电力负荷及计算

1、 电力负荷及计算电力负荷及计算 电力负荷与负荷曲线的概念电力负荷与负荷曲线的概念 三相用电设备组计算负荷确定三相用电设备组计算负荷确定 单相用电设备组计算负荷确定单相用电设备组计算负荷确定 工厂供电系统功率、电能损耗工厂供电系统功率、电能损耗 工厂计算负荷和年电能消耗量工厂计算负荷和年电能消耗量 尖峰电流及计算尖峰电流及计算1. 电力负荷与负荷曲线的有关概念电力负荷与负荷曲线的有关概念一、电力负荷的分级及其对供电的要求一、电力负荷的分级及其对供电的要求 1 1、电力负荷的概念（含两个含义）、电力负荷的概念（含两个含义） “电力负荷电力负荷”在不同的场合可有不同含义，它可指用电设备或用在不同的场

2、合可有不同含义，它可指用电设备或用电单位，也可指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。电单位，也可指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。 11 工厂常用用电设备工厂常用用电设备 生产加工机械的拖动设备；生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电焊、电镀设备；电热设备；电热设备；照明设备。照明设备。 生产机械的拖动设备 机床设备机床设备起重运输设备起重运输设备功能功能金属切削金属切削金属压力加工金属压力加工功能功能起吊搬运物料起吊搬运物料运输客货运输客货车床车床铣床铣床刨床刨床钻床钻床磨床磨床组合机床组合机床镗床镗床冲床冲床锯床锯床剪床剪床砂轮机砂轮机吊车吊车行车行车输送机输送机电梯电梯自动扶

3、梯自动扶梯生产机械的生产机械的拖动设备拖动设备11 工厂常用用电设备工厂常用用电设备 电焊、电镀设备 11 工厂常用用电设备工厂常用用电设备 电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，有电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，有镀铜、镀铬等。镀铜、镀铬等。 电焊、电镀设备 电热设备 电阻加热炉电阻加热炉电弧炉电弧炉感应炉感应炉其它电热设备其它电热设备常用于各种零件热处理常用于各种零件热处理常用于矿石熔炼、金属熔炼常用于矿石熔炼、金属熔炼常用于熔炼和金属材料热处理常用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等红外线加热、微波加热和等离子加热等

4、照明设备 白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞、钠灯、钨卤化物灯等。白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞、钠灯、钨卤化物灯等。 2、意义和目的、意义和目的: （1）求计算负荷）求计算负荷,也称需用负荷也称需用负荷 a.作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。器容量、导体和电气设备的依据。 b. 用来计算电压损失和功率损耗。用来计算电压损失和功率损耗。 c.在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。补偿的计算依据。 （2 2）求尖峰电流）求尖峰电流 计算

5、电压波动、选择熔断器等保护元件。计算电压波动、选择熔断器等保护元件。 （3 3）求平均负荷）求平均负荷 计算供配电系统中电能需要量，电能损耗和选择无功计算供配电系统中电能需要量，电能损耗和选择无功补偿装置等。补偿装置等。3 3、电力负荷的分级及供电要求（供电可靠性）、电力负荷的分级及供电要求（供电可靠性） 中断供电将造成人身伤亡时；中断供电将造成人身伤亡时；在政治经济上造成重大损失时；在政治经济上造成重大损失时；影响有重大政治、经济意义的用电影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作单位的正常工作。特别重要的负荷指当中断供电将特别重要的负荷指当中断供电将发生中毒爆炸和大灾等情况负荷；发生中毒

6、爆炸和大灾等情况负荷；特别重要场所的不允许中断供电的特别重要场所的不允许中断供电的负荷。负荷。中断供电将中断供电将在政治上、经济上造成较大损失时在政治上、经济上造成较大损失时影响重要用电单位的正常工作影响重要用电单位的正常工作。应由两个独立电源供电：应由两个独立电源供电：来自两个发电厂来自两个发电厂来自两个地区变电所来自两个地区变电所1 1路市电自备发电机路市电自备发电机还应增设应急电源：还应增设应急电源：自备发电机组自备发电机组 独立于正常电源的专用馈独立于正常电源的专用馈电线路电线路不间断供电装置不间断供电装置UPSUPS（EPS)EPS)蓄电池及干电池蓄电池及干电池宜由两回路电源供电。宜

7、由两回路电源供电。在负荷较小或地区供电条件在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回困难时，可由一回6 6kVkV及以上及以上专用的线路供电。专用的线路供电。 对供电方式无特殊要求对供电方式无特殊要求 不属于一、二级负荷者不属于一、二级负荷者 二、用电设备工作制二、用电设备工作制 1. 1.长期连续运行工作制长期连续运行工作制 指工作时间内能达到稳定温升的用电设备。指工作时间内能达到稳定温升的用电设备。 该类设备不允许过载运行（只允许短时过载）。该类设备不允许过载运行（只允许短时过载）。 2. 2. 短时工作制短时工作制 指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备，工作时间内达指工作时间很短，停歇

8、时间相当长的用电设备，工作时间内达不到稳定温升。允许过载运行。不到稳定温升。允许过载运行。 3. 3.反复短时工作制反复短时工作制 指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间内也达不到稳定温升，允许过载运行。内也达不到稳定温升，允许过载运行。载流导体温载流导体温升曲线升曲线用负荷持续率表征其工作特性用负荷持续率表征其工作特性0100%ttt工作时间工作时间停歇时间停歇时间2.1 2.1 负荷曲线负荷曲线负负荷荷曲曲线线是是表表征征电电力力负负荷荷随随时时间间变变动动情情况况的的一一种种图图 形，形，反反映映了了用用户户用用电电的的特

9、特点点和和规规律。律。负负荷荷曲曲线线绘绘制制在在直直角角坐坐标标上，上，纵纵坐坐标标表表示示负负荷，荷，横横 坐坐标标表表示示对对应应的的时时间。间。 负负荷荷曲曲线线按按负负荷荷功功率率的的功功率率性性质质不不同，同，分分有有功功负负荷荷 曲曲线线和和无无功功负负荷荷曲曲线；线；按按时时间间单单位位的的不不同，同，分分日日负负 荷荷曲曲线线和和年年负负荷荷曲曲线；线；按按负负荷荷对对象象不不同，同，分分用用户、户、 车车间间或或某某类类设设备备负负荷荷曲曲线。线。2.2.1 2.2.1 日负荷曲线日负荷曲线1.绘制的方法 （1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，

10、逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线，见图2-1a。 （2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线,如图2-1b。2.特点： （1）电力负荷是变化的，不等于额定功率。 （2）电力负荷的变化是有规律的。图图2.1 2.1 日有功负荷曲线日有功负荷曲线a)a)依点连成的负荷曲线依点连成的负荷曲线 b)b)梯形负荷曲线梯形负荷曲线2.1.2 2.1.2 年持续负荷曲线年持续负荷曲线年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线连接制成。

11、年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。 绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为 T1=200t1+165t2,其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。 年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线）夏季日负荷曲线 （b）冬季日负荷曲线）冬季日负荷曲线 （c）年负荷持续时间曲线）年负荷持续时间曲线(1)(1) 平均负荷平均负荷P Pavav 平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平平均负荷

12、就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。如在均值。如在t t这段时间内消耗的电能为这段时间内消耗的电能为WtWt，则，则t t时间的平均负时间的平均负荷为：荷为： 2 2、平均负荷和负荷系数、平均负荷和负荷系数twPtav 年平均负荷年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。如用如用WaWa表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为： hwPaav8760 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有有功负荷系负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有有功负荷系数数K KaLaL和无功负荷系数和无功负荷系数K

13、KrLrL，即，即 (2)(2) 负荷系数负荷系数K KL L 对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率出功率P P和设备额定容量和设备额定容量P PN N之比值，即他表征该设备或设备组的之比值，即他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。容量是否被充分利用。2.2 2.2 用电设备的设备容量用电设备的设备容量2.2.1 设备容量的定义设备容量的定义 设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。2.2.2 设备容量的确定设备容量的确定 1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作

14、制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 反复短时工作制设备容量反复短时工作制设备容量P与其负荷持续率与其负荷持续率密切相关，对供电系密切相关，对供电系统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得其关系式：统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得其关系式：2.反复短时工作制的用电设备1PNNePP规定负荷持续率规定负荷持续率 25或或100铭牌负荷持续率铭牌负荷持续率铭牌容量铭牌容量等效容量等效容量则得：则得：0100%ttt工作时间工作时间停歇时间停歇时间续上页续上页（1 1）电焊机组要求设备容量统一换算到）电焊机组要求设备容量统一换算到 下下, ,则则 100%NeN

15、NNNN100cosPPPS （2）吊车电动机组）吊车电动机组 当采用需要系数法计算负荷时，要当采用需要系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到求设备容量统一换算到 下下,则则25%NeNNN252PPP（3 3）电炉变压器组）电炉变压器组 设备容量是指额定功率下的有功功率，即： Pe=SN*cosN （4 4）照明设备）照明设备 不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即： Pe= PN 用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流器中的功率损失。 荧光灯： Pe=1.2PN 高压水银灯、金属卤化物灯： Pe= 1.1 PN 照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：1000/S

16、Pe是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积 （2 2）电焊机的设备容量）电焊机的设备容量 电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到 ，所以所以2 2台电焊机的设备容量：台电焊机的设备容量： %100解：（解：（1 1）金属切削机床的设备容量）金属切削机床的设备容量 金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以2020台金属切削机床的台金属切削机床的总容量为：总容量为： 例例2.4 某小批量生产车间某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共线路上接有金属切削机床共20台（其中台（其

17、中10.5kW-4台，台，7.5kW-8台，台，5kW-8台），车间有台），车间有380V电焊机电焊机2台（每台容量台（每台容量20kVA， , ），车间有吊车），车间有吊车1台台11kW， ），试），试计算此车间的设备容量。计算此车间的设备容量。 %65N5 . 0cosN%25NeiePP1kW142585 . 785 .104NNNeSPcos22kW1 .165 . 065. 02022.2.三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、计算负荷的定义一、计算负荷的定义 是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假想负荷，通常规是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个

18、假想负荷，通常规定取定取3030分钟平均最大负荷分钟平均最大负荷 P30、 Q30和和 S30作为该作为该 用户的用户的“计算负荷计算负荷”。 其物理意义：其物理意义： 计算负荷持续运行产生的热效应与实际变动负荷长期计算负荷持续运行产生的热效应与实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等运行所产生的最大热效应相等。二、二、 2.3.1 2.3.1 计算负荷的估算法计算负荷的估算法 在进行供电工程方案设计阶段，可采用单位容量法确定计算负荷。在进行供电工程方案设计阶段，可采用单位容量法确定计算负荷。 (1)单位产品耗电量法 有功计算负荷为： 式中，Wa为全年电能，Wa=am，m为年产量，a为单位产

19、品的耗电量； Tmax为年最大负荷利用小时数。 (2)单位面积负荷密度法 若已知车间生产面积S()和负荷密度指标（kw/）时， 车间平均负荷为: Pav=*S， 车间计算负荷为: 单台用电设备的计算负荷确定单台用电设备的计算负荷确定 对一般长期连续工作的单台用电设备，设备容量即是计算负荷。 Pc=Pe 但对单台电动机及其他需计及效率的单台用电设备，即 Pc=Pe/ 当一条回路里用电设备的台数少（当一条回路里用电设备的台数少（n=3n=3）时，一般是）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的需要系数值。在设备台数较少时，功率因数

20、也较大的需要系数值。在设备台数较少时，功率因数也宜适当取大。宜适当取大。（一）（一）一组用电设备的计算负荷一组用电设备的计算负荷 按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为 cctanPQcmdePPK PcccosPSccN3SIU有功计算负荷有功计算负荷（kW） 无功计算负荷无功计算负荷（kvar） 视在计算负荷视在计算负荷（kVA） 计算电流计算电流（A） 在确定低压干线上或低在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系功计算负荷计入一

21、个同时系数数K。续上页续上页cpc.iPKPcqc.iQKQ22cccSPQccN3SIU注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷 或计算电流之和乘以或计算电流之和乘以K来计算。来计算。 (二二)多组三相用电设备的计算负荷多组三相用电设备的计算负荷0.38kVPc , QcSc , IcPc1 , Qc1Pc2 , Qc2Pci , Qci 例例2.5 某某380V线路上，接有水泵电动机（线路上，接有水泵电动机（15kW以下）以下）30台共台共205kW，另有通风机另有通风机25台共台共45kW，电焊机电焊机3台共台共10

22、.5kW（=65%）。试确定线路上总的计算负荷。试确定线路上总的计算负荷。 （取（取Kp0. 95， Kq0. 97 ） 例例2-2 解先求各组用电设备的计算负荷解先求各组用电设备的计算负荷Q c1 Pc1 tan 164kW0.75=123kvar 1水泵电动机组查附录表水泵电动机组查附录表1得得Kd=0.70.8(取取0.8），），cos0.8，tan0.75，因此因此 2. 通风机组查附录表通风机组查附录表1得得Kd=0.70.8（取取0.8），），cos=0.8, tan=0.75, 因此因此 P c2=0.845kW=36kW Q c2=36kW0.75=27kvarPc1= Kd1

23、Pe10.8205kW=164kW 3.电焊机组查附录表电焊机组查附录表1得得Kd=0.35，cos=0.6，tan=1.33。 P c3=0.358.46kW=2.96kW Pc0.95(164362.96)kW=192.81kW Qc0.97(123+27+3.94)kvar=149.32kvar总计算负荷（取总计算负荷（取Kp0. 95， Kq0. 97 ）为为 Sc= =243.87kVAIc=243.87kVA/( 0.38kV)=370.52A 3Q c3=2.96kW1.33=3.94kvar65%100% 在在100%下的设备容量：下的设备容量： Pe=10.5 =8.46kW

24、。2232.14981.1923.3.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 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。 单相负荷的计算如下： 1.三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。 2.三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。（1）单相设备接于相电压时 式中，Pem为最大负荷相所接的单相设备容量（2）单相设备接于线电压时 接于同一线电压时 单相设备组等效三相设备容量的计算原则：单相设备组等效三相设备容量的计算原则：ee.3PPee.m

25、3PP 接于不同线电压时接于不同线电压时 设接于三个线电压的设备容量分别为P1、P2、P3，且cos1cos2cos3，P1P2P3，则等效三相设备容量为e12= 3 +(3- 3)P PPe1122= 3tan(3- 3) tanQPP（3 3）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时时 应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，然后分别计算各相的设备容量。 将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量 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P30=

26、3P30.m 总的等效三相无功计算负荷为其最大有功负荷相的无功计算负荷Q30.m 的3倍，即Q30=3Q30.m 2.4 功率损耗和电能损耗 2.4.1 供配电系统的功率损耗 供配电系统的功率损耗是指最大功率时功率损耗。 1. 线路的功率损耗： 线路功率损耗 PWL=3IC2RWL*10-3 QWL= 3IC2XWL*10-3 式中，Ic为线路计算电流（A）；RWL为每相电阻（），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（/km），L为线路的计算长度（km）；XWL为线路每相的电抗（）， XWL =X0L，X0为线路单位长度的电抗（/km） 2.变压器的功率损耗估算法 PT=0.015Sc Q

27、T=0.06 Sc 精确法 有功功率损耗 铁损PFe 空载损耗P0可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。 铜损PCu 负载损耗PK可认为就是额定电流下的铜损PCu。 变压器的有功功率损耗为 PT P0+PKKL2 式中，SN为变压器的额定容量；SC为变压器的计算负荷；KL为变压器的负 荷率（KL= SC/SN） 无功功率损耗 空载无功功率损耗 Q0 负载无功功率损耗 QL 20)(NckcuFeTSSPPPPP空载电流空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。 为了减少空载电流，主要就是从变

28、压器的铁芯入手。 1、提高硅钢片质量。 2、改进铁芯结构。阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数。阻抗电压Uk (%)是涉及到变压器效率和运行的重要经济指标和对变压器进行状态诊断的主要参数依据之一。 2.4.2 供配电系统的电能损耗 (1) 线路电能损耗 最大损耗时间：当线路或变压器中以最大计算电流Ic流过小时 后所产生的电能损耗，等于全年流过实际变化的电流时所产生的电 能损耗。 线路电能损耗 WL=PWL*(2) 变压器的电能损耗 WT=P0*8760+Pk( SC/SN)2* 2.

29、4.3 线损率 线损率是一定时间内的线损率是一定时间内的电能损耗和总供电量W之比。它标示用户的电能利用效率。 第五节第五节 用户负荷计算用户负荷计算 一、负荷计算原则是选择电源进线和一、二次设备的基本依据。逐级计算法（用需要系数法）：从用电设备向电源方向逐级计算负荷。二、负荷计算的步骤 逐级计算法确定用户计算负荷的原则如下： 将用电设备分类，采用需要系数法确定各用电设备组的计算负荷； 根据用户的供配电系统图，从用电设备朝电源方向逐级计算负荷； 在配电点处考虑同时系数； 在变压器安装处计及变压器损耗； 用户的电力线路较短时，可不计电力线路损耗； 在并联电容器安装处计及无功补偿容量。第六节第六节

30、尖峰电流的计算尖峰电流的计算 尖峰电流是指只持续尖峰电流是指只持续12s的短时最大负荷电流，它用来计算的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动、选择熔断器和低压断路器及整定继电保护装置等。电压波动、选择熔断器和低压断路器及整定继电保护装置等。 单台用电设备（如电动机）的尖峰电流单台用电设备（如电动机）的尖峰电流Ipk，就是其起动电流就是其起动电流Ist，即即 接有多台用电设备的线路，只考虑一台设备起动时的尖峰接有多台用电设备的线路，只考虑一台设备起动时的尖峰电流，按下列公式计算电流，按下列公式计算 IpkIstkstIN.M max11stniNipkIIKImax)(NstCpkIIII无功功

31、率补偿无功功率补偿 一一、功率因数定义功率因数定义 1瞬时功率因数瞬时功率因数 cos3PPSUI 2最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数 确定需要无功补偿容量用。确定需要无功补偿容量用。 cccosPS 3平均功率因数平均功率因数 调整电费用。调整电费用。 pav22pqcosWWW 3.3.平均功率因数平均功率因数 （1）由消耗的电能计算 式中，Wa为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；Wr为某时间内消耗的无功电能（kVAh）。 （2）由计算负荷计算 式中， KaL为有功负荷系数（一般为0.70.75）； KrL为无功负荷系数（一为0.760.82）。4.4.供电部门对用户功率因数的要求供电部门对用户功率因数的要求 cos0.9cos0.9 二、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法 1、功率因数对供电系统的影响 电能损耗增加 P=3I2R 电压损失增大 在功率因数降低后，不得不降低输送的有功功率P来控制电流I的值，这样就降低了供电设备的供电能力。 供电设备利用率降低SCSCPCQCQC2. 提高功率因数的方法提高功率因数的方法 (1