第三章工厂电力负荷及其计算

• (a) 折线形负荷曲线 (b) 梯形负荷曲线 • 3.1日有功负荷曲线 日有功负荷曲线
2) 年负荷曲线 年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线(load 年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线(load curve)，按负荷大小依次排列，如图3.2 duration curve)，按负荷大小依次排列，如图3.2 (c) 所示，全年按8760h 8760h计 所示，全年按8760h计。
(3)断续周期工作制：此类设备工作时间短， (3)断续周期工作制：此类设备工作时间短，停歇时间也 断续周期工作制 以断续的方式反复交替进行工作， 短，以断续的方式反复交替进行工作，其周期一般不超 10min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。 过10min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。 如电焊机和吊车电动机。 断续周期工作制的设备， 如电焊机和吊车电动机。 断续周期工作制的设备，可用 负荷持续率” cycle，又称暂载率) “负荷持续率”(duty cycle，又称暂载率)来表示其工 作特征。 作特征。 暂载率：一个周期内工作时间与工作周期的百分比值， 暂载率：一个周期内工作时间与工作周期的百分比值， 用 ε 表示
Pav =
t
Wt t
8760
图3.5 年平均负荷
•(2) 负荷系数(load coefficient)KL：用电负荷的平均负 荷与其最大负荷的比值，即 • Pav
KL = Pmax
• 对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表 征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从 充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数 越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应 尽量使不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。 • 对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率与设 备额定容量的比值，即 P • K L = av PN • •负荷系数通常以百分值表示。负荷系数(负荷率)有功负荷 系数 α 和无功负荷系数 β ；
ε=
工作周期； 工作周期 T ——工作周期；
t
t0
——工作周期内的工作时间； 工作周期内的工作时间； 工作周期内的工作时间 ——工作周期内的停歇时间。 工作周期内的停歇时间。 工作周期内的停歇时间
• 二、 负荷曲线 • 负荷曲线(load curve)是表征电力负荷随时间变动情况 负荷曲线(load curve)是表征电力负荷随时间变动情况 的一种图形，它反映了用户用电的特点和规律。 的一种图形，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上，纵坐标表示负荷( 线绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷(有功功率或无 功功率) 横坐标表示对应的时间(一般以小时为单位) 功功率)，横坐标表示对应的时间(一般以小时为单位)。 • 负荷曲线按负荷对象分：有工厂的、车间的或某类设备 负荷曲线按负荷对象分：有工厂的、 的负荷曲线。按负荷性质分：有有功和无功负荷曲线。 的负荷曲线。按负荷性质分：有有功和无功负荷曲线。 按所表示的负荷变动时间分：有年的、月的、 按所表示的负荷变动时间分：有年的、月的、日的或工 作班的负荷曲线。 作班的负荷曲线。 • 1) 日负荷曲线 • 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间(0h～24h)的变化情况， 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间(0h 24h)的变化情况 (0h～ 的变化情况， 3.1是一班制工厂的日有功负荷曲线 是一班制工厂的日有功负荷曲线。 图3.1是一班制工厂的日有功负荷曲线。 • 日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制方法如下。 日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制方法如下。 • (1) 以某个检测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功 以某个检测点为参考点， 24h中各个时刻记录有功 功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷 功率表的读数，逐点绘制而成折线形状， 曲线， (a)； 曲线，见图 (a)；
• 2) 平均负荷和负荷系数 • (1) 平均负荷(average load) P 平均负荷(average ：电 力负荷在一定时间内平均消耗的功率， 力负荷在一定时间内平均消耗的功率，也就 是电力负荷在该时间 t 内消耗的电能 t W 的值， 除以时间 t 的值，即
av
Pav =
• 年平均负荷的说明如图3.5所示。年平均负 年平均负荷的说明如图3.5所示。 3.5所示 荷的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等 于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积， 于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即 年平均负荷为 • W
•
• 续时间曲线
(a) 夏日负荷曲线 •
(b) 冬日负荷曲线
(c) 年负荷持
图3.2 年负荷持续时间曲线的绘制
•
年负荷曲线的另一种形式， 年负荷曲线的另一种形式， 是按全年每日的最大负荷( 是按全年每日的最大负荷(通常 取每日最大负荷的半小时平均 绘制的， 值)绘制的，称为年每日最大负 荷曲线，如图3.3所示。 3.3所示 荷曲线，如图3.3所示。横坐标 依次以全年12 12个月的日期来分 依次以全年12个月的日期来分 这种年最大负荷曲线， 格。这种年最大负荷曲线，可 以用来确定拥有多台电力变压 器的变电所在一年内的不同时 期宜于投入几台运行， 期宜于投入几台运行，即所谓 经济运行方式， 经济运行方式，以降低电能损 提高供电系统的经济效益。 耗，提高供电系统的经济效益。
1、设备容量的确定 ⑴长期工作制、短期工作制的设备容量 长期工作制、 牌功率 PN
Pe
等于其铭
⑵断续周期工作制，如起重机的电动机有功功率 PN 断续周期工作制， 应该统一换算到暂载率 一换算为
ε N = 100%
ε N = 25%
第二节、工厂电力负荷的计算
一、计算负荷的概念 用于计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。 在计算当中用“用半小时最大负荷”来表示计算负荷，也是 年度最大负荷。
P30 = Pmax Q30 = Qmax S30 = S max
P Q 其中， 30 表示有功功率， 30 表示无功功率， 30 表示视在功率。 S
图3.3 年每日最大负荷曲线 注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制， 注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而 年负荷曲线是按负荷的大小和累积时间绘制 的。
•
从各种负荷曲线上， 从各种负荷曲线上，可以直观地了解电力负 荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析， 荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更 深入地掌握负荷变动的规律， 深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些 对设计和运行有用的资料。 对设计和运行有用的资料。因此了解负荷曲线对 于从事供配电系统设计和运行的人员来说， 于从事供配电系统设计和运行的人员来说，都是 很必要的。 很必要的。
二、用电设备组计算负荷的确定 供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、 供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、 电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。 电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。 常用） 计算负荷的方法 ：需要系数法 （常用） 二项式法（设备台数少， 二项式法（设备台数少，容量差别悬殊 时采用） 时采用） （一）需要系数法 负荷计算过程： 负荷计算过程： 1. 确定计算范围 将不同工作制下用电设备的额定功率P 换算到同一工作制下， 2. 将不同工作制下用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下，经 换算后的额定功率也称为设备容量P 换算后的额定功率也称为设备容量Pe 再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组， 3. 再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考 虑到需要系数算出每一组用电设备的计算负荷 4. 最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷
三. 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量
1) 年最大负荷和年最大负荷利用小时 • (1) 年最大负荷(annual maximum load)：全年中负 年最大负荷(annual load)： 荷最大的工作班内( 荷最大的工作班内(该工作班的最大负荷不是偶然出 现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过2 现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过2次～3次) 消耗电能最大的半小时的平均功率。 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P 也称为半小时最大负荷P30。 • (2) 年最大负荷利用小时Tmax (utilization hours 年最大负荷利用小时T load)： of annual maximum load)：假设电力负荷按年最大 负荷( 持续运行时， 负荷(或)持续运行时，在Tmax时间内电力负荷所消耗 的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能， 的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如 3.4所示 因此， 所示。 图3.4所示。因此，年最大负荷利用小时是一个假想 时间。 时间。
第三章
工厂的电力负荷及其计算
本章主要内容：电力负荷与负荷曲线 工厂计算负荷的计算 尖峰电流的计算
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第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线
一、电力负荷 （一）电力负荷的分级 电力负荷： 电力负荷：电气设备所消耗的功率或线路中流过的电流 一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者， 一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者， 以及特别重要的负荷（保安负荷）。双电源供电， 以及特别重要的负荷（保安负荷）。双电源供电，必要时增设应急电源 ）。双电源供电 二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电， 二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负 荷较小时可以专线供电。 荷较小时可以专线供电。 三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。 三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。
（二）工厂用电设备的工作制 工厂用电设备按其工作制不同可划分为三类 （1）连续工作制：此类电气设备连续工作时间比较长，超过 连续工作制：此类电气设备连续工作时间比较长， 其稳定温升时间。 其稳定温升时间。 （2）短时工作制（负荷持续率）：此类用电设备工作时间短 短时工作制（负荷持续率）：此类用电设备工作时间短 ）： 而停歇时间长，导体还未达到稳定温升就开始冷却， 而停歇时间长，导体还未达到稳定温升就开始冷却，在停歇时 间内足以将温度降到通电前的温度。这类设备的数量很少， 间内足以将温度降到通电前的温度。这类设备的数量很少，求 计算负荷一般不考虑短时运行工作制的用电设备
•
图2.4 年最大负荷和年最大负荷利用小时 • 年最大负荷利用小时的计算公式为
•
Tmax =
W a P max
Wa ——年实际消耗的电能量。 • 式中 年实际消耗的电能量。 年实际消耗的电能量 • 年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与 年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数， 工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂， 工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂， Tmax ≈1800h～3000h；两班制工厂 Tmax ≈3500h～4800h；三班制工 1800h～3000h； 3500h～4800h； Tmax ≈5000h～7000h。 5000h～7000h。 厂，
•
通过接在供电线路上的电度表， (2) 通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间 一般为半小时)将其读数记录下来， 隔(一般为半小时)将其读数记录下来，求出半小时的平 均功率，再依次将这些点画在坐标上， 均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶 梯状的成梯形的负荷曲线， (b)所示 所示。 梯状的成梯形的负荷曲线，如图 (b)所示。 • 为便于计算，负荷曲线多绘成梯形， 为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一 般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷” 般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”(将在后 面介绍) 当然，其时间间隔取得越短， 面介绍)。当然，其时间间隔取得越短，曲线越能反映负 荷的实际变化情况。 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。 代表全日所消耗的电能。