第2章电力负荷的计算.

1、第二章电力负荷的计算内容提要电力负荷的计算是正确选择供配电系统中导线.电缆、开关电器、 变压器等电气设备堆础，也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少 的环”。本章是分析工厂供配电系统和进行供电设计计算的垦础。本章主要学习以下几个内容：口电力负荷与负荷计算电力负荷的基本概念；负荷计算的内容及目的；负荷曲线与计算负荷负荷曲线的基本概念、作用及分类负荷曲线的绘制与负荷计算相关的几个物理量第二章电力负荷的计算计算负荷的实用计算方法设备容量的计算方法；需要系数法求解计算负荷；二项式法求解计算负荷；单相负荷的计算尖峰电流计算尖峰电流的基本概念尖峰电流的计算方法功率损耗与电能损耗的计算线路的功率损耗计算变压

2、器的功率损耗计算电能损耗计算全厂负荷计算逐级计算方法第一节电力负荷与负荷计算第一节电力负荷与负荷计算一. 电力负荷与电量1 电力负荷（electric power load）用电设备需用的电功率简称负荷或功率。区别：负荷与负载负荷是功率；负载耗电设备（耗电并能完成某种任务的装置、器件 等）；电力负荷（功牢）（无功负输）（有功员荷）能帚消耗机实际功率I三祐电路E表示为，P = cos|实舔上是惟能元件与电源之间能呈交涣旳功也三相电跖e責示为I Q = JjUI sin :第一节电力负荷与负荷计算2.电量用电设备所需用的电能数量，即功率在一段时间内的 累积；电址有功电虽月电设备所消耗的电能数量。单

3、位，有功电度（度kWh 无功电臺用电设笛与电源之间交换能重的多少.貝位：无洪电度 kVarh二. 负荷计算的目的和内容1、负荷计算的目的工厂用电设备工作时的实际负荷不等于设备的额 定负荷（安装容量）；在工厂供配电系统设计时，如 果直接采用额定容量进行设计势必会造成浪费；应首 先计算出全部设备的实际负荷。2、负荷计算的主要内容（1）求计算负荷（需用负荷，假想负荷）：即正常工作 时的实际最大负荷。目的选择各级电压供电网络、变 压器容量.电气设备的型号等；保证使其在通过正常 最大工作电流时不至过热而损坏。（选择设备）（2）求尖峰电流：目的用于计算电压波动、电压损失， 选择熔断器和保护元件等。（校验设

4、备）（3）求平均负荷：目的计算全厂的电能需要量、电能损 耗以及选择无功补偿容量等；（节能措施）第二节负荷曲线与计算负荷一、负荷曲线（load curve）1. 负荷曲线表示一组用电设备的功率随时间的变化图形。5 ?田戸4擢銓的21月G氏荷的戏；：b图阶样形的21月。敦侍曲洪K中*处血:h人、时：叫心一口聂丸行功負你K tPAV BT均冬功负闰】a大刎T与曰千均负狷:差第二节负荷曲线与计算负荷2. 负荷曲线的作用负荷曲线能够直观的反映岀用户的用电特点和规律;- 对于设计人员，获取资料有助于设计分析； 对于运行人员而言.可以合理地、有计划地安排用户、车 间、班次或者大容量设备的用电时间等，从而降低

5、负荷高 峰，填补负荷低谷，这种“消峰填谷”的办法可以使得负 荷曲线比较平坦，有利于节电。3、特点： 电力负荷不等于设备的额定功率，而是设备的实际消耗功率; 负荷曲线是有规律的；第二节负荷曲线与计算负荷4、负荷曲线分类/八轴有功员商曲线d）摂女!佝性顶分类无功员商曲钱一 j r夏予日负荀曲録（貝有童季负面將点的日负荷曲统 日员荷曲牡珂各李弓负荀曲讎（具它笹孚负商特点的冃负荷曲线）（2）按持纹吋间分次干负荀曲线日罠大负荷仝年肘间交化曲嫁一干中砰日廿罚荷曲俎年持维负荷曲线第二节负荷曲线与计算负荷5、负荷曲线绘制(1)日有功负荷曲线的绘制及意义第二节负荷曲线与计算负荷主要釆用描点和阶梯形绘制方法;意义

6、：日有功曲线与时间轴之间所围成的面积为一天 所消耗的有功电量。2 d第二节负荷曲线与计算负荷第二节负荷曲线与计算负荷第二节负荷曲线与计算负荷(2) 年持续负荷曲线的绘制根据日负荷曲线在全年的变化趋势特点，为了分析方 便一般将其分为具有代表性两个类型：具有冬季日负荷特点的曲线一冬季日负荷曲线；-具有夏季日负荷特点的曲线一夏季日负荷曲线；年持续负荷曲线的绘制需要借助于一年中具有代表性 的夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线；夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定：一般在H昉:岑季 200 天。200*24-4Saah .憂匪 165 无 l65GT960h,f 200天，203-4300h.

7、 一股在丙方彳冬莪 165 天j 165-M3960h.年持续负荷曲线的绘制方法：绘制夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线，并绘制年持续负荷的 坐标系(注意横坐标最大值为365*24=8760 h)；从夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线中的最大功率开始.以功 率递减的顺序.依次绘制到年持续负荷曲线坐标系中：年持绞负荷晦(可冬季代表日负荷曲纷(b)夏李代表日负荷曲註，(c)年持续负荷曲遙第二节负荷曲线与计算负荷假定巴在(a)上有X小时，则全年以片运行的总小时数为： =2000若某一功率同时出现冬季、夏季日负荷曲线上，则二者换算后的 时间相加.图中的P5同时出现在冬季、夏季日负荷曲线中.则换 算之后的总时间

8、为：T5=(t5+t5 )*200+t5*165 (h)最后将对应的功率和时间绘制到年持续负荷曲线中。HIM：h)(3) 年持续负荷曲线的意义年持续负荷曲线与横轴所包圉的面积代表了用户全年 消耗的总电能。(4) 注意日负荷曲线与年负荷曲线绘制的区别日负荷曲线是按照时间先后绘制，而年持续负荷曲线是按照负荷的大小和累计时间来绘制的。第二节负荷曲线与计算负荷二. 与负荷计算相关的几个物理量1、年最大负荷和最大负荷利用小时数负荷最大工作班:一年中最大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作 班(防止偶然性)。年最大负荷：全年中最大工作班内，半小时平均功率的最大值，也称 为30分钟最大负荷;表不为：化wx

9、，Qmax，他或者心Q*)，$和第二节负荷曲线与计算负荷年最大负荷利用小时数 Tmax物理意义：用户以全年最大负荷持续工作运行人叭小时 所消耗的电能等于全年实际消耗的电能。即：有功九严叫/仏 无功匚、=%/%、T 用电负荷的均衡性的标志，越大越均衡；max第二节负荷曲线与计算负荷第二节负荷曲线与计算负荷第二节负荷曲线与计算负荷2、平均负荷和负荷系数 平均负荷(average load) 伫=叱门 电力用户一段时间内消耗功率的平均值;1-表小为:P，QmSm ；全年的平均有功负荷为：巴严W/8760;负荷系数(load coefficient)最大工作班内平均负荷与最大负荷之比,又称负荷率、负荷

10、曲线填充系数;血=a=凡叫 有功负荷系数 负荷系数用来表征负荷变化规律：其值越大，曲线越 平坦，负荷波动越小； 一般：a = 0.7 075;0 = 0.76 0.82 ；3、需用系数和利用系数需用系数：K严PJP川（按最大值进行准备）利用系数：K严PJP沁（按实际需要值进行评价） 对于相同类型的工厂或车间具有相近的负荷系数、需 用系数和利用系数，可以査表获得典型值。第二节负荷曲线与计算负荷4、尖峰负荷和低谷负荷尖峰负荷在一昼夜间（连续24 h内）用户出现的 最大负荷（1h内平均值的最大值）； 低谷负荷在一昼夜间（连续24 h内）用户出现的最小负荷（1h内平均值的最小值）；尖峰负荷与低谷负荷的

11、出现时间与具体行业有关，并 呈现一定的规律性。第二节负荷曲线与计算负荷三、计算负荷(calculated load)计算负荷等效负荷；按此负荷持续运行所产生的 热效应，与按照实际变动负荷长期运行所产生的最大 热效应相等。表示为：&，G，1、用途及依据按发热条件选择导体和电器设备：当以计算负荷连续 运行时，设备的发热温度不会超过其允许值。导体的发热时间常数T=10min；实验表明：导体到 达恒定温升的时间约为3T-4T；故一般取30min来保 证导体达到恒定温升。第二节负荷曲线与计算负荷2、计算计算负荷要达到最高的恒定温升，故有:a =4 =人衣= 列第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷是供电设

12、计计算的基本依据，计算负荷选择 的是否合理直接影响到电器以及导线电缆选择的经济 性：过大会造成投资以及有色金属的浪费；过小选择的电气设备长期处于过负荷运行状态下，增加电能损 耗，产生过热，导致绝缘老化甚至烧毁；计算负荷悄况复杂，影响因素诸多，难以精确计算；负荷是变化的；与设备的性能、生产组织、生产者的技能与能源供应的状况等 多因素有关。计算负荷的方法较多：估算法、需要系数法、二项式法、单 相负荷计算尊近似求解方法.本节主要介绍两种：需要系数法和二项式法。第三节计算负荷的实用计算方法一.设备容量的确定1、用电设备的额定容量铭牌上标出的功率（或容量）pn;2设备容矍实际用电设备的实际工作性质决定了

13、其并非一直工作 在额定状态：有的长期工作，有的短期工作，有的反 复工作；因而在求多个用电设备的实际消耗功率时， 不能直接将其额定功率直接相加得到总的电力负荷。将各种用电设备的额定功率换算成同一的标准工作条 件下（统一标准工作制下）的“额定功率”，称之为 设备功率（设备容量）Ps或者P”第三节计算负荷的实用计算方法3用电设备的工作制以及对应设备容量的计算（1）连续工作制设备（长期工作制）特点：恒定负荷下运行，且运行时间长至足以使之达 到热平衡状态。如；通风机.水泵、空气压缩机、发 电机组、照明灯等；设备功率计算:p严p“ ；（2）短时工作制设备-特点：恒定负荷下运行，短时间内连续工作，且能够 达

14、到热平衡。如：控制闸门的电动机；设备功率计算：什=化第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法（3）断续周期工作制设备（反复短时工作制）特点：反复周期性短时工作，工作或停歇均不足达到设备的热平衡。如电焊机、吊车电动机等。暂载率（duty cycle又称负荷持续率）：=xioa%其中：人 表示设备的工作周期;额定暂载率注意:定暂载率是设备的额定参电焊机组：标准暂载率为：斫on = 100% = I ；设备功率,=辰几=足S“ cos其中：匕为换算到标准暂载率下的设备负荷;巴.S八COS0W为设备额定参数;第三节计算负荷的实用计算方法 吊车电动机：标准暂载率为：甩=25%口设备功率：

15、P严屣巴=2低P“ = 2城S“ cos,参数与上述相同第三节计算负荷的实用计算方法总结:周期短时工作的设备功率计算：需要将设备额定暂载率 下的额定功率换算成标准暂载率下的设备功率。第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法二、按需要系数法确定计算负荷设备分组:用电设备 组持点需冥系数相近 工艺性疲基本Ifl司第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法在所计算的范围内（如一条干线.一段母线或一台变压器），所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容 量之和，两者之间存在比值关系，即为需要系数：具体含义：匚需用系数是-综合系数，与需用系数的定义相

16、结合，它标志着用电设备 投入时，从供电网络实际取用的最大功率与用电设备组设备功率之比。第三节计算负荷的实用计算方法 1、单个用电设备组的计算负荷P严HQc 二眞* tan （pS严碍07le = S /（击S ）三相平衡负恢其中：P该用电设备组的设备功率之和；心用电设备组的需用系数；可査表；第三节计算负荷的实用计算方法例题：某车间有一冷加工车床组，共有电压为380V的电动机39台（其中3台 10KW, 8台4KW, 18台3KW, 10台1.5KW）,试用需要系数法求该设备组的计算负荷。解：该用电设备组为连续工作制，故（=P.=艺代=10x3 + 4x8 + 3x18+1.5x10= 13 1

17、/CW査表得：K = 0.2 cos = 0.5, tan （p = 1.73第三节计算负荷的实用计算方法带入可得：P = KdPe =0.2x131= 26.2kWQ(. = P( x tan= 26.2 x 1.73= 45.3*14=5 23加/_ =S /(”)= 79.6A通过上例题可以看出：(1)如果该车间只有此组负荷，计算得到的计算负荷实 际上是该车间的低压进线的计算负荷。 (2)计算某一个设备组设备容量的方法，为多设备组的 计算提供基础。第三节计算负荷的实用计算方法2.多个用电设备组的计算负荷如图，在配电干线或者变压器低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，而考虑各用电设备组的

18、最大负荷不一定同时出现,P产芨口八,土已1-1 1-1其中： Kr.Kn分别为有功同时系数和无功同时系数，一般情况下相等;第三节计算负荷的实用计算方法 m为该配电干线或者车间变电所低压母线上所接的用电设备组总 数； .匕 为其中某一设备组的参数； 1为该干线或低压母线上的计算电流；可见，Q，/为多组用电设备的干线或者变压器低 压母线上的计算负荷及计算电流； 如果在变压器的低压母线上装无功补偿装置，补偿容量为Q ,则低压母线上的无功计算负荷为:1=1第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法注意无功补偿的特点:此时的低压母线上的有功计算负荷不变化;无功补

19、偿后：亠T/亠斗节能 注意几点：由于各用电设备组的功率因数不一定相同,总的视在功率计算 负荷和计算电流不能利用各组的视在功率以及计算电流直接相 加得到，应由下式计算：s严 qpj+Q；査表获得的希要系数以及同时系数是长期积累的经验数据，一 般认为与设备的数量以及设备之间的容量差距是否悬殊等因素 无关，但这种处理方法考虑不够全面.是有条件的：只有当设 备台数较多.总容量够大.没有特殊的大型用电设备时.表中 的需要系数才比较负荷实际算法适用对象求用户、全厂和大型车间变电所的计算负荷； 而在确定设备台数比较少的而且容量相差悬殊的分支干线的计 算负荷时，通常采用二项式法计算。第三节计算负荷的实用计算方

20、法三、按二项式法确定计算负荷计算二项式法考虎了设备的平均负荷，还考虑了几台最大用电 设备引起的附加负荷.基本巒 用电设备组的平均最大员荷；计舁J员背PT加负荷，考虑激台大容虽.甲电设备对总计算负荷的影梢而计入的附L加功率值；笑厂匕育哎负転拄线1.单个用电设备组的计算负荷 计算公式：P =bP + cP (AIV)其中：% 设备组基本负荷；P该用电设备组的设备功率之和;设备功率计算方法同前；茉厂己可功负苟如屮 附加负荷，为X台大容量设备的功率之和, 可以査表获得；be 一二项式系数，与设备类型有关，可査表；第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法尖峰负荷产生的原因：大容量电动机的

21、在某一阶段内 满载运行或者频繁同时启动。某厂日有功负荷曲銭第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法 由计算得到的Pc得：Qc = P tan= W + Qffc=Sc /（V3t7J第三节计算负荷的实用计算方法第三节计算负荷的实用计算方法2.多个用电设备组的计算负荷依然考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素, 在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷进行补 偿。利用二项式法求解多个用电设备组的计算负荷的方法 如下：Pct=lmaxmQc 二工bfejz +（叨）-tanmaxmax/=lSc = W + Q： A = s. /（ ”）按二项式法确定计算负荷时，如果设备的总数

22、和少 于表中规定的最大容量设备台数X的2倍（即n 2.t） 时，其最大容量设备台数*应该适当取小。一般按照：x = n/2 且“四舍五入”修约规则取整。第四节单相负荷的计算计算目的：保证系统的三相负荷尽可能平衡，避免某一相过大 或者过小；计算原则：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，单相设备可按照三相平衡设备进行计算；2. 三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的 15%时，需要把单相设备等效成三相设备容量，再 加上原有的三相负荷，从而得到总的三相电路的计 算负荷。本节将介绍如何将单相有功负荷等效成三相负荷，单 相无功负荷的等效方法与之相同。第四节单相负荷的计算一.

23、单相用电设备接于相电压Pe = 3 心w其中：E为等效三相设备负荷；p叫为最大负荷相的单相设备功率之和;化甲=】皿仇f 第四节单相负荷的计算二、单相设备接于线电压K接于同一线电压时其中：R呼为单相设备的最大容量；2、接于不同线电压时设接于三个线电压的设备容量分别为片、P2S P3, 且COS(pi*COS(p2*COS卩2卩3侖，则等效 三相设备容量为：P. =+ (3 -乙Qe巧丘爼的+ (3- J5)禺绘第四节单相负荷的计算三. 一般情况特点：系统中接于相电压、线电压的单相负荷均有；计算分两步进行：1、将接于线电压的单相负荷换算为接于相电压的单 相负荷；设：匕,匕为换算后接相电压的负荷; P、Pg、Pz 为接线电压的单相用电功率；引入有功功率转换系无功功率转换系数:pab) k. pab)h. pbc)h. p(hc p(ca)tq(叽、衣叽、q(bCb qU心.q(ca)a qcu)t第