供配电技术第三章第二节教案

课堂教学内容： 第三章 电力负荷及其计算 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定（教学学时 4 学时） 教学方法： 讲授 教具： 教案、教材 目的及要求： 掌握工厂电力负荷三相用电设备组计算负荷的确定方法 重点、难点： 重点：电力负荷三相用电设备组计算负荷的确定方法 难点 ： 需要系数法

第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 1) 概述 供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元器件(包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等)都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷(calculated load)。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。 由于导体通过电流达到稳定温升的时间需3 ～4 ，为发热时间常数。截面在16mm2教学备注 及以上的导体，其 ≥10 min，因此载流导体大约经30 min(半小时)后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大 负荷 (亦即年最大负荷 )是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。本来有功计算负荷可表示为 ，无功计算负荷可表示为 ，计算电流可表示为 ，但考虑到“计算”的符号c易与“电容”的符号C相混淆，因此大多数供电类书籍都借用半小时最大负荷 来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流相应地表示为 、 和 。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是，负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此，负荷计算只能力求接近实际。 我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，最为简便。二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算也较简便。本书只介绍这两种计算方法。关于以概率论为理论基础而提出的取代二项式法的利用系数法，由于其计算比较烦锁而未得到普遍应用，此略 2) 按需要系数法确定计算负荷 (1) 基本公式。用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷 ，如图2.6所示。用电设备组的设备容量 ，是指用电设备组所有设备(不含备用的设备)的额定容量 之和，即 = 。而设备的额定容量 ，是设备在额定条件下的最大输出功率(出力)。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为 ：KdKKLeWL 式中 ——设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备量 与全部设备容量之比；

——设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出与运行 的设备容量之比； ——设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用 功率之比； ——配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率 (亦即设备组取用功率)与首端功率 (亦即计算负荷)之比。 P30KdPe Q30P30tan S30P30cos I30S303UN 图2.6 用电设备组的计算负荷说明 二项式 系数 用电设备组名称 需要系数 小批量生产的金属冷加工机床电动机 最大 容量 设备 台数 x① 0.16～0.2 0.14 0.4 0.5 0.4 0.5 5 5 5 5 0.5 0.5 0.6 1.73 1.73 1.33 大批量生产的金属冷加工机床0.18～0.25 0.14 电动机 小批量生产的金属热加工机床电动机 0.25～0.3 0.24 大批量生产的金属热加工机床0.3～0.35 0.26 电动机 通风机、水泵、空压机及电动0.7～0.8 发电机组电动机 非连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械 0.5～0.6 0.65 0.4 0.65 0.17 0.8 0.75 0.25 5 0.4 0.2 0.2 5 5 3 0.75 0.88 0.75 0.88 0.5 1.73 连锁的连续运输机械及铸造车0.65～0.7 0.6 间整砂 机械 锅炉房和机加工、机修、装配等类车间的吊车( =25%) 0.1～0.15 0.06

① 如果用电设备组的设备总台数 n＜2x ，则取 n=x/2 ，且按“四舍五入”的修约规则取其整数。 ② 这里的 和 的值均为白炽灯照明的数值。如为荧光灯照明，则取 =0.9， =0.48；如为高压汞灯或钠灯照明，则取 =0.5， =1.73。 必须注意：表2-1所列需要系数值是按车间范围内设备台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间的计算负荷。如果采用需要系数法来计算分支干线上用电设备组的计算负荷，则表2-1中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1台～2台设备时，可认为 =1，即 = 。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一台电动机时，其 = / ，这里 为电动机额定容量， 为电动机效率。在 适当取大的同时， 也宜适当取大。 这里还要指出：需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系极大，因此在计算时，首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应属小批量生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批量生产；压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床；起重机、行车、电动葫芦等，均属吊车类。 在求出有功计算负荷 后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷。 无功计算负荷为 = (2-11) 式中 ——对应于用电设备组 的正切值。 视在计算负荷为 (2-12) 式中 ——用电设备组的平均功率因数。 计算电流为 (2-13) 式中 UN ——用电设备组的额定电压。 如果为一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即 (2-14) 负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”(kvar)，视在功率为“千伏安”(kV•A)，电流为“安”(A)，电压为“千伏”(kV)。 例2.1】 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kW 3台， 4kW 8台，3kW l7台，1.5kW l0台。试求其计算负荷。 解：此机床组电动机的总容量为 =7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5kW×10=120.5kW 查表2-1中“小批量生产的金属冷加工机床电动机”项，得 =0.16～0.2(取0.2)， =0.5， =1.73。因此可求得： 有功计算负荷 =0.2×120.5kW=24.1kW； 无功计算负荷 =24.1kW×1.73=41.7kvar； 视在计算负荷 =24.1kW/0.5=48.2kV•A； 计算电流 =48.2kV•A/( ×0.38kV)=73.2A。 (2) 设备容量的计算。需要系数法基本公式 中的设备容量 ，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。 ①对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组，设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。 ②对断续周期工作制的用电设备组，设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭

牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。容量换算的公式如式(2-2)所示。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下： (a) 电焊机组。要求容量统一换算到 =100%(电焊机的铭牌负荷持续率有20%、40%、50%、60%、75%、100%等多种，而 =100%时， =1，换算最为简便，因此规定其设备容量统一换算至 =100%；表2-1中电焊机的需要系数及其他系数也都是对应于 =100%的)，因此由式(2-2)可得换算后的设备容量为 即 (2-15) 式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量(前者为有功功率，后者为视在功率)； 为与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)； 为其值等于100%的负荷持续率(计算中用1)； 为铭牌规定的功率因数。 (b) 吊车电动机组。要求容量统一换算到 =25%(吊车即起重机的铭牌负荷持续率有15%、25%、40%、60%等，而 =25%时， =0.5，对其换算相对较为简便，因此规定其设备容量统一换算至 =25%；表2-1中吊车组的需要系数及其他系数也都是对应于 =25%的)，因此由式(2-2)可得换算后的设备容量为 (2-16) 式中 PN——吊车电动机的铭牌容量； ——与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)； ——其值等于25%的负荷持续率(计算中用0.25)。 (3) 多组用电设备计算负荷的确定。确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数(又称参差系数或综合系数) 和 ，其取值如下所述。 对车间干线，取 =0.85～0.95 =0.90～0.97 对低压母线，分两种情况： ① ② 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取 =0.80～0.90 =0.85～0.95 由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 =0.90～0.95 =0.93～0.97 总的有功计算负荷为 (2-17) 总的无功计算负荷为 (2-18) 以上两式中的 和 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。 总的视在计算负荷为 总的计算电流为 (2-20) 注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的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(2-12)计算。 此外应注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按附表1所列计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大 和 的问题。 【例2.2】某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机有7.5kW l台，4kW 3台，2.2kW 7台)，通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。 解：先求各组的计算负荷。 (1) 金属切削机床组。查表2-1，取 =0.2， =0.5， =1.73，故 =0.2×50kW=10kW =10kW×1.73=17.3kvar (2) 通风机组。查表2-1，取 =0.8， =0.8， =0.75，故 =0.8×3kW=2.4kW =2.4kW×0.75=1.8kvar (3) 电阻炉。 查表2-1，取 =0.7， =1， =0，故 =0.7×2kW=1.4kW =0 因此总的计算负荷为(取 =0.95， =0.97) =0.95×(10+2.4+1.4)kW≈13.1kW =0.97×(17.3+1.8+0)kW≈18.5kvar = kV•A≈22.7kV•A =22.7 kV•A /( ×0.38 kV)≈34.5A 在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如表2-2所示。 课堂小结(3分钟) 一、需要系数法确定计算负荷 1、基本公式： 需要系数 KdKKL教学备注 eWL P30cosS303UNP30KdPe Q30P30tan S30 I30 2、设备容量的计算 连续工作制、短时工作制及断续周期工作制用电设备组容量计算。 3、多组用电设备计算负荷的确定：计入一个同时系数 总的有功计算负荷： P30KpP30.i Q30KPQ30.I ( 课堂练习及作业布置(2分钟) 复习本节课的教学内容。 在做一遍书上的例子。 后 记：