第2章电力负荷及其计算

第二章电力负荷及其计算电力负荷与负荷曲线的有关概念三相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定工厂供电系统的功率损耗和电能损耗工厂的计算负荷和年电能消耗量尖峰电流及其计算第一节电力负荷与负荷曲线的有关概念一、电力负荷的分级及其对供电的要求

1、电力负荷的概念（包含两个含义）

“电力负荷”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，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。1．1工厂常用用电设备①生产加工机械的拖动设备；②电焊、电镀设备；③电热设备；④照明设备。①生产机械的拖动设备

机床设备起重运输设备功能

金属切削金属压力加工功能

起吊搬运物料运输客货车床铣床刨床钻床磨床组合机床镗床冲床锯床剪床砂轮机吊车行车输送机电梯自动扶梯生产机械的拖动设备1．1工厂常用用电设备②

电焊和电镀设备

电焊设备电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。1．1工厂常用用电设备电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。

电镀设备②电焊和电镀设备

③

电热设备

电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。电阻加热炉电弧炉感应炉其它电热设备主要用于各种零件的热处理主要用于矿石熔炼、金属熔炼主要用于熔炼和金属材料热处理红外线加热、微波加热和等离子加热等④照明设备

白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。（4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。2、意义和目的:（1）求计算负荷,也称需用负荷

a.作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。

b.用来计算电压损失和功率损耗。c.在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。（2）求尖峰电流计算电压波动、选择熔断器等保护元件。（3）求平均负荷计算供配电系统中电能需要量，电能损耗和选择无功补偿装置等。3、电力负荷的分级及供电要求（供电可靠性）负荷分级负荷性质供电要求一级负荷

二级负荷

三级负荷

中断供电将①造成人身伤亡时；②在政治经济上造成重大损失时；③影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。特别重要的负荷指当中断供电将①发生中毒爆炸和大灾等情况负荷；②特别重要场所的不允许中断供电的负荷。中断供电将①在政治上、经济上造成较大损失时②影响重要用电单位的正常工作。应由两个独立电源供电：①来自两个发电厂②来自两个地区变电所③1路市电＋自备发电机还应增设应急电源：①自备发电机组②独立于正常电源的专用馈电线路③不间断供电装置UPS（EPS)④蓄电池及干电池宜由两回路电源供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的线路供电。

对供电方式无特殊要求

不属于一、二级负荷者

二、用电设备工作制1.长期连续运行工作制指工作时间内能达到稳定温升的用电设备。该类设备不允许过载运行（只允许短时过载）。2.短时工作制指工作时间很短，停歇时间相当长的用电设备，工作时间内达不到稳定温升。允许过载运行。3.反复短时工作制指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间内也达不到稳定温升，允许过载运行。载流导体温升曲线用负荷持续率表征其工作特性工作时间停歇时间2.1负荷曲线⊙负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。⊙负荷曲线绘制在直角坐标上，纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间。

⊙负荷曲线按负荷功率的功率性质不同，分有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户、车间或某类设备负荷曲线。2.2.1日负荷曲线1.绘制的方法

（1）以某个监测点为参考点，在24h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，称折线形负荷曲线，见图2-1a。

（2）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，求出0.5h的平均功率，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,如图2-1b。2.特点

（1）电力负荷是变化的，不等于额定功率。

（2）电力负荷的变化是有规律的。图2.1日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线b)梯形负荷曲线2.1.2年持续负荷曲线﹡年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。﹡年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线连接制成。﹡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。绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2,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核定。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。

年负荷持续时间曲线的绘制（a）夏季日负荷曲线

（b）冬季日负荷曲线

（c）年负荷持续时间曲线（１）年最大负荷Ｐmax

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Ｔmax

指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。如图2-3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：2.1.3负荷曲线的有关物理量

1、年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷和年最大负荷利用小时年平均负荷

(1)

平均负荷Pav平均负荷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：2、平均负荷和负荷系数

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：负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，有有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，即(2)

负荷系数KL对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，即他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。2.2用电设备的设备容量2.2.1设备容量的定义

设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。2.2.2设备容量的确定

1.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有设备的銘牌额定功率，即

Pe=PN

反复短时工作制设备容量P与其负荷持续率ε密切相关，对供电系统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得其关系式：2.反复短时工作制的用电设备规定负荷持续率25％或100％铭牌负荷持续率铭牌容量等效容量则得：工作时间停歇时间续上页（1）电焊机组要求设备容量统一换算到下,则

（2）吊车电动机组当采用需要系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下,则（3）电炉变压器组

设备容量是指额定功率下的有功功率，即：

Pe=SN*cosφN

（4）照明设备

①不用镇流器的照明设备的设备容量指灯头的额定功率，即：

Pe=PN

②用镇流器的照明设备的设备容量要包括镇流器中的功率损失。

荧光灯：Pe=1.2PN

高压水银灯、金属卤化物灯：

Pe=1.1PN

③照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：是建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的面积例2.3某中央空调机组包括制冷主机一台156KW，冷却水泵二台2*22KW（一用一备），冷冻水泵二台2*30KW（一用一备），冷却塔一台7.5KW，问该设备组的设备容量为多少？（5）成组用电设备设备容量是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定功率之和。（2）电焊机的设备容量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，所以2台电焊机的设备容量：解：（1）金属切削机床的设备容量金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：例2.4某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，,），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的设备容量。

（3）吊车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算到，所以1台吊车的容量为：

(4)车间的设备总容量为：第二节三相用电设备组计算负荷的确定

一、计算负荷的定义是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假想负荷，通常规定取30分钟平均最大负荷P30、Q30和S30作为该用户的“计算负荷”。其物理意义：计算负荷持续运行产生的热效应与实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。二、2.3.1计算负荷的估算法

在进行供电工程方案设计阶段，可采用单位容量法确定计算负荷。

(1)单位产品耗电量法

有功计算负荷为：

式中，Wa为全年电能，Wa=a·m，m为年产量，a为单位产品的耗电量；Tmax为年最大负荷利用小时数。

(2)单位面积负荷密度法

若已知车间生产面积S(㎡)和负荷密度指标ρ（kw/㎡）时，

车间平均负荷为:

Pav=ρ*S，

车间计算负荷为:

单台用电设备的计算负荷确定对一般长期连续工作的单台用电设备，设备容量即是计算负荷。

Pc=Pe但对单台电动机及其他需计及效率的单台用电设备，即Pc=Pe/η当一条回路里用电设备的台数少（n<=3）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的需要系数值。在设备台数较少时，功率因数也宜适当取大。二、2.3.2需要系数法需要系数Kd需要系数定义为：设备容量

Pm续上页式中，ηN为用电设备效率；KL为负荷系数；ηwL为线路平均效率；K∑为用电设备组的同时系数。

Kd值只能靠测量统计确定。设备台数多时取值较小，设备台数少时取值较大。（一）一组用电设备的计算负荷按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为

有功计算负荷（kW）

无功计算负荷（kvar）

视在计算负荷（kVA）

计算电流（A）

例2.1已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。

解：查表可得，Kd=0.16~0.2(取0.2计算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根据公式得：

PC=KdPe=0.2×120=24(KW)

QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)

例2.2已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的三相电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用需要系数法确定其计算负荷Pc、Qc、Sc和Ic。

在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑。续上页注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以K∑来计算。

(二)多组三相用电设备的计算负荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci例2.5

某380V线路上，接有水泵电动机（15kW以下）30台共205kW，另有通风机25台共45kW，电焊机3台共10.5kW（ε=65%）。试确定线路上总的计算负荷。（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）

例2-2解先求各组用电设备的计算负荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵电动机组查附录表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通风机组查附录表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此

Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW3.电焊机组查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.6，tanφ=1.33。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+3.94)kvar=149.32kvar总计算负荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）为

Sc==243.87kVAIc=243.87kVA/(×0.38kV)=370.52AQc3=2.96kW×1.33=3.94kvar在ε＝100%下的设备容量：Pe=10.5

=8.46kW。例2.6一机修车间的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7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑q均为0.9）。解查附录表1可得冷加工电动机：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar通风机：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar

电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量

Pc3=Pe3=2kWQc3=0

用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备总容量，又考虑几台最大用电设备引起的附加负荷，计算公式为：

式中，b、c为二项式系数；Pe∑是该组用电设备组的设备总容量；Px为x台最大设备的总容量（b、c、x的值可查附录表1），当用电设备组的设备总台数n＜2x时，则最大容量设备台数取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，当只有一台设备时，可认为Pc=Pe；tgφ为设备功率因数角的正切值。三、按二项式法确定计算负荷1、单组用电设备组的计算负荷例2.7已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的电动机7.5KW3台，4KW8台，3KW17台，1.5KW10台，试求其计算负荷。

2、多组用电设备组的计算负荷

式中，（bPe∑）i为各用电设备组的平均功率，其中Pe∑是各用电设备组的设备总容量；cPx为每组用电设备组中x台容量较大的设备的附加负荷；（cPx）max为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；tgφmax为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值（可查附录表1）。例2.8一机修车间的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7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机2台共2.4kW；电阻炉1台2kW。试用二项式法求计算负荷。解求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx（１）

金属切削机床电动机组查附录表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，则

(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW（２）通风机组查附录表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，x2=1，则

(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW（３）

电阻炉

(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0

显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cPx)1最大，故总计算负荷为

Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1

=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW

Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx）1tgφ1=(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar

第三节单相用电设备组计算负荷的确定单相设备应尽可能地均匀分布在三相上，以使三相负荷保持平衡。

单相负荷的计算如下：

1.三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%时，单相设备可按三相负荷平衡计算。

2.三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时，应把单相设备容量换算为等效三相设备容量，再算出三相等效计算负荷。（1）单相设备接于相电压时

式中，Pemφ为最大负荷相所接的单相设备容量（2）单相设备接于线电压时

①接于同一线电压时

单相设备组等效三相设备容量的计算原则：

②接于不同线电压时

设接于三个线电压的设备容量分别为P1、P2、P3，且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，P1＞P2＞P3，则等效三相设备容量为（3）有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时

应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分别计算各相的设备容量。

①将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量②分相计算各相的设备容量和计算负荷③总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷P30.m

的3倍，即jP30=3P30.mj④总的等效三相无功计算负荷为其最大有功负荷相的无功计算负荷Q30.m

的3倍，即Q30=3Q30.mj例2.9某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相对焊机6台。电热干燥箱20kW2台接于A相，30kW1台接于B相，10kW3台接于C相；电加热器20kW2台分别接于B相和C相；对焊机14kW（ε=100%）3台接于AB相，20kW（ε=100%）2台接于BC相，46kW（ε=60%）1台接于CA相。试求该线路的计算负荷。解:1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷

查附录表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要计算有功计算负荷

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kWB相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kWC相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW2.对焊机的各相计算负荷

查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02

查表2-4得

cosφ=0.7时pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2

qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8先将接于CA相的46kW（ε=60%）换算至ε=100%的设备容量，即

（1）各相的设备容量为A相PeA=pAB-APAB+pCA-APCA

=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvarB相PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB

=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB

=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvarC相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC

=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW

QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC

=0.22×35.63+­­0.8×20×2=39.84kvar（2）各相的计算负荷为A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW

QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvarB相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvarC相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW

QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相总的计算负荷（设同时系数为0.95）A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）

=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）

=0.95×（0+13.21）=12.55kvarB相PcB=K∑（PcB1+PcB2）

=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）

=0.95×（0+14.84）=14.10kvarC相PcC=K∑（PcC1+PcC2）

=0.95×（35+12.78）=45.39kW

QcC=K∑（QcC1+QcC2）

=0.95×（0+13.94）=13.24kvar4.总的等效三相计算负荷

因为B相的有功计算负荷最大，所以

Pcmφ=PcB=46.68kW

Qcmφ=QcB=14.10kvarPc=3Pcmφ=3×46.68=140.04kW

Qc=3Qcmφ=3×14.10=42.3kvar

2.4功率损耗和电能损耗

2.4.1供配电系统的功率损耗

供配电系统的功率损耗是指最大功率时功率损耗。

1.

线路的功率损耗：

线路功率损耗ΔPWL=3IC2RWL*10-3

ΔQWL=3IC2XWL*10-3

式中，Ic为线路的计算电流（A）；RWL为线路每相电阻（Ω），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（Ω/km），L为线路的计算长度（km）；XWL为线路每相的电抗（Ω），XWL=X0L，X0为线路单位长度的电抗（Ω/km）

2.变压器的功率损耗㈠估算法

ΔPT=0.015ScΔQT=0.06Sc

㈡精确法

①有功功率损耗

●铁损△PFe

空载损耗△P0可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。

●铜损△PCu

负载损耗△PK可认为就是额定电流下的铜损△PCu。

变压器的有功功率损耗为

△PT≈△P0+△PKKL2

式中，SN为变压器的额定容量；SC为变压器的计算负荷；KL为变压器的负荷率（KL=SC/SN）

②无功功率损耗

●空载无功功率损耗

△Q0

●负载无功功率损耗

△QL

变压器的无功功功率损耗为：

式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值;Uk%为变压器的短路电压百分值。

空载电流

变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。

空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。

为了减少空载电流，主要就是从变压器的铁芯入手。

1、提高硅钢片质量。

2、改进铁芯结构。

阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数。阻抗电压Uk(%)是涉及到变压器效率和运行的重要经济指标和对变压器进行状态诊断的主要参数依据之一。

2.4.2供配电系统的电能损耗

(1)线路电能损耗

最大损耗时间τ：当线路或变压器中以最大计算电流Ic流过τ小时后所产生的电能损耗，等于全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗。

线路电能损耗

△WL=△PWL*τ(2)变压器的电能损耗

△WT=△P0*8760+△Pk(SC/SN)2*τ

2.4.3线损率

线损率是一定时间内的电能损耗和总供电量W之比。它标示用户的电能利用效率。

第五节用户负荷计算

一、负荷计算原则是选择电源进线和一、二次设备的基本依据。逐级计算法（用需要系数法）：从用电设备向电源方向逐级计算负荷。二、负荷计算的步骤（以下图为依据）

逐级计算法确定用户计算负荷的原则如下：将用电设备分类，采用需要系数法确定各用电设备组的计算负荷；根据用户的供配电系统图，从用电设备朝电源方向逐级计算负荷；在配电点处考虑同时系数；在变压器安装处计及变压器损耗；用户的电力线路较短时，可不计电力线路损耗；在并联电容器安装处计及无功补偿容量。1.供给单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中1点处）计算目的：用于选择其开关设备和导线截面

计算负荷为：2.用电设备组计算负荷的确定（如图中2点处）

计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。

计算负荷为：

3.车间干线或多组用电设备的计算负荷确定（如图中3点处）计算公式为：

4.车间变电所低压母线计算负荷的确定（如图中4点处）

计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。5.车间变电所高压母线的计算负荷确定（如图中5点处）计算目的：选择高压配电线及其上的电气设备。计算公式：估算：6.总降变电所二次侧的计算负荷确定（如图中6点处）

计算负荷为：7.总降变电所高压侧的计算负荷确定（如图中7点处）

计算负荷为：第六节尖峰电流的计算尖峰电流是指只持续1～2s的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动、选择熔断器和低压断路器及整定继电保护装置等。单台用电设备（如电动机）的尖峰电流Ipk，就是其起动电流Ist，即

接有多台用电设备的线路，只考虑一台设备起动时的尖峰电流，按下列公式计算Ipk＝Ist＝kstIN.M

式中，Istmax为用电设备组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流;（Ist－IN）max为用电设备组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流与额定电流电流之差；K∑为上述n–1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.7~1；Ic为全部设备投入运行时线路的计算电流。例2-5

有一380V配电干线，给三台电动机供电，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，

Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求该配电线路的尖峰电流。解：

Ist1–IN1=35–5=30AIst2–IN2=16–4=12AIst3–IN3=Kst3IN3–IN3=3×10–10=20A可见，（Ist–IN）max=30A，则Istmax=35A，取K∑=0.9，因此该线路的尖峰电流为

Ipk=K∑（IN2+IN3）+Istmax

=0.9×（4+10）+35=47.6A第七节无功功率补偿一、功率因数定义1．瞬时功率因数

监测负荷用。

2．最大负荷时的功率因数确定需要无功补偿容量用。

3．平均功率因数调整电费用。

3.平均功率因数

（1）由消耗的电能计算

式中，Wa为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；Wr为某时间内消耗的无功电能（kVAh）。

（2）由计算负荷计算

式中，KaL为有功负荷系数（一般为0.7~0.75）；KrL为无功负荷系数（一为0.76~0.82）。4.供电部门对用户功率因数的要求cosφ≥0.9

二、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法

1、功率因数对供电系统的影响

●电能损耗增加

△P=3I2R●电压损失增大在功率因数降低后，不得不降低输送的有功功率P来控制电流I的值，这样就降低了供电设备的供电能力。●供电设备利用率降低2.提高功率因数的方法(1)提高自然功率因数

自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。①合理选择电动机的规格、型号尽量选择功率因数高的电动机，异步电动机的功率因数和效率在70%至满载时较高。②防止电动机空载运行③保证电动机的检修质量定转子间气隙的增大和定子线圈的减少都会使励磁电流增加，从而使功率因数降低。(2)人工补偿功率因数

●并联电容器

●同步电动机补偿

●调相机(仅发无功功率的同步发电机)补偿

●动态无功补偿④合理选择变压器的容量电力变压器在负荷率为0.6以上运行比较经济。⑤交流接触器的节电运行三、并联电容器补偿

1、并联电容器的型号并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示的意义如下：

例如：BW0.4-12-1型即为单相户内型十二烷基苯浸渍的并联电容器，额定电压为0.4kV、容量为12kvar。

2.

补偿容量和电容器台数的确定

（1）采用固定补偿在变电所6~10kV高压母线上进行人工补偿时，一般采用固定补偿，即补偿电容器不随负荷变化投入或切除，其补偿容量按下式计算

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）式中，Qcc为补偿容量；Pav为平均有功负荷，Pav=KaLPc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，KaL为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能；tgφav1为补偿前平均功率因数角的正切值；tgφav2为补偿后平均功率因数角的正切值；（2）采用自动补偿

在变电所0.38kV母线上进行补偿时，都采用自动补偿，即根据cosφ测量值按功率因数设定值,自动投入或切除电容器。其补偿容量按下式计算

Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）

式中，QcN为单个电容器的额定容量（kvar）

①电容器若为单相，n为3的整数倍②电容器若为三相，n为整数实际补偿容量为

Qcc=nQcN（kvar）(3)电容器台数的确定例2-6如某一工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。要使其平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），问需要装设多大容量的并联电容器？如果采用BWF-10.5-40-1型电容器，需装设多少个？解tgφav1=tg(arccos0.67)=1.1080tg

φav2=tg(arccos0.9)=0.4843Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvarn=Qcc/qcN=1122.66/40=28个考虑三相均衡分配，应装设30个，每相10个，此时并联电容器的实际值为30×40=1200kvar，此时的实际平均功率因数为满足要求。四、并联电容器的装设与控制1.

并联电容器的接线（1）△形接线特点：任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿；任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸，这对高压电容器相当危险。适用场所：高压电容器组容量较小(<450Kvar)或低压电容器组。

（2）Ｙ形接线

特点：一相电容器断线，断线相将失去无功补偿；其中一相电容器击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，运行相对比较安全。适用场所：高压电容器组

2.

并联电容器的装设地点

2.

并联电容器的装设地点

(1)

高压集中补偿高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在工厂变电所的6~10kV母线上。补偿范围小，运行维护方便，投资少，利用率高，大中企业用。(2)

低压集中补偿低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。补偿范围中，经济，维护方便，用户普遍应用。(3)

单独就地补偿单独就地补偿（个别补偿或分散补偿）是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组。补偿范围最大，效果最好，利用率低。3.并联电容器的控制方式并联电容器的投切是随着负荷的变化，以某个参量进行分组投切控制的，有：按功率因数进行控制；按负荷电流进行控制；按受电端的无功功率进行控制。五、补偿后全厂负荷和功率因数计算1.负荷计算（1）若补偿装置装设置点在变压器一次侧，计算负荷为：（2）若补偿装置装设地点在变压器二次侧，则还要考虑变压器的损耗：其中△PT′、△QT′为考虑了补偿容量Qcc后的变压器的有功功率和无功功率损耗。补偿后总的视在计算负荷为2.功率因数计算（1）固定补偿一般计算其平均功率因数，补偿后平均功率因数（2）自动补偿一般计算其最大负荷时的功率因数，补偿后功率因数为例2-6有一工厂修建10/0.4kV的车间变电所，已知车间变电所低压侧的视在功率Sc1为800kVA，无功计算负荷Qc1为540kvar，现要求车间变电所高压侧功率因数不低于0.9，如果在低压侧装设自动补偿电容器，问补偿容量需多少？补偿后车间总的视在计算负荷（高压侧）降低了多少？

解（1）补偿前低压侧的有功计算负荷低压侧的功率因数

cosφ1=590.25/800=0.74

变压器的功率损耗（设选低损耗变压器）△PT=0.015Sc=0.015×800=12kW△QT=0.06Sc=0.06×800=48kvar

变电所高压侧总的计算负荷为

Pc2=Pc1+△PT=590.25+12=602.25kW

Qc2=Qc1+△QT=540+48=588kvar变电所高压侧的功率因数为cosφ=602.25/841.7=0.716(2)确定补偿容量现要求在高压侧不低于0.9，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92，来计算需补偿的容量

Qcc=Pc1（tgφ1–tgφ2）

=590.25×（tgarccos0.74－tgarccos0.92）

=285.03kvar查附录表2选BW0.4–14–1型电容器，需要的个数为

n=285.03/14=21个实际补偿容量为Qcc=21×14=294kvar(3)补偿后变电所低压侧视在计算负荷此时变压器的功率损耗变电所高压侧总的计算负荷

△S=841.7–663.84=177.86kVA

变电所高压侧的功率因数符合要求。如果结果小于0.9，则需重新计算，同时把一开始的设定值0.92取大一点，到cosφ＇的值满足要求为止。通过上述计算可得：需补偿的容量为294kvar，补偿后车间变电所高压侧功率因数达到0.904，高压侧的总视在功率减少了177.86kVA。补偿前车间变电所变压器容量应选1000kVA，补偿后选800kVA即满足要求。例

某厂变电所装有一台SL7-630 /6型电力变压器，其二次侧（380V）的有功计算负荷为420KW，无功计算负荷为350Kvar。试求此变电所一次侧的计算负荷及其功率因数。如果功率因数未达到0.9时，问变电所低压母线上应装设多少容量的并联电容器才能够达到要求。

例某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW＋580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数

（2）确定无功补偿容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar（3）选择电容器组数及每组容量初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=20kvar。取12组补偿后的视在计算负荷减少118.8kVA。例某工厂有一个35/10kV总降压变电所，分别供电给1＃～4＃车间变电所及4台冷却水泵用的高压电动机（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母线上接有2700kvar无功补偿电容器组。已知1＃～4＃车间变电所10kV侧计算负荷分别为：1＃为1430kW＋j1230kvar；2＃为1350kW＋j1200kvar；3＃为1260kW＋j1030kvar；4＃为960kW＋j750kvar。试计算该总降压变电所35kV侧计算负荷及功率因数大小（取K∑=0.9）。

解：（1）求10kV母线计算负荷1＃车间变电所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃车间变电所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃车间变电所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃车间变电所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高压电动机组Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母线计算负荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW（2）求35kV侧计算负荷变压器损耗ΔPT≈0.015Sc＝0.015×5638＝84.57kWΔQT≈0.06Sc＝0.06×5638＝338.28kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV侧计算负荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+84.57＝5448.57kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+338.28＝2075.28kvar

本章小结本章是分析供电系统和进行供电设计计算的基础。本章首先简介了负荷计算的有关基本知识;然后着