供配电工程之电力负荷及其计算二

第2章电力负荷及其计算供配电技术山东农业大学电气工程系第2章负荷计算及无功补偿2.1负荷曲线与计算负荷2.2用电设备额定容量的确定2.3负荷计算的方法2.4功率损耗与电能损耗2.5工厂的计算负荷和年电能消耗量2.6建筑用电负荷的计算方法2.7功率因数与无功功率补偿2.8尖峰电流计算22.1负荷曲线与计算负荷一、负荷曲线

负荷曲线（loadcurve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。31．负荷曲线的分类按负荷的功率性质分： 可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类设备负荷曲线。

按所表示的负荷变动的时间分： 可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。42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。日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法是：（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，图2-1b所示。53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。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间接制成；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。

6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。

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。

7892．年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。（2）年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。10下图为某厂年有有功负荷曲线，，此曲线上最大大负荷Pmax就是年最大负荷荷，Tmax为年最大负荷利利用小时数。11Tmax是反映工厂负荷荷是否均匀的一一个重要参数。。该值越大，则则负荷越平稳。。如果年最大负负荷利用小时为为8760h，说明负荷常年不不变（实际不太太可能）。Tmax与用户的性质和和生产班制有关关，例如一班制制工厂，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。12表2-2某些企业的年最最大负荷利用小小时数电器工厂42806420工厂类别年最大负荷利用小时数（h）有功负荷无功负荷重型机械制造厂37704840机床厂43454750工具厂41404960滚珠轴承厂53006130起动运输设备厂33003880汽车拖拉机厂49605240农业机械制造厂53304220仪器制造厂30803180汽车修理厂43703200车辆修理厂35603660金属加工厂43555880133.平均负荷Pav平均负荷Pav，就是电力负荷在在一定时间t内平均消耗的功功率，也就是电电力负荷在该时时间内消耗的电电能W除以时间t的值，即Pav=W/t年平均负荷为Pav=Wa/87601415负荷系数在最大工作班内内，平均负荷与与最大负荷之比比。一般工厂年负荷荷系数年平均值值为：α=0.7~0.75β=0.76~0.8216负荷系数又称负负荷率或负荷填填充系数，他表表征负荷曲线不不平坦的程度，，负荷系数越接接近1，负荷越平坦。。所以用户应尽量量提高负荷系数数，从而充分发发挥供电设备的的供电能力、提提高供电效率。。有时也用α表示有功负荷系系数，用β表示无功负荷系系数。一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82他表征该设备或或设备组的容量量是否被充分利利用。对于单个用电设设备或用电设备备组，负荷系数数是指设备的输输出功率P和设备额定容量量PN之比值，即17二、计算负荷（30lculatedload）计算负荷是供电电设计计算的基基本依据，它是是选择供电系统统中各元件的依依据，故非常重重要。计算负荷的定义义：通过负荷的统计计计算求出的，，用来按发热条条件选择导体和和电器设备的一一个假想负荷。。以这个不变的的“假想负荷””持续运行所产产生的热效应与与实际运行的变变动的负荷所产产生的最大热效效应相等18计算负荷的数值值与半小时最大大负荷P30基本相等，通常将以半小时平均负荷荷为依据所绘制的的负荷曲线上的的“最大负荷””称为计算负荷荷，所以用P30来表示有功计算算负荷（KW），无功计算负荷表表示为Q30（Kvar），视在计算负荷表表示为S30（KVA），计算电流表示为为I30（A）。也有用Pc(Qc、Sc、Ic)表示的。计算负荷的物理理意义：设有一一电阻为R的导体，在一定定时间内通过一一变动负荷，其其最高温升达到到τ值，如果这根导导体在相同的时时间内通过另一一不变负荷其最最高温升也达到到τ值，则这个不变变负荷就是该变变动负荷的计算算负荷，即计算算负荷和实际负负荷最高温升是是等值的。19规定取“半小时时平均负荷”的的原因：一般中小截面导导体的发热时间间常数τ为10min以上，根据经验验表明，中小截截面导线达到稳稳定温升所需时时间约为3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为为短暂尖峰负荷荷，显然不可能能使导线温升达达到最高值，只只有持续时间在在30min以上的负荷时，，才有可能构成导线的最高温升升。较大截面的导体体发热时间常数数往往大于10min，30min还不能达到稳定定温升。2021三、负荷计算的意义义和目的负荷计算主要是是确定计算负荷荷，如前所述，，若根据计算负负荷选择导体及及电器，则在实实际运行中导体体及电器的最高高温升不会超过过允许值。计算负荷是设计计时作为选择工工厂供配电系统统供电线路的导导线截面、变压压器容量、开关关电器及互感器器等的额定参数数的依据。22正确确定计算负负荷意义重大，，是供电设计的的前提，也是实实现供电系统安安全、经济运行行的必要手段。。计算负荷是供电电设计计算的基基本依据。计算算负荷的确定是是否合理，将直直接影响到电器器设备和导线电电缆的选择是否否经济合理。计计算负荷不能定定得太大，否则则选择的电器设设备和导线电缆缆将会过大而造造成投资和有色色金属的浪费；；计算负荷也不不能定得过小，，否则选择的电电器设备和导线线电缆将会长期期处于过负荷下下运行，增加电电能损耗，产生生过热，导致绝绝缘过早老化甚甚至烧毁。返回目录232.2用电设备额定容容量的确定一、用电设备的工作作方式用电设备按其工工作方式可分为为三种：（1）连续运行工作制制（长期工作制））（2）短时运行工作制制（短暂工作制））（3）断续运行工作制制（重复短暂工作作制）24连续运行工作制制（长期工作制制）在规定的环境温温度下连续运行行，设备任何部部分温升均不超超过最高允许值值，负荷比较稳稳定。如通风机机水泵、空气压压缩机、皮带输输送机、破碎机机、球磨机、搅搅拌机、电机车车等机械的拖动动电动机，以及及电炉、电解设设备、照明灯具具等，均属连续续运行工作制的的用电设备。25短时运行工作制制（短暂工作制制）用电设备的运行行时间短而停歇歇时间长，在工工作时间内，用用电设备的温升升尚未达到该负负荷下的稳定值值即停歇冷却，，在停歇时间内内其温度又降低低为周围介质的的温度，这是短短暂工作的特点点。如机床上的的某些辅助电动动机（如横梁升升降、刀架快速速移动装置的拖拖动电动机）及及水闸用电动机机等设备。这类类设备的数量不不多。26断续运行工作制制（重复短暂工工作制）用电设备以断续续方式反复进行行工作，其工作作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作作时间内设备温温度升高，停歇歇时间温度又下下降，若干周期期后，达到一个个稳定的波动状状态。如电焊机机和吊车电动机机等。断续周期期工作制的设备备，通常用暂载载率ε表征其工作特征征，取一个工作作周期内的工作作时间与工作周周期的百分比值值，即为ε，即：式中t，t0——工作时间与停歇歇时间，两者之之和为工作周期期T。27二、用电设备额定容容量的计算在每台用电设备备的铭牌上都有有“额定功率””PN，但由于各用电设设备的额定工作作方式不同，不不能简单地将铭铭牌上规定的额额定功率直接相相加，必须先将将其换算为同一工作作制下的额定功功率，然后才能相加加。经过换算至统一一规定的工作制制下的“额定功功率”称为“设设备额定容量””，用Pe表示。28（1）长期工作制和和短时工作制的的设备容量Pe=PN（2）重复短暂工作制制的设备容量①吊车机组用电动动机（包括电葫葫芦、起重机、、行车等）的的设备容量统一一换算到ε=25%时的额定功率（（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，，公式为:29（3）电炉变压器的的设备容量电炉变压器的设设备容量是指在在额定功率因数数下的额定功率率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ②电焊机及电焊变变压器的设备容容量统一换算到到ε＝100%时的额定功率（（kW）。若其铭牌暂载率率εN不等于100%时，应进行换算算，公式为:30（4）照明设备的设设备容量①白炽灯、碘钨灯灯设备容量就等等于灯泡上标注注的额定功率（（kW）:Pe=PN②荧光灯还要考虑虑镇流器中的功功率损失（约为为灯管功率的20%），其设备容量量应为灯管额定定功率的1.2倍:Pe=1.2PN③高压水银荧光灯灯亦要考虑镇流流器中的功率损损失（约为灯泡泡功率的10%），其设备容量量应为灯泡额定定功率的1.1倍（kW）:Pe=1.1PN④金属卤化物灯：：采用镇流器时时亦要考虑镇流流器中的功率损损失（约为灯泡泡功率的10%），故其设备容容量应为灯泡额额定功率的1.1倍（kW）:Pe=1.1PN31（5）不对称单相负负荷的设备容量量当有多台单相用用电设备时，应应将它们均匀地地分接到三相上上，力求减少三三相负载不对称称情况。设计规规程规定，在计计算范围内，单单相用电设备的的总容量如不超超过三相用电设设备总容量的15%时，可按三相对对称分配考虑，，如单相用电设设备不对称容量量大于三相用电电设备总容量的的15%时，则设备容量量Pe应按三倍最大相相负荷的原则进进行换算。32设备接于相电压压或线电压时，，设备容量Pe的计算如下：单相设备接于相相电压时Pe＝3Pe·m式中Pe——等效三相设备容容量；Pe·m——最大负荷所接的的单相设备容量量。单相设备接于线线电压时式中Pe·l——接于同一线电压压的单相设备容容量。返回目录332.3负荷计算的方法法★在供配电工程设设计中常用的负负荷计算方法有有：负荷密度法法、单位指标法法、需要系数法法、二项式系数数法等。一、计算负荷的的估算1、负荷密度法(kW)P0—单位面积的功率率（负荷密度）），W/m2S—建筑面积，m2P0的选取应综合考考虑车间、建筑筑物的性质、负负荷的性质（空空调的形式、照照明灯具的选择择）等多方面的的因素。如教学学楼的P0=11~1534一、计算负荷的估算算2、单位指标法(kW)Pe—单位用电指标，，W/户、W/人，W/床N—单位数量量，如户户数、人人数、床床数如上海地地区普通通住宅的的单位指指标为4~6kW/户353.单位产品品耗电量量法若已知某某车间或或企业的的年产量量m和每一产产品的单单位耗电电量a（见表2-1），则企企业全年年电能Wa为：Wa=a·m估算法实实为指标标法，在在做设计计任务书书或初步步设计阶阶段，尤尤其当需需要进行行方案比比较时，，按估算算法计算算比较方方便。36表2-1各种产品品的单位位耗电量量工作母机T1000产品名称单位单位产品耗电量（kW·h）电动机kW14铸铁件T300变压器kVA2.5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电动机kW14量具、刃具T6300～8500重型机床T160037需要系数数需要系数数考虑了了以下的的主要因因素：式中K——同时使用用系数，，为在最最大负荷荷工作班班某组工工作着的的用电设设备容量量与接于于线路中中全部用用电设备备总额定定容量之之比；KL——负荷系数数，用电电设备不不一定满满负荷运运行，此此系数表表示工作作着的用用电设备备实际所所需功率率与其额额定容量量之比；；ηwl——线路供电电效率；；η——用电设备备组在实实际运行行功率时时的平均均效率。。二、计算算负荷的的确定方方法----需要系数数法38实际上，，上述系系数对于于成组用用电设备备是很难难确定的的，而且且对一个个生产企企业或车车间来说说，生产产性质,工艺特点点，加工工条件，，技术管管理和劳劳动组织织以及工工人操作作水平等等因素，，都对Kd有影响。。所以Kd只能靠测测量统计计确定,见附录表表3~5。上述各各种因素素可供设设计人员员在变动动的系数数范围内内选用时时参考。。391．单台用用电设备备的计算算负荷Q30·1=P30·1tan（2）无功计算算负荷：（1）有功计算算负荷：考虑到单单台用电电设备总总会有满满载运行行的时候候，其计计算负荷荷P30·1为计算目的的：用于于选择分分支线导导线及其其上的开开关设备备。式中：Pe—换算到统统一暂载载率下电动机的的额定容容量；η—用电设备备在额定定负载下的效率率。式中—用电设备备功率因因数角。。402.用电设备备组的计计算负荷荷（1）有功计算算负荷：Kd—用电设备备组的需需要系数数，见附录录表3；Pe—用电设备备组的设设备额定定容量之之和，但但不包括括备用设设备容量量。（2）无功计算算负荷：tan值见附录录表3。（3）视在计算算负荷：（4）计算电流流：P30=KdPeQ30=P30tan计算目的的：用于选择择各组配配电干线线及其上上的开关关设备。41当Kd值有一定定变动范范围时，，取值要要作具体体分析。。如台数数多时，，一般取取用较小小值，台台数少时时取用较较大值；；设备使使用率高高时，取取用较大大值，使使用率低低时取用用较小值值。当一一条线路路内的用用电设备备的台数数较小（（n<3台）时，，一般是是将用电电设备额额定容量量的总和和作为计计算负荷荷，或者者采用较较大的Kd值(0.85~1)。422、多组用用电设备备组计算算负荷的的确定P30=K∑p∑P30Q30=K∑q∑Q30K∑－－同时系数数对于车间间干线：：K∑P=0.85~0.95K∑Q=0.90~0.97对于低压压母线：K∑P=0.90~0.95K∑Q=0.93~0.974344例2-1一机修修车间间的380V线路上上，接接有金金属切切削机机床电电动机机20台共50kW；另接通通风机机3台共5kW；电葫芦芦4个共6kW（FCN=40%）试求计计算负负荷。。解：冷加工工电动动机组组：查查附附录表表3可得Kd=0.16~0.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，因此P30(1)=Kd∑Pe=0.2×50=10(kW)Q30(1)=P30(1)tan=10××1.73=17.3(kvar)S30(1)=P30(1)/cos=10/0.5=20(kVA)通风机机组：：查查附录录表3可得Kd=0.7~0.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此P30(2)=Kd∑Pe=0.8×5=4(kW)Q30(2)=P30(2)tan=4×0.75=3(kvar)S30(2)=P30(2)/cos=4/0.8=5(kVA)45电葫芦芦：由由于是是单台台设备备，可可取Kd=1，查附录录表3可得cos=0.5，tan=1.73，因此P30(3)=Pe=3.79=3.79(kW)Q30(3)=P30(3)tan=3.79××1.73=6.56(kvar)S30(3)=P30(3)/cos=3.79/0.5=7.58(kVA)取同时系数Ｋ∑为0.9，因此总计算负荷为 P30(∑)＝Ｋ∑ΣP30=0.9×（10+4+3.79）=16.01(kW)

Q30(∑)＝Ｋ∑ΣQ30=0.9×（17.3+3+6.56）=24.17(kW)46为了使使人一一目了了然，，便于于审核核，实实际工工程设设计中中常采采用计计算表表格形形式，，如下下表所所示。。28.9924.1716.01——取Ｋ∑=0.9—26.8617.79————24负荷总计7.586.563.791.730.513.79（ε=25%）1电葫芦35340.750.80.853通风机组22017.3101.730.50.25020机床组1S30(kVA)Q30(kVar)P30(kW)计算负荷tancosKd设备容量（kW）台数用电设备组名称序号返回目目录474849三、计计算负负荷的的确定定方法法----二项式式系数数法1.用电设设备组组的计计算负负荷（1）有功计计算负负荷------基本公公式：P30=bPe+cPx式中，，bPe为二项项式的的第一一项，，表示示设备备组的的平均均负荷荷，其其中Pe是用电设设备组组的设设备总总容量量（同同样不不包括括备用用设备备容量量）;cPx为二项项式的的第二二项，，表示示设备备组中中x台容量量最大大的设设备投投入运运行时时增加加的附附加负负荷，，其中中Px是x台最大大容量量的设备备总容容量;b,c为二项项式系系数,见附录录表。。50（2）无功计计算负负荷：tan值见附附录表表。（3）视在计计算负负荷：（4）计算电电流：Q30=P30tan注意事事项：按按二项式式系数数法确确定计计算负负荷时时，若若设备备总台台数n少于附附录表表中规规定的的最大大容量量设备备台数数x的2倍（n<2x），需修正正x，建议取取x=n/2（四舍五入取取整）。512、多组用电电设备组计计算负荷的的确定tanφmax为最大的附附加负荷(cPx)max的设备组的平平均功率因数角角φ的正切值525354四、单相负负荷计算工厂里除了了三相设备备外，还有有电焊机、、电灯等单单相设备。。如果单相设设备的总容容量不超过过三相设备备总容量的的15%，则单相设设备可与三三相设备综综合按三相相负荷平衡衡来计算，，如果单相相设备总容容量超过三三相设备总总容量的15%，则应将单单相设备换换算为等效效的三相设设备容量，，再与三相相设备容量量相加。单相用电设设备仅接于于相电压等效三相负负荷取最最大相负荷荷的三倍Peq=3Pm基本原则：：单相用电电设备应尽尽可能均衡衡分配在三三相线路上上。552.4供配电系统统的功率损耗与与电能损耗耗电流流过电电力线路和和变压器时时，势必要要引起功率率和电能损损耗。在进进行用户或或全厂负荷荷计算时，，应计入这这部分损耗耗。一、供电电线路的线路具有电阻和电抗，所以其功率损耗包括有功和无功两部分

。在实际工作作中，常根根据计算负负荷来求线线路的功率率损耗，即即最大功率率损耗，故故三相线路路的有功功功率损耗△PWL和无功功率率损耗△QWL可分别按下下式计算：：56式中，I30----线路的计算算电流（A

RWL-----线路每相的电阻（Ω），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（Ω/km），l-----线路的计算长度（km）。

式中，I30----线路的计算算电流（A）；XWL-----线路每相的的电抗（Ω），XWL=X0L，X0为线路单位位长度的电电抗（Ω/km）。一般对架空空线路，其其值为0.4Ω/km左右，对电电缆线路，，其值为0.08Ω/km左右，L为线路的计计算长度（（km）。57二、变变压器的功功率损耗变压器同样样具有电阻阻和电抗，，所以其功功率损耗也也包括有功功功率损耗耗△PT和无功功率率损耗△QT两部分。(1)有功功率损损耗变压器的有有功功率损损耗又由两两部分组成成：①铁损△PFe铁损是变压压器主磁通通在铁芯中中产生的有有功损耗。。变压器空空载时的损损耗为空载载损耗，由由铁损和一一次绕组中中的有功损损耗产生，，因空载电电流I0很小，在一一次绕组中中产生的有有功功率损损耗也很小小，可忽略略不计，故故空载损耗耗△P0可认为就是是铁损，所所以铁损又又称为空载载损耗。变压器主磁磁通只与外外加电压有有关，当外外加电压和和频率恒定定时，铁损损与负荷无无关，是定定值。58②铜损△PCu铜损是变压压器负荷电电流在一次次、二次绕绕组的电阻阻中产生的的有功损耗耗，其值与与负荷电流流（或功率率）的平方方成正比。。变压器负负载试验（（旧称短路路试验）时时，一次侧侧施加的电电压Uk很小，铁心心中的主磁磁通很小，，在铁芯中中产生的有有功功率损损耗可略去去不计，故故变压器的的负载损耗耗△Pk可认为就是是额定电流流下的铜损损△PCu。因此变压器器的有功功功率损耗为为式中S30——变压器低压压侧的计算算负荷，kVA；SNT——变压器额定定容量，kVA；△P0——变压器空载载有功损耗耗，kW；△Pk——变压器有功功短路损耗耗，kW。59变压器的无无功功率损损耗也由两两部分组成成：(2)无功功率损损耗①△Q0，是变压器空载时时，由产生主磁磁通的励磁电流流所造成的。和和绕组电压有关关，与负荷无关关。其值与励磁磁电流（或近似似与空载电流））成正比，即式中，I0%为变压器空载电电流占额定电流流的百分值。60②△QN，是变压器负荷电电流在一次、二二次绕组电抗上上所产生的无功功功率损耗，其其值也与电流的的平方成正比。。因变压器绕组组的电抗远大于于电阻，故可认认为其在额定电电流时的值与短短路电压（即阻阻抗电压）成正正比，即式中，Uk%为变压器的短路路电压百分值。。因此，变压器的的无功功率损耗耗为：61以上各式中，△P0、△Pk、I0%和Uk%均可由变压器产产品目录和附录录表中查得。在负荷计算中，，变压器功率损损耗也可按近似似方法计算经验公式：62式中△PWL——按计算负荷求得得的线路最大功功率损耗；τ——年最大负荷损耗耗时间（小时数数）。三、供电电系统的电能损损耗1．供电线路年电电能损耗的计算算63τ的含义是：当线路或变压器器中以最大计算算电流I30流过τ小时后所产生的的电能损耗，恰恰与全年流过实实际变化的电流流时所产生的电电能损耗相等。。称为年最大负荷荷损耗时间。可见，τ是一个假想时间间，他与年最大大负荷利用小时时Tmax和负荷功率因数数有一定关系。。如图2-5所示即为不同功功率因数下的τ与Tmax的关系。64图2-5τ-Tmax关系曲线652.变压器年电能损损耗的计算包括两部分：变压器空载不变变的功率损耗(铁损)所引起的年电能能损耗与接电时时间Ton（近似取8760h）有关，即：△WaT1=△P0Ton随负荷而变化的的有载功率损耗耗(铜损)所引起的年电能能损耗为：66变压器总的年电电能损耗为：变压器负荷率672.5工厂的计算负荷荷和年电能消耗耗量一、

工厂厂计算负荷的确确定确定用户的计算算负荷是选择电电源进线和一、、二次设备的基基本依据，是供供配电系统设计计的重要组成部部分，也是与电电力部门签订用用电协议的基本本依据。确定等效三相设设备容量用户计计算负荷的方法法很多，可根据据不同的情况和和要求采用不同同的方法。在制制定计划、初步步设计特别是方方案估算时可用用较粗略的方法法，如估算法。。在供电设计中中进行设备选择择时则应进行较较详细的负荷计计算，如逐级计计算法。(一)逐级计算法：从用电设备开始始，朝电源方向向逐级计算，最最后求出用户总总的计算负荷的的方法称为逐级级计算法。68(1)、首先按负荷的的性质划分用电电设备组；(2)、根据各组负荷荷的需要系数计计算单组用电设设备的计算负荷荷；(3)、考虑分支线路路的导线损耗，，计算出线路始始端计算负荷；；（往往分支线路路的长度比较短短，所以这一步步可忽略）(4)、考虑同时系数数，计算多组用用电设备的计算算负荷；(5)、考虑配电干线线的导线损耗，，计算出干线始始端的计算负荷荷；(6)、考虑同时系数数，计算低压母母线上的计算负负荷；(7)、考虑变压器的的损耗，计算出出变压器高压侧侧的计算负荷；；(8)、考虑变压器高高压侧输电线路路的损耗，计算算出变配电系统统总的计算负荷荷。在各级负荷计算算中，可用需要要系数法或二项项式法来计算，，常用的是需要要系数法。计算步骤：69701．单台用电设备备的计算负荷（1）有功计算负荷：考虑到单台用电电设备总会有满满载运行的时候候，其计算负荷荷P30·1为：式中：Pe—换算到统一暂载载率下电动机的额定容容量；η—用电设备在额定定负载下的效率。（2）无功计算负荷：Q30·1=P30·1tan式中—用电设备功率因因数角。计算目的：用于于选择分支线导导线及其上的开开关设备。71P30.2=KdPeQ30.2=P30.2tan计算目的：用于选择各组配配电干线及其上上的开关设备。2.用电设备组的计计算负荷723、确定车间配电干干线或车间变电电所低压母线上上的计算负荷K∑－－同时系数对于车间干线：：K∑P=0.85~0.95K∑Q=0.90~0.97对于低压母线：K∑P=0.90~0.95K∑Q=0.93~0.97P30·3＝Ｋ∑PΣP30·2Q30·3＝Ｋ∑QΣQ30·2计算目的：用用于选择车间间配电干线及及其上的开关关设备，或者者用于低压母母线的选择及及车间变电所所电力变压器器容量的选择择。73ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。计算目的：用用于选择车间间变电所高压压配电线及其其上的开关设设备在计算负荷时时，车间变压压器尚未选出出，无法根据据变压器的有有功损耗与无无功损耗的理理论公式进行行计算，因此此一般按下列列经验公式估估算：4.确定车间变电电所变压器高高压侧的计算算负荷P30·4＝P30·3+ΔPTQ30·4＝Q30·3+ΔQTΔPT≈0.015S30·3（kW）ΔQT≈0.06S30·3（kvar）745.确定全车间变变电所中高压压母线上的计计算负荷P30·5＝ΣP30·4Q30·5＝ΣQ30·4计算目的：用用于车间变电电所高压母线线的选择。756.确定总降压变变电所出线上上的计算负荷荷P30·6=P30·5+ΔPWL≈P30·5Q30·6=Q30·5+ΔQWL≈Q30·5S30·6≈S30·5ΔPWL、ΔQWL—高压线路功率率损耗，由于于一般工厂范范围不大，线线路功率损耗耗小，故可忽忽略不计。计算目的：用用于选择总降降压变电所出出线及其上的的开关设备。。767.确定总降压变变电所低压侧侧母线的计算算负荷P30·7＝ＫΣΣP30·６Q30·7＝ＫΣΣQ30·６注意：如果在在总降压变电电所６~10kV二次母线侧采采用高压电容容器进行无功功功率补偿，，则在计算总总无功功率Q30·7时，应减去补补偿设备的容容量Qc7，即Q30·7＝ＫΣΣQ30·６-Qc7计算目的：用用于选择总降降压变电所低低压母线以及及选择总降压压变电所主变变压器容量。。778．确定全厂总总计算负荷P30·8＝P30·7+ΔPTQ30·8＝Q30·7+ΔQT计算目的：全全厂总计算负负荷的数值可可作为向供电电部门申请全全厂用电的依依据，并作为为原始资料进进行高压供电电线路的电气气计算，选择择高压进线导导线及进线开开关设备。78二、企业年年电能需要量量（消耗量））企业年电能需需要量也就是是企业在一年年内所消耗的的电能，它是是企业供电设设计的重要指指标之一。可用工厂的年年产量和单位位产品耗电量量进行估算。。也可据工厂厂有功和无功功计算负荷计计算：Wp.a=αP30TaWq.a=βQ30Taα---年平均有功负负荷系数，取取0.7～0.75；β---年平均无功负负荷系数，取取0.76～0.82；Ta-----年实际工作小小时数，一班班制取2300h,两班制取4600h,三班制取6900h返回目录79α---年平均有功负负荷系数，取取0.7～0.75；β---年平均无功负负荷系数，取取0.76～0.82；Ta-----年实际工作小小时数，一班班制取2300h,两班制取4600h,三班制取6900h返回目录二、企业年年电能需要量量（消耗量））企业年电能需需要量也就是是企业在一年年内所消耗的的电能，它是是企业供电设设计的重要指指标之一。可用工厂的年年产量和单位位产品耗电量量进行估算。。也可据工厂厂有功和无功功计算负荷计计算：Wp.a=αP30TaWq.a=βQ30Ta802.6建筑用电负荷荷的计算方法法对于住宅，在在设计的各个个阶段均可采采用单位指标标法。一、计算方法法规范中规定：：方案设计设计计阶段可采用用单位指标法法；初步设计及施施工图设计阶阶段宜采用需需要系数法。。81二、负荷统计计按使用功能，，由使用单位位提供。其他工种提供供按规范进行计计算电气设计人员员自行搜集民用建筑主要要有照明、动动力及空调负负荷。例商业性性高层建筑的的用电负荷大大致分布：空调设备40~50%，电气照明30~35%，动力用电20~25%。对建筑物所采采用的单位指指标为每m2建筑面积容量量(VA／m2)828384858687888990三、住宅负荷荷的计算每套住宅用电电负荷，不再再按灯具、插插座等容量逐逐一计算，而而是按套型类类别进行确定定，根据我国国住宅发展，，每套住宅供供电容量标准准，一般可在在4一12kw范围选取。高级公寓的每每户建筑面积积在l00—200m2时用电标准可可为10一15kw。91返回目录922.7功率因数和无无功功率补偿偿用户中绝大多多数用电设备备，如感应电电动机、电力力变压器、电电焊机以及交交流接触器等等，他们都要要从电网吸收收大量无功电电流来产生交交变磁场。除除白炽灯、电电阻电热器等等设备负荷的的功率因数接接近于1外，其他如电电动机、变压压器、电抗器器等功率因数数均小于1。功率因数是衡衡量供配电系系统是否经济济运行的一个个重要指标。。功率因数cosφ是反映在有功功功率一定的的条件下，取取用无功功率率的多少。取取用的无功功功率越多，则则功率因数越越低。93一、功率率因数的计算算功率因数是随随着负荷和电电源电压的变变动而变动的的，因此该值值的计算也就就有多种方法法。（1）瞬时功率因因数瞬时功率因数数由功率因数数表或相位表表直接读出，，或由功率表表、电流表和和电压表的读读数按下式求求出：式中：P——功率表测出的的三相功率读读数（kW）；U——电压表测出的的线电压读数数（kV）；I——电流表测出的的相电流读数数（A）。瞬时功率因数数值代表某一一瞬间状态的的无功功率的的变化情况。。94（2）平均功率因因数平均功率因数数指某一规定定时间内，功功率因数的平平均值。其计计算公式为：：式中：Wp----某一段时间内内消耗的有功功电能（kW·h）；由有功电度表表读出。Wq----某一段时间内内消耗的无功功电能（kvar·h）；由无功电度表表读出。供电部门根据据月平均功率率因数调整用用户的电费电电价，即实行行高奖低罚的的奖惩制度。。上式用以计算算已投入生产产的工业企业业的功率因数数。95对于正在进行行设计的工业业企业则采用用下述的计算算方法：式中：P30----全企业的有功功功率计算负负荷，kW；Q30----全企业的无功功功率计算负负荷，kvar；α----有功负荷系数数，一般为0.7~0.75；β----无功负荷系数数，一般为0.76~0.82。96（3）最大负负荷时的的功率因因数最大负荷荷时的功功率因数数指在年年最大负负荷（即即计算负负荷）时时的功率率因数。。根据功功率因数数的定义义可以分分别写出出：式中：P30——全企业的的有功功功率计算算负荷，，kW；Q30——全企业的的无功功功率计算算负荷，，kvar；S30——全企业的的视在计计算负荷荷，kVA。97综上可知知,电力系统统功率因因数的高高低是十十分重要要的问题题，因因此，，必须设设法提高高电力网网中各种种有关部部分的功功率因数数。目前前供电部部门实行行按功率率因数征征收电费费，因此此功率因因数的高高低也是是供电系系统的一一项重要要的经济济指标。二、功功率率因数对对供电系系统的影影响（1）系统中中输送的的总电流流增加，，使得供供电系统统中的电电气元件件，容量量增大，，从而使使工厂内内部的启启动控制制设备、、测量仪仪表等规规格尺寸寸增大，，因而增增大了初初投资费费用。（2）增加电电力网中中输电线线路上的的有功功功率损耗耗和电能能损耗。。（3）线路的的电压损损耗增大大。影响响负荷端端的异步步电动机机及其它它用电设设备的正正常运行行。（4）使电力力系统内内的电气气设备容容量不能能充分利利用。98正是由于于功率因因数在供供配电系系统中影影响很大大，所以以要求电电力用户户功率因因数达到到一定的的值，不不能太低低，太低低就必国家标准准GB/T3485-1998《评价企业业合理用用电技术术导则》中规定：：“在企业最最大负荷荷时的功功率因数数应不低低于0.9，凡功率率因数未未达到上上述规定定的，应应在负荷荷侧合供电部门门规定，，凡功率率因数低低于规定定值时，，将予以以罚款，，相反，，功率因因数高于于规定值值时，将将得到奖奖励，即即采用“高惩低罚罚”的原则。。99三、功功率因因数的改改善（一）提提高自然然功率因因数自然功率率因数是是指未装装设任何何补偿装装置的实实际功率率因数。。提高自自然功率率因数，，就是不不添置任任何补偿偿设备，，采用科科学措施施减少用用电设备备的无功功功率的的需要量量，使供供配电系系统总功功率因数数提高。。最理想最最经济改改善功率率因数的的方法。。100③电力力变压器器不宜轻轻载运行行；④合理理安排和和调整工工艺流程程，改善善电气设设备的运运行状况况，限制制电焊机机、机床床电动机机等设备备的空载载运转；；⑤使用用无电压压运行的的电磁开开关（交交流接触触器）。。①正确确选用感感应电动动机的型型号和容容量，使使其接近近满载运运行；②更换换轻负荷荷感应电电动机或或者改变变轻负荷荷电动机机的接线线；提高自然然功率因因数的方方法，即即采用降降低各用用电设备备所需的的无功功功率以改改善其功功率因数数的措施施，主要要有：101并联电容容器补偿偿同步电动动机补偿偿动态无功功功率补补偿人工补偿偿无功功功率的方方法主要要有以下下三种：：（二）人人工补补偿无功功功率当采用提提高用电电设备自自然功率率因数的的方法后后，功率率因数仍仍不能达达到《供用电规规则》所要求的的数值时时，就需需要设置置专门的的无功补补偿电源源，人工工补偿无无功功率率。102a.当电网频频率稳定定时，他他的转速速稳定；；b.转矩仅和和电压的的一次方方成正比比，电压压波动时时，转矩矩波动比比异步电电动机小小；c.便于制造造低速电电动机，，可直接接和生产产机械连连接，减减少损耗耗；d.铁芯损耗耗小，同同步电动动机效率率比异步步电动机机效率高高。同步电动动机补偿偿在满足生生产工艺艺的要求求下，选选用同步步电动机机，通过过改变励励磁电流流来调节节和改善善供配电电系统的的功率因因数。过过去，由由于同步步电机的的励磁机机是同轴轴的直流流电机，，其价格格高，维维修麻烦烦，所以以同步电电动机应应用不广广。现在在随着半半导体变变流技术术的发展展，励磁磁装置已已比较成成熟，因因此采用用同步电电动机补补偿是一一种比较较经济实实用的方方法。同步电动动机与异异步电动动机相比比有不少少优点：：返回103动态无功功功率补补偿在现代代工业业生产产中，，有一一些容容量很很大的的冲击击性负负荷（（如炼炼钢电电炉、、黄磷磷电炉炉、轧轧钢机机等）），他他们使使电网网电压压严重重波动动，功功率因因数恶恶化。。一般般并联联电容容器的的自动动切换换装置置响应应太慢慢无法法满足足要求求。因因此必必须采采用大大容量量、高高速的的动态态无功功功率率补偿偿装置置，如如晶闸闸管开开关快快速切切换电电容器器，晶晶闸管管励磁磁的快快速响响应式式同步步补偿偿机等等。目前已已投入入到工工业运运行的的静止止动态态无功功补偿偿装置置有：：可控控饱和和电抗抗器式式静补补装置置；自自饱和和电抗抗器式式静补补装置置；晶晶闸管管控制制电抗抗器式式静补补装置置；晶晶闸管管开关关电容容器式式静补补装置置；强强迫换换流逆逆变式式静补补装置置；高高阻抗抗变压压器式式静补补装置置等返回104并联电电容器器人工工补偿偿即采用用并联联电力力电容容器的的方法法来补补偿无无功功功率，，从而而提高高功率率因数数。优点点：：a.有功损损耗小小，约约为0.25%~0.5%，而同同步调调相机机约为为1.5%~3%。b.无旋转转部分分，运运行维维护方方便。。c.可按系系统需需要，，增加加或减减少安安装容容量和和改变变安装装地点点。d.个别电电容器器损坏坏不影影响整整个装装置运运行。。e.短路时时，同同步调调相机机增加加短路路电流流，增增大了了用户户开关关的断断流容容量，，电容容器无无此缺缺点。。目前用用户、、企业业内广广泛采采用的的一种种补偿偿装置置。缺点：：如只只能有有级调调节，，而不不能随随无功功变化化进行行平滑滑的自自动调调节，，当通通风不不良及及运行行温度度过高高时易易发生生漏油油、鼓鼓肚、、爆炸炸等故故障。。105四、并并联电电容器器补偿偿（一））并联联电容容器的的结线线三相电电容器器，通通常在在其内内部接接成三三角形形，单单相电电容器器的电电压，，若与与网络络额定定电压压相等等时则则应将将电容容器接接成三三角形形接线线，只只有当当电容容器的的电压压低于于运行行电压压时，，才接接成星星形接接线。。相同的的电容容器，，接成成三角角形接接线，，因电电容器器上所所加电电压为为线电电压，，所补补偿的的无功功容量量则是是星形形接线线的三倍。若是是补偿偿容量量相同同，采采用三三角形形接线线比星星形接接线可可节约约电容容值三三分二二，因因此在在实际际工作作中，，电容容器组组多接接成三三角形形接线线。Why?106（2）电容容器采采用三三角形形结线线时，，任一一电容容器断断线，，三相相线路路仍得得到无无功补补偿，，而采采用星星形结结线时时，一一相电电容断断线时时，断断线相相将失失去无无功补补偿。。电容器器采用用三角角形结结线优优点：：（1）同样样的电电容器器，按按三角角形结结线时时其补补偿容容量将将是星星形结结线的的3倍。电容器器采用用三角角形结结线缺缺点：：当电容容器采采用三三角形形结线线时，，任一一电容容器击击穿短短路时时，将将造成成三相相线路路的两两相短短路，，短路路电流流很大大，有有可能能引起起电容容器爆爆炸。。对高压压电容容器特特别危危险！！当电容容器采采用星星形结结线时时，在在其中中的一一相电电容器器发生生击穿穿短路路时，，其短短路电电流仅仅为正正常工工作电电流的的3倍，运运行相相对比比较安安全！！107图2-7三相线线路中中电容容器星星形结结线时时的电电流分分布a)正常电电流的的电流流分布布b)A相电容容器击击穿短短路时时的电电流分分布和和相量量图GB50053–94《《10kV及以下下变电电所设设计规规范》规定：：高压压电容容器组组宜接接成中中性点点不接接地星星形，，容量量较小小时（（450kvar及以下下）宜宜接成成三角角形。。低压压电容容器组组应接接成三三角形形。108（二））并联联电容容器的的补偿方方式按并联联电力力电容容器在在用户户供配配电系系统中中的装装设位位置，，并联联电容容器的的补偿偿方式式有三三种，，即高高压集集中补补偿、、低压压集中中补偿偿和单单独就就地补补偿（（个别别补偿偿）。。1单独就就地补补偿单独就就地补补偿（（个别别补偿偿或分分散补补偿））是指指将电电容器器直接接安装装在吸吸取无无功功功率的的用电电设备备附近近。优点：：该补补偿方方式能能补偿偿安装装部位位以前前的所所有设设备，，因此此补偿偿范围围最大大，效效果最最好。。缺点：：投资资较大大，电电容器器的利利用率率较低低，管管理维维护不不太方方便。。适用于于长期期稳定定运行行，无无功功功率需需要较较大，，或距距电源源较远远，不不便于于实现现其他他补偿偿的场场合。。109感应电电动机机旁就就地补补偿的的低压压电容容器组组的结结线1102低压集集中补补偿低压集集中补补偿是是指将将低压压电容容器集集中装装设在在车间间变电电所或或建筑筑物变变电所所的低低压母母线上上。如如图该补偿偿方式式只能能补偿偿车间间变电电所或或建筑筑物变变电所所低压压母线线前变变电器器和高高压配配电线线路及及电力力系统统的无无功功功率，，对变变电所所低压压母线线后的的设备备则不不起补补偿作作用。。其补偿偿范围围比高高压集集中补补偿要要大，，而且且该补补偿方方式能能使变变压器器的视视在功功率减减小从从而使使变压压器的的容量量可选选得较较小，，因此此比较较经济济。低压电电容器器补偿偿屏一一般可可安装装在低低压配配电室室内，，运行行维护护安全全方便便。如图2-10为低压压集中中补偿偿的电电容器器组的的结线线。兼备单单独就就地补补偿和和高压压集中中补偿偿的优优点，，广泛泛适用用于各各种不不同类类型的的厂矿矿企业业。111低压集集中补补偿电电容器器组的的结线线电容器器采用用三角角形结结线，，其放放电装装置为为放电电电阻阻或220V、15~25W的白炽炽灯的的灯丝丝电阻阻。如如果用用白炽炽灯放放电的的话，，白炽炽灯还还可起起指示示电容容器组组是否否正常常运行行的作作用。。1123高压集集中补补偿高压集集中补补偿是是指将将高压压电容容器组组集中中装设设在总总降变变电所所的6~10kV母线上上。如如图该补偿偿方式式只能能补偿偿总降降压变变电所所的6~10kV母线之之前的的供配配电系系统中中由无无功功功率产产生的的影响响，而而对无无功功功率在在企业业内部部的供供配电电系统统中引引起的的损耗耗无法法补偿偿，因因此补补偿范范围最最小，，经济济效果果较前前两种种补偿偿方式式差。。但由于于装设设集中中，运运行条条件较较好，，维护护管理理方便便，投投资较较少。。且总总降压压变电电站6~10kV母线停停电机机会少少，因因此电电容器器利用用率高高。适用于于大中中型企企业113高压集集中补补偿电电容器器组的的结线线114电容器器从电电网上上切除除时会会有残残余电电压，，其值值高达达电网网电压压的峰峰值，，对人人身很很危险险。GB50053–94规定：：电容容器组组应装装设放放电装装置，，使电电容器器两端端的电电压从从峰值值降到到50V所需的的时间间，高高压电电容器器不应应大于于5min，低压电电容器器不应应大于于1min。对高压压电容容器组组，常常利用用电压压互感感器（（如上上图中中的TV）的一次次绕组组来放放电。。电容器器组的的放电电回路路中不不得装装设熔熔断器器或开开关，，以确确保可可靠放放电，，保护护人身身安全全。115并联电电容器器在工工厂供供配电电系统统中的的装设设位置置和补补偿效效果116在供电电设计计中，，实际际上采采用的的是这这些补补偿方方式的的综合合，以以求经经济合合理得得地提提高功功率因因数。。补偿方方式的的合理理性主主要从从补偿偿范围围的大大小，，补偿偿容量量的利利用率率高低低以及及电容容器的的运行行条件件和维维护管管理的的方便便等来来衡量量。在设计计中一一般考考虑将将电源源进线线侧最最大负负荷（（计算算负荷荷）时时的功功率因因数补补偿到到规定定标准准（0.9）。117（四））并联联电容容器的的控制制方式式并联电电容器器的控控制方方式是是控制制并联联电容容器的的投切切，有有固定定控制制方式式自动控制方方式两两种。。固定控控制方方式是是并联联电容容器不不随负负荷变变化投投入或或切除除。自动控制方方式是是并联联电容容器的的投切切随着着负荷荷的变变化，，按某某个参参量进进行分分组投投切控控制（１））按功率率因数数进行行控制制（自动动无功功补偿偿屏））图10-9（２））按负荷荷电流流进行行控制制（３））按受电电端的的无功功功率率进行行控制制在供电电设计计中，，一般般采用用按功功率因因数进进行自动控制118（五））补偿偿容量量和电电容器器台数数的确确定tan1、tan2——补偿前、后后平均功率率因数角的的正切值。。补偿前补偿后在确定了并并联电容器器的容量后后，根据产产品目录（（见附录表表2）就可以选选择并联电电容器的型型号规格，，并确定并并联电容器器的数量QcN为单个电容容器的额定定容量（kvar）119对于由上式式计算所得得的数值，，应取相近近偏大的整整数，如果果是单相电电容器，还还应取为3的倍数，以以便三相均均衡分配，，实际工程程中，都选选用成套电电容器补偿偿柜（屏））。（自动无功功补偿屏））图10-9并联电容器器的型号并联电容器器的型号由由文字和数数字两部分分组成，型型号各部分分所表示的的意义如下下：120BCMJ3型自愈式并并联电容器器121BCMJ自愈式低压压并联电容容器122BCMJ、BKMJ型自愈式低低电压并联联电容器123BCMJ、BKMJ型自愈式低低电压并联联电容器124125安装尺寸图图126127128返回129130131补偿后用户户的负荷计计算和功率率因数计算算用户、车间间或建筑物物装设了无无功补偿装装置后，在在确定补偿偿装置装设设地点以前前的总计算算负荷时，，应扣除无无功补偿的的容量。132例2－6某厂拟建一一座降压变变电所，装装设一台主主变压器。。已知变电电所低压侧侧有功计算算负荷为650kW，无功计算负负荷为800kvar。为了使工厂厂（变电所所高压侧））的功率因因数不低于于0.9，如果在低低压侧装设设并联电容容器补偿时时，需装设设多少补偿偿容量？并并问补偿前前后工厂变变电所所选选主变压器器的容量有有何变化？？解：（1）补偿前应应选变压器器容量及功功率因数值值变电所低压压侧的视在在计算负荷荷为变压器容量量选择应满满足的条件件为SNT≥S30(2)，因此未进行行无功补偿偿时，变压压器容量应应选为1250kV·A（参看附录表表8）。这时变电所所低压侧的的功率因数数为COSΦ(2)=P30/S30=650/1031=0.63133（2）无功补偿容容量按规定，变变电所高压压侧的COS≥≥0.9，考虑到变压压器的无功功功率损耗耗ΔQT远大于有功功功率损耗耗ΔPT，一般ΔQT=(4~5)ΔPT，因此在变压压器低压侧侧进行无功功补偿时，，低压侧补补偿后的功功率因数应应略低于高高压侧补偿偿后的功率率因数0.90，这里取COS(2)＝0.