【正文】 第 2章 電力負荷及其計算 供配電技術 山東農(nóng)業(yè)大學電氣工程系 第 2章 負荷計算及無功補償 負荷曲線與計算負荷 用電設備額定容量的確定 負荷計算的方法 功率損耗與電能損耗 工廠的計算負荷和年電能消耗量 建筑用電負荷的計算方法 功率因數(shù)與 無功功率補償 尖峰電流計算 2 負荷曲線與計算負荷 一、 負荷曲線 負荷曲線 （ load curve）是指用于表達電力負荷隨時間變化情況的函數(shù)曲線。在直角坐標系中，縱坐標表示負荷（有功功率或無功功率）值，橫坐標表示對應的時間（一般以小時為單位）。 3 1． 負荷曲線的分類 ? 按負荷的功率性質(zhì)分： 可分為有功負荷曲線和無功負荷曲線；按負荷對象不同，分用戶、車間或某類設備負荷曲線。 ? 按所表示的負荷變動的時間分： 可分為日負荷、月負荷和年負荷曲線。 4 2 日負荷曲線 日負荷曲線表示負荷在一晝夜間（ 0~24h）變化情況。如圖 21。 日負荷曲線可用測量的方法繪制。繪制的方法是： （ 1）以某個監(jiān)測點為參考點，在 24h中各個時刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點繪制而成折線形狀，稱折線形負荷曲線，見圖 21a。 （ 2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時間間隔（一般為半小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出 功率，再依次將這些點畫在坐標上，把這些點連成階梯狀的是階梯形負荷曲線，圖 21b所示。 5 3 年負荷曲線 年負荷曲線反映負荷全年（ 8760h）變動情況。如圖 22所示。 年負荷曲線又分為年運行負荷曲線和年持續(xù)負荷曲線。年運行負荷曲線可根據(jù)全年日負荷曲線間接制成；年持續(xù)負荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負荷曲線和夏季日負荷曲線。通常用年持續(xù)負荷曲線來表示年負荷曲線，繪制方法如圖 22所示。 其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況而定。一般在北方，近似認為冬季 200天，夏季 165天；在南方，近似認為冬季 165天，夏季 200天。圖 22是南方某用戶的年負荷曲線，圖中 P1在年負荷曲線上所占的時間計算為 T1=200t1+165t2。 6 注意：日負荷曲線是按時間的先后繪制，而年負荷曲線是按負荷的大小和累計時間繪制。 分析負荷曲線可以了解負荷變動的規(guī)律，對供電設計人員來說，可從中獲得一些對設計有用的資料；對運行來說，可合理地、有計劃地安排用戶、車間、班次或大容量設備的用電時間，降低負荷高峰，填補負荷低谷，這種“削峰填谷”的辦法可使負荷曲線比較平坦，從而達到節(jié)電效果。 7 8 9 2．年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù) （ 1） 年最大負荷 Pmax 年最大負荷 Pmax就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時的平均功率，因此年最大負荷也稱為半小時最大負荷 P30。 （ 2） 年最大負荷利用小時數(shù) Tmax 年最大負荷利用小時數(shù)又稱為年最大負荷使用時間Tmax，它是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負荷按年最大負荷 Pmax (或 P30)持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能。 10 下圖為某廠年有功負荷曲線，此曲線上最大負荷 Pmax就是年最大負荷， Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。 11 Tmax是反映工廠負荷是否均勻的一個重要參數(shù)。該值越大，則負荷越平穩(wěn)。如果年最大負荷利用小時為 8760h，說明負荷常年不變（實際不太可能）。 Tmax與用戶的性質(zhì)和生產(chǎn)班制有關，例如一班制工廠，Tmax約為 1800～ 3000h，兩班制工廠， Tmax約為 3500～4800h,三班制工廠， Tmax約為 5000～ 7000h，居民用戶Tmax約為 1200～ 2800h。 12 表 22 某些企業(yè)的年最大負荷利用小時數(shù) 電器工廠 4280 6420 工廠類別 年最大負荷利用小時數(shù)（ h） 有功負荷 無功負荷 重型機械制造廠 3770 4840 機床廠 4345 4750 工具廠 4140 4960 滾珠軸承廠 5300 6130 起動運輸設備廠 3300 3880 汽車拖拉機廠 4960 5240 農(nóng)業(yè)機械制造廠 5330 4220 儀器制造廠 3080 3180 汽車修理廠 4370 3200 車輛修理廠 3560 3660 金屬加工廠 4355 5880 13 Pav 平均負荷 Pav，就是電力負荷在一定時間 t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負荷在該時間內(nèi)消耗的電能 W除以時間 t的值，即 Pav=W/t 年平均負荷為 Pav=Wa/8760 14 15 ?負荷系數(shù) 在最大工作班內(nèi)，平均負荷與最大負荷之比。 avmPP? ? avm? ?一般工廠年負荷系數(shù)年平均值為： α=~ β =~ 16 負荷系數(shù)又稱負荷率或負荷填充系數(shù)，他表征負荷曲線不平坦的程度，負荷系數(shù)越接近 1，負荷越平坦。 所以用戶應盡量提高負荷系數(shù)，從而充分發(fā)揮供電設備的供電能力、提高供電效率。有時也用 α表示有功負荷系數(shù)，用 β表示無功負荷系數(shù)。 一般工廠 α=~， β=~ 他表征該設備或設備組的容量是否被充分利用。 對于單個用電設備或用電設備組 ， 負荷系數(shù)是指設備的輸出功率 P和設備額定容量 PN之比值 ， 即 LNPKP?17 二、 計算負荷 （ 30lculated load） 計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)，它是選擇供電系統(tǒng)中各元件的依據(jù)，故非常重要。 計算負荷的定義： 通過負荷的統(tǒng)計計算求出的，用來按發(fā)熱條件選擇導體和電器設備的一個假想負荷。以這個不變的 “假想負荷 ”持續(xù)運行所產(chǎn)生的熱效應與實際運行的變動的負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等 18 計算負荷的數(shù)值與半小時最大負荷 P30基本相等，通常將以 半小時平均負荷 為依據(jù)所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷， 所以用 P30來表示有功計算負荷（ KW），無功計算負荷表示為Q30 （ Kvar），視在計算負荷表示為 S30 （ KVA），計算電流表示為 I30 （ A）。 也有用 Pc (Qc、 Sc、 Ic) 表示的。 計算負荷的物理意義：設有一電阻為 R的導體，在一定時間內(nèi)通過一變動負荷，其最高溫升達到 τ值，如果這根導體在相同的時間內(nèi)通過另一不變負荷其最高溫升也達到 τ值，則這個不變負荷就是該變動負荷的計算負荷，即計算負荷和實際負荷最高溫升是等值的。 19 ? 規(guī)定取“半小時平均負荷”的原因 ： 一般中小截面導體的發(fā)熱時間常數(shù) τ為10min以上，根據(jù)經(jīng)驗表明，中小截面導線達到穩(wěn)定溫升所需時間約為 3τ=3 10＝ 30（ min），如果導線負載為短暫尖峰負荷，顯然不可能使導線溫升達到最高值，只有持續(xù)時間在 30min以上的負荷時，才有可能構成導線的最高溫升。 較大截面的導體發(fā)熱時間常數(shù)往往大于 10min，30min還不能達到穩(wěn)定溫升。 20 )142(30m ax30m ax30m ax30m ax??????????????????IIISSSQPPPdefdefcdefdefcdefdefcdefdefc21 三、 負荷計算的意義和目的 負荷計算主要是確定計算負荷，如前所述，若根據(jù)計算負荷選擇導體及電器，則在實際運行中導體及電器的最高溫升不會超過允許值。 計算負荷是設計時作為選擇工廠供配電系統(tǒng)供電線路的導線截面、變壓器容量、開關電器及互感器等的額定參數(shù)的依據(jù)。 22 正確確定計算負荷意義重大，是供電設計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的必要手段。 計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)。計算負荷的確定是否合理，將直接影響到電器設備和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。計算負荷不能定得太大，否則選擇的電器設備和導線電纜將會過大而造成投資和有色金屬的浪費；計算負荷也不能定得過小，否則選擇的電器設備和導線電纜將會長期處于過負荷下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導致絕緣過早老化甚至燒毀。 返回目錄 23 用電設備額定容量的確定 一、 用電設備的工作方式 用電設備按其工作方式可分為三種： （ 1） 連續(xù)運行工作制 （長期工作制） （ 2） 短時運行工作制 （短暫工作制） （ 3） 斷續(xù)運行工作制 （重復短暫工作制） 24 ? 連續(xù)運行工作制（長期工作制） 在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運行，設備任何部分溫升均不超過最高允許值，負荷比較穩(wěn)定。如通風機水泵、空氣壓縮機、皮帶輸送機、破碎機、球磨機、攪拌機、電機車等機械的拖動電動機，以及電爐、電解設備、照明燈具等，均屬連續(xù)運行工作制的用電設備。 25 ? 短時運行工作制（短暫工作制） 用電設備的運行時間短而停歇時間長，在工作時間內(nèi)，用電設備的溫升尚未達到該負荷下的穩(wěn)定值即停歇冷卻，在停歇時間內(nèi)其溫度又降低為周圍介質(zhì)的溫度，這是短暫工作的特點。如機床上的某些輔助電動機（如橫梁升降、刀架快速移動裝置的拖動電動機）及水閘用電動機等設備。這類設備的數(shù)量不多。 26 ? 斷續(xù)運行工作制（重復短暫工作制） 用電設備以斷續(xù)方式反復進行工作，其工作時間（ t）與停歇時間（ t0）相互交替。工作時間內(nèi)設備溫度升高，停歇時間溫度又下降，若干周期后，達到一個穩(wěn)定的波動狀態(tài)。如電焊機和吊車電動機等。斷續(xù)周期工作制的設備，通常用暫載率 ε表征其工作特征，取一個工作周期內(nèi)的工作時間與工作周期的百分比值，即為 ε ，即： 式中 t， t0—— 工作時間與停歇時間，兩者之和為工作周期 T。 %1000????tttTt?27 二、 用電設備額定容量的計算 在每臺用電設備的銘牌上都有“額定功率” PN，但由于各用電設備的額定工作方式不同，不能簡單地將銘牌上規(guī)定的額定功率直接相加，必須先將其 換算為同一工作制下的額定功率 ，然后才能相加。 經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為“設備額定容量”，用 Pe表示。 28 （ 1）長期工作制和短時工作制的設備容量 Pe=PN （ 2）重復短暫工作制的設備容量 ① 吊車機組用電動機（包括電葫蘆、起重機、行車等 ）的設備容量統(tǒng)一換算到 ε=25%時的額定功率（ kW），若其 εN不等于 25%時應進行換算，公式為 : nNNNe PPP ??2%25???29 （ 3）電爐變壓器的設備容量 電爐變壓器的設備容量是指在額定功率因數(shù)下的額定功率（ kW），即： Pe=PN=SNcos?Ｎ ② 電焊機及電焊變壓器的設備容量統(tǒng)一換算到 ε＝ 100%時的額定功率（ kW）。若其銘