工业企业电力负荷及其计算

第2章、工业企业电力负荷及其计算1、主要内容：2.1、工业电力负荷和负荷曲线*2.2.三相用电设备组的计算负荷确定*2.3、单相用电设备组的计算负荷确定2.4、工业企业的负荷计算及系统的功率损耗和电能损耗2.5、尖峰电流的计算2、学习目的：为了使供电工作达到安全、可靠、经济、合 理的要求，必须需要了解电力负荷的性质及其计算。2.1.工业企业电力负荷和负荷曲线 2.1.11业企业电力负荷的分级1、电力负荷：用电设备所消耗的功率或者线路中流过的电流或者功率； （反映数值KA/KVA）耗用电能的用电设备和用户。一（反映性质）2、按照电力负荷对其供电可靠性及中断供电在政治上、经济上所造 成的损失或者影响的程度，将工业企业的电力负荷分成三级：一级负荷二级负荷三级负荷1）、一级负荷：重要负荷，无论正常运行还是发生事故时，都 应保持连续供电。解决方案：两个独立的电源供电。特殊重要的又称为保安负 荷（应急电源）。2）、二级负荷：重要负荷，占很大的比例。它能做到不致中断 供电，或者审断后能迅速恢复供电。解决方案：两回线路供电，供电变压器也应由两台。 举例：3）、三级负荷：所有不属于一级和二级的负荷的电能用户。允 许长时间停电，一般有单回线路供电。在工业企业中，一级二级负荷占的比重较大（60%-80%）,即使短时停 电造成的损失一般都很可观。掌握了工业企业的负荷分级以及其对供电的要 求后，在设计新建企业的供电系统时，可以按照实际情况进行方案的拟定和 分析比较，是确定供电方案在技术经济上最合理。 2.1.2工业企业用电设备的工作制在工业企业中，电能广泛应用于各种机械、电解、电热、电 焊等，其运行工作制不同。为了取得较准确的电力负荷数据，以 便正确的选择供电系统的线路以及供电元件，必须将用电设备按 工作制进行分类。按照发热情况分成3类:1、连续工作制；2、短时工作制;3、反复短时工作制。1连续工作制：在规定的环境温度下长期连续运行的 电器设备，特点是负荷比较稳定。连续工作发热使其温 度达到稳定温度，任何部分产生的温度和温升均应不超 过最咼允许值。例子：通风机、水泵、压缩空气机，电动发动机，电炉，运输 设备，照明设备等。2、短时工作制：工作时间较短，而停歇时间相当长的 用电设备。特点是工作温度达不到稳定温度，停歇时 温度可降到环境温度。Pl&例子：机床上的进给电动机，水闸电动机，脉冲阀门等3鞭龍黑艦?釁 不到环境温度。点鹳耦其輙銖到霰霸的蠶时罐矍降负荷持续率/暂态率：tIM莎tw x 100% = x 100%.t + tOTT为工作周期，t为一个工作周期内的工作时间，tO为一个工作周期内的非工作时间。 国标规定电气设备的额定周期为lOmino例子：提升机，高炉卷扬机，各类型的吊车，电焊机，起重机。（一般属于系统的不良用户）。2.1.3工业企业的负荷曲线与计算负荷1、负荷曲线指某一段时间内负荷随时间而变化的规律，反映了用户的用电特 点和功率大小。负荷曲线的名称和特征由三组词来限定：A、功率性质：有功与无功；B、时间段：年、月、日、工作班；C、计量地/设备名：发电厂，变电所，电力线路、工业企业、车 间、某类设备。负荷曲线的功能：直观地了解符合变动的情况。8000246810 12 14 16 18 20 23 対r/h1IL11尸1.1ushiJ300200100：r/hh) 400IS 2-1日有功负荷曲线亦依点连成的數荷曲线L）绘成梯形的负荷曲线尖峰负荷，最大负荷 负荷低谷，最小负荷 半小时最大负荷P3030，S30p c I1 av Jav av年负荷曲线1图2-2年负荷持续时间曲线的绘制G夏日负荷曲线b）冬日负荷曲线c）年负荷持续时间曲线T = 200 （冇+）7 = 200卩+165说年负荷曲线21/11/41/71/1031/12日期ce/fl)图2-3年每日最大负荷曲线2、与负荷曲线相关的物理量(1)、年最大负荷(P30 Pmax):全年中负荷最大的工作日内消耗电能最大的半小时的平均功率。(2)、年最大负荷利用小时：Tmax= Wa/Pmax =Wa/P30叫为全年消耗的电能，反映了负荷的稳定性，与工厂的生 产弼制明显相关。越大越平稳Xz/h8706(3)、平均负荷：年平均负荷:Pav=Wa/8760电力负荷在一定时间t内消耗功率的平均值Pav=Wt/t(4)、负荷系数：平均负荷与最大负荷的比值，乂称负荷率， 表明负荷曲线不平坦的程度，也就是负荷变动的情况。KL=Pav/Pmax反映负荷变动的程度。设备的负荷系数：设备的输岀功率Pout和设备额定容量 Pn的比值。Kl=Pou/Pn3、计算负荷概念：通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电 系统中各元件的负荷值； 热惯性与发热的3t原则；计算负荷的表示：P3o Q30，S30，I30计算负荷是供电设计计算的基本依据，关系到电器设备的选型 和导线的选择。目标：选择合适的元件，满足电力系统的可靠运行的要求。确定计算负荷的方法：需要系数法，二项式法。2.2、三相用电设备组的设备容量2.2.1、设备容量区别“额定功率”在确定用电设备组的额定容量时，不能将各设备上的额定容 量简单相加，而必须换算成同一工作制下的额定功率，然后 才能相加。在统一规定的工作制下的“额定功率”成为设备 容量，用Pe表示。换算的依据是等价的发热条件；即将某一工作制下的发热转 换到另一工作制下的发热时对应的功率消耗。照明设备分情况讨论：A、不用镇流器：B、用镇流器C、按比功率法进行估算222设备容量的确定（单个三相设备） （根据工作制的不同分别确定）1、连续工作制和短时工作制的设备容量：Pe=PN 或者 Pe=SNCOSN1 巳二 Pnpe=（i.ini.2）pNPe=PoAPo为比功率，即建筑物单位面积照明光源的安装功率;A为建筑物的面积；2、反复短时工作制的设备容量反复短时工作制的设备容量是将某负荷持续率的铭牌额定 功率换算成到统一的负荷持续率下的功率，这种换算是按同一 周期内相同发热条件进行的。Pe= Pn按照发热条件的等价进行推导:1）电焊机和电焊装置:例:已知电焊机变压器:SN=42kVA,n=60% ,cos0=O.62求：该变压器的Pe100=100%解:2）起重机（吊车电动机）：E 二 25 二 25%例：已知某10啲桥式吊车一台，：PN=39.6kW,en=40% ,求：该吊车的Pe解:2.3、电力负荷的实用计算方法2.3.1需要系数法概念：在进行电力负荷计算时，一般将车间内多台用电设 备按其工作特点分组，即把负荷曲线图形特征相近的归成一个 设备组，对每组设备选用合适的需要系数，计算出每组用电设 备的计算负荷，然后由各组计算负荷求出总的计算负荷。计算负荷总计算负荷Pe,i 查表：Kd某一组的、 分组i 计算负荷某一组的J计算负荷1 用电设备组的计算负荷血=辱最人负荷时运行设备的容量设备组总额定容量设备组的同时系数;最大负荷时输岀功率运行的设备组的容量，设备组的负荷系数;最人负荷时输出功率取用功率，设备组平均效率;最人负荷时末端功率 首端功率配电线路的平均效率,一般取0.95 - -0.98o需求系数:7e7wL按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式心=KdPeQ30 = P30 tan例2 1已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7. 5kW3台; 4kW8台,3kW17台；1. 5kW10台。试求其计算负荷。解此机床组电动机的总容駅为代=7Pe= 3MaxPemphjXC相:P42P42表23相间负荷换算为相负荷的功率换算系数例2-52.4、供电系统的功率损耗和电能损耗241供电系统的功率损耗A、功率损耗示意图：供电系统功率损耗线路功率损耗统路有功功率损耗入戸盹变压器功率损耗空载无功损耗无功功率损耗践路无功功率鼠耗AQ陋负载无功损耗AQrB、功率损耗计算：B1.1线路有功功率损耗：线路电阻所产生的损耗。 U nB1.2、线路无功功率损耗：线路电抗所产生的损耗。AQwl=3I,X=X=鲁季 XUnUn提不:a、线路的电路和电抗参数可查标准表格可以得到;b、计算的单位需特别注意，常用单位：kW3kvar5kVA.则该线路的无功功率损耗为:线路损耗算例：试计算从供电系统的某地区变压所到一个企业总降压变电所的35kV的送电线 路的有功功率损耗和无功功率损耗。已知该线路长度为12km,采用钢芯铝线 LGJ-70,导线几何距离为2.5m,输送计算负荷S30=4917kVAo解：查表的：LGJ-70的R0=046Q/kiii；当几何距离为25m时，X0=0. 397Q /kmo 则该线路的有功功率损耗为：X 0.46x12 = 108944() = 109(kW)x 0.397 x 12 = 94023(var) = 94(kvar)B2.1、变压器的有功功率损耗：铁损APf訂变压器铸刺痛宰铁心中产生的有功功率，通过空载实验测定；与外加 的电压及频率有关，与负荷无关。铜损APCu：编号压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中所产生的有功损耗，通 过短路实验测定；与负荷电流的平方成正比。APT = APFe + APCu APQ + APk=乂 + 側02丿p =s30/sN变压器的负荷率。B2.2、变压器的无功功率损耗：空载无功功率损耗AQ。：变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流造成。通过空载 实验测定；只与绕组电压有关，与负荷无关。负载无功功率损耗:变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流造成。通过空载实验 测定；只与绕组电压有关，与负荷无关。B2.2、变压器的无功功率损耗:空载无功功率损m q0：变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流造成。通过空载 实验测定；只与绕组电压有关，与负荷无关。A2o/。100负载无功功率损耗：负荷电流在变压器一次、二次绕线组电抗上产生的无功功率。 通过短路实验测定；与绕组有关。所以，变压器的无功功率损耗:0 =+q变压器功率损耗的算例已知某车间选用变压器的型号为SJL1-1000/10, 10/0.4kVo其技术数据 为：空载损耗为2.0kW,短路电压百分比为4.5,空载电流百分比为1.7。 已知该变压器的计算负荷为：P3o=596kW5Q3o=53Okvar3 S30800kVAo 试计算该车间变压器的有功损耗和无功损耗。解：变压器的负荷率P =S30/SN=800/1000=0. 8；变压器的有功损耗为:A PtA Po+A Pkp 2 =2. 0+13.7X0. 82=10.8(kW)变压器的无功损耗为： QTSN(Io%/lOO+Uk%/lOOX|3 2 )= 1000X 1.7/100+4. 5/100X (0.8)2=45. 8(kvar)2.4.1供电系统的电能损耗最常用的方法利用“最大负荷损耗小时严来近似计算供电线路的有功电能损耗尸f（T吨,cs（P）线路电能损耗：% fRw其中:铁损：AWFe=APFex876OAPox760铜损：佗=APCur A2.5、工业企业负荷计算一、目的：1 向当地供电部门申请用电2、企业变配电所（站）电气设备和导线的选型二、负荷计算的方法:1、逐级计算法2、需要系数法3、估算法2.5.1按逐级计算法确定企业计算负荷1、定义：根据企业的供电系统图，从用电设 备端开始，朝电源方向逐级计算，最后求出 车间/企业总的计算负荷。2、车间总计算负荷的计算步骤：1) 计算每台用电设备的计算负荷卩30(7)；2) 按匸作制相似的用电设备分组，求出计算负荷P30(6)；3) 低压母线上所有低压配电线路计算负荷之和，再乘以一个同时系数，求出计算负荷P30；4) 车间变电所低压侧计算负荷P30(5)，加上低压配电线路上的功率损耗，求出车间变电所低压侧计算负 荷卩30(4)；5) 汇总车间降压变电所各出线的计算负荷，乘以一个同时系数，得到变电所低压母线上的计算负荷 P 30(3)；7)车间降压变电所低压母线上的计算负荷，加上车间降压变电所变压器耗损，加上高压配电线路上 的功率损耗，求得车间总计算负荷P30(2) O或者：1) 计算每台用电设备的计算负荷p30(1);2) 按工作制相似的用电设备分组，求出计算负荷P30(2)；3) 低压母线上所有低压配电线路计算负荷Z和，再乘以一个同时系数,求出计算负荷卩30(3)；4) 车间变电所低压侧计算负荷P30(3)，加上车间变压器的功率损耗，求出车间变电所高压侧计算负荷P30(4)；5) P30(4)加上高压供电线路损耗，求出总降压变压所各出线的计算负荷卩30(5)；6) 汇总总降压变电所各出线的计算负荷，乘以一个同时系数，得到变电所低压母线上的计算负荷P30(6)；7) 总降压变电所低压母线上的计算负荷，加上总降压变电所变压器耗损，求得企业总计算负荷P30。2.5.2按需要系数法确定企业计算负荷首先将企业用电设备容量Pe乘以一个需要系数Kd， 就得到了用功计算负荷P30。然后根据企业的功率因数，分别求出无功计算负荷 Q30视在计算负荷S30，计算电流bo2.5.3按估算法确定企业计算负荷Wa为企业全年电能需求量。 、单位产品耗电量法：Wa=A-aA为年产量；a为单位产品耗电量。 、单位产值耗电量法：Wa=B-bB为企业年产值，b为单位产值耗电量。2.6、尖峰电流的计算2.6.1尖峰电流用电设备持续12秒的短时最大负荷电流。 （电机启动时，电焊机的启动的瞬间）2.6.2尖峰电流的计算A、单台用电设备的尖峰电流： lpk=KstX I”In：用电设备的额定电流Kg：用电设备的启动电流倍数，一般笼型电动机为57,绕线转子电动机为2-3,直流电动机为1.5-2,电焊机变压器为34。B、多台用电设备的尖峰电流一般只考虑启动电流最大的一台电动机的启动电流，因此多 台的尖峰电流为：lpk=K(n j )lNj+lst,maxIpk=l3o+ ( st N )maxhmax,和(1st jGmax：启动电流与额定电流Z差为最大的那台设备的启动电流以及期启动电流与 额定电流之差。Kz(n-1)INJ：将启动电流与额定电流Z差为最大的那台设备除外的其他n1台设备的额定电流之和；例:例78有一 380V三相线路，供电给表24所示4台电动机。试计算该线路的尖峰电流。表2-4例2 8的负荷贲料数电动机MlM2M3M4额定电Si Jn/A5-835. 827-6起动电 J/A40. 635197193-2