礦山供電技術(shù)ch2.1-負荷曲線及三相負荷計算

第二章負荷計算2第2章負荷計算

本章重點介紹

負荷的統(tǒng)計與計算方法

礦山負荷的確定與變電站變壓器的選擇

學(xué)習(xí)目的

學(xué)會對供電系統(tǒng)負荷的分類與計算，掌握供電系統(tǒng)能耗的基本知識，初步掌握礦山負荷的計算方法并選擇經(jīng)濟合理的變壓器。

3第2章負荷計算本章主要內(nèi)容：

?負荷的意義

?負荷曲線的作用

?計算負荷及其計算方法

?供電系統(tǒng)功率損耗與電能損耗的計算

?企業(yè)負荷的確定?變電站變壓器的選擇

4第2章負荷計算

?負荷的概念

電力系統(tǒng)中，用電設(shè)備所需的電功率稱電力負荷，簡稱負荷。不是指它們的阻抗。

?負荷計算的目的

為了合理的選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線、開關(guān)電器、變壓器等設(shè)備，使電氣設(shè)備和材料既能得到充分利用又能滿足電網(wǎng)的安全運行。另外，也是選擇儀表量程、整定繼電保護的重要依據(jù)。

52.1負荷曲線的意義與繪制2.1.1負荷曲線的作用

什么是負荷曲線？

表示電力負荷隨時間變化的曲線稱為負荷曲線。

它是每隔一定的時間將電氣設(shè)備功率表的讀數(shù)記錄下來，再逐點描繪而成?？v坐標(biāo)為有功負荷P（或無功負荷Q），橫坐標(biāo)為時間t。負荷曲線72.1負荷曲線的意義與繪制縱坐標(biāo)為有功負荷P，稱為有功負荷曲線?？v坐標(biāo)為無功負荷Q，稱為無功負荷曲線。

橫坐標(biāo)時間為一日，稱為日負荷曲線。橫坐標(biāo)時間為一月，稱為月負荷曲線。橫坐標(biāo)時間為一年，稱為年負荷曲線。負荷曲線所包絡(luò)的面積，就是工廠在生產(chǎn)期間所耗用的電能。82.1負荷曲線的意義與繪制——負荷曲線的作用

負荷曲線的作用是什么？

一是可以利用負荷曲線來計算設(shè)備或電網(wǎng)的總消費電量；二是可以根據(jù)負荷的峰谷情況及供電部門的要求合理安排設(shè)備的工作時間，獲得最佳用電效率。

92.1.2負荷曲線的種類與繪制方法(一）日負荷曲線

1、負荷曲線的繪制

日負荷曲線表示一日24小時內(nèi)負荷變化的情形，它是根據(jù)一臺或一組電氣設(shè)備的有功功率表的讀數(shù)每隔30min抄錄一次而作出的。

（為什么要半小時記錄一次？）對于導(dǎo)體截面為16mm2以上的銅、鋁導(dǎo)體的熱時間常數(shù)T約在10min以上，而導(dǎo)體通過負荷電流時達到穩(wěn)定溫升所需時間約為3T，即30min左右。因此短暫的尖峰負荷來不及使導(dǎo)體升到相應(yīng)的溫度，只有持續(xù)30min以上的最大負荷電流，才能構(gòu)成導(dǎo)體的最高溫升。2.1.2負荷曲線的種類與繪制方法PavPmaxPmin112.1.2負荷曲線的種類與繪制方法——日負荷曲線

2、當(dāng)一個企業(yè)的日負荷曲線確定后，則日負荷曲線與時間軸所圍成的面積就是該企業(yè)的日消費電能量。即：

3、通過日負荷曲線我們可以得出最大負荷Pmax、最小負荷Pmin和平均負荷Pav。122.1.2負荷曲線的種類與繪制方法

4、有關(guān)的兩個系數(shù)（1）負荷率概念：平均負荷與最大負荷的比值表征負荷變化規(guī)律的一個參數(shù)，其值愈大，負荷曲線愈平坦，負荷波動愈小。（2）最小負荷系數(shù)

概念：最小負荷與最大負荷的比值其值愈大，負荷曲線愈平坦，負荷波動愈小。2.1.2負荷曲線的種類與繪制方法135、對于不同性質(zhì)的用戶，負荷曲線是不同的。(a)鋼鐵工業(yè)負荷；(b)食品工業(yè)負荷；(c)農(nóng)村負荷；(d)市政生活負荷

一般說來，負荷曲線的變化規(guī)律取決于負荷的性質(zhì)、企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展情況及作息制度、用電地區(qū)的地理位置、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和人民生活習(xí)慣等。14（二）年負荷曲線

1、年負荷曲線的繪制

年負荷曲線，表示一年中負荷變化的情況。它不是讀功率表繪制，而是近似地根據(jù)一年中具有代表性的夏季日負荷曲線和冬季日負荷曲線進行繪制。

（1）概念：

是一個假想時間，電力負荷按年最大負荷持續(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。（2）全年消耗的電能W2、年最大負荷利用小時年負荷曲線與時間軸所圍成的面積就是該企業(yè)的年消費電能量年最大負荷利用小時是反映企業(yè)電力負荷是否均勻的一個重要指標(biāo)。這一概念將在計算電能損耗和電氣設(shè)備選擇中用到。與企業(yè)的生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系。例如：一班制的企業(yè)，約為1800～2500h；兩班制的企業(yè)，約為3500～4500h；三班制的企業(yè)，約為5000～7000h。2、年最大負荷利用小時三、負荷曲線的作用同類型的企業(yè)（或車間、或用電設(shè)備）的負荷曲線，形狀大致相似，其負荷系數(shù)也近似。因此，我們可以通過查找已有的負荷曲線和負荷系數(shù)來近似地計算一個新企業(yè)（新車間或新設(shè)備）的計算負荷。

在實際工程中一般不直接做負荷曲線，而是利用典型的負荷曲線特征參數(shù)進行理論推算，得出一些參數(shù)，如需要系數(shù)Kd、利用系數(shù)Kx等，來做負荷計算。求有關(guān)系數(shù)用的負荷曲線，一般是用電設(shè)備組最大負荷工作班的負荷曲線。

192.2負荷的統(tǒng)計與計算方法

什么是計算負荷？通常把一年內(nèi)最高日負荷曲線中30min平均負荷的最大值，稱為平均最大負荷（簡稱最大負荷，記作Pmax），并作為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線、電纜和電氣設(shè)備的依據(jù)，它就是所要求的計算負荷Pca?！坝嬎阖摵伞笔前窗l(fā)熱條件選擇設(shè)備的一個假定負荷。

“計算負荷”產(chǎn)生的熱效應(yīng)和實際變動負荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。所以根據(jù)“計算負荷”選擇的導(dǎo)體及電器，能滿足實際運行時導(dǎo)體和電器的最高溫升。202.2負荷的統(tǒng)計與計算方法

用電設(shè)備的“工作制”怎樣劃分？

每臺用電設(shè)備的銘牌上都有一個額定功率，用表示。但在負荷計算時不能將其直接相加。因為由于各用電設(shè)備的額定工作條件不同，如有的是長期工作制，有的是反復(fù)短時工作制。

因而必須首先換算成同一工作制下的額定功率，經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定工作制下的額定功率稱為設(shè)備容量，用表示。

21用電設(shè)備按其工作方式可分為3種工作制：

用電設(shè)備的工作制可分為：（1）連續(xù)運行工作制：是指工作時間較長，連續(xù)運行的用電設(shè)備。如通風(fēng)機、壓縮機、各種泵類、各種電爐、機床、電解電鍍設(shè)備、照明等。（2）短時運行工作制：是指工作時間很短，停歇時間相當(dāng)長的用電設(shè)備的工作制。如金屬切削機床用的輔助機械（橫梁升降、刀架快速移動裝置等）、水閘用電機等。22用電設(shè)備按其工作方式可分為3種工作制：

（3）斷續(xù)周期工作制：

是指有規(guī)律性的時而工作、時而停歇，反復(fù)運行的用電設(shè)備的工作制。如吊車用電動機、電焊用變壓器等。為表征其斷續(xù)周期的特點，用整個工作周期里的工作時間與全周期時間之比，即用暫載率（JC％）表示：231）單臺連續(xù)工作制的設(shè)備：

其額定容量作為計算負荷Pca2)單臺短時運行工作制的設(shè)備：求計算負荷時不記入此類設(shè)備2.2.1.

單臺用電設(shè)備

單臺設(shè)備的計算負荷Pca＝單臺設(shè)備的設(shè)備容量PNPN′－－銘牌額定功率243）單臺斷續(xù)周期工作制設(shè)備的計算負荷：

?起重機的設(shè)備容量：

定義：統(tǒng)一換算到暫載率為25%時的額定功率。

當(dāng)起重機的實際暫載率不等于25％時，應(yīng)進行換算，

其換算公式為：

起重機的計算負荷：設(shè)備暫載率25電焊機的計算負荷：?電焊機的設(shè)備容量：

指統(tǒng)一換算到暫載率100％時的額定功率。當(dāng)起重機的實際暫載率不等于100％時，應(yīng)進行換算，其換算公式為：

3）單臺斷續(xù)周期工作制設(shè)備的計算負荷：26什么是用電設(shè)備組？

將工藝性質(zhì)相同的、并有相近系數(shù)的用電設(shè)備合并成組，叫”用電設(shè)備組”。

這種用電設(shè)備組的劃分方法，是經(jīng)長期應(yīng)用證明的，只要是同一類型的用電設(shè)備，即使在不同類型的工廠企業(yè)采用(如機械，冶金，化工、制藥…等)，測得數(shù)據(jù)是近似的。所以，這種分類方法在國際上是通用的。2.2.2.

對多臺用電設(shè)備272.2.2.

對多臺用電設(shè)備

多臺設(shè)備用需要系數(shù)法或二項式法求計算負荷

對同一類型的用電設(shè)備組，其負荷曲線具有大致相似的形狀，對同一類企業(yè)或同一類車間也是一樣。在進行負荷計算時，可以借用已投產(chǎn)的類似用戶的負荷曲線，取得近似的計算負荷值。

統(tǒng)計負荷的方法有多種，我們介紹以下的需要系數(shù)法和二項式法二種。282.2.2.對多臺用電設(shè)備1）需要系數(shù)法

需要系數(shù)是根據(jù)類似用戶的負荷曲線引出的。

其表示方法為：計算負荷設(shè)備容量各用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)由表2-1～表2-4查的。30需要系數(shù)法求計算負荷的步驟：①將用電設(shè)備分組，求各組用電設(shè)備的總額定容量。②查出各組用電設(shè)備的需要系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù).求各組用電設(shè)備的計算負荷：③將母線上的負荷乘以同期系數(shù)Ksi。31用需要系數(shù)求計算負荷為什么要乘同期系數(shù)K∑？

因為用“需要系數(shù)”求得的計算負荷是各類負荷的最大值（Pm）的總和，又因為在正常工作中最大負荷不可能同期出現(xiàn)，所以還要乘以一個同期系數(shù)Ksi。

Ksi的取值一般為0.8~0.9532對需用系數(shù)法的評價：優(yōu)點：①公式簡單，計算方便。②對于不同性質(zhì)的用電設(shè)備、不同車間或企業(yè)的需用系數(shù)值，經(jīng)過幾十年的統(tǒng)計和積累，數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，為供電設(shè)計提供了很好的條件。缺點：

沒有考慮大容量電動機對整個計算負荷的影響，尤其是當(dāng)總用電設(shè)備較少時，影響更大。這種情況下，采用二項系數(shù)法更準(zhǔn)確些。

對絕大多數(shù)企業(yè)，需用系數(shù)法，目前仍稱得上一種準(zhǔn)確而又簡便的方法，因而在我國設(shè)計部門廣泛采用。33(2）二項式法

二項式法是考慮用電設(shè)備的的數(shù)量和大容量用電設(shè)備對計算負荷影響的經(jīng)驗公式。①對同一工作制的單組用電設(shè)備

－－用電設(shè)備組的總額定容量Px－－X臺最大容量用電設(shè)備的總?cè)萘縝、c－－二項系數(shù)34(2）二項式法②對不同工作制的多組用電設(shè)備

x--容量最大用電設(shè)備臺數(shù)，是根據(jù)實際運行經(jīng)驗而得出的。35(2）二項式法

由二項式法求得的計算負荷是總平均負荷和最大一組附加負荷之和。

二項式系數(shù)過分突出最大用電設(shè)備容量的影響，其計算負荷往往較實際偏大。二項式法的應(yīng)用局限性較大，但在確定設(shè)備臺數(shù)較少而容量差別懸殊的分支干線的計算負荷時，教需要系數(shù)法合理，且計算也簡單。

2.3企業(yè)負荷的確定與變電站變壓器的選擇一、供電系統(tǒng)功率損耗與電能損耗的計算1、計算功率損耗與電能損耗的目的和意義（1）目的：當(dāng)電能沿供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線輸送時，在其中產(chǎn)生有功功率和無功功率損耗。在確定全廠的計算負荷時，應(yīng)將這部分功率損耗計入。

（2）意義：用計算負荷求出的功率損耗，顯然不是實際的功率損耗，計算它的意義在于，在同等條件下對供電系統(tǒng)進行技術(shù)、經(jīng)濟比較，以確定方案的可行性。

RJXI37

2、線路的功率損耗

三相供電線路的最大有功功率損耗和三相無功功率損耗，若用計算負荷電流表示，則：IRX38

2、線路的功率損耗

三相供電線路的最大有功功率損耗和三相無功功率損耗，若用計算負荷功率表示，則：

工礦企業(yè)供電系統(tǒng)的線路一般不長，且多采用電纜供電，阻抗較小，所以在進行負荷統(tǒng)計和技術(shù)經(jīng)濟比較時，線路上的功率損耗往往忽略不計。

393.電力變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗分為鐵損和銅損兩部分。1）鐵損

當(dāng)變壓器的外加電壓不變時，鐵損為一常數(shù)，與變壓器的負荷無關(guān)，通常用變壓器的空載實驗確定。變壓器空載時有功損耗和無功損耗分別用和表示。2）銅