电力负荷计算及功率因数补偿市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

第2章

电力负荷计算及功率因数赔偿

C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Local%20Settings/Temp/%E7%9B%AE%E5%BD%95.ppt%232.%20%E5%B9%BB%E7%81%AF%E7%89%87%202第1页电力负荷分类负荷计算目标及意义供配电系统功率损耗与电能损耗用户负荷计算尖峰电流及其计算本章小结习题与思索题本章内容第2页电力负荷分类一、电力负荷分类电力负荷按用途分，有照明负荷和动力负荷，前者为单相负荷，在三相系统中极难到达平衡；后者普通可视为平衡负荷。按行业分，有工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷等。工厂用电设备，按其工作制(duty-type)可分以下3类。本章首先简单介绍工厂电力负荷分级及相关概念，然后着重讲述用电设备组计算负荷和工厂计算负荷确实定方法，电力系统功率损耗与电能损耗计算，尖峰电流及其计算方法，最终讲述功率因数确实定及赔偿。本章内容是工厂供电系统运行分析和设计计算基础。

第3页(1)连续运行工作制(continuousrunningduty-type)是指工作时间较长，连续运行用电设备，绝大多数用电设备都属于这类工作制。即这类工作制设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之到达热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电动机发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机负荷，普通变动较大，但其主电动机普通也是连续运行。(2)短时运行工作制(short-timeduty-type)是指工作时间很短，停歇时间相当长用电设备工作制。这类工作制设备在恒定负荷下运行时间短(短于到达热平衡所需时间)，而停歇时间长(长到足以使设备温度冷却到周围介质温度)，如机床上一些辅助电动机(比如进给电动机)、控制闸门电动机等。这类设备数量极少，求计算负荷普通不考虑短时运行工作制用电设备。

电力负荷分类第4页(3)断续周期工作制(intermittentperiodicduty-type)是指有规律，时而工作，时而停歇，重复运行用电设备工作制，其工作周期普通不超出10min，不论工作或停歇，均不足以使设备到达热平衡。如电焊机和吊车电动机、电焊用变压器等。断续周期工作制设备，可用“负荷连续率”(dutycycle，又称暂载率)来表示其工作特征。负荷连续率为一个工作周期内工作时间与工作周期百分比值，用表示，即

(2-1)式中——工作周期； ——工作周期内工作时间； ——工作周期内停歇时间。def电力负荷分类第5页断续周期工作制设备额定容量(铭牌功率)，是对应于某一标称负荷连续率。假如实际运行负荷连续率，则实际容量应按同一周期内等效发烧条件进行换算。因为电流经过电阻设备在时间内产生热量为，所以在设备产生相同热量条件下，；而在同一电压下，设备容量；又由式(2-1)知，同一周期负荷连续率。所以，即设备容量与负荷连续率平方根值成反比。由此可知，假如设备在下容量为，则换算到实际下容量为

(2-2)电力负荷分类第6页进行电力设计基本原始资料是用电部门提供用电设备安装容量。这些用电设备品种多，数量大，工作情况复杂。怎样依据这些资料正确预计所需电力和电量是一个非常主要问题。预计准确程度，影响电力设计质量，如估算过高，将增加供电设备容量，使供配电系统复杂，浪费有色金属，增加早期投资和运行管理工作量；而估算过低，又会使供配电系统投入运行后，供电系统线路和电气设备因为负担不了实际负荷电流而过热，加速绝缘老化速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统正常可靠运行。求计算负荷工作称为负荷计算。计算负荷是依据已知用电设备安装容量确定、预期不变最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择供配电系统供电线路导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等额定参数依据，所以非常主要。负荷计算目标及意义第7页一、负荷及负荷曲线负荷计算目标及意义1.电力负荷分级及对供电电源要求电力负荷(electricpowerload)又称电力负载，有两种含义：一个是指耗用电能用电设备或用户，如说主要负荷、普通负荷、动力负荷、照明负荷等；另一个是指用电设备或用户耗用功率或电流大小，如说轻负荷(轻载)、重负荷(重载)、空负荷(空载)、满负荷(满载)等。电力负荷详细含义视详细情况而定。1)电力负荷分级电力负荷，按GB50052—1995《供配电系统设计规范》要求，依据其对供电可靠性要求及中止供电造成损失或影响程度分为3级：(1)一级负荷(firstorderload)。符合以下情况之一时，应为一级负荷：中止供电将造成人身伤亡时；中止供电将在政治、经济上造成重大损失时，比如重大设备损坏、重大产品报废、用主要原料生产产品大量报废、国民经济中重点企业连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等；中止供电将影响有重大政治、经济意义用电单位正常工作，比如主要交通枢纽、主要通信枢纽、主要宾馆、大型体育场馆、经惯用于国际活动大量人员集中公共场所等用电单位中主要电力负荷。第8页负荷计算目标及意义在一级负荷中，当中止供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况负荷，以及尤其主要场所不允许中止供电负荷，应视为尤其主要负荷。(2)二级负荷(secondorderload)。符合以下情况之一时，应为二级负荷：中止供电将在政治、经济上造成较大损失时，比如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；中止供电将影响主要用电单位正常工作，比如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中主要电力负荷以及中止供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中主要公共场所秩序混乱时。(3)三级负荷(thirdorderload)。三级负荷为普通电力负荷，全部不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷。2)各级电力负荷对供电电源要求(1)一级负荷对供电电源要求。对于一级负荷必须考虑有两路独立电源供电，在发生事故时，在继电保护装置正确动作情况下，两路电源不会同时丢失或失去一路电源，在允许时间内第二路电源自动投入。第9页负荷计算目标及意义 一级负荷中尤其主要负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。为确保对尤其主要负荷供电，禁止将其它负荷接入应急供电系统。惯用应急电源可使用以下几个电源：独立于正常电源发电机组；供电网络中独立于正常电源专门馈电线路；蓄电池；干电池。(2)二级负荷对供电电源要求。二级负荷也要求有两路独立电源供电，当工作电源失去时，由运行人员手动操作投入备用电源。供电变压器也应有两台(这两台变压器不一定在同一变电所)。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发觉且易于检验和修复。当采取电缆线路时，必须采取两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。(3)三级负荷对供电电源要求。因为三级负荷为不主要普通负荷，所以它对供电电源无特殊要求。第10页负荷计算目标及意义二、负荷曲线概念负荷曲线(loadcurve)是表征电力负荷随时间变动情况一个图形，它反应了用户用电特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷(有功功率或无功功率)，横坐标表示对应时间(普通以小时为单位)。负荷曲线按负荷对象分，有工厂、车间或某类设备负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示负荷变动时间分，有年、月、日或工作班负荷曲线。1)日负荷曲线日负荷曲线表示负荷在一昼夜间(0h～24h)改变情况，图2.1是一班制工厂日有功负荷曲线。日负荷曲线可用测量方法绘制。绘制方法以下。(1)以某个检测点为参考点，在24h中各个时刻统计有功功率表读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线，见图2.1(a)；第11页负荷计算目标及意义

(2)经过接在供电线路上电度表，每隔一定时间间隔(普通为半小时)将其读数统计下来，求出半小时平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状成梯形负荷曲线，如图2.1(b)所表示。 为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标普通按半小时分格，方便确定“半小时最大负荷”(将在后面介绍)。当然，其时间间隔取得越短，曲线越能反应负荷实际改变情况。日负荷曲线与横坐标所包围面积代表全日所消耗电能。(a)折线形负荷曲线(b)梯形负荷曲线图2.1日有功负荷曲线

第12页负荷计算目标及意义2)年负荷曲线年负荷曲线，通常绘成负荷连续时间曲线(loaddurationcurve)，按负荷大小依次排列，如图2.2(c)所表示，整年按8760h计。(a)夏日负荷曲线(b)冬日负荷曲线(c)年负荷连续时间曲线图2.2年负荷连续时间曲线绘制第13页负荷计算目标及意义

上述年负荷曲线，依据其一年中含有代表性夏日负荷曲线(图2.2(a)所表示)和冬日负荷曲线(图2.2(b)所表示)来绘制。其夏日和冬日在整年中所占天数，应视当地地理位置和气温情况而定。比如在我国北方，可近似地认为夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地认为夏日200天，冬日165天。假设绘制南方某厂年负荷曲线(图2.2(c)所表示)，其中在年负荷曲线上所占时间，在年负荷曲线上所占时间， 其余类推。 年负荷曲线另一个形式，是按整年每日最大负荷(通常取每日最大负荷半小时平均值)绘制，称为年每日最大负荷曲线，如图2.3所表示。横坐标依次以整年12个月日期来分格。这种年最大负荷曲线，能够用来确定拥有多台电力变压器变电所在一年内不一样时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提升供电系统经济效益。 年负荷曲线另一个形式，是按整年每日最大负荷(通常取每日最大负荷半小时平均值)绘制，称为年每日最大负荷曲线，如图2.3所表示。横坐标依次以整年12个月日期来分格。这种年最大负荷曲线，能够用来确定拥有多台电力变压器变电所在一年内不一样时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提升供电系统经济效益。第14页负荷计算目标及意义

从各种负荷曲线上，能够直观地了解电力负荷变动情况。经过对负荷曲线分析，能够更深入地掌握负荷变动规律，并可从中取得一些对设计和运行有用资料。所以了解负荷曲线对于从事供配电系统设计和运行人员来说，都是很必要。图2.3年每日最大负荷曲线 注意：日负荷曲线是按时间先后绘制，而年负荷曲线是按负荷大小和累积时间绘制。第15页3.与负荷曲线和负荷计算相关物理量分析负荷曲线能够了解负荷改变规律。对供电设计人员来说，可从中取得一些对设计有用资料；对运行人员来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”方法可使负荷曲线比较平坦，从而到达节电效果。1)年最大负荷和年最大负荷利用小时(1)年最大负荷(annualmaximumload)：整年中负荷最大工作班内(该工作班最大负荷不是偶然出现，而是在负荷最大月份内最少出现过2次～3次)消耗电能最大半小时平均功率。所以年最大负荷也称为半小时最大负荷。(2)年最大负荷利用小时(utilizationhoursofannualmaximumload)：假设电力负荷按年最大负荷(或)连续运行时，在时间内电力负荷所消耗电能恰好等于该电力负荷整年实际消耗电能，如图2.4所表示。所以，年最大负荷利用小时是一个假想时间。负荷计算目标及意义第16页图2.4年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时计算公式为Tmax

(2-3)式中——年实际消耗电能量。年最大负荷利用小时是反应电力负荷特征一个主要参数，与工厂生产班制有显著关系。比如一班制工厂，≈1800h～3000h；两班制工厂，≈3500h～4800h；三班制工厂，≈5000h～7000h。def负荷计算目标及意义第17页2)平均负荷和负荷系数(1)平均负荷(averageload)：电力负荷在一定时间内平均消耗功率，也就是电力负荷在该时间内消耗电能除以时间值，即

Pav

(2-4)年平均负荷说明如图2.5所表示。年平均负荷横线与两坐标轴所包围矩形截面恰等于年负荷曲线与两坐标轴所包围面积，即年平均负荷为

Pav

(2-5)图2.5年平均负荷defdef负荷计算目标及意义第18页(2)负荷系数(loadcoefficient)KL：用电负荷平均负荷与其最大负荷比值，即

KL

(2-6)对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦程度，即表征负荷起伏变动程度。从充分发挥供电设备能力、提升供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统效能来说，应尽可能使不平坦负荷曲线“削峰填谷”，提升负荷系数。对用电设备来说，负荷系数就是设备输出功率与设备额定容量比值，即

KL(2-7)负荷系数通常以百分值表示。负荷系数(负荷率)符号有时用表示；有情况下有功负荷率用、无功负荷率用表示。负荷计算目标及意义第19页二、负荷计算方法1.三相用电设备组计算负荷确实定1)概述供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元器件(包含电力变压器、开关设备及导线、电缆等)都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率要求外，最主要就是要满足负荷电流要求。所以有必要对供电系统中各个步骤电力负荷进行统计计算。经过负荷统计计算求出、用来按发烧条件选择供电系统中各元件负荷值，称为计算负荷(calculatedload)。依据计算负荷选择电气设备和导线电缆，假如以计算负荷连续运行，其发烧温度不会超出允许值。因为导体经过电流到达稳定温升时间需3～4，为发烧时间常数。截面在16mm2及以上导体，其≥10min，所以载流导体大约经30min(半小时)后可到达稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得半小时最大负荷(亦即年最大负荷)是基本相当。所以计算负荷也能够认为就是半小时最大负荷。原来有功计算负荷可表示为，无功计算负荷可表示为，计算电流可表示为，但考虑到“计算”符号c易与“电容”符号C相混同，所以大多数供电类书籍都借用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流对应地表示为、和。负荷计算目标及意义第20页负荷计算目标及意义计算负荷是供电设计计算基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆选择是否经济合理。假如计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属浪费；假如计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，造成绝缘过早老化甚至燃烧引发火灾，一样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。不过，负荷情况复杂，影响计算负荷原因很多，即使各类负荷改变有一定规律可循，但仍难准确确定计算负荷大小。实际上，负荷也不是一成不变，它与设备性能、生产组织、生产者技能及能源供给情况等各种原因相关。所以，负荷计算只能力争靠近实际。我国当前普遍采取确实定用电设备计算负荷方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采取确实定计算负荷基本方法，最为简便。二项式法应用不足较大，但在确定设备台数较少而容量差异悬殊分支干线计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算也较简便。本书只介绍这两种计算方法。关于以概率论为理论基础而提出取代二项式法利用系数法，因为其计算比较烦锁而未得到普遍应用，此略。第21页负荷计算目标及意义2)按需要系数法确定计算负荷(1)基本公式。用电设备组计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用半小时最大负荷，如图2.6所表示。用电设备组设备容量，是指用电设备组全部设备(不含备用设备)额定容量之和，即=。而设备额定容量，是设备在额定条件下最大输出功率(出力)。不过用电设备组设备实际上不一定都同时运行，运行设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，所以用电设备组有功计算负荷应为

(2-8)式中——设备组同时系数，即设备组在最大负荷时运行设备容量与全部设备容量之比；——设备组负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行设备容量之比；——设备组平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比；——配电线路平均效率，即配电线路在最大负荷时末端功率(亦即设备组取用功率)与首端功率(亦即计算负荷)之比。第22页负荷计算目标及意义令式(2-8)中，这里称为需要系数(demandcoefficient)。可知需要系数定义式为

(2-9)即用电设备组需要系数，为用电设备组半小时最大负荷与其设备容量比值。由此，可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷基本公式为

P30=(2-10)实际上，需要系数不但与用电设备组工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等原因相关，而且与操作人员技能和生产组等各种原因相关，所以应尽可能地经过实测分析确定，使之尽可能靠近实际。图2.6用电设备组计算负荷说明def第23页负荷计算目标及意义表2-1列出了工厂各种用电设备组需要系数值，供参考。用电设备组名称需要系数二项式系数最大容量设备台数x①小批量生产金属冷加工机床电动机0.16～0.20.140.450.51.73大批量生产金属冷加工机床电动机0.18～0.250.140.550.51.73小批量生产金属热加工机床电动机0.25～0.30.240.450.61.33大批量生产金属热加工机床电动机0.3～0.350.260.550.650.17通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机0.7～0.80.650.2550.80.75非连锁连续运输机械及铸造车间整砂机械0.5～0.60.40.450.750.88连锁连续运输机械及铸造车间整砂机械0.65～0.70.60.250.750.88锅炉房和机加工、机修、装配等类车间吊车(=25%)0.1～0.150.060.230.51.73表2-1用电设备组需要系数、二项式系数及功率因数第24页负荷计算目标及意义①假如用电设备组设备总台数=用电设备组名称需要系数二项式系数最大容量设备台数x①

铸造车间吊车(=25%)0.15～0.250.090.330.51.73自动连续装料电阻炉设备0.75～0.80.70.320.950.33试验室用小型电热设备(电阻炉、干燥箱等)0.70.70—1.00工频感应电炉(未带无功赔偿设备)0.8———0.352.68高频感应电炉(未带无功赔偿设备)0.8———0.61.33电弧熔炉0.9———0.870.57点焊机、缝焊机0.35———0.61.33对焊机、铆钉加热机0.35———0.71.02自动弧焊变压器0.5———0.42.29单头手动弧焊变压器0.35———0.352.68多头手动弧焊变压器0.4———0.352.68单头弧焊电动发电机组0.35———0.61.33多头弧焊电动发电机组0.7———0.750.88生产厂房及办公室、阅览室、试验室照明0.8～1———1.00变配电所、仓库照明②0.5～0.7———1.00宿舍(生活区)照明②0.6～0.8———1.00室外照明、应急照明②1———1.00需要系数＜，则取（续表）第25页负荷计算目标及意义必须注意：表2-1所列需要系数值是按车间范围内设备台数较多情况来确定，所以需要系数值普通都比较低，比如冷加工机床组需要系数值平均只有0.2左右。所以需要系数法较适合用于确定车间计算负荷。假如采取需要系数法来计算分支干线上用电设备组计算负荷，则表2-1中需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1台～2台设备时，可认为=1，即=。对于电动机，因为它本身功率损耗较大，所以当只有一台电动机时，其=/，这里为电动机额定容量，为电动机效率。在适当取大同时，也宜适当取大。这里还要指出：需要系数值与用电设备类别和工作状态关系极大，所以在计算时，首先要正确判明用电设备类别和工作状态，不然将造成错误。比如机修车间金属切削机床电动机，应属小批量生产冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批量生产；压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床；起重机、行车、电动葫芦等，均属吊车类。①假如用电设备组设备总台数n＜2x，则取n=x/2，且按“四舍五入”修约规则取其整数。②这里和值均为白炽灯照明数值。如为荧光灯照明，则取=0.9，=0.48；如为高压汞灯或钠灯照明，则取=0.5，=1.73。第26页负荷计算目标及意义在求出有功计算负荷后，可按以下各式分别求出其余计算负荷。无功计算负荷为

=(2-11)式中——对应于用电设备组正切值。视在计算负荷为

(2-12)式中——用电设备组平均功率因数。计算电流为

(2-13)式中UN——用电设备组额定电压。假如为一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即

(2-14)负荷计算中惯用单位：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”(kvar)，视在功率为“千伏安”(kV•A)，电流为“安”(A)，电压为“千伏”(kV)。第27页负荷计算目标及意义【例2.1】已知某机修车间金属切削机床组，拥有380V三相电动机7.5kW3台，4kW8台，3kWl7台，1.5kWl0台。试求其计算负荷。解：此机床组电动机总容量为=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5kW×10=120.5kW查表2-1中“小批量生产金属冷加工机床电动机”项，得=0.16～0.2(取0.2)，=0.5，=1.73。所以可求得：有功计算负荷=0.2×120.5kW=24.1kW；无功计算负荷=24.1kW×1.73=41.7kvar；视在计算负荷=24.1kW/0.5=48.2kV•A；计算电流=48.2kV•A/(×0.38kV)=73.2A。(2)设备容量计算。需要系数法基本公式中设备容量，不含备用设备容量，而且要注意，此容量计算与用电设备组工作制相关。①对普通连续工作制和短时工作制用电设备组，设备容量是全部设备铭牌额定容量之和。

第28页负荷计算目标及意义②对断续周期工作制用电设备组，设备容量是将全部设备在不一样负荷连续率下铭牌额定容量换算到一个要求负荷连续率下容量之和。容量换算公式如式(2-2)所表示。断续周期工作制用电设备惯用有电焊机和吊车电动机，各自换算要求以下：(a)电焊机组。要求容量统一换算到=100%(电焊机铭牌负荷连续率有20%、40%、50%、60%、75%、100%等各种，而=100%时，=1，换算最为简便，所以要求其设备容量统一换算至=100%；表2-1中电焊机需要系数及其它系数也都是对应于=100%)，所以由式(2-2)可得换算后设备容量为

即

(2-15)式中，PN、SN为电焊机铭牌容量(前者为有功功率，后者为视在功率)；为与铭牌容量对应负荷连续率(计算中用小数)；为其值等于100%负荷连续率(计算中用1)；为铭牌要求功率因数。第29页负荷计算目标及意义(b)吊车电动机组。要求容量统一换算到=25%(吊车即起重机铭牌负荷连续率有15%、25%、40%、60%等，而=25%时，=0.5，对其换算相对较为简便，所以要求其设备容量统一换算至=25%；表2-1中吊车组需要系数及其它系数也都是对应于=25%)，所以由式(2-2)可得换算后设备容量为

(2-16)式中PN——吊车电动机铭牌容量；——与铭牌容量对应负荷连续率(计算中用小数)；——其值等于25%负荷连续率(计算中用0.25)。(3)多组用电设备计算负荷确实定。确定拥有多组用电设备干线上或车间变电所低压母线上计算负荷时，应考虑各组用电设备最大负荷不一样时出现原因。所以在确定多组用电设备计算负荷时，应结合详细情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数(又称参差系数或综合系数)和，其取值以下所述。第30页负荷计算目标及意义对车间干线，取=0.85～0.95=0.90～0.97对低压母线，分两种情况：①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取=0.80～0.90=0.85～0.95②由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取=0.90～0.95=0.93～0.97总有功计算负荷为

(2-17)总无功计算负荷为

(2-18)以上两式中和分别为各组设备有功和无功计算负荷之和。第31页负荷计算目标及意义总视在计算负荷为

(2-19)总计算电流为

(2-20)

注意：因为各组设备功率因数不一定相同，所以总视在计算负荷和计算电流普通不能用各组视在计算负荷或计算电流之和来计算，总视在计算负荷也不能按式(2-12)计算。另外应注意：在计算多组设备总计算负荷时，为了简化和统一，各组设备台数不论多少，各组计算负荷均按附表1所列计算系数计算，而无须考虑设备台数少而适当增大和问题。【例2.2】某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW(其中较大容量电动机有7.5kWl台，4kW3台，2.2kW7台)，通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上计算负荷。第32页负荷计算目标及意义解：先求各组计算负荷。(1)金属切削机床组。查表2-1，取=0.2，=0.5，=1.73，故=0.2×50kW=10kW=10kW×1.73=17.3kvar(2)通风机组。查表2-1，取=0.8，=0.8，=0.75，故=0.8×3kW=2.4kW=2.4kW×0.75=1.8kvar(3)电阻炉。查表2-1，取=0.7，=1，=0，故=0.7×2kW=1.4kW=0所以总计算负荷为(取=0.95，=0.97)=0.95×(10+2.4+1.4)kW≈13.1kW=0.97×(17.3+1.8+0)kW≈18.5kvar=kV•A≈22.7kV•A=22.7kV•A/(×0.38kV)≈34.5A在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采取计算表格形式，如表2-2所表示。第33页负荷计算目标及意义3)按二项式法确定计算负荷(1)基本公式。二项式法基本公式为

(2-21)式中(二项式第一项)——用电设备组平均功率，其中是用电设备组总容量，其计算方法如前需要系数法所述；(二项式第二项)——用电设备组中台容量最大设备投入运行时增加附加负荷，其中是台最大容量设备总容量；b、c——二项式系数。其余计算负荷、和计算与前述需要系数法计算相同。表2-2例2.2电力负荷计算表(按需要系数法)第34页负荷计算目标及意义表2-1中也列有部分用电设备组二项式系数b、c和最大容量设备台数x值，供参考。但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，假如设备总台数少于表2-1中要求最大容量设备台数x2倍，即n＜2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，提议取为n=2x，且按“四舍五入”修约规则取整数。比如某机床电动机组只有7台时，则其=7/2≈4。假如用电设备组只有1台～2台设备时，则可认为=。对于单台电动机，则=，其中为电动机额定容量，为其额定效率。在设备台数较少时，也宜适当取大。因为二项式法不但考虑了用电设备组最大负荷时平均负荷，而且考虑了少数容量最大设备投入运行时对总计算负荷额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差异较大低压干线和分支线计算负荷。不过二项式计算系数b、c和x值，缺乏充分理论依据，且只有机械工业方面部分数据，从而使其应用受到一定局限。第35页负荷计算目标及意义【例2.3】试用二项式法来确定例2.1所表示机床组计算负荷。解：由表2-1查得b=0.14，c=0.4，x=5，=0.5，=1.73。而设备总容量为=120.5kW(见例2.1)。而x台最大容量设备容量为==7.5kW×3+4kW×2=30.5kW所以，按式(2-21)可求得其有功计算负荷为=0.14×120.5kW+0.4×30.5kW=29.1kW按式(2-11)可求得其无功计算负荷为=29.1kW×1.73=50.3kvar按式(2-12)可求得其视在计算负荷为

按式(2-13)可求得其计算电流为

第36页负荷计算目标及意义比较例2.1和例2.3计算结果能够看出，按二项式法计算结果比按需要系数法计算结果稍大，尤其是在设备台数较少情况下。供电设计经验说明，选择低压分支干线或支线时，按需要系数法计算结果往往偏小，以采取二项式法计算为宜。我国建筑行业标准JGJ/T16—1992《民用建筑电气设计规范》也要求：“用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采取二项式法”。(2)多组用电设备计算负荷确实定。采取二项式法确定多组用电设备总计算负荷时，亦应考虑各组用电设备最大负荷不一样时出现原因。但不是计入一个同时系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大附加负荷，再加上各组平均负荷，由此求得其总有功计算负荷为

(2-22)总无功计算负荷为

(2-23)式中——最大附加负荷设备组平均功率因数角正切值。关于总视在计算负荷和总计算电流，仍分别按式(2-19)和式(2-20)计算。为了简化和统一，按二项式法计算多组设备计算负荷时，也不论各组设备台数多少，各组计算系数b、c、x和等，均按表2-1所列数值。第37页负荷计算目标及意义【例2.4】试用二项式法确定例2.2所述机修车间380V线路计算负荷。解：先求各组和：(1)金属切削机床组。查表2-1得b=0.14，c=0.4，x=5，=0.5，=1.73，故=0.14×50kW=7kW=0.4×(7.5kW×1+4kW×3+2.2kW×1)=8.68kW(2)通风机组。查表2-1得b=0.65，c=0.25，x=5，=0.8，=0.75，故=0.65×3kW=1.95kW=0.25×3kW=0.75kW(3)电阻炉。查表2-1得b=0.7，c=0，x=0，=1，=0，故=0.7×2kW=1.4kW=0以上各组设备中，附加负荷以为最大，所以总计算负荷为=(7+1.95+1.4)kW+8.68kW=19kW=(7×1.73+1.95×0.75+0)kvar+8.68×1.73kvar=28.6kvarkV•A=34.3kV•A=34.3kV•A/(×0.38kV)=52.1A第38页负荷计算目标及意义按普通工程设计说明书要求，以上计算可列成表2-3所表示电力负荷计算表。表2-3例2.4电力负荷计算表(按二项式法)比较例2.2和例2.4计算结果能够看出，按二项式法计算结果较之按需要系数法计算结果大得比较多，这也更为合理。第39页负荷计算目标及意义2.单相用电设备组计算负荷确实定1)概述在工厂里，除了广泛应用三相设备外，还应用有电焊机、电炉、电灯等各种单相设备。单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。假如三相线路中单相设备总容量不超出三相设备总容量15%，则不论单相设备怎样分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。假如单相设备容量超出三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。因为确定计算负荷目标，主要是为了选择线路上设备和导线(包含电缆)，使线路上设备和导线在经过计算电流时不致过热或损坏，所以在接有较多单相设备三相线路中，不论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行要求。2)单相设备组等效三相负荷计算(1)单相设备接于相电压时等效三相负荷计算。等效三相设备容量应按最大负荷相所接单相设备容量中3倍计算，即

=3(2-24)等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。第40页负荷计算目标及意义(2)单相设备接于线电压时等效三相负荷计算。因为容量为单相设备接在线电压上产生电流，这一电流应与等效三相设备容量产生电流相等，所以其等效三相设备容量为

=(2-25)(3)单相设备分别接于线电压和相电压时等效三相负荷计算。首先应将接于线电压单相设备换算为接于相电压设备容量，然后分相计算各相设备容量和计算负荷。总等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相有功计算负荷3倍，即

=3(2-26)总等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相无功计算负荷中3倍，即

=3(2-27)关于将接于线电压单相设备容量换算为接于相电压设备容量问题，可按以下换算公式进行换算。第41页负荷计算目标及意义A相：

PA=pAB-APAB+pCA-APCA(2-28)QA=qAB-APAB+qCA-APCA(2-29)B相：

PB=pBC-BPBC+pAB-BPAB(2-30)QB=qBC-BPBC+qAB-BPAB(2-31)C相：

PC=pCA-CPCA+pBC-CPBC(2-32)QB=qCA-CPCA+qBC-CPBC(2-33)式中PAB、PBC、PCA——接于AB、BC、CA相间有功设备容量；PA、PB、PC——换算为A、B、C相有功设备容量；QA、QB、QC——换算为A、B、C相无功设备容量；pAB-A、qAB-A、…——接于AB、…等相间设备容量换算为A、…等相设备容量有功和无功换算系数，其值如表2-4所列。第42页负荷计算目标及意义功率换算系数负荷功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.0pAB-A、pBC-B、pCA-C1.271.171.00.890.840.80.720.640.5pAB-B、pBC-C、pCA-A-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qAB-A、qBC-B、qCA-C1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.29qAB-B、qBC-C、qCA-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.29表2-4相间负荷换算为相负荷功率换算系数第43页负荷计算目标及意义【例2.5】如图2.7所表示220/380V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(=100%)接于AB相间，1台20kW(=100%)接于BC相间，1台30kW(=60%)接于CA相间。试求此线路计算负荷。解：(1)电热干燥箱各相计算负荷。查表2-1得=0.7，=1，=0。所以只需计算其有功计算负荷。A相：=0.7×2×10kW=14kWB相：=0.7×1×30kW=21kWC相：=0.7×1×20kW=14kW图2.7例2.5电路第44页负荷计算目标及意义(2)对焊机各相计算负荷。先将接于CA相间30kW(=60%)换算至=100%容量，即=×30kW=23kW查表2-1得=0.35，=0.7，=1.02；再由表2-4查得=0.7时功率换算系数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=0.8。所以对焊机换算到各相有功和无功设备容量为A相：=0.8×2×14kW+0.2×23kW=27kW=0.22×2×14kvar+0.8×23kvar=24.6kvarB相：=0.8×20kW+0.2×2×14kW=21.6kW=0.22×20kvar+0.8×2×14kvar=26.8kvarC相：=0.8×23kW+0.2×20kW=22.4kW=0.22×23kvar+0.8×20kvar=21.1kvar第45页负荷计算目标及意义各相有功和无功计算负荷为A相：=0.35×27kW=9.45kW=0.35×24.6kvar=8.61kvarB相：=0.35×21.6kW=7.56kW=0.35×26.8kvar=9.38kvarC相：=0.35×22.4kW=7.84kW=0.35×21.1kvar=7.39kvar(3)各相总有功和无功计算负荷A相：=+=14kW+9.45kW=23.5kW==8.61kvarB相：=+=21kW+7.56kW=28.6kW==9.38kvar第46页负荷计算目标及意义C相：=+=14kW+7.84kW=21.8kW==7.39kvar(4)总等效三相计算负荷。因B相有功计算负荷最大，故取B相计算等效三相计算负荷，由此可得=3=3×28.6kW=85.8kW=3=3×9.38kvar=28.1kvar==90.3kV•A=90.3kV•A/(×0.38kV)=137A以上计算能够列成表格，限于篇幅，这里从略。第47页供配电系统功率损耗与电能损耗电流流过电力线路和变压器时，势必要引发功率和电能损耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。一、线路功率损耗与电能损耗1.线路功率损耗线路功率损耗包含有功和无功两大部分。1)线路有功功率损耗有功功率损耗是电流经过线路电阻所产生，按下式计算：

(2-34)式中——线路计算电流；——线路每相电阻，，其中l为线路长度，为线路单位长度电阻值，可查相关手册或产品样本。2)线路无功功率损耗无功功率损耗是电流经过线路电抗所产生，按下式计算：

(2-35)式中——线路计算电流；——线路每相电抗。第48页电抗，其中l为线路长度，为线路单位长度电抗阻值，可查相关手册或产品样本。不过查架空线路值，不但要依据导线截面，而且要依据导线之间几何均距。所谓几何均距，是指三根线路各相导线之间距离几何平均值。如图2.8(a)所表示A、B、C三相线路，其线间几何均距为

(2-36)

如导线为等边三角形排列(见图2.8(b))，则；如导线为水平等距排列(见图2.8(c))，则。供配电系统功率损耗与电能损耗def(a)普通情况(b)等边三角形排列(c)水平等距排列

图2.8三相架空线路线间距离第49页2.线路电能损耗计算线路上整年电能损耗是因为电流经过线路电阻产生，可按下式计算：

(2-37)式中——经过线路计算电流；——线路每相电阻；——年最大负荷损耗小时。年最大负荷损耗小时，是假设供配电系统元件(含线路)连续经过计算电流(即最大负荷电流)时，在此时间内所产生电能损耗恰与实际负荷电流整年在此元件(含线路)上产生电能损耗相等。年最大负荷损耗小时与年最大负荷利用小时有一定关系。由式(2-3)和式(2-5)可得以下关系：

在负荷及线路电压一定时，，，所以

故

供配电系统功率损耗与电能损耗第50页所以整年电能损耗为

(2-38)由式(2-37)和式(2-38)可得与关系：

(2-39)不一样-关系曲线，如图2.9所表示。已知和，可由对应曲线查得。供配电系统功率损耗与电能损耗图2.9-关系曲线第51页二、变压器功率损耗与电能损耗1.变压器功率损耗计算变压器功率损耗也包含有功和无功两大部分。1)变压器有功功率损耗变压器有功功率损耗由两部分组成：(1)铁心中有功功率损耗简称“铁损”。它在变压器一次绕组外施电压和频率不变条件下是固定不变，与负荷无关。铁损可由变压器空载试验测定。变压器空载损耗可认为就是铁损，因为变压器空载电流很小，在一次绕组中产生有功功率损耗可略去不计。(2)一、二次绕组中功率损耗俗称“铜损”。它与负荷电流(或功率)平方成正比。铜损可由变压器短路试验测定。变压器短路损耗(亦称负载损耗)。可认为就是铜损，因为变压器二次侧短路时，一次侧短路电压(亦称阻抗电压)很小，在铁心中产生有功功率损耗可略去不计。供配电系统功率损耗与电能损耗第52页所以，变压器有功功率损耗为

(2-40)式中——变压器额定容量；——变压器计算负荷。2)变压器无功功率损耗变压器无功功率损耗也由两部分组成：(1)用来产生磁通即励磁电流一部分无功功率。它只与一次绕组电压相关，与负荷无关。它与励磁电流或近似地与空载电流成正比，即

(2-41)式中——变压器空载电流占额定一次电流百分值。供配电系统功率损耗与电能损耗第53页(2)消耗在变压器一、二次绕组电抗上无功功率。额定负荷下这部分无功损耗用表示。因为变压器电抗远大于电阻，所以近似地与阻抗电压(即短路电压)成正比，即

(2-42)式中%——变压器阻抗电压占额定一次电压百分值。这部分无功损耗与负荷电流(或功率)平方成正比。所以，变压器无功功率损耗为

(2-43)

式(2-40)～式(2-43)中、、和(即)等均可从相关手册或产品样本中查得。在电力负荷计算中，通常采取简化公式。对S7、SL7、S9等型低损耗电力变压器功率损耗，可采取以下简化公式计算。有功功率损耗：(2-44)无功功率损耗：(2-45)式中——变压器计算负荷。供配电系统功率损耗与电能损耗第54页2.变压器电能损耗计算变压器电能损耗包含铁损和铜损两部分。(1)整年铁损产生电能损耗：可近似地按其空载损耗计算，即

(2-46)(2)整年铜损产生电能损耗：与负荷电流平方成正比，即与变压器负荷率(即)成正比，可近似地按其短路损耗计算，即

(2-47)由此可得变压器整年电能损耗为

(2-48)式中——变压器年损耗小时，可查图2.9曲线。供配电系统功率损耗与电能损耗第55页确定用户计算负荷是选择电源进线和一、二次设备基本依据，是供配电系统设计主要组成部分，也是与电力部门签定用电协议基本依据。确定等效三相设备容量用户计算负荷方法很多，可依据不一样情况和要求采取不一样方法。在制订计划、初步设计，尤其是方案比较时可用较粗略方法。在供电设计中进行设备选择时，则应进行较详细负荷计算。用户负荷计算一、按逐层计算法确定用户计算负荷依据用户供配电系统图，从用电设备开始，朝电流方向逐层计算，最终求出用户总计算负荷方法称为逐层计算法。第56页如图2.10所表示，用户计算负荷(这里以有功负荷为例)应该是高压配电所母线上全部高压配电线计算负荷之和，再乘上一个同时系数。而高压配电线计算负荷，应该是该线路所供用户变电所低压侧计算负荷，加上变压器功率损耗和高压配电线功率损耗。依这类推。但对普通企业供配电系统来说，因为其高低压配电线路普通不长，所以在确定企业计算负荷时往往略去不计。图2.10企业供电系统中各部分计算负荷和功率损耗用户负荷计算第57页将用户用电设备总容量(不包含备用设备容量)乘上一个需要系数，可得到企业有功计算负荷，即

(2-49)用户无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流，分别按式(2-11)、式(2-12)和式(2-13)计算。用户负荷计算二、按需要系数法确定用户计算负荷三、按年产量估算用户计算负荷将用户年产量A乘以单位产品耗电量α，就可得到企业整年耗电量Wα：

(2-50)各类用户单位产品耗电量可由相关设计单位依据实测统计资料确定，亦可查相关设计手册。在求出年耗电量Wα后，除以用户年最大负荷利用小时，就可求得用户有功计算负荷：

(2-51)其它计算负荷、、计算，与上述需要系数法相同。第58页尖峰电流(peakcurrent)是指单台或多台用电设备连续时间1s～2s短时最大负荷电流。它是因为电动机起动、电压波动等原因引发，它与计算电流不一样，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大得多。计算尖峰电流目标是选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置，计算电压波动及检验电动机自起动条件等。尖峰电流及其计算一、给单台用电设备供电支线尖峰电流计算单台用电设备尖峰电流就是其起动电流(startingcurrent)，所以尖峰电流为

(2-52)式中——用电设备起动电流；——用电设备额定电流；——用电设备起动电流倍数(可查产品样本或铭牌，对笼型电动机普通为5～7，对绕线转子电动机普通为2～3，直流电动机普通为1～7，对电焊变压器普通为3或稍大)。单台用电设备尖峰电流就是其起动电流(startingcurrent)，所以尖峰电流为

第59页引至多台用电设备线路上尖峰电流按下式计算：

(2-53)或

(2-54)式中和——分别为用电设备中起动电流与额定电流之差为最大那台设备起动电流及其起动电流与额定电流之差；——将起动电流与额定电流之差为最大那台设备除外其它n-1台设备额定电流之和；——上述n-1台同时系数，按台数多少选取，普通为0.7～1；——全部设备投入运行时线路计算电流。尖峰电流及其计算二、给多台用电设备供电干线尖峰电流计算第60页【例2.6】有一条380V配电干线，给3台电动机供电。已知=5A，=4A，=10A，=35A,=16A，=3，求该配电线路尖峰电流。解：－=35A－5A=30A－=16A－4A=12A－=－=3×10A－10A=20A可见，=30A，则=35A，取=0.9，所以该线路尖峰电流为=0.9×(4+10)A+35A=47.6A尖峰电流及其计算－－第61页用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机、电弧炉及气体放电灯等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于1。而功率因数是衡量供配电系统是否经济运行一个主要指标。一、功率因数确实定工厂电力供给在设计阶段要依据设计计算功率因数和供电局指定功率因数提出为提升功率因数所用赔偿装置类型和容量。在设计阶段应用功率因数是不一样用电设备在最大负荷工作班测定利用系数时取得，因为在这一段时间内，同时也测定了无功电能消耗量。即

(2-55)式中——某组用电设备在最大负荷工作班内有功电能消耗量；——某组用电设备在最大负荷工作班内无功电能消耗量。功率因数确实定与赔偿第62页对于多组用电设备或全厂自然功率因数(由用电设备本身性质决定功率因数称为自然功率因数)正切均权平均值，在设计阶段能够按下式计算：

(2-56)设工厂自然功率因数均权平均正切值为，供电部门要求功率因数正切值为，则赔偿容量可按下式计算：

(2-57)式中——求得全厂最大负荷工作班平均功率。或

(2-58)式中，，称为无功赔偿率，或比赔偿容量。无功赔偿率，是表示要使1kW有功功率由提升到所需要无功赔偿容量千乏值。功率因数确实定与赔偿第63页为简单起见，设计时也能够依据计算负荷求出功率因数确定赔偿容量。即

(2-59)在确定了总赔偿容量后，即可依据所选并联电容器单个容量来确定电容器个数，即

(2-60)由式(2-60)计算所得电容器个数n，对单相电容器(其全型号后标“1”者)来说，应取3倍数，方便三相均衡分配，实际工程中，都选取成套电容器赔偿柜。在《供电营业规则》中要求，“用户在当地供电企业要求电网高峰负荷时功率因数，应到达下例要求：100kV•A及以上高压供电用户，功率因数为0.90以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上”。并要求，凡功率因数未到达上述要求，应增添无功赔偿装置，通常采取并联电容器进行赔偿。这里所指功率因数，即为最大负荷时功率因数，按下式计算：

(2-61)功率因数确实定与赔偿第64页【例2.7】如某一企业计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67，有功负荷系数为0.75。要使其平均功率因数提升到0.9(在10kV侧固定赔偿)，问需要装设多大容量并联电容器？假如采取BWF―10.5―40―1型电容器，需装设多少个？解：=tan(arccos0.67)=1.1080=tan(arccos0.9)=0.4843

=0.75×2400×(1.1080－0.4843)=1122.66kvar=1122.66/40=28考虑到三相均衡分配，应装设30个，每相10个，此时并联电容器实际赔偿容量为30×40=1200kvar，此时实际平均功率因数为

=0.91满足要求。功率因数确实定与赔偿第65页工厂中因为有大量感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改进设备运行性能、提升自然功率因数情况下，尚达不到要求功率因数要求时，必须考虑进行无功功率人工赔偿。1.提升自然功率因数功率因数不满足要求时，首先应提升自然功率因数。自然功率因数是指未装设任何赔偿装置实际功率因数。提升自然功率因数，就是不添置任何赔偿设备，采取科学办法降低用电设备无功功率需要量，使供电系统总功率因数提升。它不需增加设备，是最理想最经济改进功率因数方法。工厂里感应电动机消耗了工厂无功功率60%左右，变压器消耗了约20%无功功率，其余无功功率消耗在整流设备和各种感性负载上。提升工厂功率因数主要路径是怎样降低感应电动机和变压器上消耗无功功率。功率因数确实定与赔偿二、功率因数赔偿方法第66页感应电动机产生电磁转矩大小与电动机定子绕组两端相电压平方成正百分比关系，但电压越高，感应电动机消耗无功功率就越大，要提升电网功率因数，必须在确保产品质量前提下，合理调整