工厂供配电系统负荷计算
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工厂供配电的负荷计算⏹电力负荷和负荷曲线⏹计算负荷的确定⏹变配电所总计算负荷的确定⏹尖峰电流的计算⏹小结一、电力负荷和负荷曲线“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义,它可以指用电设备或用电单位,也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。
供配电系统进行电力设计时,需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面,确定变压器的容量,制定改善功率因数的措施,选择及整定保护设备等。
计算负荷的确定是否合理,将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理,系统是否正常可靠的运行。
用电设备容量的确定用电设备的铭牌“额定功率”,经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量,用P e表示。
1.用电设备的工作制(1长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,而且运行时负荷比较稳定,如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。
(2短时工作制设备工作时间较短,而间歇时间相对较长,如有些机床上的辅助电动机。
(3断续周期工作制设备工作具有周期性,时而工作、时而停歇、反复运行,如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。
通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征,即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。
3 电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率,即cos e N NP S ϕ=cos N N S ϕ——电炉变压器的额定容量——电炉变压器的额定功率因数4照明设备①不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯的设备额定容量指灯头的额定功率,即e NP P =1.1e N P P =1.2e NP P =②用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯的设备容量要包括镇流器中的功率损失。
荧光灯:高压水银灯、金属卤化物灯:负荷曲线1.负荷曲线的绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形,可以直观地反映用户用电的特点和规律。
(1日有功负荷曲线代表负荷在一昼夜间(0~24h变化情况。
其时间间隔取的愈短,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所消耗的电能。
日有功负荷曲线(a折线形负荷曲线(b阶梯形负荷曲线(2年负荷曲线反映负荷全年(8760h变动情况。
年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。
年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成;年持续负荷曲线的绘制,要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。
通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线。
其中夏季。
和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定。
一般在北方,近似认为冬季200天,夏季165天;在南方,近似认为冬季165天,夏季200天。
图2-2是南方某厂的年负荷曲线,图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为Tl=200t1+165t2。
(a夏季日负荷曲线(b冬季日负荷曲线(c年负荷持续时间曲线2.与负荷曲线有关的参数1年最大负荷年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内(为防偶然性,这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2—3次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。
2年最大负荷利用小时max maxa T W P 一班制工厂,约为1800~3000h ;两班制工厂,约为3500~4800h ;三班制工厂,约为5000~7000h 。
max max a T W P ——最大负荷利用小时——全年实际消耗的电能——全年最大功率3平均负荷和年平均负荷(1平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。
av t P W t =(2年平均负荷8760av a P W =4负荷系数(1负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值,负荷系数越接近1,负荷曲线越平坦。
(2对于单个用电设备或用电设备组,负荷系数是指设备的输出功率和设备额定容量之比值,其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。
maxL av K P P =L N K P P =二、计算负荷的确定●单个用电设备的计算负荷●用电设备组的负荷计算●单相用电设备计算负荷的确定计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷,即用半小时最大负荷来表示有功计算负荷,用分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。
30P 303030Q S I 、和单个用电设备的计算负荷1.对单台电动机,供电线路在30min 内出现的最大平均负荷即计算负荷为2.对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等,设备额定容量就作为计算负荷。
即:3.对单台反复短时工作制的设备,其设备容量均作为计算负荷;不过对于吊车类和电焊类设备,则应按公式进行相应的换算。
30/N M N N MP P P η⋅⋅=≈30NP P =N M N P η⋅——电动机的额定功率——电动机在额定负荷下的效率0.93~0.970.90~0.95直接相加0.85~0.950.80~0.90直接相加低压母线0.90~0.970.85~0.95车间干线应用范围p K ∑q K ∑同时系数例2一机修车间的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2台共2.4kW ;电阻炉1台2kW 。
试求计算负荷(设同时系数为0.9。
解:查表,得到各用电设备组的需要系数冷加工电动机11130.11130.130.110.2,cos 0.5, 1.730.25010kW10 1.7317.3kVard de K tg P K P Q P tg ϕϕϕ=====⨯===⨯=通风机22230.22230.230.20.8,cos 0.8,0.750.8 2.4 1.92kW2 1.920.75 1.44kVard de K tg P K P Q P tg ϕϕφ=====⨯===⨯=电阻炉33330.33330.30.7,cos 1.0,00.72 1.4kW0kVard de K tg P K P Q ϕϕ=====⨯==单个用电设备的计算负荷基本原则:单相设备接于三相线路中,应尽可能地均衡分配,使三相负荷尽可能平衡。
如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%,可将单相设备总容量等效为三相负荷平衡进行负荷计算。
如果超过15%,则应该将单相设备容量换算为等效三相设备容量,再进行负荷计算。
三、变配电所总计算负荷的确定●供电系统的功率损耗●车间或全厂计算负荷的确定●无功功率补偿供电系统的功率损耗供电系统的功率损耗主要包括线路功率损耗和变压器的功率损耗两部分。
1.线路功率损耗的计算(1有功功率损耗2303WL WLP I R ∆=(2无功功率损耗2303WL WLQ I X ∆=30WL WL I R X ——线路的计算电流——线路的每相电阻——线路的每相电抗0%%K I U ——变压器空载电流占额定电流的百分值——变压器短路电压占额定电压的百分值在负荷计算中,SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。
30300.0150.06T T P S Q S ∆=∆=车间或全厂计算负荷的确定1.逐级计算工厂计算负荷和有功功率损耗工厂的计算负荷(以有功负荷为例,应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和,再乘上一个同时系数。
高压配电线的计算负荷,应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷,加上变压器的功率损耗和高压配电线的功率损耗……如此逐级计算。
但对一般工厂供电系统来说,由于线路一般不很长,因此在确定计算负荷时往往略去不计。
30.1P 30.2P 30.3P TP ∆.1WL P ∆计算工厂及变电所低压侧总的计算负荷时,30303030P Q S I 、、和0.8~0.950.85~0.97p q K K ∑∑==2.按需要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设备的总容量(不含备用设备容量乘上一个需要系数,即得到全厂的有功计算负荷,即e P d K 30d eP K P =(3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(即计算负荷时的功率因数,按下式计算: 3030cos /P S ϕ=我国电力工业部规定:除电网有特殊要求的用户外,用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数,一般应达到下列规定:100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。
其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业,功率因数为0.85以上。
农业用电,功率因数为0.80及以上。
2.无功功率补偿如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下,尚达不到规定的功率因数要求时,则需考虑人工无功功率补偿。
功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系如下图所示。
无功功率补偿原理图补偿后工厂的功率因数为cos 661/7310.9040.9ϕ'==>满足相关规定的要求。
(5无功补偿前后的比较'1250800450kVAN T N T S S ⋅⋅-=-=由此可见,补偿后主变压器的容量减少了450 ,不仅减少了投资,而且减少电费的支出,提高了功率因数。
kV A四、尖峰电流的计算尖峰电流:是指持续时间1~2s的短时最大负荷电流。
作用:主要用来选择熔断器和低压断路器,整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。
●单台用电设备尖峰电流的计算●多台用电设备尖峰电流的计算单台用电设备尖峰电流的计算单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流pk st st NI I K I ==N st st I I K ——用电设备的额定电流——用电设备的起动电流——用电设备的起动电流倍数笼型电动机为5~7绕线型电动机为2~3直流电动机为1.7电焊变压器为3或稍大用电设备的起动电流倍数如下:引至多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算多台用电设备尖峰电流的计算1..max130max(n pk N i st i pk st N I K I I I I I I -∑==+=+-∑.max max 1.1(n-1st st N n N i i I I I IK -=∑-∑ ——用电设备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——用电设备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之差——除了起动电流与额定电流之差为最大的那台设备以外的其它n-1台设备的额定电流之和——上述台的同时系数,按台数多少选取,一般为0.71例4有一380V 三相线路,供电给下表所示4台电动机。
试计算该线路的尖峰电流。
起动电流193.21973540.627.635.855.8额定电流M4M3M2M1电动机参数A I st /AI N /例4的负荷资料解: 由表可知,电动机M4的为最大。
取,该线路的尖峰电流为。
193.727.6165.6A st N I I -=-=0.9K ∑=0.9(5.8535.8193.2235Apk I =⨯+++=五、小结本章介绍了负荷曲线的基本概念、类别及有关物理量,讲述了用电设备设备容量的确定方法;重点谈了负荷计算的方法;讨论了工厂功率损耗和电能损耗;详细地论述了全厂负荷计算的步骤,并重点讨论了功率因数对供配电系统的影响及怎样进行无功补偿。
