第二章 工厂的电力负荷及其计算习题及答案

第二章工厂的电力负荷及其计算习题及答案

2-1什么叫负荷曲线？有哪几种？与负荷曲线有关的物理量有哪些？答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。

负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户，车间或某类设备负荷曲线。

与负荷曲线有关的物理量有：

年最大负荷和年最大负荷利用小时；

平均负荷和负荷系数。

2-2年最大负荷Ｐmax——指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现２～３次）３０分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为３０分钟最大负荷P30。

年最大负荷利用小时Ｔmax———指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。

平均负荷Pav————平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功节率的平均值。负荷系数KL————负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。

2-3.什么叫计算负荷?为什么计算负荷通常采用30min最大负荷?正确确定计算负荷有何意义?

答:计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时,导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等,该等效负荷就称为计算负荷.

导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3~4)t,t为发热时间常数.对中小截面的导体.其t约为10min左右,故截流倒替约经30min后达到稳定温升值.但是,由于较大截面的导体发热时间常数往往大于10min,30min还不能达到稳定温升.由此可见,计算负荷Pc实际上与30min最大负荷基本是相当的。

计算负荷是供电设计计算的基本依据.计算符合的确定是否合理,将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否合理.计算负荷不能定得太大,否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费;计算负荷也不能定得太小,否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘体过早老化甚至烧毁.

2-4. 各工作制用电设备的设备容量如何确定?

答:长期工作制和短期工作制的设备容量就是该设备的铭牌额定功率,即

Pe=PN

反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率.

2-5.需要系数的含义是什么?

答:所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量,两者之间存在一个

比值关系,因此需要引进需要系数的概念,即:Pc=KdPe.

式中，Kd为需要系数; Pc为计算负荷; Pe为设备容量.

形成该系数的原因有:用电设备的设备容量是指输出容量,它与输入容量之间有一个平均效率;用电设备不一定满负荷运行,因此引入符合系数Kl;用电设备本身及配电线路有功率损耗,所以引进一个线路平均效率;用电设备组的所有设备不一定同时运行,故引入一个同时系数,

2-6确定计算负荷的估算法.需要系数法和二项式法各有什么特点？各适合哪些场合？

答：估算法实为指标法，其特点是进行方案比较时很方便，适用于做任务书或初步设计阶段。需要系数法的特点是简单方便，计算结果较符合实际，而长期使用已积累了各种设备的需要系数，是世界各国普遍采用的方法，适用于多组三相用电设备的计算负荷。二项式法其特点是既考虑了用电设备的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷，其计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多，适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。

2-7 在接有单相用电设备的三相线路中, 什么情况下可将单相设备与三相设备综合按三相负荷的计算方法计算确定负荷? 而在什么情况下应进行单相负荷计算?

答: 单相设备应尽可能地均匀分布在三相上,以使三相负荷保持平衡.

a: 三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时,单相设备可按三相负荷平衡计算.

b: 三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时,应把单相设备容量换算为等效三相设备容量,再算出三相等效计算负荷.

2-8如何分配单相（220伏，380伏）用电设备，使计算负荷最小？如何将单相负荷简便地换算成三相负荷？

答：可以用负荷密度法和需要系数法来分配用电设备；

这样换算：⑴当单相设备的总容量不超过三相总容量的15%，单相设备按三相负荷平衡来计算。⑵当单相设备的总容量超过三相总容量的15%，应该换成等效三相设备容量，再算出三相等效计算负荷。

2-9 电力变压器的有功功率和无功功率损耗各如何计算？其中哪些损耗是与负荷无关的？哪些损耗与负荷有关？按简化公式如何计算？

解：有功功率损耗=铁损+铜损=△Pfe+△Pcu

有功功率损耗为：

Pt=△Pfe+△Pcu=△Pfe+△Pcu.N(Sc/SN)2≈△P0+△Pk(Sc/SN)2 无功功率=△Q0+△Q

△Q0是变压器空载时，由产生主磁通电流造成的，△Q是变压器负荷电流在一次，二次绕组电抗上所产生的无功损耗。

无功功率损耗为：

△QT=△Q0+△Q=△Q0+△QN(Sc/SN)≈SN[I0％/100+Uk％(Sc/SN)2/100]

△Pfe和△Q0是与负荷无关，△Pcu和△Q与负荷有关

简化公式：

△Pt≈△P0+△Pkβ2

△QT≈SN（I0％/100+Uk％β2/100）

2-10 什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数?各如何计算?各有何用途?

答:平均功率因数是指导在某一时间内的平均功率因数,也称加权平均功率因数.最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷时的功率因数.平均功率因数计算功式:略

用途供电部门能根据月平均功率因数来调整用户的电费电价.

2-11. 降低电能损耗, 降低电压损失,提高供电设备利用率。

补偿容量（1）采用固定补偿Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）,式中，Qcc 为补偿容量；Pav为平均有功负荷，Pav =αPc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，α为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能；tgφav1为补偿前平均功率因数角的正切值；tgφav2为补偿后平均功率因数角的正切值；tgφav1－tgφav2称为补偿率，可用△qc表示（2）采用自动补偿Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）

2-12.什么是尖峰电流？尖峰电流的计算有什么用处？

答：尖峰电流是指单台或多台用电设备持续1-2秒的短时最大负荷电流。尖峰电流的计

算可以提供选定用电设备的型号以及保护用电设备等。

2-13、某车间380伏线路供电给下列设备:长期工作的设备有7.5kW 的电动机2台,4kW的电动机3台,3kW的电动机10台;反复短时工作

的设备有42kV A的电焊机1台(额定暂载率为60%, ?额定功率因数=0.62,额定效率=0.85),10t吊车1台(在暂载率为40%的条件下,其额定功率为39.6kW,额定功率因数为0.5). 试确定它们的设备容量。

解：对于长期工作制的设备，其设备容量就是它们的额定功率，所以长期工作设备的设备容量为：

Pe 1=7.5×2kW +4×3kW +3×10kW =57kW 对于反复短时工作制的设备，其设备容量为：

电焊机：Pe2=0.61/2×42×0.62=20 kW（下标1/2表示对0.6开根号）

吊车：Pe3=2×0.41/2×39.6kW=50kW （下标同上）所以，它们的总的设备容量为：

P总=Pe1+Pe2+Pe3=57+20+50=127 kW

2-14 某厂金ˉ工车间的生产面积为60m×32m,试用估算法估算该车间的平均负荷。

解：查表可知负荷密度指标ρ=0.1kw/m2 S=60m×32m=1920m2 Pav=ρS=0.1×1920=192 kw

答：用估算法估算该车间的平均负荷为192 kw

2-15 某工厂35/6kv总降压变电所，2-20 分别供电给1~4号车间变电所及6台冷却水泵用的高压电动机。1~4号车间变电所的计算负荷分别为：Pc1=840 kw,Qc1=680 kvar; Pc2=920 kw,Qc2=750 kvar;

Pc3=850 kw, Qc3=700 kvar; Pc4=900 kw, Qc4=720 kvar;

高压电动机每台容量为300 kw，试计算该总降压变电所总的计算负

荷（忽略线损）。

解：由题意可知：水泵用的高压电动机假设同时系数K=0.9 Kd=0.8 b=0.65 c=0.25 Cosφ=0.8 tanφ=0.75

Pc0=Kd×Pe1=0.8×300×6=1440 kw

Qc0=Pc0×tanφ=1440×0.75=1080 kvar

Pe=K×(Pc0+Pc1+Pc2+Pc3+Pc4)=0.9×(1440+840+920+850+900)=4455 kw

Qe=K×(Qc0+Qc1+Qc2+Qc3+Qc4)=0.9×(1080+680+750+700+720)=353 7 kvar

Se=( P2e+ Q2e)?=(44552+35372 ) ?=5688.36

Ice= Se/(3?×Un)= 5688.36/(1.73×6)=548.01A

高压侧Pe1= Pe+0.015 Se=4455+0.015×5688.36=4540.33 kw

高压侧Qe1= Qe+0.06 Se=3537+0.06×5688.36=3878.3 kvar Se1=( P2e1+ Q2e1)?= (4540.332+3878.302 ) ?=5971.25

Ice1= Se1/(3?×Un)= 5971.25/(1.73×35)=98.62A

答：该总降压变电所高压侧总的计算负荷Pe1=4540.33 kw，Qe1=3878.3 kvar ，Se1=5971.25，Ice1=98.62A

2-16.某车间设有小批量生产冷加工机床电动机40台，总容量152KW，其中较大容量的电动机有10KW 1台、7KW 2台、4.5KW 5台、2.8KW 10台；卫生用通风机6台共6KW。试分别用需要系数法和二项式法求车间的计算负荷。

解：需要系数法：查表A-1可得：

冷加工机床：Kd1=0.2 cosφ1=0.5 tanφ1=1.73

Pc1=0.2×152=30.4KW

Qc1=30.4×1.73=52.6KW

通风机组：Kd2=0.8 cosφ2=0.8 tanφ2=0.75

Pc2=0.8×6=4.8KW

Qc2=4.8×0.75=3.6KW

车间的计算负荷:

Pc=0.9×(30.4+4.8)=31.68KW

Qc=0.9×(52.6+4.8)=50.58KW

Sc=( Pe+ Qe)=59.68KVA

Ice= Se/(3阶Un)=59.68/(1.732×0.38)=90.7A

二项式法: 查表A-1可得：

冷加工机床:b1=0.14 c1=0.4 x1=5 cosφ1=0.5 tanφ1=1.73 (bPe∑)1=0.14×152=21.28KW

(cPx)1=0.4×(10+7×2+2×4.5)=13.2KW

通风机组:b2=0.65 c2=0.25 x2=5 cosφ2=0.8 tanφ2=0.75 因为n=6＜2x2 ,取x2=3.则

(bPe∑)2=0.65×6=3.9KW

(cPx)2=0.25×3=0.75KW

显然在二组设备中第一组附加负荷(cPx)1最大

故总计算负荷为：

Pc=21.28+3.9+13.2=38.38KW

Qc=（21.28×1.73+3.9×0.75+13.2×1.73=62.56Kvar

Sc=( Pe+ Qe)=73.4KVA

Ic= Se/(3阶Un)=111.55A

2-17 某工厂35kV总降压变电所10kV侧计算负荷为：1#车间720kW+j510kvar; 2#车间580kW+j400kvar; 3#

车间630kW+j490kvar; 4#车间475Kw+j335kvar(α=0.76,β=0.82,忽略线损)。试求：

全厂计算负荷及平均功率因数；

功率因数是否满足供用电规程？若不满足，应补偿到多少？

若在10kV侧进行固定补偿，应装BW—10.5—16—1型电容器多少台？补偿后全厂的计算负荷及平均功率因数。

解：（1） P1=720Kw, Q1=510kvar

P2=580Kw, Q2=400kvar

P3=630kW, Q3=490 kvar

P4=475Kw, Q4=335 kvar

全厂计算负荷：P=kSp*Spc=2164.5kW

Q=kSq*SQc=1561.5 kvar

cosF=cos(arctanF)=cos(35.88)=0.81 （2） cosF < 0.9

所以不满足，应补偿到0.9

（3） Qcc=Pav(tanF1-tanF2)=394.27 kvar

n=Qcc/16=24

( 4 ) 补偿后功率因数 cosF=Pav/sav=0.92

2-18 某实验室拟装设5台220V单相加热器，其中1kW的3台，3kW 的2台。试合理分配上列各加热器于220/380V线路上，并求其计算负荷P30, Q30, S30和I30 。

解：利用需要系数法

P30i＝Kd* PN

Q30i=P30i*tgφ

总的有功计算负荷 P30＝KΣpΣP30i

总的无功计算负荷 Q30＝KΣqΣQ30i

总的视在计算负荷 S30=(P302+Q302)1/2

总的计算电流 I30=S30/√3UN

求得一相3台1kW,另两相各1台3Kw。

P30＝6.3kW,Q30=0,S30=6.3K V·A,I30=9.57 取Kd=0.7

2-19某220/380V线路上，接有如表2-5所列的用电设备。试确定该线路的计算负荷P30, Q30, S30和I30 。

解：利用需要系数法

总的有功计算负荷 P30＝KΣpΣP30i

总的无功计算负荷 Q30＝KΣqΣQ30i

总的视在计算负荷 S30=(P302+Q302)1/2

总的计算电流 I30=S30/√3UN

求得P30＝19.1kW，Q30＝15.3kvar，S30＝24.5k V·A，I30=37.2 2-20 某厂变电所装有一台630k V·A变压器，其二次侧（380V）的有功计算负荷为420kW，无功计算负荷为350kvar。试求此变电所一次侧（lOkV）的计算负荷及其功率因数。如果功率因数未达到0.90，问此变电所低压母线上应装设多大并联电容器容量才能达到要求？解：按变压器损耗简化公式计算：

P30(1)＝428.2kW，Q30(1)＝382.8kvar

cosφ=0．9，

由公式QC=ΔqcP30

求得需装设QC＝175kvar并联电容器。

2-21 某电器开关厂（一班制生产）共有用电设备5840kW。试估算该厂的计算负荷P30, Q30, S30及其年有功电能消耗量Wp.a和年无功电能消耗量Wq.a 。

解：查附录表2得Kd=0.35，cosφ＝0.75，TMAX＝3400h，

由公式P30＝Kd* PN Q30=P30i*tgφ

可求得P30＝2044kW，Q30＝1799，S30＝2725k V·A，取年工作小时Ta＝2000h（一班制），α＝0.75，β=0.80

由公式Wp.a=αP30Ta

Wq.a=βQ30Ta

可求得Wp.a=3066*103kWh Wq.a=3066*103 kvarh 。

2-22 某厂的有功计算负荷为2400kW，功率因数为0.65。现拟在工厂变电所lOkV母线上装设BWF10.5-30-1型并联电容器，使功率因数提高到0.90。问需装设多少个并联电容器？装设并联电容后该厂的视在计算负荷为多少？比未装设前视在计算负荷减少了多少？

解：QC=ΔqcP30 =1728 kvar

n= QC/qc=57

则需装设BWF10.5-30-1型电容器57个。补偿后工厂的视在计算负荷S30＝2638k V·A比补偿前减少1054k V·A。

2-23 某车间有一条380V线路供电给表2-6所列5台交流电动机。试计算该线路的计算电流和尖峰电流。（提示：计算电流在此可近似地按下式计算：I30≈KΣΣIN,式中KΣ建议取为0.9。)

解：由表可知电动机M2的IST-IN=227-32.4=194.6A为最大

IPK=0.9*（10.2+30+6.1+20）+227=283.4A I30=88.8A,

2-1 2-2 2-3解：由下列公式求

P30＝Kd* PN

Q30=P30i*tgφ

总的视在计算负荷 S30=(P302+Q302)1/2

总的计算电流 I30=S30/√3U N 各项参数在表里均列出。