工厂供配电负荷计算课程课件

第2章工厂供配电的负荷计算§2.1电力负荷和负荷曲线§2.2计算负荷的确定§2.3变配电所总计算负荷的确定§2.4尖峰电流的计算

小结§2.1.1计算负荷的目的和意义

1．“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。

2．供配电系统进行电力设计时，需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理，系统是否正常可靠的运行。2.1.2用电设备容量的确定(2)断续周期工作制的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：用电设备的铭牌“额定功率”，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pe表示。1．用电设备的工作制用电设备按照工作制可以分为三类：(1)长期工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。(2)短时工作制设备工作时间较短，而间歇时间相对较长，如有些机床上的辅助电动机。(3)断续周期工作制设备工作具有周期性，时而工作、时而停歇、反复运行，如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征，即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。2．设备容量的确定(1)长期工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即

式中――与铭牌额定容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；――其值为100％的负荷持续率(计算中用1)；Cos――铭牌规定的功率因数。

2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到25％时的额定功率，即式中――其值为25％的负荷持续率(用0.25计算)。

3)电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中—－电炉变压器的额定容量；Cos――电炉变压器的额定功率因数。2.1.2用电设备容量的确定1)电焊设备要求统一换算到100％时的功率，即

③照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：S/1000式中ω――建筑物单位面积的照明容量(W／m2)；S――建筑物的面积(m2)。S/1000

2.1.2用电设备容量的确定4)照明设备①不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯)的设容量指灯头的额定功率，即

②用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯)的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：高压水银灯、金属卤化物灯：1．负荷曲线的绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，可以直观地反映用户用电的特点和规律。（1）日有功负荷曲线代表负荷在一昼夜间(0～24h)变化情况，如图2-1所示。其时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。(a)折线形负荷曲线(b)阶梯形负荷曲线2.1.3电力负荷曲线2-1日有功负荷曲线（2）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

(a)夏季日负荷曲线(b)冬季日负荷曲线(c)年负荷持续时间曲线荷曲线间接制成；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是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为Tl=200t1+165t2。2.1.3电力负荷曲线2．与负荷曲线有关的参数1）年最大负荷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。。

2.1.3电力负荷曲线2）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。如果以表示全年实际消耗的电能，则有：

一班制工厂，约为1800—3000h；两班制工厂，约为3500—4800h；三班制工厂，约为5000～7000h。

＝

3）平均负荷和年平均负荷（1）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。

（2）年平均负荷为；

图2－4年平均负荷4)负荷系数（1）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，负荷系数越接近1，负荷曲线越平坦。

（2）对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率和设备额定容量之比值，即其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。

2.1.3电力负荷曲线2.2计算负荷的确定、

计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷，即用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，用、和分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。2.2.1单个用电设备的负荷计算1．对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为

式中――电动机的额定功率;――电动机在额定负荷下的效率。2．对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等，设备额定容量就作为计算负荷。即：

3．对单台反复短时工作制的设备，其设备容量均作为计算负荷。不过对于吊车类和电焊类设备，则应按公式进行相应的换算。用电设备组求计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。1．需要系数法2.2.2用电设备组的负荷计算在所计算的范围内(如一条干线、一段母线或一台变压器)，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，这种方法称为需要系数法。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。

式中,――设备容量。令＝,就称为需要系数。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。下面结合例题讲解按需要系数法确定三相用电设备组的计算负荷的计算公式。（1）单组用电设备组的计算负荷为：

例2-1已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。

（2－17）

（2－18）

(2－20）

（2－19）

解查附录表1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得=0.16～0.2(取0.2计算)，＝0.5，＝1．73。2.2.2用电设备组的负荷计算（2柳）多撑组用翠电设挠备组细的计厚算负挪荷在计缓算多苹组用拿电设国备的锄计算欣负荷链时，婶应先信分别歼求出会各组郑用电拣设备望的计怀算负碗荷，乔并且范要考年虑各禽用电柴设备集组的毯最大茫负荷荣不一约定同丢时出挥现的棕因素惧，计果入一爪个同毛时系前数用，该尼系数帽的取议值见效表2定－1遥。总的脂有功巡寿计算午负荷农为。

(2-21)

(2-22)

(2-23)

总的无功计算负荷为总的视在计算负荷为总的计算电流为式中,i为用电设备组的组数；为同时系数，见表2-1。

(2-24

)

2.寨2.鉴2窃用韵电设梁备组男的负拖荷计情算例2胁-2油一机唐修车群间的乎38绸0V虫线路洁上，而接有兼金属耕切削层机床婚电动晶机2乔0台建共5井0k仰W，尊其中耍较大递容量墙电动条机有公7．燃5k棵W2紧台，将4k迁W2钻台，尼2．射2k条W8妥台；咏另接愧通风球机2遍台共绞2．嘉4k棋W；直电阻及炉1嘱台2使kW甜。试维求计占算负讯荷(缴设同艇时系谈数为话0．链9)膨。表2－1同时系数0.93～0.970.90～0.95直接相加0.85～0.950.80～0.90直接相加低压母线0.90～0.970.85～0.95车间干线应用范围2.冬2.鹿2绘用红电设姨备组造的负浮荷计伸算解冷加汇工电疑动机查附幸录表柴1，诉取通风捆机查附录表1，取

2.扇2.嫁2段用溉电设枯备组兰的负昏荷计虏算2.煮2.警2税用寨电设脱备组卵的负当荷计送算电阻炉查附录表1，取kWkW12)4.192.110(9.0=++´=注意泥：需首要系彩数值举与用膝电设胀备的旱类别叶和工宰作状寸态有奸关，睁计算蚂时一最定要阁正确领判断索，否甚则会齐造成徐错误帐。如呼机修非车间耳的金秧属切却削机殃床电碰动机司属于裹小批劫生产补的冷过加工雁机床错电动晒机；王压缩加机、基拉丝运机和协锻造哈等应酿屑热质加工蕉机床脾；起循重机铜、行重车或略电葫谅芦等没都属叙吊车炭。2．二项式法用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备总容量，又考虑几台最大用电设备引起的大于平均负荷的附加负荷。单组用电设备组的计算负荷(2-25)式中b、c――二项式系数；B――用电设备组的平均功率，其中是该用电设备组的设备总容量；；C――为每组用电设备组中x台容量较大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台容量最大设备的总容量(b、c、x的值可查附录表1)。（2）多组用电设备组的计算负荷2.载2.背2慨用圣电设疑备组报的负兄荷计律算同样润要考静虑各坟组用贡电设臂备的氏最大特负荷考不同婚时出谱现的假因素隆，因馒此在拔确定嫁总计犁算负扒荷时银，只谨能在第各组填用电财设备君中取罗一组曾最大尾的附监加负世荷，址再加那上各朵组用刻电设组备的蓄平均状负荷责，即。（2－26）

（2－27）式中(c)max一为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；――最大附加负荷设备组的平均功率因数角的正切值(可查附录表1)。例2-3试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷。解求出各组的平均功率b，和附加负荷c金属切削机床电动机组查附录表1，取2.辅2.乞2殿用钱电设雄备组悔的负涂荷计波算显然业，三湾组用遮电设奴备中沟，第付一组唇的附特加负合荷最腿大，遍因此雹总计短算负鄙荷为通风机组查表录表2，取。

则，则

电阻炉查附录表3，取2.杨2.铃2辞用慈电设齿备组倾的负左荷计虏算需要气系数炊法和谜二项奴式系旷数法锯的比咬较：从例谈2-殃2和灶例2眉-3梯的计大算结跪果可嚼以看虫出，蛇由于温二项纽奉式系折数法现考虑旱了用椅电设侄备中滴几台熄功率佛较大倾的设所备工若作时尼对负退荷影愁响的亏附加惭功率匪，计麦算的框结果个比按非需要垮系数生法计拳算的靠结果茅偏大棉，所嗓以一符般适怨用于坐低压老配电仪支干丑线和牵配电雹箱的叛负荷矮计算愁。而涂需要母系数降法比妻较简宏单，成该系争数是才按照稍车间寸以上朴的符组合情漆况来朴确定猴的，僵普遍散应用劳于求轿全厂禽和大片型车迁间变巴电所诱的计写算负边荷。运而在王确定适设备录台数压较少劫，而堆且容者量差管别悬腹殊的蜻分支丛干线量的计勉算负棕荷时苗，一嘴般采跪用二翅项式史系数其法。2.目2.批2盏用云电设苏备组队的负旨荷计府算2.吊2.雹3异单哥项用症电设旬备计州算负恳荷的怒确定基本掘原则续：岸单相央设备宅接于邀三相锈线路堂中，挖应尽刊可能勾地均吸衡分柏配，火使三锐相负粮荷尽可泄能平洲衡。巨如果柜三相讨线路刃中单订相设立备的预总容贴量不草超过爱三相初设备碗总容因量的15往％，止可将壶单相肥设备陕总容景量等分效为渠三相法负荷资平衡副进行槽负荷蜡计算阻。如勒果超凳过15败％，葡则应舰该将购单项叠设备族容量叨换算立为等观效三蛾相设上备容背量，擦再进暂行负扁荷计呆算。2.盗3趣变奇配电死所总煎计算伐负荷牺的确输定2.余3.呢1伏供怎电系目统的酬功率容损耗供电感系统相的功什率损竞耗主锈要包零括线敬路功点率损死耗和辨变压开器的狼功率遇损耗故两部金分。洲下面帆分别叉介绍镰两部亮分功递率损动耗的隐计算续。1．库线路月功率呼损耗素的计鸭算由于致供配裙电线穿路存刮在电驰阻和甜电抗轮，所豪以线乞路上客会产构生有绩功功冰率损竿耗和号无功命功率样损耗智。其泡值分巴别按蚀下式境计算（1岩）有况功功排率损误耗

（2－30）

（2）无功功率损耗(2－31)式中

――线路的计算电流

――线路每相的电阻，为线路单位长度的电阻值，为线路长度;

――线路每相的电抗,为线路单位长度的电抗值，可查相关手册或产品样本。（2转－3田2）

如果导线为等边三角形排列，则

如果导线为水平等距离排列，则

2．变压器功率损耗的计算变压器功率损耗包括有功和无功两大部分。（1）变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成：1）铁心中的有功功率损耗，即铁损

。可以由变压器的空载实验得到近似值

值不仅要参考导线的截面积，还要参考线间的几何均距。线间几何均距是指三相线路各导线之间距离的几何平均值。其值按下式计算（3）线间几何均距

2.移3.蠢1卸供墓电系肆统的研功率剩损耗（2）变压器的无功功率损耗．变压器的无功功率损耗也由两部分组成：1）用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率，用表示。它只与绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流(或近似地与空载电流)成正比。2）消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部分无功损耗用表示。由于变压器绕组的电抗远大于电阻，因此近似地与短路电压(即阻抗电压)成正比．因此汉，变橡压器眨的无似功功极率损艰耗的遥计算没为。可以由变压器的短路实验得到近似值Δ

2）有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗，即铜损。

因此，变压器的有功功率损耗的计算为

（2－33）2.谎3.屿1电供狂电系跨统的堆功率恒损耗（2－34）

――变压器短路电压占额定电压的百分值。在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

式中

――变压器空载电流占额定电流的百分值；

（2－35）

有功损耗无功损耗2.重3.玻1嘴供界电系冶统的毯功率也损耗2.句3.句2畜车哪间或旋全厂器计算及负荷叛的确惰定计算工厂及变电所低压侧总的计算负荷、、和时，其中=0.8～0.95，=0.85～0.97。2．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(不含备用设备容量)乘上一个需要系数，即得到全厂的有功计算负荷，即。1．按逐级计算法确定工厂计算负荷图2－5供电系统中各部分的负荷计算和有功功率损耗如图2-5所示，工厂的计算负荷(这里举有功负荷为例)，应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，再乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷，应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷，加上变压器的功率损耗和高压配电线的功率损耗……如此逐级计算。但对一般工厂供电系统来说，由于线路一般不很长，因此在确定计算负荷时往往略去不计。

（2-36）

图2－5供电系统中各部分的负荷计算和有功功率损耗2.零3.俯2暂车耍间或骄全厂细计算漏负荷闻的确棚定§2.梢3.厘3毒无者功功家率补择偿1．付工厂唉的功控率因辆数（1乓）瞬赞时功后率因赌数旗瞬厌时功庆率因驱数可夜由功敲率因摆数表利(相同位表姓)直雹接测字量，贞亦可钻由功摊率表情、电倒流表表和电赖压表跃的读龟数按爷下式景求出读(间魂接测宏量)嚼：瞬时却功率购因数枪用来索了解仪和分充析工咱厂或尽设备忘在生谊产过洗程中陕无功僻功率区的变具化情钢况，静以便裂采取念适当尖的补霸偿措漂施。平均里功率坚因数沙平均迹功率剪因数弱亦称池加权阿平均废功率瓣因数活，按感下式姜计算核：（2-37）

(2-38)式中，为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出；为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。我国嘱电业止部门阶每月何向工汪业用南户收拘取电离费，栽就规路定电阶费要扫按月慨平均下功率龙因数龄的高理低来亩调整樱。最大观负荷枣时的德功率鸟因数悦最大阅负荷雕时功衡率因搏数指响在年润最大朗负荷期(即位计算粗负荷谱)时咽的功忧率因违数，削按下甩式计四算：我国霸电力鹊工业矛部规撑定：旗除电胜网有解特殊炮要求落的用档户外烈，用园户在风当地觉供电坑企业犹规定皇的电技网高怎峰负鸣荷时想的功最率因招数，专一般孙应达慨到下会列规屯定：室10莲0千扯伏安意及以走上高嗓压供耳电的梯用户盟功率证因数量为0咬.9见0以答上。解其他江电力削用户震和大毕、中矮型电将力排阻灌站扛、趸薄购转暖售电读企业想，功级率因活数为令0.惨85犯以上枣。农想业用穗电，观功率佳因数桶为0屯.8伞0及宗以上阁。2．央无功禽功率帅补偿如在毙充分他发挥古设备绩潜力寻、改朗善设足备运鲁行性肃能、讽提高按其自亲然功系率因槽数的愚情况翅下，侨尚达浆不到波规定森的功择率因早数要伸求时疲，则捷需考暗虑人摔工无愤功功微率补长偿。功率垄因数舅提高酱与无喷功功揭率和缩慧视在苦功率钟变化俗的关郑系如它图2略-6欠所示章。

(2-39)§2.冻3.嗓3哀无希功功找率补颂偿图2－6无功功率补偿原理图3．帽无功拨补偿礼后的宪总计洁算负恼荷确棋定供配沟电系侍统在扔装设败了无黄功补敢偿装灾置后阴在确槽定补枪偿装尼置装壤设地欢点的暖总计岁算负荷蠢时，镜应先勇扣除宿无功蝇补偿薯的容税量，额即补答偿后呜的总致的无篮功计重算负魂荷为夺：§2.秃3.乳3咬无伞功功米率补惭偿由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少用户的电费开支。对于低压配电网的无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。补偿后的总的视在计算负荷应为：。

(2-42)(2-43)

例2顷-4劈燕某厂舱拟建春一降忽压变斥电所坛，装路设一酷台主复变压压器。概已知尽变电岩所低别压侧巷有功计接算负躺荷为资6墨50意kW且无功在计算给负荷冲为8枣00畜kv友ar戴。为渣了使摆工厂筋(变祥电所蜜高压构侧)的功倦率因室数不朴低于机0，膏9，洞如在确低压武侧装被设并卵联电起容器键进行竿补偿画时，全需装钉设多少界补偿尘容量利?并翠问补对偿前闪后工脊厂变残电所敢所选仿主变免压器受的容神量有弟何变毙化?§2.测3.嫌3很无症功功阀率补坏偿解挑（爽1）腊补偿顽前的唯变压尘器容皆量和谨功率枣因数革：变电敏所低驱压侧狮的视宇在计川算负仙荷为：

因此未考虑无功补偿时，主变压器的容量应选择为1250（参见附表3）变电所低压侧的功率因数为0.92。

因此，低压侧需要装设的并联电容器容量为侧的功率因数不应低于0.9，即（2）无功补偿容量按相关规定，补偿后变电所高压≥0.9。在变压器低压侧进行补偿时，因为考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的低压侧功率因数应略高于0.9。这里取补偿后低压侧功率因数§2.趁3.肝3烛无缠功功细率补争偿取

（3）补偿后重新选择变压器容量变电所低压侧的视在计算负荷为：704

（参见附表3）。补偿后的工厂功率因数补偿后变压器的功率损耗为

因此无功功率补偿后的主变压器容量可选为800变电所高压侧的计算负荷为§2.念3.庸3飘无蛛功功淹率补攻偿补偿后工厂的功率因数为由此可见，补偿后主变压器的容量减少了450，不仅减少了投资，而且减少电费的支出，提高了功率因数。满足相关规定的要求。（5）无功补偿前后的比较1250kV·A-800

=450§2.灵3.穴3暂无赵功功拦率补生偿2.荡4.鸟1旁概述尖峰造电流繁：是拿指持分续时六间1歼～2远s的党短时易最大见负荷柱电流投。作用尖：主叮要用垂来选义择熔脖断器德和低该压断呀路器俘，整泛定继右电保阵护装湖置及谨检验瞧电动兵机自会起动甩条件概等。2.狡4值尖崭峰电丑流的笨计算2.妄4.省2场单台哨用电京设备响尖峰剩电流险的计滔算单台响用电急设备构的尖坟峰电污流就惧是其简起动漫电流统，

为用电设备的起动电流倍数，笼型电动机为5～7，绕线型电动机为2～3，直流电动机为1.7，电焊变压器为3或稍大。为用电设备的额定电流；为用电设备的起动电流；式中：§2.确4.古3若多台什用电泰设备集尖峰挖电流胡的计插算引至想多台捉用电废设备漆的线翠路上蛛的尖壳峰电烂流按胜下式换计算。（2-45）

（2-46）式中：为用电设备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；为用电设备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与额定电流之差；。

为将起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外的其它n－1台设备的额定电流之和；为上逝述n嗽-1掌台的咸同时纷系数倡，按评台数蒙多少围选取纺，一珠般为迫0.享7～欲1；鼠为全率部投软入运鸣行时配线路劫的计庄算电砍流。例2回-5靠有一奶38食0V泪三相台线路剑，供炮电给薯表2叉-5置所示大4台文电动施机。绑试计闯算该呢线路里的尖碑峰电舟流。参数表2去-2喉例2授-5辞的负仰荷资没料193.21973540.6起动电流

27.635.855.8额定电流

M4M3M2M1电动机参数

§2.溜4.吹3淘多台密用电认设备便尖峰雷电流太的计竹算解:由表2-2可知，电动机M4的为最大。取=0.9,该线路的尖峰电流为。

§2.装4.腾3桑多台摘用电种设备羽尖峰蚂电流叔的计犁算小结本章蛇介绍勇了负都荷曲拿线的高基本凤概念冬、类植别及蜻有关供物理智量，喉讲述绪了用雷电设眉备设备从容量嘱的确宰定方姥法；杀重点代谈了猛负荷批计算既的方福法；道讨论绢了工损厂功心率损双耗和鹅电能损耗证；详采细地贤论述昼了全锡厂负爸荷计赢算的坦步骤丑，并即重点仍讨论共了功刺率因壮数对赚供配寺电系统的礼影响湾及怎绸样进沈行无果功补照偿。1．节负荷屯曲线型是表丙征电烛力负拣荷随述时间宇变动脑情况泼的一啄种图符形。垦按照妈时间