工廠的電力負(fù)荷和曲線及其計算

工廠的電力負(fù)荷和曲線及其計算第1頁/共158頁一、工廠的電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線

1.工廠常用的用電設(shè)備2.工廠用電設(shè)備的工作制3.負(fù)荷曲線第2頁/共158頁

“電力負(fù)荷”又稱電力負(fù)載，在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設(shè)備或用電單位，也可以指用電設(shè)備或用電單位的功率或電流的大小。

第3頁/共158頁1.1工廠常用用電設(shè)備①生產(chǎn)加工機(jī)械的拖動設(shè)備；②電焊、電鍍設(shè)備；③電熱設(shè)備；④照明設(shè)備。

第4頁/共158頁①.生產(chǎn)機(jī)械的拖動設(shè)備

機(jī)床設(shè)備起重運輸設(shè)備功能

金屬切削金屬壓力加工功能

起吊搬運物料運輸客貨車床銑床刨床鉆床磨床組合機(jī)床鏜床沖床鋸床剪床砂輪機(jī)吊車行車輸送機(jī)電梯自動扶梯生產(chǎn)機(jī)械的拖動設(shè)備第5頁/共158頁②．電焊和電鍍設(shè)備

電焊設(shè)備電焊機(jī)的工作特點是：（1）工作方式呈一定的周期性，工作時間和停歇時間相互交替。（2）功率較大。（3）功率因數(shù)很低。（4）一般電焊機(jī)的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動。第6頁/共158頁電鍍設(shè)備的工作特點是：（1）工作方式是長期連續(xù)工作的。（2）供電采用直流電源，需要晶閘管整流設(shè)備。（3）容量較大，功率因數(shù)較低。

電鍍的作用：防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或?qū)щ娦缘?，如鍍銅、鍍鉻。電鍍設(shè)備第7頁/共158頁③．電熱設(shè)備

電熱設(shè)備的工作特點是：（1）工作方式為長期連續(xù)工作方式。（2）電力裝置一般屬二級或三級負(fù)荷。（3）功率因數(shù)都較高，小型的電熱設(shè)備可達(dá)到1。電阻加熱爐電弧爐感應(yīng)爐其它電熱設(shè)備主要用于各種零件的熱處理主要用于礦石熔煉、金屬熔煉主要用于熔煉和金屬材料熱處理紅外線加熱、微波加熱和等離子加熱等第8頁/共158頁④．照明設(shè)備

常用照明設(shè)備白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、鎢鹵化物燈和單燈混光燈等。

照明設(shè)備的工作特點：（1）工作方式屬長期連續(xù)工作方式。（2）除白熾燈、鹵鎢燈的功率因數(shù)為1外，其它類型的燈具功率因數(shù)均較低。（3）照明負(fù)荷為單相負(fù)荷，單個照明設(shè)備容量較小。（4）照明負(fù)荷在工廠總負(fù)荷中所占比例通常在10%左右。

第9頁/共158頁

工廠電力負(fù)荷的分級一級負(fù)荷：為中斷供電將造成人身傷亡者，或者中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的大量產(chǎn)品報廢、國民經(jīng)濟(jì)中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸、火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要的場所不允許中斷供電者，為特別重要負(fù)荷。

1.2電力負(fù)荷的分級

第10頁/共158頁二級負(fù)荷二級負(fù)荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。三級負(fù)荷三級負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，所有不屬于一、二級負(fù)荷著均屬于三級負(fù)荷。第11頁/共158頁雙電源：指兩路電源分別來自不同的發(fā)電廠；或一路電源來自發(fā)電廠，另一路電源來自區(qū)域變電站；或兩路電源均來自不同的區(qū)域變電站。雙回路：指兩路電源來自同一變電所的不同的母線分段。第12頁/共158頁各級電力負(fù)荷對供電電源的要求一級負(fù)荷：雙電源供電。保證其中一路電源發(fā)生故障時，另一路電源應(yīng)不致同時損壞。特別重要的負(fù)荷：除兩路電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對特別重要負(fù)荷的供電，嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。常用的應(yīng)急電源：獨立于正常電源的發(fā)電機(jī)組、供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門的饋電線路、蓄電池、干電池等。第13頁/共158頁二級負(fù)荷：雙回路供電。二級負(fù)荷也屬于重要負(fù)荷，要求有兩個回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺，當(dāng)其中一回路或一臺變壓器出現(xiàn)故障時，二級負(fù)荷不應(yīng)中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負(fù)荷較小或當(dāng)?shù)毓╇娎щy時，二級負(fù)荷可由一回路6kV及以上的專用架空線路供電。如采用電纜則必須采用兩根電纜并列供電，每個電纜能承受全部二級負(fù)荷。三級負(fù)荷對供電電源的要求無特殊要求。第14頁/共158頁1.3工廠用電負(fù)荷的分級

序

號

車

間

用

電

設(shè)

備

負(fù)荷級別

1金屬加工車間價格昂貴、作用重大，稀有的大型數(shù)控機(jī)床一級價格貴，作用大，數(shù)量多的數(shù)控機(jī)床二級2鑄造車間沖天爐、鼓風(fēng)機(jī)、30t及以上的澆鑄起重機(jī)三級3熱處理車間井式爐專用淬火起重機(jī)、井式爐油槽抽油泵二級4鍛壓車間鍛造專用起重機(jī)、水壓機(jī)、高壓水泵、油壓機(jī)二級5電鍍車間大型電鍍用整流設(shè)備、自動流水作業(yè)生產(chǎn)線二級6模具成型車間隧道窯鼓風(fēng)機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)二級7層壓制品車間壓塑機(jī)及供熱鍋爐二級8線纜車間冷卻水泵、鼓風(fēng)機(jī)、潤滑泵、高壓水泵、水壓機(jī)、真空泵、液壓泵、收線用電設(shè)備、漆泵電加熱設(shè)備二級9空壓站單臺60m3/min以上空壓機(jī)二級有高位油箱的離心式壓縮機(jī)、潤滑油泵二級離心式壓縮機(jī)潤滑油泵一級表2－1小型機(jī)械類工廠中常用重要電力負(fù)荷的級別分類第15頁/共158頁2.1工廠用電設(shè)備的工作制長期連續(xù)工作制設(shè)備短時工作制設(shè)備反復(fù)短時工作制設(shè)備能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，運行時負(fù)荷比較穩(wěn)定。如：照明設(shè)備、電動扶梯、空調(diào)風(fēng)機(jī)、電爐等。這類設(shè)備的工作時間較短，停歇時間較長。如：金屬切削用的輔助機(jī)械(龍門刨橫梁升降電動機(jī)、刀架快速移動裝置)、水閘用電動機(jī)等。這類設(shè)備的工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復(fù)，且工作時間與停歇時間有一定比例。如起重機(jī)、電焊機(jī)、電梯等第16頁/共158頁（2－1）起重電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有15%、25%、40%、60%四種。電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%、100%四種。通常用一個工作周期內(nèi)工作時間占整個周期的百分比來表示負(fù)荷持續(xù)率（或稱暫載率）ε負(fù)荷持續(xù)率工作時間停歇時間第17頁/共158頁同一設(shè)備在不同的暫載率下工作時，其輸出功率是不同的。在計算其設(shè)備容量時，必須先轉(zhuǎn)換到一個統(tǒng)一的ε下。斷續(xù)工作制電氣設(shè)備的功率與負(fù)荷持續(xù)率的關(guān)系第18頁/共158頁第19頁/共158頁對起重電動機(jī)應(yīng)統(tǒng)一換算到ε=25%，換算公式為：（2－2）起重電動機(jī)換算后設(shè)備容量（換算前）設(shè)備鉻牌額定功率設(shè)備鉻牌暫載率第20頁/共158頁對電焊機(jī)設(shè)備，應(yīng)統(tǒng)一換算到ε=100%，換算公式為：

（2-3）

電焊機(jī)設(shè)備設(shè)備鉻牌額定容量設(shè)備鉻牌功率因數(shù)第21頁/共158頁例2-1某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機(jī)床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機(jī)2臺（每臺容量20kVA，），車間有吊車1臺11kW，），試計算此車間的設(shè)備容量。第22頁/共158頁解：（1）金屬切削機(jī)床的設(shè)備容量金屬切削機(jī)床屬于長期連續(xù)工作制設(shè)備，所以20臺金屬切削機(jī)床的總?cè)萘繛椋?/p>

第23頁/共158頁

電焊機(jī)屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到，所以2臺電焊機(jī)的設(shè)備容量：

（2）電焊機(jī)的設(shè)備容量第24頁/共158頁

吊車屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到，所以1臺吊車的容量為：（3）吊車的設(shè)備容量

(4)車間的設(shè)備總?cè)萘繛榈?5頁/共158頁2.2負(fù)荷曲線

定義負(fù)荷曲線是表示電力負(fù)荷隨時間變動情況的曲線。按負(fù)荷對象分工廠的的負(fù)荷曲線車間的的負(fù)荷曲線某臺設(shè)備的負(fù)荷曲線按負(fù)荷的功率性質(zhì)分有功負(fù)荷曲線無功負(fù)荷曲線分類第26頁/共158頁按表示的時間分年的負(fù)荷曲線月的負(fù)荷曲線日的負(fù)荷曲線工作班的負(fù)荷曲線按繪制方式分依點連成的負(fù)荷曲線梯形的負(fù)荷曲線第27頁/共158頁負(fù)荷曲線的繪制

負(fù)荷曲線通常都繪制在直角坐標(biāo)上，橫坐標(biāo)表示負(fù)荷變動時間，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷大?。üβ蔾W、kvar）。圖3.1日有功負(fù)荷曲線依點連成的負(fù)荷曲線梯形負(fù)荷曲線第28頁/共158頁圖2.2年負(fù)荷曲線年負(fù)荷持續(xù)時間曲線，反映了全年負(fù)荷變動與對應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)時間（全年按8760h計）的關(guān)系。年每日最大負(fù)荷曲線，反映了全年當(dāng)中不同時段的電能消耗水平，是按全年每日的最大半小時平均負(fù)荷來繪制的。第29頁/共158頁與負(fù)荷曲線有關(guān)的參數(shù)

(1)年最大負(fù)荷Pmax和年最大負(fù)荷利用小時Tmax

圖2.3年最大負(fù)荷和年平均負(fù)荷第30頁/共158頁年最大負(fù)荷Pmax

年負(fù)荷持續(xù)時間曲線上的最大負(fù)荷，它是全年中負(fù)荷最大的工作班消耗電能最多的半小時平均負(fù)荷P30。年最大負(fù)荷利用小時Tmax假設(shè)負(fù)荷按最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運行時，在此時間內(nèi)電力負(fù)荷所耗用的電能與電力負(fù)荷全年實際耗用的電能相同。第31頁/共158頁

（2-4）

Tmax是一個反映工廠負(fù)荷特征的重要參數(shù)一班制工廠Tmax=1800～3000h兩班制工廠Tmax=3500～4800h三班制工廠Tmax=5000～7000h負(fù)荷全年實際耗用電能第32頁/共158頁平均負(fù)荷Pav和年平均負(fù)荷

平均負(fù)荷就是負(fù)荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率（2-5）

年平均負(fù)荷就是全年工廠負(fù)荷消耗的總功率除全年總小時數(shù)。（2-6）

t時間內(nèi)耗用的電能第33頁/共158頁有功負(fù)荷系數(shù)α通常取0.7～0.75無功負(fù)荷系數(shù)β通常取0.76～0.82負(fù)荷系數(shù)

第34頁/共158頁2.2負(fù)荷計算的方法

2.2.1概述2.2.2需要系數(shù)法2.2.3二項式法2.2.4單相用電設(shè)備的負(fù)荷計算2.2.5全廠計算負(fù)荷的確定第35頁/共158頁2.2.1概述

“計算負(fù)荷”是指用統(tǒng)計計算求出的，用來選擇和校驗變壓器容量及開關(guān)設(shè)備、連接該負(fù)荷的電力線路的負(fù)荷值。

PC----負(fù)荷的有功計算負(fù)荷QC----負(fù)荷的無功計算負(fù)荷SC---負(fù)荷的視在計算負(fù)荷IC----負(fù)荷的計算電流第36頁/共158頁負(fù)荷計算是指對某一線路中的實際用電負(fù)荷的運行規(guī)律進(jìn)行分析，從而求出該線路的計算負(fù)荷的過程。工程上為了取值和表達(dá)方便，將最大負(fù)荷P30作為計算負(fù)荷Pc。第37頁/共158頁由于導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時間大約需3—4τ，τ為發(fā)熱時間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其

τ大于等于10分鐘，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)過30分鐘后可達(dá)到穩(wěn)定溫升。由此可見，計算負(fù)荷實際上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時最大負(fù)荷P30(亦既年最大負(fù)荷Pmax)是基本相當(dāng)?shù)?。所以，計算?fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時最大負(fù)荷。之所以用P30代替PC是因為電氣上的c已經(jīng)用來表示電容。所以，我們用P30、Q30、S30、I30來表示有功計算負(fù)荷、無功計算負(fù)荷、視在計算負(fù)荷、計算電流。第38頁/共158頁需要系數(shù)法二項式系數(shù)法需要系數(shù)是按照車間以上的負(fù)荷情況來確定的，適用于變、配電所的負(fù)荷計算。二項式系數(shù)法考慮了用電設(shè)備中幾臺功率較大的設(shè)備工作時對負(fù)荷影響的附加功率，一般適用于低壓配電支干線和配電箱的負(fù)荷計算。負(fù)荷計算方法負(fù)荷計算方法第39頁/共158頁表2.2各用電設(shè)備組的需要系數(shù)Kd及功率因數(shù)

用電設(shè)備組名稱

需要系數(shù)Kd

二項式系數(shù)

最大容量設(shè)備臺數(shù)

功率因數(shù)ab小批量生產(chǎn)金屬冷加工機(jī)床大批量生產(chǎn)金屬冷加工機(jī)床小批量生產(chǎn)金屬熱加工機(jī)床大批量生產(chǎn)金屬熱加工機(jī)床

0.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.350.140.140.240.260.40.50.40.555550.50.50.60.651.731.731.331.17通風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)

0.7～0.80.650.2550.80.75非聯(lián)鎖的連續(xù)運輸機(jī)械聯(lián)鎖的連續(xù)運輸機(jī)械0.5～0.60.65～0.70.40.60.20.2550.750.750.880.88鍋爐房和機(jī)加、機(jī)修、裝配車間的吊車鑄造車間吊車0.1～0.150.15～0.250.060.090.20.3330.50.51.731.73自動裝料電阻爐非自動裝料電阻爐小型電阻爐、干燥箱0.75～0.80.65～0.750.70.70.70.70.30.3—

22—

0.950.951.00.330.330高頻感應(yīng)電爐（不帶補(bǔ)償）工頻感應(yīng)電爐（不帶補(bǔ)償）電弧熔爐0.80.80.9———

———

———

0.60.350.871.332.680.57點焊機(jī)、縫焊機(jī)對焊機(jī)0.350.35——

——

——

0.60.71.331.02自動弧焊變壓器單頭手動弧焊變壓器多頭手動弧焊變壓器0.50.350.4———

———

———

0.40.350.352.292.682.68生產(chǎn)廠房、辦公室、實驗室照明變配電室、倉庫照明生活照明室外照明0.8～10.5～0.70.6～0.81————

————

————

1.01.01.01.00000第40頁/共158頁2.2.2需要系數(shù)法

需要系數(shù)法（2-7）

（2-8）

需要系數(shù)用電設(shè)備組所有設(shè)備容量之和每組用電設(shè)備的設(shè)備容量第41頁/共158頁

由于一個用電設(shè)備組中的設(shè)備并不一定同時工作，工作的設(shè)備也不一定都工作在額定狀態(tài)下，另外考慮到線路的損耗、用電設(shè)備本身的損耗等因素，設(shè)備或設(shè)備組的計算負(fù)荷等于用電設(shè)備組的總?cè)萘砍艘砸粋€小于1的系數(shù)，叫做需要系數(shù)，用Kd表示。需要系數(shù)Kd

第42頁/共158頁需要系數(shù)法—需要系數(shù)需要系數(shù)同時系數(shù)K∑：并非供電范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備都會同時投入使用負(fù)荷系數(shù)KL：并非投入使用的所有電氣設(shè)備任何時候都會滿載運行電氣設(shè)備的平均效率ηe：電氣設(shè)備額定功率與輸入功率不一定相等

線路的平均效率ηW1

：考慮直接向電氣設(shè)備配電的配電線路上的功率損耗后，電氣設(shè)備輸入功率與系統(tǒng)向設(shè)備提供的功率不一定相同注：工程實際中，很難通過Kd的表達(dá)式來求得需要系數(shù)，一般都是通過查表求得其經(jīng)驗值第43頁/共158頁用電設(shè)備組名稱需要系數(shù)kd功率因數(shù)cosφtanφ通風(fēng)機(jī)和水泵運輸機(jī)、傳達(dá)帶混凝土及砂漿攪拌機(jī)破碎機(jī)、篩、泥泵、礫石洗滌機(jī)起重機(jī)、掘土機(jī)、升降機(jī)電焊機(jī)建筑室內(nèi)照明工地住宅、辦公室照明變電所室外照明0.75～0.850.52～0.600.65～0.700.700.250.450.800.40～0.700.50～0.701.00.800.750.650.700.700.451.01.01.01.00.750.881.771.021.021.980000建筑工地常用用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)

第44頁/共158頁需要系數(shù)法求解的幾個問題（1）對1~2臺用電設(shè)備宜取

(2)用電設(shè)備組的計算負(fù)荷

有功計算負(fù)荷：（2-9）無功計算負(fù)荷：（2-10）第45頁/共158頁需要系數(shù)法求解的幾個問題視在計算負(fù)荷：

（2-11）計算電流：（2-12）第46頁/共158頁需要系數(shù)法求解的幾個問題(3)多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷總的有功計算負(fù)荷：（2-13）總的無功計算負(fù)荷：（2-14）第47頁/共158頁需要系數(shù)法求解的幾個問題總的視在計算負(fù)荷：

（2-15）總的計算電流：（2-16）第48頁/共158頁

在確定多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不會同時出現(xiàn)的因素，計入一個同時系數(shù)KΣ。應(yīng)用范圍

KΣ

確定車間變電所低壓線路最大負(fù)荷

冷加工車間熱加工車間動力站

0.7~0.80.7~0.90.8~1.0確定配電所母線的最大負(fù)荷

負(fù)荷小于5000kW

計算負(fù)荷小于5000~10000kW

計算負(fù)荷大于10000kW

0.9~1.00.850.8表3.3同時系數(shù)KΣ

第49頁/共158頁例2-2（接例2－1）某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機(jī)床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機(jī)2臺（每臺容量20kVA，），車間有吊車1臺11kW，），試計算此車間的計算負(fù)荷。第50頁/共158頁解：（1）金屬切削機(jī)床組的計算負(fù)荷查表2.2取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：所以，有第51頁/共158頁（2）電焊機(jī)組的計算負(fù)荷查表2.2取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：第52頁/共158頁（3）吊車組的計算負(fù)荷查表2.2取需要系數(shù)和功率因數(shù)為第53頁/共158頁（4）全車間的總計算負(fù)荷根據(jù)表2.3，取同時系數(shù)，所以全車間的計算負(fù)荷為：

第54頁/共158頁某機(jī)修車間380V線路上有如下設(shè)備：對焊機(jī)一臺：SN=42kVA,N=60%,cos=0.6210噸橋式起重機(jī)一臺：PN=39.6kW,N=40%

金屬切削用三相電機(jī)：7.5kW3臺,4kW8臺;3kW17臺試求計算負(fù)荷。作業(yè)第55頁/共158頁應(yīng)用場合在計算設(shè)備臺數(shù)不多，而且各臺設(shè)備容量相差較大的車間干線和配電箱的計算負(fù)荷時宜采用二項式系數(shù)法?；竟剑?-17）

2.2.3二項式法

b

、c——二項式系數(shù)，根據(jù)設(shè)備名稱、類型、臺數(shù)查表3.2選取指用電設(shè)備中x臺容量最大的設(shè)備容量之和用電設(shè)備組的平均負(fù)荷用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘恐赣秒娫O(shè)備中x臺容量最大的設(shè)備投入運行時增加的附加負(fù)荷。第56頁/共158頁Q30，S30，I30的計算公式與前述需要系數(shù)法相同。第57頁/共158頁二項式法求解的幾個問題：（1）對1~2臺用電設(shè)備（2）用電設(shè)備組有功計算負(fù)荷的求取直接應(yīng)用式（3-17），其余的計算負(fù)荷與需要系數(shù)法相同。第58頁/共158頁二項式法求解的幾個問題：（3）多組用電設(shè)備要考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)的因素。在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負(fù)荷，再加上各組平均負(fù)荷，求出設(shè)備組的總計算負(fù)荷。

總的有功計算負(fù)荷為：（2-18）總的無功計算負(fù)荷為：

（2-19）各組中最大的一組附加負(fù)荷最大附加負(fù)荷所在設(shè)備組的對應(yīng)的值第59頁/共158頁用二項式法計算例2.1車間的金屬切削機(jī)床組的計算負(fù)荷。解：查表2.2取二項式系數(shù)所以例2-3第60頁/共158頁如果用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù)n<2x，則最大容量設(shè)備臺數(shù)取x=n/2，且按四舍五入修約規(guī)則取整數(shù)。第61頁/共158頁某380V線路上接有下列設(shè)備：冷加工機(jī)床，2×7.5kW，3×6kW，25×2.6kW；電加熱設(shè)備，3×6kW；吊車組，1×10.5kW，ε＝25％；電焊機(jī)，1×22kVA，ε＝60％，cosψ＝0.6；電焊機(jī)，2×8.85kVA，ε＝100％，cosψ＝0.6；試用二項式法確定該線路上的計算負(fù)荷。例2-4第62頁/共158頁解：確定分組，各組中設(shè)備功率。第一組：冷加工機(jī)床組查表得，x＝5，c＝0.4，b＝0.14，cosψ＝0.5，tanψ＝1.73。

bPe-1=0.14×（2×7.5＋3×6＋25×2.6）＝13.72kWcPx-1=0.4×(2×7.5+3×6)=13.20kW第63頁/共158頁第二組：電加熱設(shè)備查表得，c＝0，b＝0.7，cosψ＝1，tanψ＝0。

bPe-2=0.7×18＝12.60kWcPx-2=0第三組：吊車組查表得，x＝3，c＝0.2，b＝0.06，cosψ＝0.5，

tanψ＝1.73。

bPe-3=0.06×10.50＝0.63kWcPx-3=0.2×10.50=2.1kW第64頁/共158頁第四組：電焊機(jī)設(shè)備組查表得，c＝0，b＝0.35，cosψ＝0.6，tanψ＝1.33。因為P＝，

bPe-4=0.35×（P4+P5）＝0.35×

＝7.29cPx-4=0第65頁/共158頁因為第一組中的cPx-1值最大，所以有功計算功率

Pc＝（bPe-1＋bPe-2＋bPe-3＋bPe-4）＋(cPx)max

＝49.92kW

Qc＝（bPe-1×tanψ1+bPe-2×tanψ2+bPe-3×tanψ3+bPe-4×tanψ4）+(cPx)maxtanψmax=60.66kvar第66頁/共158頁現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三相兩大類。單相：單相電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)和各種形式的家用電器設(shè)備。三相：電動機(jī)為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空調(diào)機(jī)、電梯等。當(dāng)供電形式為三相供電系統(tǒng)時，根據(jù)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條款的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個單相中。然后才能進(jìn)行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負(fù)荷計算。2.2.4單相用電設(shè)備的負(fù)荷計算第67頁/共158頁單相用電設(shè)備組確定計算負(fù)荷的原則

按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功率的比例來制定。

在某個計算范圍內(nèi)，當(dāng)單相設(shè)備功率的總?cè)萘啃∮谌嘣O(shè)備功率總?cè)萘康?5％時，認(rèn)為單相設(shè)備功率就相當(dāng)于三相設(shè)備功率。單相設(shè)備功率的總?cè)萘看笥谌嘣O(shè)備功率總?cè)萘康?5％時。這時三相供電系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，必須將單相用電設(shè)備功率換算成等效的三相設(shè)備功率，然后進(jìn)行三相計算負(fù)荷的確定。

第68頁/共158頁《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：單相負(fù)荷應(yīng)均勻分配到三相上。當(dāng)單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負(fù)荷總?cè)萘康?5％時，全部按三相對稱負(fù)荷計算；當(dāng)超過15％時，應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷，再與三相對稱負(fù)荷相加。

第69頁/共158頁單相用電設(shè)備接于相電壓時的三相等效負(fù)荷單相設(shè)備視在功率S最大的一相的功率因數(shù)為cos第70頁/共158頁單相用電設(shè)備接于線電壓時的三相等效負(fù)荷線間負(fù)荷，也稱之為線間設(shè)備。用電設(shè)備接于線電壓是指該設(shè)備連接在三相供電系統(tǒng)中的兩相之間，電壓為380v的用電設(shè)備。例如：單臺380V的電焊機(jī)等。第71頁/共158頁假設(shè)P12≥P23≥P31，則等效三相負(fù)荷：第72頁/共158頁應(yīng)先將線間負(fù)荷換算為相間負(fù)荷，然后各相負(fù)荷分別相加，選取最大相負(fù)荷乘3倍作為等效三相負(fù)荷。線間負(fù)荷換算為相間負(fù)荷的方法：換算系數(shù)法注意：最大單相的有功計算負(fù)荷和無功計算負(fù)荷不一定在同一相上。既有線間負(fù)荷又有相間負(fù)荷時的三相等效負(fù)荷第73頁/共158頁線間負(fù)荷換算為相間負(fù)荷的功率換算系數(shù)－換算系數(shù)法接于AB、BC、CA相間的有功負(fù)荷(kw)換算為A、B、C相的有功負(fù)荷(kw)換算系數(shù)換算為A、B、C相的無功負(fù)荷(kvar)第74頁/共158頁例2-5如圖2-7所示220/380V三相四線制線路上，接有220V單相電熱干燥箱4臺，其中2臺10kW接于A相，1臺30kW接于B相，1臺20kW接于C相。此外接有380V單相對焊機(jī)4臺，其中2臺14kW（ε=100％）接于AB相間，1臺20kW（ε=100％）接于BC間，1臺30kW（ε=60％）接于CA相間。試求此線路的計算負(fù)荷。第75頁/共158頁解：(1)電熱干燥箱的各相計算負(fù)荷查附錄表1得因此只需計算其有功計算負(fù)荷：A相B相C相

(2)對焊機(jī)的各相計算負(fù)荷先將接于CA相間的30kW（ε=60%）換算至ε=100%的容量，即查附錄表1得再由表2-3查得時的功率換算系數(shù)

第76頁/共158頁因此各相的有功和無功設(shè)備容量為

A相B相

C相第77頁/共158頁各相的有功和無功計算負(fù)荷為A相B相C相第78頁/共158頁(3)各相總的有功和無功計算負(fù)荷A相B相C相第79頁/共158頁(4)總的等效三相計算負(fù)荷因B相的有功計算負(fù)荷最大，故取B相計算其等效三相計算負(fù)荷，由此可得以上計算也可列成單相負(fù)荷計算表[文獻(xiàn)10]，限于篇幅，從略。第80頁/共158頁線間負(fù)荷換算為相間負(fù)荷的功率換算系數(shù)第81頁/共158頁2.2.5全廠計算負(fù)荷的確定

1．用需要系數(shù)法計算全廠計算負(fù)荷

在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘康臈l件下，乘以一個工廠的需要系數(shù)即可求得全廠的有功計算負(fù)荷，即（3-20）

全廠的需要系數(shù)值，查表3.4選取。

第82頁/共158頁表2.4全廠負(fù)荷的需要系數(shù)及功率因數(shù)工廠類別

需要系數(shù)

功率因數(shù)

汽輪機(jī)制造廠0.380.88鍋爐制造廠

0.270.73柴油機(jī)制造廠

0.320.74重型機(jī)床制造廠

0.320.71儀器儀表制造廠

0.370.81電機(jī)制造廠

0.330.81石油機(jī)械制造廠

0.450.78電線電纜制造廠0.350.73電器開關(guān)制造廠

0.350.75橡膠廠

0.50.72通用機(jī)械廠0.40.72第83頁/共158頁2．用逐級推算法計算全廠的計算負(fù)荷

由用電設(shè)備組開始，逐級向電源方向推算的方法，在經(jīng)過變壓器和較長的線路時，應(yīng)加上變壓器和線路的損耗。第84頁/共158頁企業(yè)負(fù)荷確定的步驟從負(fù)荷端開始，逐級上推到電源進(jìn)線端。①用電設(shè)備組②車間低壓變壓器出線③車間低壓變壓器高壓側(cè)④企業(yè)變壓器出線⑤企業(yè)進(jìn)線第85頁/共158頁P(yáng)30.5=KΣ5ΣP30.6iP30.4=P30.5+?PwL2P30.3=KΣ3ΣP30.4iP30.2=P30.3+?PT+?PwL1P30.1=KΣ1P30.2i圖2.4逐級推算法示意圖第86頁/共158頁

在計算負(fù)荷時，車間變壓器尚未選出，無法根據(jù)變壓器的有功損耗與無功損耗的理論公式進(jìn)行計算，一般按經(jīng)驗公式估算：有功功率損耗：（2-21）無功功率損耗：（2-22）變壓器低壓母線上的計算負(fù)荷第87頁/共158頁3．按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計算負(fù)荷

（2-23）

（2-24）

單位數(shù)量，單位為人數(shù)、床數(shù)、產(chǎn)品數(shù)量等單位用電指標(biāo)，單位為kW／人．kW／床、kw／產(chǎn)品等負(fù)荷密度指標(biāo)計算范圍的使用面積，單位為m2工廠的年最大負(fù)荷利用小時第88頁/共158頁2.3供配電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗2.3.1概述2.3.2供電線路的功率損耗2.3.3變壓器的功率損耗第89頁/共158頁3.3.1概述在考慮變配電系統(tǒng)總計算負(fù)荷時，除了用電負(fù)荷所消耗的電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，（供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當(dāng)有電流通過時，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大的設(shè)備是變壓器和線路。）這部分電功率也是由變配電系統(tǒng)提供的。因此，要計入變配電系統(tǒng)的計算負(fù)荷中。第90頁/共158頁年最大負(fù)荷損耗小時數(shù)τmax

－－（年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax

）定義：對于供配電系統(tǒng)中全年的電能損耗量△Wa，若一直以計算負(fù)荷來消耗，需τmax時間就可將其全部消耗完。即系統(tǒng)通過τmax時間的計算電流所損耗掉的電能，與系統(tǒng)在全年實際運行時間內(nèi)通過實際電流所損耗掉的電能相同。τmax也是一個假想的時間。第91頁/共158頁最大負(fù)荷損耗小時物理意義假如線路負(fù)荷維持在Pca，則在τ內(nèi)的電能損耗，恰好等于實際負(fù)荷全年在線路上產(chǎn)生的電能損耗。τ為一個假想時間。τ與Tmax和cosφ有關(guān)：第92頁/共158頁τmax

、Tmax、負(fù)荷的功率因數(shù)cosφ之間的關(guān)系

第93頁/共158頁2.3.2供電線路的功率損耗三相線路中的有功和無功損耗為其中，R=rl，l為線路長度，r為單位線路長度的電阻值；X=xl，l為線路長度，x為單位線路長度的電抗值；線路上的有功損耗，單位為kW線路上的無功損耗，單位為kvar線路上的計算電流，單位為A每相線路的電阻，單位為Ω每相線路的電抗，單位為Ω第94頁/共158頁問題？如果用線路的計算功率Pc、Qc、Sc表示，供電線路的功率損耗的表達(dá)式。第95頁/共158頁線路上的年有功電能損耗第96頁/共158頁由于供電系統(tǒng)的線路一般不長，且多采用電纜供電，阻抗較小，所以線路上的功率損耗往往忽略不計。第97頁/共158頁3.3.3變壓器的功率損耗和電能損耗變壓器的有功損耗變壓器鐵耗、磁滯損耗和渦流損耗等構(gòu)成的空載有功損耗；變壓器繞組電阻通過電流時產(chǎn)生的銅耗，也稱負(fù)載有功損耗，它與變壓器的二次負(fù)荷大小有關(guān)，當(dāng)變壓器滿載時，其銅耗近似等于變壓器短路損耗。

第98頁/共158頁變壓器的最大有功損耗變壓器空載有功損耗，單位為kw變壓器的額定視在功率．單位為kVA變壓器短路有功損耗，單位為kw變壓器上通過的計算視在功率。單位為kVA第99頁/共158頁變壓器的無功損耗是由變壓器鐵心磁化產(chǎn)生的空載無功損耗，與勵磁電流大小有關(guān)，近似等于空載電流產(chǎn)生的損耗；變壓器空載電流占額定電流的百分值?？梢酝ㄟ^手冊查到（空載電流）第100頁/共158頁另一部分是變壓器繞組電抗通過電流時產(chǎn)生的無功損耗，也稱負(fù)載無功損耗。與變壓器的二次負(fù)荷大小有關(guān)，當(dāng)變壓器滿載時，其負(fù)載無功損耗近似等于變壓器短路時繞組上的無功損耗。變壓器短路電壓占額定電壓的百分值?？梢酝ㄟ^手冊查到（阻抗電壓）第101頁/共158頁變壓器的最大無功損耗非額定負(fù)載情況下，負(fù)載無功損耗，與負(fù)載率的平方成正比。第102頁/共158頁△P0、△Pk、Ic％、Ur％均可在產(chǎn)品目錄中查出。第103頁/共158頁變壓器的年有功電能損耗空載有功電能損耗負(fù)載有功電能損耗變壓器的全年工作時間，單位為h第104頁/共158頁2.4功率因數(shù)計算與無功功率補(bǔ)償2.4.1功率因數(shù)的分類和計算2.4.2功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響2.4.3功率因數(shù)的改善措施2.4.4并聯(lián)電容器補(bǔ)償功率因數(shù)第105頁/共158頁2.4.1功率因數(shù)的分類和計算瞬時功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負(fù)荷時功率因數(shù)自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指運行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值

P——功率表測出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測出的線電流讀數(shù)。指某一規(guī)定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值指配電系統(tǒng)運行在年最大負(fù)荷時（計算負(fù)荷）的功率因數(shù)WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無功電度表讀數(shù)。

P30——工廠的有功計算負(fù)荷；S30——工廠的視在計算負(fù)荷。

指用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補(bǔ)償裝置時的功率因數(shù)指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)第106頁/共158頁瞬時功率因數(shù)指運行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值

P——功率表測出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測出的線電流讀數(shù)。

第107頁/共158頁平均功率因數(shù)指某一規(guī)定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值

WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無功電度表讀數(shù)。

第108頁/共158頁最大負(fù)荷時功率因數(shù)指配電系統(tǒng)運行在年最大負(fù)荷時（計算負(fù)荷）的功率因數(shù)

P30——工廠的有功計算負(fù)荷；S30——工廠的視在計算負(fù)荷。

第109頁/共158頁自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補(bǔ)償裝置時的功率因數(shù)指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)第110頁/共158頁

一般交流供電線路中，大多數(shù)為電感性負(fù)載，致使功率因數(shù)偏低。當(dāng)有功功率為一定值時，cos愈?。ń怯螅?，其視在功率就愈大，因而供電線路中的電流大，線路的損失（電壓和有效功率損耗）隨之增大，不經(jīng)濟(jì)。2.4.2功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響第111頁/共158頁1．降低了供電設(shè)備（電源）的供電能力

供電設(shè)備（電源）的供電能力（容量）是用視在功率S來表示的。當(dāng)供電設(shè)備的容量一定時，如果用戶負(fù)載的功率因數(shù)過低，其無功功率就會過大，致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少，于是降低了供電設(shè)備的供電能力。第112頁/共158頁當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。2．增加供電系統(tǒng)的有功損耗第113頁/共158頁3．供電線路的電壓降增大功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

第114頁/共158頁4.降低發(fā)電機(jī)的效率發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率增加時，有功功率下降，發(fā)電機(jī)的效率降低。第115頁/共158頁（1）高壓供電的用電單位，功率因數(shù)一般規(guī)定為0.9以上；（2）其他電力用戶，功率因數(shù)為0.85以上。（3）對新建的工業(yè)企業(yè)用戶，功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定按0.95設(shè)計。（4）對農(nóng)業(yè)用電單位，要求功率因數(shù)在0.8以上。民用及一般工業(yè)建筑的功率因數(shù)指標(biāo)第116頁/共158頁人工補(bǔ)償無功功率提高自然功率因數(shù)提高功率因數(shù)2.4.3功率因數(shù)的改善措施第117頁/共158頁

提高自然功率因數(shù)的方法（1）合理選擇電動機(jī)的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。（2）對實際負(fù)載不超過額定容量40％的電動機(jī)，應(yīng)更換為小容量的電動機(jī)。（3）合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)方式，限制感應(yīng)電動機(jī)空載運轉(zhuǎn)。第118頁/共158頁（4）正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)載率（一般為75％～80％比較合適）。對于負(fù)載率低于30％變壓器，應(yīng)予以更換。（5）對于負(fù)荷率在0.6～0.9的繞線式電動機(jī)，必要時可以使其同步化，這時電動機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。第119頁/共158頁部分電動機(jī)功率因數(shù)第120頁/共158頁S9系列三相油浸自冷式銅線低損耗電力變壓器額定負(fù)載時損耗數(shù)據(jù)第121頁/共158頁S9型環(huán)氧澆注干式變壓器額定負(fù)載時損耗數(shù)據(jù)第122頁/共158頁（1）采用同步電動機(jī)補(bǔ)償，使用同步電動機(jī)在過激磁（overexcited）方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.8～0.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補(bǔ)償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。因而，提高了用戶的功率因數(shù)。人工補(bǔ)償改善功率因數(shù)第123頁/共158頁（2）利用同步調(diào)相機(jī)作為無功功率電源（發(fā)電機(jī)），用來補(bǔ)償所需要的無功功率。同步調(diào)相機(jī)是軸上不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。以上兩種補(bǔ)償方式，因同步電動機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，價格較貴，控制維護(hù)較麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。第124頁/共158頁（3）采用靜電電容器補(bǔ)償當(dāng)將電容器C與感性負(fù)載（用電設(shè)備）并聯(lián)。目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補(bǔ)償方法第125頁/共158頁思考采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償有哪些效果？第126頁/共158頁2.4.4并聯(lián)電容器補(bǔ)償功率因數(shù)采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補(bǔ)償方法，也叫移相電容器靜止無功補(bǔ)償。它具有有功損耗小、運行維護(hù)方便、補(bǔ)償容量增減方便、個別電容器的損壞不影響整體使用等特點，但不能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。

第127頁/共158頁靜電電容器特點1）價格較便宜。2）有功功率損耗小，一般每100kvar低于0.3～0.4kW。3）沒有旋轉(zhuǎn)部分，易于安裝，便于維護(hù)。4）可隨供電系統(tǒng)中無功功率容量的需要，可以較方便地增加或減少C的大小。5）只能有級調(diào)節(jié)，而不能隨著無功功率的變化，進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。第128頁/共158頁并聯(lián)電容器原理第129頁/共158頁并聯(lián)電容器提高cosφ的原理圖第130頁/共158頁補(bǔ)償有三種情況

欠補(bǔ)償為全補(bǔ)償過補(bǔ)償在實際工程設(shè)計及應(yīng)用中，總是采用欠補(bǔ)償，把功率因數(shù)提高到0.9～0.95。第131頁/共158頁并聯(lián)電容器的容量選擇第132頁/共158頁電容器（柜）臺數(shù)的確定在提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)時，應(yīng)選擇并聯(lián)電容器。電容器的臺數(shù)N應(yīng)按下式計算：總的無功補(bǔ)償容量單臺電容器的容量注：當(dāng)電容器為單相電容器時，除了保證補(bǔ)償容量以外，為維持三相平衡，還應(yīng)保證電容器臺數(shù)為3的倍數(shù)。第133頁/共158頁由于電容器的實際補(bǔ)償容量與其端電壓的平方成正比（Q=ωCUc2）電容器的實際運行電壓電容器的額定電壓電容器的額定容量第134頁/共158頁部分低壓并聯(lián)電容器參數(shù)第135頁/共158頁部分高壓并聯(lián)電容器參數(shù)第136頁/共158頁例2-6某廠擬建一降壓變電所，裝設(shè)一臺主變壓器。已知變電所低壓側(cè)有功計算負(fù)荷為650kW，無功計算負(fù)荷為800kvar。為了使工廠變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于0.9，如在低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償時，需裝設(shè)多少補(bǔ)償容量？并問補(bǔ)償前后工廠變電所所選主變壓器容量有何變化？解：(1)補(bǔ)償前應(yīng)選變壓器的容量和功率因數(shù)變壓器低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為:主變壓器容量的選擇條件為SNT>S30(2)，因此在未進(jìn)行無功補(bǔ)償時，主變壓器容量應(yīng)選為1250kVA（參看附錄表5）。這時變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為:第137頁/共158頁(2)無功補(bǔ)償容量按規(guī)定變電所高壓側(cè)的，考慮到變壓器的無功功率損耗ΔQT

遠(yuǎn)大于其有功損耗ΔPT

，一般，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償時，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里取