电力工程基础第三版孙丽华主编

2024/5/15河北科技大学电气工程学院1河北科技大学电气工程学院22024/5/15第2章负荷计算与无功功率补偿2.3功率损耗和电能损耗计算2.1概述2.2

计算负荷的确定2.4企业计算负荷的确定2.5功率因数与无功功率补偿2.6尖峰电流的计算河北科技大学电气工程学院32024/5/15级别停电影响供电方式一级人身伤亡，重大设备损坏，政治、经济上重大损失两个独立电源供电二级设备局部损坏大量减产，政治、经济造成较大损失双回路供电三级不属于一级、二级的负荷无特殊要求

一、电力负荷的分级2.1概述河北科技大学电气工程学院42024/5/15

二、用电设备的工作制及设备容量的计算

暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比值，即连续运行工作制（长期工作制）短时运行工作制（短时工作制）断续周期工作制（反复短时工作制）1．用电设备的工作制

起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60%电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%河北科技大学电气工程学院52024/5/152．设备容量Pe的计算连续运行工作制：断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。∴河北科技大学电气工程学院62024/5/15起重设备：指统一换算到ε=25%时的额定功率，即电焊设备：指统一换算到ε=100%时的额定功率，即

三、负荷曲线按性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线；按负荷持续时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线、工作班负荷曲线等。河北科技大学电气工程学院72024/5/151.日有功负荷曲线2.年有功负荷曲线年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）图2-2年最大负荷曲线图2-1日有功负荷曲线a）折线图b）梯形图河北科技大学电气工程学院82024/5/15

取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1所占时间为：图2-3全年时间负荷曲线的绘制a）冬季典型日负荷曲线b）夏季典型日负荷曲线c）全年时间负荷曲线全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）河北科技大学电气工程学院92024/5/15

四、与负荷曲线有关的物理量1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷Pmax

：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。图2-4年最大负荷与年最大负荷利用小时数河北科技大学电气工程学院102024/5/152．平均负荷与负荷系数平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，即负荷系数

KL：平均负荷与最大负荷的比值，即年平均负荷:KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。图2-5年平均负荷河北科技大学电气工程学院112024/5/153．需要系数和利用系数需要系数Kd：负荷曲线中的最大负荷与用电设备额定容量的比值，即利用系数Ku：负荷曲线中的平均负荷与用电设备额容量的比值，即河北科技大学电气工程学院122024/5/15计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，用Pc（或Qc、Sc

、Ic

）表示。

通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为3τ～4τ，即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值

一、概述2.2计算负荷的确定河北科技大学电气工程学院132024/5/15目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等意义：估算过高，使设备和导线选择偏大，投资大；估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系统的正常运行。方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等。二、三相用电设备组的负荷计算确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：河北科技大学电气工程学院142024/5/15各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数

;各用电设备的平均效率;

线路的供电效率。

因此，用电设备组的需要系数可表示为各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数

;河北科技大学电气工程学院152024/5/15需要系数，查表2-1说明：P30

、Q30、S30的单位分别为kW、kvar、kVA单组用电设备计算负荷的确定用电设备组的设备容量河北科技大学电气工程学院162024/5/15

当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数。同时系数，取0.85~0.95多组用电设备计算负荷的确定河北科技大学电气工程学院172024/5/15电力负荷计算表序号用电设备名称台数设备容量/kWKdcos

tan

计算负荷铭牌值换算值P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1金属切削机床组3085850.160.51.7313.623.532通风机组3550.850.850.624.252.6353吊车组133.7950.150.51.730.5690.984小计349393.79518.41924.149负荷总计（）16.5824.4329.5244.85例2-1（P33）河北科技大学电气工程学院182024/5/15对需要系数法的评价公式简单，计算方便；需要系数法的数值比较完整和准确，查取方便；Kd是针对负荷群而言的，设备台较越多计算越准确（否则计算误差较大，应采用二项式系数法）；将Kd看成常数，适用于求全厂或大型车间变电所的计算负荷。三、单相用电设备组的负荷计算单相设备接于相电压时：

单相设备接于同一线电压时：河北科技大学电气工程学院192024/5/15A相:B相:C相:

然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总的等效三相设备容量。一般情况：应先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：河北科技大学电气工程学院202024/5/15

一、功率损耗1．线路的功率损耗2.3功率损耗与电能损耗计算等边三角形排列：水平等距离排列：而x1与导线之间的几何均距有关。其中:图2-6三相导线的布置方式a）等边三角形布置b）水平等距布置河北科技大学电气工程学院212024/5/15２．变压器的功率损耗铁心中的有功功率损耗，即铁损（不变损耗）变压器的空载损耗可认为就是铁耗，即有功功率损耗消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗（可变损耗）：与负荷电流（或功率）的平方成正比。

变压器的短路损耗可认为就是额定负载下的铜耗，则任意负载下的铜耗为：河北科技大学电气工程学院222024/5/15所以式中，为变压器的负荷率。用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗：与负荷大小无关，用来表征。无功功率损耗所以河北科技大学电气工程学院232024/5/15消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗：与负荷电流的平方成正比，用来表征。

所以——额定负载下的损耗近似公式：河北科技大学电气工程学院242024/5/15

二、电能损耗1．线路的电能损耗：τ的含义：在此时间内，线路持续通过计算电流所（I30）产生的电能损耗与实际负荷电流在全年内所产生的电能损耗相等。图2-7τ与Tmax关系曲线年最大负荷损耗小时数河北科技大学电气工程学院252024/5/152．变压器的电能损耗由变压器铁损引起的电能损耗：由变压器铜损引起的电能损耗：因此，变压器全年的电能损耗为河北科技大学电气工程学院262024/5/15

三、线损率的计算1.线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。2.线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即河北科技大学电气工程学院272024/5/152.4企业计算负荷的确定图2-8负荷计算用供电系统逐级计算法：从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。河北科技大学电气工程学院282024/5/15用电设备组的计算负荷（图2-8中的1点）车间变压器低压母线上的计算负荷（图2-8中的2点）变电所低压母线上所装静电电容器的容量或河北科技大学电气工程学院292024/5/15车间变压器高压侧的计算负荷（图2-8中的3点）

注意：若车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即河北科技大学电气工程学院302024/5/15车间变电所高压母线上的计算负荷（图2-8中的4点）总降压变电所出线上的计算负荷（图2-8中的5点）河北科技大学电气工程学院312024/5/15总降压变电所低压母线上的计算负荷（图2-8中的6点）企业总计算负荷（图2-8中的7点）或高压电容器的补偿容量河北科技大学电气工程学院322024/5/15一、功率因数的计算瞬时功率因数：

由功率因数表（相位表）直接读出，或按下式求出：

指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：均权功率因数：2.5功率因数与无功功率补偿河北科技大学电气工程学院332024/5/15

指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，即最大负荷时的功率因数：

我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。河北科技大学电气工程学院342024/5/15二、无功功率补偿使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。功率因数低的不良影响：河北科技大学电气工程学院352024/5/15

提高自然功率因数的方法用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。正确选用感应电动机的型号和容量。

当电动机的负荷系数KL＞70%时，可以不换；当KL＜40%时，必须换小电机；当40%＜KL＜70%时，则需经过技术经济比较后再进行更换。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。河北科技大学电气工程学院362024/5/15定子绕组的匝数不能减少。所以限制感应电动机的空载运行。提高感应电动机的检修质量。当变压器的负荷系数KL＜30%时，应考虑换小容量的变压器。气隙δ不能增加。合理使用变压器。感应电动机同步化运行。同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。河北科技大学电气工程学院372024/5/152．提高功率因数的补偿法稳态无功功率补偿设备采用并联电容器采用同步补偿机优点：与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。实质上是空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。河北科技大学电气工程学院382024/5/15投切方式：手动、自动（无功自动补偿装置）；控制方式：按母线电压的高低、无功功率的大小、功率因数的大小等进行控制；电容器组数：4、6、8、10、12等；电容器分组应满足以下条件：分组电容器投切时，不应产生谐振；适当减少分组组数和加大分组容量；应与配套设备的技术参数相适应；满足电压偏移的允许范围。动态无功功率补偿设备——静补装置（SVC）河北科技大学电气工程学院392024/5/15静补装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器发出无功功率，可控电抗器吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。三、电容器并联补偿的工作原理图2-9电容器无功补偿原理图在R、L电路中并联电容器C后：河北科技大学电气工程学院402024/5/15欠补偿：补偿后电流落后电压四、电容器的接线方式与装设位置1．电容器的接线方式低压电容器组一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。由于，而，因此电容器接成三角形时的容为采用星形接线时的3倍。采用三角形接线时，一电容器断线，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去补偿，造成三相负荷不平衡。采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。过补偿：补偿后电流超前电压注意：一般都不采用过补偿