《供配电技术》课件项目二 供配电系统计算

供配电技术冯红岩本次课的主要内容是电力负荷计算，电力负荷计算是选择电力系统中的一次设备容量，确定导线截面积和保护设备电流整定的基础。掌握掌握根据运行数据对用电单位的负荷进行分析的能力；掌握对用电单位的负荷进行计算的能力；掌握无功补偿容量的计算能力；掌握选择导线截面积的能力。熟悉学习目标电力负荷分级2.1工厂的电力负荷与负荷曲线

一.工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。(一)工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052-1995《供配电系统设计规范》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：

(1)一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

(2)二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，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。

(3)三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷。(二)各级电力负荷对供电电源的要求

(1)一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果将十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源有：1)独立于正常电源的发电机组；2)供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；3)蓄电池；4)干电池。(2)二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，但这两台变压器不一定在同一变电所。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。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及以上的专用架空线路供电。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现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。

(3)三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。

三.负荷曲线及有关物理量(一)负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上。纵坐标表示负荷（有功或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时h为单位）。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。图2-1是一班制工厂的日有功负荷曲线，其中图2-1a是依点连成的负荷曲线，图2-1b是依点绘成梯形的负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”（将在后面介绍）。图2-1日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线b)依点绘成梯形的负荷曲线

年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图2-2c所示。全年按8760h计。图2-2年负荷持续时间曲线的绘制a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年负荷持续时间曲线年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；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是南方某用户的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。二和负荷曲线有关的物理量分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而提高企业供配电系统建设、运行的经济性。从负荷曲线上可求得以下一些参数:1年最大负荷Ｐmax

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P30。2年最大负荷利用小时数Ｔmax年最大负荷利用小时数Tmax是一个假想时间，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2-4所示。阴影部分即为全年实际消耗的电能。如果以Wa表示全年实际消耗的电能，则有：Tmax与企业类型及生产班制有较大关系，其数值可查阅有关参考资料或到同类型的企业去调查。该值越大，则负荷越平稳。例如一班制工厂，Tmax约为1800～3000h，两班制工厂，Tmax约为3500～4800h，三班制工厂，Tmax约为5000～7000h，居民用户Tmax约为1200～2800h。3平均负荷平均负荷（Pav）就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。如在t这段时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为：年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：4

负荷系数

2.2负荷计算一计算负荷的概念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。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需(3～4)τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷取从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（即年最大负荷Pmax）是有物理依据的。所以，一般用半小时最大负荷P30

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则分别表示为Q30

、S30

和Ｉ30

。我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，最为简便。二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别较大的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之需要系数法合理，且计算也比较简便。二

设备容量的确定如前所述，进行负荷计算，应首先确定设备容量。设备容量的确定与设备的工作制有关，工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：(1)连续工作制设备

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达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电动发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。这类设备设备容量Pe等于铭牌功率Pn。(2)短时工作制设备

这类工作制设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）、控制闸门的电动机等。这类设备设备容量Pe也按铭牌功率Pn计算。(3)断续周期工作制设备

这类工作制设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表示其工作特征。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，用ε表示，即断周期工作制设备的额定容量（铭牌容量）Pn，是对应于某一标称负荷持续率的。

吊车用电动机：

电焊机：

（4）照明设备的设备容量Pe换算如下：

Pe=（1.1～1.3）PN

（5）单相用电设备等效三相计算负荷的确定1.单相设备接于相电压时，在尽量使三相负荷平衡后，取单相最大负荷乘以3，便可求得其等效三相设备容量。

2.单相设备接于线电压时，在尽量使三相负荷平衡后，

进行电力负荷计算的目的和意义是什么？你能回答吗？

如何从负荷曲线上找到计算负荷？问题与思考为什么要对电力负荷进行分级？1.3负荷计算的需要系数法一、需要系数的引出如一组用电设备共有n台电动机，其设备额定容量的总和为Pe，而Pe不可能全部作为这组电动机的计算负荷P30。因为：由于Pe是设备的总输出容量，它与输入容量存在一个效率η；所有设备一般不会同时运行，所以存在一个同时系数KΣ；这些设备不可能一直满负荷出力，存在一个负荷系数KL；供电线路有损耗，存在一个供电效率ηWL。这组设备的用功计算负荷为：

令则Kd即为用电设备组的需要系数，即用电设备组在最大负荷时的功率与其设备总容量的比值。

二计算基本过程先确定计算范围(单台设备或多台设备)，然后将不同的工作制下用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下，经换算后的额定功率称为设备容量Pe。再将工艺性质相同的设备合并成组，算出每一组用电设备的计算负荷，最后计算总的计算负荷。2.1单台用电设备的负荷计算：2.2单组用电设备的计算负荷单组用电设备是指用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同。式中:Pe∑—设备容量总和(备用设备不计)；Kd—设备组的需要系数(查附表1)；tgФ—该设备组的功率因数角正切值，

(查附表1)。②将各组有功计算负荷、无功计算负荷分别相加，得到总的有功计算负荷P30和无功计算负荷Q30。③确定视在计算负荷S30和计算电流I30.式中:P30(i)和Q30(i)

表示D层面各用电设备组的有功和无功的计算负荷;K∑P，K∑Q是引入的同时系数,K∑P取0.85～0.95，K∑Q取0.9～0.97；。①计算出各组(如机床组、风机组等)的计算负荷：D层面2.3多组用电设备的计算负荷（低压干线C点的计算负荷）2.4车间低压母线上（B点）计算负荷的求取对车间低压母线上（B点）计算负荷的求取，与求多组用电设备负荷的方法类似，同时系数的确定分两种情况：（1）由用电设备组的计算负荷直接相加来计算时，K∑P取0.8～0.9，K∑Q取0.85～0.95；（2）由车间干线的计算负荷直接相加来计算时，取K∑P取0.90～0.95，K∑Q取0.93～0.97。【例2-1】某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机30台共150kW(容量差别不太大)；通风机6台共9kW；

点焊机3台，共10.5kW（每台参数相同ε=65％，cosФ=0.55）；吊车电动机两台互为备用，εN=15％时铭牌容量为18kW、cosФ=0.7。试确定此线路上的计算负荷。负荷计算表三

全厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂功率因数和无功补偿容量的基本依据。确定工厂计算负荷的方法很多，可按具体情况选用。

(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（不计备用设备容量）乘上一个需要系数Kd，即得全厂的有功计算负荷，即Kd可以直接查表得到，其他量参考前面公式。(二)按年产量估算工厂计算负荷将工厂年产量A乘上单位产品耗电量

，就可得到工厂全年耗电量各类工厂的单位产品耗电量可由有关设计手册或根据实测资料确定，亦可查有关设计手册。在求得工厂的年耗电量Wα后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax，就可求出工厂的有功计算负荷(三)逐级计算法确定工厂计算负荷如右图所示的工厂的计算负荷(以有功负荷为例)，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。

2.电力变压器的功率损耗在工程设计中可用下式估算普通变压器△PT≈0.02S30△QT≈0.08S30

低损耗变压器△PT≈0.015S30△QT≈0.06S301.线路功率损耗的计算式中Ｉ30——线路的计算电流；

RwL——线路的每相电阻，RWL=R0L，L为线路长度,R0为线路单位长度的电阻，见附表13、14;XwL——线路的每相电抗，XWL=X0L，X0为线路单位长度的电抗值，见附表13、14。(四)工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的计算负荷工厂的功率因数瞬时功率因数—可由相位表（功率因数表）直接测出，或由功率表、电压表和电流表的读数通过下式求得（间接测量）(2)功率因数对供配电系统的影响所有感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低系统功率因数，过低的功率因数会给系统带来如下影响：一是电能损耗增加，当用电设备的有功功率一定时，功率因数愈低，其供电线路的电流愈大，线路的电力损耗随之增加。二是电压损失加大，功率因数低，通过线路的电流就大，线路电压降亦随之增加，从而影响用电设备的正常运转。三是供电设备利用率低，发电机发出的功率是有限的，当无功功率增加时，有功功率下降，发电机的效率降低。四是降低供电线路的有功功率输送能力。供电部门对不同用电企业的平均功率因数，有不同的要求。全国供用电规则规定如下：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：

100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。

其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。

农业用电，功率因数为0.80以上。

（3）无功补偿提高功率因数，通常有两个途径，一是提高自然功率因数，二是采用人工补偿。优先采用提高自然功率因数的方式，即提高电动机、变压器等设备的负荷率，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量。当提高自然功率因数的措施仍达不到要求时，就要采用人工补偿的方式。在电力用户的母线上并联电力电容器是最常用的一种补偿方式，如图2-7所示由图2-8可知，要使功率因数由

提高到

装设无功补偿装置（并联电容器）的容量为：△qc=tgФ—tgФ′称为无功补偿率，见附表3，可利用补偿前后的功率因数直接查得。加设补偿装之后，在用户需用的有功功率