煤矿电工学第二章 供电设计计算

思考题
• 确定计算负荷的需要系数法和二项系数法有什么特点？各适 用哪些场合？
第三节 变压器的选择
• 一、功率损耗及电能损耗计算 • 二、企业负荷的确定与变压器的选择
一.功率损耗及电能损耗计算
• 当电流通过导线和变压器时，就要引起有功功率和无 功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供 给。因此，在确定企业的计算负荷时，应把这部分功 率损耗加进去。
• 用途：固定绝缘子，使固定在绝缘子上的导线保持足够的气 间距，防止风吹摆动造成导线之间的短路。
• 分类：木横担、铁横担和瓷横担 • 位置：直线杆安装在负荷一侧；转角杆、分支杆、终端杆应
安装在所受张力的反方向；耐张杆安装在电杆的两侧。另外 横担安装应与线路方向垂直；多层横担应装在同一侧；横担 应水平安装，其倾斜度不应大于1％。
• 变压器台数选择的原则：台数原则、互为备用。
思考题
• 进行无功补偿，提高功率因数对电力系统有哪些好处？对企 业本身又有哪些好处？
• 电力变压器的有功功率损耗包括哪两部分？如何确定？与负 荷各有什么关系？
第四节 导线的选择
• 一、架空线 • 二、矿用电缆 • 三、输电导线截面的选择 • 四、输电线路的铺设
第二节 负荷计算的方法
• 一、设备容量的确定 • 二、需用系数法确定用电设备组的计算负荷 • 三、二项系数法 • 四、单位电耗法
一、设备容量的确定
• （一）长期连续工作制 • （二）短时工作制 • （三）断续周期工作制用电设备
（一）长期连续工作制
• 这类工作制的用电设备长期连续运行，负 荷比较稳定，如通风机、空气压缩机、水泵、 电动发电机等。机床电动机，虽一般变动较 大，但多数也是长期连续运行的。对长期工 作制的用电设备有：
日负荷曲线与坐标所包围 的面积代表全日所消耗的电 能。
怎样绘制年负荷曲线图（年负荷持续时间曲线）
年负荷曲线的绘制
年每日最大负荷曲线
• 按全年每日的最大负荷(一 般取为每日最大负荷的半 小时平均值)绘制的，称为 年每日最大负荷曲线，如 图所示。横坐标依次以全 年十二个月份的日期来分 格。这种年最大负荷曲线， 可用来确定拥有多台电力 变压器的企业变电站在一 年内不同时期宜于投入几 台变压器运行，即所谓经 济运行方式，以降低电能 损耗。提高供电系统的经
在最大负荷期间投入运行的电动机的额定容量的总和
Ksi
全部电动机的总额定容量
则在最大负荷期间，电网供给该用电设备组的最大负荷为
Pc'a
K si PN
, kW
• 同时，我们还应该考虑到，投入运行的电动机也不可能 同时满载运行。如果定义 KI0为电动机的平均加权负荷 系数，即
投入运行的电动机的实际最大负荷 Klo 投入运行的电动机的额定容量总和
•该通用常户规的定“取计30算m负in平荷均”负。荷最大值Pca、 Qca和Sca作为
虽然年最大负荷 和计算负荷定义不同，但其物理 意义很相近。 因此，基本满足以下关系：
•Pmax=Pca •Qmax=Qca •Smax=Sca
本节小结
• 负荷曲线：日有功负荷曲线、年负荷曲线 • 负荷计算的几个物理量：年最大负荷和年最大利用小时、平
(三)需用系数和利用系数
• 需用系数Kd是用电来自百度文库备组实际从电网吸收的最大 负荷与该用电设备组的额定总容量的比值。即：
K Pmax dP
N
式中 ——用电设备组的额定总容量，kW。
• 利用系数 Kc 是用电设备组实际从电网吸收负荷的 平均值与该用电设备组额定容量的比值。
Kc
Pav
P N
式中——用电设备组的额定总容量，kW。
•（二）变压器台数选择的原则
• 1.确定车间变电站变压器台数原则 • 2.确定企业总降压变电站变压器台数的原则 • 3.两台变压器互为备用的方式
本节小结
• 功率损耗及电能损耗计算：分为供电线路的功 率损耗和变压器的功率损耗、企业年电能损耗 三种。按公式进行分析计算。
• 企业负荷的确定：依次按顺序求出用电设备组、 车间低压变压器侧、车间变压器高压侧、总降 压站 6～l0kV 侧、企业的计算负荷。
• 线路和变压器均具有电阻和电抗，因而功率损耗分为 有功和无功损耗两部分。下面分别讨论导线和变压器 的功率损耗计算方法。
（一）供电线路的功率损耗
（二）变压器的功率损耗
（三）企业年电能损耗计算
二.企业负荷的确定与变压器的选择
•（一）企业负荷确定的步骤
• （1）求用电设备组的计算负荷 • （2）求车间低压变压器侧的计算负荷 • （3）求车间变压器高压侧计算负荷 • （4）总降压站 6～10kV 侧的计算负荷 • （5）企业计算负荷的确定
2.绝缘子
• 用途：固定导线，并使导线与横担和电杆之间绝缘。 • 按电压不同分类：高压绝缘子和低压绝缘子。 • 按用途和结构不同分类：针式、蝶式、悬式、瓷横担绝
Pca =bPNΣ+cPx
• 与需用系数法相比较，由于二项系数法不仅考虑了 用电设备组的平均最大负荷。而且还考虑了容量最
大的少数用电设备运行时对总计算负荷的额外影响，
所以，这种计算方法比较适合于确定用电设备台数
较少，而其容量差别又较大的用电设备组的负荷计 算。但是，二项式计算系数b 、c 和X 的值缺乏足 够的理论根据。而且，目前这方面的数据较少，因
•年最大负荷利用小时是反映企业电力负荷是否均匀的一个 重要指标。 Tmax 与企业的生产班制有较大关系。
(二) 平均负荷和负荷系数
平均负荷就是电力负荷在一定时间t内消耗功率的平均值，分别用符号Pav、 Qav、Sav表示。即： 对于年平均负荷，t 取8760（h）。因此，年平均负荷：
负荷系数Klo ，是平均负荷与最大负荷的比值，即：
• 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数， 它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大， 则负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。从发挥整个 电系统的效能来说，应尽量设法使企业不平坦的 负荷曲线“削峰填谷”，这就是企业供电系统在 运行中应该实行的负荷调整。
• 对用电设备来说，负荷系数就是设备在最大负荷
时的输出功率P 与设备额定容量 P N的比值，即
•3. 导线在电杆上的排列方式
• （1）三相四线制： • 低压线路一般水平排列 • 零线不应高于相线，路灯线不应高于其他相线和零线 • 高压配电线路与低压配电线路同杆架设时，低压配电
线路应架设在下方
• （2）三相三线制： • 可水平排列也可三角形排列 • 多回路线路的导线，宜采用三角、水平混合排列或垂
需用系数法确定用电设备组的计算负荷：计算简单方便、数值 较完整准确。但没考虑大容量电动机对计算负荷的影响，总用 电设备较少时，影响更大。
二项系数法：比较适合于确定用电设备台数较少，而其容量差 别又较大的用电设备组的负荷计算。但是，二项式计算、缺乏 足够的理论根据。
单位电耗法：A = am，（ kW·h ） Pca =A/Tmax （kW）
三、二项系数法
（一）基本公式及含义
从企业日负荷曲线看出，其最大有功负荷Pca 可以表示成 Pca=Pav+ ΔP
式中，Pav为企业日负荷曲线的平均负荷，ΔP则表示日负 荷曲线的尖峰部分。大量的考察和统计证明，产生企业 “尖峰负荷”的主要原因是：企业内X台最大容量的电动 机在某一生产时间内较密集地处于高负荷运行状态。如果 已知X台最大容量的电动机总容量为Px，则可以由下式表 示：
直排列
（二）电杆
• 按材质可分为木杆、水泥杆和铁塔。 • 按在线路中的作用可以分为直线杆、耐张杆、转角杆、
终端杆、分支杆和跨越杆。
（三）拉线
• 拉线由拉线抱箍、拉紧绝缘子、花篮螺栓、地锚（拉线 底盘）和拉线等组成。
按用途和结构可分为图中（a）（b）（c）（d）四种：
（四）横担、绝缘子与金具
•（1）横担
PNμ=PN
（二）短时工作制
• 这类工作制的用电设备工作时间很短，而停歇时 间相当长。如煤矿井下的排水泵等。对这类用电 设备也同样有：
PNμ=PN
（三）断续周期工作制用电设备
二、需用系数法确定用电设备组的计算负荷
(一）需用系数的含义
以一组用电设备来分析需用系数Kd值的含义。 设该组用电设备有n台电动机，其额定总容量为
（四）尖峰负荷和低谷负荷
• 在一昼夜间用户出现的最大负荷，称为尖峰负荷； 出现的最小负荷，称为低谷负荷。由于各行业用 电特点的不同，出现尖峰负荷和低谷负荷时间也 不尽相同。
（五）计算负荷定义
计算负荷是按发热条件选择导体和电气设备时所使用 的一个假想负荷。按这个“计算负荷”持续运行时所 产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生最 大热效应相等。
PNΣ(kW) 。则当此用电设备组满载运行时，需从 电网接用容量:
PjN= PNΣ /η
kW
式中 PjN ——用电设备组从电网吸收容量，kW；
η ——n台电动机的加权平均效率，
PN11
PN 22
n
......
PNnn
PNi
i 1
• n 台电动机同时运行的可能很小。我们可以定义同时运
行系数 Ksi
一、架空线
• （一）导线 • （二）电杆 • （三）拉线 • （四）横担、绝缘子与金具
（一）导线
•1.导线的分类：
• 按有无绝缘：裸导线、绝缘导线 • 按结构：单股、多股导线 • 按材料：铜、铝、钢和钢芯铝绞线
•2.档距与弧垂
• 档距：同一线路上两相邻电杆之间的水平距离。
• 弧垂：架空线路的最低点与两端电杆导线悬挂点 的垂直距离。
而，使其应用受到一定的局限。
二项系数法确定用电设备组的计算负荷
多组用电设备计算负荷的确定
四、单位电耗法
当已知企业年生产量为m ，每生产单位产品电能消 耗量为a。
则：年电能需要量 A = am， kW·h
Pca =A/Tmax 式中 Tmax ——年最大负荷利用小时数，h。
本节小结
设备容量的确定：计算负荷时，必须考虑到设备容量所对应的 负荷持续率，而且要按规定的负荷持续率进行用电设备容量的 统一换算。
• 则在最大负荷期间，电网所供给的实际最大有功负荷为
KKP
P kW ''
lo si N
ca
考虑到用电设备组在运行时，供电线路上也会引 起一些功率损耗，它也必须由电网提供，于是得：
kW
式中 η1——供电线路效率一般为0.95~0.98。 最后推出用电设备组的需用系数为
Kd
Pca
P N
Klo Ksi
均负荷和负荷系数、需用系数和利用系数、尖峰负荷和低谷 负荷、计算负荷定义。 • 年最大负荷 和计算负荷定义不同，但其物理意义很相近。 基本满足以下关系：
Pmax=Pca Qmax=Qca Smax=Sca
思考题
• 什么叫负荷曲线？什么叫年最大负荷和年最大负荷利用小时？ • 什么叫计算负荷？正确确定计算负荷有什么意义？
二、有关负荷计算的几个物理量
• 年最大负荷，就 是全年中负荷最 大的工作班内消 耗电能最大的半 小时平均功率， 并分别用符号
Pmax ， Qmax 和 Smax
表示。
（一）年最大负荷与利用小时
•年最大负荷持续运行所消耗的电能Pmax •年最大负荷利用小时Tmax •全年实际消耗的电能Ap
•即，年最大负荷利用小时： Tmax = Ap/Pmax h
1
通过以上分析不难看出用电设备组的需用系数Kd的含 义。它标示着用电设备组在投入电网运行时，需从电网
实际取用的有功功率所必须考虑的一个综合系数。这个 系数是与用电设备组的平均加权负荷系数Kl0 、同时运
行系数Ksi、电动机的加权平均效率η以及电网供电线路
效率η1等系数有关。需用系数值Kd小于1。
需用系数法确定用电设备组的计算负荷
多个用电设备组的计算负荷
对需用系数法的评价
优点： 1、公式简单，计算方便。 2、对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用
系数值，数值比较完整和准确。 缺点：
需用系数法没有考虑大容量电动机对整个计算负荷Pca、
Qca的影响，尤其是当总用电设备较少时，影响更大。
在这种情况下，采用二项系数法更准确些。
第二章 供电设计计算
第一节 负荷曲线 第二节 负荷计算的方法 第三节 变压器的选择 第四节 导线的选择 第五节 无功功率补偿
第一节 负荷曲线
一、负荷曲线 二、有关负荷计算的几个物理量
一、负荷曲线
在电力系统中，用电设备 所需用的电功率称为电力负 荷，简称为负荷。
负荷曲线是用来表示一组 用电设备的用电功率随时间 变化关系的图形，它反映了 用户用电的特点和规律。负 荷曲线绘制在直角坐标系内， 一般纵坐标表示电力负荷， 横坐标表示时间。