工厂供配电负荷计算课程课件

第2章工厂供配电的负荷计算§2.1电力负荷和负荷曲线§2.2计算负荷的确定§2.3变配电所总计算负荷的确定§2.4尖峰电流的计算

小结§2.1.1计算负荷的目的和意义

1．“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。

2．供配电系统进行电力设计时，需要根据计算负荷选择校验供电系统的导线截面，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理，系统是否正常可靠的运行。2.1.2用电设备容量的确定(2)断续周期工作制的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。常用设备的换算要求如下：用电设备的铭牌“额定功率”，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表示。1．用电设备的工作制用电设备按照工作制可以分为三类：(1)长期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，而且运行时负荷比较稳定，如通风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等。(2)短时工作制设备工作时间较短，而间歇时间相对较长，如有些机床上的辅助电动机。(3)断续周期工作制设备工作具有周期性，时而工作、时而停歇、反复运行，如吊车用电动机、电焊设备、电梯等。通常这类设备的工作特点用负荷持续率来表征，即一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。2．设备容量的确定(1)长期工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即

式中――与铭牌额定容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；――其值为100％的负荷持续率(计算中用1)；Cos――铭牌规定的功率因数。

2)起重机(吊车电动机)要求统一换算到25％时的额定功率，即式中――其值为25％的负荷持续率(用0.25计算)。

3)电炉变压器组设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中—－电炉变压器的额定容量；Cos――电炉变压器的额定功率因数。2.1.2用电设备容量的确定1)电焊设备要求统一换算到100％时的功率，即

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：S/1000式中ω――建筑物单位面积的照明容量(W／m2)；S――建筑物的面积(m2)。S/1000

2.1.2用电设备容量的确定4)照明设备①不用镇流器的照明设备(如白炽灯、碘钨灯)的设容量指灯头的额定功率，即

②用镇流器的照明设备(如荧光灯、高压水银灯、金属卤化物灯)的设备容量要包括镇流器中的功率损失。荧光灯：高压水银灯、金属卤化物灯：1．负荷曲线的绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，可以直观地反映用户用电的特点和规律。（1）日有功负荷曲线代表负荷在一昼夜间(0～24h)变化情况，如图2-1所示。其时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。(a)折线形负荷曲线(b)阶梯形负荷曲线2.1.3电力负荷曲线2-1日有功负荷曲线（2）年负荷曲线反映负荷全年(8760h)变动情况，如图2-2所示。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

(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荷曲线间接制成；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。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图2-2所示。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而定。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。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Tl=200t1+165t2。2.1.3电力负荷曲线2．与负荷曲线有关的参数1）年最大负荷年最大负荷是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。。

2.1.3电力负荷曲线2）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。如果以表示全年实际消耗的电能，则有：

一班制工厂，约为1800—3000h；两班制工厂，约为3500—4800h；三班制工厂，约为5000～7000h。

＝

3）平均负荷和年平均负荷（1）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。

（2）年平均负荷为；

图2－4年平均负荷4)负荷系数（1）负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值，负荷系数越接近1，负荷曲线越平坦。

（2）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和设备额定容量之比值，即其表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。

2.1.3电力负荷曲线2.2计算负荷的确定、

计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷，即用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，用、和分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。2.2.1单个用电设备的负荷计算1．对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为

式中――电动机的额定功率;――电动机在额定负荷下的效率。2．对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等，设备额定容量就作为计算负荷。即：

3．对单台反复短时工作制的设备，其设备容量均作为计算负荷。不过对于吊车类和电焊类设备，则应按公式进行相应的换算。用电设备组求计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。1．需要系数法2.2.2用电设备组的负荷计算在所计算的范围内(如一条干线、一段母线或一台变压器)，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。

式中,――设备容量。令＝,就称为需要系数。附录表1中列出了各种用电设备的需要系数值，供计算参考。下面结合例题讲解按需要系数法确定三相用电设备组的计算负荷的计算公式。（1）单组用电设备组的计算负荷为：

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。

（2－17）

（2－18）

(2－20）

（2－19）

解查附录表1中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得=0.16～0.2(取0.2计算)，＝0.5，＝1．73。2.2.2用电设备组的负荷计算（2）多组用电设备组的计算负荷在计算多组用电设备的计算负荷时，应先分别求出各组用电设备的计算负荷，并且要考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，计入一个同时系数，该系数的取值见表2－1。总的有功计算负荷为。

(2-21)

(2-22)

(2-23)

总的无功计算负荷为总的视在计算负荷为总的计算电流为式中,i为用电设备组的组数；为同时系数，见表2-1。

(2-24

)

2.2.2用电设备组的负荷计算例2-2一机修车间的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(设同时系数为0．9)。表2－1同时系数0.93～0.970.90～0.95直接相加0.85～0.950.80～0.90直接相加低压母线0.90～0.970.85～0.95车间干线应用范围2.2.2用电设备组的负荷计算解冷加工电动机查附录表1，取通风机

查附

录表1，取

2.2.2用电设备组的负荷计算2.2.2用电设备组的负荷计算电阻炉查附录表1，取kWkW12)4.192.110(9.0=++´=

注意：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。如机修车间的金属切削机床电动机属于小批生产的冷加工机床电动机；压缩机、拉丝机和锻造等应屑热加工机床；起重机、行车或电葫芦等都属吊车。2．二项式法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大于平均负荷的附加负荷。单组用电设备组的计算负荷(2-25)式中b、c――二项式系数；B――用电设备组的平均功率，其中是该用电设备组的设备总容量；；C――为每组用电设备组中x台容量较大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台容量最大设备的总容量(b、c、x的值可查附录表1)。（2）多组用电设备组的计算负荷2.2.2用电设备组的负荷计算同样杆要考先虑各返组用交电设兰备的纷最大舍负荷嘴不同蜡时出邮现的赢因素均，因附此在特确定蛮总计拨算负滩荷时幻玉，只茎能在怜各组蹈用电萌设备筋中取慢一组境最大澡的附壳加负启荷，童再加穷上各起组用绑电设秒备的驾平均舱负荷遇，即。（2－26）

（2－27）式中(c)max一为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；――最大附加负荷设备组的平均功率因数角的正切值(可查附录表1)。例2-3试用二项式法来确定例2-2中的计算负荷。解求出各组的平均功率b，和附加负荷c金属切削机床电动机组查附录表1，取2.2威.2用电设供备组的逐负荷计蹄算显然，厨三组用沃电设备先中，第容一组的站附加负稳荷最大液，因此异总计算系负荷为通风机组查表录表2，取。

则，则

电阻炉查附录表3，取2.撑2.仓2用电守设备洋组的温负荷芹计算需要系蝇数法和谢二项式丧系数法换的比较恨：从例2-至2和例2-团3的计冠算结垄果可离以看豆出，部由于钞二项吸式系付数法有考虑膛了用双电设碗备中欲几台埋功率墓较大玻的设固备工梯作时揪对负皱荷影兆响的吧附加药功率艺，计轰算的辜结果饼比按庄需要之系数鹿法计搏算的绑结果贿偏大食，所脱以一而般适俗用于趣低压虏配电层支干田线和盏配电盲箱的忘负荷完计算肆。而虽需要什系数汽法比寄较简宏单，吸该系食数是猪按照美车间启以上遥的符笑合情傻况来蒙确定薪的，薯普遍灭应用底于求奶全厂盾和大住型车抗间变裤电所彩的计旗算负泼荷。欧而在显确定眉设备晃台数魂较少负，而痒且容科量差际别悬昨殊的愈分支低干线挣的计啦算负六荷时照，一澡般采奏用二助项式锯系数巴法。2.2影.2用电设危备组的怪负荷计秧算2.2捆.3单项俩用电悉设备重计算控负荷妻的确语定基本红原则膏：绑单相胶设备鼓接于钳三相苹线路淹中，往应尽榜可能鼠地均惠衡分徒配，拍使三偶相负啊荷尽可来能平此衡。套如果等三相厕线路秋中单稍相设告备的汁总容京量不卵超过替三相争设备来总容稠量的15％，可父将单相慌设备总产容量等咽效为三体相负荷军平衡进订行负荷扇计算。修如果超厚过15％，则架应该将挤单项设财备容量孤换算为酿等效三歌相设备销容量，扎再进行坡负荷计贴算。2.基3变配悟电所血总计梨算负花荷的贯确定2.和3.劳1供电系适统的功拾率损耗供电刑系统抱的功栋率损本耗主拜要包霉括线乓路功掌率损趴耗和悦变压架器的盼功率欧损耗嚼两部六分。淹下面钞分别坝介绍年两部炭分功管率损申耗的悟计算垄。1．线虑路功霞率损嗽耗的衔计算由于供礼配电线须路存在位电阻和移电抗，挑所以线万路上会布产生有饱功功率季损耗和斥无功功哀率损耗泄。其值石分别按桥下式计车算（1）有门功功钳率损浆耗

（2－30）

（2）无功功率损耗(2－31)式中

――线路的计算电流

――线路每相的电阻，为线路单位长度的电阻值，为线路长度;

――线路每相的电抗,为线路单位长度的电抗值，可查相关手册或产品样本。（2－32）

如果导线为等边三角形排列，则

如果导线为水平等距离排列，则

2．变压器功率损耗的计算变压器功率损耗包括有功和无功两大部分。（1）变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成：1）铁心中的有功功率损耗，即铁损

。可以由变压器的空载实验得到近似值

值不仅要参考导线的截面积，还要参考线间的几何均距。线间几何均距是指三相线路各导线之间距离的几何平均值。其值按下式计算（3）线间几何均距

2.3茫.1供电献系统窗的功猎率损舒耗（2）变压器的无功功率损耗．变压器的无功功率损耗也由两部分组成：1）用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率，用表示。它只与绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流(或近似地与空载电流)成正比。2）消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部分无功损耗用表示。由于变压器绕组的电抗远大于电阻，因此近似地与短路电压(即阻抗电压)成正比．因此，铃变压器线的无功六功率损诵耗的计挂算为。可以由变压器的短路实验得到近似值Δ

2）有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗，即铜损。

因此，变压器的有功功率损耗的计算为

（2－33）2.羊3.曲1供电系业统的功要率损耗（2－34）

――变压器短路电压占额定电压的百分值。在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

式中

――变压器空载电流占额定电流的百分值；

（2－35）

有功损耗无功损耗2.刑3.栗1供电恼系统络的功知率损隔耗2.3蠢.2车间或迎全厂计蝴算负荷输的确定计算工厂及变电所低压侧总的计算负荷、、和时，其中=0.8～0.95，=0.85～0.97。2．按需要系数法确定工厂计算负荷将全厂用电设备的总容量(不含备用设备容量)乘上一个需要系数，即得到全厂的有功计算负荷，即。1．按逐级计算法确定工厂计算负荷图2－5供电系统中各部分的负荷计算和有功功率损耗如图2-5所示，工厂的计算负荷(这里举有功负荷为例)，应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，再乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷，应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷，加上变压器的功率损耗和高压配电线的功率损耗……如此逐级计算。但对一般工厂供电系统来说，由于线路一般不很长，因此在确定计算负荷时往往略去不计。

（2-36）

图2－5供电系统中各部分的负荷计算和有功功率损耗2.竿3.竿2车间或浸全厂计济算负荷仗的确定§2.3暂.3无功功扶率补偿1．工温厂的搭功率毕因数（1）瞬时融功率因盗数鞋瞬时功帅率因数僚可由功诵率因数荡表(相位表)直接攻测量牵，亦烘可由称功率锁表、律电流题表和类电压线表的盘读数社按下风式求浙出(间接测滴量)：瞬时功比率因数伟用来了换解和分教析工厂睬或设备里在生产派过程中熔无功功高率的变藏化情况解，以便皆采取适锹当的补奔偿措施膝。平均秤功率粱因数恶平均犁功率仍因数伍亦称患加权碎平均歇功率冈因数勾，按依下式占计算地：（2-37）

(2-38)式中，为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出；为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。我国勤电业局部门瓶每月岂向工绩业用圈户收只取电约费，康就规踩定电省费要插按月静平均肠功率给因数究的高竖低来赏调整踢。最大欧负荷比时的谨功率穷因数躁最大渗负荷么时功施率因课数指坛在年厨最大振负荷(即计聚算负泽荷)时的功萍率因数朴，按下课式计算拆：我国颈电力顷工业抖部规浓定：劳除电券网有践特殊贫要求采的用烦户外环，用率户在淡当地腊供电勒企业谎规定差的电树网高启峰负麻荷时握的功吹率因捞数，豪一般盯应达线到下进列规腔定：100千伏东安及绒以上呀高压疑供电录的用赶户功颤率因盏数为0.9厌0以上。测其他电痰力用户伟和大、撞中型电娃力排灌另站、趸幕购转售通电企业屑，功率歇因数为0.流85以上。誓农业用苦电，功冈率因数额为0.史80及以材上。2．无功纪功率补副偿如在充尚分发挥咽设备潜呢力、改替善设备讲运行性早能、提吵高其自含然功率泄因数的互情况下疾，尚达描不到规出定的功误率因数炼要求时院，则需执考虑人抗工无功厅功率补昆偿。功率因浇数提高向与无功殊功率和蜘视在功沃率变化撕的关系袜如图2-队6所示狮。

(2-39)§2.3愈.3无功刘功率该补偿图2－6无功功率补偿原理图3．无功孟补偿后床的总计稠算负荷告确定供配校电系贺统在怖装设小了无做功补盆偿装愈置后挺在确爱定补疗偿装塔置装滤设地雨点的者总计嫂算负荷喜时，颤应先稍扣除宜无功猾补偿前的容进量，耽即补碧偿后思的总教的无侨功计奏算负优荷为兵：§2.病3.蜻3无功火功率相补偿由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少用户的电费开支。对于低压配电网的无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。补偿后的总的视在计算负荷应为：。

(2-42)(2-43)

例2-4某厂培拟建滤一降健压变支电所厦，装摧设一臭台主尤变压萌器。漂已知达变电虚所低消压侧迈有功计肠算负单荷为65野0k餐W无功产计算承负荷像为80扭0k以va得r。为了耗使工厂(变电辰所高蝇压侧)的功翼率因闷数不遵低于0，9，如在捏低压侧嚷装设并淹联电容且器进行泪补偿时访，需装哗设多少补涛偿容量?并问补溪偿前后架工厂变戏电所所印选主变单压器的爱容量有版何变化?§2.3赔.3无功功你率补偿解患（1）补另偿前疏的变鞋压器朋容量千和功歉率因探数：变电所饲低压侧漫的视在需计算负善荷为：

因此未考虑无功补偿时，主变压器的容量应选择为1250（参见附表3）变电所低压侧的功率因数为0.92。

因此，低压侧需要装设的并联电容器容量为侧的功率因数不应低于0.9，即（2）无功补偿容量按相关规定，补偿后变电所高压≥0.9。在变压器低压侧进行补偿时，因为考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的低压侧功率因数应略高于0.9。这里取补偿后低压侧功率因数§2.岛3.指3无功功层率补偿取

（3）补偿后重新选择变压器容量变电所低压侧的视在计算负荷为：704

（参见附表3）。补偿后的工厂功率因数补偿后变压器的功率损耗为

因此无功功率补偿后的主变压器容量可选为800变电所高压侧的计算负荷为§2.3贱.3无功功失率补偿补偿后工厂的功率因数为由此可见，补偿后主变压器的容量减少了450，不仅减少了投资，而且减少电费的支出，提高了功率因数。满足相关规定的要求。（5）无功补偿前后的比较1250kV·A-800

=450§2.争3.槐3无功功速率补偿2.获4.沫1概述尖峰电嫂流：是塑指持续固时间1～2s的短时役最大负耍荷电流僵。作用亚：主磁要用塑来选哲择熔种断器愧和低若压断航路器阅，整协定继批电保倦护装训置及茧检验保电动悟机自蜜起动抵条件阿等。2.筒4尖峰毙电流脂的计昌算2.4灶.2单台师用电捏设备痕尖峰脸电流极的计威算单台用煮电设备执的尖峰润电流就巷是其起碑动电流番，

为用电设备的起动电流倍数，笼型电动机为5～7，绕线型电动机为2～3，直流电动机为1.7，电焊变压器为3或稍大。为用电设备的额定电流；为用电设备的起动电流；式中：§2.4际.3多台用义电设备秆尖峰电带流的计目算引至多门台用电借设备的仗线路上丧的尖峰种电流按许下式计偿算。（2-45）

（2-46）式中：为用电设备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；为用电设备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之差；。

为将起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外的其它n－1台设备的额定电流之和；为上述n-耳1台的同矛时系数叉，按台退数多少末选取，往一般为0.卷7～1；为全煮部投入住运行时黎线路的照计算电穿流。例2-5有一380谜V三相透线路停，供捐电给浅表2-5所示4台电动拢机。试遍计算该发线路的佣尖峰电蔽流。参数表2-堤2例2-桶5的负庄荷资划料193.21973540.6起动电流

27.635.855.8额定电流

M4M3M2M1电动机参数

§2.4泛.3多台笔用电脉设备授尖峰糕电流锄的计怀算解:由表2-2可知，电动机M4的为最大。取=0.9,该线路的尖峰电流为。

§2.启4.语3多台用专电设备熄尖峰电粱流的计疤算小结本章介笑绍了负潜荷曲线卧的基本顶概念、兄类别及础有关物表理量，梦讲述了比用电设天备设备容载量的确教定方法狮；重点留谈了负庭荷计算狱的方法惜；讨论尺了工厂笑功率损史耗和电绩能损耗；狂详细地铺论述了诱全厂负研荷计算构的步骤耻，并重打点讨论贵了功率拳因数对武供配电悼系统的影匙响及怎影样进行姿无功补矩偿。1．负荷辣曲线是笔表征电差力负荷盒随时间滨变动情凤况的一