工厂的电力负荷及计算

工厂的电力负荷及计算第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

第一节工厂的电力负荷和负荷曲线一、工厂电力负荷的分级及其对供电的要求电力负荷:

电力负荷又称电力负载。工厂电力负荷的分级:

工厂的电力负荷，按GB50052-95规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日二、工厂用电设备的工作制连续工作制短时工作制断续周期工作制

断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率（又称暂载率）来表征其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，即式中：T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t。为工作周期内的停歇时间。

第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率）PN，是对应于某一标称负荷持续率εN的。

第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日三、工厂的负荷曲线负荷曲线：表示一组用电设备的功率随时间变化关系的图形。可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2)按持续工作时间分日负荷曲线(24h)年负荷曲线（8760h〕第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日四、与负荷曲线和负荷计算有关的物理量（一）年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷Pmax：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。第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2.年最大负荷利用小时年最天负荷利用小时Tmax：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，如图所示。年最大负荷和年最大负荷利用小时第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（二）平均负荷和负荷系数平均负荷Pav:

电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间t内消耗的电能Wt除以时间t的值，即

年平均负荷为Pav=Wa/8760第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日负荷系数:

负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即对用电设备来说，就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即

第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第二节三相用电设备组计算负荷的确定

1、概述计算负荷:

通过负荷的统计计算求出的、用来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。通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用P30(Q30、S30、I30)表示。第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日规定取“半小时平均负荷”的原因：

一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日负荷计算的意义和目的

负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2、按需要系数法确定计算负荷（一）基本公式用电设备组的计算负荷:

是用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30，如图所示。

用电设备组计算负荷第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日用电设备组的设备容量Pe：是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量PN之和，即Pe=ΣPN。设备的额定容量PN

：是设备在额定条件下的最大输出功率。第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日式中K——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；ηwl——线路供电效率；ηe——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日用电设备组的有功计算负荷：

令式中：

P30——有功计算功率(kw)；

Kd——需要系数(三台以下时Kd

＝1)；式中，Kd为需要系数。

单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷P30为第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日无功计算负荷：

式中，tanΦ为对应于用电设备组cosΦ中的正切值。

第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日视在计算负荷：式中，cosΦ为用电设备组的平均功率因数。计算电流：

式中，UN为用电设备组的额定电压。第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例：已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10

台。试求其计算负荷。解此机床组电动机的总容量为

Pe=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5×10=120.5kW

查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得Kd=0.16-0.2(取0.2),cosΦ=0.5,tanΦ=1.73。因此求得:

有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷

计算电流第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

（二）设备容量的计算需要系数法基本公式中的设备容量Pe计算与用电设备组的工作制有关:一般连续工作制和短时工作制的用电设备组:

设备容量就是所有设备的铭牌额定容量之和。第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日对断续周期工作制的用电设备组设备容量换算的公式如式(2-2)所示。（1）电焊机组要求统一换算到ε=100%的设备功率。第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2）吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等）

要求统一换算到ε=25％的设备功率。第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(三)多个用电设备组的计算负荷（配电干线和变电所低压母线）

K∑P－－同时系数第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例2.2一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机2台共3kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷。解：冷加工电动机组：查附录表1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)第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日通风机组：查附录表1可得Kd=0.7~0.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此 P30(2)=Kd∑Pe=0.8×3=2.4(kW)

Q30(2)=P30(2)tan=2.4×0.75=1.8(kvar)

S30(2)=P30(2)/cos=2.4/0.8=3(kVA)第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日电阻炉：由于是单台设备，可取Kd=1，查附录表1可得cos=1，tan=0，因此P30(3)=Pe=2(kW)Q30(3)=P30(3)tan=2×0=0(kvar)

S30(3)=P30(3)/cos=2/1=2(kVA)第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日取同时系数Ｋ∑p=0.95，Ｋ∑q=0.97。因此总计算负荷为P30＝Ｋ∑pΣP30=0.95×（10+2.4+2）=13.68(kW)

Q30＝Ｋ∑qΣQ30=0.97×（17.3+1.8+0）=18.53(kW)第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。23.0318.5313.68——取Ｋ∑p=0.95Ｋ∑q=0.97—19.114.4———5523负荷总计20201121电阻炉331.82.40.750.80.832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第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

3、按二项式法确定计算负荷当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时采用。（一）二项式法的基本公式第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例2.3已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10台。试求其计算负荷。解：查附表1得b=0.14,c=0.4,x=5,cosφ=0.5,tanφ=1.73此机床组电动机的总容量为Pe=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5×10=120.5kWX台最大容量的设备容量为Px=P5=7.5kW×

3+4kW×

2=30.5kW第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日=0.14×120.5kW+0.4×30.5kW=29.1kWQ30=29.1kW×1.73=50.3kvarS30=29.1kW/0.5=58.2kV·AI30=88.4A第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(二)多组用电设备的计算负荷第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例2.4一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机2台共3kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷。

解：

金属切削机床组：查附录表1可得b=0.14,c=0.4,x=5,cosφ=0.5,tanφ=1.73，因此

bPe(1)=0.14×50=7(kW)

cP30(1)=0.4×(7.5kW+4kW×3+2.2kW)=17.3(kvar)

第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日通风机组：查附录表1可得b=0.65,c=0.25,x=5,cosφ=0.8,tanφ=0.75，因此

bPe(2)=0.65×3kW=1.95(kW)

cP30(2)=0.25×3kW=0.75(kvar)

电阻炉：查附录表1可得b=0.7,c=0,cosφ=1,tanφ=0，因此

bPe(3)=0.7×2kW=1.4(kW)

cP30(3)=0

第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日P30=(7+1.96+1.4)kW+8.68kW=19kWQ30=(7×1.73+1.95×

0.75+0)+8.68×

1.73=28.6kvarS30=34.3kV·AI30=52.1A第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第三节单相用电设备组

计算负荷的确定一、概述单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内负荷的总容量的15％时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15％时，则设备容量应按三倍最大相负荷计算。第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日二、单相设备组等效三项负荷计算单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上。（单相设备的总容量不超过三相设备的15％〕否则：（一）单相用电设备仅接于相电压等效三相负荷取最大相负荷的三倍

Pe=3Pe.mφ第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（二）单相用电设备仅接于线电压

单相设备接在线电压上的电流等效为三相设备时的电流等效为三相设备容量(1)接于同一线电压时第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(2)接于不同线电压时ACBP1P2P3第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（三）用电设备分别接于线电压和相电压先将接于的线电压的单相用电设备换算为接于相电压的单相负荷。再将各负荷相加，选出最大相负荷取其3倍即为等效三相负荷。

P30=3P30.mφ第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷的无功计算负荷的3倍。Q30=3Q30.mφ第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日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的换算公式A相B相C相第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例2-5三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。另有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100%）接于AB相，1台20kW（ε=100%）接于BC相，1台30kW（ε=60%）接于CA相。试求此线路的计算负荷。解：（1）电热干燥箱的各相计算负荷查表得Kd=0.7，cos=1，tan=0，因此A相P30.A(1)=KdPe.A=0.7×2×10=14(kW)B相P30.B(1)=KdPe.B=0.7×1×30=21(kW)C相P30.C(1)=KdPe.C=0.7×1×20=14(kW)第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2）对焊机的各相计算负荷先将接于CA相间的30kW（ε=60%）换算至ε=100%的容量查附表1得Kd=0.35，cos=0.7，tan=1.02，查2-3得pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8,pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2,qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22,qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8A相PA=0.8×2×14+0.2×23=27kWQA=0.22×2×14+0.8×23=24.6kvar第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日B相PB=0.8×20+0.2×2×14=21.6kWQA=0.22×20+0.8×2×14=26.8kvarC相PC=0.8×23+0.2×20=22.4kWQA=0.22×23+0.8×20=21.1kvar各相计算负荷A相P30.A(2)=0.35×27=9.45kWQ30.A(2)=0.35×24.6=8.61kvarB相P30.B(2)=0.35×21.6=7.56kWQ30.B(2)=0.35×26.8=9.38kvarC相P30.C(2)=0.35×22.4=7.84kWQ30.C(2)=0.35×21.1=7.39kvar第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（3）各相总的计算负荷A相P30.A=P30.A(1)+P30.A(2)=

14+9.45=23.5kWB相P30.B=P30.B(1)+P30.B(2)==

21+7.56=28.6kWC相P30.C=P30.C(1)+

P30.C(2)=

14+7.84=21.8kW（4）总的等效三相计算负荷P30=3P30.B=

85.8kWQ30=Q30.B(2)=

28.1kvarS30=90.3kV∙AI30=137A第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗一、工厂供电系统的功率损耗（一）线路功率损耗的计算1、线路的有功功率损耗其中第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2、线路的无功功率损耗其中三相线路线间的几何均距第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（二）变压器功率损耗的计算

1、变压器的有功功率损耗或第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2、变压器的无功功率损耗或第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日SL7、S7、S9、SC9等系列低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算：第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日二、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：是一假想时间，在此时间内，系统中的元件持续通过计算电流I30所产生的电能损耗，恰好等于实际负荷电流全年在元件上产生的电能损耗。第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日年最大负荷损耗小时τ与年最大负荷利用小时Tmax的关系:在cosφ=1得第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日得1.00.6τ/hTmax/h第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（二）变压器的电能损耗第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日第五节工厂的计算负荷和年耗电量的计算一、工厂计算负荷的确定（一）按需要系数法确定工厂计算负荷P30=KdPe（二）按年产量估算工厂计算负荷Wa=AaP30=Wa/Tmax第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷ΔPT≈0.015S30ΔQT≈0.06S30第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日二、功率因数与无功功率补偿1功率因数的计算（1）瞬时功率因数瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：P——功率表测出的三相功率读数（kW）； U——电压表测出的线电压读数（kV）； I——电流表测出的线电流读数（A）。 瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2）平均功率因数

平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为式中：

Wp----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度表读出。

Wq----某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；由无功电度表读出。

我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（3）最大负荷时的功率因数

最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分别写出：

式中：P30——全企业的有功功率计算负荷，kW；Q30——全企业的无功功率计算负荷，kvar；S30——全企业的视在计算负荷，kVA。第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日功率因数对供电系统的影响（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。（2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。（3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。（4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。

综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标。第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2.无功功率补偿（1）提高自然功率因数

提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有：

①正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行； ②更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； ③电力变压器不宜轻载运行； ④合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； ⑤使用无电压运行的电磁开关。第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2）人工补偿无功功率

当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：并联电容器补偿同步电动机补偿动态无功功率补偿第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

电力电容器的补偿容量可用下式确定

Qc=P30（tan-tan＇）=ΔqcP30

式中：

P30——最大有功计算负荷，kW；tan、tan＇——补偿前、后平均功率因数角的正切值。

Δqc=tan-tan＇称为无功补偿率。用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。φφ＇P30S30S30＇Q30Q30＇第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并联电容器单只容量qc决定并联电容器的个数：n=Qc/qc

由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便三相均衡分配。第六十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日 三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压时，才接成星形接线。 相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。第六十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。个别补偿将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近；分组（分散）补偿将电容器组分散安装在各车间配电母线上；集中补偿指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧（6~10kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧（6~10kV或380V侧）。 在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数补偿到规定标准。第七十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例2.6.1某工厂的计算负荷为2500kW，平均功率因数为0.67。根据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？解:tan=tan(arccos0.67)=1.108 tan’=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=P30（tan-tan’） =2500×(1.108-0.484