第2章-电力负荷计算课件

1工厂供电2第二章电力负荷计算

教学基本内容：负荷曲线，负荷的分类、负荷的设备容量，负荷的计算方法，功率因数和无功功率补偿。重点：负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算方法。难点：负荷曲线，负荷的计算方法。本章主要教学要求：了解负荷曲线的种类和制作，负荷的估算和二项式系数法，掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无功功率补偿计算。3第一节负荷计算目的与负荷分类（重点）第二节负荷曲线与计算负荷（重点）第三节计算负荷的实用计算方法（重点）第四节单相负荷计算（重点）第五节尖峰电流的计算第六节用户负荷计算（设计之用）第七节功率损耗和电能损耗4第一节负荷计算目的与负荷分类（**）一、电力负荷与电量1.电力负荷——用电设备需用的电功率，简称负荷或功率。表示能量变化速率的一个重要物理量。可以分为有功功率、无功功率和视在功率。注意：三个量P、Q和S之间的关系式和单位。2.电量——用电设备所需用的电能数量。（kW.h,kvar.h）5第一节负荷计算目的与负荷分类（**）二、负荷计算的内容和目的

(1)求计算负荷（选择设备）

(2)求尖峰电流（校验设备）

(3)求平均负荷（节能措施）6三、电力负荷的分级及供电要求

用户有各种用电设备，它们的工作特征和重要性各不相同，对供电的可靠性和供电的质量要求也不同。因此，应对用电设备或负荷分类，以满足负荷对供电可靠性的要求，保证供电质量，降低供电成本。1.按对供电可靠性要求的负荷分类我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度划分为三级。71）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续性生产过程被打乱而需要长时间恢复等；中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷。在一般负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，称为特别重要的负荷。

一级负荷应由两个独立电源供电。所谓独立电源，就是当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。在一级负荷中的特别重要负荷，除上述二个独立电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。应急电源一般有：独立于正常电源的发电机组；干电池；蓄电池；供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。82）二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废，连续性生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等；中断供电系统将影响重要用电单位正常工作的负荷者；中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱者。

二级负荷应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台。（两台变压器不一定在同一变电所）。做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。9

3）三级负荷

三级负荷为不属于一级和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。

三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。。。10第二节负荷曲线与计算负荷

学会计算或估算电力负荷的大小是很重要的，是正确选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等的基础，也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的环节。所以本章内容是分析供配电系统和进行供电设计计算的基础。112.1负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标上，纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间。负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类设备负荷曲线。122.1.1日负荷曲线

日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况，如图2-1。图2-1日有功负荷曲线（a）折线形负荷曲线（b）阶梯形负荷曲线13A.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，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。B.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。

142.1.2年负荷曲线

年负荷曲线反映负荷全年（8760h）变动情况。如图2-2所示。

图2-2年负荷持续时间曲线的绘制a)夏季日负荷曲线b)冬季日负荷曲线c)年持续负荷曲线151.年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。

2.年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；

3.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。

通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图2-2所示。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而定。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。图2-2是南方某用户的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。

注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。。162.1.3负荷曲线的有关物理量

分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。从负荷曲线上可求得以下一些参数:171.年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax\Qmax\Smax

年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2~3次）30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟最大负荷P30。

（2）年最大负荷利用小时Tmax

年最大负荷利用小时是指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。如图2-3所示，阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以WP表示全年实际消耗的电能，则有：Tmax=WP/Pmax。18Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，则负荷越平稳。如果年最大负荷利用小时为8760h，说明负荷常年不变（实际不太可能）。Tmax与用户的性质和生产班制有关，例如一班制工厂，Tmax约为1800～3000h，两班制工厂，Tmax约为3500～4800h,三班制工厂，Tmax约为5000～7000h，居民用户Tmax约为1200～2800h。图2-3年最大负荷和年最大负荷利用小时192.平均负荷和负荷系数(1)平均负荷Ppj\Qpj\Spj平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。

PPj=WP/t年平均负荷PPj如图2-4所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能WP。(2)负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有功负荷系数α和无功负荷系数β，α=PPj/Pmaxβ=QPj/Qmax一般α=0.7~0.75，β=0.76~0.8220图2-3年平均负荷213.需用系数和利用系数（KX，KL）

KX=Pmax/PnKL=PPj/Pn4.尖峰负荷和低谷负荷222.1.4计算负荷定义PjS=P30=PmaxQjS=Q30=QmaxSjS=S30=Smax讲述例题2-1、2-223第三节计算负荷的实用计算方法（**）常用的计算方法：需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法等。实际工程配电设计中，常采用需用系数法。用于大型车间变电所的施工。

二项式法考虑了用电设备数量和大容量设备对计算负荷的影响，因而一般用于低压配电线路、机械加工业的施工设计。242.3.1用电设备的设备容量

一、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PS来表示。25二、设备容量的确定

1.长期工作制的用电设备采用长期连续运行工作制的设备工作时间长，连续运行，绝大多数用电设备都属于这一类设备，如风机、泵类、机床、照明等。

长期工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即PS=Pn

2.短时但连续工作制的用电设备

PS=Pn

采用短时运行工作制的设备工作时间短，停歇时间长，如船闸电动机、机床中的辅助电动机等。26二、设备容量的确定

1.长期工作制的用电设备PS=Pn2.短时但连续工作制的用电设备

PS=Pn

3.反复短时工作制的用电设备

也称继续周期工作制，采用这种工作制的设备时而工作，时而停歇，反复运行，如吊车用电动机、电焊机等，其设备容量是将所有设备在不同暂载率下的铭牌额定容量换算到一个统一的标准暂载率下的功率。暂载率：用电设备工作时间与整个工作周期时间之比值，用JC表示，即

JCn额定暂载率273.反复短时工作制的用电设备（1）电焊机和电焊装置组要求统一换算到JC=100%时的功率，即：

式中，Pn为电焊机额定有功功率；Sn为额定视在功率；JCn为暂载率；cosφn为额定功率因数。（2）起重机（吊车电动机）要求统一换算到JC=25%时的功率，即：

式中，Pn为额定有功功率；JCn为暂载率。

282.3.2负荷计算的方法一、利用需要系数KX确定计算负荷

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，两者之间存在一个比值关系，因此引进需要系数的概念，即

式中，Kx即为需要系数；Pjs为计算负荷；Ps为设备容量。

29注意:理解需用系数的计算公式和物理意义（P20）。实际上，需要系数还与操作人员的技能及生产等多种因素有关，附录表1中列出了各种用电设备的需要系数值，供计算参考。一般设备台数多时取较小值，台数少时取较大值。若进行计算的负荷有多种，则可将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。301．单台用电设备的计算负荷对长期连续工作的单台用电设备：对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：例题2-531用电设备组的计算负荷：确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素：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

;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为:322.一个用电设备组的计算负荷公式：讲述例题2-6。33例2-6已知某机修车间的冷加工机床组，拥有电压为380V的电动机39台，其中10kW的3台,4kW的8台,3kW的18台,1.5kW的10台。试求其计算负荷。解：此机床组电动机的总容量为查表2-2,

因此可求得:

有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流

343.多个用电设备组的计算负荷在配电干线或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此常采用以下计算方法（计入一个同时系数

）。35讲述：例2-7公式：36

例2-7某机修车间380V线路上，接有冷加工机床电动机25台共50kW(其中较大容量电动机有7kW的1台,4.5kW的2台,2.8kW的7台),通风机2台共5.6kW,电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。解：先求各组的计算负荷

(1).金属切削机床组查表2-2，取故

(2).通风机组查附录表1，取

故

37

因此380V线路上的总计算负荷为（取）

在供电工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如表2-1所示。(3).电阻炉：查表2-2，取故3830.319.911.716.1

取31.1217.8867.628车间总计01.4010.721电阻炉33.364.480.750.80.85.62通风机220.76121.730.50.26025电动机1计算负荷

需要系数容量台数n设备名称序号例2-7的电力负荷计算表（按需要系数法）39需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；各类锻造设备应属热加工机床；起重机、行车或电葫芦都属吊车等。用需要系数法来求计算负荷，其特点是简单方便，计算结果较符合实际，而且长期使用已积累了各种设备的需要系数，因此是世界各国均普遍采用的基本方法。但是，把需要系数看作与一组设备中设备的多少及容量是否相差悬殊等都无关的固定值，这就考虑不全面。实际上只有当设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备时，表中的需要系数的值才较符合实际。所以，需要系数法普遍应用于求用户、全厂和大型车间变电所的计算负荷。40

练习题：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；需要系数0.2、功率因数cosφ=0.5、tanφ=1.73），通风机2台供3KW（需要系数0.8、功率因数cosφ=0.8、tanφ=0.75），电阻炉1台2KW（需要系数0.7、功率因数cosφ=1、tanφ=0），同时系数（K∑=0.9），试计算该线路上的计算负荷。

41需要系数法适用于设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线二、利用二项式法确定计算负荷（1）基本负荷值：用电设备组的平均最大负荷值（2）附加功率值：考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响二项式法42二、利用二项式法确定计算负荷用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的平均负荷，又考虑几台最大用电设备引起的附加负荷，计算公式为：

431.一组用电设备组的计算负荷——该用电设备组的设备功率总和；

——该设备组中，x台大容量用电设备的设备功率之和；x——为该组取用大容量用电设备的台数；

——额定电压（kV）；

b、c——为二项式系数。讲述例题2-8。44例2-8已知某机修车间的冷加工机床组，拥有电压为380V的电动机39台，其中10kW的3台,4kW的8台,3kW的18台,1.5kW的10台。试求其计算负荷。解：此机床组电动机的总容量为查表2-5,

452.多组用电设备组的计算负荷同样要考虑用电设备各组的最大负荷不同时出现的因素，因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中取一组最大的附加负荷，再加上各组用电设备的平均负荷。

46例题

已知：一机修车间的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7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。

试求计算负荷。47解：求出各组的平均功率bPs和附加负荷cPx

(1)金属切削机床电动机组(2)通风机组48(3)电阻炉总计算负荷:49四、计算负荷的估算法

估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。

1.单位产品耗电量法

2.负荷密度法

讲述例2-950四、计算负荷的估算法1、单位产品耗电量法

若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量，则企业全年电能W为：

有功计算负荷为：

年最大负荷利用小时数51产品名称单位单位产品耗电量（kW·h）有色金属铸造t600～1000铸铁件t300锻铁件t30～80拖拉机台5000～8000汽车辆1500～2500轴承套1～4并联电容器kvar3电表只7变压器kVA2.5电动机kW14量具、刃具t6300～8500工作母机t1000重型机床t160052

若已知车间生产面积S和负荷密度指标ρ，则车间平均负荷为:

Pjs=ρS

车间类别负荷估算法（kW·m2）铸钢车间（不包括电弧炉）0.055～0.06焊接车间0.04铸铁车间0.06金工车间0.1木工车间0.66煤气站0.09～0.13锅炉房0.15～0.2压缩空气站0.15～0.22、单位面积负荷密度法532-4单相负荷计算

在工厂企业中，除广泛使用三相用电设备外，还有少量单相用电设备，单相用电设备应尽可能均匀地分配在三相线路上，避免某一相计算负荷过大或者过小，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。54（1）单相设备接于相电压时计算公式：

式中，

Pd——等效三相设备功率kW；

Pm——最大负荷相所接的单相设备容量之和kW。55（2）单相设备接于线电压时①接于同一线电压时

计算公式：

56②接于不同线电压时

设接于三个线电压的设备容量分别为

则等效三相设备容量为（当）（当），

57（3）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时

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的换算公式为:58等效三相设备容量计算出来后，就可以算出等效三相计算负荷：

第（1）和第（2）种情况可直接用需要系数法算出等效三相计算负荷；

第（3）种情况的等效三相计算负荷取其最大有功负荷相的计算负荷的3倍，即式中，——最大有功负荷相的有功计算负荷；

——最大有功负荷相的无功计算负荷。以例题2-10为例讲述单相负荷的计算方法。59例题

（例2-10P28）

某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱3台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台（JC=100%）。40kW电热干燥箱2台接于A相，C相；电加热器20kW2台接于B相；对焊机46kW的3台分别接于AB、BC、AC相，51kW的2台接于AB和CA相，32kW的1台接于BC相。试求该线路的计算负荷。60解:

1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷查表得Kx=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要计算有功计算负荷

A相Pjsa1=KxPsa1=0.7×40=28kWB相Pjsb1=KxPsb1=0.7×(20×1+20×2)=42kWC相Pjsc1=KxPsc1=0.7×40=28kW2.对焊机的各相计算负荷

查表得Kx=0.35，cosφ=0.7，tanφ=1.02

查表得

cosφ=0.7时

pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.861A相

Pjsa2=Kx

(pAB-APAB+pCA-APCA)

=0.35(0.8×97+0.2×97)=34kWQjsa2=Kx

(qAB-APAB+qCA-APCA)=0.35(0.22×97+0.8×97)=35kvar2.对焊机的各相计算负荷62B相

Pjsb2=Kx

(pAB-BPAB+pBC-BPBC)

=0.35(0.2×97+0.8×78)=29kWQjsb2=Kx

(qAB-BPAB+qBC-BPBC)=0.35(0.8×97+0.22×78)=33kvarC相

Pjsc2=Kx

(pBC-CPBC+pCA-CPCA)

=0.35(0.8×78+0.2×97)=29kWQjsc2=Kx

(qBC-CPBC+qCA-CPCA)=0.35(0.8×78+0.22×97)=29kvar633.各相总的计算负荷A相

Pjsa=PjsA1+PjsA2=28+28+34=62kWQjsA=QjsA1+QjsA2=0+35=35kvarB相

PjsB=PjsB1+PjsB2=42+29=71kWQcB=33kvarC相

PcjsC=28+29=57kW

QjsC=29kvar4.总的等效三相计算负荷

因为B相的有功计算负荷最大，故Pjs=3Pjsb=3×71=213kWQjs=3Qjsb=3×33=99kvar642-5尖峰电流的计算

尖峰电流Ijf是指单台或多台用电设备持续1~2秒的短时最大负荷电流。它是由于电动机起动、电压波动等原因引起的，它与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大的多。计算尖峰电流的目的是选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。651、单台用电设备供电的支线尖峰电流计算

尖峰电流就是用电设备的起动电流，即

Ijf=Ist=KIN

式中，Ist为用电设备的起动电流；

IN为用电设备的额定电流；

K为用电设备的起动电流倍数。662、多台用电设备供电的干线尖峰电流计算

式中，

I’jf为用电设备组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流；

K为n–1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.7~1；

Ijs为设备投入运行时线路的计算电流。

673、多台用电设备同时启动式中，

n为参与启动的用电设备的台数；

Ki、Ijsi为第i台设备的启动电流倍数和额定电流。682.6功率损耗与电能损耗计算一、功率损耗1、供电线路的功率损耗

线路功率损耗包括有功功率损耗△PWL和无功功率