电力负荷计算方法及应用实例

10kV高压侧
计 算 负 荷 选择变压器 有功功率 无功功率 视在功率 台数 x 容量 n x kVA (kW) (kvar) (kVA) 0.20 0.5/1.73 240 415 0.80 0.8/0.75 200 150 0.25 0.6/1.33 200 266 0.15 0.5/1.73 22 38 0.6 0.7/1.02 180 184 0.553 0.27/0.97 228 221 1070 1274 910 1210 -810 (2x405) 0.3 0.92/0.43 910 400 994 1 x 1250 10 50 0.31 0.9/0.48 920 450 1024 cosφ tgφ 第 5 页
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根据计算结果表明,最大的负荷相为b相,其等效三相负荷为: Pd = 3Pb = 3x76 = 228 kW tgφ = Q(b) = 74 = 0.97 P(b) 76 b相的自然平均功率因数为: cosφ
(b)
= 0.72
b相的平均等效无功负荷为: Qd = Pb tgφ = 228x0.97 = 221 kvar 如果在计算的范围内,单相和三相负荷同时存在时,以上计算的等效三相有功和无功负 荷就可以与计算的三相负荷相加. 第 3 页
0.76 ~ 0.82;
Tn --- 年实际工作小时数,一班可取2300h,二班制可取4600h,三 班制可取6900h .
六. 供电系统中电能损耗计算
1. 供电线路的年有功损耗: WL = PL τ kWh 上式中: PL --- 三相线路中有功功率损耗, kW ; τ --- 最大负荷年损耗小时数,可按最大负荷的年利用小时数T max及功 率因数cos φ 的关系曲线查得. 2. 变压器的年有功损耗: Sjs WT = P0 t + P( )τ kWh Sr P0 --- 变压器空载有功率损耗, kW ; P --- 变压器负载(短路)运行小时数, kW .
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视在功率： Ｓis =
视在功率： Ｓis = 计算电流： Ｉis =
以上式中: 有功功率: Pe Kx tgφ K p, K q Uj
--- 用电设备组的设备功率, kW ; --- 需要系数,见表. --- 用电设备功率因数角的正切值,见表. --- 有功功率,无功功率通时系数,分别取0.8~0.9和0.93~0.97 ; --- 用电设备额定电压,kV.
4. 整流器的设备功率是指额定直流功率. 5. 成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率 之和. 7. 白炽灯的设备功率为灯泡额定功率，气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加上 镇流器的功率损耗（荧光灯加20 % ，荧光高压汞灯和高压钠灯及镝灯加8 % ）.
二. 需要系数法确定计算负荷
需要系数法负荷计算示例
设备组名称 机床 风机 压力机 起重机 高频加热设备 例题的单相负荷 合计
乘以0.85和0.95系数 低压电力电容器补偿 低压电力电容器补偿后 变压器损耗 Pb=0.01Sjs Qb=0.05Sjs
设备功率 需要系数 Kx (kW) 1200 250 800 146 300 412 3008
r
= 2Ｐ r
r
kW
3. 电焊机的设备功率是将额定容量换算到负载持续率 为100 % 时的有功功率： Ｐ e = Ｓ r 式中：
r
cosφ
kW
Ｓ r --- 电焊机的额定容量，kVA.
cosφ --- 功率因数.
4. 电炉变压器的设备功率是指额定功率因数时的有功功率： Ｐ e = Ｓ r cosφ 式中： kW Ｓ r --- 电炉变压器的额定容量，kVA.
0.90 0.64 0.36 -0.05 0.53
1.00 0.50 0.50 -0.29 0.29
(2).各相负荷分别相加,选出最大相负荷,取其3倍作为等效三相负荷. 3.单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法 (1).只有线间负荷时,将各线间负荷相加,选取较大两相数据进行计算.以P ab≥Pbc≥Pca 为例进行计算: Pd = 3 Pab + (3 - 3 )Pbc = 1.73Pab + 1.27Pbc 当Pab = Pbc时: Pd = 3 Pab 当只有Pab时: Pd = 3 Pab 式中： Pab r Pbc Pca --- 接于ab，bc,ca线间负荷, kW . Pd --- 等效三相负荷, kW . (2).只有相负荷时,等效三相负荷取最大相负荷的3倍. (3).当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15 % 时,按 三相平衡负荷计算.不需换算. 例题. 某线路上装有单相220V电热干燥箱40kW 2台,20kW 2台.电加热器20kW 1台;单 相380V自动弧焊机( = 100 % )46kW 3台,51kW 2台,32kW 1台,进行负荷计算. 解题:除首先应将单相负荷逐相分配,使其尽量三相平衡.计算列表入下: 有单相用电设备的三相网络负荷的计算
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kVA
=
cosφ =0.9时的计算无功功率
cosφ =0.9时所需的无功补偿容量 式中:
Qjs2 = Qjs - Qjs1
Pjs 2 2 ( 0.9 ) - Pis kvar
kvar
Pjs --- 计算总有功功率, kW; Qjs --- 计算总无功功率, kW; Sjs --- 计算总视在功率, kW; Qjs1 --- 功率因数达到0.9是无功率, kvar; Qjs1 --- 功率因数达到0.9时所需的无功容量, kvar;
上式中:
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t --- 变压器全年投入运行小时数,可取缔760h; Sjs --- 变压器计算负荷, kVA; Sr --- 变压器额定容量, kVA .
六. 无功功率补偿
率因数达不到要求时,就必须采用人工无功功率补偿措施,用以提高企业的功率因数,满足 要求. 企业经过人工无功功率补偿措施后,变压器负荷率宜选择在75％ ~ 85％,不低于60％. 企业的无功功率补偿分为高压并联补偿和低压并联补偿两类,一般在较大负荷企业 的高压用户中,采用高低压混合补偿方式较为普遍. 在现行工业企业的工程设计中,一般低压功率因数要求在0.9以上,高压要求在0.95以上. 无功功率补偿容量的计算: 企业的计算视在容量 S js = Pjs = cosφ Qjs1 = Pjs 0.9 Sis - Pis
2. 电力变压器的有功及无功损耗 电力变压器的有功及无功损耗在工程计算中,为了简化计算,当负荷率不大于85 % , 一般按下式计算: 有功损耗: 无功损耗: 式中: PT = 0.01 Sjs R QT = 0.05 Sjs kW kvar
R --- 每相线路电阻,Ω . R = R'L; X --- 每相线路电抗,Ω . R = X'L; Ijs --- 计算电流, A ;
用电设备 设备 用电 接于线电压单相的 换算系数 组名称及 功率 设备 的用电设备的设备 额定电压 (kW) 台数 功 率 (kW) q 相序 p ab bc ca 单相220V 电热干燥 20 1 2 箱及电加 80 2 40 热器 46+51 单相380V 138 3 = 97 自动焊接 机 46+32 102 2 = 78 32 总 计 1 97 78 46+51 = 97 97 a 0.89 0.38 b 0.11 0.96 b 0.89 0.96 c 0.11 0.96 c 0.89 0.96 a 0.11 0.96 40 60 40 0.5 0.5 (1.73) 5 72 76 71 接于相电压 的用电设备 的设备功率 (kW) a b c 20 40 40 40 0.6 0.95 24 (0.33) 43 5 35 4 43 47 73 74 63 需 各相平均负荷 要 cosφ 无功功率 系 (tgφ ) 有功功率 Pp(kvar) Qp(kvar) 数 Kx a b c a b c 12 24 24 18 47 15 37 18 8 8 4 8
1. 用电设备组的计算负荷及计算电流： 有功功率： 无功功率： Pis = Kx Pe kW Qis = Pis tgφ
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kvar
kVA Pis + Qis 计算电流： Ｉis = Ｓis A ３ Ｕr 2. 配电干线或车间变电所的计算负荷： 有功功率： 无功功率： Pis = K p (Kx Pe) kW Qis = K q (Kx Pe tgφ ) kvar kVA Pis + Qis Ｓis A ３ Ｕr 第 1 页
四. 功率损耗计算
1. 三相线路中有功及无功损耗 有功损耗: 无功损耗: 式中: Pj = 3 Ijs R x 10 Qj = 3 Ijs X x 10
2 2 -3 -3
kW kvar
R --- 每相线路电阻,Ω . R = R'L; X --- 每相线路电抗,Ω . R = X'L; Ijs --- 计算电流, A ; R', X, --- 线路单位长度的交流电阻及电抗, Ω /km .
五. 电能损耗计算
企业年电能消耗量用年平均负荷和年实际工作小时数计算.当已知企业的计算有功 功率Pis及计算无功功率Qjs后,企业的年有功及无功电能消耗量可按下式计算: Wn = α n Pjs Tn Qn = β n Qjs Tn 上式中:
kWh kvarh
α n,β n --- 年平均有功,无功负荷系数,α n值一般取0.7 ~ 0.75,β n值取
第一章 一. 设备功率的确定
电力负荷计算
电力负荷计算一般采用需要系数法,照明采用单位面积功率法. 用电设备的额定功率Pr或额定容量Sr是指名牌的数据.对于不同负载持续率下的额定功 率或额定容量,应换算为统一负载持续率下的有功功率,即设备功率P e . 1. 连续工作制电动机的设备功率等于额定功率. 2. 短时或周期工作制电动机(如起重机用电动机等)的设备功率是制将额定功率换算为 统一负载持续率下的有功功率. 当采用需要系数法计算负荷时,应统一换算到负载持续率 为２５ 下的有功功率： % Ｐ e = Ｐ r 25
单相负荷应均衡的分配到三相上,使各相的计算负荷尽量相等. 1. 计算原则 (1). 单相负荷与三相负荷同时存在时,应将单相负荷换算为等效三相负荷,再与三相 负荷相加. (2). 在进行单相负荷换算时,一般采用计算功率.对需要系数法,计算功率即为需要功 率;当单相负荷均为同类用电设备时,则可直接采用设备功率计算. 所谓单相负荷,在各个具体情况下分别代表需要功率或设备功率.另外,单相用电设备 接于线电压或相电压时的负荷,相应的称为线间负荷和相负荷. 2. 单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法 对于既有线间负荷又有相负荷的情况,计算步骤如下: (1). 先将线间负荷换算为相负荷,各相负荷分别为: a相: Pa = Pab p(ab)a + Pca p(ca)a Qa = Pab q(ab)a + Pca q(ca)a b相: Pb = Pab p(ab)b + Pbc p(bc)b Qb = Pab q(ab)b + Pbc q(bc)b c相: Pc = Pbc p(bc)c + Pca p(ca)c Qc = Pbc q(bc)c + Pca q(ca)c 上式中: Pab,Pbc,Pca --- 接于ab,bc.ca的线间负荷, kW . Pa,Pb,Pc --- 换算为a,b.c相的有功负荷, kW . Qa,Qb,Qc --- 换算为a,b.c相的无功负荷, kvar . p(ab)a,q(bc)a ..... --- 接于ab,bc....的线间负荷换算为a,b,.....相负荷的有功及 无功换算系数,见下表 . 线间负荷换算为相负荷的有功无功换算系数 负 荷 功 率 因 数 换算系数 0.35 0.40 0.50 0.60 0.65 0.70 0.80 p(ab)a,p(bc)b,p(ca)c 1.27 1.17 1.00 0.89 0.84 0.80 0.72 p(ab)b,p(bc)c,p(ca)a -0.27 -0.17 0 0.11 0.16 0.20 0.28 q(ab)a,q(bc)b,q(ca)c 1.05 0.86 0.58 0.38 0.30 0.22 0.09 q(ab)b,q(bc)c,q(ca)a 1.68 1.44 1.16 0.96 0.88 0.80 0.67 第 2 页
3. 配电所或总降压变电所的负荷计算,为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系 数K p和K q.对配电所的K p和K q分别取0.85~01和0.95~1,对总降压变电所的K p和K q分别 取0.8~0.9和0.93~0.97. 当简化计算时,同时系数K p和K q都取K p .
三. 单相负荷计算