工厂的电力负荷及其计算

工厂的电力负荷及其计算第一页，共一百一十八页，2022年，8月28日第一节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。在不同的场合可以有不同的含义。负荷的两种含义：

1、用电的用户或设备

2、功率或电流第二页，共一百一十八页，2022年，8月28日这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。

一级负荷二级负荷三级负荷要求由两个独立电源供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源供电。设置应急电源。

这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。

二级负荷应由双回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。

不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。

对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。

根据用户对供电可靠性要求和中断供电造成的损失或影响第三页，共一百一十八页，2022年，8月28日名词解释双电源：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。双回路：指两路电源来自同一变电所的不同的母线分段。第四页，共一百一十八页，2022年，8月28日工厂用电负荷的分级

序

号

车

间

用

电

设

备

负荷级别

1金属加工车间价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床一级价格贵，作用大，数量多的数控机床二级2铸造车间冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机三级3热处理车间井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵二级4锻压车间锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机二级5电镀车间大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线二级6模具成型车间隧道窑鼓风机、卷扬机二级7层压制品车间压塑机及供热锅炉二级8线缆车间冷却水泵、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、漆泵电加热设备二级9空压站单台60m3/min以上空压机二级有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵二级离心式压缩机润滑油泵一级小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类第五页，共一百一十八页，2022年，8月28日二、用电设备的工作方式用电设备按其工作方式可分为三种：

（1）连续工作制（长期工作制）（2）短时工作制（短暂工作制）（3）断续周期工作制（重复短暂工作制）第六页，共一百一十八页，2022年，8月28日连续工作制（长期工作制）在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。第七页，共一百一十八页，2022年，8月28日短时工作制（短暂工作制）

用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。第八页，共一百一十八页，2022年，8月28日3.反复短时工作制这类设备周期性地时而工作，时而停歇，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。通常用“暂载率”(又称“负荷持续率”)来描述此类设备的工作特征。暂载率是指一个周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即 (2-6)式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。

反复短时工作制设备的额定容量，一般是对应于某一标准暂载率的。第九页，共一百一十八页，2022年，8月28日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ε下。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。一般用一次要超过5分钟以上的用电设备，在设计时不考虑暂载率。起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。

第十页，共一百一十八页，2022年，8月28日

三、负荷曲线

负荷曲线（loadcurve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。

第十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日1．负荷曲线的分类按负荷对象分工厂负荷曲线车间负荷曲线某台设备的负荷曲线按负荷的功率性质分有功负荷曲线无功负荷曲线按表示的时间分年负荷曲线月负荷曲线日负荷曲线工作班负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线第十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日三.负荷曲线日负荷曲线日负荷曲线表示负荷在一昼夜24小时内的变化曲线。图2-1表示某工厂的日有功负荷曲线。第十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日第十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法有：(1)以某个监测点为参考点，在24小时内各个时刻记录有功功率表的读数，依点连成的负荷曲线，如图2-1(a)所示；(2)通过接在供电线路上的电能表，每隔半小时将其读数记录下来，求出0.5小时的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，连成阶梯状的负荷曲线，如图2-1(b)所示。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形。其时间间隔取得愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。第十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日年负荷曲线年负荷曲线反映负荷全年(8760小时)的变化情况，如图2-2所示。年负荷曲线通常绘成年负荷持续时间曲线，如图2-2(c)所示。它是根据某一年中具有代表性的夏日负荷曲线(见图2-2(a))和冬日负荷曲线(见图2-2(b))来绘制的。其中，夏日和冬日在全年中所占的天数应视当地的地理位置和气温情况而定。一般北方地区可近似认为夏日165天，冬日200天；南方地区则可近似认为夏日200天，冬日165天。绘制时以负荷使用时间为横坐标，按负荷大小依次排列，全年按8760小时计。从年负荷持续时间曲线能明显看出：一个企业在一年内不同负荷值所持续的时间，从而可以对系统进行分析。第十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日图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第十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日另一种形式的年负荷曲线是按全年每日最大负荷(通常取每日最大负荷的半小时平均值)来绘制的，如图2-3所示。横坐标依次以全年12个月份的日期来分格。这种负荷曲线主要用来确定拥有多台电力变压器的用户变电所在一年内不同时期宜于投入几台运行，即所谓的经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电的经济效益。负荷曲线对于从事供电设计和运行的人员来说是十分重要的，通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，从中获得一些对设计和运行有用的资料。第十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日图2-3年每日最大负荷曲线第十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1）年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax是指在全年负荷最大的工作班内，消耗电能最大的半小时的平均功率，也称为半小时最大负荷，用P30表示（2）年最大负荷利用小时数Tmax

年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行一段时间后所消耗的电能，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Tmax。。

第二十页，共一百一十八页，2022年，8月28日

下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。P30=第二十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日

（2-3）

年最大负荷利用小时的大小表明了工厂消耗电能是否均匀，Tmax越大，则负荷越平稳。它与工厂的生产班制有明显的关系。一般地，一班制工厂Tmax=1800～3000h两班制工厂Tmax=3500～4800h三班制工厂Tmax=5000～7000h年最大负荷利用小时数是用年耗电量比上所有用电设备的额定功率之和而得。负荷全年实际耗用电能第二十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日最大负荷利用小时的来由查《电气工程基础》（华中科技大学出版社）的最大负荷的表最大负荷利用小时是这样写的：******************************************************负荷类型年最大负荷利用小时数Tmax/h******************************************************屋内照明及生活用电2000～3000单班制工业企业1500～2500两班制工业企业3000～4500三班制工业企业6000～7000农业排灌用电1000～1500第二十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日2.平均负荷Pav

平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值，即Pav=W/t

年平均负荷为Pav=Wa/8760

第二十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日负荷系数KL负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，分有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，也称为负荷曲线填充系数。即

有时也用α表示有功负荷系数，用β表示无功负荷系数。一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82。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，它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。即第二十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日第二十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日第二节.三相用电设备组计算负荷的确定一.概述1.工厂配电系统的设计思路：①.工厂根据需要采购进各种电气设备，每个电气设备的铭牌上都标有额定容量。②.将每一台电气设备的额定容量按规定进行换算至统一规定工作制下的额定容量（Pe)。③.将每台的Pe相加得到总的设备容量∑Pe④∑Pe乘上相关系数得到计算负荷。⑤将计算负荷作为设计工厂配电系统的依据，从而合理选择配电系统所有组成元件（如电力变压器、开关、导线及电缆）。第二十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日2.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配电系统各元件的负荷值，称为计算负荷。

在设计计算中取“半小时最大负荷P30(即年最大负荷Pmax)”作为计算负荷。原因：计算负荷实际上与从负荷曲线上测出的半小时最大负荷P30(Pmax)是基本相当的。

第二十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日计算负荷与P30(Pmax)是基本相当的详解因为中小截面(35mm2以下)的导线发热时间常数T一般在10min以上，导体达到稳定温升的时间约为(3～4)T，即对多数导体发热并达到稳定温升的时间约为30min。尖峰电流负荷值虽大，但持续时间很短，导体的温升还未升高到相应负荷的温升，尖峰电流就已消失。所以只有持续30min以上的平均最大负荷值才可能构成导体的最高温升。故计算负荷与稳定在半小时以上的最大负荷P30基本相当。第二十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日在设计计算中取“半小时最大负荷P30(即年最大负荷Pmax)”作为计算负荷。1.供电系统对用电设备组提供负荷，假设该负荷让组内所有用电设备在实际运行中产生的温升是设备允许最大温升。而另一等效负荷产生的温升也是设备允许最大温升。2.中小截面导体的发热时间常数τ一般在10min左右，而导体达到稳定温升需要(3-4)τ，即30min左右。所以用电设备产生允许最大温升的时间即定为30min，即半小时。3.取设备的日负荷曲线时间间隔∆t为30min。在日负荷曲线上找到“半小时最大平均负荷”P30，P30对设备产生温升应该等效于实际负荷对设备产生的允许最大温升。4.所以P30从温度的角度上讲，它是一个等效负荷。这个等效负荷称为计算负荷换种说法解释计算负荷P30第三十页，共一百一十八页，2022年，8月28日计算负荷的几个常用电气量和相应单位P30----负荷的有功计算负荷单位：千瓦KWQ30----负荷的无功计算负荷单位：千乏kvarS30----负荷的视在计算负荷单位：千伏安kv·AI30----负荷的计算电流单位：安A第三十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日负荷计算的意义和目的

负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。第三十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日2．负荷计算需要系数法二项式法需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。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荷影响的附加功率，一般适用于低压配电分支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算方法工厂计算负荷的确定需要系数法比较简便因而广泛使用。另外还有：利用系数法、形状系数法、附加系数法.等负荷计算的方法第三十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日二.需要系数法确定计算负荷1.需要系数的慨念

一个车间有很多台用电设备，它们的负荷曲线都不相同。在进行负荷计算时，应按其负荷曲线相同的特点对设备进行分组。

每组内各设备的设备容量PN总和是该组总设备容量Pe：

Pe=∑PN.设备容量Pe算出后，还不能直接确定计算负荷P30。因为：同一用电设备组这些设备①不一定都同时运行，②运行的设备也不太可能都满负荷，③设备本身有功率损耗，④配电线路有功率损耗。因此在确定设备组的计算负荷时，应考虑一个系数，这个系数就叫需要系数。用Kd表示。即：

Pe×Kd=P30

(2-9)第三十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日确立需要系数的图解第三十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日式中，Kd为需要系数，它的物理表达式为 (2-8)KΣ为设备组同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比KL为设备组负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比ηe为设备组平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比ηWL为配电线路平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率(亦即设备组取用功率)与首端功率(亦即计算负荷)之比。因此，需要系数是由上述几个影响计算负荷的因素综合而成的一个系数。第三十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的。对一个生产企业来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。Kd只能靠测量统计确定,见下表。表中列出了各种用电设备组的需要系数值。供设计人员在变动的系数范围内选用参考。第三十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日表2.2各用电设备组的需要系数Kd及功率因数

用电设备组名称

需要系数Kd

二项式系数

最大容量设备台数

功率因数ab小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大批量生产金属热加工机床

0.16～0.20.18～0.250.25～0.30.3～0.350.140.140.240.260.40.50.40.555550.50.50.60.651.731.731.331.17通风机、水泵、空压机

0.7～0.80.650.2550.80.75非联锁的连续运输机械联锁的连续运输机械0.5～0.60.65～0.70.40.60.20.2550.750.750.880.88锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车铸造车间吊车0.1～0.150.15～0.250.060.090.20.3330.50.51.731.73自动装料电阻炉非自动装料电阻炉小型电阻炉、干燥箱0.75～0.80.65～0.750.70.70.70.70.30.3—22—0.950.951.00.330.330高频感应电炉（不带补偿）工频感应电炉（不带补偿）电弧熔炉0.80.80.9—————————0.60.350.871.332.680.57点焊机、缝焊机对焊机0.350.35——————0.60.71.331.02自动弧焊变压器单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器0.50.350.4—————————0.40.350.352.292.682.68生产厂房、办公室、实验室照明变配电室、仓库照明生活照明室外照明0.8～10.5～0.70.6～0.81————————————1.01.01.01.00000第三十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日设备功率的复习“功率三角形”是表示视在功率S、有功功率P和无功功率Q三者在数值上的关系三角形。由功率三角形可得P=ScosφQ=Ssinφ对于三相电路S=√3UI=√(P^2+Q^2)P=√3UIcosφQ=√3UIsinφU:线电压有效值I：线电流有效值。第三十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日2.需要系数法计算公式

=S30sinφ2-102-112-122-132-9第四十页，共一百一十八页，2022年，8月28日使用需要系数法计算时的几点注意对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷宜取各设备功率之和；即：Kd=1P30=Pe。4台用电设备组的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。对只有一台电动机，因其本身功耗较大，宜取：需要系数适当取大，COSφ也宜适当取大。计算分支干线上用电设备组的计算负荷，需要系数适当取大需要系数法适用于用电设备台数较多、设备容量差别不大的场合。若用电设备组的设备台数较少时，其计算结果往往偏小。即I30=IN第四十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日例1见教材P31.这只是连续工作制设备的计算负荷算法举例。工厂还有其他工作制设备。它们的计算负荷该怎样算？？第四十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日3.设备安装容量的计算在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式和工作条件不同，并且同一设备的额定容量在不同的暂载率下工作时，其输出功率也不同。因此不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率（额定容量）”称为“设备安装容量（设备容量）”Pe。连续工作制和短时工作制的设备容量:

设备容量Pe等于用电设备铭牌上的额定容量之和。Pe=PN第四十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日

2.反复短时工作制的用电设备设备容量Pe是将设备在不同暂载率下的铭牌额定容量换算到一个规定的暂载率下的容量，换算式为

式中，εN为对应于铭牌额定功率PN的额定暂载率；ε为对应于设备容量Pe的标准暂载率。第四十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日电焊机的容量换算要求设备容量统一换算到ε=100%，则换算后的设备容量为即

式中，PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；εN为额定暂载率；ε100为其值为100%的暂载率(在计算中取1)；cosφ为额定功率因数。若其铭牌暂载率εN不等于100%时，应进行换算第四十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日吊车电动机的容量换算要求容量统一换算到ε=25%，则换算后的设备容量为

式中，PN为额定有功功率；εN为额定暂载率；ε25为其值为25%的暂载率(在计算中取为0.25)。吊车电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）第四十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ

第四十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日

照明设备(1)白炽灯、卤钨灯的设备容量就是灯泡上标出的额定功率。(2)荧光灯考虑镇流器上的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.2～1.3倍。(3)高压汞灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍；自镇式高压汞灯设备容量与灯泡额定功率相等。(4)高压纳灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。(5)金属卤化物灯考虑镇流器的功耗，其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍。第四十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日设备容量确定的总结断续运行工作制电动机类负荷应将其额定功率换算到ε=25%时的等效功率；起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。断续运行工作制电焊机设备，应统一换算到ε=100%：电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。照明设备的设备功率:白炽灯光源：Pe=PN;荧光灯光源：Pe=1.25PN高强气体放电灯光源：Pe=1.1PN根据上述原则，再参考设备选型及工作制，计算总功率P，然后P/COS@,就是S了；100的变压器，一般是100KVA可以带80KW的负荷，然后变压器最经济的运行点是带是70%-80%负荷；第四十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日例2-1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。第五十页，共一百一十八页，2022年，8月28日解：（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：

第五十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日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：（2）电焊机的设备容量第五十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日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：（3）吊车的设备容量

(4)车间的设备总容量为第五十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日4.多组用电设备计算负荷确定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KΣ.按功率性质分为KΣp和KΣq同时系数KΣp和KΣq的取值是根据统计规律以及实际测量的结果来确定的，具体取值见表2-1。

第五十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日

应用范围

KΣ

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

0.7~0.80.7~0.90.8~1.0确定配电所母线的最大负荷

负荷小于5000kW计算负荷小于5000~10000kW计算负荷大于10000kW

0.9~1.00.850.8

有时，为方便计算，在保证工程要求的前提下，KΣp和KΣq取一样的值，即KΣ，可按下表取值：第五十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日确定多组用电设备计算负荷的计算公式

P30=KΣpΣP30.i

(2-17)Q30=KΣqΣQ30.i

(2-18) (2-19) (2-20)式中，P30.i，Q30.i为各用电设备组的计算负荷；KΣp,KΣq分别为有功功率、无功功率的同时系数。

车间干线或车间变电所低压母线上接有多组用电设备第五十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日计算多组设备总的计算负荷时两点注意需要注意的是，在应用上式计算多组用电设备的计算负荷时，由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷S30和计算电流I30一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。同时在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组设备的台数不论多少，其计算负荷均按教材附表2所列计算系数来计算，而不必考虑设备台数少要适当增大Kd和cosφ值的问题。第五十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日确定多组用电设备计算负荷的解题思路

１．确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间２．分组：通风机一组；电阻炉一组；金属切削用电机一组。３．分别计算每一组的总容量Pe。４．查表得Kd和cos；用需要系数法分别计算各组计算负荷P30。５．查表2-1得多个组的同时系数，确定多组计算负荷P30

。第五十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日例一机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；电葫芦1个共6kW（∈

N=40%）试求计算负荷。解：冷加工电动机组,查附表2:可得Kd=0.16~0.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，故P30(1)=Kd∑Pe=0.2×50=10(kW)Q30(1)=P30(1)tan=10×1.73=17.3(kvar)S30(1)=P301)/cos=10/0.5=20(kVA)通风机组，查附表2可得：Kd=0.7~0.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75故 P30(2)=Kd∑Pe=0.8×5=4(kW) Q30(2)=P30(2)tan=4×0.75=3(kvar) S30(2)=P30(2)/cos=4/0.8=5(kVA)第五十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日电葫芦组：由于是单台设备，可取Kd=1，查附表2可得cos=0.5，tan=1.73，因此P30(3)=Pe=3.79=3.79(kW)Q30(3)=P30(3)tan=3.79×1.73=6.56(kvar)S30(3)=P30(3)/cos=3.79/0.5=7.58(kVA)取同时系数Ｋ∑为0.9，因此总计算负荷为P30(∑)＝Ｋ∑ΣP30=0.9×（10+4+3.79）=16.01(kW)

Q30(∑)＝Ｋ∑ΣQ30=0.9×（17.3+3+6.56）=24.17(kW)第六十页，共一百一十八页，2022年，8月28日

为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。28.9924.1716.01——取Ｋ∑=0.9—26.8617.79————24负荷总计7.586.563.791.730.513.79（ε=25%）1电葫芦35340.750.80.853通风机组22017.3101.730.50.25020机床组1S30(kVA)Q30(kVar)P30(kW)计算负荷tancosKd设备容量（kW）台数用电设备组名称序号第六十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日例2见教材P33解题思路：

１．先确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间２．先分组：通风机一组；电阻炉一组；金属切削用电机一组。３．每一组先计算组的总容量。４．查附表２得Kd和cos；用需用系数法分别计算各组计算负荷。５．查表2-1得多个组的同时系数，再计算第六十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日用需要系数法求计算负荷，其特点是简单方便，且计算结果符合实际，这种方法是世界各国普遍采用的求计算负荷的基本方法。但是把需要系数看做是与一组设备中设备多少以及设备容量是否相差悬殊等都无关的固定值，就考虑不全面了。实际上只有当设备台数较多、容量较大、没有特大型用电设备时，需要系数表中的需要系数值才符合实际，所以需要系数法普遍应用于求全厂和大型车间变电所的计算负荷。而对于设备台数较少，且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷，则将采用另一种方法——二项式系数法。 第六十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日式中b、c——二项式系数，根据设备名称、类型、台数查教材附表2选取；

Pe——用电设备组的设备总容量.Pe=∑PNbPe——用电设备组的平均负荷.Px——指用电设备中x台容量最大的设备容量之和；cPx——指用电设备中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。

x查教材附表2选取，若设备台数n＜2x，取x=n/2，按四舍五入计算。

在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的低压车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为：（2-21）

三、二项式系数法

第六十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日

二项式系数法确定计算负荷应注意项（1）对1~2台用电设备可认为，即；对单台电动机，按P30=PN/η计算，其中η为电动机的效率，功率因数适当取大。（2）用电设备组的有功计算负荷的求取直接按式（2-21）进行，其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算公式与前述需要系数法相同。(3)二项式系数法的系数只适用于机械行业第六十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日例3教材P34X=5的说明：由于设备总台数n=33＞2×5=10，所以x取5.第六十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日第三节单相用电设备组计算负荷的确定一.慨述：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。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。第六十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日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。

《民用建筑电气设计规范》中规定：单相负荷应均匀分配到三相上。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；当超过15％时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称负荷相加。第六十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日二、单相用电设备组等效三相负荷的计算设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下：1、单相设备接于相电压时Pe＝3Pe·m式中Pe——等效三相设备容量；

Pe·m——最大负荷所接的单相设备容量。2、单相设备接于线电压时

式中Pe·—接于同一线电压的单相设备容量。第六十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日3、单相设备有的接于线电压，有的接于相电压

单相设备分别接于线电压和相电压时等效三相负荷接于线电压负荷接于相电压负荷接于相电压负荷分相相加最大相三倍即：P30=3P30·mＱ３０＝

3Ｑ30·m

第七十页，共一百一十八页，2022年，8月28日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的功率换算式线间负荷换算为相间负荷的方法：换算系数法

换算后有功功率

换算后无功功率

A相

PA=pAB-APAB+pCA-APCA

QA=qAB-APAB+qCA-APCAＢ相

PB=pBC-BPBC+pAB-BPAB

QB=qBC-BPBC+qAB-BPABＣ相

PC=pCA-CPCA+PBC-CPBC

QC=qCA-CPCA+qBC-CPBC

系数

系数

系数

系数第七十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数第七十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日例：如下图所示220/380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100％）接于AB相间，1台20kW（ε=100％）接于BC间，1台30kW（ε=60％）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。第七十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日解：(1)电热干燥箱组的各相计算负荷查附录表1得因此只需计算其有功计算负荷：A相B相C相

(2)对焊机组的各相计算负荷先将接于CA相间的30kW（ε=60%）换算至ε=100%的容量，即查附表２得再由系数表查得时的功率换算系数

第七十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日对焊机组各相的有功和无功设备容量为

A相B相

C相第七十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日对焊机组各相的有功和无功计算负荷为A相B相C相第七十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日(3)各相总的有功和无功计算负荷A相B相C相第七十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日(4)总的等效三相计算负荷因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得以上计算也可列成单相负荷计算表第七十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日1．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，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即式中——全厂的需要系数值，查表选取。

第四节工厂总计算负荷的确定

（2-32）

（2-11）（2-12）（2-13）第七十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日部分工厂的需要系数和功率因素表工厂类别

需要系数

功率因数

汽轮机制造厂0.380.88锅炉制造厂

0.270.73柴油机制造厂

0.320.74重型机床制造厂

0.320.71仪器仪表制造厂

0.370.81电机制造厂

0.330.81石油机械制造厂

0.450.78电线电缆制造厂0.350.73电器开关制造厂

0.350.75橡胶厂

0.50.72通用机械厂0.40.72第八十页，共一百一十八页，2022年，8月28日２．按年产量估算全厂的计算负荷式中：a—工厂单位产品耗电量，可查有关手册获取；A—工厂产品年产量；Wa—工厂年总耗电量；Tmax—年最大负荷利用小时数，可查有关手册获取。（2-３３）（2-３４）第八十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日３．按逐级计算法确定工厂总计算负荷由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。第八十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日（1）对1~2台用电设备宜取(2)一组用电设备组的计算负荷有功计算负荷：无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流：(3)多组用电设备的计算负荷总的有功计算负荷：总的无功计算负荷：总的视在计算负荷：总的计算电流：确定用电设备组计算负荷的相关公式复习第八十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日（１）单台用电设备的计算负荷

1）有功计算负荷：

考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷P30(6)为式中Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；

η—用电设备在额定负载下的的效率。

2）无功计算负荷：Q30(6)=P30(6)tan式中—用电设备功率因数角。

计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。第八十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日2.用电设备组的计算负荷（1）有功计算负荷：P30(6)=Kd∑Pe

Kd—用电设备组的需要系数，见附表２；∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。（2）无功计算负荷：Q30(6)=P30(6)tanwm

tanwm值见附表２。（3）视在计算负荷：计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。

第八十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日当Kd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。当一条线路内的用电设备的台数较小（n<3台）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Kd值(0.85~1)。第八十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日3．确定车间配电干线、车间变电所低压母线上的计算负荷（1）总有功计算负荷：

P30(5)＝Ｋ∑ΣP30(6)+ΔPWL2（2）总无功计算负荷：Q30(5)＝Ｋ∑ΣQ30(5)（3）总视在计算负荷：

计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。第八十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日4.确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷P30(3)＝P30(3)+ΔPTQ30(3)＝Q30(3)+ΔQT

P30(3)

、Q30(3)－车间变电所中变压器高压侧的有功、无功计算负荷（kW、kvar）；

ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。

计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备第八十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日在计算负荷时，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，因此一般按下列经验公式估算：对SJL1等型电力变压器：ΔPT≈0.02S30

（kW）ΔQT≈0.08S30

（kvar）对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：ΔPT≈0.015S30

（kW）ΔQT≈0.06S30

（kvar）式中S30－变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。第八十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日5.确定总降压变电所出线上的计算负荷P30(2)=P30(3)+ΔPWL1≈P30(3)

Q30(2)=Q30(3)+ΔQWL1

≈Q30(3)

S30(2)≈S30(3)ΔPWL1、ΔQWL1—高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，故可忽略不计。

计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。第九十页，共一百一十八页，2022年，8月28日6.确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷P30(1)＝ＫΣΣP30(2)Q30(1)＝ＫΣΣQ30(2)

计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。第九十一页，共一百一十八页，2022年，8月28日功率因数的复习在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示一个交流电路，其交流电源的大小用视在功率S＝IU来表示。由于不同的交流电路其负载的参数（R、L、C）不同，因此电路中电压和电流的相位差也不同。于是，电路中的负载就不可能完全吸收电源的视在功率，其可利用的功率就是有功功率P(又叫平均功率)仅是视在功率S的一部分，这就涉及到交流电源的利用率问题，功率因数就是反映这种利用率大小的物理量。在单相交流电路中，已知单相交流电路的功率因数COSφ的概念是有功功率P与视在功率S的比值，即：COSφ＝P／S这对三相交流电路同样也是适用的，只是此时的COSφ是指三相交流电路的功率因数，P和S是指三相交流电路总的有功功率和总的视在功率。由此可见，功率因数越大，表示电路中用电设备的有功功率越大，也就是电源的利用率越高。三相电路，P=√3UIcosφ，P有功功率，U线电压、I线电流，cosφ功率因数。

单相电路中，P=UIcosφ，P为有功功率，U为电压、I为电流，cosφ为功率因数。

相同功率时，功率因数越高，电流越小。第九十二页，共一百一十八页，2022年，8月28日几种功率因数：1．工厂的功率因数分类和计算

瞬时功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数自然功率因数总功率因数指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值

P——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功率因数的平均值指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数WP——有功电度表读数；Wq——无功电度表读数。

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补偿后的功率因数第九十三页，共一百一十八页，2022年，8月28日4.工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的总计算负荷(1).工厂功率因数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出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：P——功率表测出的三相有功功率读数（kW）；

U——电压表测出的线电压读数（kV）；

I——电流表测出的线电流读数（A）。 瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。第九十四页，共一百一十八页，2022年，8月28日②平均功率因数平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为式中：Wp----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度表读出。

Wq----某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；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。第九十五页，共一百一十八页，2022年，8月28日

对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法：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；

α----有功负荷系数，一般为0.7~0.75；

β----无功负荷系数，一般为0.76~0.82。

第九十六页，共一百一十八页，2022年，8月28日③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：P30——全企业的有功功率计算负荷，kW；Q30——全企业的无功功率计算负荷，kvar；S30——全企业的视在计算负荷，kVA。第九十七页，共一百一十八页，2022年，8月28日功率因数对供电系统的影响由于在工厂中大量使用感应电动机、变压器、电焊机、电弧炉等感性负载，得功率因数降低，当有功功率为一定值时，cos愈小（角愈大），其视在功率就愈大，因而会造成：（1）系统中输送的总电流增加。（2）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。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。（4）发动机出力相对降低。

（2）无功功率补偿第九十八页，共一百一十八页，2022年，8月28日提高功率因数通常有两种途径：

1.一种是在不添置任何附加补偿设备的前提下，合理选择和使用电气设备，改善它们的运行方式，如：合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。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。合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。从而提高自然功率因数，但提高往往很有限。

2.另一种是采用人工补偿装置来提高功率因数，人工补偿装置可采用同步电动机或并联静电电容器。第九十九页，共一百一十八页，2022年，8月28日部分电动机功率因数第一百页，共一百一十八页，2022年，8月28日并联电容器原理方法：并联静电电容器。用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。原理：电感性负载电流滞后电网电压，而电容器的电流超前电网电压，这样就可以完全或部分抵消。减小功率因数角，提高功率因数。

第一百零一页，共一百一十八页，2022年，8月28日并联电容器提高cosφ的原理图第一百零二页，共一百一十八页，2022年，8月28日从功率的角度上讲：当电感和电容并联接在同一电路时，电感吸收功率时正好电容放出能量，电感放出能量时正好电容吸收功率，能量在它们之间相互交换，即感性负荷所需无功功率，可由电容器的无功输出得到补偿，这就是并联电容器的无功补偿作用。补偿原理是：增加补偿电容(P未变)→Q30↓→S30