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．与扣负荷污曲线瓜有关仗的参及数1）枝年最各大负零荷年涝最大日负荷监是指趋全年染中负翻荷最训大的姿工作牲班内(为防悄偶然惊性，天这样倦的工食作班傻至少逃要在晕负荷葡最大烫的月只份出端现2—俱3次)3踪蝶0分钟命平均银功率梯的最馆大值家，因即此年旬最大组负荷德有时蚊也称淹为30分钟旅最大般负荷胀。。2.退1.眯3电力井负荷慎曲线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.铸1.水3电力映负荷脱曲线2.肝2计算枪负荷砌的确爬定、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。用电毕设备勒组求案计算软负荷圣的常融用方队法有公需要裤系数赚法和户二项维式系足数法辰。1．研需船要系慰数法2.认2.怪2用电犁设备些组的怖负荷败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-危1已知揉某机该修车亮间的内金属剑切削溪机床露组，签有电秀压为38逝0V的电国动机30台，染其总吴的设督备容匙量为12懂0k性W。试冈求其间计算聚负荷浅。（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.慢2.次2用电园设备率组的断负荷桶计算（2）多叨组用接电设语备组从的计郊算负袭荷在计长算多舅组用阅电设俊备的喜计算核负荷吼时，倡应先写分别顺求出班各组如用电军设备央的计午算负祝荷，旦并且回要考问虑各邮用电肌设备仪组的宣最大时负荷丢不一骨定同寨时出垮现的虑因素略，计同入一然个同枕时系久数乏，该跌系数漠的取突值见途表2－1。总的引有功飘计算勿负荷愉为。

(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.足2.咸2用电百设备得组的躬负荷避计算例2-屑2一机蜜修车肠间的38是0V线路浅上，金接有就金属龄切削掘机床寒电动啄机20台共50本kW，其中册较大倦容量厚电动男机有7．5k悟W2台，4k蹦W2台，2．2k赌W8台；锄另接魂通风裁机2台共2．4k君W；电阻奋炉1台2k爷W。试求身计算里负荷(设同授时系队数为0．9)。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.厘2.距2用电艇设备席组的厨负荷湖计算解冷加静工电音动机查附介录表1，取通风彩机查附录表1，取

2.思2.扔2用电漠设备锋组的州负荷角计算2.简2.止2用电盛设备飞组的啊负荷著计算电阻炉查附录表1，取kWkW12)4.192.110(9.0=++´=注意盟：需陪要系饥数值尸与用亩电设蜘备的疮类别曾和工床作状纸态有说关，感计算眉时一购定要糠正确脆判断斗，否谅则会危造成忆错误添。如桂机修叫车间勇的金饰属切脂削机礼床电竹动机慨属于短小批妙生产京的冷咳加工们机床更电动雁机；爱压缩即机、漏拉丝旗机和贺锻造仍等应行屑热率加工糖机床露；起雨重机杠、行鄙车或灰电葫然芦等呢都属爽吊车皇。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.没2.贱2用电叶设备玻组的幼负荷劲计算同样胀要考去虑各霉组用刑电设挖备的遮最大冲负荷礼不同骑时出批现的剥因素牧，因攻此在妖确定碧总计剧算负均荷时蹦，只异能在轮各组检用电嫂设备迁中取皱一组孝最大药的附蕉加负全荷，蚁再加笛上各损组用情电设杆备的居平均字负荷巩，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.抚2.悉2用电乡丰设备吨组的越负荷穗计算显然蛇，三叹组用捷电设戴备中宏，第裂一组浪的附耐加负莲荷最源大，音因此敏总计色算负冒荷为通风机组查表录表2，取。

则，则

电阻炉查附录表3，取2.薪2.库2用电兔设备座组的帽负荷据计算需要岗系数瞎法和碎二项罚式系租数法茫的比尘较：从例2-事2和例2-容3的计韵算结迟果可晓以看扰出，羽由于蒸二项投式系宏数法桂考虑促了用孕电设巴备中宁几台魂功率协较大刃的设笑备工华作时嘴对负钳荷影屑响的易附加亭功率哪，计澡算的易结果桑比按谱需要底系数去法计堤算的盯结果息偏大耐，所晨以一崖般适盖用于混低压断配电滤支干锋线和撒配电心箱的脏负荷熔计算琴。而陶需要茎系数洗法比纽奉较简霜单，逆该系恼数是阳按照版车间恨以上森的符母合情苏况来裙确定汗的，冻普遍廉应用奖于求象全厂愚和大春型车效间变吗电所诞的计床算负雹荷。详而在平确定景设备欲台数局较少签，而袄且容抢量差堆别悬态殊的沸分支叼干线号的计助算负辅荷时姓，一瓜般采行用二管项式徒系数哀法。2.诵2.机2用电导设备处组的蚂负荷病计算2.矿2.侵3单项短用电申设备颂计算铁负荷枣的确唐定基本联原则咸：集单相歇设备省接于妇三相肢线路侧中，兵应尽团可能余地均弹衡分恨配，释使三迈相负挠荷尽可剖能平帐衡。看如果醉三相王线路肠中单掀相设惧备的摸总容胞量不伙超过茄三相肾设备程总容嫩量的15％，同可将贪单相刺设备多总容俯量等速效为冰三相乳负荷佛平衡科进行胁负荷盯计算为。如酒果超炎过15％，途则应箩该将炼单项欲设备擦容量虑换算膜为等间效三宴相设方备容毙量，须再进辜行负下荷计剃算。2.竹3变配肿电所假总计缎算负斧荷的籍确定2.等3.陕1供电肾系统裁的功编率损胞耗供电肤系统拘的功馋率损饿耗主县要包功括线潮路功细率损牛耗和影变压台器的客功率劝损耗美两部系分。侍下面围分别揪介绍覆两部塑分功墓率损必耗的甩计算筒。1．线愁路功潜率损县耗的踢计算由于伞供配蚕电线握路存姑在电会阻和替电抗笼，所井以线谜路上亚会产驼生有冷功功智率损农耗和咱无功纪功率虏损耗临。其傲值分姑别按孝下式裁计算（1）有岗功功政率损灰耗

（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。（2－32）

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.余3.菠1供电打系统油的功纠率损惊耗（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．因此消，变妙压器哭的无男功功作率损回耗的拆计算腊为。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.垮3.哄1供电寄系统涨的功哨率损菜耗（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.街3.预1供电位系统牌的功宣率损喝耗2.碎3.短2车间晋或全惨厂计赖算负扭荷的屑确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.泊3.苗2车间夸或全袖厂计胸算负惹荷的邀确定§2.样3.攻3无功巨功率词补偿1．工源厂的钥功率猾因数（1）瞬仆时功徒率因哥数剑瞬全时功飘率因什数可盏由功烟率因鸽数表(相位辩表)直接映测量墓，亦淹可由辉功率揉表、匪电流先表和触电压脸表的奸读数垮按下秆式求竞出(间接树测量)：瞬时蝴功率苦因数要用来龙了解所和分拐析工具厂或筑设备惭在生赚产过葡程中鬼无功姑功率狼的变玻化情蔬况，箭以便杆采取爸适当线的补戒偿措避施。平均冲功率佛因数器平均倒功率狼因数鸟亦称行加权泼平均肌功率畏因数固，按捧下式叹计算华：（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。我国展电业店部门敌每月祸向工叠业用孝户收晃取电汇费，吩就规换定电钩费要皇按月诱平均养功率仰因数满的高能低来若调整页。最大糠负荷仔时的事功率桃因数醒最大切负荷皮时功县率因湿数指魄在年愧最大朋负荷(即计袍算负有荷)时的竹功率玻因数堂，按践下式轰计算临：我国男电力弄工业蹲部规壁定：逆除电含网有钉特殊泻要求巨的用枯户外影，用酿户在凶当地挥供电致企业哨规定北的电速网高罢峰负样荷时欲的功剧率因梳数，侦一般亡应达吴到下月列规筛定：10持0千伏举安及知以上酱高压伯供电提的用炉户功希率因迅数为0.茅90以上束。其趟他电术力用炒户和贵大、亏中型类电力听排灌中站、您趸购垦转售妖电企稠业，蹄功率茅因数挠为0.殃85以上切。农愧业用哪电，芹功率露因数冶为0.抽80及以己上。2．无映功功浅率补陕偿如在偶充分踏发挥澡设备拒潜力稿、改寒善设凶备运焰行性海能、稿提高鸣其自乔然功嘱率因同数的抱情况酱下，饮尚达奴不到旱规定寇的功溪率因简数要欢求时绳，则争需考搂虑人浊工无役功功稼率补扛偿。功率价因数坡提高辰与无酬功功符率和拉视在苹功率台变化哪的关乳系如卸图2-雪6所示举。

(2-39)§2.唇3.稳3无功通功率灰补偿图2－6无功功率补偿原理图3．无秧功补军偿后格的总果计算吨负荷伐确定供配牺电系坚统在爱装设洞了无汉功补诵偿装搏置后缝在确游定补缩慧偿装半置装傍设地坛点的双总计里算负荷牺时，败应先牛扣除尸无功陵补偿凯的容箱量，伯即补趋偿后士的总岛的无考功计膀算负勤荷为尝：§2.足3.韵3无功蜓功率需补偿由上式可以看出，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-蜘4某厂今拟建叶一降狐压变显电所青，装符设一伸台主箱变压晋器。昂已知萌变电荷所低抢压侧漠有功计雅算负油荷为65椒0k呀W无功氏计算婆负荷巧为80节0k弊va晓r。为抛了使建工厂(变电后所高里压侧)的功妹率因畅数不烂低于0，9，如硬在低乘压侧苍装设妥并联勒电容殖器进懂行补刘偿时敢，需意装设多少悔补偿猪容量?并问茶补偿妈前后枣工厂讲变电射所所粉选主湿变压牢器的俗容量肿有何粪变化?§2.刮3.材3无功凝功率书补偿解阁（1）补然偿前付的变抚压器耍容量含和功煤率因动数：变电捕所低次压侧绢的视滴在计统算负菊荷为：

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.病3.曲3无功险功率京补偿取

（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.核3.态3无功秘功率殖补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.榨3.独3无功筹功率野补偿2.齐4.团1概述尖峰案电流满：是艘指持筒续时腊间1～2s的短绍时最敲大负稿荷电孙流。作用嘉：主斤要用敬来选源择熔梁断器案和低劣压断材路器泼，整栽定继及电保病护装纱置及续检验平电动奥机自尊起动卫条件严等。2.企4尖峰垄电流笛的计允算2.影4.见2单台臭用电敲设备触尖峰牛电流高的计颠算单台顾用电担设备殊的尖拆峰电芝流就泻是其掏起动气电流慢，

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.隶4.芳3多台佣用电洽设备云尖峰弊电流驼的计核算引至睁多台说用电近设备矮的线拨路上压的尖污峰电热流按赔下式赔计算。（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；为上让述n-浓1台的掠同时饶系数帽，按闷台数丛多少蝴选取趴，一蹲般为0.颠7～1；为酱全部蛙投入绞运行奶时线民路的喷计算抹电流址。例2-穴5有一38貌0V三相察线路轮，供壤电给镇表2-扫5所示4台电嫌动机给。试踏计算蒙该线吗路的谎尖峰讯电流膛。参数表2-抵2例2-仆5的负地荷资便料193.21973540.6起动电流

27.635.855.8额定电流

M4M3M2M1电动机参数

§2.与4.尼3多台瓦用电岛设备怒尖峰攻电流怒的计旧算解: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.浙4.勒3多台廊用电予设备椅尖峰怪电流低的计骄算小结本章颗介绍芹了负彼荷曲梦线的品基本袭概念射、类背别及普有关蓝物理尊量，建讲述冒了用捏电设柏备设备印容量汤的确戒定方迁法；缎重点财谈了努负荷轰计算锹的方厕法；次讨论源了工周厂功卫率损敲耗和方电能损耗振；详症细地凉论述得了全自厂负朱荷计纽奉算的织步骤架，并贴重点括讨论禾了功扭率因已数对踩供配垦电系统的徐影响纷及怎汽样进隶行无锤功补衬偿。1．负喇荷曲朝线是钓表征垒电力航负荷肌随时雷间变巴动情坡况的裙一种张图形坐