電力負荷計算

關于電力負荷計算第1頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月教學目標

1了解工廠的電力負荷曲線及相關物理量

2掌握需要系數(shù)法和二項式法，會用其計算用電設備組的電力負荷了解尖峰電流及其計算方法掌握工廠的功率因數(shù)和無功功率補償措施第2頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1

負荷曲線1.日負荷曲線

2.1.1負荷曲線

(a)折線形負荷曲線(b)階梯形負荷曲線第3頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.年負荷曲線

圖2.2年負荷持續(xù)時間曲線圖2.3年每日負荷最大曲線第4頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1.2

負荷曲線有關的物理量1.年最大負荷和年最大負荷利用小時

分析負荷曲線可以了解負荷變化的規(guī)律

年最大負荷是指全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最多的半小時平均負荷年最大負荷又稱為半小時最大負荷

第5頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月年最大負荷利用小時

是指負荷以年最大負荷持續(xù)運行一段時間后，消耗的電能恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能，這段時間就是年最大負荷利用小時

第6頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.平均負荷和負荷系數(shù)

平均負荷就是指電力負荷在一定時間內(nèi)消耗的功率的平均值

年平均負荷是指電力負荷一年內(nèi)消耗的功率的平均值

第7頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月負荷系數(shù)

負荷系數(shù)又稱負荷率，指平均負荷與最大負荷的比值

負荷系數(shù)可表示負荷曲線不平坦的程度，負荷系數(shù)越接近1，負荷越平坦

對于單個用電設備或用電設備組，負荷系數(shù)就是指設備的輸出功率P和設備額定容量PN

的比值

的含義是指某個用電設備或用電設備組的容量是否被充分利用

第8頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2三相用電設備組計算負荷的確定“計算負荷”是指用統(tǒng)計計算求出的，按發(fā)熱條件選擇和校驗變壓器容量、開關設備和導線載流截面的負荷值。同時，它也是選擇儀器儀表、整定繼電保護的重要依據(jù)

根據(jù)計算負荷選擇的電器設備和導線電纜，如果以計算負荷連續(xù)運行，則導線和用電設備的發(fā)熱溫度不會超過允許值.中小截面(35mm2以下)的載流導體，大約經(jīng)30min(半小時)后可達到穩(wěn)定溫升值“計算負荷”通常用、、、分別表示負荷的有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流第9頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

負荷計算的主要目的是確定計算負荷，常用的負荷計算方法有需要系數(shù)法和二項式法

第10頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2.1需要系數(shù)法

在所計算的范圍內(nèi)(如一條干線、一段母線或一臺變壓器)，將用電設備按其設備性質(zhì)不同分成若干組，對每一組選用合適的需要系數(shù)，算出每組用電的計算負荷，然后由各組計算負荷求出總的計算負荷，這種方法就是需要系數(shù)法需要系數(shù)是用電設備組的計算負荷與其設備容量的比例系數(shù),即

第11頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月實際上，用電設備組的設備不一定都同時運行，運行的設備也不太可能都滿負荷，同時設備本身還有功率損耗，因此

令

則

第12頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單組用電設備的計算負荷

用電設備組的需要系數(shù)與其工作性質(zhì)、設備臺數(shù)、設備效率及線路損耗等因素有關，附表1列出工廠各種用電設備組的需要系數(shù)值

由于需要系數(shù)值的類別和工作狀態(tài)有很大關系，因此采用需要系數(shù)法計算時，首先要正確判別用電設備的類別和工作狀態(tài)，否則將造成錯誤。例如，機修車間的金屬切削機床電動機應屬小批生產(chǎn)的冷加工機床電動機，因為金屬切削就是冷加工，而機修車間不可能是大批生產(chǎn)。又如壓塑機、拉絲機和鍛錘機等應屬熱加工機床。至于起重機、行車、電動葫蘆等，則屬于吊車類

第13頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月有功計算負荷計算公式無功計算負荷視在計算負荷計算電流第14頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

以上公式中的單位如下：有功功率為千瓦(kW)，無功功率為千乏(kvar)，視在功率為千伏安(kV.A)，電流為安(A)，電壓為千伏(kV)。為用電設備組的平均功率因數(shù)，為用電設備組的平均阻抗角的正切值

【例2-1】已知某機修車間的金屬切削機床組擁有380V的三相電動機22kW1臺，11kW2臺，7.5kW4臺，1.5kW8臺，0.75kW10臺。試求其計算負荷

解：此機床組電動機的總?cè)萘繛?/p>

第15頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

查附表1中“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項，得(取0.2)，，。因此可求得

有功計算負荷無功計算負荷視在計算負荷計算電流第16頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.設備容量及其換算

1)對于連續(xù)工作制和短時工作制的用電設備組

設備容量是所有設備的銘牌額定容量之和

2)對于重復短時工作制的用電設備組

設備容量為各設備在不同負荷持續(xù)率(暫載率)下的銘牌容量換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的容量之和需要系數(shù)法基本公式中的設備容量不含備用設備的容量

第17頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)電焊機組的容量換算

書上公式（2-13）

重復短時工作制的用電設備常用的有電焊機和起重機的電動機(電動葫蘆、起重機、吊車行車等)，其容量換算要求如下:(2)起重機的電動機組容量換算

書上公式（2-14）第18頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

解：起重機的電動機容量要統(tǒng)一換算到，由式(2-14)可得4臺起重機的電動機的總?cè)萘繛椤纠?-2】某裝配車間380V線路供電給4臺起重機的電動機，其中2臺11kW()，2臺3kW()。試求起重機的電動機總?cè)萘康?9頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月3.多組用電設備的計算負荷

計算多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。對有功/無功負荷分別計入一個同時系數(shù)對車間干線對低壓母線由用電設備組計算負荷直接相加來計算時

由計算車間干線計算負荷直接相加來計算時

第20頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月總的有功計算負荷計算公式總的計算電流總的無功計算負荷總的視在計算負荷第21頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2-3】某機修車間380V線路上接有金屬切削機床電動機20臺共50kW(其中較大容量電動機有7.5kW1臺，4kW3臺，2.2kW7臺)，通風機2臺共3kW，電阻爐1臺2kW。試求此線路上的計算負荷

(2) 通風機組

解：先求各組的計算負荷(1)金屬切削機床組查附表1，取

則有

第22頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月(2) 通風機組

查附表1，取

則有

(3) 電阻爐

查附表1，取

則有

第23頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月因此總的計算負荷為(取，)

第24頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

從上面的基本公式和應用舉例可以看出，用需要系數(shù)法求計算負荷，其特點是簡單方便，計算結(jié)果較符合實際，而且長期使用已經(jīng)積累了各種設備的需要系數(shù)，因此是世界各國均普遍采用的基本方法

實際上，只有當設備臺數(shù)較多，總?cè)萘孔銐虼螅瑳]有特大型用電設備時，附表1中的需要系數(shù)值才較符合實際

需要系數(shù)法普遍應用于求用戶、全廠和大型車間變電所的計算負荷。而在確定設備臺數(shù)較少而容量差別懸殊的分支干線的計算負荷時，則一般采用二項式法

第25頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2.2二項式法

用二項式法進行負荷計算時，既考慮了用電設備組的平均負荷，又考慮了幾臺最大用電設備引起的附加負荷第26頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單組用電設備的計算負荷

二項式法確定有功計算負荷的基本公式為：

附表1中也列有部分用電設備組的二項式系數(shù)b、c和最大容量的設備臺數(shù)x值

由于二項式法不僅考慮了用電設備組最大負荷時的平均負荷，而且考慮了少數(shù)容量最大的設備投入運行時對總計算負荷的額外影響，所以二項式法比較適合于確定設備臺數(shù)較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的計算負荷

第27頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2-4】試用二項式法確定例2-1所述機修車間金屬切削機床組的計算負荷

因此，按式(2-19)可求得其有功計算負荷為解：由附表1查得

而設備總?cè)萘繛?見例2-1)。則臺最大容量的設備容量為第28頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月按式(2-10)可求得其無功計算負荷為按式(2-11)可求得其視在計算負荷為按式(2-12)可求得其計算電流為第29頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月比較例2-1和例2-4的計算結(jié)果可以看出，按二項式法計算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果要大。我國《民用建筑電氣設計規(guī)范》和供配電設計的經(jīng)驗都表明：“用電設備臺數(shù)較少，各臺設備容量相差懸殊時，適宜采用二項式法”

第30頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月2.多組用電設備的計算負荷

采用二項式法確定多組用電設備總的計算負荷時，也應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。但不是計入一個同時系數(shù)，而是在各組用電設備中取其中一組最大的附加負荷，再加上各組的平均負荷，由此求得其總的有功計算負荷為

總的無功計算負荷為

第31頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2-5】試用二項式法確定例2-3所述機修車間380V線路的計算負荷

則解：先求各組的和

(1)金屬切削機床組

查附表1得

第32頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

則

(2)通風機組

查附表1得

(3)電阻爐

查附表1得

則第33頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

以上各組設備中，附加負荷以為最大，因此總的計算負荷為

第34頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月比較例2-3和例2-5的計算結(jié)果，同樣得出按二項式法計算的結(jié)果較之按需要系數(shù)法計算的結(jié)果要大許多，這是比較合理的

第35頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3單相用電設備容量的確定

2.3.1單相負荷的計算原則

(1) 如果三相線路中單相設備的總?cè)萘坎怀^三相總?cè)萘康?5%時，則不論單相設備如何分配，單相設備可與三相設備綜合按三相負荷平衡計算(2) 如果三相線路中單相設備的總?cè)萘砍^三相總?cè)萘康?5%，則應將單相設備容量換算為等效三相設備，再與三相設備的容量相加

(3) 只要三相負荷不平衡，就應以最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷，以滿足線路安全運行的要求

第36頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.3.2單相設備組等效三相負荷的計算

1．單相設備接于相電壓時的負荷計算

2．單相設備接于線電壓時的負荷計算

3．單相設備分別接于線電壓和相電壓時的負荷計算

首先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，然后分相計算各相的設備容量

第37頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.4尖峰電流及其計算

1概述

尖峰電流(PeakCurrent)是指持續(xù)時間1～2s的短時最大負荷電流；尖峰電流主要用于選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護及檢驗電動機自啟動條件等

2單臺用電設備尖峰電流的計算

單臺用電設備的尖峰電流就是其啟動電流，因此尖峰電流為

第38頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

3多臺用電設備(線路)尖峰電流的計算

多臺用電設備的線路上的尖峰電流按下式計算或

第39頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2-6】有一380V三相線路，給表2.1所示4臺電動機供電。試計算該線路的尖峰電流.

解：由表2.1可知，電動機M4

為最大，因此按式(2-27)計算(因設備臺數(shù)較少，故取稍大值)得線路的尖峰電流為

第40頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5功率因數(shù)和無功功率補償

反映了無功功率消耗量在系統(tǒng)總?cè)萘恐兴嫉谋戎兀卜从沉斯┡潆娤到y(tǒng)的供電能力有功功率是在用電設備中真正做功和消耗的功率視在功率是電源所提供的電壓和電流的乘積有功功率小于視在功率，說明在電源向用電設備供電的電流中存在著并不做功的成分，稱為無功電流。無功電流只是在電源和用電設備間起著能量交換的作用。無功電流的存在增加了電源的負擔第41頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5.1功率因數(shù)的計算

1．瞬時功率因數(shù)

瞬時功率因數(shù)是指某一時刻的功率因數(shù)，是隨設備的類型、運行方式、電源電壓的波動而隨時變化的，可由功率因數(shù)表(相位表)直接測量，也可以根據(jù)電流表、電壓表、有功功率表在同一瞬間的讀數(shù)通過下式計算(間接測量)瞬時功率因數(shù)用于反映瞬時的無功功率變化情況，以確定是否需要和如何進行無功補償

第42頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．平均功率因數(shù)

平均功率因數(shù)是指在某一時間內(nèi)的功率因數(shù)，也稱加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計算：

為某一時間內(nèi)消耗的有功電能(kW·h，由有功電度表讀數(shù)求出)

為某一時間內(nèi)消耗的無功電能(kvarh，由無功電度表讀數(shù)求出)

第43頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．最大負荷時的功率因數(shù)

最大負荷時的功率因數(shù)是指在年最大負荷(計算負荷)時的功率因數(shù)，計算公式為

為工廠的有功計算負荷(kW)

為工廠的視在計算負荷(kV.A)

第44頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5.2功率因數(shù)的作用及提高功率因數(shù)的方法

1．功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的作用

感性用電設備都需要從供配電系統(tǒng)中吸收無功功率，從而降低功率因數(shù)。功率因數(shù)太低將會給供配電系統(tǒng)帶來電能損耗增加、電壓損失增大和供電設備利用率降低等不良影響。因此，要求電力用戶功率因數(shù)必須達到一定數(shù)值（0.9）以上，低于某一定值時就必須進行補償

為鼓勵用戶提高功率因數(shù)，我國的供電企業(yè)每月向工廠收取電費，規(guī)定按月平均功率因數(shù)進行調(diào)整，月平均功率因數(shù)高于規(guī)定值，可減收電費；而低于規(guī)定值，則要加收電費

第45頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

提高功率因數(shù)的意義主要體現(xiàn)在以下4個方面：減少線路的有功損耗

提高設備的利用率，提高電網(wǎng)的輸送能力

可使發(fā)電機按照額定容量（最佳經(jīng)濟狀態(tài)）輸出改善電壓質(zhì)量

第46頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．提高功率因數(shù)的方法

提高功率因數(shù)的實質(zhì)，就是解決無功電源問題采用供應無功功率的設備以補償用電設備所需的無功功率，以提高其功率因數(shù)的方法，稱為提高功率因數(shù)的補償法

采用降低各用電設備所需的無功功率改善其功率因數(shù)的方法，稱為提高自然功率因數(shù)法

第47頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5.3功率三角形及人工補償計算

1．功率三角形及人工補償計算

第48頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

由教材圖2.6可知，要使功率因數(shù)由提高到，必須裝設無功補償裝置(并聯(lián)電容器)，其容量為或稱為無功補償率

表征1kW的有功功率由提高到所需要的無功補償容量kvar值

第49頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

附表2列出了并聯(lián)電容器的無功補償率，可利用補償前和補償后的功率因數(shù)直接查出。確定了總的無功補償容量后，即可根據(jù)所選并聯(lián)電容器的單個容量來確定電容器的數(shù)量，即

常用的并聯(lián)電容器的主要技術數(shù)據(jù)可查閱附表3

在負荷計算中，電力變壓器的功率損耗按簡化公式求解有功損耗為無功損耗為第50頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．無功補償后的工廠計算負荷及功率因數(shù)

工廠(或車間)裝設了并聯(lián)電容器(無功補償設備)后，在計算并聯(lián)電容器裝設地點前的總計算負荷時，應減去無功補償?shù)娜萘?，則補償后總的無功計算負荷為補償后總的視在計算負荷為第51頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

從計算公式及補償示意圖可以看出，在變電所低壓側(cè)裝設了并聯(lián)電容器以后，由于低壓側(cè)補償后總的視在計算負荷減小了，則變電所主變壓器的容量可相應選小一些，這不僅可降低變電所的初投資，而且可減少工廠的電費開支

兩部電費制：一部分電費稱為基本電費，是按所裝用的主變壓器容量大小計費的；另一部分電費稱為電能電費，是按每月實際所用有功電能的數(shù)量計費的

凡月平均功率因數(shù)高于規(guī)定值的，可按一定百分率減收電費，以資鼓勵；而低于規(guī)定值時，則要按一定百分率加收電費，以示懲罰第52頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2-7】某小型機械廠擬建造一個降壓變電所，裝設一臺低損耗變壓器。已經(jīng)計算出變電所低壓側(cè)有功計算負荷為650kW，無功計算負荷為800kvar。按規(guī)定，工廠(變電所高壓側(cè))的功率因數(shù)不得低于0.9。如果在低壓側(cè)裝設并聯(lián)電容器進行補償(見圖2.6)，需裝設多少補償容量？補償前后總的視在計算負荷有何變化？所選主變壓器的容量又有何變化？

解：(1)補償前的變壓器容量和功率因數(shù)變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為

第53頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月此時變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為主變壓器的功率損耗為第54頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變電所高壓側(cè)的計算負荷為工廠的功率因數(shù)為

第55頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月主變壓器容量選擇條件為

≥

因此未進行無功補償時，主變壓器容量應選為1250(2)無功補償容量

由于要求工廠(變電所高壓側(cè))的功率因數(shù)而目前只有0.61，因此需進行無功功率的人工補償

不得低于0.9，取第56頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)補償后的變壓器容量和功率因數(shù)

變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為因此主變壓器容量可改選為800kV·A(查附表4)

則新選擇的主變壓器的功率損耗為

第57頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變電所高壓側(cè)的計算負荷為

無功補償后，工廠的功率因數(shù)為這一功率因數(shù)正好滿足要求

第58頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)補償前后比較工廠視在計算負荷在補償后減少的數(shù)值為

因改選主變壓器，其額定容量在補償后減少的數(shù)值為

由此例可以看出，采用并聯(lián)電容器無功補償來提高功率因數(shù)能使工廠取得可觀的經(jīng)濟效果第59頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5.4并聯(lián)電容器的裝設位置

按并聯(lián)電容器在用戶供配電系統(tǒng)中的裝設位置，并聯(lián)電容器的補償方式可分為低壓就地補償、低壓集中補償和高壓集中補償，具體如下圖所示第60頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．低壓就地補償

將補償電容器組裝設在需要運行無功補償?shù)母鱾€用電設備附近。這種補償方式能夠補償安裝部位以前的所有高低壓線路和變壓器中的無功功率，其補償范圍最大，補償效果最好，優(yōu)先采用

第61頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．低壓集中補償

電容器采用△形接法，一般利用220V、15～25W的白熾燈的燈絲電阻放電(也可以用專門的放電電阻)，這些白熾燈同時也作為電容器組運行的指示燈

這種補償能使車間主變壓器的視在功率減小，從而可選較小容量的主變壓器，因而比較經(jīng)濟

第62頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．高壓集中補償

電容器采用△形接法，并選用成套的高壓電容器柜。熔斷器FU用于保護電容器擊穿時引起的相間短路第63頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于電容器從電網(wǎng)上切除時有殘余電壓，其值最高可達電網(wǎng)電壓的峰值，這對人身是很危險的，因此高壓電容器組必須裝設放電裝置。一般用電壓互感器TV作為電容器的放電裝置。電壓互感器與電容器裝在同型的高壓柜內(nèi)。為了確?？煽糠烹?，電容器的放電回路中不得裝設熔斷器或開關設備，以免放電回路斷開，危及人身安全

高壓集中補償是將高壓電容器組集中裝設在工廠變配電所的6～10kV母線上。這種補償方式只能補償6～10kV母線前所有線路上的無功功率高壓集中補償方式在一些大中型工廠中應用比較普遍第64頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5.5并聯(lián)電容器的接線、控制與運行維護

1．并聯(lián)電容器的接線

并聯(lián)補償?shù)碾娏﹄娙萜鞔蠖嗖捎谩餍谓泳€，廠商一般已將低壓(0.5kV以下)并聯(lián)電容器做成三相，其內(nèi)部接成△形。少數(shù)大容量高壓電容器采用Y形接線

但是，當電容器采用△形接線時，任一電容器擊穿短路時，將造成三相線路的兩相短路，短路電流很大，有可能引起電容器爆炸，這對高壓電容器特別危險。而電容器采用Y形接線時，當任一相電容器擊穿短路時，其短路電流僅為正常工作電流的3倍，運行相對比較安全第65頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．并聯(lián)電容器的控制