工厂的电力负荷和曲线及其计算

工厂的电力负荷和曲线及其计算第1页/共158页一、工厂的电力负荷和负荷曲线

1.工厂常用的用电设备2.工厂用电设备的工作制3.负荷曲线第2页/共158页

“电力负荷”又称电力负载，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。

第3页/共158页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。

第4页/共158页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第5页/共158页②．电焊和电镀设备

电焊设备电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的周期性，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。第6页/共158页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。电镀设备第7页/共158页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第8页/共158页④．照明设备

常用照明设备白炽灯、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。

第9页/共158页

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。

1.2电力负荷的分级

第10页/共158页二级负荷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。第11页/共158页双电源：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12页/共158页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。第13页/共158页二级负荷：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。第14页/共158页1.3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表2－1小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类第15页/共158页2.1工厂用电设备的工作制长期连续工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等第16页/共158页（2－1）起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）ε负荷持续率工作时间停歇时间第17页/共158页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。断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系第18页/共158页第19页/共158页对起重电动机应统一换算到ε=25%，换算公式为：（2－2）起重电动机换算后设备容量（换算前）设备铬牌额定功率设备铬牌暂载率第20页/共158页对电焊机设备，应统一换算到ε=100%，换算公式为：

（2-3）

电焊机设备设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数第21页/共158页例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22页/共158页解：（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23页/共158页

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24页/共158页

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25页/共158页2.2负荷曲线

定义负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。按负荷对象分工厂的的负荷曲线车间的的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分类第26页/共158页按表示的时间分年的负荷曲线月的负荷曲线日的负荷曲线工作班的负荷曲线按绘制方式分依点连成的负荷曲线梯形的负荷曲线第27页/共158页负荷曲线的绘制

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kW、kvar）。图3.1日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线第28页/共158页图2.2年负荷曲线年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。第29页/共158页与负荷曲线有关的参数

(1)年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax

图2.3年最大负荷和年平均负荷第30页/共158页年最大负荷Pmax

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多的半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax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。第31页/共158页

（2-4）

Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数一班制工厂Tmax=1800～3000h两班制工厂Tmax=3500～4800h三班制工厂Tmax=5000～7000h负荷全年实际耗用电能第32页/共158页平均负荷Pav和年平均负荷

平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率（2-5）

年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。（2-6）

t时间内耗用的电能第33页/共158页有功负荷系数α通常取0.7～0.75无功负荷系数β通常取0.76～0.82负荷系数

第34页/共158页2.2负荷计算的方法

2.2.1概述2.2.2需要系数法2.2.3二项式法2.2.4单相用电设备的负荷计算2.2.5全厂计算负荷的确定第35页/共158页2.2.1概述

“计算负荷”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。

PC----负荷的有功计算负荷QC----负荷的无功计算负荷SC---负荷的视在计算负荷IC----负荷的计算电流第36页/共158页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。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。第37页/共158页由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需3—4τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其

τ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、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。第38页/共158页需要系数法二项式系数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支干线和配电箱的负荷计算。负荷计算方法负荷计算方法第39页/共158页表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40页/共158页2.2.2需要系数法

需要系数法（2-7）

（2-8）

需要系数用电设备组所有设备容量之和每组用电设备的设备容量第41页/共158页

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Kd

第42页/共158页需要系数法—需要系数需要系数同时系数K∑：并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用负荷系数KL：并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行电气设备的平均效率ηe：电气设备额定功率与输入功率不一定相等

线路的平均效率ηW1

：考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后，电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同注：工程实际中，很难通过Kd的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表求得其经验值第43页/共158页用电设备组名称需要系数kd功率因数cosφtanφ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、办公室照明变电所室外照明0.75～0.850.52～0.600.65～0.700.700.250.450.800.40～0.700.50～0.701.00.800.750.650.700.700.451.01.01.01.00.750.881.771.021.021.980000建筑工地常用用电设备组的需要系数及功率因数

第44页/共158页需要系数法求解的几个问题（1）对1~2台用电设备宜取

(2)用电设备组的计算负荷

有功计算负荷：（2-9）无功计算负荷：（2-10）第45页/共158页需要系数法求解的几个问题视在计算负荷：

（2-11）计算电流：（2-12）第46页/共158页需要系数法求解的几个问题(3)多组用电设备的计算负荷总的有功计算负荷：（2-13）总的无功计算负荷：（2-14）第47页/共158页需要系数法求解的几个问题总的视在计算负荷：

（2-15）总的计算电流：（2-16）第48页/共158页

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。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表3.3同时系数KΣ

第49页/共158页例2-2（接例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，），试计算此车间的计算负荷。第50页/共158页解：（1）金属切削机床组的计算负荷查表2.2取需要系数和功率因数为：所以，有第51页/共158页（2）电焊机组的计算负荷查表2.2取需要系数和功率因数为：第52页/共158页（3）吊车组的计算负荷查表2.2取需要系数和功率因数为第53页/共158页（4）全车间的总计算负荷根据表2.3，取同时系数，所以全车间的计算负荷为：

第54页/共158页某机修车间380V线路上有如下设备：对焊机一台：SN=42kVA,N=60%,cos=0.6210吨桥式起重机一台：PN=39.6kW,N=40%

金属切削用三相电机：7.5kW3台,4kW8台;3kW17台试求计算负荷。作业第55页/共158页应用场合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。基本公式（3-17）

2.2.3二项式法

b

、c——二项式系数，根据设备名称、类型、台数查表3.2选取指用电设备中x台容量最大的设备容量之和用电设备组的平均负荷用电设备组的设备总容量指用电设备中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。第56页/共158页Q30，S30，I30的计算公式与前述需要系数法相同。第57页/共158页二项式法求解的几个问题：（1）对1~2台用电设备（2）用电设备组有功计算负荷的求取直接应用式（3-17），其余的计算负荷与需要系数法相同。第58页/共158页二项式法求解的几个问题：（3）多组用电设备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，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。

总的有功计算负荷为：（2-18）总的无功计算负荷为：

（2-19）各组中最大的一组附加负荷最大附加负荷所在设备组的对应的值第59页/共158页用二项式法计算例2.1车间的金属切削机床组的计算负荷。解：查表2.2取二项式系数所以例2-3第60页/共158页如果用电设备组的设备总台数n<2x，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。第61页/共158页某380V线路上接有下列设备：冷加工机床，2×7.5kW，3×6kW，25×2.6kW；电加热设备，3×6kW；吊车组，1×10.5kW，ε＝25％；电焊机，1×22kVA，ε＝60％，cosψ＝0.6；电焊机，2×8.85kVA，ε＝100％，cosψ＝0.6；试用二项式法确定该线路上的计算负荷。例2-4第62页/共158页解：确定分组，各组中设备功率。第一组：冷加工机床组查表得，x＝5，c＝0.4，b＝0.14，cosψ＝0.5，tanψ＝1.73。

bPe-1=0.14×（2×7.5＋3×6＋25×2.6）＝13.72kWcPx-1=0.4×(2×7.5+3×6)=13.20kW第63页/共158页第二组：电加热设备查表得，c＝0，b＝0.7，cosψ＝1，tanψ＝0。

bPe-2=0.7×18＝12.60kWcPx-2=0第三组：吊车组查表得，x＝3，c＝0.2，b＝0.06，cosψ＝0.5，

tanψ＝1.73。

bPe-3=0.06×10.50＝0.63kWcPx-3=0.2×10.50=2.1kW第64页/共158页第四组：电焊机设备组查表得，c＝0，b＝0.35，cosψ＝0.6，tanψ＝1.33。因为P＝，

bPe-4=0.35×（P4+P5）＝0.35×

＝7.29cPx-4=0第65页/共158页因为第一组中的cPx-1值最大，所以有功计算功率

Pc＝（bPe-1＋bPe-2＋bPe-3＋bPe-4）＋(cPx)max

＝49.92kW

Qc＝（bPe-1×tanψ1+bPe-2×tanψ2+bPe-3×tanψ3+bPe-4×tanψ4）+(cPx)maxtanψmax=60.66kvar第66页/共158页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。2.2.4单相用电设备的负荷计算第67页/共158页单相用电设备组确定计算负荷的原则

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。

第68页/共158页《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69页/共158页单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷单相设备视在功率S最大的一相的功率因数为cos第70页/共158页单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷线间负荷，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。第71页/共158页假设P12≥P23≥P31，则等效三相负荷：第72页/共158页应先将线间负荷换算为相间负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。线间负荷换算为相间负荷的方法：换算系数法注意：最大单相的有功计算负荷和无功计算负荷不一定在同一相上。既有线间负荷又有相间负荷时的三相等效负荷第73页/共158页线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数－换算系数法接于AB、BC、CA相间的有功负荷(kw)换算为A、B、C相的有功负荷(kw)换算系数换算为A、B、C相的无功负荷(kvar)第74页/共158页例2-5如图2-7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75页/共158页解：(1)电热干燥箱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，即查附录表1得再由表2-3查得时的功率换算系数

第76页/共158页因此各相的有功和无功设备容量为

A相B相

C相第77页/共158页各相的有功和无功计算负荷为A相B相C相第78页/共158页(3)各相总的有功和无功计算负荷A相B相C相第79页/共158页(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[文献10]，限于篇幅，从略。第80页/共158页线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数第81页/共158页2.2.5全厂计算负荷的确定

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（3-20）

全厂的需要系数值，查表3.4选取。

第82页/共158页表2.4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0.380.88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83页/共158页2．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，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84页/共158页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。①用电设备组②车间低压变压器出线③车间低压变压器高压侧④企业变压器出线⑤企业进线第85页/共158页P30.5=KΣ5ΣP30.6iP30.4=P30.5+∆PwL2P30.3=KΣ3ΣP30.4iP30.2=P30.3+∆PT+∆PwL1P30.1=KΣ1P30.2i图2.4逐级推算法示意图第86页/共158页

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，一般按经验公式估算：有功功率损耗：（2-21）无功功率损耗：（2-22）变压器低压母线上的计算负荷第87页/共158页3．按年产量和年产值估算全厂的计算负荷

（2-23）

（2-24）

单位数量，单位为人数、床数、产品数量等单位用电指标，单位为kW／人．kW／床、kw／产品等负荷密度指标计算范围的使用面积，单位为m2工厂的年最大负荷利用小时第88页/共158页2.3供配电系统的功率损耗和电能损耗2.3.1概述2.3.2供电线路的功率损耗2.3.3变压器的功率损耗第89页/共158页3.3.1概述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。第90页/共158页年最大负荷损耗小时数τmax

－－（年最大负荷利用小时数Tmax

）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τmax时间就可将其全部消耗完。即系统通过τmax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。τmax也是一个假想的时间。第91页/共158页最大负荷损耗小时物理意义假如线路负荷维持在Pca，则在τ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。τ为一个假想时间。τ与Tmax和cosφ有关：第92页/共158页τmax

、Tmax、负荷的功率因数cosφ之间的关系

第93页/共158页2.3.2供电线路的功率损耗三相线路中的有功和无功损耗为其中，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；线路上的有功损耗，单位为kW线路上的无功损耗，单位为kvar线路上的计算电流，单位为A每相线路的电阻，单位为Ω每相线路的电抗，单位为Ω第94页/共158页问题？如果用线路的计算功率Pc、Qc、Sc表示，供电线路的功率损耗的表达式。第95页/共158页线路上的年有功电能损耗第96页/共158页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。第97页/共158页3.3.3变压器的功率损耗和电能损耗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。

第98页/共158页变压器的最大有功损耗变压器空载有功损耗，单位为kw变压器的额定视在功率．单位为kVA变压器短路有功损耗，单位为kw变压器上通过的计算视在功率。单位为kVA第99页/共158页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；变压器空载电流占额定电流的百分值。可以通过手册查到（空载电流）第100页/共158页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。变压器短路电压占额定电压的百分值。可以通过手册查到（阻抗电压）第101页/共158页变压器的最大无功损耗非额定负载情况下，负载无功损耗，与负载率的平方成正比。第102页/共158页△P0、△Pk、Ic％、Ur％均可在产品目录中查出。第103页/共158页变压器的年有功电能损耗空载有功电能损耗负载有功电能损耗变压器的全年工作时间，单位为h第104页/共158页2.4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2.4.2功率因数对供电系统的影响2.4.3功率因数的改善措施2.4.4并联电容器补偿功率因数第105页/共158页2.4.1功率因数的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106页/共158页瞬时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。

第107页/共158页平均功率因数指某一规定时间段内功率因数的平均值

WP——有功电度表读数；Wq——无功电度表读数。

第108页/共158页最大负荷时功率因数指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数

P30——工厂的有功计算负荷；S30——工厂的视在计算负荷。

第109页/共158页自然功率因数总功率因数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110页/共158页

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第111页/共158页1．降低了供电设备（电源）的供电能力

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。第112页/共158页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。2．增加供电系统的有功损耗第113页/共158页3．供电线路的电压降增大功率因数低，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。

第114页/共158页4.降低发电机的效率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，发电机的效率降低。第115页/共158页（1）高压供电的用电单位，功率因数一般规定为0.9以上；（2）其他电力用户，功率因数为0.85以上。（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。（4）对农业用电单位，要求功率因数在0.8以上。民用及一般工业建筑的功率因数指标第116页/共158页人工补偿无功功率提高自然功率因数提高功率因数2.4.3功率因数的改善措施第117页/共158页

提高自然功率因数的方法（1）合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。（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。（3）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。第118页/共158页（4）正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为75％～80％比较合适）。对于负载率低于30％变压器，应予以更换。（5）对于负荷率在0.6～0.9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。第119页/共158页部分电动机功率因数第120页/共158页S9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第121页/共158页S9型环氧浇注干式变压器额定负载时损耗数据第122页/共158页（1）采用同步电动机补偿，使用同步电动机在过激磁（overexcited）方式呈现容性时运转，其功率因数超前0.8～0.9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。人工补偿改善功率因数第123页/共158页（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。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。第124页/共158页（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第125页/共158页思考采用并联电容器补偿有哪些效果？第126页/共158页2.4.4并联电容器补偿功率因数采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。

第127页/共158页静电电容器特点1）价格较便宜。2）有功功率损耗小，一般每100kvar低于0.3～0.4kW。3）没有旋转部分，易于安装，便于维护。4）可随供电系统中无功功率容量的需要，可以较方便地增加或减少C的大小。5）只能有级调节，而不能随着无功功率的变化，进行无级调节。第128页/共158页并联电容器原理第129页/共158页并联电容器提高cosφ的原理图第130页/共158页补偿有三种情况

欠补偿为全补偿过补偿在实际工程设计及应用中，总是采用欠补偿，把功率因数提高到0.9～0.95。第131页/共158页并联电容器的容量选择第132页/共158页电容器（柜）台数的确定在提高电力系统的功率因数时，应选择并联电容器。电容器的台数N应按下式计算：总的无功补偿容量单台电容器的容量注：当电容器为单相电容器时，除了保证补偿容量以外，为维持三相平衡，还应保证电容器台数为3的倍数。第133页/共158页由于电容器的实际补偿容量与其端电压的平方成正比（Q=ωCUc2）电容器的实际运行电压电容器的额定电压电容器的额定容量第134页/共158页部分低压并联电容器参数第135页/共158页部分高压并联电容器参数第136页/共158页例2-6某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800kvar。为了使工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？解：(1)补偿前应选变压器的容量和功率因数变压器低压侧的视在计算负荷为:主变压器容量的选择条件为SNT>S30(2)，因此在未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250kVA（参看附录表5）。这时变电所低压侧的功率因数为:第137页/共158页(2)无功补偿容量按规定变电所高压侧的，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQT

远大于其有功损耗ΔPT

，一般，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取