工厂电力负荷及其计算

1、第2章第1页2022年年5月月11日日第二章第二章 工厂的电力负荷及其计算工厂的电力负荷及其计算 教 师：曹永红主要内容主要内容内容提要：本章介绍中小型工厂电力负荷的本章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其运用情况、负荷性质及其工作制工作制，重点介绍，重点介绍了确定用电设备组了确定用电设备组计算负荷的两种常用方计算负荷的两种常用方法法需要系数法需要系数法和和二项式系数法二项式系数法。接着讲。接着讲述了述了无功补偿无功补偿的措施。另外还简要介绍了对的措施。另外还简要介绍了对供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法以及城市电网用电负荷预测的常用方法。以

2、及城市电网用电负荷预测的常用方法。2.1工厂的电力负荷和负荷曲线工厂的电力负荷和负荷曲线2.1.1 工厂常用的用电设备工厂常用的用电设备2.1.2 工厂用电设备的工作制工厂用电设备的工作制2.1.3 负荷曲线负荷曲线“电力负荷电力负荷”又称电力负载，在不同又称电力负载，在不同的场合可以有不同的含义，它可以指的场合可以有不同的含义，它可以指用电用电设备设备或或用电单位用电单位，也可以指用电设备或用，也可以指用电设备或用电单位的电单位的功率功率或或电流电流的大小。的大小。 2.1.1 工厂常用用电设备工厂常用用电设备 生产加工机械的拖动设备；生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电焊、电镀设备；

3、电热设备；电热设备；照明设备。照明设备。 p1. 生产机械的拖动设备生产机械的拖动设备 机床设备机床设备起重运输设备起重运输设备功能功能金属切削金属切削金属压力加工金属压力加工功能功能起吊搬运物料起吊搬运物料运输客货运输客货车床车床铣床铣床刨床刨床钻床钻床磨床磨床组合机床组合机床镗床镗床冲床冲床锯床锯床剪床剪床砂轮机砂轮机吊车吊车行车行车输送机输送机电梯电梯自动扶梯自动扶梯生产机械的生产机械的拖动设备拖动设备p2电焊和电镀设备电焊和电镀设备 电电焊焊设设备备电电镀镀设设备备p3电热设备电热设备 电阻加热炉电阻加热炉电弧炉电弧炉感应炉感应炉其它电热设备其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于

4、各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等红外线加热、微波加热和等离子加热等p4照明设备照明设备 v工厂电力负荷的分级一级负荷： 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、用重要原料生产的大量产品报废、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、火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所不允许中断供电者， 为特别重要负荷。 p5电力负荷的分级电力负荷的分级 二级负荷

5、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。三级负荷 三级负荷为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷着均属于三级负荷。v双电源：指两路电源分别来自不同的发电厂；或一路电源来自发电厂，另一路电源来自区域变电站；或两路电源均来自不同的区域变电站。v双回路：指两路电源来自同一变电所的不同的母线分段。v各级电力负荷对供电电源的要求一级负荷：双电源供电。 保证其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时损坏。 特别重要的负荷：除两路电源外，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

6、电系统。 常用的应急电源：独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专门的馈电线路、蓄电池、干电池等。二级负荷：双回路供电。 二级负荷也属于重要负荷，要求有两个回路供电，供电变压器也应有两台，当其中一回路或一台变压器出现故障时，二级负荷不应中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或当地供电困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。如采用电缆则必须采用两根电缆并列供电，每个电缆能承受全部二级负荷。三级负荷对供电电源的要求 无特殊要求。p6工厂用电负荷的分级工厂用电负荷的分级 序序 号号 车车 间间 用用 电电 设设 备备 负荷级别负荷级别 1 1金属加工车间金属

7、加工车间 价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床一级一级价格贵，作用大，数量多的数控机床价格贵，作用大，数量多的数控机床 二级二级2 2铸造车间铸造车间冲天炉、鼓风机、冲天炉、鼓风机、30t30t及以上的浇铸起重机及以上的浇铸起重机 三级三级3 3热处理车间热处理车间井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵 二级二级4 4锻压车间锻压车间锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机 二级二级5 5电镀车间电镀车间大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线大型电镀用整流设备、自动流水作业生产

8、线 二级二级6 6模具成型车间模具成型车间隧道窑鼓风机、卷扬机隧道窑鼓风机、卷扬机二级二级7 7层压制品车间层压制品车间压塑机及供热锅炉压塑机及供热锅炉 二级二级8 8线缆车间线缆车间冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备 二级二级9 9空压站空压站单台单台60m60m3 3/min/min以上空压机以上空压机 二级二级有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵 二级二级离心式压缩机润滑油泵离心式压缩机润滑油泵 一级一级表表21 小

9、型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类 2.1.2 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断续周期工作制设备断续周期工作制设备%1000tttN（21）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，其输出功率是不同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，必须先转换到一个统一的的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的下。下。2121PP率的换算公式为不同负荷持续率下，功212121ttt1tPPPTIRIAIPUIP下，功率的换算

10、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对起重电动机应统一换算到对起重电动机应统一换算到=25%=25%，换算公式为：，换算公式为： NNNNePPP225（22）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%，换算公式为：，换算公式为： NNNNeSPPcos（2-3） 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

11、备铬牌功率因数设备铬牌功率因数n例例2-1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共线路上接有金属切削机床共2020台台（其中（其中10.5kW-410.5kW-4台，台，7.5kW-87.5kW-8台，台，5kW-85kW-8台），车间有台），车间有380V380V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， ），试计算此车间的设备），试计算此车间的设备容量。容量。 %65N5 . 0cosN%25N解：解：（1 1）金属切削机床的设备容量）金属切削机床的设备容量 金属切削机床属于长期

12、连续工作制设备，所以金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以2020台台金属切削机床的总容量为：金属切削机床的总容量为： eiePP1kW142585 . 785 .104 电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到换算到 ，所以，所以2 2台电焊机的设备容量：台电焊机的设备容量： %100NNNeSPcos22kW1 .165 . 065. 0202 （2 2）电焊机的设备容量）电焊机的设备容量 吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到算到 ，所以，所以1 1台吊车的容量为

13、：台吊车的容量为：%25kW11253NNNePPPkW169111 .16142eP（3 3）吊车的设备容量）吊车的设备容量 (4) (4) 车间的设备总容量为车间的设备总容量为2.1.3 负荷曲线负荷曲线 p定义定义负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。n按负荷对象分按负荷对象分工厂的的负荷曲线工厂的的负荷曲线车间的的负荷曲线车间的的负荷曲线某台设备的负荷曲线某台设备的负荷曲线n按负荷的功率性质分按负荷的功率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p分类分类n按表示的时间分按表示的时间分年的负荷曲线年的负荷曲线月的负荷曲线月的

14、负荷曲线日的负荷曲线日的负荷曲线工作班的负荷曲线工作班的负荷曲线n按绘制方式分按绘制方式分依点连成的负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形的负荷曲线梯形的负荷曲线p负荷曲线的绘制负荷曲线的绘制 负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标横坐标表示负荷表示负荷变动时间，变动时间，纵坐标纵坐标表示负荷大小（功率表示负荷大小（功率kWkW、kvarkvar）。）。图图3.1 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梯形负荷曲线梯形负荷曲线图图2.2 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

15、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。p与负荷曲线有关的参数与负荷曲线有关的参数 n(1) (1) 年最大负荷年最大负荷P Pm maxax和年最大负荷利用小时和年最大负荷利用小时T Tmaxmax 图图2.3 年最大负荷和年平均负荷年最大负荷和年平均负荷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，年负荷持续时间曲线上的最大负荷，

16、 它是全年它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷负荷P P3030。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假设负荷按最大负荷P Pmaxmax持续运行时，在此时间持续运行时，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。用的电能相同。maxmaxPWTa （2-4） uT Tmaxmax是一个反映工厂负荷特征的是一个反映工厂负荷特征的重要参数重要参数l一班制工厂一班制工厂T Tmaxmax=1800=18003000h3000hl两班制工厂两班

17、制工厂T Tmaxmax=3500=35004800h4800hl三班制工厂三班制工厂T Tmaxmax=5000=50007000h7000h负荷全年实际负荷全年实际耗用电能耗用电能n平均负荷平均负荷P Pavav和年平均负荷和年平均负荷 平均负荷平均负荷就是负荷在一定时间就是负荷在一定时间t t内平均消耗的功率内平均消耗的功率tWPtav（2-5） 年平均负荷年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。年总小时数。 8760aavWP（2-6） t时间内耗用时间内耗用的电能的电能有功负荷系数通常取0.70.75无功负荷系数通常取0.760.82ma

18、xPPavn负荷系数负荷系数 maxQQav2.2 负荷计算的方法负荷计算的方法 2.2.1 概述概述 2.2.2 需要系数法需要系数法2.2.3 二项式法二项式法2.2.4 单相用电设备的负荷计算单相用电设备的负荷计算2.2.5 全厂计算负荷的确定全厂计算负荷的确定2.2.1 概述概述 p“计算负荷计算负荷”n是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。 PC-负荷的有功计算负荷负荷的有功计算负荷QC-负荷的无功计算负荷负荷的无功计算负荷SC-负荷的视在计算负荷

19、负荷的视在计算负荷IC-负荷的计算电流负荷的计算电流p负荷计算负荷计算是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。v工程上为了取值和表达方便，将最大负荷P30作为计算负荷Pc。v由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需34，为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其 大于等于10分钟，因此载流导体大约经过30分钟后可达到稳定温升。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30(亦既年最大负荷Pmax)是基本相当的。所以，计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。之所以用P30代替PC是因为电气上的c 已经用来表示电容。所以，我们用P30

20、、Q30、S30、I30来表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。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负荷需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。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p负荷计算方法负荷计算方法表表2.2 各用电设备组的需要系数各用电设备组的

21、需要系数Kd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 最大容量最大容量设备台数设备台数 功率因数功率因数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 0.30.35 40.26 0.5 5555 0.65 1.731.731.331.17 通风机、水泵、空压机通风机、水泵、空压机 0.70.

22、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50.7 0.40.6 0.20.2 55 0.750.75 0.880.88 锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车铸造车间吊车50.25 0.060.09 0.20.3 33 0.50.5 1.731.73 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 0.30.3 22 0.950.

23、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 0.60.350.87 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 31.02 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压器多头手动弧焊变压器0.50.350.4 0.40.350.35 2.292.682.68 生产厂房、办公室、实验室照明生产厂房、办公室、实验室照明变配电室、仓库照明变配电室、仓库照明生活照明生活照明室外照明室外照明0

24、.80.81 1.01.01.01.0 0000 costan2.2.2 需要系数法需要系数法 p需要系数法需要系数法 edcPKP（2-7） eiePP（2-8） 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 之和和每组用电设备每组用电设备的设备容量的设备容量 由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工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，设备或设备组路的损耗、用电设备本身的损耗

25、等因素，设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的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于小于1的系的系数，叫做数，叫做需要系数需要系数，用，用Kd表示。表示。 n需要系数需要系数K Kd d 需要系数法需要系数法需要系数需要系数niidPKP1301eWLdKKK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KL：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电气设备的平均效率效率e：电气设备电气设备额定功率与输入额定功率与输

26、入功率不一定相等功率不一定相等 线路的平均效率线路的平均效率W1 ：考虑直接向考虑直接向电气设备配电的配电气设备配电的配电线路上的功率损电线路上的功率损耗后，电气设备输耗后，电气设备输入功率与系统向设入功率与系统向设备提供的功率不一备提供的功率不一定相同定相同 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用 电 设 备 组 名 称需要系数kd功率因数costan通风机和水泵运输机、传达带混凝土及砂浆搅拌机破碎机、筛、泥泵、砾石洗涤机起重机、掘土机、升降机电焊机建筑室内照明工地住宅、办

27、公室照明变电所室外照明0.750.850.520.600.650.700.700.250.450.800.400.700.500.701.00.800.750.650.700.700.451.01.01.01.00.750.881.771.021.021.980000建筑工地常用用电设备组建筑工地常用用电设备组的需要系数及功率因数的需要系数及功率因数 n（1）对）对12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：有功计算负荷： （2-9）无功计算负荷：无功计算负荷： （2-10）1dKedPKP30tan3030PQ视在计算负荷：视在计算负荷

28、： （2-11）计算电流：计算电流： （2-12）23023030QPSNUSI33030n (3) 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： （2-13） 总的无功计算负荷：总的无功计算负荷： （2-14）iPKP3030iQKQ3030总的视在计算负荷：总的视在计算负荷： （2-15）总的计算电流：总的计算电流： （2-16）23023030QPSNUSI33030 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

29、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 确定配电所母线的最大负荷 负荷小于5000kW 计算负荷小于500010000kW 计算负荷大于10000kW 0.91.00.850.8 表表3.3 同时系数同时系数K n例例2-2（接例（接例21）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共线路上接有金属切削机床共2020台台（其中（其中10.5kW-410.5kW-4台，台，7.5kW-87.5kW-8台，台，5kW-85kW-8台），车间有台），车间有380V380V电焊机电焊机

30、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计算负荷负荷。 %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 查查表表2.22.2取需要系数和功率因数为：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，

31、有所以，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2.2 2.2 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查表2.22.2取需要系数和功率因数为取需要系数和功率因数为73. 1tan 5 . 0cos 15. 0，dKkW7 . 115. 011) 3 (30Pvark9 . 273.

32、17 . 1) 3 (30QkVA4 . 39 . 27 . 122) 3 (30SA2 . 538. 034 . 3) 3 (30I（4 4）全车间的总计算负荷）全车间的总计算负荷 根据表根据表2.32.3，取同时系数，取同时系数 ，所以，所以全车间的计算负荷为：全车间的计算负荷为： 8 . 0KkW6 .28)7 . 16 . 54 .28(8 . 030eiPKPvark6 .53) 9 . 2151 .49(8 . 030eiqQKQkVA8 .606 .536 .282230SA4.9238.038.6030I某机修车间380V线路上有如下设备： 对焊机一台：SN=42kVA, N=

33、60%,cos=0.62 10吨桥式起重机一台：PN=39.6kW,N=40% 金属切削用三相电机：7.5kW 3台, 4kW 8 台;3kW 17台试求计算负荷。n作业作业p应用场合应用场合n在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。p基本公式基本公式XecPbPP30（3-17） 2.2.3 二项式法二项式法 b 、c二项式二项式系数，根据设备系数，根据设备名称、类型、台名称、类型、台数查表数查表3.2选取选取指用电设备中指用电设备中x台容量台容

34、量最大的设备容量之和最大的设备容量之和用电设备组用电设备组的平均负荷的平均负荷用电设备组的用电设备组的设备总容量设备总容量指用电设备中指用电设备中x 台容量台容量最大的设备投入运行时最大的设备投入运行时增加的附加负荷。增加的附加负荷。Q30，S30，I30的计算公式与前述需要系数法相同。的计算公式与前述需要系数法相同。n（1）对）对12台用电设备台用电设备n（2）用电设备组）用电设备组有功计算负荷的求取直接应用式（有功计算负荷的求取直接应用式（3-17），其余的），其余的计算负荷与需要系数法相同。计算负荷与需要系数法相同。ePP300 1cb，p（3）多组用电设备）多组用电设备要考虑各组用电设

35、备的最大负荷不同时出现的因素。在各要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。均负荷，求出设备组的总计算负荷。 总的有功计算负荷为总的有功计算负荷为： （2-18）总的无功计算负荷为总的无功计算负荷为： （2-19）max30)()(xiecPbPPmaxmax30tan)()tan(xiecPbPQ各组中最大各组中最大的一组附加的一组附加负荷负荷最 大 附 加 负最 大 附 加 负荷 所 在 设 备荷 所 在 设 备组 的 对 应 的组 的 对 应 的值值

36、用用二项式法二项式法计算例计算例2.12.1车间的金属切削机床组的计车间的金属切削机床组的计算负荷。算负荷。解：查表解：查表2.22.2取取二项式系数二项式系数73. 1tan 5 . 0cos 5 4 . 0 14. 0，xcbkW5 .4915 . 745 .105 PPx所以所以kW7 .395 .494 .014214.030 xecPbPPvark7 .6873. 17 .3930QkVA4 .797 .687 .392230SA6 .12038.034 .7930In例例2-3v如果用电设备组的设备总台数n2x，则最大容量设备台数取x=n/2，且按四舍五入修约规则取整数。v某380

37、V线路上接有下列设备：冷加工机床，27.5kW， 36 kW，252.6 kW；电加热设备，36kW；吊车组，110.5kW，25；电焊机，122kVA，60，cos0.6；电焊机，28.85kVA，100，cos0.6；v试用二项式法确定该线路上的计算负荷。n例例2-4p解：确定分组，各组中设备功率。第一组：冷加工机床组 查表得，x5，c0.4，b0.14，cos0.5，tan1.73。 bPe-1=0.14（27.536252.6）13.72kW cPx-1=0.4(27.5+36)=13.20kWn第二组：电加热设备 查表得， c0，b0.7，cos1，tan0。 bPe-2=0.718

38、12.60kW cPx-2=0n第三组：吊车组 查表得，x3，c0.2，b0.06，cos0.5， tan1.73。 bPe-3=0.0610.500.63kW cPx-3=0.210.50=2.1kWn第四组：电焊机设备组 查表得，c0，b0.35，cos0.6，tan1.33。因为P ， bPe-4=0.35（P4+P5） 0.35 7.29 cPx-4=0nnnScos)6 . 085. 826 . 0226 . 0(因为第一组中的cPx-1值最大，所以有功计算功率 Pc（bPe-1bPe-2bPe-3bPe-4）(cPx)max 49.92kW Qc（bPe-1tan1+ bPe-2t

39、an2+ bPe-3tan3+ bPe-4tan4）+(cPx)max tanmax=60.66kvarkVAQPSccc56.7822AUSINcc4 .1193v现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三相两大类。单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家用电器设备。三相：电动机为动力的各种设备例如给水泵、集中式空调机、电梯等。v当供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统负荷计算。2.2.4 单相用电设备的负荷计算单相用电设备的负荷计算p单相用电设备组确定计算负荷的原则单相用电

40、设备组确定计算负荷的原则 v按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 在某个计算范围内，当单相设备功率的总容量小于三相设备功率总容量的15时，认为单相设备功率就相当于三相设备功率。 单相设备功率的总容量大于三相设备功率总容量的15时。这时三相供电系统处于非平衡状态，必须将单相用电设备功率换算成等效的三相设备功率，然后进行三相计算负荷的确定。 p民用建筑电气设计规范民用建筑电气设计规范中规定：中规定：n单相负荷应均匀分配到三相上。n当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15时，全部按三相对称负荷计算；n当超过15时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称

41、负荷相加。 p单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷)3/(tan3 322NeqeqeqeqeqeqeqUSIQPSPQPP单单相相设设备备视视在在功功率率S 最最大大的的一一相相的的功功率率因因数数为为cosp单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷n线间负荷，也称之为线间设备。用电设备接于线电压是指该设备连接在三相供电系统中的两相之间，电压为380v的用电设备。例如：单台380V的电焊机等。v假设P12P23P31，则等效三相负荷：2312)33(3PPPeqn应先将线间负荷换算为相间负荷，然后各相负荷分别相加，选

42、取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。n线间负荷换算为相间负荷的方法：换算系数法注意：最大单相的有功注意：最大单相的有功计算负荷和无功计算负计算负荷和无功计算负荷不一定在同一相上。荷不一定在同一相上。v既有线间负荷又有相间负荷时的三相等效负荷v线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数换算系数法BCBBCCACCACBCCBCCACCACABBBABCBBCBABBBABCBBCBCAACAABAABACAACAABAABAPqPqQPpPpPPqPqQPpPpPPqPqQPpPpP接于接于AB、BC、CA相间的有相间的有功 负 荷功 负 荷(kw)换算为换算为A、B、C 相 的 有 功相 的 有 功

43、负荷负荷(kw)换 算 系换 算 系数数换算为换算为A、B、C 相 的 无 功相 的 无 功负荷负荷(kvar)线间负荷换算为相间负荷的功率线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数换算系数2.2.5 全厂计算负荷的确定全厂计算负荷的确定 p1 1用需要系数法计算全厂计算负荷用需要系数法计算全厂计算负荷 在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即即 edPKP30（3-20） 全厂的需要系全厂的需要系数值，查表数值，查表3.4选取。选取。 表表2.4 全厂负荷的需要系数及功

44、率因数全厂负荷的需要系数及功率因数工厂类别 需要系数 功率因数 汽轮机制造厂0.38 0.88 锅炉制造厂 0.27 0.73 柴油机制造厂 0.32 0.74 重型机床制造厂 0.32 0.71 仪器仪表制造厂 0.37 0.81 电机制造厂 0.33 0.81 石油机械制造厂 0.45 0.78 电线电缆制造厂0.35 0.73 电器开关制造厂 0.35 0.75 橡胶厂 0.5 0.72 通用机械厂0.4 0.72 p2 2用逐级推算法计算全厂的计算负荷用逐级推算法计算全厂的计算负荷 由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较

45、长的线路时，应加上在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线变压器和线路的损耗路的损耗。n企业负荷确定的步骤企业负荷确定的步骤从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。用电设备组车间低压变压器出线车间低压变压器高压侧企业变压器出线企业进线P30.5= K5 P30.6iP30.4=P30.5+PwL2P30.3= K3 P30.4iP30.2=P30.3+PT+PwL1P30.1= K1 P30.2i图图2.4 逐级推算法示意图逐级推算法示意图 在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，变压器的有功损耗与无功损

46、耗的理论公式进行计算，一般按经验公式估算：一般按经验公式估算：有功功率损耗有功功率损耗： （2-21）无功功率损耗无功功率损耗： （2-22）30015. 0SPT3006. 0SQT变压器低压母变压器低压母线上的计算负线上的计算负荷荷p3 3按年产量和年产值估算全厂的计算负荷按年产量和年产值估算全厂的计算负荷 bBaAWa（2-23） max30TWPa（2-24） 单位数量，单单位数量，单位为人数、床位为人数、床数、产品数量数、产品数量等等单位用电指标，单单位用电指标，单位为位为kW人人kW床、床、kw产品等产品等负 荷 密 度 指负 荷 密 度 指标标计算范围的使用计算范围的使用面积，单

47、位为面积，单位为m2工厂的年最大工厂的年最大负荷利用小时负荷利用小时2.3 供配电系统的功率损耗和电能损耗供配电系统的功率损耗和电能损耗2.3.1 概述概述 2.3.2 供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗2.3.3 变压器的功率损耗变压器的功率损耗3.3.1 概述概述v在考虑变配电系统总计算负荷时，除了用电负荷所消耗的电功率以外，变配电系统本身还要损耗一部分电功率，（供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗，当有电流通过时，则会产生相应的损耗。供配电系统中产生损耗较大的设备是变压器和线路。）这部分电功率也是由变配电系统提供的。因此，要计入变配电系统的计算负荷中。年最大负荷损耗小时数年最大负荷损

48、耗小时数maxmax （年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tmax ）n定义：对于供配电系统中全年的电能损耗量Wa，若一直以计算负荷来消耗，需max时间就可将其全部消耗完。即系统通过max时间的计算电流所损耗掉的电能，与系统在全年实际运行时间内通过实际电流所损耗掉的电能相同。nmax也是一个假想的时间。p最大负荷损耗小时物理意义最大负荷损耗小时物理意义n假如线路负荷维持在Pca，则在内的电能损耗，恰好等于实际负荷全年在线路上产生的电能损耗。 n为一个假想时间。 n与Tmax和cos有关：)cos,(maxTfpmaxmax 、T Tmaxmax、负荷的功率因数、负荷的功率因数coscos

49、之间的关系之间的关系 2.3.2 供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗v三相线路中的有功和无功损耗为v其中，R=rl，l为线路长度，r为单位线路长度的电阻值；X=xl，l为线路长度，x为单位线路长度的电抗值；3232103103XIQRIPCWCW线路上的有线路上的有功损耗，单功损耗，单位为位为kW线 路 上 的线 路 上 的无功损耗，无功损耗，单位为单位为kvar线 路 上 的线 路 上 的计算电流，计算电流，单位为单位为A每相线路每相线路的电阻，的电阻，单位为单位为每 相 线 路每 相 线 路的 电 抗 ，的 电 抗 ，单位为单位为问题？v如果用线路的计算功率Pc、Qc、Sc表示，供电线路

50、的功率损耗的表达式。p线路上的年有功电能损耗线路上的年有功电能损耗)( ,103max32hkWRIWCL&由于供电系统的线路一般不长，且多采用电缆供电，阻抗较小，所以线路上的功率损耗往往忽略不计。3.3.3 变压器的功率损耗和电能损变压器的功率损耗和电能损耗耗v变压器的有功损耗变压器铁耗、磁滞损耗和涡流损耗等构成的空载有功损耗；变压器绕组电阻通过电流时产生的铜耗，也称负载有功损耗，它与变压器的二次负荷大小有关，当变压器满载时，其铜耗近似等于变压器短路损耗。 p变压器的最大有功损耗变压器的最大有功损耗20)(rckTSSPPP变压器空载变压器空载有功损耗，有功损耗，单位为单位为kw变 压 器

51、的变 压 器 的额 定 视 在额 定 视 在功 率 单功 率 单位为位为kVA变 压 器 短变 压 器 短路 有 功 损路 有 功 损耗 ， 单 位耗 ， 单 位为为kw变压器上通变压器上通过的计算视过的计算视在功率。单在功率。单位为位为 kVAp变压器的无功损耗变压器的无功损耗是由变压器铁心磁化产生的空载无功损耗，与励磁电流大小有关，近似等于空载电流产生的损耗； 100%00ISQr变压器空载电流占变压器空载电流占额定电流的百分值。额定电流的百分值。可以通过手册查到可以通过手册查到（空载电流）（空载电流）另一部分是变压器绕组电抗通过电流时产生的无功损耗，也称负载无功损耗。与变压器的二次负荷大

52、小有关，当变压器满载时，其负载无功损耗近似等于变压器短路时绕组上的无功损耗。 100%krNUSQ变压器短路电压占变压器短路电压占额定电压的百分值。额定电压的百分值。可以通过手册查到可以通过手册查到（阻抗电压）（阻抗电压）p变压器的最大无功损耗变压器的最大无功损耗2020)(100%100%)(rckrrcLTSSUISSSQQQ非额定负载情况下，非额定负载情况下，负载无功损耗，与负载无功损耗，与负载率的平方成正负载率的平方成正比。比。&P0、Pk、Ic、 Ur均可在产品目录中查出。p变压器的年有功电能损耗变压器的年有功电能损耗max20)(rckWTSSPtPW空载有功电能损耗负载有功电能损

53、耗变压器的全年工作时间，单位为h 2.4功率因数计算与无功功率补偿功率因数计算与无功功率补偿2.4.1 功率因数的分类和计算功率因数的分类和计算2.4.2 功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响2.4.3 功率因数的改善措施功率因数的改善措施2.4.4 并联电容器补偿功率因数并联电容器补偿功率因数2.4.1 功率因数的分类和计算功率因数的分类和计算瞬时功率因数瞬时功率因数平均功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数自然功率因数自然功率因数总功率因数总功率因数指运行中的工厂供用电系指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值统在某一时刻的功率因数值 UIP3cos P

54、 功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I 电流表测出的线电流读数。 指某一规定时间段内指某一规定时间段内功率因数的平均值功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数（计算负荷）的功率因数 22cosqPPWWWWP有功电度表读数；Wq无功电度表读数。 3030cosSP P30工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。 指用电设备或工厂在没有安指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数补偿后的功率因数 瞬时功率因数瞬

55、时功率因数指运行中的工厂供用电系指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值统在某一时刻的功率因数值 UIP3cos P 功率表测出的三相有功功率读数；功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；电压表测出的线电压读数；I 电流表测出的线电流读数。电流表测出的线电流读数。 平均功率因数平均功率因数指某一规定时间段内指某一规定时间段内功率因数的平均值功率因数的平均值 22cosqPPWWWWP有功电度表读数；有功电度表读数；W Wq q无功电度表读数。无功电度表读数。 最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数指配电系统运行在年最大负荷时指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数

56、（计算负荷）的功率因数 3030cosSP P30工厂的有功计算负荷；工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。工厂的视在计算负荷。 自然功率因数自然功率因数总功率因数总功率因数指用电设备或工厂在没有安指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数补偿后的功率因数 一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos愈小（角愈大），其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损耗）随之增大，不经济。2.4.2 功率因数对供电系统的影响

57、功率因数对供电系统的影响p1降低了供电设备（电源）的供电能力n 供电设备（电源）的供电能力（容量）是用视在功率S来表示的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减少，于是降低了供电设备的供电能力。n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。)KW(10RI3P32 p2增加供电系统的有功损耗p3供电线路的电压降增大n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。 p4. 降低发电机的效率n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

58、效率降低。n（1）高压供电的用电单位，功率因数一般规定为0.9以上；n（2）其他电力用户，功率因数为0.85以上。n（3）对新建的工业企业用户，功率因数标准均规定按0.95设计。n（4）对农业用电单位，要求功率因数在0.8以上。p民用及一般工业建筑的功率因数指标人工补偿无功功率人工补偿无功功率提高自然功率因数提高自然功率因数提高功率因数提高功率因数2.4.3 功率因数的改善措施功率因数的改善措施p 提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法n（1）合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。n（2）对实际负载不超过额定容量40的电动机，应更换为小容量的电动机。n （3）合理安排和调整工艺流程，改

59、善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。n（4）正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为7580比较合适）。对于负载率低于30变压器，应予以更换。n （5）对于负荷率在0.60.9的绕线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。部分电动机功率因数部分电动机功率因数S9系列三相油浸自冷式铜线低损耗系列三相油浸自冷式铜线低损耗电力变压器额定负载时损耗数据电力变压器额定负载时损耗数据S9型环氧浇注干式变压器额型环氧浇注干式变压器额定负载时损耗数据定负载时损耗数据n（1）采用同步电动机补偿，使用同步电动机在过激磁（over excited）方式呈现容性时运转，

60、其功率因数超前0.80.9时，向供电系统输出无功功率，用来补偿用感性电设备所需要的无功功率。因而，提高了用户的功率因数。p人工补偿改善功率因数人工补偿改善功率因数n（2）利用同步调相机作为无功功率电源（发电机），用来补偿所需要的无功功率。同步调相机是轴上不带机械负载的同步电动机。调节同步调相机的激磁电流的大小，可以改变其输出无功功率的大小，从而提高功率因数。 n以上两种补偿方式，因同步电动机构造复杂，价格较贵，控制维护较麻烦，只适用于大型工厂，一般企业不宜采用。n（3）采用静电电容器补偿 当将电容器C与感性负载（用电设备）并联。目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法RLCIII.思考v采用