工厂供电厂电力负荷及其计算课件

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（一）工厂电力负荷的分级

工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：（1）一级负荷（2）二级负荷（3）三级负荷一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。双电源供电，必要时增设应急电源。二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。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1（二）各级电力负荷对供电电源的要求(1)一级负荷的要求符合下列情况之一时，应为一级负荷：１．中断供电将造成人身伤亡时。２．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。３．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。一级负荷的供电电源应符合下列规定：a、一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。b、一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。下列电源可作为应急电源：1、独立于正常电源的发电机组。2、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3、蓄电池。4、干电池。第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与2（二）各级电力负荷对供电电源的要求(2)二级负荷的要求符合下列情况之一时，应为二级负荷：１．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。２．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。二级负荷的供电电源应符合下列规定：

宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与3（二）各级电力负荷对供电电源的要求(3)三级负荷的要求不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。三级负荷的供电电源应符合下列规定：由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。第一节工厂的电力负荷与负荷曲线（二）各级电力负荷对供电电源的要求第一节工厂的电力负荷与4第一节工厂的电力负荷与负荷曲线二、工厂用电设备的工作制计算负荷及设备容量的概念1.计算负荷的概念

根据用电设备的安装容量，采用一定的计算方法得出的负荷，称为计算负荷。2.设备容量的确定

采用需要系数法确定计算负荷时，首先要知道设备的容量Pe。设备容量与设备的工作制有关，设备容量不一定就是设备铭牌上所标定的额定容量。因此，当统计设备的安装容量时，不能将铭牌上的额定功率直接相加，而应按不同的工作性质将用电设备分组，再将不同负荷持续率下的额定功率换算为统一持续率下的功率，这就是设备容量.

第一节工厂的电力负荷与负荷曲线二、工厂用电设备的工作制5第一节二、工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：（1）连续工作制（2）短时工作制（3）断续周期工作制1）长期连续运行工作制

采用长期连续运行工作制的设备工作时间长，连续运行，绝大多数用电设备都属于这一类设备，如风机、泵类、机床、照明等。这类设备的设备容量就是设备铭牌上的额定容量。2）短时运行工作制

采用短时运行工作制的设备工作时间短，停歇时间长，如船闸电动机、机床中的辅助电动机等，其设备容量按铭牌额定容量计算。第一节二、工厂用电设备的工作制工厂的用电设备6第一节二、工厂用电设备的工作制

3）断续周期工作制

继续周期工作制也称反复短时工作制，采用这种工作制的设备时而工作，时而停歇，反复运行，如吊车用电动机、电焊机等，断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”(又称暂载率)来表征其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即

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。

断续周期工作制设备的额定容量PN

其设备容量是将所有设备在不同负载持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下的功率之和。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机。换算公式：

第一节二、工厂用电设备的工作制3）7第一节

三、负荷曲线及有关物理量（一）负荷曲线的概念

负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的一种图形。从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律，获得对设计和运行有用的资料。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。第一节三、负荷曲线及有关物理量（一）负荷曲线的8

（二）与负荷曲线和负荷计算有关的物理量

年度最大负荷又称需要负荷或最大负荷。年度最大负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。第一节

三、负荷曲线及有关物理量（二）与负荷曲线和负荷计算有关的物理量第一节91、年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年度最大负荷：Pmax

全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率又叫半小时最大负荷P30。（2）年最大负荷利用小时（图2-4）：2．平均负荷和负荷系数（1）平均负荷（图2-5）：

年平均负荷Pav为：

（2）负荷系数（负荷率）：

用电设备来说，负荷系数

第一节

三、负荷曲线及有关物理量1、年最大负荷和年最大负荷利用小时第一节三、负10第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、概述

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需（3～4）τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。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（亦即年最大负荷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。

我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国均普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便。二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算也较简便。本书只介绍这两种计算方法。关于以概率论为理论基础而提出的取代二项式法的利用系数法，由于其计算比较繁复而未得到普遍应用，限于篇幅从略。

第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、概述11第二节

二、按需要系数法确定计算负荷(一)基本公式

用电设备组的需要系数，为用电设各组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设各组有功计算负荷的基本公式为:

我们将上式中的用Kd表示为需要系数。

用电设备组的需要系数，是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为图2-6用电设备组的计算负荷第二节二、按需要系数法确定计算负荷(一)基本公12第二节

二、按需要系数法确定计算负荷在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷。无功计算负荷为

式中，tanφ为对应于用电设备组COSφ的正切值。视在计算负荷为

式中，cosφ为用电设备组的平均功率因数。计算电流为

式中，UN为用电设备组的额定电压。如果为一台三相电动机，则其计算电流就取为其额定电流，即

负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”(kvar)，视在功率为“千伏安”(kV·A)，电流为“安”(A)，电压为“干伏”(kV)。第二节二、按需要系数法确定计算负荷在求出有功计13第二节

二、按需要系数法确定计算负荷(二)设备容量的计算

需要系数法基本公式P30＝KdPe中的设备容量Pe，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。1．对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组的容量计算

其设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。2．对断续周期工作制的用电设备组设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。容量换算的公式如式（2-2）所示。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，第二节二、按需要系数法确定计算负荷(二)设备容14换算要求如下：电焊机组要求统一换算到ε=100％，换算后的设备容量为

即式中:PN、SN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；ε100为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）；cosφ为铭牌规定的功率因数。第二节

二、按需要系数法确定计算负荷换算要求如下：第二节二、按需要系数法确定计15第二节

二、按需要系数法确定计算负荷（2）吊车电动机组要求统一换算到ε=25％，换算后的设备容量为

式中:PN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率；ε25为其值为25%的负荷持续率（计算中用0.25）。第二节二、按需要系数法确定计算负荷（2）吊车16第二节

二、按需要系数法确定计算负荷（三）多组用电设备计算负荷的确定：

确定拥有多组用电设各的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各运用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）K∑p和K∑q：对车间干线，取：对低压母线，分两种情况（1）由用电设备组计算负荷（2）由车间干线计算负荷时，取直接相加来计算时，

取直接相加来计算

总的有功计算负荷：以上两式中的∑P30.i和∑Q30.i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。第二节二、按需要系数法确定计算负荷（三）多组用17第二节

二、按需要系数法确定计算负荷（三）多组用电设备计算负荷的确定：

总的视在计算负荷为

总的计算电流为

注意：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和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2-12）计算。此外应注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少。各组的计算负荷均按附录表1所列计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cosφ值的问题。第二节二、按需要系数法确定计算负荷（三）多组用18第二节

三、按二项式法确定计算负荷

二项式法计算负荷的特点是考虑到了多台电气设备组中有少数容量特别大的设备的影响。因此在计算电气设备台数较少，而容量差别较大的低压分支线和干线时，用需要系数法计算的结果一般偏小，而用二项式方法就比较较合适。1、基本公式：

b、c为二项式系数式中，bPe（二项式第一项）表示用电设备组的平均功率，其中Pe是用电设各组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cPx（二项式第二项），表示用电设各组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是x台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算与前述需要系数法的计算相同。第二节三、按二项式法确定计算负荷二项式法19第二节三相用电设备组计算负荷的确定用二项式计算的注意事项(1)当用电设备的总台数n少于表1规定的最大容量设备台数X的2倍时，则其最大容量设备台数X也宜相应减小，建议可以用公式X＝n/2，而且按四舍五入的规则取整数。例如有机床电动机组的电动机数只有7台，最大容量设备台数应取X＝7/2≈4，查表7-2得X＝5。(2)如果设备组只有1～2台设备时，就可以近似认为：

P30＝PN对于单台电动机，则：

计算功率P30＝PN/η(3)在电气设备台数较少时，cosφ应适当地取大一些。(4)二项式法只适用于用电设备太数较少时，而且容量的差别又较大的低压干线和低压支线。(5)二项式法的系数b，c在表1数据适宜于机械加工厂，对建筑工程系数根据尚不足第二节三相用电设备组计算负荷的确定用二项式计算的注意事20第二节三相用电设备组计算负荷的确定2.多组用电设备计算负荷的确定采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，亦应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。但不是计入一个同时系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cPx）max，再加上各组的平均负荷bPe，由此求得其总的有功计算负荷为：总的无功计算负荷为：式中，tanΦmax为最大附加负荷（cPx）max的设备组的平均功率因数角的正切值。关于总的视在计算负荷S30和总的计算电流I30，仍分别按式（2-19）和式（2-20）计算。第二节三相用电设备组计算负荷的确定2.多组用电设备计算负21需要系数法和二项式系数法的比较：

由于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，计算的结果比按需要系数法计算的结果偏大，所以一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。而需要系数法比较简单，该系数是按照车间以上的符合情况来确定的，普遍应用于求全厂和大型车间变电所的计算负荷。而在确定设备台数较少，而且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，一般采用二项式系数法。第二节三相用电设备组计算负荷的确定需要系数法和二项式系数法的比较：第二节三相用电设备组计算22一、概述基本原则：单相设备接于三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能平衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15％，可将单相设备总容量等效为三相负荷平衡进行负荷计算。如果超过15％，则应该将单项设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。

第三节单相用电设备组计算负荷的确定一、概述第三节单相用电设备组计算负荷的确定23二、单相设备组等效三相负荷的计算1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算

等效三相设备容量Pe应按最大负荷相所接单相设备容量Pe.mΦ的3倍计算，即:

2．单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算

由于容量为Pe.φ的单相设备接在线电压上产生的电流I=Pe.φ/Ucosφ，这一电流应与等效三相设备容量Pe产生的电流I’=Pe.φ/Ucosφ,

相等，因此其等效三相设备容量为第三节单相用电设备组计算负荷的确定二、单相设备组等效三相负荷的计算2．单相设备接于线电压时的243、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算首先应将接于线电压的单相设各换算为接于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。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.mφ的3倍P30=3P30.mφ2-26总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷Q30.mφ的3倍，即Q30=3Q30.mφ2-27关于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的问题，可按下列换算公式进行换算：见P40第三节单相用电设备组计算负荷的确定3、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算第三节25第三节单相用电设备组计算负荷的确定3、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算先将接于线电压的设备换算到接于相电压的设备容量，然后分相计算各相设备容量和计算负荷，计算公式如下：

总的等效三相计算负荷为：

例2-5见P40第三节单相用电设备组计算负荷的确定3、单相设备分别接于26一、工厂计算负荷的确定

工厂的计算负荷是用来按发热条件选择电源进线及有关电气设备的基本依据，也是用来计算功率因数和确定无功补偿容量的基本依据。确定计算负荷的方法有逐级计算法、需要系数法和按年产量或年产值估算法等。（一）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Pe（不计备用设备容量）乘上一个工厂的需要系数Kd，即得全厂总的有功计算负荷P30。因此，确定工厂计算负荷的公式为：第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗一、工厂计算负荷的确定第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损27（二）按年产量估算工厂计算负荷

将工厂的年产量A乘上单位产品耗电量a就可得到工厂全年的需电量：Wa=A×a2-35

在求出工厂的年需电量Wa后，就可按下式求出工厂的有功计算负荷：式中Tmax—工厂的年最大有功负荷利用小时；Q30、S30和I30的计算，与上述需要系数法相同。第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗（二）按年产量估算工厂计算负荷第四节工厂供电系统的功率损耗28（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷

工厂的计算负荷（这里举有功负荷为例）P30.(1)，应该是高压母线上所有高压配电线路计算负荷之和，再乘上一个同时系数。高压配电线路的计算负荷P30.(2)，应该是该线路所供车间变电所低压侧的计算负荷P30.(3)，加上变压器的功率损耗△PT和高压配电线路的功率损耗△PWL1,……如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算负荷。在负荷计算中，电力变压器的功率损耗可按简化公式近似计算：有功功率损耗ΔPT≈0.015S30无功功率损耗ΔQT≈0.06S30以上二式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷。第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗（三）按逐级计算法确定工厂计算负荷第四节工厂供电系统的功率29（四）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1．工厂的功率因数（1）瞬时功率因数可由相位表（功率因数表）直接测出，或由功率表、电压表、电流表的读数通过下式求得（间接测量）式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）；U为电压表测出的线电压读数（kV）；I为电流表测出的线电流读数（A）。（2）平均功率因数又称加权平均功率因数，按下式计算式中，Wp为某一段时间（通常取一月）内消耗的有功电能，由有功电能表读取；Wq为某一段时间（通常取一月）内消耗的无功电能，由无功电能表读取。第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗（四）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1．工30（3）最大负荷时功率因数指在最大负荷即计算负荷时的功率因数，按下式计算：cosφ=P30/S302-41在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kV·A及以上高压供电的用户功率困数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗（3）最大负荷时功率因数指在最大负荷即计算负荷时的功率因数312．无功功率补偿

由图2-9可知，要使功率因数由cosφ提高到cosφ＇，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为QC=Q30-Q'30=P30(tanφ-tanφ')

2-42或

QC=ΔQc/qc

2-43式中，ΔQc=tanφ-tanφ'称为无功补偿率，或比补偿容量。这无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由cosφ提高到cosφ＇所需要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电答器的单个容量qC来确定电容器的个数，即n=Qc/qc

2-44第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗2．无功功率补偿第四节工厂供电系统的功率损耗和电能损耗323．无功补偿后的工厂计算负荷

工厂（或车间）装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷Q'30=Q30-Qc2-45补