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第七讲 负荷计算（第二章） 当我们为一台或一组电动机选配开关、变压器、电缆和功率因数补偿电容时，首先要知道这一台或一组电动机的功率和电流，计算一台或一组电动机的功率和电流叫做负荷计算。负荷计算是正确选择开关、变压器、选择电缆截面的基础。 负荷计算要计算的参数有三个：一是负荷的有功计算功率，用Pca表示，它是负荷在运行时实际需要的长时最大有功功率,单位是千瓦（kW）。二是负荷的视在计算功率，用Sca表示，它是负荷在运行时实际需要的长时最大视在功率,单位是千伏安（kVA），用来选择变压器容量。三是最大长时工作电流，用Ica表示，它是一台或一组电动机在实际运行时的最大长时电流，单位是安（A），用来选择开关和电缆截面。 一、负荷计算 下面，我们分三种情况讨论负荷计算的方法： 1.一台电动机的负荷计算 通常我们能够从铭牌知道一台电动机的额定功率PN 和额定电流IN ，则 Pca = PN Ica = IN 在生产现场常常会只知道电动机的额定功率和额定电压，而不知道额定电流，这就需要迅速的估算电动机的额定电流，估算公式如下： 当电动机额定电压为380V时， IN = 2PN 当电动机额定电压为660V时， IN = 1.15PN 当电动机额定电压为1140V时， IN = 0.66PN 当电动机额定电压为6kV时， IN = 0.1PN 当电动机额定电压为10kV时， IN = 0.058PN 公式中的PN 单位是kW。 例2-1：有一台额定电压为660V，额定功率为40kW的电动机，试估算其额定电流。 解：当电动机额定电压为660V时，IN = 1.15PN ，把额定功率等于40kW代入公式， IN = 1.15 * 40 = 46（A） 2.一组电动机的负荷计算 设一组电动机有n台，每台的额定功率已知为PN1、PN2、PN3···PNn。则总额定功率为： ΣPN = PN1 + PN2 +PN3 +···+ PNn 但是这一组电动机在生产运行时，一般不会同时工作，同时工作的电动机也不会同时满载，因此实际需要的功率Pca总小于ΣPN 。 Pca =Kde ΣPN Sca =Pca /cosφ file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif 式中：UN —额定电压，kV； Kde—需用系数；cosφ —该组电动机的功率因数。均可由表2-2查得。 表2-2 煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数 | | 功率因数file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 综采工作面 file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gif 普通机械化工作面file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gif | | | | | | | | | | | | 有掘进机时file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif=0.5, file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif=0.6～0.7 | | 架线式电机车 蓄电池电机车 输送机和绞车 井下照明 | | | | | 日光灯file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif= 0.6 |
注：式中file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif——用电设备组中容量最大一台电动机的额定功率； file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image014.gif——用电设备组额定功率之和。 例2-2：一个缓倾斜炮采工作面，供电电压660V,有SGB-40T 刮板输送机5台，额定功率40kW；BRW80/20乳化液泵站2台（一台工作，一台备用），额定功率30 kW；JH-8回柱绞车2台，额定功率7.5 kW，小水泵2台，额定功率5.5kW，JD-11.4调度绞车2台，额定功率11.4 kW；煤电钻2台，额定功率1.2kW。试计算该工作面的负荷（Pca、Sca和Ica）。 解：1. ΣPN = PN1 + PN2 + PN3 +···+ PNn =5*40+30+2*7.5+2*5.5+2*11.4+2*1.2 =281.2 kW 2. 查表2-2，缓倾斜炮采工作面Kde取0.5，cosφ取0.6， 3. Pca =Kde ΣPN =0.5*281.2=140.6 kW 4. file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif =140.6/(1.732*0.66*0.6) =205(A) 5. Sca =Pca/cosφ=140.6/0.6=234(KVA) 练习2-1：有一个炮掘工作面，额定电压660V,有SGB-20T 刮板输送机4台，额定功率20kW；BRW80/20乳化液泵站2台（一台工作，一台备用），额定功率30 kW；小水泵2台，额定功率5.5kW，JD-11.4调度绞车2台，额定功率11.4 kW；煤电钻1台，额定功率1.2kW。试计算该工作面的负荷（Pca、Ica和Sca）。 解：1. ΣPN = PN1 + PN2 + PN3 +···+ PNn =4*20+30+2*5.5+2*11.4+1.2 =145 kW 2. 查表2-2，Kde取0.4，cosφ取0.6， 3. Pca =Kde ΣPN =0.4*145=58 kW 4. file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif =58/(1.732*0.66*0.6) =85(A) 5. Sca =Pca/cosφ=58/0.6=97(KVA) 3.多组用电设备的负荷计算 当选择一个变电所的变压器、开关或电缆时，就需要计算变电所多组用电设备负荷的总功率和总电流。步骤如下： 1．计算各组的ΣPN； 2．查表选取各组的Kde、 cosφ和tan φ。 3．计算各组的Pca和Qca（无功功率）； Pca=Kde ΣPN Qca= Pcatan φ 4．计算PcaΣ和QcaΣ。 PcaΣ = Pca1+ Pca2+Pca3…… QcaΣ = Qca1 +Qca2 +Qca3…… 5．计算Sca file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif 例2-3 设例2-1采煤工作面和例2-2的掘进工作面由一台变压器供电，试计算变压器的总负荷。 解：已知：采煤工作面Pca1=140.6 kW， cosφ1=0.6，tgφ1=1.33； 则Qca1= Pca1tgφ1=140.6*1.33=187kvar千乏 掘进工作面Pca2 =58kW，cosφ2=0.6，tgφ2=1.33。 则Qca2= Pca2tgφ2=58*1.33=77kvar PcaΣ = Pca1+ Pca2=140.6+58=198.6kW QcaΣ = Qca1 +Qca2 =187+77=264kvar file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image018.gifkVA 需选用400kVA的KBSG-400/6/0.693矿用隔爆型干式变压器。 二、功率因数补偿电容计算 1.提高功率因数的意义 由于工矿企业使用大量的感应电动机和变压器等用电设备，因此供电系统除供给有功功率外，还需供给大量的无功功率，造成企业的功率因数偏低，一般只有0.7左右。功率因数偏低，会增大负荷电流，增大损耗，占用设备容量。我国电力部门实行电费奖惩制度，一般对于file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image020.gif的用户给予奖励，而对于file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image022.gif的用户给予罚款。为此必须提高工矿企业用户的功率因数。 2.提高功率因数的方法 目前工矿企业广泛采用并联电容器进行无功功率的补偿。 １．电容器补偿容量的计算 设补偿前负荷的有功功率为file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image024.gif，功率因数角为file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image026.gif，补偿后功率因数角要求达到file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image028.gif，则所需补偿电容器容量file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image030.gif为 file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image032.gif （2-8） 2．电容器台（柜）数的确定 电容器的额定电压应当与其接入的电网工作电压相适应，由于电容器实际补偿容量与其工作电压的平方成正比，因而电容器台数N可按下式计算： 每相所需电容器台数为： file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image034.gif （2-10） 式中 file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image036.gif——单台电容器的额定容量，kvar； 由于电容器一般分为两组，分别接在两段母线上，因而n应取与计算值相等或稍大的偶数。 当选择自动补偿电容柜时，只要选择电容柜的容量大于QC即可。
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