第二章 负荷计算

1、电力工程系Department of Electrical Engineering是供电系统设计的基础是供电系统设计的基础第二章第二章 负荷计算及无功补偿负荷计算及无功补偿第二章第二章 负荷计算及无功补偿负荷计算及无功补偿 电力负荷和负荷曲线电力负荷和负荷曲线 负荷计算的方法负荷计算的方法 企业负荷的确定和变压器选择企业负荷的确定和变压器选择 功率因数补偿技术功率因数补偿技术主要要研究三个问题：主要要研究三个问题：n什么是负荷？什么是负荷？n为什么要进行负荷计算？为什么要进行负荷计算？1.怎样进行负荷计算？怎样进行负荷计算？第二章第二章 负荷计算及无功补偿负荷计算及无功补偿概念：概念：“电力负

2、荷电力负荷”在不同的场合可以有不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，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也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。的大小。 n负荷分类：负荷分类： 按用途可分为：照明负荷和动力负荷按用途可分为：照明负荷和动力负荷 按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷（民用电）活负荷（民用电） 电力负荷（设备）按工作制的分类电力负荷（设备）按工作制的分类长期连续工作制长期连续工作制短时工作制短时工作制 断续周期工作制断续周期工作制2 2 为什么负荷计算为什么负荷计算从工

3、矿企业用电角度从工矿企业用电角度供电系统电气设备选择（供电系统电气设备选择（导线、开关、变压器导线、开关、变压器等等）继电保护整定继电保护整定选择仪表量程选择仪表量程从系统供电角度从系统供电角度安排供电方案及系统运行方式安排供电方案及系统运行方式估算估算过高过高：增加供电设备的容量，使电网复杂；增加供电设备的容量，使电网复杂；浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量；浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量；由于由于工厂企业工厂企业是国家电力的是国家电力的主要用户主要用户，将给电力系统及，将给电力系统及整个国民经济建设带来很大的危害；整个国民经济建设带来很大的危害；估算估算过低过低：投入生产后

4、，线路及电气设备过热；投入生产后，线路及电气设备过热；绝缘老化加快，降低使用寿命，增大电能损耗；绝缘老化加快，降低使用寿命，增大电能损耗；影响供电系统的正常可靠运行。影响供电系统的正常可靠运行。3 3 负荷计算方法负荷计算方法需要系数法需要系数法二项式系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。变、配电所的负荷计算。二项式系数法考虑了用电设备中二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱

5、的负荷低压配电支干线和配电箱的负荷计算。计算。负荷计负荷计算方法算方法第一节第一节 负荷曲线及参数负荷曲线及参数什么是负荷曲线？什么是负荷曲线？ 电力负荷随时间变化的曲线，反映了电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。势的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。负荷曲线用途负荷曲线用途 确定系统运行方式确定系统运行方式 安排设备检修计划安排设备检修计划 负荷统计计算负荷统计计算负荷曲线分类负荷曲线分类按负荷性质分按负荷性质分有功负荷曲线有功负荷曲线无功负荷曲线无功负荷曲线按负荷变动的时间分按负荷变动

6、的时间分日负荷曲线日负荷曲线(24h)(24h)月负荷曲线月负荷曲线年负荷曲线（年负荷曲线（8760h8760h 4. 4. 日负荷曲线日负荷曲线：负荷在一昼夜间（负荷在一昼夜间（024h）变化）变化情况。情况。 绘制：绘制： n以某个监测点为参考点，在以某个监测点为参考点，在24h24h中各个时刻记录有功中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。荷曲线。 通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，（一般为半小时）将其读数记录下来， 求

7、出求出0.5h0.5h的的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。日负荷曲线的绘制图日负荷曲线的绘制图 负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kWkW、kvarkvar）。）。日有功负荷曲线日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线依点连成的负荷曲线阶梯形负荷曲线阶梯形负荷曲线n年负荷曲线年负荷曲线 年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负

8、荷曲线。负荷曲线。 年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。变化。年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。时间重新排列组成。年负荷曲线年负荷曲线年负荷持续时间曲线，年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时与对应的负荷持续时间（全年按间（全年按8760h计）计）的关系。的关系。年每日

9、最大负荷曲线，年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘半小时平均负荷来绘制的。制的。工程上，企业的年有功负荷曲线可以根据企业一年中具有代表性的工程上，企业的年有功负荷曲线可以根据企业一年中具有代表性的冬季和夏季的日有功负荷曲线来绘制。冬季和夏季的日有功负荷曲线来绘制。图图c就假定是绘制我国南方某企业的年负荷曲线。就假定是绘制我国南方某企业的年负荷曲线。 200165211ttT年最大负荷年最大负荷P Pmaxmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷， 它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最

10、多的半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时T Tmaxmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。l有关负荷计算的几个物理量有关负荷计算的几个物理量平均负荷平均负荷平均负荷就是负荷在一定时间平均负荷就是负荷在一定时间t t内消耗内消耗电能的平均值电能的平均值tWPtav年平均负荷年平均负荷年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总电能除全年总小时数。电能除全年总小时数。 8760aavWP负荷系数负荷系数: : 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比

11、值，即 用来表征负荷变化程度，比值越大，则负荷越平稳。用来表征负荷变化程度，比值越大，则负荷越平稳。 计算负荷计算负荷n计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中导体和电气设备的假想负荷。选择供电系统中导体和电气设备的假想负荷。n计算负荷持续流过导体（或其它电气设备）所产生的计算负荷持续流过导体（或其它电气设备）所产生的 热效应热效应（恒定温升）应等于按实际变动负荷长期运行（恒定温升）应等于按实际变动负荷长期运行 时所产生的最大热效应（平均最高温度）时所产生的最大热效应（平均最高温度）n计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常取

12、半计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常取半小时平均最大负荷小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算（亦即年最大负荷）作为计算负荷。负荷。负荷计算负荷计算: :是指对某一线路中的实际用是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。该线路的计算负荷的过程。 PcaPca-负荷的有功计算负荷负荷的有功计算负荷 QcaQca-负荷的无功计算负荷负荷的无功计算负荷 ScaSca-负荷的视在计算负荷负荷的视在计算负荷 Ica-Ica-负荷的计算电流负荷的计算电流第二节第二节 负荷计算的方法负荷计算的方法 我国目前普遍采用的

13、确定用电设备组计算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。需要负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的系数法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的基本方法，二项式法应用的局限性较大，但在基本方法，二项式法应用的局限性较大，但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。要系数法合理，且计算也较简便。一、用电设备容量的确定一、用电设备容量的确定1 1、设备容量的定义、设备容量的定义 在

14、每台用电设备的铭牌上都有在每台用电设备的铭牌上都有“额定功额定功率率”PN，但由于各用电设备的额定工作方，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其功率直接相加，必须先将其换算为同一工换算为同一工作制下的额定功率作制下的额定功率，然后才能相加。经过，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的换算至统一规定的工作制下的“额定功率额定功率”称为称为“设备额定容量设备额定容量”，用，用Pe表示。表示。2 2、工厂用电设备的工作制、工厂用电设备的工作制长期连续工作制设备长期连续工作制设备短时工作制设备短时工作制设备反复

15、短时工作制设备反复短时工作制设备%1000tttN工作时间工作时间停歇时间停歇时间同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的换到一个统一的下。下。这种换算按同一周期内相同发热条件来进行换这种换算按同一周期内相同发热条件来进行换算。算。n 断续工作制电气设备的功率与负荷持续断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系率的关系212121ttt1tPPPTIRIAIPUIP下，功率的换算公式为所以，不同负荷持续率因此有，在同一周期内负荷持续率热量相同时，在设备电阻不变而

16、发热量散失，则过程，即发热不向四周假设工作周期内为绝热，故在相同电压下功率3 3、 设备容量的确定方法设备容量的确定方法长期工作制和短期工作制的用电设备长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PPe=PN N 反复短时工作制的用电设备反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。功率。对起重电动机应统一换算到对起重电动机应统一换算到=

17、25%=25%，换算公式为：，换算公式为： NNNNePPP225起重电动机起重电动机换算后设换算后设备容量备容量（换算前）设（换算前）设备铬牌额定功备铬牌额定功率率设备铬牌暂载设备铬牌暂载率率对电焊机设备，应统一换算到对电焊机设备，应统一换算到=100%=100%，换算，换算公式为：公式为： NNNNeSPPcos电焊机设备电焊机设备设备铬牌额定容量设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数设备铬牌功率因数二、需要系数法二、需要系数法 1 1、需要系数、需要系数KdKd 由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设

18、备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数，用Kd表示。 需要系数的含义需要系数的含义llodKKKe需要需要系数系数同时系数同时系数K：并并非供电范围内的非供电范围内的所有用电设备都所有用电设备都会同时投入使用会同时投入使用负荷系数负荷系数KLo：并并非投入使用的所有非投入使用的所有电气设备任何时候电气设备任何时候都会满载运行都会满载运行电气设备的平均效电气设备的平均效率率e：电气设备额电气设备额定功率与输入功率定功率与输入功率不一定相等不一定相等 线路的平均效率线路的平均效率l ：考虑直接向考虑直接向电气设备配电的电气设备配电的配电线路上的功配电线路上的功

19、率损耗后，电气率损耗后，电气设备输入功率与设备输入功率与系统向设备提供系统向设备提供的功率不一定相的功率不一定相同同 注：注：工程实际中，很难通工程实际中，很难通过过Kd的表达式来求得需要的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表系数，一般都是通过查表求得其经验值求得其经验值 2 2、需要系数法、需要系数法 edcaPKPeiePP需要系数需要系数用 电 设 备用 电 设 备组 所 有 设组 所 有 设备 容 量 之备 容 量 之和和用电设备组每用电设备组每台设备的容量台设备的容量n（1）对）对1台用电设备宜取台用电设备宜取n (2) 用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 有功计算负荷：有功

20、计算负荷： 无功计算负荷：无功计算负荷： 1dKedcaPKPtancacaPQ视在计算负荷：视在计算负荷： 计算电流：计算电流： 22cacacaQPSNcacaUSI3各用电设备组的需要系数各用电设备组的需要系数K Kd d及功率因数及功率因数 用电设备组名称用电设备组名称 需要系数需要系数Kd 二项式系数二项式系数 最大最大容量容量设备设备台数台数 功率功率因数因数ab小批量生产金属冷加工机床小批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床大批量生产金属冷加工机床小批量生产金属热加工机床小批量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床大批量生产金属热加工机床 0.160.20.18.25

21、0.250.30.30.35 0.140.140.240.26 0.40.50.40.5 5555 0.50.50.60.65 1.731.731.331.17 通风机、水泵、空压机通风机、水泵、空压机 0.70.8 0.65 0.25 5 0.8 0.75 非联锁的连续运输机械非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.50.60.650.7 0.40.6 0.20.2 55 0.750.75 0.880.88 锅炉房和机加、机修、装配锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车车间的吊车铸造车间吊车铸造车间吊车0.10.150.150.25 0.060.09 0.20.3 33 0.

22、50.5 1.731.73 tan自动装料电阻炉自动装料电阻炉非自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱小型电阻炉、干燥箱0.750.80.650.750.7 0.70.70.7 0.30.3 22 0.950.951.0 0.330.330 高频感应电炉（不带补偿）高频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）电弧熔炉电弧熔炉0.80.80.9 0.60.350.87 1.332.680.57 点焊机、缝焊机点焊机、缝焊机对焊机对焊机0.350.35 0.60.71.331.02 自动弧焊变压器自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变

23、压器多头手动弧焊变压器0.50.350.4 0.40.350.35 2.292.682.68 n当当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。当一用较大值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较少时，一般条线路内的用电设备的台数较少时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的荷，或者采用较大的Kd值值(0.851)。 n (3)

24、 多组用电设备的计算负荷多组用电设备的计算负荷 总的有功计算负荷：总的有功计算负荷： 总的无功计算负荷：总的无功计算负荷： caicaPKPcaicaQKQ 在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。 总的视在计算负荷：总的视在计算负荷： 总的计算电流：总的计算电流： 22cacacaQPSNcacaUSI3 在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入

25、一个同时系数的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。 应用范围 K 确定车间变电所低压线路最大负荷 冷加工车间 热加工车间 动力站 0.70.80.70.90.81.0 确定配电所母线的最大负荷 计算负荷小于5000kW 计算负荷小于500010000kW 计算负荷大于10000kW 0.91.00.850.8 n例例 2-12-1某小批量生产车间某小批量生产车间380V380V线路上接有金属切削机床线路上接有金属切削机床共共2020台（其中台（其中10.5kW-410.5kW-4台，台，7.5kW-87.5kW-8台，台，5kW-85kW-8台），台），车间有车间有380V380V

26、电焊机电焊机2 2台（每台容量台（每台容量20kVA20kVA， ），车间有吊车），车间有吊车1 1台台11kW11kW， ），试计算此车间的），试计算此车间的计算负荷计算负荷。 %65N5 .0cosN%25N解：（解：（1 1）金属切削机床组的计算负荷）金属切削机床组的计算负荷 查表取需要系数和功率因数为：查表取需要系数和功率因数为：73. 1tan 5 . 0cos 2 . 0，dKkW4 .281422 . 0)1(30Pvark1 .494 .2873. 1) 1 (30QkVA8 .561 .494 .2822) 1 (30SA3 .8638. 038 .56)1(30I所以，有所

27、以，有（2 2）电焊机组的计算负荷）电焊机组的计算负荷查表查表 取需要系数和功率因数为：取需要系数和功率因数为：68. 2tan 35. 0cos 35. 0，dKkW6 . 51 .1635. 0)2(30Pkvar0 .1568. 26 . 5)2(30QkVA0 .160 .156 . 522)2(30SA3 .2438. 0316)2(30I（3 3）吊车组的计算负荷）吊车组的计算负荷查表取需要系数和功率因数为查表取需要系数和功率因数为73. 1tan 5 . 0cos 15. 0，dKkW11)3(30Pvark03.1973.111)3(30QkVA2203.191122)3(30

28、SA47.3338. 0*322)3(30I（4 4）全车间的总计算负荷）全车间的总计算负荷 查表取同时系数为查表取同时系数为0.80.8，所以全车间的计算负荷为：，所以全车间的计算负荷为： 8.0KkW36)116 . 54 .28(8 . 030eiPKPvark504.66)03.19151 .49(8 . 030eiqQKQkVA75504.66362230SA08.11438.037530I 一机修车间的一机修车间的380V380V线路上，接有金线路上，接有金属切削机床电动机属切削机床电动机2020台共台共50kW50kW，另接通，另接通风机风机1.2kW21.2kW2台；电阻炉台；

29、电阻炉1 1台台2kW2kW。试求计。试求计算负荷（设同时系数为算负荷（设同时系数为0.90.9）。）。 n例例 2-2 解 : (1) 冷加工机床：查表可得冷加工机床：查表可得K Kd1d1=0.2=0.2，coscos1 1=0.5=0.5， tgtg1 1=1.73=1.73 P Pca1ca1= K= Kd1d1P Pe1e1=0.2=0.250=10kW 50=10kW Q Qca1ca1=P=Pc1c1tgtg1 1=10=101.73=17.3kvar1.73=17.3kvar (2) (2)通风机：通风机：K Kd2d2=0.8=0.8，coscos2 2=0.8=0.8，tg

30、tg2 2=0.75=0.75 P Pca2ca2= K= Kd2d2P Pe2e2=0.8=0.82.4=1.92kW 2.4=1.92kW Q Qca2ca2=P=Pc2c2tgtg2 2=1.92=1.920.75=1.44kvar0.75=1.44kvar (3)(3)电阻炉：因只电阻炉：因只1 1台，故其计算负荷等于设备容量台，故其计算负荷等于设备容量 P Pca3ca3=P=Pe3e3=2kW=2kW Q Qca3ca3=0 =0 (4) (4)车间计算负荷：车间计算负荷： Pca=Kp(PPca=Kp(Pca1 +ca1 +P Pca2 +ca2 +P Pca3ca3) ) =0

31、.9(10+1.92+2) =0.9(10+1.92+2) =12.53 =12.533、 二项式法确定计算负荷二项式法确定计算负荷 当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的的低压支线和干线的 计算负荷时，采用二项式法。计算负荷时，采用二项式法。对于同一工作制的单组用电设备，二项式系数法对于同一工作制的单组用电设备，二项式系数法 的基本公式为的基本公式为: : 221tancacacacacaNxcaQPSPQPbPcP但是必须注意：但是必须注意：l按二项式系数法确定计算负荷时，如果设按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数备总台数

32、n2xn2x时，则时，则x x 宜相应取小一些，宜相应取小一些，建议取为建议取为x=n/2x=n/2如果用电设备组只有如果用电设备组只有1-21-2台设备时，就可台设备时，就可认为认为P P3030=P=Pe e，即，即 b=1b=1、c=0c=0。 第三节第三节 企业负荷的确定与变压器的选择企业负荷的确定与变压器的选择1、供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗 (kvar) 103(kw) 1033232XIQRIPcalcal一一 供电系统的功率损耗和电能损耗供电系统的功率损耗和电能损耗式中式中 IcaIca线路中的计算电流，线路中的计算电流，A A； R R线路每相电阻线路每相电阻，等于单

33、位长度的电阻，等于单位长度的电阻R0R0乘以长度乘以长度L L； X X线路每相电抗线路每相电抗，等于单位长度的电抗，等于单位长度的电抗X0X0乘以长度乘以长度L L。 变压器的功率损耗包括有功功率损耗变压器的功率损耗包括有功功率损耗PT和和无功功率损耗无功功率损耗QT。变压器的有功功率损耗由两部分组成：变压器的有功功率损耗由两部分组成：一部分是变压器在额定电压一部分是变压器在额定电压UN时不变的空时不变的空载损耗载损耗P0，也就是铁损，也就是铁损PFe；另一部分是随；另一部分是随负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗Pl，也就，也就是铜损是铜损PCu。变压器的短路损

34、耗。变压器的短路损耗Pk可认为是可认为是额定电流下的铜损额定电流下的铜损PCuN。2、变压器的功率损耗、变压器的功率损耗由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，所以变压器在计算负荷比，所以变压器在计算负荷Sca下的有功功率损下的有功功率损耗耗PT为：为： 式中式中 Sca变压器低压侧的计算负荷，变压器低压侧的计算负荷，kVA； SNT变压器额定容量，变压器额定容量，kVA； P0变压器空载有功损耗，变压器空载有功损耗，kW； Pk变压器有功短路损耗，变压器有功短路损耗，kW。 kWSSPPPPPNTcaklT,200变压器的无功功率损耗也由两部分组成：变

35、压器的无功功率损耗也由两部分组成：一部分是变压器空载时不变的无功损耗一部分是变压器空载时不变的无功损耗Q0，另一，另一部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗。部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗。所以变压器在计算负荷所以变压器在计算负荷Sca下的无功功率损耗下的无功功率损耗QT为：为：式中式中 变压器空载时的无功损耗，变压器空载时的无功损耗，kvar； 变压器额定负荷时的无功损耗，变压器额定负荷时的无功损耗，kvar； 变压器空载电流的百分值；变压器空载电流的百分值； 变压器阻抗电压的百分值。变压器阻抗电压的百分值。 2020100%100%NTcakNTNTcaNTSS

36、UISSSQQQNTSIQ100%00NTkNSUQ100%0I%kU 在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损耗可按下式近似计算：耗可按下式近似计算： (kvar) 05. 0 (kw) 01. 0CaTCaTSQSP (kvar) 06. 0 (kw) 015. 0CaTCaTSQSPSL9等型号变压器等型号变压器SL7等型号变压器等型号变压器 3 企业年电能损耗lcalPRIW23208760NTcaSSkTPPW线路年平均损耗 ：称为最大负荷损耗小时数。：称为最大负荷损耗小时数。 其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电其物理意义为：当线路和变压器

37、中以最大负荷电流流 流过流过 小时后所产生的电能损耗，等于小时后所产生的电能损耗，等于实际变化电流时全年的电能损耗。实际变化电流时全年的电能损耗。caI变压器年平均损耗NPNcaPP 企业计算负荷可以按企业计算负荷可以按逐级计算法逐级计算法来确来确定。这种方法是先用需用系数法确定各级定。这种方法是先用需用系数法确定各级用电设备组的计算负荷，然后从用电末端用电设备组的计算负荷，然后从用电末端向车间变电所向车间变电所0.4kV0.4kV母线及母线及6-10kV6-10kV母线考母线考虑同时系数逐级相加的计算方法。虑同时系数逐级相加的计算方法。 二、二、 企业计算负荷的确定企业计算负荷的确定1求用电

38、设备组的计算负荷求用电设备组的计算负荷 先将车间用电设备按工作先将车间用电设备按工作制的不同分为若干组，求各用制的不同分为若干组，求各用电设备组的设备容量，再用需电设备组的设备容量，再用需用系数法确定各用电设备组的用系数法确定各用电设备组的计算负荷。如图中的计算负荷。如图中的点。点。 2求车间低压变压器侧的求车间低压变压器侧的Pca 将低压各用电设备组的计将低压各用电设备组的计算负荷的总和乘以同时系数就算负荷的总和乘以同时系数就得到得到0.4kV母线的计算负荷。母线的计算负荷。如图中如图中点。点。可选择车间变压器可选择车间变压器的容量及低压导线的截面。的容量及低压导线的截面。3求车间变压器高压

39、侧求车间变压器高压侧Pca 变压器低压侧计算负荷加变压器低压侧计算负荷加上该变压器的功率损耗（估算上该变压器的功率损耗（估算法）便得变压器高压侧的计算法）便得变压器高压侧的计算负荷（图中负荷（图中点）。点）。用于选择车间变电用于选择车间变电所高压侧进线导线的截面。所高压侧进线导线的截面。4总降压站总降压站610kV侧的侧的Pca总降压站各配出线计算负荷总降压站各配出线计算负荷的总和乘以一个同时系数，再的总和乘以一个同时系数，再加上各高压配出线的功率损耗加上各高压配出线的功率损耗（如线路不长，其功率损耗可（如线路不长，其功率损耗可以忽略。图中以忽略。图中点）。点）。用来选择总降压站用来选择总降压

40、站主变压器的容量及台数。主变压器的容量及台数。5企业总计算负荷的确定企业总计算负荷的确定 首先计算出主变压器的功首先计算出主变压器的功率损耗，然后将率损耗，然后将610kV侧的侧的计算负荷加上主变压器功率损计算负荷加上主变压器功率损耗。（图中耗。（图中点）点）全厂总计算负荷的全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线算，选择高压进线导线及进线开关设备。开关设备。三、三、 变压器选择变压器选择1. 车间变电所变压器台数与容量的选择车间变电所变

41、压器台数与容量的选择 对于一般生产车间，尽量装设一台变压器，其额对于一般生产车间，尽量装设一台变压器，其额定容量应大于用电设备的总计算负荷，且应有适当定容量应大于用电设备的总计算负荷，且应有适当富裕容量。富裕容量。 对于有对于有一、一、二级负荷的车间，要求两个电源供电二级负荷的车间，要求两个电源供电时，应选用两台变压器，每台变压器容量应能承担时，应选用两台变压器，每台变压器容量应能承担全部一、二级负荷的供电。如果与相邻车间有联络全部一、二级负荷的供电。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电所出现故障时，其一、二级负荷线时，当车间变电所出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，亦可选用一

42、台变压可通过联络线保证继续供电，亦可选用一台变压器器。 n对于随季节变动较大的负荷，为了使运对于随季节变动较大的负荷，为了使运行经济，减少变压器空载损耗，也宜采行经济，减少变压器空载损耗，也宜采用两台变压器，以便在低谷负荷时，切用两台变压器，以便在低谷负荷时，切除一台。除一台。n凡选用两台变压器的变电所，任一台变凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独投入运行时，必须能满足变电压器单独投入运行时，必须能满足变电所总计算负荷所总计算负荷70%70%的需要和一、二级负荷的需要和一、二级负荷的需要的需要。 对第三级负荷供电的总降变电所，或者有对第三级负荷供电的总降变电所，或者有少量一、二级负荷，但

43、可由邻近企业取得备用少量一、二级负荷，但可由邻近企业取得备用电源时，可只装设一台主变压器；其额定容量电源时，可只装设一台主变压器；其额定容量应大于企业全部车间变电所计算负荷的总和，应大于企业全部车间变电所计算负荷的总和，并考虑并考虑15%15%25%25%的富裕。的富裕。 当企业中一、二级负荷占全部负荷比重较当企业中一、二级负荷占全部负荷比重较大时，应装设两台主变压器，两台主变压器之大时，应装设两台主变压器，两台主变压器之间互为备用。当一台出现事故或检修时，另一间互为备用。当一台出现事故或检修时，另一台能承担全部一、二级负荷。台能承担全部一、二级负荷。 2 .企业总降压变电所主变压器的选择企业

44、总降压变电所主变压器的选择 所谓变压器的经济运行，是指变压器在功率损耗最小的所谓变压器的经济运行，是指变压器在功率损耗最小的情况下的运行方式。这样使电能损耗最小，运行费用最低。情况下的运行方式。这样使电能损耗最小，运行费用最低。 如果把无功损耗归算为有功损耗，则变压器在实际负荷如果把无功损耗归算为有功损耗，则变压器在实际负荷S S下，其总的功率损耗可由下式求得：下，其总的功率损耗可由下式求得：式中式中 Kq为无功功率经济当量。它的意义是指供电系统中每增为无功功率经济当量。它的意义是指供电系统中每增 加加1kvar的无功损耗，相当于有功损耗增加的千瓦数，的无功损耗，相当于有功损耗增加的千瓦数，

45、此值通常取此值通常取0.060.1kW/kvar。 200NTkqkqSSQKPQKPP四、四、 变压器的经济运行变压器的经济运行 求出两种运行方案求出两种运行方案归算以后的功率损耗，归算以后的功率损耗，并分别绘出随负荷而变并分别绘出随负荷而变化的曲线。化的曲线。 现假设变电所有两台同型号同容量的变压器，现假设变电所有两台同型号同容量的变压器，当其中一台变压器运行时，它承担所有的负荷当其中一台变压器运行时，它承担所有的负荷S；当两台变压器同时并列运行时，每台承担负荷当两台变压器同时并列运行时，每台承担负荷S/2。n 两条曲线交于两条曲线交于n n点，它所对应的负荷称为点，它所对应的负荷称为变压

46、器经济运行的临界负荷变压器经济运行的临界负荷ScrScr。n 同理，如果变电所装设同容量多台变压器，根据n台和n+1台两种运行方式总有功损耗相等的原则，可求出其临界负荷值： 显然，实际负荷小于Scr应取n台运行，大于Scr则取n+1台运行。kqkqNTcrQKPQKPnnSS00) 1(一、功率因数概论一、功率因数概论（一）功率因数的定义（一）功率因数的定义 工厂供配电系统中的用电设备绝大多数都是根据电磁工厂供配电系统中的用电设备绝大多数都是根据电磁感应原理工作的。一部分用于作功，将电能转换为机械感应原理工作的。一部分用于作功，将电能转换为机械能，称为有功功率；另一部分用来建立交变磁场，将电能

47、能，称为有功功率；另一部分用来建立交变磁场，将电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，这样反复交换的功转换为磁能，再由磁能转换为电能，这样反复交换的功率，称为无功功率。率，称为无功功率。 在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用因数，用coscos表示。表示。 当有功功率一定时，用户所需感性当有功功率一定时，用户所需感性无功功率越大，其功率因数越小。无功功率越大，其功率因数越小。 第四节第四节 功率因数补偿技术功率因数补偿技术（二）企业供电系统的功率因数（二）企业供电系统的功率因数 1. 瞬时功率因数瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读

48、出，瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：式中：P功率表测出的三相功率读数（功率表测出的三相功率读数（kW）；）；U电压表测出的线电压读数（电压表测出的线电压读数（kV）；）；I电流表测出的相电流读数（电流表测出的相电流读数（A）。）。瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。变化情况。 UIP3cos 2. 平均功率因数平均功率因数平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为均值。其计算

49、公式为式中：式中： AP-某一时间内消耗的有功电能（某一时间内消耗的有功电能（kWh）；）； 由有功电度表读出。由有功电度表读出。Aq-某一时间内消耗的无功电能（某一时间内消耗的无功电能（kvarh）；）；由无功电度表读出。由无功电度表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。已投入生产的工业企业的功率因数。 P222PQQP1cos1AAAAA对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方

50、法：方法：式中：式中： Pca-全企业的有功功率计算负荷，全企业的有功功率计算负荷，kW；Qca-全企业的无功功率计算负荷，全企业的无功功率计算负荷，kvar；-有功负荷系数，一般为有功负荷系数，一般为0.70.75；-无功负荷系数，一般为无功负荷系数，一般为0.760.82。 222)(11)()(coscacacacacaavavavPQQPPSP3、最大负荷时的功率因数、最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分别写出：式中：Pca全企业的有功功率计算负荷，kW；Qca全企业的无功功率计算负荷，kvar；Sca全企业的视在计

51、算负荷，kVA。 22coscacacacacacaQPPSP（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而格尺寸增大，因而增大了初投资费用增大了初投资费用。（2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。（3）线路的电压损耗增大线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。电设备的正常运行。（4）使电力系统内

52、的电气设备容量不能充分利用使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。 综上可知综上可知, ,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标。也是供电系统的一项重要的经济指标。 （三）（三） 功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响n我国有关规程规定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其它工厂则不得低于

53、0.85。 n目前，供电部门征收电费，将用户的功率因数高低作为一项重要的经济指标（四）（四） 国家相关规定国家相关规定 1、提高自然功率因数、提高自然功率因数 不添置任何无功补偿设备，是不添置任何无功补偿设备，是采用降低各用电设备所需采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，的无功功率以改善其功率因数的措施，它不需要增加投资，它不需要增加投资，是提高功率因数的基本措施。是提高功率因数的基本措施。主要有：主要有： 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行； 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；更换轻负荷感应电动机

54、或者改变轻负荷电动机的接线； 电力变压器不宜轻载运行；电力变压器不宜轻载运行； 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限 制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； 使用无电压运行的电磁开关。使用无电压运行的电磁开关。 二、提高功率因数的方法二、提高功率因数的方法 当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到功率因数仍不能达到供用电规则供用电规则所要求的数值所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无时，就需要设置专门的无功补偿电源，人

55、工补偿无功功率。功功率。 人工补偿无功功率的方法主要有以下几种：人工补偿无功功率的方法主要有以下几种： 并联电容器补偿并联电容器补偿 同步电动机补偿同步电动机补偿 动态无功功率补偿动态无功功率补偿 2、 人工补偿无功功率人工补偿无功功率三、并联电力电容器组提高功率因数三、并联电力电容器组提高功率因数数数（一）电容器并联补偿的工作原理（一）电容器并联补偿的工作原理图210并联电容器的补偿原理 a接线图；b相量图 对于用户供电系统，电力电容器组的设置有高压集中补偿、对于用户供电系统，电力电容器组的设置有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿低压成组补偿和分散就地补偿3种方式种方式 。高压集中补偿

56、高压集中补偿 将电容器组集中装设在变电所的将电容器组集中装设在变电所的6kv6kv10kv10kv母线上。母线上。补偿范围最小，补偿范围最小， 经济效果较差。但装设集中，运行条件较好，经济效果较差。但装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少；维护管理方便，投资较少；低压成组补偿低压成组补偿 把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间动力变压器的低压母线上。车间动力变压器的低压母线上。补偿范围比高压集中补偿大，比补偿范围比高压集中补偿大，比较经济，运行维护安全方便较经济，运行维护安全方便；分散就地补偿分散就地补偿 将电容器组分别地装设在各组用电

57、设备或单独的将电容器组分别地装设在各组用电设备或单独的大容量电动机处。大容量电动机处。补偿范围最大，效果最好，但投资较大，电容补偿范围最大，效果最好，但投资较大，电容器的利用率较低器的利用率较低。 （二）无功补偿区的概念（二）无功补偿区的概念 （三）补偿电容器组的接线方式（三）补偿电容器组的接线方式 在无功补偿中，在无功补偿中，10kV10kV及以下线路的补偿电容器组常按三角形接线，主及以下线路的补偿电容器组常按三角形接线，主要原因如下：要原因如下： 1 1）可以防止电容器容量不对称而出现的过电压。）可以防止电容器容量不对称而出现的过电压。 2 2）若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减少，不致于使该相失）若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减少，不致于使该相失 去补偿。去补偿。 3 3）可以充分发挥电容器的补偿能力）可以充分发挥电容器的补偿能力 。 缺点：缺点：当任何一台电容器被击穿时，就形成两相短路，当任何一台电容器被击穿时，就形成两相短路， 其故障电流很大。其故障电流很大。 当单相电容器的额定电压低于电网额定电压时，应采用当单相电容器的额定电压低于电网额定电压时，应采用Y Y联结，或联结，或几个电容器串联后，使每相电容器组的额定电压高于或等于电网的额定几个电