工厂供电-第二章-负荷计算

2024/12/1第二章负荷计算1/104

负荷计算非常重要，是正确选择导线、电缆、开关电器、变压器等设备的基本依据，也是供配电系统安全、可靠、经济运行必不可少的环节。第一节

负荷曲线第二节用电设备的设备容量第三节

负荷计算第四节功率损耗和电能损耗第五节全厂负荷计算第六节尖峰电流的计算第七节

功率因数及无功功率补偿第二章负荷计算及无功补偿2024/12/1第二章负荷计算2/104计算负荷:根据已知的工厂用电设备容量确定的、预期不变的最大假想负荷。负荷计算:求计算负荷的工作，一般通过统计计算求出。概念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。负荷计算非常重要,过高或过低均不利。负荷计算的意义第一节负荷曲线1）电气设备选择依据（导线、开关、变压器等）-发热2）继电保护整定3）选择仪表量程4）安排供电方案及系统运行方式选择的电器设备和导线电缆将会过大,造成投资和有色金属的浪费电器设备长期处于过负荷下运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化甚至烧毁2024/12/1第二章负荷计算3/104负荷曲线及种类⊙负荷曲线:描述电力负荷随时间变动情况的一种曲线，反映用户用电的特点和规律。⊙作用:预测负荷变化趋势，从而确定系统运行方式，安排供电与设备检修计划。⊙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◆按负荷的功率性质:有功负荷曲线和无功负荷曲线；◆按时间单位:日负荷曲线和年负荷曲线；◆按负荷对象:用户、车间或某类设备负荷曲线。⊙负荷曲线所包围的面积:工厂在生产期间所耗用的电能。2024/12/1第二章负荷计算4/1041、定义：负荷在一昼夜间（0-24h）变化情况。2.绘制方法：（1）折线形负荷曲线：以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录功率表的读数，逐点绘制而成折线形状。（2）阶梯形负荷曲线：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，求出其平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状。一、日负荷曲线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）。2024/12/1第二章负荷计算5/104（a）折线形负荷曲线（b）阶梯形负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线3.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。2024/12/1第二章负荷计算6/104（1）年负荷曲线分为:年负荷持续曲线和年运行负荷曲线。◆年负荷持续曲线:不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。◆年运行负荷曲线:根据全年日负荷曲线间接制成，反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。二、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。年运行负荷曲线,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。2024/12/1第二章负荷计算7/104三、与负荷曲线有关的物理量

从负荷曲线上可得到以下重要参数:1.年最大负荷和年最大负荷利用小时

（1）年最大负荷Pmax（从年负荷持续曲线获取）指全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值。Pmax=P30（2）年最大负荷利用小时Tmax在此时间内，用户以Pmax持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。2024/12/1第二章负荷计算8/104年最大负荷和年最大负荷利用小时

如图所示，阴影为全年实际消耗电能，如果以Wa表示全年实际消耗的电能,则有:例如一班制工厂,Tmax约为1800～3000h,两班制工厂,Tmax约为3500～4800h,三班制工厂,Tmax约为5000～7000h,居民用户Tmax约为1200～2800h。可见:（1）年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。（2）Tmax与用户的性质和生产班制有关。2024/12/1第二章负荷计算9/104（1）平均负荷Pav

电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。年平均负荷Pav,如图所示，阴影部分表示全年实际消耗的电能Wa，则:年平均负荷2.平均负荷和负荷系数2024/12/1第二章负荷计算10/104（2）负荷系数KL

负荷系数，也称为负荷率，指平均负荷与最大负荷的比值，表征负荷曲线不平坦的程度，越接近1，负荷越平坦，可分为:有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL，即也有用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提高负荷系数,可发挥供电设备的供电能力、提高供电效率。注意:对单个用电设备或用电设备组，是指设备的输出功率P和设备额定容量PN之比值，说明设备容量是否被充分利用。2024/12/1第二章负荷计算11/104第二节用电设备的设备容量

负荷计算时，各用电设备的工作条件不同，有长期工作的，有反复短时工作的，因此铭牌上标称的额定功率就不能直接相加来作为用户的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。设备容量:换算到统一规定的工作制下的额定功率，用Pe表示。额定功率与额定容量的区别:PN额定功率Pe设备容量1.为什么要提出设备容量？与额定功率的区别？用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”。2024/12/1第二章负荷计算12/104

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2.工厂常用的用电设备类型2024/12/1第二章负荷计算13/104

电焊和电镀设备

电焊设备电焊机的工作特点是:工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。功率较大。功率因数很低。一般电焊机的配置不稳定，经常移动。2024/12/1第二章负荷计算14/104电镀设备的工作特点是: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。防止腐蚀,增加美观提高零件的耐磨性或导电性等如镀铜、镀铬电镀设备电镀的作用2024/12/1第二章负荷计算15/104

电热设备

工作特点: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2024/12/1第二章负荷计算16/104

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。

工作特点: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。2024/12/1第二章负荷计算17/1044工厂用电设备的工作制

连续工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备长期连续运行，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。设备的工作时间较短，停歇时间较长。导体还未达到其稳定温升就开始冷却，在停歇时间内足以将温度降至通电前的温度，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。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2024/12/1第二章负荷计算18/1041.连续工作制和短期工作制的用电设备设备容量就是设备铭牌上的额定功率,即

2.反复短时工作制的用电设备设备容量:指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。对于不同反复短时工作制的用电设备有不同的要求。二、设备容量的确定负荷持续率（暂载率）:指设备工作时间与工作周期的百分比，即2024/12/1第二章负荷计算19/104负荷持续率换算:连续工作制为100％，反复短时工作制为25％-需要系数。换算原则:发热等效。假设设备的铭牌功率、持续率为:和，换算后为:和，则由发热公式:等效:用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。2024/12/1第二章负荷计算20/104所以则:其中:和为换算前的，和为换算后的。假设换算后的FC为100％，则:2024/12/1第二章负荷计算21/104PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；εN为额定负荷持续率；cosφN为额定功率因数。1）电焊机和电焊装置组标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种，负荷计算时应统一换算到ε=100%，换算公式为:设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数2024/12/1第二章负荷计算22/104标准暂载率有15%、25%、40%和60%四种,负荷计算时应统一换算到ε=25%,换算公式2）起重机（吊车用电动机）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3）电炉变压器组设备容量是指额定功率下的有功功率，即:2024/12/1第二章负荷计算23/104式中:建筑物单位面积的照明容量,S为建筑物的面积。4）照明设备①白炽灯、碘钨灯设备容量等于灯泡上标注的额定功率，即:Pe=PN②用镇流器的照明设备，设备容量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还可按建筑物的单位面积容量法估算:2024/12/1第二章负荷计算24/104第三节

负荷计算的方法

计算负荷是根据等效温升确定的。通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电气设备的一个假想的持续负荷值,称为计算负荷,用Pc（或Qc、Sc、Ic）表示。通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷,并作为按发热条件选择电气设备的依据,因此一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min左右,而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为3τ～4τ,即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值。2024/12/1第二章负荷计算25/104根据30分钟最大负荷即为年最大负荷可知:今后在负荷计算时,应该知道这几个变量的含义是相同的。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2024/12/1第二章负荷计算26/104负荷计算的方法:估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算。一、估算法估算法，实为指标法，适用于初步设计阶段，尤其在需要进行方案比较时。1.单位产品耗电量法若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量a，则企业全年电能Wa为Tmax:年最大负荷利用小时，参见表2-1和表2-2.有功计算负荷为:2024/12/1第二章负荷计算27/1042.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，则车间平均负荷为:

Pav=ρ*S车间计算负荷为:avcalPPK=也适用于估算整个企业的用电负荷。3.其它估算法如设备每1kW安装功率所需的平均电量为(kW.h/kW)：:设备总安装容量，单位为kW；:年工作小时数，单位为h。2024/12/1第二章负荷计算28/104需要系数法二项式系数法负荷计算方法二、负荷计算统计方法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,偏保守。考虑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。2024/12/1第二章负荷计算29/104确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素:◆线路的供电效率,线路有损耗◆各用电设备的平均效率◆各用电设备不一定在满负荷下运行,应考虑一个负荷系数◆各用电设备可能不同时工作,应考虑同时使用系数因此,一个用电设备组的需要系数可表示为需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用电设备设备容量之比值，即2024/12/1第二章负荷计算30/1041、先确定计算范围(如某低压干线上的所有设备)；2、确定设备容量Pe（将不同工作制下的用电设备的额定功率PN换算到同一工作制下）；3、设备分组：将工艺性质相同并有相近需要系数的用电设备合并成组，考虑到需要系数，算出每组用电设备的计算负荷；4.最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷。需要系数法进行负荷计算的步骤:需要系数用电设备组所有设备容量之和每组中用电设备的设备容量2024/12/1第二章负荷计算31/1041.单组用电设备的计算负荷-不包含备用设备式中:Kd为需要系数；Pe为设备容量；tan为设备功率因数角的正切值。单组用电设备组:用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同。如均为机床的电动机，或均为通风机。说明:Pc、Qc、Sc的单位分别为kW、kvar、kVA对于用电设备组,额定容量越大,Kd越大；额定容量越小,kd越小。2024/12/1第二章负荷计算32/104解:查表可得，Kd=0.16~0.2(取0.2计算)，cosФ=0.15,tanФ=1.73。根据公式得:PC=KdPe=0.2×120=24(KW)QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)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。2024/12/1第二章负荷计算33/104例2已知某化工厂机修车间采用380V供电,低压干线上接有冷加工机床26台,其中11kW1台,4.5kW8台,2.8kW10台,1.7kW7台,试求该机床组的计算负荷。【解】该设备组的总容量为Pe∑=11×1+4.5×8+2.8×10+1.7×7=86.9(kW)查表附录表1Kd=0.16～0.2(取0.2),tanφ=1.73,cosφ=0.5,则有功计算负荷Pc=0.2×86.9=17.38(kW) 无功计算负荷Qc=17.38×1.73=30.06(kvar)视在计算负荷Sc=17.38／0.5=34.76(kV·A)计算电流Ic=34.76/(1.732×0.38)=52.8(A)2024/12/1第二章负荷计算34/1042.多组用电设备的计算负荷式中:n为用电设备组的组数,K∑p、K∑q分别为有功、无功同时系数,Pci,Qci为各用电设备组的计算负荷。当车间配电干线上有多组用电设备时,各组用电设备的最大负荷不同时出现,此时应计入一个同时系数。2024/12/1第二章负荷计算35/104例某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中,10.5kW的4台,7.5kW的8台,5kW的8台）,车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA,=65%,cos=0.5）,车间有吊车1台（11kW,=25%）,试计算此车间的计算负荷。（假设K∑p、K∑q均取0.8）。解:设备容量计算1）金属切削机床组，长期连续工作制设备，总容量为:2）电焊机组，反复短时工作制设备，设备容量应统一换算到e=100%，设备容量为:2024/12/1第二章负荷计算36/1043）吊车组，反复短时工作制设备，其设备容量应统一换算到e=25%，所以1台吊车的容量为:4）车间的设备总容量为:2024/12/1第二章负荷计算37/104车间的计算负荷

1）金属切削机床组,查附表1,取需要系数和功率因数为2024/12/1第二章负荷计算38/1042）电焊机组,查附表1,取需要系数和功率因数为车间的计算负荷

2024/12/1第二章负荷计算39/1043）吊车组,查附表1,取需要系数和功率因数为车间的计算负荷

2024/12/1第二章负荷计算40/104车间的计算负荷4）全车间的总计算负荷。由题目给定条件，取同时系数均为0.80，所以全车间的计算负荷为:2024/12/1第二章负荷计算41/104序号用电设备组名称台数设备容量（kW）Kdcos

tan

计算负荷PcKWQcKvarScKVAIcA1机床组201420.20.51.7328.449.156.82电焊机组216.10.350.352.685.615163吊车组111（ε=25%）0.150.51.751.72.93.4负荷总计23169.135.753.6取Ｋ∑=0.828.653.660.892.37㊣为使人一目了然,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。2024/12/1第二章负荷计算42/104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。经验:（1）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；（2）压缩机、拉丝机和锻造等属于热加工机床；（3）起重机、行车或电葫芦等都属吊车。2024/12/1第二章负荷计算43/104四、单相用电设备的负荷计算

原则:单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡地分配到三相上，以使各相的计算负荷尽量接近。

1.单相设备的总容量不超过配电点（配电箱、干线、变电所母线）三相总容量的15%时，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合，按三相负荷平衡计算。

2.当超过15%时，应将其换算为等效的三相负荷，再同三相用电设备一起进行三相负荷计算。换算方法如下：单相负荷的计算方法:2024/12/1第二章负荷计算44/104一、单相设备接于相电压时,其等效三相设备容量:

Pe=3PemφPemφ:最大负荷相所接的单相设备容量。①接于同一线电压时②接于不同线电压--简化方法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，则等效容量为:为单相设备最大容量二、单相设备接于线电压时2024/12/1第二章负荷计算45/104A相:B相:C相:②接于不同线电压--精确方法◆PAB、PBC.PCA为接于AB、BC.CA相间的有功设备容量；◆PA、PB、PC为换算为A、B、C相的设备有功容量；QA、QB、QC为换算为A、B、C相的设备无功容量；

◆pAB-A、qAB-A等为有功和无功换算系数。◆具体值参考课本P23的表P2-2。③有的接于线电压、有的接于相电压时一般情况:应先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。然后分相计算各相的设备容量,则最大负荷相的3倍即为总的等效三相设备容量。2024/12/1第二章负荷计算46/104第四节功率损耗和电能损耗

一、供配电系统的功率损耗功率损耗是指最大功率时功率损耗，包括有功功率和无功功率损耗；供配电系统的功率损耗包括:线路和变压器的功率损耗。②线路无功功率损耗:ΔQWL=3IC2XWL*10-3无功功率损耗是电流流过线路的电抗所引起的。电流流过电力线路和变压器时,要引起功率和电能损耗。在进行用户或全厂负荷计算时,应计入这部分损耗。1.线路的功率损耗：

①线路有功功率损耗：ΔPWL=3IC2RWL*10-3有功功率损耗是电流流过线路的电阻所引起的。

2024/12/1第二章负荷计算47/104Ic为线路的计算电流（A）；RWL:线路每相的电阻，RWL=R0*L，R0为线路单位长度的电阻（Ω/km），可查表得到。XWL:线路每相的电抗，XWL=X0*L，X0为线路单位长度的电抗（Ω/km）。架空线路，其值为0.4Ω/km左右；对电缆线路，其值为0.08Ω/km左右，可查表得到。L:线路的计算长度（km）；2024/12/1第二章负荷计算48/10410KV不同截面铜芯电缆和架空线有功功率损耗曲线（20度）2024/12/1第二章负荷计算49/1042.变压器的功率损耗--双绕组变压器有电阻和电抗，故其功率损耗也包括有功功率损耗和无功功率损耗。（二）精确法

计算方法有多种。

（一）估算法

ΔPT≈0.015ScΔQT≈0.06Sc

多用于供配电系统设计阶段。空载试验:测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示。①有功功率损耗短路试验:所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压。短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的。2024/12/1第二章负荷计算50/104铁心中的有功功率损耗,即铁损（不变损耗）变压器的空载损耗可认为就是铁耗,即消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗:与负荷电流（或功率）的平方成正比。——可变损耗

变压器的短路损耗可认为就是额定负载下的铜耗，则任意负载下的铜耗为：式中，为变压器的负荷率；Sc为变压器的计算负荷（kVA）；SN为变压器的额定容量（kVA）。故变压器的有功功率损耗为:2024/12/1第二章负荷计算51/104

②无功功率损耗

●空载时无功功率损耗△Q0由用来产生主磁通的励磁电流所造成的。与绕组电压有关,与负荷无关。其值与励磁电流（或近似与空载电流）成正比。I0%:空载电流百分数。由铭牌值可得。●负载时无功功率损耗△QN消耗在一、二次绕组电抗上的无功功率损耗,其值与电流的平方成正比。2024/12/1第二章负荷计算52/104因变压器绕组的电抗远大于电阻，故可认为其在额定负荷时的损耗值与短路电压（即阻抗电压）成正比，即:Uk%:短路电压百分数。由铭牌值可得。故变压器的无功功功率损耗为::变压器负荷率2024/12/1第二章负荷计算53/104二、供配电系统的电能损耗工厂消耗的电能:（1）用于生产与生活，即:动力与照明用电。（2）供电系统中的元件（主要是变压器和线路--常年运行）也要消耗一部分电能，其产生的电能损耗相当可观。应找到损耗原因，降低损耗，节约电能。电能损耗计算困难，引入年最大负荷损耗小时τ。

年最大负荷损耗小时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，等于实际负荷电流在全年产生的电能损耗。τ:为假想时间，与年最大负荷利用小时Tmax和功率因数有关系。2024/12/1第二章负荷计算54/104图2-5τ-Tmax关系曲线2024/12/1第二章负荷计算55/104（1）线路电能损耗（2）变压器的电能损耗

由变压器铁损引起的电能损耗:由变压器铜损引起的电能损耗:因此,变压器全年的电能损耗为2024/12/1第二章负荷计算56/1041.线损:发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。2.线损率:指线损电量占电网供电量的百分数，即实际线损率:理论线损率:三、线损率的计算2024/12/1第二章负荷计算57/104第五节企业用户负荷计算

一、用户负荷计算原则目的:选择电源进线和一、二次设备的基本依据。方法:逐级计算法（用需要系数法）:从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。

2024/12/1第二章负荷计算58/104工厂负荷计算原则：1、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；2、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；3、在配电点处考虑同时系数；4、在变压器安装处计及变压器损耗；5、电力线路较短时，可不计电力线路损耗；6.在并联电容器安装处计及无功补偿容量。2024/12/1第二章负荷计算59/1041.单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中1点）目的:用于选择其开关设备和导线截面。计算负荷为:Pe:单台用电设备的设备容量，ηe:单台用电设备额定效率，tanφ:单台用电设备的额定功率因数角的正切值。2024/12/1第二章负荷计算60/1042.用电设备组的计算负荷（如图中2点）

目的:用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。Pe∑:该用电设备组各设备的设备容量总和（kW）；UN:用电设备的额定线电压（kV）；Tanφ:该用电设备组的功率因数正切值；Kd:该用电设备组的需要系数。计算负荷为:2024/12/1第二章负荷计算61/1043.车间干线或多组用电设备的计算负荷确定（如图中3点）计算公式:（负荷计算时要计入同时系数）:2024/12/1第二章负荷计算62/104

4.车间变电所低压母线计算负荷的确定（如图中4点）目的:以此选择车间变电所的变压器容量。每根干线上的最大负荷不一定同时出现，所以要引入一个同时系数。2024/12/1第二章负荷计算63/1045.车间变电所高压母线计算负荷确定（如图中5点）目的:选择高压配电线及其上的电气设备计算公式:估算:用户内部高压线路不长,功率损耗不大,在负荷计算时往往不考虑。要考虑变压器的损耗。2024/12/1第二章负荷计算64/1046.总降变电所二次侧的计算负荷确定（如图中6点）总降变电所到车间或建筑物的距离较长,应考虑线路的功率损耗。

计算负荷为:2024/12/1第二章负荷计算65/1047.总降变电所高压侧的计算负荷确定（如图中7点）所得到结果即为用户的总计算负荷。目的:选择主变一次侧的设备。计算负荷为:2024/12/1第二章负荷计算66/104（2）用需要系数法确定全厂的计算负荷在已知全厂用电设备总容量Pe（不含备用容量）的条件下，乘上一个工厂的需要系数Kd，就可以得到全厂的有功计算负荷Pc,即:Kd为全厂的需要系数值,可查表A-1-2（P292）得。其余计算负荷的计算公式与前面相同。2024/12/1第二章负荷计算67/104解:查表可得，Kd=0.35，cosФ=0.75,tanФ=0.88。根据公式得:Pc=KdPe=0.35×4500=1575(KW)Qc=PctgФ=1575×0.88=1386(kvar)Sc=Pc/cosφ=1575/0.75=2098(kVA)例

已知某一班制电器开关制造厂共有用电设备容量4500kw。试求该厂的计算负荷。2024/12/1第二章负荷计算68/104第六节尖峰电流的计算

指单台或多台用电设备持续1-2秒的短时最大负荷电流。--显然是仅考虑周期分量。对于瞬动场合,应考虑非周期分量。尖峰电流Ipk（1）原因:由于电动机起动、电压波动等原因引起的。（2）特征:供电系统处于正常运行状态，尖峰电流比计算电流大的多。（3）计算尖峰电流的目的:◆选择熔断器及自动开关◆整定低压断路器和继电保护装置◆计算电压波动◆检验电动机自起动条件等。2024/12/1第二章负荷计算69/1041.给单台用电设备供电的支线尖峰电流计算

如单台电动机、电弧焊或电焊变压器等支线。起动电流倍数可查样本或铭牌获知,（1）笼型电动机一般为5-7,（2）绕线型电动机一般为2-3,（3）直流电动机一般为1.7,（4）电焊变压器一般为3或稍大。

尖峰电流就是用电设备的起动电流，即

Ipk=Ist=KstIN

Ist:用电设备的起动电流；IN:用电设备的额定电流；Kst:用电设备的起动电流倍数。2024/12/1第二章负荷计算70/104或Ist.max:用电设备组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；（Ist－IN）max:用电设备组中起动电流与额定电流之差中的最大电流K∑:上述n–1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.7-1；Ic:全部设备投入运行时线路的计算电流。2.给多台用电设备供电的干线尖峰电流计算

计算公式为：2024/12/1第二章负荷计算71/104例

计算某380V供电干线的尖峰电流,该干线向3台机床供电,已知3台机床电动机的额定电流和启动电流倍数分别为IN1=5A,Kst1=7;IN2=4A,Kst2=4;IN3=10A,Kst3=3。解:（1）计算启动电流与额定电流之差（Kst1-1）×IN1=（7-1）×5=30A（Kst2-1）×IN2=（4-1）×4=12A（Kst3-1）×IN3=（3-1）×10=20A可见，第1台用电设备电动机的启动电流与额定电流之差最大。（2）计算供电线路的尖峰电流—不同时启动Ipk=IC+（Ist-IN）max=Kd∑IN+（Ist-IN）max=0.15×（5+4+10）+30=32.85A2024/12/1第二章负荷计算72/104无功功率作用:感应电动机、电力变压器、电焊机以及交流接触器等感性用电设备，不仅要消耗有功功率，还要从电网吸收大量无功功率来产生交变磁场，使cosφ偏低。功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标,反映了供电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重,反映了供电系统的供电能力。2.7功率因数与无功补偿功率因数cosφ:反映在有功功率一定的条件下，取用无功功率的多少。2024/12/1第二章负荷计算73/1041.瞬时功率因数指运行的工厂供电系统在某一时刻的功率因数值，随设备的类型、运行方式、电压高低而随时变化。可由功率因数表直接读出，也可有功率表、电流表和电压表在同一瞬间的读数由下列公式计算：一、功率因数类型与计算按测量方法与用途分:瞬时功率因数代表某一瞬间的无功功率变化情况,以便采取适当的补偿措施。2024/12/1第二章负荷计算74/1042.最大负荷功率因数

3.平均功率因数--某一时间段功率因数的平均值

（1）由消耗的电能计算Wa;某一时间内消耗的有功电能（kWh）；Wr:某一时间内消耗的无功电能（kVAh）。

在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数2024/12/1第二章负荷计算75/104（2）由计算负荷计算

供电部门每月向工业用户收取电费，就是按平均功率因数的高低来调整的。并规定:100KVA及以上高压供电用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达不到要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。注意:在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按平均功率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。2024/12/1第二章负荷计算76/1041.功率因数对供电系统的影响二、功率因数对供配电系统的影响与提高功率因数的方法

（1）供电网络中电流变大,功率损耗和电能损耗增大。（2）使供电网络的电压损失增大,影响负荷端的电压质量。（3）供配电设备的容量不能得到充分利用,降低了供电能力（4）发电机的出力下降,发电设备效率降低,发电成本提高。因为功率因数越低,在保证输送同样的有功功率时,系统中输送的总电流越大,从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。当有功功率保持不变时,功率因数越低,无功电流越大,对发电机转子的去磁效应越大,端电压越低,发电机就达不到预定的出力。

由于，当P、R、X

一定时，功率因数越低，Q越大，则越大。2024/12/1第二章负荷计算77/1042.提高功率因数的方法主要途径：减少电力系统各部分所需的无功功率，从而使系统在传输一定有功功率时降低其通过的无功电流。功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数，然后再进行人工补偿。(1)提高自然功率因数自然功率因数：未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少即可用电设备的无功功率的需要量，提高供配电系统总功率因数。显然是最理想最经济的改善功率因数的方法。据统计：工业企业消耗的无功功率，感应电动机占70%，各种变压器占20%，供电线路及其他设备占10%，故：提高自然功率因数，通常采取以下措施：2024/12/1第二章负荷计算78/104①正确选择感应电动机的容量、型号。选择匹配负荷容量的电动机,选用功率因数高的电动机,如鼠笼型电机；②更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线,使其接近满载运行；③保证电动机的检修质量,保证其结构与性能参数；④电力变压器不宜轻载运行,合理选择其容量或运行方式,负荷率在0.6以上,一般在0.70-0.80之间；⑤交流接触器的节电运行。合理安排和调整工艺流程,改善电气设备的运行状况,限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量,从而可提高系统的功率因数。2024/12/1第二章负荷计算79/104(2)人工补偿功率因数当采用提高自然功率因数的方法后,功率因数仍不能满足要求的数值时,要设置专门的无功补偿装置。●并联电容器--有级调节,P34；

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。●同步电动机补偿实质上是空载运行的同步电动机,通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械,安装和运行维修都相当复杂,所以在企业供配电系统中很少应用。优点:与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。

●调相机(仅发无功功率的同步发电机)补偿

2024/12/1第二章负荷计算80/104

●动态无功补偿动态无功功率补偿设备,又称为“静止型无功功率自动补偿装置”,简称“静补装置”（SVC）,具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点,因此应用越来越广泛。静止型无功功率自动补偿装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成,电容器可发出无功功率,可控电抗器可吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向,调节或稳定系统的运行电压,尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。2024/12/1第二章负荷计算81/104三、并联电容器补偿

1.并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，各部分所表示的意义如下：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。2024/12/1第二章负荷计算82/104在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻R和电感L的串联电路，其功率因数可表示为:当在R、L电路中并联接入电容器C后，如图所示，回路电流为:2.电容器并联补偿的工作原理2024/12/1第二章负荷计算83/104

可见，并联电容器后与之间的夹角变小了，因此，供电回路的功率因数提高了。欠补偿：补偿后电流落后电压，如图所示。过补偿：补偿后电流超前电压，如图所示。一般都不采用过补偿,因为这将引起变压器二次侧电压的升高,会增大电容器本身的损耗,使温升增大,电容器寿命降低,同时还会使线路上的电能损耗增加。由图可知:在有功功率P30保持不变时，当功率因数由cosφ1提高到cosφ2后，无功功率Q30.2和视在功率S30.2都比原来数值减小，计算电流Ic也相应减小。在线路中,流过小电流可降低电能损耗和电压损失，即可节约电能，又提高了电压质量。还可选择截面较小的导线，节约有色金属。故在负荷端提高功率因数对电力系统有较大好处。2024/12/1第二章负荷计算84/104Qcc:补偿容量；Pav:平均有功负荷，Pav=αPc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，α为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能；Tgφav1与tgφav2:补偿前后平均功率因数角的正切值tgφav1－tgφav2，无功补偿率，单位:kvar/kw（1）采用固定补偿变电所6-10kV高压母线上进行补偿时，一般采用固定补偿。补偿容量为:Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）2024/12/1第二章负荷计算85/104

式中:QcN:单个电容器的额定容量（kvar）Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2），则:在变电所0.38kV母线上进行补偿时,都采用自动补偿,即根据cosφ测量值按功率因数设定值,自动投入或切除电容器。应取相近偏大的整数,如果是单相电容器,还应取为3的倍数,以便三相均衡分配。实际中,都选用成套电容器补偿柜（屏）。（2）采用自动补偿2024/12/1第二章负荷计算86/104例2-7如某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。要使其提高到0.9（在10kV侧固定补偿），问需要装设多大容量的并联电容器？如采用BWF-10.5-40-1型电容器，需装设多少？（α=0.75）解tgφav1=tg(arccos0.67)=1.108tgφav2=tg(arccos0.9)=0.484Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvarn=Qcc/QcN=1122.66/40=28个考虑三相均衡，应装设30个，每相10个，此时并联电容器的实际值为30×40=1200kvar，此时的实际平均功率因数为:2024/12/1第二章负荷计算87/104满足要求。

2024/12/1第二章负荷计算88/104四、并联电容器的装设与控制1.并联电容器的接线方式低压电容器一般接成三角形；高压电容器组宜接成中性点不接地的星形,但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的3倍。若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸，故高压电容器组的每个电容器必须安装高压熔断器进行短路保护；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。

2024/12/1第二章负荷计算89/1042.并联电容器的装设地点2024/12/1第二章负荷计算90/104

2.

并联电容器的装设

高压集中补偿:将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所6～10kV母线上。对总降压变电所的6-10kV母线之前的供配电系统中的无功功率可以补偿，对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿。特点:补偿范围小，运行维护方便，投资少，利用率高，大中企业普遍用。2024/12/1第二章负荷计算91/104对车间变电所低压母线前变电器和高压配电线路及电力系统产生的无功功率可以补偿；对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。特点:补偿范围中，比较经济（可以使变压器容量选择的小），运行维护方便（设置在低压配电室），中小企业普遍应用。低压集中补偿:将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。2024/12/1第二章负荷计算92/104(3)单独就地补偿单独就地补偿:（个别补偿或分散补偿）:将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。能补偿安装部位以前的所有设备。特点:补偿范围最大，效果最好，投资大，利用率低。适用范围:长期运行，或距电源远，其他补偿方法不易实现的场合。必须指出:电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设放电装置，且其放电回路中不得装设熔断器或开关设备，以免放电回路断开，危及人身安全。对高压电容器,通常利用母线上电压互感器的一次绕组来放电；对分散补偿的低压电容器组,通常采用白炽灯的灯丝电阻来放电；对就地补偿的低压电容器组,通常利用用电设备本身的绕组来放电。2024/12/1第二章负荷计算93/1043.并联电容器的控制方式指控制并联电容器的投切，有固定控制方式和自动控制方式。◆固定控制方式--按昼夜时间划分控制:并联电容器不随负荷变化投入或切除，仅按时间进行投切操作。◆自动控制方式:并联电容器的投切是随着负荷的变化，以某个参量进行分组投切控制的，有:（1）按功率因数进行控制--相位检测器；（2）按负荷电流进行控制；（3）按受电端的无功功率进行控制。