电力负荷及计算概述

电力负荷及计算电力负荷与负荷曲线的概念三相用电设备组计算负荷确定单相用电设备组计算负荷确定工厂供电系统功率、电能损耗工厂计算负荷和年电能消耗量尖峰电流及计算第一页，共五十六页。1.

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（含两个含义）

“电力负荷”在不同的场合可有不同含义，它可指用电设备或用电单位，也可指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。第二页，共五十六页。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。第三页，共五十六页。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1．1工厂常用用电设备第四页，共五十六页。②

电焊、电镀设备

电焊机的工作特点：·工作方式呈一定同期性，工作时间和停歇时间相互交替。·功率比较大。·功率因数较低。·一般电焊机配置不稳定，经常移动。1．1工厂常用用电设备第五页，共五十六页。电镀设备的工作特点是：·工作方式是长期连续工作的。·供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。·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，有镀铜、镀铬等。

②电焊、电镀设备

第六页，共五十六页。③

电热设备

电热设备的工作特点：·工作方式为长期连续工作方式。·电力装置一般属二级或三级负荷。·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常用于各种零件热处理常用于矿石熔炼、金属熔炼常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七页，共五十六页。④照明设备

白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞、钠灯、钨卤化物灯等。照明设备工作特点：·工作方式为长期连续工作方式。·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。·照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。·照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。第八页，共五十六页。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。第九页，共五十六页。（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。第十页，共五十六页。3、电力负荷的分级及供电要求（供电可靠性）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、二级负荷者第十一页，共五十六页。

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第十二页，共五十六页。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。第十三页，共五十六页。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。第十四页，共五十六页。图2.1日有功负荷曲线a)依点连成的负荷曲线b)梯形负荷曲线第十五页，共五十六页。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。第十六页，共五十六页。

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第十七页，共五十六页。(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：第十八页，共五十六页。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。第十九页，共五十六页。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

第二十页，共五十六页。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：工作时间停歇时间第二十一页，共五十六页。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,则第二十二页，共五十六页。（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为建筑物的面积第二十三页，共五十六页。（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。

第二十四页，共五十六页。2.三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。第二十五页，共五十六页。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:

第二十六页，共五十六页。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。第二十七页，共五十六页。（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）

第二十八页，共五十六页。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第二十九页，共五十六页。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=164kW第三十页，共五十六页。3.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。第三十一页，共五十六页。3.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。第三十二页，共五十六页。（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：第三十三页，共五十六页。

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第三十四页，共五十六页。（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第三十五页，共五十六页。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第三十六页，共五十六页。

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为线路计算电流（A）；RWL为每相电阻（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）

第三十七页，共五十六页。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

第三十八页，共五十六页。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。

第三十九页，共五十六页。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。

第四十页，共五十六页。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、负荷计算的步骤第四十一页，共五十六页。

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。第四十二页，共五十六页。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

第四十三页，共五十六页。无功功率补偿一、功率因数定义1．瞬时功率因数

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。第四十四页，共五十六页。

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

第四十五页，共五十六页。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第四十六页，共五十六页。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。·合理选择电动机的规格、型号·防止电动机空载运行·保证电动机的检修质量·合理选择变压器的容量·交流接触器的节电运行第四十七页，共五十六页。(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

●动态无功补偿第四十八页，共五十六页。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。

第四十九页，共五十六页。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