第2章 电力负荷及其计算

1、第二章电力负荷及其计算，山东农业大学电气工程系供配电技术，第二章负荷计算和无功补偿，2.1负荷曲线和计算负荷，2.2电气设备额定容量的确定，2.3负荷计算方法，2.4功率损耗和电能损耗，2.5工厂计算负荷和年电能消耗，2.6建筑用电负荷计算方法，2.7功率因数和无功补偿，2.8峰值电流计算，3.2.1负荷曲线和计算负荷。在直角坐标系中，纵坐标代表负载值(有功功率或无功功率)，横坐标代表相应的时间(通常以小时为单位)。根据负荷的功率特性，负荷曲线的分类可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；根据不同的负荷对象，划分用户、车间或某类设备的负荷曲线。根据负荷变化所表示的时间点，可分为日负荷、月负荷和年负荷

2、曲线。5，2天负荷曲线日负荷曲线显示一昼夜(024小时)的负荷变化。见图2-1。日负荷曲线可通过测量方法绘制。绘制方法如下：(1)以一个监测点为参考点，记录24小时内每次有功电能表的读数，并逐点绘制成虚线形状，称为虚线负荷曲线，如图2-1a所示。(2)通过连接到供电线路的电度表记录一定时间间隔(通常半小时)的读数，计算0.5小时的平均功率，然后依次在坐标上画出这些点，并将这些点连接成一个阶跃负载曲线，如图2-1b所示。年负荷曲线年负荷曲线反映了全年(8760小时)的负荷变化。如图2-2所示。年负荷曲线分为年运行负荷曲线和年连续负荷曲线。年运行负荷曲线可以根据年日负荷曲线间接制作。年连续负荷曲线

3、应借助冬季和夏季有代表性的日负荷曲线来绘制。年连续负荷曲线通常用来表示年负荷曲线，其绘制方法如图2-2所示。一年中夏季和冬季的天数取决于地理位置和温度。通常在北方，冬季大约200天，夏季大约165天；在南方，冬天大约165天，夏天大约200天。图2-2是南方某用户的年负荷曲线，其中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为t1=200t165t2。注：日负荷曲线按时间顺序绘制，年负荷曲线按负荷大小和累计时间绘制。通过分析负荷曲线，可以了解负荷变化的规律，并为供电设计人员提供一些有用的设计数据；就运行而言，可以合理规划用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，以降低高峰负荷，填补低负荷。这种“削峰填谷”的

4、方法可以使负荷曲线相对平缓，从而达到节电的效果。8、9、10、2年最大负荷和年最大负荷利用小时数(1)年最大负荷Pmax是全年负荷最大的工人阶级消耗最多电能的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。(2)年最大负荷利用小时Tmax年最大负荷利用小时，也称为年最大负荷利用时间Tmax，是一个假想时间，在此期间，电力负荷根据年最大负荷Pmax(或P30)连续运行所消耗的电能正好等于电力负荷全年所消耗的实际电能。11，下图显示了工厂的年有功负荷曲线，该曲线上的最大负荷Pmax是年最大负荷，Tmax是年最大负荷利用小时数。Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。值越大，负载越平滑。如

5、果年最大负荷利用小时是8760小时，这意味着负荷不会全年变化(这实际上是不可能的)。Tmax与用户的性质和生产班次系统有关。例如，一班工厂的Tmax约为18003000小时，两班工厂的Tmax约为35004800小时，三班工厂的Tmax约为50007000小时，居民用户的Tmax约为50007000小时，13，表2-2部分企业年最大负荷利用小时数，14，3。平均负荷Pav平均负荷Pav是电力负荷在一定时间T内消耗的平均功率，即电力负荷在该时间T内消耗的电能W的值除以时间T，即Pav=W/t年平均负荷为PAV=WA/8760，15，16，负荷系数。一般工厂的年平均负荷系数为=0.70.75=0.

6、760.82，17。负载系数也称为负载系数或负载填充系数，它表示负载曲线不均匀的程度。负载系数越接近1，负载越平坦。因此，用户应尽量提高负载系数，以充分发挥供电设备的供电能力，提高供电效率。有时，有功负荷系数用表示，无功负荷系数用表示。一般工厂=0.70.75，=0.760.82，表示设备或设备组的能力是否得到充分利用。对于单个电气设备或一组电气设备，负载系数是指设备的输出功率与设备的额定容量之比，即18，2。30计算负载是电源设计和计算的基本依据，也是选择电源系统中各种元件的依据，因此非常重要。计算负荷的定义：通过负荷的统计计算得到的假想负荷，用于根据加热条件选择导体和电气设备。恒定“假设负

7、载”产生的热效应等于实际运行可变负载产生的最大热效应。19.计算出的负荷基本上等于半小时内的最大负荷P30。通常，基于半小时平均负载绘制的负载曲线上的“最大负载”称为计算负载，因此P30用于表示有功计算负载(KW)，无功计算负载表示为I30 (AKvar)，这是显而易见的。它也可以用Pc (Qc，Sc，Ic)表示。计算负载的物理意义：电阻为R的导体在一定时间内通过可变负载，其最大温升达到其值。如果该导线同时通过另一个恒定负载，则该恒定负载为可变负载的计算负载，即计算负载和实际负载的最大温升相等。20，规定“半小时平均负荷”的原因：中小截面导体的加热时间常数一般大于10分钟。根据经验，中小截面导

8、体达到稳定温升大约需要3=31030(分钟)。如果导体负荷为短期峰值负荷，导体温升显然不可能达到最高值，只有持续30分钟以上的负荷才能构成导体的最高温升。大截面导体的加热时间常数通常大于10分钟，30分钟内无法实现稳定的温升。22，3。负荷计算的意义和目的负荷计算的主要目的是确定计算的负荷。如前所述，如果根据计算的负载选择导体和电器，导体和电器的最大温升不会超过实际运行中的允许值。计算出的负荷是设计中选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器和变压器的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，它是供电设计的前提，是实现供电系统安全经济运行的必要手段。负荷计算是电源设计和计算的基

9、本依据。计算负荷是否合理将直接影响电气设备和电线电缆的选择是否经济合理。计算负荷不能设置得太大，否则所选用的电气设备和电线电缆会太大，造成投资和有色金属的浪费；计算的负荷不能定得太小，否则所选的电气设备和电线电缆将长期超负荷运行，这将增加功率损耗，引起过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。1.电气设备的工作方式根据其工作方式，电气设备可分为三种类型：(1)连续运行工作系统(长期工作系统)(2)短期运行工作系统(短期工作系统)(3)间歇运行工作系统(重复短期工作系统)，25)连续运行工作系统(长期工作系统)如风机水泵、空气压缩机、带式输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械拖动电机，以及电炉、电解

10、设备、照明灯具等。都属于电气设备的连续运行系统。26、短期运行系统(简称短期运行系统)电气设备运行时间短，休息时间长。在工作时间内，电气设备的温升在该负荷下尚未达到稳定值，即停止冷却，在静止时间内，其温度降至周围介质的温度，这是短期运行的特点。例如，机床上的一些辅助电机(如横梁升降和刀架快速移动装置的驱动电机)和闸门电机等。这种设备的数量很少。27，间歇运行系统(重复短时运行系统)电气设备以间歇方式重复工作，其工作时间(t)和休息时间(t0)相互交替。在工作时间，设备温度上升，而在休息时间，温度再次下降。经过几个周期，它达到一个稳定的波动状态。如电焊机和起重机电机。具有间歇循环工作系统的设备通

11、常用临时负荷率来表征其工作特性，并取一个工作周期内的工作时间和工作周期的百分比值，即公式中的t、t0工作时间和休息时间，二者之和即为工作周期t。电气设备额定容量的计算每个电气设备的铭牌上有“额定功率”PN。 但由于各电气设备的额定工作方式不同，铭牌上规定的额定功率不能简单地直接添加，必须在添加前转换为同一工作系统下的额定功率。 转换为统一规定的工作系统的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。29、(1)长期工作系统和短期工作系统的设备容量Pe=PN (2)重复短期工作系统的设备容量电动机(包括电动葫芦、起重机、行车等)的设备容量。)对于起重机单元，当其=25%时，应统一转换为额定功率(

12、千瓦)，如果其N不等于25%，则转换公式应为3360，30。(3)电炉变压器的设备容量是指额定功率因数下的额定功率(千瓦)，即Pe=PN=SNcos，以及电焊机和焊接变压器的设备容量统一换算为100%时的额定功率(千瓦)。如果铭牌临时负载率n不等于100%，则应进行转换，公式为：31。(4)照明设备的设备容量等于标在灯泡3360 PE=PN荧光灯上的额定功率(KW)，还应考虑镇流器中的功率损耗(约为灯功率的20%)。设备容量应为灯管额定功率的1.2倍， Pe=1.2PN高压汞荧光灯还应考虑镇流器中的功率损耗(约为灯泡功率的10%)，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(KW)， PE=1.1

13、PN金属卤化物灯：使用镇流器时还应考虑镇流器中的功率损耗(约为灯泡功率的10%)。因此，设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kw)，pe=1.1pn，32，(5)不对称单相负载的设备容量。当有多个单相电气设备时，应均匀分布到三相，以减少三相负载的不对称性。根据设计规定，在计算范围内，如果单相电气设备的总容量不超过三相电气设备总容量的15%，则可视为三相对称分布。如果单相电气设备的不对称容量大于三相电气设备总容量的15%，设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则换算。33、当设备接入相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下：当单相设备接入相电压时，Pe相当于Pe3Pem型三相设备容量；PEM连接到最

14、大负载的单相设备的容量。当单相设备连接到线路电压时，与Pel连接到同一线路电压的单相设备的容量。3.4.2.3负荷计算方法供配电工程设计中常用的负荷计算方法包括：负荷密度法、单位指数法、需求系数法、二项式系数法等。1.计算负荷估计值；1.负荷密度法(kW) P0单位面积功率(负荷密度)，W/m2 S建筑面积，m2 P0的选择应综合考虑各种因素，如车间和建筑的性质，负荷的性质(空调的形式，照明灯具的选择)等。例如，P0=教学楼的11、15、35，1。计算负荷估计，2。单位指数法(kW)以Pe单位耗电量指数、W/户数、W/人数、W/床数等单位数为例，上海地区普通住宅建筑的单位指数为46kW/户，3

15、6。3.单位产品耗电量法如果已知一个车间或企业的年产量M和每个产品的单位耗电量A(见表2-1)，那么该企业的年电能Wa为：Wa=am，估算方法实际上是一种指数法。在进行设计任务书或初步设计阶段，特别是方案比较时，按估算方法计算更为方便。37，表2-1各种产品的单位功耗，38，需求系数需求系数考虑了以下主要因素：在公式中，K同时使用系数是在最大负荷工作类别中某一组中工作的电气设备的容量与连接到线路的所有电气设备的总额定容量之比；KL负载系数，表示工作电气设备的实际所需功率与其额定容量之比；Wl线电源效率；实际运行功率下电气设备组的平均效率。实际上，对于成组电气设备来说，上述系数很难确定，对于一个

16、生产企业或车间来说，生产性质、工艺特点、加工条件、技术管理、劳动组织和工人操作水平等因素都对Kd有影响。因此，Kd只能通过测量统计来确定，如附录表35所示。以上因素可供设计人员在可变系数范围内选择时参考。40，1单个电气设备的计算负荷，Q301=P301tan，(2)无功功率的计算负荷，(1)有功功率的计算负荷：考虑到单个电气设备总是满负荷运行，其计算负荷为P301，计算目的是选择支线导线和其上的开关设备。其中：Pe换算为统一临时负荷率下电机的额定容量；额定负载下电气设备的效率。其中电气设备的功率因数角。41，2。电气设备组计算负荷(1)有功计算负荷：Kd电气设备组需求系数，见附录表3；Pe电气设备组的额定容量之和，但不包括备用设备的容量。(2)无功功率计算负荷：tan值见附录表3。(3)视在计算负荷：(4)计算电流：P30=KdPe，Q30=P30tan，计算目的：用于选择每组配电干线及其开关设备。42，当Kd值有一定范围的变化时，应详细分析该值。如果单位数较多，