压电容器组,48,必须指出：,电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设,放电装置,，且其放电回路中,不得装设熔断器或开关设备,，以免放电回路断开，危及人身安全。,对高压电容器，通常利用母线上电压互感器的一次绕组来放电；对分散补偿的低压电容器组，通常采用白炽灯的灯丝电阻来放电；对就地补偿的低压电容器组，通常利用用电设备本身的绕组来放电。,2.7 无功功率补偿,2电容器的装设位置（补偿方式）,11/5/2024,必须指出：电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压,49,2.7 无功功率补偿,六、补偿容量的计算,电容器的补偿容量可用下式确定（图2.8）:,式中，,P,30,为最大有功计算负荷（kW）；,和 分别为补偿前、后的功率因数角的正切值； 称为补偿率或比补偿功率（,kvar/kW,） 。,图2.8 功率因数与无功功率和视在功率的关系,Q,C,11/5/2024,2.7 无功功率补偿六、补偿容量的计算电容器的补偿容量可,50,2.7 无功功率补偿,在确定了总的补偿容量,Q,C,时，就可根据所选电容器的单个容量,q,C,来确定电容器的个数,n,，即,由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数；对,单相,电容器，则应取,3的整数倍,，以便三相均衡分配。,应考虑以下两个问题：,当电容器的额定电压与实际运行电压不相符时，电容器的实际补偿容量应按下式进行换算：,11/5/2024,2.7 无功功率补偿在确定了总的补偿容量QC时，就可根据,51,P320,附录表8,11/5/2024,P320 10/7/2023,52,11/5/2024,10/7/2023,53,（3）补偿后的变压器容量和功率因数,补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为,因此主变压器容量可改为800kVA。比补偿前容量减少450kVA。,变压器的功率损耗为,变压器高压侧的计算负荷为,补偿后的功率因数为,这一功率因数满足规定（0.9）要求。,由此例可以看出，采用无功补偿来提高功率因数能使工厂取得可观的经济效果,。,11/5/2024,（3）补偿后的变压器容量和功率因数因此主变压器容量可改为80,54,第二章 作业,P35-P36:,思考题：,2-1 、2-2、2-3、2-4、2-9、2-10、2-11,计算题：,2-13、2-15、2-19,11/5/2024,第二章 作业P35-P36:10/7/2023,55,