工学第二章电力负荷计算

1、1第一节第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线工厂的电力负荷与负荷曲线第二节第二节 三相用电设备组计算负荷的确定三相用电设备组计算负荷的确定第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定第四节第四节 工厂的计算负荷及年耗电量计算工厂的计算负荷及年耗电量计算第五节第五节 尖峰电流及其计算尖峰电流及其计算 2工厂电力负荷计算主要包括以下方面：工厂电力负荷计算主要包括以下方面：（1）求计算负荷）求计算负荷 （2）求尖峰电流）求尖峰电流 （3）求平均负荷）求平均负荷3本章讲述：1、工厂电力负荷的分级及有关概念2、确定用电设备组计算负荷的常用方法3、功率损耗和电能损耗及工厂计算负荷的确

2、定4、介绍尖峰电流的计算4一、工厂电力负荷的分级及对供电电源的要求工厂电力负荷的分级及对供电电源的要求（一）电力负荷的概念（一）电力负荷的概念 耗电的设备和单位：重要负荷、不重要负荷 设备和单位的耗电：轻载、重载 第一节第一节 工厂电力负荷与负荷曲线工厂电力负荷与负荷曲线 5（二）工厂电力负荷的分级（二）工厂电力负荷的分级1、一级负荷 最重要 （重大损失，长时间恢复）2、二级负荷 重要 （较大损失，较长时间恢复）3、三级负荷 一般重要6 两个电源供电（开一、备一） 有应急电源 两回路供电（两台变压器） 两根电缆并列供电，每根电缆应承担全部二级负荷。 无特殊要求（三）（三） 各级负荷对供电电源的

3、要求各级负荷对供电电源的要求7二、工厂用电设备的工作制二、工厂用电设备的工作制 1、连续工作制 2、短时工作制 3、断续周期工作制 8 断续周期工作制的设备可用表征工作特征： 一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值。 为工作周期 为工作周期内的工作时间 工作周期内的停歇时间%100%1000tttttdef9断续工作的设备容量断续工作的设备容量pepe的的计算：计算： 如设备在n下的容量为pn，换算到下的设备容量pe为：nnepp 10三、负荷曲线及有关的物理量三、负荷曲线及有关的物理量 （一）负荷曲线的概念（一）负荷曲线的概念n 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。 n 从各

4、种负荷曲线上，可以直观的了解电力负荷变动情况，因此，对于从事工厂供电设计和运行人员来说，是很必要的。111213（二）与负荷曲线和负荷计算有关的物理量（二）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年最大负荷和年最大负荷利用小时(1)(1) 年最大负荷(2)(2) 年最大负荷利用小时 wa全年实际消耗的电能。maxmaxpwtadef14（1 1）平均负荷平均负荷pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。 年平均负荷 ：twptdefavhwaavdefp87602. 平均负荷和负荷系数平均负荷和负荷系数15(2) (2) 负荷系数负荷系数k kl l又称负荷率

5、，它是用电负荷的平均负荷与最大负荷的比值。 系数越高，越趋近于1越好 。 maxppkavdefl16n 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。 有时用 表示。ndeflppk 17第二节第二节 三相用电设备组计算负荷的确定三相用电设备组计算负荷的确定 一、概述一、概述通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。 ：是为了合理地选择企业各级变电站的变压器容量和电气设备的型号。 表示符号 p30有功计算负荷 q30无功计算负荷 s30视在计算负荷 i30计算电流 18确定用电设备组计算负荷的方法：确定用电设备组计算负荷的方法

6、： （普遍采用、简单方便）（局限性大，特殊用途）19二、按需要系数法确定计算负荷二、按需要系数法确定计算负荷 n p30 用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷。n 用电设备组容量pe=pn p pn n各设备额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率（一）基本公式（一）基本公式2021用电设备组的设备实际运行情况：用电设备组的设备实际运行情况：不可能同时运行。 不太可能满负荷运行。 有设备功率损耗和线路效率问题。22基本公式：基本公式： 则： k设备组同时系数 kl设备组负荷系数 e设备组平均效率 wl配电线路的平均效率ewlelpkkp3023 令 需要系数

7、则需要系数定义为： kd 可查附录表1。dwlelkkkedppkdef3024 p30=kdpe q q3030=p=p3030tantan 为设备的平均功率因数正切值为costancos3030pscos三相设备组计算负荷的基本公式：三相设备组计算负荷的基本公式：nusi33030un额定电压25注意：计算单位的问题注意：计算单位的问题 有功功率有功功率 无功功率无功功率 视在功率视在功率 电电 流流 电电 压压 26 已知某车间的金属切削机床组，拥有380v的三相电动机7.5kw3台， 4kw8台，3kw17台，1.5kw10台，试求其计算负荷。例2-127解:机床电动机的总容量为pe=

8、7.5kw3+4kw8+3kw17+1.5kw10 =120.5kw 73.2a0.38kv348.2kv.au3si48.2kv.a0.524.1kwsvar41.71.7324.1tan24.1120.52 . 0pk1.73tan0.5,cos0.20.2(0.16k1n3030303030ed30dkkwpqkwkwp可求得。），取得，冷加工机床电动机”项中“小批量生产的金属查附录表28（二）设备容量的计算（二）设备容量的计算1 1对于对于连续工作制连续工作制和和短时工作制短时工作制的用电的用电设备组，设备组，就是所有设备的铭牌额定容量就是所有设备的铭牌额定容量之和即之和即。2 2对于

9、对于断续周期工作制断续周期工作制的设备组，容量的设备组，容量需要换算到统一的负荷持续率下的容量。需要换算到统一的负荷持续率下的容量。nnepp 29 pn 铭牌容量 sn 铭牌视在功率 n 铭牌负荷持续率 cos 铭牌规定的功率因数nnnnnnsppepcos100(1)电焊机组电焊机组 统一换算到统一换算到 =100%30（2）吊车电动机组）吊车电动机组 统一换算到统一换算到 =25%吊车电动机的铭牌容量与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）为其值等于25%的负荷持续率（计算中用0.25） nnnneppp22531练习：练习： 已知某工厂生产车间有380v通风机一台30kw/台，水泵8

10、台7.5kw/台，空压机2台10kw/台，试求其计算负荷。 ( ) 8 .0dk8 . 0cos75. 0tan32解：查表 pe=pn=30+7.58+102=110kw p30=kdpe=0.8110=88kw q30=p30tan =880.75=66kvar75. 0tan8 . 0cos8 . 0dkakvps1108 . 088cos3030ausin3 .16738. 031103303033( (三三) )多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定 p30i各设备组有功负荷之和 q30i各设备组无功负荷之和 3422303030qpsnusi3303022303030

11、qpsnusi3303035 某机修车间380v线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kw(其中较大容量电动机有7.5kw1台， 4kw3台，2.2kw7台），通风机2台共3kw，电阻炉1台共2kw。试求线路上的计算负荷。例2-236解：先求各组的计算负荷解：先求各组的计算负荷var3 .1773.110tan10502 .073.1tan, 5 .0cos,2 .01,(1)30)1(30)1(30kkwpqkwkwpkpkndd取查附录表金属切削机床组30(2)30(2)30(2)1,0.8 cos0.8 tan0.750.8 32.4tan2.40.751.8 varddnkpkpk

12、wkwqpkwk通风机组查附录表 取，37var0tan1.427 .00tan , 1cos,7 .01,(3)30)3(30)3(30kpqkwkwpkpkndd取查附录表电阻炉3834.5a0.38kv322.7kv.ai22.7kv.akv.a18.513.1qpsvar8.51var01.83 .17(97. 0k1 .13)4 . 14 . 210(95. 0k)97. 0k,95. 0k(302 2 2302303030303030kkqqkwkwppiqipqp）取因此总的计算负荷为39列出电力负荷计算表列出电力负荷计算表34.522.718.513.1 取19.113.855

13、23车间总计01.4010.721电阻炉31.82.40.750.80.832通风机217.3101.730.50.25020切削机床1计 算 负 荷 需要系数容量 台数n设备名称 序号kwpe/dkcostankwp /30var/30kqkvas /30ai /300.95,0.97pqkk表表2-1 例例2-2的电力负荷计算表的电力负荷计算表（按需要系数法）40三、按二项式法确定计算负荷三、按二项式法确定计算负荷（一）基本公式（一）基本公式 p p3030=bpe+cpx=bpe+cpx bpebpe用电设备组的平均功率，pe为用电设备组的总容量。 cpxcpx表示用电设备组中x台容量最

14、大的设备投入运行时增加的附加负荷，px为x台最大容量的设备总容量。 b、c 二项式系数。41cos3030psnusi33030q30=p30tan基本公式：基本公式：p30=bpe+cpxq30=p30tanp30=bpe+cpxcos3030psq30=p30tanp30=bpe+cpxnusi33030cos3030psq30=p30tanp30=bpe+cpx42注意：注意： 按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数数n n少于附录表少于附录表1 1中规定的最大容量设备台数中规定的最大容量设备台数x x的的2 2倍（即倍（即n2xn2x）时，其最大

15、容量设备台数）时，其最大容量设备台数x x宜适宜适当取小，取当取小，取x= n/2x= n/2，且四舍五入取整。，且四舍五入取整。如果用电设备组只有如果用电设备组只有1 12 2台设备时，就可认台设备时，就可认为为p p3030=pe=pe。 43注意：注意：对于单台电动机，则对于单台电动机，则p p3030=p=pn n/。在设备台数较少时，在设备台数较少时，cos cos 也应适当取大。也应适当取大。二项式法比较适于确定设备台数二项式法比较适于确定设备台数较较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算算负荷。负荷。44例23 已知某机修车间的金属切削机床

16、组，拥有380v的三相电动机7.5kw3台，4kw8台，3kw17台，1.5kw10台，试用二项式法来确定机床组的计算负荷。45kwkwkwb1 .295 .304 . 05 .120 0.14p cbpp 30.5kw24kw37.5kwpp x120.5kwp1.73tan0.5cos5x0.4c14. 01 xe305xe因此可求为台最大容量的设备容量。设备总容量。，查得解：由附录表var3 .5073. 11 .29tanpq 3030kkw4658.2kv.a0.529.1kwcos3030ps88.4a0.38kv358.2kv.a33030nusi47（二）多组用电设备计算负荷的

17、确定（二）多组用电设备计算负荷的确定 p30=(bpe)i+(cpx)max q30=(bpetan )i+(cpx)maxtan max23023030qpsnusi33030 23023030qpsnusi3303048例24 某机修车间380v线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kw(其中较大容量电动机有7.5kw1台， 4kw3台，2.2kw7台），通风机2台共3kw，电阻炉1台共2kw。试用二项式法求线路上的计算负荷。49解：先求各组的bpe和cpx8.68kw1)kw2 . 234kw10.4(7.5kwcp7kw50kw0.14bp 1.73tan0.5cos5x0.4c1

18、4. 01) 1 (x(1)e(1)故。，查得由附录表金属切削机床组b500.75kw kw 3 0.25cp1.95kw3kw0.65bp 0.75tan0.8cos5x0.25c65. 01)2(x(2)e(2)故。，查得由附录表通风机组b510cp1.4kw2kw0.7bp 0tan1cos0 x0c0.71)3(x(3)e(3)故。，查得由附录表电阻炉b52var6 .28var73. 168. 8var)075. 095. 173. 17(tan)()tan(q1968. 8)4 . 195. 17()()(pcp maxmax30max301xkkkcpbpkwkwkwcpbpxi

19、exie为最大，总计算负荷为以上各组中，附加负荷）（34.3kv.akv.a28.6192 2 23023030qps52.1a0.38kv334.3kv.a33030nusi53列出电力负荷计算表列出电力负荷计算表00.250.4cb231220大容量数总台数 52.134.328.61955总计01.4+0010.72电阻炉31.46+0.561.95+0.750.750.80.653通风机212.1+157+8.681.730.50.1421.750切削机床1计算负荷二项式系数设备容量设备组名称序号costanepkwxpkw30pkw30varqk30skva30ia表表2-2 例例2

20、-4的电力负荷计算表的电力负荷计算表(按二项式法) 54 通过对例题2-1和2-3及2-2和2-4计算结果进行比较，可以看出，按二项式法计算的结果较需要系数法计算结果大得较多。55计算单位：（kw）（kvar）（kva）（a） （kv）56三相设备计算负荷公式汇总三相设备计算负荷公式汇总 需要系数法二项式法p30单组 多组q30单组多组s30单组多组i30单组多组适用范围57第三节第三节 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定一、概述一、概述 在供电运行中，有许多单相设备，接在三相线路中，这就需要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，确定计算负荷。58二

21、、单相设备组等效三相负荷的计算二、单相设备组等效三相负荷的计算n 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 pe=3pe.m n 等效三相计算负荷按需要系数法计算。 p30 q30 s30 i30591接于同一线电压 pe= pe.2接于不同线电压 等效三相计算负荷按需要系数法计算 3)tan)33(tan3)33(3221121ppqpppee60n 先将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量。 pa=pab-a pab+pca-a pca pb=pbc-b pbc+pab-b pab pc=pca-c pca+pbc-c pbc qa=qab-a

22、 pab+qca-a pca qb=qbc-b pbc+qab-b pab qc=qca-c pca+qbc-c pbcn 再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的3倍。 上式的系数可从p39表2-3查到 61n 则总的等效三相负荷（有功）为其最大的有功负荷的3倍。n 等效三相有功计算负荷 p30=3p30m 为 最大有功负荷相的计算负荷。n 无功负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷的3倍。q30=3q30m 62 如图所示220/380v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20

23、kw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。例例2-563解：（1）求电热干燥箱的各相计算负荷 查附表1，kd=0.7 cos=1 tan =0 因此只需计算其有功计算负荷。 a相 p30a（1)=kdpea=0.7210=14kw b相 p30b（1）=kdpeb=0.730=21kw c相 p30c（1）=kdpec=0.720=14kw 64（2）求对焊机的各相计算负荷先将接于ca相间的30kw（=60%）换算至=100%的容量nnppekwkwp

24、ca236 . 03065将各接于线电压的设备容量换算到相电压的设备容量 查附表1 kd=0.35 cos =0.7 tan =1.02 a相 pa=pab-apab+pca-apca 再查p42表2-3 =0.8214kw+0.223kw=27kw qa=qab-apab+qca-apca =0.22214+0.823=24.6kvar b相 pb=pbc-bpbc+pab-bpab =0.820+0.2214=21.6kw qb=qbc-bpbc+qab-bpab =0.2220+0.8214=26.8kvar66 c相 pc=pca-apca+pbc-cpbc =0.823+0.220=

25、22.4kw qc=qca-cpca+qbc-cpbc =0.2223+0.820=21.1kvar 求各相的有功和无功计算负荷 查表kd=0.35 a相 p30a(2)=0.3527=9.45kw q30a(2)=0.3524.6=8.61kvar b相 p30b(2)=0.3521.6=7.56kvar q30b(2)=0.3526.8=9.38kvar c相 p30c(2)=0.3522.4=7.84kw q30c(2)=0.3521.1=7.39kw67(3)各相有功与无功计算负荷求和.a相 p30a=p30a(1)+p30a(2)=14+9.45=23.5kw q30a=q30a(1

26、)+q30a(2)=0+8.61=8.61kvarb相 p30b=p30b(1)+p30b(2)=21+7.56=28.6kw q30b=q30b(2)=9.38kvarc相 p30c=p30c(1)+p30c(2)=14+7.84=21.8kw q30c=q30c(2)=7.39kvar68(4)求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。 p30=3p30b=328.6=85.8kw q30=3q30b=39.38=28.1kvarakvqps3 .901 .288 .852223023030akvakvusin13738. 033 .903303069

27、第四节第四节 工厂的计算负荷和年耗电量的计算工厂的计算负荷和年耗电量的计算 一、工厂的计算负荷的确定一、工厂的计算负荷的确定 ( (一一) ) 按需要系数法确定工厂计算负荷按需要系数法确定工厂计算负荷 ( (二二) ) 按年产量估算工厂计算负荷按年产量估算工厂计算负荷（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷 ( (四四) )工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷计算负荷70 ( (一一) ) 按需要系数法确定工厂计算负荷按需要系数法确定工厂计算负荷 kd（见附录表2） cos3030psnusi3303071( (二二)

28、 ) 按年产量估算工厂计算负荷按年产量估算工厂计算负荷max30twpa wa=a*a a产量 a单位产品耗电量wa-工厂全年耗电量nusi3303072（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷73( (四四) )工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的功率因数、无功补偿及补偿后 的工厂计算负荷的工厂计算负荷 1 1工厂的功率因数工厂的功率因数（1）瞬时功率因数 实时观察 （2）平均功率因数 收电费的依据之一（3）最大负荷时的功率因数，即为计算负荷的功率因数 。功率因数补偿的依据。3030cossp741）可选择截面小的导线，可使设备容量减小；2）损耗减小，节能；3）

29、电压质量提高；4）设备能力充分发挥。2无功功率补偿无功功率补偿752无功功率补偿无功功率补偿30303030)tan(tanpqpqqqcc补偿电容器个数 ccqqn tantancqcq为无功补偿率，见附录表3。 ccqqntantancqcq为电容器的单个容量，见附录表4。 763 3无功功率补偿后工厂的计算负荷无功功率补偿后工厂的计算负荷工厂装设了无功补偿装置后，总的无功计算负荷为:cqqq3030补偿后总的计算负荷:23023030)(cqqpscqqq303023023030)(cqqps77例例2-6 某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。

30、已知变电所低压侧有功计算负荷已知变电所低压侧有功计算负荷650kw，无功，无功计算负荷为计算负荷为800kvar。为了使工厂（变电所高。为了使工厂（变电所高压侧）的功率因数不低于压侧）的功率因数不低于0.9，如在变电所低压，如在变电所低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？量有何变化？78解：解：（1）先计算补偿前的变压器容量和功率因数，）先计算补偿前的变压器容量和功率因数，变压器低压侧的视在计算负荷变压器低压侧的视在计算负荷s30(2)为：为：akv

31、qps.1031800650222)2(302)2(30)2(30根据变压器容量选择原则 snts30（2） 因此，未进行补偿时，主变压器容量应选为1250kva 查附录表5得到，变压器的容量等级。这时变电所低压侧的功率因数为：63. 01031650cos)2(30)2(30)2(sp（未补偿时）79（2）无功补偿的容量）无功补偿的容量按要求（或按规定）变电所高压侧的功率因数 cos0.9， 考虑到变压器本身的无功功率损耗qt远大于其有功功率损耗pt，一般qt=（45）pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取cos =0.92。 80 要使低压侧功

32、率因数由0.63提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为：)tan(tan303030pqqqc)92. 0arccostan63. 0arccos(tan650cq=650（1.23-0.43）=525kvar取qc=530kvar81如果再问：需装设多少个如果再问：需装设多少个bcmj0.4-10-3电容器？电容器？查附录表4，此电容器为200uf，其额定容量为10kvar 则应用 个电容并联 53var10var530kkqcqnc82（3 3）补偿后的变压器容量和功率因数）补偿后的变压器容量和功率因数补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：akvakvqqpsc704)530800(

33、650)(2230230302因此主变压器容量可改选为800kva。比补偿前容量减少450kva。83下面验算一下高压侧的功率因数是否不低于下面验算一下高压侧的功率因数是否不低于0.9变电所高压侧的计算负荷（补偿后）tppp)2(30)1(30tqqq)2(30)1(30变压器的功率损耗kwspt6 .10704015. 0015. 0)2(30var2 .4270406. 006. 0)2(30ksqt则：akvskqkwp731312661var3122 .42)530800(6616 .1065022)1 (30)1 (30)1 (3084补偿后工厂的功率因数为：补偿后工厂的功率因数为：

34、904. 0731661cos)1(30)1(30sp这一功率因数满足高压侧功率因数大于0.9的要求。 85（4 4）进行补偿前后比较）进行补偿前后比较主变压器容量在补偿后减少：akvakvakvsstntn4508001250.仅从基本电费考虑： 基本电费每月10元/kva，则每月工厂可节约基本电费 450kva10元/kva=4500元变压器容量减小，则计算电流减小，导线截面可减小，减小有色金属的损耗，降低投资。 86提高提高cos 的意义：的意义：选择的导线截面、设备容量减小；损耗减小，节能；电压质量提高（压降小了）；使设备能力充分发挥。87二、工厂年电能消耗量的计算二、工厂年电能消耗量

35、的计算有功 无功 aaptpw30aaqtqw30年平均有功负荷系数，取0.70.75年平均无功负荷系数，取0.760.82ta年实际工作小时数88第五节第五节 尖峰电流的计算尖峰电流的计算 一、概述一、概述尖峰电流是指持续时间12s的短时最大负荷电流。 主要用来选择熔断器，低压断路器，整定继电参数。二、单台用电设备尖峰电流的计算二、单台用电设备尖峰电流的计算ipk=ist=kstin用电设备额定电流用电设备起动电流用电设备起动电流倍数89三、多台设备尖峰电流的计算三、多台设备尖峰电流的计算max30max11,)(nststniinpkiiiiiki11,niini那台设备除外的其它n-1台

36、设备的额定电流之和。将起动电流与额定电流之差为最大的k为上述n-1台设备的同时系数。看 例题p48例2-8总结：90m4m3m2m1193.21973540.6启动电流ist/a27.635.855.8额定电流in/a电动机参数 解解:由表2-4可知，电动机m4的istin 193.2a27.6a165.6a 为最大，因此该线路的尖峰电流为(取k=0.9)：0.9 (5.8 5 35.8)193.2235pkiaaa 例例2-8 2-8 有一380v三相线路，供电给表2-4所示4台电动机。试计算该线路的尖峰电流。表表2-4 2-4 例例2-82-8的负荷资料的负荷资料91 某车间有一台150kw的异步电动机，其进线电源电压为380v，平均功率因数cos =0.68，现需将功率因数提高到cos =0.95，求在负载端需加装多少千乏电容器？ 12附加附加例题例题1：92解：解：已知电动机功率p=150kw，平均功率因数cos =0.68 ，需要功率因数cos =0.95 12无功功率：