負荷計算與無功功率補償概述課件

第二章負荷計算與

無功功率補償

第一節(jié)概述

第二節(jié)

三相用電設備組計算負荷的確定

（重點）

第三節(jié)

單相用電設備組計算負荷的確定第四節(jié)

尖峰電流的計算（重點）第五節(jié)

無功功率補償（重點）第六節(jié)

供電系統(tǒng)的總計算負荷（重點）第七節(jié)

供電系統(tǒng)的電能節(jié)約

第二章負荷計算與

無功功率補償?shù)谝还?jié)第一節(jié)概述一、計算負荷的概念

載流導體溫升曲線二、用電設備工作制及設備容量的計算

計算負荷是根據(jù)已知的用電設備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預期不變的最大假想負荷，作為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件的依據(jù)。

1.長期連續(xù)運行工作制指工作時間內(nèi)能達到穩(wěn)定溫升的用電設備。該類設備不允許過載運行（只允許短時過載）。(一)用電設備工作制第一節(jié)概述一、計算負荷的概念載流導體溫升續(xù)上頁

3.斷續(xù)周期工作制指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設備。工作時間內(nèi)也達不到穩(wěn)定溫升，允許過載運行。工作時間停歇時間指工作時間很短，停歇時間相當長的用電設備，工作時間內(nèi)達不到穩(wěn)定溫升。允許過載運行。斷續(xù)周期工作制設備容量P與其負荷持續(xù)率ε密切相關，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關系式：用負荷持續(xù)率表征其工作特性

(二)設備容量的計算

長期連續(xù)工作制和短時工作制的設備容量Pe，就取所有設備（不含備用設備）的銘牌額定容量PN之和。2.短時運行工作制續(xù)上頁3.斷續(xù)周期工作制工作時間停歇時間續(xù)上頁規(guī)定負荷持續(xù)率25％或100％銘牌負荷持續(xù)率銘牌容量等效容量則得：（1）電焊機組要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則

（2）吊車電動機組當采用需要系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則當采用利用系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到下。續(xù)上頁規(guī)定負荷持續(xù)率25％或100％銘牌負荷持續(xù)率銘牌三、負荷曲線負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。一班制工廠日有功負荷曲線繪制負荷曲線采用的時間間隔△t為30min。求確定計算負荷的有關系數(shù)，一般是依據(jù)用電設備組最大負荷工作班的負荷曲線。三、負荷曲線負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。一班續(xù)上頁從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負荷是基本相當?shù)?。所以計算負荷也可以認為就是年最大負荷，即Pc=Pm＝P30。

年負荷曲線年最大負荷Pm——全年中有代表性的最大負荷班的半小時最大負荷。續(xù)上頁從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負續(xù)上頁年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間內(nèi)平均耗用的功率，即全年時間內(nèi)耗用的電能

負荷曲線填充系數(shù)，亦稱負荷率或負荷系數(shù)，即

續(xù)上頁年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間四、確定計算負荷的系數(shù)1.需要系數(shù)Kd需要系數(shù)定義為：設備容量

Kd值的相關因素：用電設備組中設備的負荷率；設備的平均效率；設備的同時利用系數(shù)；電源線路的效率。

Kd值只能靠測量統(tǒng)計確定。

利用系數(shù)定義為：

2.利用系數(shù)Ku

Ku可查附錄表5PePm四、確定計算負荷的系數(shù)1.需要系數(shù)Kd設備容量續(xù)上頁3.附加系數(shù)KaKa值與設備容量差別程度、設備臺數(shù)和利用系數(shù)有關。

為便于分析比較，從導體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用電設備需歸算為同一容量的用電設備，于是可得到其等效臺數(shù)neq為：附加系數(shù)定義為：

根據(jù)利用系數(shù)Ku和等效臺數(shù)neq查附錄表6，可得到附加系數(shù)Ka值。續(xù)上頁3.附加系數(shù)KaKa值與設備容量差別程度、設備臺數(shù)和續(xù)上頁年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是假設電力負荷按年最大負荷Pm持續(xù)運行時，在此時間內(nèi)電力負荷所耗用的電能恰與電力負荷全年實際耗用的電能相同。4.年最大負荷利用小時數(shù)續(xù)上頁年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是假設電力第二節(jié)三相用電設備組計算負荷

的確定

一、單位容量法

在進行供電工程方案設計階段，可采用單位容量法確定計算負荷。二、需要系數(shù)法1.單位產(chǎn)品耗電量法2.單位面積負荷密度法（一）一組用電設備的計算負荷按需要系數(shù)法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式為

有功計算負荷（kW）

無功計算負荷（kvar）

視在計算負荷（kVA）

計算電流（A）

第二節(jié)三相用電設備組計算負荷

的確定一、例2-1解此機床組電動機的總容量為

例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算負荷Pc、Qc、Sc和Ic。

查附錄表1“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6Pc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW

=146kW例2-1解此機床組電動機的總容量為例2在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體情況對其有功和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)K∑。續(xù)上頁注意：總的視在計算負荷和計算電流不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和乘以K∑來計算。

(二)多組三相用電設備的計算負荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW以下）30臺共205kW，另有通風機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（ε=65%）。試確定線路上總的計算負荷。

例2-2解先求各組用電設備的計算負荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通風機組查附錄表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例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW續(xù)上頁3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar總計算負荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）為

Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQc3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的設備容量：Pe=10.5

=8.46kW。續(xù)上頁3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.三、利用系數(shù)法1.求用電設備組在最大負荷班的平均負荷：

2.求平均利用系數(shù)及等效設備臺數(shù)：

3.根據(jù)Ku與neq查附錄表6，得出附加系數(shù)Ka。4.利用下列公式求出總計算負荷：三、利用系數(shù)法1.求用電設備組在最大負荷班的平均負荷：2.例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用利用系數(shù)法來確定機床組的計算負荷。例2-3解1．用電設備組在最大負荷班的平均負荷

Q

av＝Pavtanφ機床電動機

查附錄表5得Ku=0.12，tanφ=1.73,因此

2.

平均利用系數(shù)

因只有1組用電設備，故Ku.av＝Ku＝0.12Pav=K

uPe

3．用電設備的有效臺數(shù)

（取14）＝0.12×146kW=17.52kW＝17.52kW×1.73=30.34kvar例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓38續(xù)上頁4．計算負荷及計算電流

利用Ku.av=0.12及neq=14查附錄表6，通過插值求得Ka=2。＝2×17.52kW＝35.04kW

＝2×30.34kvar＝60.68kvar續(xù)上頁4．計算負荷及計算電流利用Ku.av=0.12及ne第三節(jié)單相用電設備組計算負荷

的確定如果單相設備容量超過三相設備容量15%時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再進行負荷計算。

1.接于相電壓的單相設備容量換算

2.接于同一線電壓的單相設備容量換算

3.單相設備接于不同線電壓時的負荷計算應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量；分相計算各相的設備容量，并按需要系數(shù)法計算其計算負荷；總的等效三相計算負荷為其最大有功負荷相的計算負荷的3倍。

4.單相設備分別接于線電壓和相電壓時的負荷計算第三節(jié)單相用電設備組計算負荷

的確定第四節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2s的短時最大負荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護裝置等。單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即

接有多臺用電設備的線路，只考慮一臺設備起動時的尖峰電流，按下列公式計算式中，Ist.max為起動電流最大的一臺設備的起動電流；Ic(n-1)為除起動設備以外的線路計算電流。Ipk＝Ist＝kstIN.M

第四節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2第五節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．瞬時功率因數(shù)

監(jiān)測負荷用。2．平均功率因數(shù)調(diào)整電費用。3．最大負荷時的功率因數(shù)確定需要無功補償容量用。第五節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．二、無功補償容量的確定

QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備，主要有同步補償機和并聯(lián)電容器（自愈式）。三、無功補償裝置的選擇低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負荷變化相應自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量QN.C確定后可根據(jù)選定的單組容量qNC來選擇：動態(tài)無功功率補償設備（SVC）用于急劇變動的沖擊負荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機等的無功補償。二、無功補償容量的確定QN.C=Qc－Qc’QN.四、無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補償、低壓集中補償和分散就地補償（個別補償）。四、無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方例2－3某用戶10kV變電所低壓計算負荷為800kW＋580kvar。若欲使低壓側功率因數(shù)達到0.92，則需在低壓側進行補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。例2-3解：（1）求補償前的視在計算負荷及功率因數(shù)

（2）確定無功補償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar例2－3某用戶10kV變電所低壓計算負荷為續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負荷減少118.8kVA。續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-2第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負荷一、供電系統(tǒng)的功率損耗（一）電力線路的功率損耗有功損耗（kW）無功損耗（kvar）（二）電力變壓器的功率損耗

有功損耗X=x0l

R=r0l

無功損耗簡化公式：ΔPT≈0.01Sc；ΔQT≈0.05Sc。第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負荷一、供電系統(tǒng)的功率損耗（一例2-4某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，分別供電給1?！?＃車間變電所及4臺冷卻水泵用的高壓電動機（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母線上接有2700kvar無功補償電容器組。已知1?！?＃車間變電所10kV側計算負荷分別為：1＃為1430kW＋j1230kvar；2＃為1350kW＋j1200kvar；3＃為1260kW＋j1030kvar；4＃為960kW＋j750kvar。試計算該總降壓變電所35kV側計算負荷及功率因數(shù)大?。ㄈ∑=0.9）。

例2-4解：（1）求10kV母線計算負荷1＃車間變電所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃車間變電所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃車間變電所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃車間變電所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高壓電動機組Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母線計算負荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW例2-4某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，如下圖，變電所低壓母線的視在計算負荷為變電所高壓側計算負荷為低壓母線的計算負荷加上變壓器的損耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT二、供電系統(tǒng)的總計算負荷一般采用逐級計算法由用電設備處逐步向電源進線側計算。各級計算點的選取，一般為各級配電箱（屏）的出線和進線、變電所低壓出線、變壓器低壓母線、高壓進線等處。如下圖，變電所低壓母線的視在計算負荷為變電所高壓側計續(xù)上頁（2）求35kV側計算負荷變壓器損耗ΔPT≈0.01Sc＝0.01×5638＝56.38kWΔQT≈0.05Sc＝0.05×5638＝281.9kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV側計算負荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+56.38＝5420.4kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+281.9＝2018.9kvar

續(xù)上頁（2）求35kV側計算負荷變壓器損耗ΔPT≈0第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約一、年電能需要量的計算年有功電能消耗量(kWh)

Wp=αPcTa

α取0.7～0.75二、供電系統(tǒng)的電能損耗變壓器全年電能損耗為

ΔWa=ΔWa1+ΔWa2

≈ΔP0×8760+ΔPkKL2τ

年無功電能消耗量(kvarh)

Wq=βQcTa

β取0.76～0.82

線路上全年電能損耗為

ΔWa=3I2cRWLτ

年最大負荷損耗小時τ與年最大負荷利用小時Tmax有一定關系，如圖所示。第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約一、年電能需要量的計算年有功電續(xù)上頁用戶供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電設備的能耗和供電系統(tǒng)的能耗兩方面著手，提高能源利用率。三、電能節(jié)約的技術措施供電系統(tǒng)的能耗主要為變壓器及線路的能耗，可采?。哼x用高效節(jié)能變壓器，更新淘汰低效高耗能產(chǎn)品；合理選擇電力變壓器容量及數(shù)量，實行經(jīng)濟運行方式；改造現(xiàn)有不合理的供配電系統(tǒng)，降低線路損耗；改善系統(tǒng)功率因數(shù)，進一步降低系統(tǒng)功率損耗。用電設備的能耗可下述技術措施降低：通過改造原有的設備，提高效率及性能；采用新技術，選用高效節(jié)能設備；改進操作方法，改革落后的生產(chǎn)工藝；提高設備的運行維護檢修水平等。

（一）電能節(jié)約的一般措施

續(xù)上頁用戶供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電續(xù)上頁

1．單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力變壓器的經(jīng)濟運行變壓器經(jīng)濟運行的條件是：傳輸單位kVA負荷所消耗的有功功率損耗歸算值最小。

2．兩臺變壓器的經(jīng)濟運行續(xù)上頁1．單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力變本章小結本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎。本章首先簡介了負荷計算的有關基本知識;然后著重講述了用電設備組計算負荷的確定方法，介紹線路尖峰電流的計算;接著講述了供電系統(tǒng)無功補償、總計算負荷的確定及電能節(jié)約。本章重點：三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。本章難點：利用系數(shù)法確定三相用電設備組的計算負荷。教學基本要求：了解單相用電設備組計算負荷的確定方法、電能節(jié)約的技術措施；理解用電設備工作制、確定計算負荷的系數(shù)；掌握三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。本章小結本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎思考題與習題解答提示

2-1提示：參見教材P18。2-2提示：參見教材P19。

2-3提示：參見教材P18和P21～P22。

2-4提示：參見教材P26。

2-5提示：參見教材P28和P18。

2-6提示：參見教材P31。

2-7提示：參見教材P39。

2-8提示：第一步求各組用電設備的計算負荷，對行車，要求設備容量統(tǒng)一換算到，對點焊機，要求設備容量統(tǒng)一換算到；第二步計算總計算負荷（可取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）。思考題與習題解答提示2-1提續(xù)上頁

2-9提示：采用利用系數(shù)法（步驟參見例2-3）分別計算兩組用電設備的計算負荷，然后進行比較，從而說明設備容量組成不同對最大負荷的影響。

2-10提示：先將各相所接的單相設備容量大致相同（不能只接在一相上），然后將其等效成1臺三相設備進行負荷計算。

2-11提示：計算單元和整棟樓的計算負荷時，都將其當成一組用電設備，然后按附錄表3選取Kd值，。

2-12提示：（1）確定補償容量時，采用低壓側計算負荷代入公式計算，取。（2）確定高壓側計算負荷時，變壓器損耗可按經(jīng)驗公式估算。

2-13提示：根據(jù)教材P39圖2-9查出τ值，代入公式計算即可。續(xù)上頁2-9提示：采用利用系數(shù)法（步驟自測題一、填空題1．計算電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負荷電流，而尖峰電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負荷電流。按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件應采用

，而整定過電流保護動作電流則采用

。

2．并聯(lián)電容器的補償方式分為三種:

、

、和

。由于電力負荷的變動性，低壓并聯(lián)電容器組的投切方式一般采用

方式。

3．計算負荷是根據(jù)已知用電設備組

確定的，預期不變的

假想負荷。用來作為按

條件選擇供電系統(tǒng)元件的依據(jù)。

自測題一、填空題續(xù)上頁二、計算題

1．某用戶10/0.38kV變電所供電給5個回路：1?；芈稰N=230kW，Kd=0.2，cosφ＝0.6；2＃回路PN=800kW，Kd=0.4，cosφ＝0.7；3?；芈稰N=720kW，Kd=0.5，cosφ＝0.8；4?；芈稰N=540kW，Kd=0.5，cosφ＝0.7；5＃回路計算負荷150kW+j120kvar。（1）試求低壓母線總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9）；（2）為使功率因數(shù)不小于0.9，則需在低壓側進行補償?shù)臒o功容量是多少？2．某用戶10/0.38kV變電所設有一臺變壓器，已知低壓側計算負荷為650kW+j800kvar。按規(guī)定，高壓側功率因數(shù)不得低于0.9。（1）求補償前高壓側總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic、cosφ？（2）求在低壓側裝設的無功補償容量QNC有多大？（3）所選變壓器容量SNT有何變化？

續(xù)上頁二、計算題續(xù)上頁

3．某車間380V線路上接有如下設備：冷加工機床電動機7.5kW×3臺、4kW×8臺、3kW×17臺、1.5kW×10臺（Kd＝0.2、cosφ＝0.5）；吊車電動機18kW×1臺，ε＝15％（Kd＝0.7、cosφ＝0.7）；通風機組1.5kW×2臺（Kd＝0.8、cosφ＝0.8）；試（1）求線路上的計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.93）。

（2）若將線路上功率因數(shù)提高到0.9，則應安裝的無功補償容量有多大？4．某工廠10kV高壓配電所供電給4個10/0.4kV車間變電所。已知車間1設備容量PN＝1500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8；車間2設備容量PN＝900kW、Kd＝0.7、cosφ＝0.75；車間3設備容量PN＝700kW、Kd＝0.5、cosφ＝0.9；車間4設備容量PN＝500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8。試（1）計算高壓配電所總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9，考慮車間變壓器損耗）。

（2）若要求各車間變電所分組補償使高壓側功率因數(shù)達0.9以上，試以車間1為例計算出低壓無功補償容量的大小。續(xù)上頁續(xù)上頁

5．某35/10kV總降壓變電所，10kV母線上接有接有下列負荷：1＃車間變電所850kW＋j200kvar；2＃車間變電所920kW＋j720kvar；3＃車間變電所780kW＋j660kvar；4＃車間變電所880kW＋j780kvar。試（1）計算該總降壓變電所35kV側計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.9）。（2）若將總降壓變電所10kV母線上功率因數(shù)提高到0.95，則應在10kV側安裝的無功補償容量有多大。

6.某廠10/0.38kV車間變電所供電給3個回路：1#回路電動機組，設備總容量2000kW（Kd＝0.25、cosφ＝0.7）；2#回路為2臺行車，設備總容量14.6kW（ε＝15％，Kd＝0.85、cosφ＝0.7）；3#回路為單相電阻爐，容量分別為25kW、10kW、18kW（Kd＝0.7、cosφ＝1）。低壓母線上接有補償電容器組10組，每組15kvar。試（1）計算該車間變電所0.38kV側的計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.93）。（2）計算該車間變電所10kV側的計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic。續(xù)上頁5．某35/10kV總降第二章負荷計算與

無功功率補償

第一節(jié)概述

第二節(jié)

三相用電設備組計算負荷的確定

（重點）

第三節(jié)

單相用電設備組計算負荷的確定第四節(jié)

尖峰電流的計算（重點）第五節(jié)

無功功率補償（重點）第六節(jié)

供電系統(tǒng)的總計算負荷（重點）第七節(jié)

供電系統(tǒng)的電能節(jié)約

第二章負荷計算與

無功功率補償?shù)谝还?jié)第一節(jié)概述一、計算負荷的概念

載流導體溫升曲線二、用電設備工作制及設備容量的計算

計算負荷是根據(jù)已知的用電設備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預期不變的最大假想負荷，作為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件的依據(jù)。

1.長期連續(xù)運行工作制指工作時間內(nèi)能達到穩(wěn)定溫升的用電設備。該類設備不允許過載運行（只允許短時過載）。(一)用電設備工作制第一節(jié)概述一、計算負荷的概念載流導體溫升續(xù)上頁

3.斷續(xù)周期工作制指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設備。工作時間內(nèi)也達不到穩(wěn)定溫升，允許過載運行。工作時間停歇時間指工作時間很短，停歇時間相當長的用電設備，工作時間內(nèi)達不到穩(wěn)定溫升。允許過載運行。斷續(xù)周期工作制設備容量P與其負荷持續(xù)率ε密切相關，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關系式：用負荷持續(xù)率表征其工作特性

(二)設備容量的計算

長期連續(xù)工作制和短時工作制的設備容量Pe，就取所有設備（不含備用設備）的銘牌額定容量PN之和。2.短時運行工作制續(xù)上頁3.斷續(xù)周期工作制工作時間停歇時間續(xù)上頁規(guī)定負荷持續(xù)率25％或100％銘牌負荷持續(xù)率銘牌容量等效容量則得：（1）電焊機組要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則

（2）吊車電動機組當采用需要系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則當采用利用系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到下。續(xù)上頁規(guī)定負荷持續(xù)率25％或100％銘牌負荷持續(xù)率銘牌三、負荷曲線負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。一班制工廠日有功負荷曲線繪制負荷曲線采用的時間間隔△t為30min。求確定計算負荷的有關系數(shù)，一般是依據(jù)用電設備組最大負荷工作班的負荷曲線。三、負荷曲線負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。一班續(xù)上頁從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負荷是基本相當?shù)?。所以計算負荷也可以認為就是年最大負荷，即Pc=Pm＝P30。

年負荷曲線年最大負荷Pm——全年中有代表性的最大負荷班的半小時最大負荷。續(xù)上頁從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負續(xù)上頁年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間內(nèi)平均耗用的功率，即全年時間內(nèi)耗用的電能

負荷曲線填充系數(shù)，亦稱負荷率或負荷系數(shù)，即

續(xù)上頁年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間四、確定計算負荷的系數(shù)1.需要系數(shù)Kd需要系數(shù)定義為：設備容量

Kd值的相關因素：用電設備組中設備的負荷率；設備的平均效率；設備的同時利用系數(shù)；電源線路的效率。

Kd值只能靠測量統(tǒng)計確定。

利用系數(shù)定義為：

2.利用系數(shù)Ku

Ku可查附錄表5PePm四、確定計算負荷的系數(shù)1.需要系數(shù)Kd設備容量續(xù)上頁3.附加系數(shù)KaKa值與設備容量差別程度、設備臺數(shù)和利用系數(shù)有關。

為便于分析比較，從導體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用電設備需歸算為同一容量的用電設備，于是可得到其等效臺數(shù)neq為：附加系數(shù)定義為：

根據(jù)利用系數(shù)Ku和等效臺數(shù)neq查附錄表6，可得到附加系數(shù)Ka值。續(xù)上頁3.附加系數(shù)KaKa值與設備容量差別程度、設備臺數(shù)和續(xù)上頁年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是假設電力負荷按年最大負荷Pm持續(xù)運行時，在此時間內(nèi)電力負荷所耗用的電能恰與電力負荷全年實際耗用的電能相同。4.年最大負荷利用小時數(shù)續(xù)上頁年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是假設電力第二節(jié)三相用電設備組計算負荷

的確定

一、單位容量法

在進行供電工程方案設計階段，可采用單位容量法確定計算負荷。二、需要系數(shù)法1.單位產(chǎn)品耗電量法2.單位面積負荷密度法（一）一組用電設備的計算負荷按需要系數(shù)法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式為

有功計算負荷（kW）

無功計算負荷（kvar）

視在計算負荷（kVA）

計算電流（A）

第二節(jié)三相用電設備組計算負荷

的確定一、例2-1解此機床組電動機的總容量為

例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算負荷Pc、Qc、Sc和Ic。

查附錄表1“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6Pc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW

=146kW例2-1解此機床組電動機的總容量為例2在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體情況對其有功和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)K∑。續(xù)上頁注意：總的視在計算負荷和計算電流不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和乘以K∑來計算。

(二)多組三相用電設備的計算負荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW以下）30臺共205kW，另有通風機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（ε=65%）。試確定線路上總的計算負荷。

例2-2解先求各組用電設備的計算負荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通風機組查附錄表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例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW續(xù)上頁3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar總計算負荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）為

Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQc3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的設備容量：Pe=10.5

=8.46kW。續(xù)上頁3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.三、利用系數(shù)法1.求用電設備組在最大負荷班的平均負荷：

2.求平均利用系數(shù)及等效設備臺數(shù)：

3.根據(jù)Ku與neq查附錄表6，得出附加系數(shù)Ka。4.利用下列公式求出總計算負荷：三、利用系數(shù)法1.求用電設備組在最大負荷班的平均負荷：2.例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用利用系數(shù)法來確定機床組的計算負荷。例2-3解1．用電設備組在最大負荷班的平均負荷

Q

av＝Pavtanφ機床電動機

查附錄表5得Ku=0.12，tanφ=1.73,因此

2.

平均利用系數(shù)

因只有1組用電設備，故Ku.av＝Ku＝0.12Pav=K

uPe

3．用電設備的有效臺數(shù)

（取14）＝0.12×146kW=17.52kW＝17.52kW×1.73=30.34kvar例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓38續(xù)上頁4．計算負荷及計算電流

利用Ku.av=0.12及neq=14查附錄表6，通過插值求得Ka=2。＝2×17.52kW＝35.04kW

＝2×30.34kvar＝60.68kvar續(xù)上頁4．計算負荷及計算電流利用Ku.av=0.12及ne第三節(jié)單相用電設備組計算負荷

的確定如果單相設備容量超過三相設備容量15%時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再進行負荷計算。

1.接于相電壓的單相設備容量換算

2.接于同一線電壓的單相設備容量換算

3.單相設備接于不同線電壓時的負荷計算應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量；分相計算各相的設備容量，并按需要系數(shù)法計算其計算負荷；總的等效三相計算負荷為其最大有功負荷相的計算負荷的3倍。

4.單相設備分別接于線電壓和相電壓時的負荷計算第三節(jié)單相用電設備組計算負荷

的確定第四節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2s的短時最大負荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護裝置等。單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即

接有多臺用電設備的線路，只考慮一臺設備起動時的尖峰電流，按下列公式計算式中，Ist.max為起動電流最大的一臺設備的起動電流；Ic(n-1)為除起動設備以外的線路計算電流。Ipk＝Ist＝kstIN.M

第四節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2第五節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．瞬時功率因數(shù)

監(jiān)測負荷用。2．平均功率因數(shù)調(diào)整電費用。3．最大負荷時的功率因數(shù)確定需要無功補償容量用。第五節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．二、無功補償容量的確定

QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備，主要有同步補償機和并聯(lián)電容器（自愈式）。三、無功補償裝置的選擇低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負荷變化相應自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量QN.C確定后可根據(jù)選定的單組容量qNC來選擇：動態(tài)無功功率補償設備（SVC）用于急劇變動的沖擊負荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機等的無功補償。二、無功補償容量的確定QN.C=Qc－Qc’QN.四、無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補償、低壓集中補償和分散就地補償（個別補償）。四、無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方例2－3某用戶10kV變電所低壓計算負荷為800kW＋580kvar。若欲使低壓側功率因數(shù)達到0.92，則需在低壓側進行補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。例2-3解：（1）求補償前的視在計算負荷及功率因數(shù)

（2）確定無功補償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar例2－3某用戶10kV變電所低壓計算負荷為續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負荷減少118.8kVA。續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-2第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負荷一、供電系統(tǒng)的功率損耗（一）電力線路的功率損耗有功損耗（kW）無功損耗（kvar）（二）電力變壓器的功率損耗

有功損耗X=x0l

R=r0l

無功損耗簡化公式：ΔPT≈0.01Sc；ΔQT≈0.05Sc。第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負荷一、供電系統(tǒng)的功率損耗（一例2-4某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，分別供電給1?！?＃車間變電所及4臺冷卻水泵用的高壓電動機（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母線上接有2700kvar無功補償電容器組。已知1＃～4＃車間變電所10kV側計算負荷分別為：1＃為1430kW＋j1230kvar；2＃為1350kW＋j1200kvar；3＃為1260kW＋j1030kvar；4＃為960kW＋j750kvar。試計算該總降壓變電所35kV側計算負荷及功率因數(shù)大?。ㄈ∑=0.9）。

例2-4解：（1）求10kV母線計算負荷1＃車間變電所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃車間變電所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃車間變電所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃車間變電所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高壓電動機組Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母線計算負荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW例2-4某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，如下圖，變電所低壓母線的視在計算負荷為變電所高壓側計算負荷為低壓母線的計算負荷加上變壓器的損耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT二、供電系統(tǒng)的總計算負荷一般采用逐級計算法由用電設備處逐步向電源進線側計算。各級計算點的選取，一般為各級配電箱（屏）的出線和進線、變電所低壓出線、變壓器低壓母線、高壓進線等處。如下圖，變電所低壓母線的視在計算負荷為變電所高壓側計續(xù)上頁（2）求35kV側計算負荷變壓器損耗ΔPT≈0.01Sc＝0.01×5638＝56.38kWΔQT≈0.05Sc＝0.05×5638＝281.9kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV側計算負荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+56.38＝5420.4kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+281.9＝2018.9kvar

續(xù)上頁（2）求35kV側計算負荷變壓器損耗ΔPT≈0第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約一、年電能需要量的計算年有功電能消耗量(kWh)

Wp=αPcTa

α取0.7～0.75二、供電系統(tǒng)的電能損耗變壓器全年電能損耗為

ΔWa=ΔWa1+ΔWa2

≈ΔP0×8760+ΔPkKL2τ

年無功電能消耗量(kvarh)

Wq=βQcTa

β取0.76～0.82

線路上全年電能損耗為

ΔWa=3I2cRWLτ

年最大負荷損耗小時τ與年最大負荷利用小時Tmax有一定關系，如圖所示。第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約一、年電能需要量的計算年有功電續(xù)上頁用戶供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電設備的能耗和供電系統(tǒng)的能耗兩方面著手，提高能源利用率。三、電能節(jié)約的技術措施供電系統(tǒng)的能耗主要為變壓器及線路的能耗，可采?。哼x用高效節(jié)能變壓器，更新淘汰低效高耗能產(chǎn)品；合理選擇電力變壓器容量及數(shù)量，實行經(jīng)濟運行方式；改造現(xiàn)有不合理的供配電系統(tǒng)，降低線路損耗；改善系統(tǒng)功率因數(shù)，進一步降低系統(tǒng)功率損耗。用電設備的能耗可下述技術措施降低：通過改造原有的設備，提高效率及性能；采用新技術，選用高效節(jié)能設備；改進操作方法，改革落后的生產(chǎn)工藝；提高設備的運行維護檢修水平等。

（一）電能節(jié)約的一般措施

續(xù)上頁用戶供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電續(xù)上頁

1．單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力變壓器的經(jīng)濟運行變壓器經(jīng)濟運行的條件是：傳輸單位kVA負荷所消耗的有功功率損耗歸算值最小。

2．兩臺變壓器的經(jīng)濟運行續(xù)上頁1．單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力變本章小結本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎。本章首先簡介了負荷計算的有關基本知識;然后著重講述了用電設備組計算負荷的確定方法，介紹線路尖峰電流的計算;接著講述了供電系統(tǒng)無功補償、總計算負荷的確定及電能節(jié)約。本章重點：三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。本章難點：利用系數(shù)法確定三相用電設備組的計算負荷。教學基本要求：了解單相用電設備組計算負荷的確定方法、電能節(jié)約的技術措施；理解用電設備工作制、確定計算負荷的系數(shù)；掌握三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負荷確定方法。本章小結本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎思考題與習題解答提示

2-1提示：參見教材P18。2-2提示：參見教材P19。

2-3提示：參見教材P18和P21～P22。

2-4提示：參見教材P26。

2-5提示：參見教材P28和P18。

2-6提示：參見教材P31。

2-7提示：參見教材P39。

2-8提示：第一步求各組用電設備的計算負荷，對行車，要求設備容量統(tǒng)一換算到，對點焊機，要求設備容量統(tǒng)一換算到；第二步計算總計算負荷（可取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）。思考題與習題解答提示2-1提續(xù)上頁

2-9提示：采用利用系數(shù)法（步驟參見例2-3）分別計算兩組用電設備的計算負荷，然后進行比較，從而說明設備容量組成不同對最大負荷的影響。

2-10提示：先將各相所接的單相設備容量大致相同（不能只接在一相上），然后將其等效成1臺三相設備進行負荷計算。

2-11提示：計算單元和整棟樓的計算負荷時，都將其當成一組用電設備，然后按附錄表3選取Kd值，。

2-12提示：（1）確定補償容量時，采用低壓側計算負荷代入公式計算，取。（2）確定高壓側計算負荷時，變壓器損耗可按經(jīng)驗公式估算。

2-13提示：根據(jù)教材P39圖2-9查出τ值，代入公式計算即可。續(xù)上頁2-9提示：采用利用系數(shù)法（步驟自測題一、填空題1．計算電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負荷電流，而尖峰電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負荷電流。按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件應采用