工廠供配電負荷計算課程課件

第2章工廠供配電的負荷計算§2.1電力負荷和負荷曲線§2.2計算負荷的確定§2.3變配電所總計算負荷的確定§2.4尖峰電流的計算

小結§2.1.1計算負荷的目的和意義

1．“電力負荷”在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設備或用電單位，也可以指用電設備或用電單位的功率或電流的大小。

2．供配電系統(tǒng)進行電力設計時，需要根據(jù)計算負荷選擇校驗供電系統(tǒng)的導線截面，確定變壓器的容量，制定改善功率因數(shù)的措施，選擇及整定保護設備等。計算負荷的確定是否合理，將直接影響到電器設備和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理，系統(tǒng)是否正常可靠的運行。2.1.2用電設備容量的確定(2)斷續(xù)周期工作制的設備容量是將某負荷持續(xù)率下的銘牌額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率。常用設備的換算要求如下：用電設備的銘牌“額定功率”，經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設備容量，用pe表示。1．用電設備的工作制用電設備按照工作制可以分為三類：(1)長期工作制設備能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，而且運行時負荷比較穩(wěn)定，如通風機、水泵、空壓機、電熱設備、照明設備、電鍍設備、運輸機等。(2)短時工作制設備工作時間較短，而間歇時間相對較長，如有些機床上的輔助電動機。(3)斷續(xù)周期工作制設備工作具有周期性，時而工作、時而停歇、反復運行，如吊車用電動機、電焊設備、電梯等。通常這類設備的工作特點用負荷持續(xù)率來表征，即一個工作周期內的工作時間與整個工作周期的百分比值。2．設備容量的確定(1)長期工作制和短時工作制的設備容量就是設備的銘牌額定功率，即

式中――與銘牌額定容量對應的負荷持續(xù)率(計算中用小數(shù))；――其值為100％的負荷持續(xù)率(計算中用1)；Cos――銘牌規(guī)定的功率因數(shù)。

2)起重機(吊車電動機)要求統(tǒng)一換算到25％時的額定功率，即式中――其值為25％的負荷持續(xù)率(用0.25計算)。

3)電爐變壓器組設備容量是指在額定功率下的有功功率，即式中—－電爐變壓器的額定容量；Cos――電爐變壓器的額定功率因數(shù)。2.1.2用電設備容量的確定1)電焊設備要求統(tǒng)一換算到100％時的功率，即

③照明設備的設備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：S/1000式中ω――建筑物單位面積的照明容量(W／m2)；S――建筑物的面積(m2)。S/1000

2.1.2用電設備容量的確定4)照明設備①不用鎮(zhèn)流器的照明設備(如白熾燈、碘鎢燈)的設容量指燈頭的額定功率，即

②用鎮(zhèn)流器的照明設備(如熒光燈、高壓水銀燈、金屬鹵化物燈)的設備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。熒光燈：高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：1．負荷曲線的繪制負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，可以直觀地反映用戶用電的特點和規(guī)律。（1）日有功負荷曲線代表負荷在一晝夜間(0～24h)變化情況，如圖2-1所示。其時間間隔取的愈短，曲線愈能反映負荷的實際變化情況。日負荷曲線與橫坐標所包圍的面積代表全日所消耗的電能。(a)折線形負荷曲線(b)階梯形負荷曲線2.1.3電力負荷曲線2-1日有功負荷曲線（2）年負荷曲線反映負荷全年(8760h)變動情況，如圖2-2所示。年負荷曲線又分為年運行負荷曲線和年持續(xù)負荷曲線。年運行負荷曲線可根據(jù)全年日負

(a)夏季日負荷曲線(b)冬季日負荷曲線(c)年負荷持續(xù)時間曲線荷曲線間接制成；年持續(xù)負荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負荷曲線和夏季日負荷曲線。通常用年持續(xù)負荷曲線來表示年負荷曲線，繪制方法如圖2-2所示。其中夏季。和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況而定。一般在北方，近似認為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認為冬季165天，夏季200天。圖2-2是南方某廠的年負荷曲線，圖中P1在年負荷曲線上所占的時間計算為Tl=200t1+165t2。2.1.3電力負荷曲線2．與負荷曲線有關的參數(shù)1）年最大負荷年最大負荷是指全年中負荷最大的工作班內(為防偶然性，這樣的工作班至少要在負荷最大的月份出現(xiàn)2—3次)30分鐘平均功率的最大值，因此年最大負荷有時也稱為30分鐘最大負荷。。

2.1.3電力負荷曲線2）年最大負荷利用小時如圖2-3所示，陰影部分即為全年實際消耗的電能。如果以表示全年實際消耗的電能，則有：

一班制工廠，約為1800—3000h；兩班制工廠，約為3500—4800h；三班制工廠，約為5000～7000h。

＝

3）平均負荷和年平均負荷（1）平均負荷就是指電力負荷在一定時間內消耗的功率的平均值。

（2）年平均負荷為；

圖2－4年平均負荷4)負荷系數(shù)（1）負荷系數(shù)是指平均負荷與最大負荷的比值，負荷系數(shù)越接近1，負荷曲線越平坦。

（2）對于單個用電設備或用電設備組，負荷系數(shù)是指設備的輸出功率和設備額定容量之比值，即其表征該設備或設備組的容量是否被充分利用。

2.1.3電力負荷曲線2.2計算負荷的確定、

計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷，即用半小時最大負荷來表示有功計算負荷，用、和分別表示無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流。2.2.1單個用電設備的負荷計算1．對單臺電動機，供電線路在30min內出現(xiàn)的最大平均負荷即計算負荷為

式中――電動機的額定功率;――電動機在額定負荷下的效率。2．對單個白熾燈、單臺電熱設備、電爐變壓器等，設備額定容量就作為計算負荷。即：

3．對單臺反復短時工作制的設備，其設備容量均作為計算負荷。不過對于吊車類和電焊類設備，則應按公式進行相應的換算。用電設備組求計算負荷的常用方法有需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。1．需要系數(shù)法2.2.2用電設備組的負荷計算在所計算的范圍內(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)，算出每組用電設備的計算負荷，然后由各組計算負荷求總的計算負荷，這種方法稱為需要系數(shù)法。所以需要系數(shù)法一般用來求多臺三相用電設備的計算負荷。

式中,――設備容量。令＝,就稱為需要系數(shù)。附錄表1中列出了各種用電設備的需要系數(shù)值，供計算參考。下面結合例題講解按需要系數(shù)法確定三相用電設備組的計算負荷的計算公式。（1）單組用電設備組的計算負荷為：

例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，有電壓為380V的電動機30臺，其總的設備容量為120kW。試求其計算負荷。

（2－17）

（2－18）

(2－20）

（2－19）

解查附錄表1中的“小批生產的金屬冷加工機床電動機”項，可得=0.16～0.2(取0.2計算)，＝0.5，＝1．73。2.2.2用電設備組的負荷計算（2）多組用電設備組的計算負荷在計算多組用電設備的計算負荷時，應先分別求出各組用電設備的計算負荷，并且要考慮各用電設備組的最大負荷不一定同時出現(xiàn)的因素，計入一個同時系數(shù)，該系數(shù)的取值見表2－1?？偟挠泄τ嬎阖摵蔀?。

(2-21)

(2-22)

(2-23)

總的無功計算負荷為總的視在計算負荷為總的計算電流為式中,i為用電設備組的組數(shù)；為同時系數(shù)，見表2-1。

(2-24

)

2.2.2用電設備組的負荷計算例2-2一機修車間的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7．5kW2臺，4kW2臺，2．2kW8臺；另接通風機2臺共2．4kW；電阻爐1臺2kW。試求計算負荷(設同時系數(shù)為0．9)。表2－1同時系數(shù)0.93～0.970.90～0.95直接相加0.85～0.950.80～0.90直接相加低壓母線0.90～0.970.85～0.95車間干線應用范圍2.2.2用電設備組的負荷計算解冷加工電動機查附錄表1，取通風機

查附

錄表1，取

2.2.2用電設備組的負荷計算2.2.2用電設備組的負荷計算電阻爐查附錄表1，取kWkW12)4.192.110(9.0=++′=

注意：需要系數(shù)值與用電設備的類別和工作狀態(tài)有關，計算時一定要正確判斷，否則會造成錯誤。如機修車間的金屬切削機床電動機屬于小批生產的冷加工機床電動機；壓縮機、拉絲機和鍛造等應屑熱加工機床；起重機、行車或電葫蘆等都屬吊車。2．二項式法用二項式法進行負荷計算時，既考慮用電設備組的設備總容量，又考慮幾臺最大用電設備引起的大于平均負荷的附加負荷。單組用電設備組的計算負荷(2-25)式中b、c――二項式系數(shù)；B――用電設備組的平均功率，其中是該用電設備組的設備總容量；；C――為每組用電設備組中x臺容量較大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中是x臺容量最大設備的總容量(b、c、x的值可查附錄表1)。（2）多組用電設備組的計算負荷2.2.2用電設備組的負荷計算同樣桿要考先慮各返組用交電設蘭備的紛最大舍負荷嘴不同蠟時出郵現(xiàn)的贏因素均，因附此在特確定蠻總計撥算負灘荷時幻玉，只莖能在憐各組蹈用電萌設備筋中取慢一組境最大澡的附殼加負啟荷，童再加窮上各起組用綁電設秒備的駕平均艙負荷遇，即。（2－26）

（2－27）式中(c)max一為附加負荷最大的一組設備的附加負荷；――最大附加負荷設備組的平均功率因數(shù)角的正切值(可查附錄表1)。例2-3試用二項式法來確定例2-2中的計算負荷。解求出各組的平均功率b，和附加負荷c金屬切削機床電動機組查附錄表1，取2.2威.2用電設供備組的逐負荷計蹄算顯然，廚三組用沃電設備先中，第容一組的站附加負穩(wěn)荷最大液，因此異總計算系負荷為通風機組查表錄表2，取。

則，則

電阻爐查附錄表3，取2.撐2.倉2用電守設備洋組的溫負荷芹計算需要系蠅數(shù)法和謝二項式喪系數(shù)法換的比較恨：從例2-至2和例2-團3的計冠算結壟果可離以看豆出，部由于鈔二項吸式系付數(shù)法有考慮膛了用雙電設碗備中欲幾臺埋功率墓較大玻的設固備工梯作時揪對負皺荷影兆響的吧附加藥功率藝，計轟算的辜結果餅比按莊需要之系數(shù)鹿法計搏算的綁結果賄偏大食，所脫以一而般適俗用于趣低壓虜配電層支干田線和盞配電盲箱的忘負荷完計算肆。而雖需要什系數(shù)汽法比寄較簡宏單，吸該系食數(shù)是豬按照美車間啟以上遙的符笑合情傻況來蒙確定薪的，薯普遍滅應用底于求奶全廠盾和大住型車抗間變褲電所彩的計旗算負潑荷。歐而在顯確定眉設備晃臺數(shù)魂較少負，而癢且容科量差際別懸昨殊的愈分支低干線掙的計啦算負六荷時照，一澡般采奏用二助項式鋸系數(shù)巴法。2.2影.2用電設危備組的怪負荷計秧算2.2捆.3單項倆用電悉設備重計算控負荷妻的確語定基本紅原則膏：綁單相膠設備鼓接于鉗三相蘋線路淹中，往應盡榜可能鼠地均惠衡分徒配，拍使三偶相負啊荷盡可來能平此衡。套如果等三相廁線路秋中單稍相設告?zhèn)涞闹側菥┝坎宦殉^替三相爭設備來總容稠量的15％，可父將單相慌設備總產容量等咽效為三體相負荷軍平衡進訂行負荷扇計算。修如果超厚過15％，則架應該將擠單項設財備容量孤?lián)Q算為釀等效三歌相設備銷容量，扎再進行坡負荷計貼算。2.基3變配悟電所血總計梨算負花荷的貫確定2.和3.勞1供電系適統(tǒng)的功拾率損耗供電刑系統(tǒng)抱的功棟率損本耗主拜要包霉括線乓路功掌率損趴耗和悅變壓架器的盼功率歐損耗嚼兩部六分。淹下面鈔分別壩介紹年兩部炭分功管率損申耗的悟計算壟。1．線慮路功霞率損嗽耗的銜計算由于供禮配電線須路存在位電阻和移電抗，挑所以線萬路上會布產生有飽功功率季損耗和斥無功功哀率損耗泄。其值石分別按橋下式計車算（1）有門功功鉗率損漿耗

（2－30）

（2）無功功率損耗(2－31)式中

――線路的計算電流

――線路每相的電阻，為線路單位長度的電阻值，為線路長度;

――線路每相的電抗,為線路單位長度的電抗值，可查相關手冊或產品樣本。（2－32）

如果導線為等邊三角形排列，則

如果導線為水平等距離排列，則

2．變壓器功率損耗的計算變壓器功率損耗包括有功和無功兩大部分。（1）變壓器的有功功率損耗變壓器的有功功率損耗由兩部分組成：1）鐵心中的有功功率損耗，即鐵損

。可以由變壓器的空載實驗得到近似值

值不僅要參考導線的截面積，還要參考線間的幾何均距。線間幾何均距是指三相線路各導線之間距離的幾何平均值。其值按下式計算（3）線間幾何均距

2.3茫.1供電獻系統(tǒng)窗的功獵率損舒耗（2）變壓器的無功功率損耗．變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：1）用來產生主磁通即產生勵磁電流的一部分無功功率，用表示。它只與繞組電壓有關，與負荷無關。它與勵磁電流(或近似地與空載電流)成正比。2）消耗在變壓器一、二次繞組電抗上的無功功率。額定負荷下的這部分無功損耗用表示。由于變壓器繞組的電抗遠大于電阻，因此近似地與短路電壓(即阻抗電壓)成正比．因此，鈴變壓器線的無功六功率損誦耗的計掛算為。可以由變壓器的短路實驗得到近似值Δ

2）有負荷時一、二次繞組中的有功功率損耗，即銅損。

因此，變壓器的有功功率損耗的計算為

（2－33）2.羊3.曲1供電系業(yè)統(tǒng)的功要率損耗（2－34）

――變壓器短路電壓占額定電壓的百分值。在負荷計算中，SL7、S7、S9等型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式近似計算。

式中

――變壓器空載電流占額定電流的百分值；

（2－35）

有功損耗無功損耗2.刑3.栗1供電惱系統(tǒng)絡的功知率損隔耗2.3蠢.2車間或迎全廠計蝴算負荷輸?shù)拇_定計算工廠及變電所低壓側總的計算負荷、、和時，其中=0.8～0.95，=0.85～0.97。2．按需要系數(shù)法確定工廠計算負荷將全廠用電設備的總容量(不含備用設備容量)乘上一個需要系數(shù)，即得到全廠的有功計算負荷，即。1．按逐級計算法確定工廠計算負荷圖2－5供電系統(tǒng)中各部分的負荷計算和有功功率損耗如圖2-5所示，工廠的計算負荷(這里舉有功負荷為例)，應該是高壓母線上所有高壓配電線計算負荷之和，再乘上一個同時系數(shù)。高壓配電線的計算負荷，應該是該線所供車間變電所低壓側的計算負荷，加上變壓器的功率損耗和高壓配電線的功率損耗……如此逐級計算。但對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于線路一般不很長，因此在確定計算負荷時往往略去不計。

（2-36）

圖2－5供電系統(tǒng)中各部分的負荷計算和有功功率損耗2.竿3.竿2車間或浸全廠計濟算負荷仗的確定§2.3暫.3無功功扶率補償1．工溫廠的搭功率畢因數(shù)（1）瞬時融功率因盜數(shù)鞋瞬時功帥率因數(shù)僚可由功誦率因數(shù)蕩表(相位表)直接攻測量牽，亦烘可由稱功率鎖表、律電流題表和類電壓線表的盤讀數(shù)社按下風式求浙出(間接測滴量)：瞬時功比率因數(shù)偉用來了換解和分教析工廠睬或設備里在生產派過程中熔無功功高率的變藏化情況解，以便皆采取適鍬當?shù)难a奔償措施膝。平均秤功率粱因數(shù)惡平均犁功率仍因數(shù)伍亦稱患加權碎平均歇功率岡因數(shù)勾，按依下式占計算地：（2-37）

(2-38)式中，為某一時間內消耗的有功電能，由有功電度表讀出；為某一時間內消耗的無功電能，由無功電度表讀出。我國勤電業(yè)局部門瓶每月豈向工績業(yè)用圈戶收只取電約費，康就規(guī)踩定電省費要插按月靜平均腸功率給因數(shù)究的高豎低來賞調整踢。最大歐負荷比時的謹功率窮因數(shù)躁最大滲負荷么時功施率因課數(shù)指壇在年廚最大振負荷(即計聚算負澤荷)時的功萍率因數(shù)樸，按下課式計算拆：我國頸電力頃工業(yè)抖部規(guī)濃定：勞除電券網(wǎng)有踐特殊貧要求采的用煩戶外環(huán)，用率戶在淡當?shù)嘏D供電勒企業(yè)謊規(guī)定差的電樹網(wǎng)高啟峰負麻荷時握的功吹率因撈數(shù)，豪一般盯應達線到下進列規(guī)腔定：100千伏東安及絨以上呀高壓疑供電錄的用趕戶功顫率因盞數(shù)為0.9厭0以上。測其他電痰力用戶偉和大、撞中型電娃力排灌另站、躉幕購轉售通電企業(yè)屑，功率歇因數(shù)為0.流85以上。誓農業(yè)用苦電，功岡率因數(shù)額為0.史80及以材上。2．無功紀功率補副償如在充尚分發(fā)揮咽設備潛呢力、改替善設備講運行性早能、提吵高其自含然功率泄因數(shù)的互情況下疾，尚達描不到規(guī)出定的功誤率因數(shù)煉要求時院，則需執(zhí)考慮人抗工無功廳功率補昆償。功率因澆數(shù)提高向與無功殊功率和蜘視在功沃率變化撕的關系襪如圖2-隊6所示獅。

(2-39)§2.3愈.3無功劉功率該補償圖2－6無功功率補償原理圖3．無功孟補償后床的總計稠算負荷告確定供配校電系賀統(tǒng)在怖裝設小了無做功補盆償裝愈置后挺在確愛定補療償裝塔置裝濾設地雨點的者總計嫂算負荷喜時，顫應先稍扣除宜無功猾補償前的容進量，耽即補碧償后思的總教的無僑功計奏算負優(yōu)荷為兵：§2.病3.蜻3無功火功率相補償由上式可以看出，在變電所低壓側裝設了無功補償裝置以后，由于低壓側總的視在計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器的容量選得小一些。這不僅降低了變電所的初投資，而且可減少用戶的電費開支。對于低壓配電網(wǎng)的無功補償，通常采用負荷側集中補償方式，即在低壓系統(tǒng)(如變壓器的低壓側)利用自動功率因數(shù)調整裝置，隨著負荷的變化，自動地投入或切除電容器的部分或全部容量。補償后的總的視在計算負荷應為：。

(2-42)(2-43)

例2-4某廠培擬建濾一降健壓變支電所廈，裝摧設一臭臺主尤變壓萌器。漂已知達變電虛所低消壓側邁有功計腸算負單荷為65野0k餐W無功產計算承負荷像為80扭0k以va得r。為了耗使工廠(變電辰所高蠅壓側)的功翼率因悶數(shù)不遵低于0，9，如在捏低壓側嚷裝設并淹聯(lián)電容且器進行淚補償時訪，需裝嘩設多少補濤償容量?并問補溪償前后架工廠變戲電所所印選主變單壓器的愛容量有版何變化?§2.3賠.3無功功你率補償解患（1）補另償前疏的變鞋壓器朋容量千和功歉率因探數(shù)：變電所飼低壓側漫的視在需計算負善荷為：

因此未考慮無功補償時，主變壓器的容量應選擇為1250（參見附表3）變電所低壓側的功率因數(shù)為0.92。

因此，低壓側需要裝設的并聯(lián)電容器容量為側的功率因數(shù)不應低于0.9，即（2）無功補償容量按相關規(guī)定，補償后變電所高壓≥0.9。在變壓器低壓側進行補償時，因為考慮到變壓器的無功功率損耗遠大于有功功率損耗，所以低壓側補償后的低壓側功率因數(shù)應略高于0.9。這里取補償后低壓側功率因數(shù)§2.島3.指3無功功層率補償取

（3）補償后重新選擇變壓器容量變電所低壓側的視在計算負荷為：704

（參見附表3）。補償后的工廠功率因數(shù)補償后變壓器的功率損耗為

因此無功功率補償后的主變壓器容量可選為800變電所高壓側的計算負荷為§2.3賤.3無功功失率補償補償后工廠的功率因數(shù)為由此可見，補償后主變壓器的容量減少了450，不僅減少了投資，而且減少電費的支出，提高了功率因數(shù)。滿足相關規(guī)定的要求。（5）無功補償前后的比較1250kV·A-800

=450§2.爭3.槐3無功功速率補償2.獲4.沫1概述尖峰電嫂流：是塑指持續(xù)固時間1～2s的短時役最大負耍荷電流僵。作用亞：主磁要用塑來選哲擇熔種斷器愧和低若壓斷航路器閱，整協(xié)定繼批電保倦護裝訓置及繭檢驗保電動悟機自蜜起動抵條件阿等。2.筒4尖峰斃電流脂的計昌算2.4灶.2單臺師用電捏設備痕尖峰臉電流極的計威算單臺用煮電設備執(zhí)的尖峰潤電流就巷是其起碑動電流番，

為用電設備的起動電流倍數(shù)，籠型電動機為5～7，繞線型電動機為2～3，直流電動機為1.7，電焊變壓器為3或稍大。為用電設備的額定電流；為用電設備的起動電流；式中：§2.4際.3多臺用義電設備稈尖峰電帶流的計目算引至多門臺用電借設備的仗線路上喪的尖峰種電流按許下式計償算。（2-45）

（2-46）式中：為用電設備中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流；為用電設備中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的起動電流與額定電流之差；。

為將起動電流與額定電流之差為最大的那臺設備除外的其它n－1臺設備的額定電流之和；為上述n-耳1臺的同矛時系數(shù)叉，按臺退數(shù)多少末選取，往一般為0.卷7～1；為全煮部投入住運行時黎線路的照計算電穿流。例2-5有一380謎V三相透線路停，供捐電給淺表2-5所示4臺電動攏機。試遍計算該發(fā)線路的傭尖峰電蔽流。參數(shù)表2-堤2例2-桶5的負莊荷資劃料193.21973540.6起動電流

27.635.855.8額定電流

M4M3M2M1電動機參數(shù)

§2.4泛.3多臺筆用電脈設備授尖峰糕電流鋤的計懷算解:由表2-2可知，電動機M4的為最大。取=0.9,該線路的尖峰電流為。

§2.啟4.語3多臺用專電設備熄尖峰電粱流的計疤算小結本章介笑紹了負潛荷曲線臥的基本頂概念、兄類別及礎有關物表理量，夢講述了比用電設天備設備容載量的確教定方法獅；重點留談了負庭荷計算獄的方法惜；討論尺了工廠笑功率損史耗和電績能損耗；狂詳細地鋪論述了誘全廠負研荷計算構的步驟恥，并重打點討論貴了功率拳因數(shù)對武供配電悼系統(tǒng)的影匙響及怎影樣進行姿無功補矩償。1．負荷辣曲線是筆表征電差力負荷盒隨時間濱變動情鳳況的一