《工厂供电》第二章教案

1、井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第二章 工厂的电力负荷及其计算 第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线目的要求： 1. 了解工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求； 2. 了解用电设备的工作制； 3. 理解负荷曲线的含义； 4. 掌握与负荷曲线和负荷计算有关的物理量。知识要点： 1. 年最大负荷和最大负荷利用小时； 2. 平均负荷和负荷系数； 3. 负荷曲线。技能要点：教学步骤：1. 介绍对工厂电力负荷的分级及各级电力负荷对供电电源的要求； 2. 工

2、厂用电设备工作制介绍； 3. 各种负荷曲线的含义； 4. 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量表达方式。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、图示、举例、分析。作业布置情况：思考题22 23课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：20 年 月 日教 学 内 容板书或旁注、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。（）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求

3、及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：（1）一级负荷 （2）二级负荷 （3）三级负荷（二）各级电力负荷对供电电源的要求二、工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制（dutytype）分以下三类：（1）连续工作制 （2）短时工作制 （3）断续周期工作制断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用表示，即（21）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。断续周期工作制设备的额定容量PN，是对应于某一标称负荷持续率N的。如果实际运行的负荷持续率N，则实际容量Pe应按同一周期内等效发热条件

4、进行换算。由于电流I通过电阻为R的设备在时间t内产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，I1/；而在同一电压下，设各容量P1/；又由式（21）知，同一周期T的负荷持续率t；。因此P1/；，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。由此可知，如果设备在N下的容量为PN，则换算到实际下的容量Pe为三、负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的

5、、月的、日的或工作班的负荷曲线。教 学 内 容板书或旁注四、与负荷曲线和负荷计算有关的物理量1、年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年最大负荷 年最大负荷Pmax，就是全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。因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。（2）年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时Tmax，是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如图24所示。年最大负荷利用小时为式中，Wa为年实际消耗的电能量。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的关系。例如

6、一班制工厂，Tmax18003000h；两班制工厂，Tmax35004800h；三班制工厂，Tmax50007000h。教 学 内 容板书或旁注2平均负荷和负荷系数（1）平均负荷（average load） 平均负荷Pav，就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内消耗的电能Wt，除以时间t的值，即年平均负荷Pav的说明如图2-5所示。年平均负荷Pav的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa，即年平均负荷Pav为（2）负荷系数（load coefficient） 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax的比

7、值，即对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度即表征负荷起伏变动的程度。对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即负荷系数通常以百分值表示。负荷系数（负荷率）的符号，有时用；也有的有功负荷率用、无功负荷率用表示。井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第二章 工厂的电力负荷及其计算 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定目的要求：1. 了解计算负荷的含义及表示方法； 2. 掌握按需要系数法确定

8、计算负荷。知识要点：1. 计算负荷的概念； 2. 需要系数法确定计算负荷的基本公式； 3. 设备容量的计算； 4. 多组用电设备计算负荷的确定。技能要点：教学步骤：1. 计算负荷的表示方法； 2. 需要系数法确定计算负荷； 3. 设备容量的计算。教具及教学手段： 多媒体课堂教学；讲述、分析、举例作业布置情况：思考题24 习题21课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：2006 年 月 日教 学 内 容板书或旁注一、概述由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需（34），为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。由此

9、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（亦即年最大负荷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。二、按需要系数法确定计算负荷（一）基本公式用电设备组的需要系数，为用电设各组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设各组有功计算负荷的基本公式为必须注意：附录表1所列需要系数值是按车间范围内设各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各组的计算负荷，则附录表1中的需要系数值往往偏小，

10、宜适当取大。只有12台设备时，可认为Kd1，即P30Pe。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P30PN/，这里PN为电动机额定容量，为电动机效率。在Kd适当取大的同时，cos也宜适当取大。无功计算负荷为tan为对应于用电设备组cos的正切值。视在计算负荷为cos为用电设备组的平均功率因数。计算电流为UN为用电设备组的额定电压。如果一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即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”（kVA），电流为“安”（A），电压为“千伏”（kV）。例21 P教材35页教 学 内 容

11、板书或旁注(二)设备容量的计算需要系数法基本公式P30KdPe中的设备容量Pe，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：（1）电焊机组 要求容量统一换算到100，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为： 即式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，

12、后者为视在功率）；N为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；100为其值等于100的负荷持续率（计算中用1）；cos为铭牌规定的功率因数。 （2）吊车电动机组 要求容量统一换算到25，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为式中，PN为吊车电动机的铭牌容量；N为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；25为其值等于25的负荷持续率（计算中用0.25）。（三）多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设各的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各运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（

13、又称参差系数或综合系数）Kp和Kq：对车间干线，取：对低压母线，分两种情况教 学 内 容板书或旁注（1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 总的有功计算负荷为总的无功计算负荷为以上两式中的P30.i和Q30.i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录

14、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Kd和cos值的问题。例22 P教材37页井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第二章 工厂的电力负荷及其计算 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定目的要求：1. 掌握按二项式法确定计算负荷。知识要点：1. 二项式法的基本公式及含义； 2. 采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷。技能要点：教学步骤：1. 二项式法的基本公式； 2. 二项式法的适用范围； 3. 运用二项式法确定计算负荷及多组用电设

15、备总的计算负荷。教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、举例、分析。作业布置情况：思考题25 习题23课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：2006 年 10 月 22 日教 学 内 容板书或旁注三、按二项式法确定计算负荷（）基本公式二项式法的基本公式是式中，bPe（二项式第一项）表示用电设备组的平均功率，其中Pe是用电设各组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cPx（二项式第二项），表示用电设各组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是x台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算与前述需要系数法的计算相同。附录表1中也列有

16、部分用电设备组的二项式系数b、c和最大容量的设各台数x值，供参考。但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表1中规定的最大容量设备台数x的2倍，即n2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，建议取为xn/2，且按“四舍五入”修约规则取整数。例如某机床电动机组只有7台时，则其x=7/24。如果用电设备组只有12台设备时，则可认为P30Pe。对于单台电动机，则P30PN/，这里PN为电动机额定容量，为其额定效率。在设备台数较少时，cos也宜适当取大。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投人运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比

17、较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数b、c和x的值，缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。教 学 内 容板书或旁注比较例21和例23的计算结果可以看出，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果稍大，特别是在设备台数较少的情况下。供电设计的经验说明，选择低压分支干线或支线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜。（二）多组用电设备计算负荷的确定采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，亦应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。但不是计入一个同时系数，而是在各组用电设备中取其中一组最

18、大的附加负荷（cPx）max ，再加上各组的平均负荷bPe ，由此求得其总的有功计算负荷为总的无功计算负荷为式中，tanmax为最大附加负荷（cPx）max的设备组的平均功率因数角的正切值。关于总的视在计算负荷S30和总的计算电流I30，仍分别按式（2-19）和式（2-20）计算。井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第二章 工厂的电力负荷及其计算 第三节 单相用电设备组计算负荷的确定目的要求：1. 掌握单相设备组等效三相负荷的计算。知识要点：1.

19、单相设备等效三相负荷计算时的要求； 2. 单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算； 3. 单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算； 4. 单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算。技能要点：教学步骤：1. 概述单相设备计算负荷时注意的问题； 2. 分别分几种情况讨论单相设备组等效三相负荷的计算。教具及教学手段： 多媒体课堂教学；讲解、举例、分析。作业布置情况：习题 24课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：2006 年 月 日教 学 内 容板书或旁注一、概述如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡

20、计算。如果单相设备容量超过三相设各容量的15时则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线（包括电缆），使线路上的设备和导线在通过计算电流时不致过热或损坏，因此在接有较多单相设备的三相线路山，不论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。二、单相设备组等效三相负荷的计算1单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算等效三相设备容量Pe应按最大负荷相所接单相设备容量Pe.m的3倍计算，即2单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算 由于容量为Pe.的

21、单相设备接在线电压上产生的电流，这一电流应与等效三相设备容量Pe产生的电流 相等，因此其等效三相设备容量为3单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算首先应将接于线电压的单相设各换算为接于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷P30.m的3倍，即总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷Q30.m的3倍，即关于将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量的问题，可按下列换算公式进行换算：教 学 内 容板书或旁注式中，PAB、PBC、PCA为接于AB、BC、CA相间的有功设备容量；PA、PB、P

22、C为换算为A、B、C相的有功设备容量；QA、QB、QC为换算为A、B、C相的无功设备容量；pAB-A、qAB-A为接于AB、等相间的设备容量换算为A、等相设备容量的有功和无功换算系数，其值如表2-3所列。例2-5 220380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。另有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（100）接于AB相间，1台20kW（100）接于BC相间，1台30kW（60）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。教 学 内 容板书或旁注B相C相各相的有功和无功计算负荷为A相B相C相（3）各相总的有功和无

23、功计算负荷A相B相C相（4）总的等效三相计算负荷因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算等效三相计算负荷，由此可得井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第二章 工厂的电力负荷及其计算 第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算目的要求：1. 掌握工厂计算负荷的确定； 2. 掌握工厂年耗电量的计算。知识要点：1. 按需系数法确定工厂计算负荷 2. 按年产量估算工厂计算负荷 3. 按逐级计算法确定工厂计算负荷 4. 工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负

24、荷 5. 工厂年耗电量的计算技能要点：教学步骤：1. 了解确定工厂计算负荷的不同方法 2. 工厂的功率因数、无功补偿的概念及补偿后的工厂计算负荷的确定 3. 工厂年耗电量的计算教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、举例、分析。作业布置情况：思考题29 习题26、27课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：20 年 月 日教 学 内 容板书或旁注一、工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂的功率因数及无功补偿容量的基本依据。（）按需要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设各的总容量Pe，（不计备用设备容量）乘上一个需要系数Kd，即得全厂

25、的有功计算负荷，即（二）按年产量估算工厂计算负荷将工厂的年产量A乘上单位产品耗电量a，可得工厂全年耗电量在求得工厂年耗电量Wa后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax，就可求出工厂的有功计算负荷（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷工厂的计算负荷（这里举有功负荷为例）P30.(1)，应该是高压母线上所有高压配电线路计算负荷之和，再乘上一个同时系数。高压配电线路的计算负荷P30.(2)，应该是该线路所供车间变电所低压侧的计算负荷P30.(3)，加上变压器的功率损耗PT和高压配电线路的功率损耗PWL1, 如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算负荷。在负荷计算中，电力变压器的功率损耗可按简化公式近似

26、计算： 以上二式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷。（四）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1工厂的功率因数（1）瞬时功率因数 可由相位表（功率因数表）直接测出，或由功率表、电压表、电流表的读数通过下式求得（间接测量）：式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）；U为电压表测出的线电压读数（kV）；I为电流表测出的线电流读数（A）。（2）平均功率因数 又称加权平均功率因数，按下式计算式中，Wp为某一段时间（通常取一月）内消耗的有功电能，由有功电能表读取；Wq为某一段时间（通常取一月）内消耗的无功电能，由无功电能表读取。教 学 内 容板书或旁注（3）最大负荷时功率因数 指在最大负荷

27、即计算负荷时的功率因数，按下式计算：在供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户功率困数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。2无功功率补偿由图2-9可知，要使功率因数由cos提高到cos，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为 或式中， 称为无功补偿率，或比补偿容量。这无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由cos提高到cos所需要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容

28、量后，即可根据所选并联电答器的单个容量qC来确定电容器的个数，即3无功补偿后的工厂计算负荷工厂（或车间）装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷补偿后总的视在计算负荷例2-6 P教材46页二、工厂年耗电量的计算工厂的年耗电量可用工厂的年产量和单位产品耗电量进行估算。工厂的年耗电量较精确的计算，可利用工厂的有功和无功计算负荷P30和Q30，即 式中，为年平均有功负荷系数，一般取0.70.75；为年平均无功负荷系数，一般取0.760.82；Ta为年实际工作小时数，按每周五个工作日计，一班制可取2000h，两班制可取4000h，三班制可取60

29、00h。例27 P教材48页。井冈山大学教 师 授 课 教 案课程名称： 工厂供电 2012 年至2013 年第 1 学期第 次课班 级： 10电气1班 编制日期：20 12 年 9 月 18 日教学单元（章节）：第四章 第五节 变电所主变压器台数和容量的选择 第二章 第五节 尖峰电流及其计算目的要求：1. 了解变电所主变压器台数和容量的选择； 2. 了解电力变压器并列运行的条件； 3. 掌握用电设备尖峰电流的计算。知识要点：1. 变电所主变压器台数的选择 2. 变电所主变压器容量的选择 3. 电力变压器并列运行的条件 4. 用电设备尖峰电流的计算技能要点：教学步骤：1. 注意选择主变压器台数

30、和容量时应考虑的原则和满足的条件 2. 电力变压器并列运行时满足的条件 3. 单台、多台用电设备尖峰电流的计算教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、举例、分析、图示。作业布置情况：习题42、43、29课后分析与小结：授课教师： 宗政勇 授课日期：20 年 月 日教 学 内 容板书或旁注四、变电所主变压器台数和容量的选择（）变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。（二）变电所主变压器容量的选择1只装一台主变压器的变电所主变压器容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即2装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量