负荷计算及无功补偿.

负荷计算及无功补偿

第3章负荷计算及无功补偿

供配电技术

南京师范大学电气工程系

第3章负荷计算及无功补偿

3.1 负荷曲线与计算负荷

3.2 用电设备额定容量的确定

3.3 负荷计算的方法

3.4 功率损耗与电能损耗

3.5 变电所中变压器台数与容量的选择

3.6 功率因数与无功功率补偿

3.1 负荷曲线与计算负荷

3.1.1 负荷曲线

负荷曲线(load curve)是指用于表达可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线; 按所表示的负荷变动的时间分:

可分为日负荷,月负荷和年负荷曲线.

2.年最大负荷和年最大负荷利用小时数

(1)年最大负荷Pmax

年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率,因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30.

(2)年最大负荷利用小时数Tmax

年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax,它是一个假想时间,在此时间内,电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能.

下图为某厂年有功负荷曲线,此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷,Tmax为年最大负荷利用小时数.

3.平均负荷Pav

平均负荷Pav,就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率,也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值,即Pav=W/t

年平均负荷为Pav=Wa/8760

3.1.2 计算负荷(calculated load)

通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的"最大负荷"称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用Pca(Qca,Sca,Ica)或

P30(Q30,S30,I30)表示.

规定取"半小时平均负荷"的原因:

一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上,根据经验表明,中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3τ=3×10=30(min),如果导线负载为短暂尖峰负荷,显然不可能使导线温升达到最高值,只有持续时间在30min以上的负荷时,才有可能构成导线的最高温升.

3.1.3 计算负荷的意义和计算目的

负荷计算主要是确定计算负荷,如前所述,若根据计算负荷选择导体及计算负荷

是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面,变压器容量, 正确确定计算负荷意义重大,是供电设计的前提,也是实现供电系统安全,经济运行的必要手段.

返回目录

3.2 用电设备额定容量的确定

3.2.1 用电设备的工作方式

用电设备按其工作方式可分为三种:

(1)连续运行工作制(长期工作制)

(2)短时运行工作制(短暂工作制)

(3)断续周期工作制(重复短暂工作制)

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,设备任何部分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, 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达到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.

断续周期工作制(重复短暂工作制)

用电设备以断续方式反复进行工作,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,若干周期后,达到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ε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ε ,即: 式中:t,t0——工作时间与停歇时间,两者之和为工作周期T.

3.2.2 用电设备额定容量的计算

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.

(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

① 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

ε=25%时的额定功率(kW),若其εN不等于25%时应进行换算,公式为:

② 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε=100%时的额定功率(kW).若

其铭牌暂载率εN不等于100%时,应进行换算,公式为:

(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=SN·cos N

(4)照明设备的设备容量

①白炽灯,碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率(kW);

②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);

③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);

④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).

(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,则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算.

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

Pe=3Pe·m

式中:Pe——等效三相设备容量;

Pe·m ——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Pe·l——接于同一线电压的单相设备容量.

返回目录

3.3 负荷计算的方法

负荷计算的方法有:

需要系数法,二项式法,利用系数法,形状系数法,附加系数法

需要系数法比较简便因而广泛使用.这里仅介绍需要系数法.

需要系数

需要系数考虑了以下的主要因素:

式中:

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;

KL——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;

ηwl——线路供电效率;

η——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Kd有影响.所以Kd只能靠测量统计确定,见附录表3~5.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.

3.3.1 需要系数法

由负荷端逐级向考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候,其计算负荷Pca·1为

Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量;

η—用电设备在额定负载下的的效率.

(2)无功计算负荷:

Qca·1=Pca·1tan

—用电设备功率因数角.

计算目的:用于选择分支线导线及其上的开关设备.