工厂供电第二章电力负荷及其计算

工厂供电第二章电力负荷及其计算第一页，共三十二页，编辑于2023年，星期六第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念

一、电力负荷的分级及供电要求负荷分级负荷性质供电要求一级负荷

二级负荷

三级负荷

中断供电将①造成人身伤亡时；②在政治经济上造成重大损失时；③影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。特别重要的负荷指①当中断供电将发生中毒爆炸和火灾等情况负荷；②特别重要场所的不允许中断供电的负荷。中断供电将①在政治上、经济上造成较大损失时②影响重要用电单位的正常工作。应由两个独立电源供电：①来自两个发电厂②来自两个地区变电所③1路市电＋自备发电机还应增设应急电源：①自备发电机组②独立于正常电源的专用馈电线路③不间断供电装置UPS（EPS)④蓄电池及干电池宜由两回路电源供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的线路供电。

对供电方式无特殊要求

不属于一、二级负荷者第二页，共三十二页，编辑于2023年，星期六二、用电设备工作制

1.连续工作制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）。(一)用电设备工作制载流导体温升曲线☼

τ为发热时间常数，１６mm2

以上导体τ≥１０min即载流导体经３０分钟后达到稳定温升第三页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页

3.断续周期工作制指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间内也达不到稳定温升，允许过载运行。工作时间停歇时间指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备，工作时间内达不到稳定温升。允许过载运行。

断续周期工作制设备容量P与其负荷持续率ε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：用负荷持续率表征其工作特性

(二)设备容量的计算

连续工作制和短时工作制的设备容量Pe，就取所有设备（不含备用设备）的铭牌额定容量PN之和。2.短时工作制第四页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页规定负荷持续率25％或100％铭牌负荷持续率铭牌容量等效容量则得：（1）电焊机组要求设备容量统一换算到下,则

（2）吊车电动机组当采用需要系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下,则当采用利用系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下。第五页，共三十二页，编辑于2023年，星期六三、负荷曲线及有关的物理量负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。一班制工厂日有功负荷曲线绘制负荷曲线采用的时间间隔△t为30min。求确定计算负荷的有关系数，一般是依据用电设备组最大负荷工作班的负荷曲线。第六页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即Pc=Pm＝P30。

年负荷曲线年最大负荷Pm——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。第七页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页年最大负荷利用小时数Tmax是假设电力负荷按年最大负荷Pm持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能恰与电力负荷全年实际耗用的电能相同。

年最大负荷利用小时数2023/5/288第八页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页年平均负荷Pav——电力负荷在全年时间内平均耗用的功率，即全年时间内耗用的电能

负荷曲线填充系数，亦称负荷率或负荷系数，即

第九页，共三十二页，编辑于2023年，星期六第二节三相用电设备组计算负荷的确定

一、概述：电力设备、电缆等选择应满足负荷电流的要求，负荷电流是通过负荷统计计算求出的，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PC。

又称半小时最大负荷P30二、按需要系数法确定计算负荷（一）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

有功计算负荷（kW）

无功计算负荷（kvar）

视在计算负荷（kVA）

计算电流（A）

第十页，共三十二页，编辑于2023年，星期六解此机床组电动机的总容量为

例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的三相电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用需要系数法确定其计算负荷PC、QC、SC和IC。

查附录表1“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6Pc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW

=146kW第十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期六在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑。续上页注意：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K∑来计算。

(二)多组三相用电设备计算负荷的确定Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci第十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期六例2-2某380V线路上，接有水泵电动机（15kW以下）30台共205kW，另有通风机25台共45kW，电焊机3台共10.5kW（ε=65%）。试确定线路上总的计算负荷。

例2-2解先求各组用电设备的计算负荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵电动机组查附录表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通风机组查附录表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此

Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW第十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页3.电焊机组查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar总计算负荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）为

Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQc3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的设备容量：Pe=10.5

=8.46kW。第十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期六三、按二项式法确定计算负荷1.二项式法的基本公式：

其中:bPe为二项式第一项,表示设备组的平均负荷,Pe是用电设备组设备总容量,计算方法与需要系数相同;

cPx为第二项，表示设备组中x台容量最大设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px

是x台最大容量的设备总容量。

b,c为二项式系数。2.利用下列公式求出总计算负荷：第十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期六第三节单相用电设备组计算负荷的确定如果单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。

1.接于相电压的单相设备容量换算

2.接于同一线电压的单相设备容量换算

3.单相设备接于不同线电压时的负荷计算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；分相计算各相的设备容量，并按需要系数法计算其计算负荷；总的等效三相计算负荷为其最大有功负荷相的计算负荷的3倍。

4.单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算第十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期六p3ABCp3p3p3p2-p3p1-p3p1p2p3p3p3p2-p3p2-p3p1-p23p33(p2-p3)(p1-p2)AAAAABBBBBCCCCC第十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期六一、工厂供电系统的功率损耗第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗在确定各用电设备组的计算负荷后，如果要确定车间或工厂的计算负荷，就需要逐级记入有关线路和变压器的功率损耗，如图所示。第十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期六（一）电力线路的功率损耗有功损耗（kW）无功损耗（kvar）（二）电力变压器的功率损耗

有功损耗X=x0l

R=r0l

无功损耗简化公式：ΔPT≈0.015Sc；ΔQT≈0.06Sc。变压器的负荷系数2023/5/2819第十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期六二、工厂供电系统的电能损耗（一）线路的电能损耗τ为年最大负荷损耗小时，Tmax为年最大负荷利用小时。（二）变压器的电能损耗

（1）变压器铁损引起的电能损耗（2）变压器铜损引起的电能损耗变压器全年的电能损耗2023/5/2820第二十页，共三十二页，编辑于2023年，星期六第五节工厂的计算负荷和年电能消耗量一、工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及其一、二次设备的基本依据，也是计算工厂功率因数和工厂需电的基本依据。确定工厂计算负荷分主要方法有：（一）按需要系数法确定工厂计算负荷

将全厂用电设备的总容量Pe乘上一个需要系数Kd，即得全厂的有功计算负荷。即

（二）按年产量估算工厂的计算负荷

将工厂的年产量A乘上单位产品的耗电量a,可得到工厂全年耗电量第二十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期六如下图，变电所低压母线的视在计算负荷为变电所高压侧计算负荷为低压母线的计算负荷加上变压器的损耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT一般采用逐级计算法由用电设备处逐步向电源进线侧计算。各级计算点的选取，一般为各级配电箱（屏）的出线和进线、变电所低压出线、变压器低压母线、高压进线等处。（三）按逐级计算法确定工厂的计算负荷第二十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期六例2-4某工厂有一个35/10kV总降压变电所，分别供电给1＃～4＃车间变电所及4台冷却水泵用的高压电动机（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母线上接有2700kvar无功补偿电容器组。已知1＃～4＃车间变电所10kV侧计算负荷分别为：1＃为1430kW＋j1230kvar；2＃为1350kW＋j1200kvar；3＃为1260kW＋j1030kvar；4＃为960kW＋j750kvar。试计算该总降压变电所35kV侧计算负荷及功率因数大小（取K∑=0.9）。

例2-4解：（1）求10kV母线计算负荷1＃车间变电所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃车间变电所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃车间变电所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃车间变电所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高压电动机组Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母线计算负荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW第二十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期六（2）求35kV侧计算负荷变压器损耗ΔPT≈0.015Sc＝0.015×5638＝84.57kWΔQT≈0.06Sc＝0.06×5638＝338.28kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV侧计算负荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+84.57＝5448.57kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+338.28＝2075.28kvar

第二十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期六二、工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的计算负荷（一）、工厂的功率因数（1）瞬时功率因数

监测负荷用。（2）平均功率因数调整电费用。（3）最大负荷时的功率因数确定需要无功补偿容量用。第二十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期六（二）无功功率补偿

QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C稳态无功功率补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器。（三）无功补偿装置的选择低压并联电容器装置根据负荷变化相应自动循环投切的电容器组数，在无功补偿容量QN.C确定后可根据选定的单组容量qNC来选择：动态无功功率补偿设备（SVC）用于急剧变动的冲击负荷如炼钢电弧炉、轧钢机等的无功补偿。第二十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期六（四）无功补偿装置的装设位置在用户供电系统中，有三种方式：高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿（个别补偿）。第二十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期六例2－3某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW＋580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。例2-3解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数

（2）确定无功补偿容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar第二十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期六续上页（3）选择电容器组数及每组容量初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=20kvar。取12组补偿后的视在计算负荷减少118.8kVA。第二十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期六三工厂年电能消耗量的计算年有功电能消耗量(kWh)

Wp=αPcTa