第二章工厂的电力负荷及其计算

解：（1）金属切削机床的设备容量
金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台 金属切削机床的总容量为：
Pe1 Pei 4 10.5 8 7.5 8 5 142 kW
（2）电焊机的设备容量 电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一 换算到 100 % ，所以2台电焊机的设备容量：
负荷计算方法
需要系数法
需要系数是按照车间以上的负荷 情况来确定的，适用于变、配电 所的负荷计算。
负荷计 算方法
二项式系数法
二项式系数法考虑了用电设备中 几台功率较大的设备工作时对负 荷影响的附加功率，一般适用于 低压配电支干线和配电箱的负荷 计算。
表2.2 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数
（1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和 停歇时间相互交替。 （2）功率较大。 （3）功率因数很低。 （4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。
电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的
耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。
电 镀 设 备
电镀设备的工作特点是：
（1）工作方式是长期连续工作的。 （2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流 设备。 （3）容量较大，功率因数较低。
3．电热设备
电阻加热炉 电弧炉 感应炉 其它电热设备 主要用于各种零件的热处理 主要用于矿石熔炼、金属熔炼 主要用于熔炼和金属材料热处理 红外线加热、微波加热和等离子加热等
电热设备的工作特点是： （1）工作方式为长期连续工作方式。 （2）电力装置一般属二级或三级负荷。 （3）功率因数都较高，小型的电热设备 可达到1。
年每日最大负荷曲线， 反映了全年当中不同 时段的电能消耗水平， 是按全年每日的最大 半小时平均负荷来绘 制的。
图2.2 年负荷曲线
与负荷曲线有关的参数
(1) 年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax
图2.3 年最大负荷和年平均负荷
年最大负荷Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷， 它是全年 中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均 负荷P30。 年最大负荷利用小时Tmax 假设负荷按最大负荷 Pmax持续运行时，在此时间 内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗 用的电能相同。
2.1 工厂的电力负荷和负荷曲线
2.1.1 工厂常用的用电设备 2.1.2 工厂用电设备的工作制 2.1.3 负荷曲线
“电力负荷”又称电力负载，在不同 的场合可以有不同的含义，它可以指用电 设备或用电单位，也可以指用电设备或用 电单位的功率或电流的大小。
2.1.1 工厂常用用电设备
①生产加工机械的拖动设备；
②电焊、电镀设备； ③电热设备；
④照明设备。
1. 生产机械的拖动设备
冲床
锯床 剪床 钻床 磨床
刨床
功能
金属切削 金属压力加工
机床设备
铣床 砂轮机
镗床
车床
生产机械的 拖动设备
组合机床
行车
功能
起吊搬运物料 运输客货 起重运输设备 输送机 电梯
吊车
自动扶梯
2．电焊和电镀设备
电焊机的工作特点是：
电 焊 设 备
2.2.3 二项式法
2.2.4 单相用电设备的负荷计算
2.2.5 全厂计算负荷的确定
2.2.1 概述
“计算负荷”
是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开 关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。 PC----负荷的有功计算负荷
QC----负荷的无功计算负荷
SC---负荷的视在计算负荷
设备铬牌功率因数
Pe PN N S N cos N
设备铬牌额定容量
（2-3）
例2-1
某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台
（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V 电焊机2台（每台容量20kVA， N 65% cos N 0.5 ）， 车间有吊车1台11kW， N 25% ），试计算此车间的设备 容量。
第二章 工厂的电力负荷及其计算
2013年7月28日
第2章第1页
主要内容
内容提要：本章介绍中小型工厂电力负荷的 运用情况、负荷性质及其 工作制 ，重点介绍 了确定用电设备组计算负荷的两种常用方 法——需要系数法 和 二项式系数法 。接着讲 述了 无功补偿 的措施。另外还简要介绍了对 供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法 以及城市电网用电负荷预测的常用方法。
断续工作制电气设备的功率与负荷持续 率的关系
同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同 的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的ε 下。
2 不同负荷持续率下，功 率的换算公式为 1 P P2 1
功率P UI，故在相同电压下 I P 假设工作周期内为绝热 过程，即发热不向四周 散失，则 1 2 热量A＝I Rt，在设备电阻不变而发 热量相同时，I t t 负荷持续率＝ ，在同一周期内 t T 1 因此有P
Wt Pav t
（2-5）
年平均负荷 就是全年工厂负荷消耗的总功率除全
年总小时数。
Wa Pav 8760
（2-6）
负荷系数
有功负荷系数α
Pav Pmax
通常取0.7～0.75
无功负荷系数β
Qav Qmax
通常取0.76～0.82
2.2 负荷计算的方法
2.2.1 概述 2.2.2 需要系数法
井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵
锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机 大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线 隧道窑鼓风机、卷扬机 压塑机及供热锅炉 冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真 空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备 单台60m3/min以上空压机
9
空压站
有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵 离心式压缩机润滑油泵
二级负荷：双回路供电。 二级负荷也属于重要负荷，要求有两个回 路供电，供电变压器也应有两台，当其中一 回路或一台变压器出现故障时，二级负荷不 应中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只 有当负荷较小或当地供电困难时，二级负荷 可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。 如采用电缆则必须采用两根电缆并列供电， 每个电缆能承受全部二级负荷。 三级负荷对供电电源的要求 无特殊要求。
长期连续工作制设备
短时工作制设备
反复短时工作制设备
负荷持续率 通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比 来表示负荷持续率（或称暂载率）ε
工作时间
t N 100% t t0
停歇时间
（2－1）
起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。 电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。

6．工厂用电负荷的分级
表2－1 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 车 间 金属加工车间 铸造车间 热处理车间 锻压车间 电镀车间 模具成型车间 层压制品车间 线缆车间 用电设备 价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床 价格贵，作用大，数量多的数控机床 冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机 负荷级别 一级 二级 三级 二级 二级 二级 二级 二级 二级 二级 二级 一级
4．照明设备
常用照明设备
白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物 灯和单灯混光灯等。
照明设备的工作特点：
（1）工作方式属长期连续工作方式。
（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具 功率因数均较低。
（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。
（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。
各级电力负荷对供电电源的要求
一级负荷：双电源供电。 保证其中一路电源发生故障时，另一路电 源应不致同时损坏。 特别重要的负荷：除两路电源外，还必须 增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供 电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。 常用的应急电源：独立于正常电源的发电 机组、供电网络中独立于正常电源的专门的 馈电线路、蓄电池、干电池等。
5．电力负荷的分级
工厂电力负荷的分级

一级负荷： 为中断供电将造成人身伤亡者，或者中 断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大 设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的大量 产品报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被 打乱需要长时间才能恢复等。 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸、 火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所不允许中 断供电者， 为特别重要负荷。
IC----负荷的计算电流
负荷计算
是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行
分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。

工程上为了取值和表达方便，将最大负荷P30 作 为计算负荷Pc。

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需3—4τ， τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体， 其 τ大于等于10分钟，因此载流导体大约经过30分 钟后可达到稳定温升。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P30(亦既年 最大负荷Pmax)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。之所以用P30代替PC 是因为电气上的c 已经用来表示电容。所以，我们 用P30、Q30、S30、I30来表示有功计算负荷、无功计 算负荷、视在计算负荷、计算电流。
2.1.2 工厂用电设备的工作制
能长期连续运行，每次连续工作时 间超过8小时，运行时负荷比较稳定。 如：照明设备、电动扶梯、空调风 机、电炉等。 这类设备的工作时间较短，停歇时 间较长。如：金属切削用的辅助机 械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快 速移动装置)、水闸用电动机等。 这类设备的工作呈周期性，时而工作 时而停歇，如此反复，且工作时间与 停歇时间有一定比例。如起重机、电 焊机、电梯等
负荷全年实际 耗用电能
Tmax
Wa Pmax
（2-4）
Tmax 是一个反映工厂负荷特征的 重要参数
一班制工厂Tmax=1800～3000h
两班制工厂Tmax=3500～4800h 三班制工厂Tmax=5000～7000h
平均负荷Pav和年平均负荷
t时间内耗用 的电能
平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率
二级负荷 二级负荷为中断供电将在政治、 经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、 大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长 时间才能恢复、重点企业大量减产等。 三级负荷 三级负荷为一般电力负荷，所有 不属于一、二级负荷着均属于三级负荷。

双电源：指两路电源分别来自不同的发电厂；
或一路电源来自发电厂，另一路电源来自区 域变电站；或两路电源均来自不同的区域变 电站。 双回路：指两路电源来自同一变电所的不同 的母线分段。
按绘制方式分
依点连成的负荷曲线 梯形的负荷曲线
负荷曲线的绘制
负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷 变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。
依点连成的负荷曲线
图3.1 日有功负荷曲线
梯形负荷曲线
年负荷持续时间曲线， 反映了全年负荷变动 与对应的负荷持续时 间（全年按8760h计） 的关系。

2 所以，不同负荷持续率 下，功率的换算公式为 1 P P2 1
起重电动机 对起重电动机应统一换算到ε =25%，换算公式为：
换算后设 备容量
设备铬牌暂载 率
Pe PN
ห้องสมุดไป่ตู้
N 2 PN N 25
（2－2）
（换算前）设 备铬牌额定功 率
电焊机设备 对电焊机设备，应统一换算到ε =100%，换算公式为：
Pe2 2 S N N cos N 2 20 0.65 0.5 16.1kW
（3）吊车的设备容量
吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换 算到 25 % ，所以1台吊车的容量为：
Pe3 PN
N PN 11kW 25
(4) 车间的设备总容量为
Pe 142 16.1 11 169kW
2.1.3 负荷曲线 定义
负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。
分类
按负荷对象分
工厂的的负荷曲线 车间的的负荷曲线 某台设备的负荷曲线
按负荷的功率性质分
有功负荷曲线 无功负荷曲线
按表示的时间分
年的负荷曲线
月的负荷曲线 日的负荷曲线 工作班的负荷曲线