供配电技术基础 教学课件 ppt 作者 马誌溪 第2章 电力负荷

第2章 电力负荷,2.1 概 述 电力负荷又称为电力负载，其具体含义视其使用的场合而定。 一是指“电力用户”，即耗用电能的用电设备或用电单位，如重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。 二是指“电能消耗”，即用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流的量值，如轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。,2.1.1 分类 1.按对供电可靠性的要求 可以分为三级。详见第1章“1.2.5 供电可靠性”。 2. 按工作制分类 （1）连续工作制负荷 即长时间连续工作的用电设备。特点是负荷比较稳定，连续工作的时间足以使其达到热平衡状态，其温度达到稳定温度。一般用电设备都属于这类工作制，如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。 （2）短时工作制负荷 在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备各温度冷却到周围介质的温度）的用电设备。此类负荷在用电设备中占比例很小，如机床刀架快速移动电动机、排汚泵电动机等。,（3）反复短时工作制负荷 时而工作(工作时升温达不到稳定温度)，时而停歇(停歇时降温也达不到环境温度)，工作周期一般不超过10min，反复运行的设备。其运行特点是均不足以使设备达到热平衡，如起重机、电焊机、电冰箱等。 1）暂载率。反复短时工作制的负荷可用暂载率，或称为负荷持续率 来度量：,式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。,(2-1),2） 的换算,如断续周期工作制设备的实际运行的 并非标称持续率（即铭牌持续率） ，其实际运行的功率 应由其标称功率（即铭牌额定功率） 换算得来。 按同一周期内等效发热的原则：电流I通过设备电阻R 在时间t内产生的热量为0.24 ，得 ；同一电压的设备功率 ，因此 ；根据式（2-1） ，故设备功率与负荷持续率的平方根值成反比： 即设备在 持续率下的功率为 ，换算到持续率下的设备功率 为：,(2-2), 电焊机常取100%： （2-3） 吊车常取： （2-4）,3. 按工作特性分类 可分成如金属切削机床组、通风机组、整流设备组、电热设备组等不同类型的用电设备组。一般认为，每个设备组内各设备的用电规律一致，不同工厂同类设备组也相近。但不同国家技术水平不一致，故同一设备组用电规律彼此有差异，而分类方式则国际通用。,a）折线法表示 b）梯形法表示,图2-1 日有功负荷曲线,图2-1中曲线和横坐标间的面积表示当时消耗的电能。,2.1.2 负荷曲线 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种绘在直角坐标纸上(纵坐标表示负荷的有功功率或无功功率值，横坐标表示对应的时间)的图形曲线，它直观地反映了负荷用电的规律和特点。 1. 日负荷曲线 它反映用电负荷一昼夜（24h）的变化情况，有两种绘制方法。 1）折线法：将24h各时刻有功功率表读数逐点连成折线，如图2-1a所示。 2）梯形法：将各时间间隔（一般为半个小时）电能表记数连成阶梯形曲线，如图2-1b所示。,2. 年负荷曲线 它反映用电负荷全年（365d×24h/d=8760h）的变化情况。它分为如下两种形式. 1）年运行负荷曲线：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值）绘制，横坐标依次以全年12月的固定日期来分格，称为年每日最大负荷曲线，如图2-2所示。拥有多台变压器的变电所，为降低电能损耗，提高供电系统的经济效益，可以此确定一年中的不同时期投入运行变压器的台数，即确定经济运行的方式。图2-2所示负荷在1/6（即6月1日）1/10左右（尤其1/8）耗能最多，而1/121/3耗能最少，全年耗能差别不大。,2）年持续负荷曲线：借助于有代表性的冬季和夏季日负荷曲线绘出。夏季和冬季在全年中占的天数取决于地理位置和气候。一般我国北方近似为夏季165天、冬季200天，而南方近似为夏季200天、冬季165天。南方某厂的年持续负荷曲线，如图2-3所示。其负荷P1在年负荷曲线上仅夏季有两时段，所占的时间为 ；而负荷P2在年负荷曲线上夏、冬各一时间段， 所占时间为，余类推。,图2-2 年每日最大负荷曲线示例,两曲线区别在于：年运行负荷曲线按时间先后绘制，年持续负荷曲线按负荷大小和累积时间绘制。 a)夏季日负荷曲线 b)冬季日负荷曲线 c)年负荷持续时间曲线 图2-3 年负荷持续时间曲线的绘制,2.1.3 度量 各种负荷曲线直观地反映电力负荷变动的情况，通过对负荷曲线的分析，可更深入地掌握负荷变动的规律，并从中获得一些对设计和运行有关的物理量。 1. 年最大负荷 一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为年最大负荷 ，也称半小时最大负荷 ，见图2-1。为排除偶然性，此最大工作班消耗电能最大的半小时，全年应至少出现23次。 2. 平均负荷 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t内的平均消耗功率，即,（2-5） 式中, Wt为时间t内消耗的电能量。,1）日有功平均负荷，如图2-1所示。 2）年平均负荷 按全年（365D×24h/D=8760h）消耗的电能 来计算，如图2-4所示，即：,（2-6）,3.负荷系数 负荷系数是平均负荷与最大负荷之比，又称为负荷率。它表征负荷曲线波动、起伏的程度，它越接近1越平坦，故又称为负荷填充系数。一般说来，应尽量提高负荷系数，以充分发挥供电设备的供电能力，提高系统的供电效率。它又分两种度量。 （1） 有功负荷系数,（2-7）,通常取0.70.75。,（2）无功负荷系数,（2-8）,通常为0.760.82。 式（2-7）、（2-8）中 、 、 、 ，依次为有功负荷、无功负荷平均值及最大值。,4. 计算负荷 与同时间内实际变动负荷热效应相等的假想持续负荷 即为计算负荷。供配电工程中绘制的负荷曲线上的最大负荷 （即半小时平均负荷），就是这个假想负荷，即 。它也是以半小时时间间隔测绘的折线、梯形的负荷曲线上反映的最大值，即 ，故 ，参见图2-1。,以半小时为时间间隔是因导线要通过额定电流（34） 的时间才达到稳定温升（ 为对应的该导线截面的发热时间常数），最小截面导线的 约10min，它的3倍即30min(更大截面的导线达到热平衡更短)。 5.年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时 是电力负荷按年最大负荷 (或 ）持续运行所消耗的电能与该电力负荷全年实际消耗的电能相等的假想时间，又称为年最大负荷使用时间，如图2-4所示。,图2-4 年最大负荷、年最大负荷利用小时与年平均负荷示意图,年最大负荷利用小时按下式计算：,（2-9）,式中， 为全年消耗的电能量。,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，与工厂的生产班制有明显关系。如一班制工厂Tmax18003000h，两班制工厂Tmax35004800h，三班制工厂Tmax50007000h。,2.2 设备组的负荷计算 计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。如负荷确定过大，将使电气设备和导线电缆选得过大，造成浪费。如负荷确定过小，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷运行，不仅增加电能损耗，更危险的是过热将导致设备和导线绝缘过早老化甚至烧毁，从而引发火灾。 负荷变化情况复杂，影响因素很多。虽各类负荷有一定的规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际负荷与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源的供应的状况等多种因素有关，也并非一成不变，因此负荷计算只能力求接近实际。 用电设备负荷计算是分部进行的，用电设备组负荷的计算是整个环节中最复杂、最关键的基础环节，其中尤以三相设备组最为基础。,2.2.1 三相用电设备组 普遍采用确定三相用电设备组计算负荷的方法是，需要系数法、利用系数法和功率密度法。需要系数法是国际上通用的确定计算负荷最简便、实用的方法。原用的二项式法的应用局限性较大，误差也大，渐趋淘汰。利用系数法将取代二项式法而被广泛应用。功率密度法多用于设备组，更多是对整个负荷用电的估算。 1. 需要系数法 (1)基本公式 如前述，用电设备组的计算负荷指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷 ，也用 表示。而用电设备组的设备容量 是指用电设备组（除备用设备以外）所有的额定容量 之和，即,（2-10）,它们之间的关系按实际分析为：,（2-11）,式中： 为考虑设备组所有设备运行的同时性的同时系数； 为考虑每台设备因被驱动设备的满载程度而对输入功率利用程度的负荷系数； 为各设备运行的效率； 为线路传输的效率。将 定义为需要系数 ，则由式(2-11)得：,（2-12）,（2）计算步骤 1）求各设备组的有功计算负荷 查附表(2-1)得到各设备组对应的需要系数 ，再按式(2-12)分别求出其有功计算荷 。 需要系数与用电设备组的类别和工作状态(工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗)关系极大，且与操作人员的技能及生产组织等多种因素有关。因此计算时先要正确判断用电设备组的类别，且应尽可能地查找当前现行资料，并最好根据实际情况加以修正。 2）求各设备组其余的计算负荷。求出有功计算负荷 后，按下列各式分别求出其余的计算负荷：,无功计算负荷： （2-13）,式中， 为对应于用电设备组 的正切值。,视在计算负荷：,3）求各设备组的计算电流。,（2-14）,式中， 为用电设备组的平均功率因数。, 对于设备组：,（2-15）,式中， 为用电设备组的额定电压。, 对于单台三相电动机：其计算电流即为其额定电流：,式中， 为单台三相电动机的效率。,（2-16）,4）确定多组用电设备共同的总计算负荷。此时应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称为参差系数或综合系数） 和 。 总的有功计算负荷为： 总的无功计算负荷为： 总的视在计算负荷为：,（2-17）,(2-18),（2-19）,总的计算电流为：,（2-20）,式中， 、 依次为1n组(所有设备组)的有功 、 无功计算负荷之和，常简化为和。,对车间干线： ；,· 由用电设备组计算负荷直接相加计算时取： ； ；,对低压母线：,· 由车间干线计算负荷直接相加来计算时取： ； ；,（3）注意事项,1）负荷计算中常用的单位为：有功功率kW；无功功率kvar；视在功率kV·A；电流A；电压kV。 2）计算多组设备总的计算负荷时，为简化和统一，一般不因设备台数多少修改查表得到的参数值。,3）求多组设备计算负荷和电流时，由于各组设备的功率因数不一定相同，总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2-14）计算，而应按式（2-19）计算。 2.利用系数法 利用系数法以概率论为理论基础。用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，然后算出结果。 （1）基本计算式 1）利用系数 是用电设备组在最大负荷班消耗的设备功率的利用系数，于是用电设备组在最大负荷工作班消耗的平均负荷的有功功率 及无功功率 分别为,（kW）,（2-21）,（kVar ) (2-22),式中， 为用电设备组的有功功率（kW）， =