工厂供电第二章 第 章 工厂的电力负荷及其计算2015/3/301
第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 第三节 单相用电设备组计算负荷的确定 第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算 第五节 尖峰电流及其计算2015/3/302
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电力负荷又称电力负载 一是指耗用电能的用电设备或用户，重要负荷、一般负荷、 动力负荷、照明负荷等。 另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，轻负荷 （轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载） 等。2015/3/30 3
(一) 工厂电力负荷的分级(1) 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在 政治、经济上造成重大损失者。当中断供电将发生中毒、爆炸 和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负 荷，应视为特别重要的负荷。 (2) 二级负荷 中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。 (3) 三级负荷 一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者 均属三级负荷。2015/3/304
(二) 各级电力负荷对供电电源的要求 (1) 一级负荷对供电电源的要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源 应不致同时受到损坏。 特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。 严禁将其他负荷接入应急供电系统。 常用的应急电源有：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门供电线路；3) 蓄电池；4) 干电 池。2015/3/30 5
(2) 二级负荷对供电电源的要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，但这两台变压器 不一定在同一变电所。(3) 三级负荷对供电电源的要求对供电电源无特殊要求。二、工厂用电设备的工作制(1) 连续工作制设备 如通风机、水泵、空气压缩机和照明灯等。 (2) ( ) 短时工作制设备 如机床上的某些辅助电动机（例如进给电 动机）。 (3) 断续周期工作制设备 如电焊机和吊车电动机等。2015/3/30 6
断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”（又称暂载率） 来表示其工作特征。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t t ε = × 100% = × 100% T t + t0的停歇时间。(2 1) (2-1)式中T 为工作周期； 为工作周期 t为工作周期内的工作时间； 为工作周期内的工作时间 t0为工作周期内Pe = P Nε N 标称负荷持续率2015/3/30εN ε(2-2) Pe实际容量PN 断续周期工作制设备的额定容量（铭牌容量）ε实际运行的负荷持续率7
三 负荷曲线及有关物理量 三、 (一) 负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的 种图形 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形 纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间 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 的负荷曲线。2015/3/30 8
一班制工厂的日有功负荷曲线图2-1 日有功负荷曲线 a) 依点连成的负荷曲线2015/3/30b) 依点绘成梯形的负荷曲线9
年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列。 全年按8760h计。图2-2 年负荷持续时间曲线的绘制 a) 夏日负荷曲线 b) 冬日负荷曲线 c) 年负荷持续时间曲线2015/3/30 10
按全年每日的最大负荷（通常取每日的最大负荷半小时平 均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线。图2-3 年每日最大负荷曲线2015/3/30 11
(二) 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量 1、年最大负荷和年最大负荷利用小时 年最大负荷和年最大负荷利用小时(1) 年最大负荷 年最大负荷Pmax 就是全年中负荷最大的工作班 内消耗电能最大的半小时平均功率。因此年最大负荷也称为半 小时最大负荷P30。 (2) 年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时Tmax 是一个假想 是 个假想 时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续 运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能， 如图2-4所示。2015/3/30 12
图2-4 年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时为Tmax式中Wa 为年实际消耗的电能量。2015/3/30Wa = Pmax(2-3)13
2、平均负荷和负荷系数 平均负荷和负荷系数(1) 平均负荷 Pav 就是电力负荷在一定时间t 内平均消耗的功率， 也就是电力负荷在该时间t 内消耗的电能Wt 除以时间t 的值，即Pa v=W tt(2-4)Wa Pav = 8760h年平均负荷Pav(2-5)年负荷曲线与两坐标轴所包 围的面积Wa2015/3/30图2-5 年平均负荷14
(2) 负荷系数 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷 负荷系数又称负荷率 它是用电负荷的平均负荷 Pav 与其最大负荷Pmax 的比值，即KL=P a v P m ax(2-6)对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表 征负荷曲线不平坦的程度 即表征负荷起伏变动的程度 征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。 对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P 与设备 额定容量PN 的比值，即KL=P P N(2-7)负荷系数通常以百分值表示。有功用α ，无功用β表示。2015/3/30 15
第二节 三相用电设备组计算负荷的确定一、概述满足工作电压和频率 最重要的就是要满足负荷电流的要求 满足工作电压和频率，最重要的就是要满足负荷电流的要求。 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系 统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calculated load）。 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。 计算负荷与半小时最大负荷P30是基本相当的。 P30有功计算负荷、Q30无功计算负荷、 S30视在计算负荷、Ｉ30计算电流2015/3/30 16
二 按需要系数法确定计算负荷 二、按需要系数法确定计算负荷 (一) 基本公式用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取 用的半小时最大负荷P30。 用电设备组的设备容量pe，是指用电设备组所有设备（不含 是指用电设备组所有设备（不含 备用的设备）的额定容量PN 之和，即pe ＝ΣPN。 额定容量PN 是设备在额定条件下的最大输出功率（出力）。 用电设备组的有功计算负荷应为P3 0 =2015/3/30Kη eηΣKLPe(2 8) (2-8)17W L
KΣ为设备组的同时系数 KL为设备组的负荷系数 ηe为设备组的平均效率 ηWL为配电线路的平均效率 即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比； 即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比； 即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比 即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比； 即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组取用功率） 与首端功率（亦即计算负荷）之比 与首端功率（亦即计算负荷）之比。2015/3/30 18P3 0 =Kη eηΣKLPeW L
P30 =Kη eηΣKLPeW L2-6 图2 6 用电设备组的计算负荷说明令 K Σ K L /(ηeηWL ) = K d需要系数（demand coefficient）P3 0 K d = (2-9) Pe 用电设备组的需要系数，为半小时最大负荷与其设备容量的比值。2015/3/30 19
三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为P30 = K d Pe(2-10)附录表1列出工厂各种用电设备组的需要系数值，供参考 。 需要系数值与用电设备的类别和 作状态关系极大 需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系极大。 无功计算负荷为Q30 = P30 tan ϕ视在计算负荷为(2-11)式中 tan ϕ 为对应于用电设备组 cos ϕ 的正切值。P30 S 30 = cos ϕ 式中 cos ϕ 为用电设备组的平均功率因数。2015/3/30(2-12)20
计算电流为I 30 =S30 N3U(2-13)式中UN 为用电设备组的额定电压。 如果只有一台三相电动机，则计算电流就取其为额定电流，即I 30 = I N =PN 3U Nη cos ϕ(2-14) ( )负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”（ 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”（kVA）， 电流为 安 （A） ，电压为“千伏” 电流为“安” 电 为 千伏 （kV） 。2015/3/30 21
例2 2-1 1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机 7.5kW 3台，4kW 8台，3kW 17台，1.5kW 10台。试求其计算负荷。 解 此机床组电动机的总容量为 解：此机床组电动机的总容量为Pe = 7.5kW × 3 + 4kW × 8 + 3kW × 17 + 1.5kW × 10 = 120.5kW查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得t ϕ = 1.73, 1 73 K d = 0.16 0 16 ~ 0 0.2 2 (取0.2) 0 2)， cos ϕ = 0.5 0 5 ，tan因此可求得： 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流2015/3/30P30 = 0.2 × 120.5kW = 24.1kWQ30 = 24.1 24 1kW × 1 1.73 73 = 41 41.7 7 k var24.1kW = 48.2 kVA 0.5 . 48.2 kVA I 30 = = 73.2 A 3 × 0.38 kV S 30 =22
(二) 设备容量的计算 备容 的 算1、一般连续工作制和短时工作制的用电设备组容量计算 一般连续工作制和短时工作制的用电设备组容量计算 其设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。 2、断续周期工作制的设备容量计算 其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。εN 容量换算的公式如式(2-2)所示。 Pe = PN ε 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，各自的换算要求如下 各自的换算要求如下：2015/3/30 23
(1) 电焊机组 要求容量统一换算到 要求容量统 换算到ε=100% 换算后的设备容量为Pe = PN即εN εN = S N cos ϕ ε100 ε100(2-15)Pe = PN ε N = S N cos ϕ ε N式中PN 、SN 为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为ε N 为与铭牌容量相对应的负荷持续率（计算中用 视在功率）；ε100 小数）；2015/3/30为其值等于100%的负荷持续率（计算中用1）；cos ϕ 为铭牌规定的功率因数。24
(2) 吊车电动机组 要求容量统一换算到 换算后的设备容量为ε = 25%Pe = PNεN = 2 PN ε N ε 25(2-16) ( )式中PN 为吊车电动机的铭牌容量； ε N 为与PN 对应的负荷持续率 （计算中用小数）； 算 数 其值等 25%的负荷持续率（计算中用 负荷持续率 算 ε 25 为其值等于 0.25）。2015/3/3025
(三) 多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上 的计算负荷时。 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 ：K ∑ q = 0.90 ~ 0.97 。 对车间干线，取 K∑ p = 0.85 ~ 0.95 ，对低压母线，分两种情况 (1) 由用电设备组的计算负荷直接相加来计算K ∑ p = 0.80 ~ 0.90 K ∑ q = 0.85 ~ 0.95(2) ( ) 由车间干线的计算负荷直接相加来计算时2015/3/30K Σp = 0.90 ~ 0.95KΣq = 0.93 ~ 0.9726
总的有功计算负荷为P30 = K Σp ΣP30⋅i总的无功计算负荷为(2-17)Q30 = K Σq ΣQ30⋅i(2-18)ΣP30.i 和 ΣQ30.i 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和总的视在计算负荷为S 30 =总的计算电流为I 30 =2015/3/302 2 P30 + Q30(2-19) ( )S30 3U N(2-20)27
例2-2 某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW (其中较大容量电动机有7.5kW1台， 4kW3台， 2 2 kW7台)， 通风机2台共3kW， 电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。 2.2 试确定此线路上的计算负荷 解：先求各组的计算负荷 (1) 金属切削机床组 查附录表1，取 K d = 0.2, cos ϕ = 0.5, tan ϕ = 1.73 故 (2) 通风机组 故P30(1) = 0.2 × 50kW = 10kWQ30(1) = 10kW ×1.73 = 17.3k var查附录表1，取 K d = 0.8, 0 8 cos ϕ = 0.8, 0 8 tan ϕ = 0.75 0 75P30(2) = 0.8 × 3kW = 2.4kWQ30(2) = 2.4kW × 0.75 = 1.8k var(3) 电阻炉 查附录表1，取 K d = 0.7, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0故P30(3) ( ) = 0.7 × 2 kW = 1.4 kWQ30(3) = 0因此总的计算负荷为 （取 K ∑ p = 0.95, K ∑ q = 0.97 ）P30 = 0.95 0 95 × (10 + 2 2.4 4 + 1.4) 1 4)kW = 13 13.1 1kWQ30 = 0.97 × (17.3 + 1.8)k var = 18.5k varS30 = 13.12 + 18.52 kVA = 22.7 kVAI 30 =2015/3/3022.7 kVA = 34.5 A 3 × 0.38kV28
在实际 程设计说明书中 为了使人 在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核， 了然 便 审核 常采用计算表格的形式，如表2-1所示。 表2-1 例2-2的电力负荷计算表（按需要系数法）序号 设备名称 台数 容量 需要系数n20 2 1 23cos ϕ tan ϕ计算负荷Pe / kW50 3 2 55 取Kd0.2 0.8 0.7P30 / kW0.5 0.8 1 1.73 0.75 0 10 2.4 1.4 13.8Q30 / k var17.3 1.8 0 19.1 18.5S30 / kVAI30 / A1 2 3切削机床 通风机 电阻炉车间总计KΣp = 0.95, KΣq = 0.9713.122.734.52015/3/3029
三 按二项式法确定计算负荷 三、按二项式法确定计算负荷(一) 基本公式 二项式法的基本公式是P30 = bPe + cPx总容量，其计算方法如前需要系数法所述； 总容量 其计算方法如前需要系数法所述；(2-21)式中：bPe表示设备组的平均功率，其中Pe 是用电设备组的设备 cPx表示设备组中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； 荷，其中 b、c 是二项式系数。附录表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b、c 和最大容量的设备台数x 值。2015/3/30 30
例2 2-3 3 试用 试用二项式法来确定例 项式法来确定例2 2-1 1所示机床组的计算负荷。 解：由附录表1查得b = 0.14, c = 0.4, x = 5, cos ϕ = 0.5, tan ϕ = 1.73。设备总容量(见例2-1)为Pe = 120.5kWX 台最大容量的设备容量为Px = P5 = 7.5kW × 3 + 4kW × 2 = 30.5kW因此按式（2 2-21 21）可求得其有功计算负荷为P30 = 0.14 ×120.5kW + 0.4 × 30.5kW = 29.1kW按式（2-11）可求得其无功计算负荷为 按式Q30 = 29.1kW ×1.73 = 50.3k var按式（2-12）可求得其视在计算负荷为S30 = 29.1kW = 58.2kVA 0.5按式（2-13）可求得其计算电流为I30 = 58.2kVA = 88.4 A 3 × 0.38kV2015/3/3031
(二) 多组用电设备计算负荷的确定 考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，在各组 设备中取其中一组最大的有功附加负荷(cPx)max，再加上各组的 平均负荷bPe。 总的有功计算负荷为P30 = Σ (bPe ) i + (cPx ) max总的无功计算负荷为(2-22)Q30 = Σ(bPe tan ϕ ) i + (cPx ) max tan ϕ max的正切值 的正切值。2015/3/30(2-23)式中 tan ϕmax 为最大附加负荷(cPx)max的设备组的平均功率因数角32
例2-4 2 4 试用二项式法确定例2-2 2 2所述机修车间380V线路的计算负荷。 线路的计算负荷 解： 先求各组的bPe 和cPx (1) 金属切削机床组 查附录表1，取 b = 0.14, c = 0.4, x = 5, cos ϕ = o.5, tan ϕ = 1.73, 故bPe (1) = 0.14 × 50kW = 7 kW ， cPx (1) = 0.4 × (7.5kW × 1 + 4kW × 3 + 2.2kW × 1) = 8.68kW(2) 通风机组 查附录表1，取 b = 0.65, c = 0.25, cos ϕ = o.8, tan ϕ = o.75 ，故bPe (2) = 0.65 × 3kW = 1.95kW ， cPx (2) = 0.25 × 3kW = 0.75kW(3) 电阻炉 查附录表1，取 b = 0.7, c = 0, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0 ， 故bPe (3) = 0.7 × 2kW = 1.4kW，cPx (3) = 0以上各组设备中，附加负荷以 cPx(1) 为最大，因此总计算负荷为P30 = ( 7 + 1 .95 + 1 .4 ) kW + 8 .68 kW = 19 kWQ30 = (7 × 1.73 + 1.95 × 0.75 + 0)k var+ 8.68 × 1.73k var = 28.6k varS 30 = 19 2 + 28.6 2 kVA = 34.3kVAI 30 =34.3kVA 3 × 0.38kV52.1A按一般工程设计说明书要求，以上计算可列成表2-2所示电力负荷计算表。2015/3/3033
表2-2 例2-4的电力负荷计算表(按二项式法)设备台数 序 号 用电设备 组名称 总台 数n 最大容 量台数x 容量 二项式系数 b c 计算负荷Pe kW50Px kW21.7cosϕ tanϕP 30 kW7+8.68Q30 k var12.1+15.0S30 kVAI30 A1金属切削 机床 通风机 电阻炉 总计2050.140.40.51.732 32 1 235 03 2 553 00.65 0.70.25 00.8 10.75 01.95+0.75 1.4 191.46+0.56 0 28.6 34.3 52.12015/3/3034
第三节 单相用电设备组计算负荷的确定一、概述 电焊机、电炉、电灯等各种单相设备单相设备接在三相线路中 应尽可能均衡分配 使三相尽可能平衡 单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相尽可能平衡 确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线二、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Pe = 3Pe.mϕ等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算2015/3/30(2 24) (2-24)Pe等效三相设备容量，最大负荷相所接单相设备容量Pe.mφ35
2、单相设备接于线电压时的三相负荷计算 等效三相设备容量为Pe = 3Pe.ϕPe ⋅ϕ 单相设备的容量I = Pe.ϕ /(U cos ϕ ) 在线电压上产生的电流Pe 等效三相设备容量(2 25) (2-25)I ' = Pe /( ( 3U cos ϕ ) 产生的电流应与 I 相等2015/3/30 36
3、单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算 单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算 总的等效三相有功计算负荷P30 = 3P30.mϕP30 ⋅mϕ 最大有功负荷相的有功计算负荷(2-26)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 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与计算负荷。总的等效三相无功计算负荷Q 30 = 3 Q 30. mϕQ30.mφ最大负荷相的无功计算负荷2015/3/30(2-27)37
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， 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 可按下列换算公式进行换算： A相PA = pAB− A PAB + pCA− A P CAQA = qAB− A PAB + qCA− A PCA(2-28) (2-29) (2-30) (2-31) (2-32) ( (2-33) )38B相PB = pBC − B PBC + pAB− B PABQB = qBC − B PBC + q AB − B PABPC = pCA−C PCA + pBC −C PBCQC = qCA−C PCA + qBC −C PBCC相2015/3/30
式中PAB、PBC、PCA 分别为接于AB、BC、CA相间的有功设备 容量； PA、PB、PC分别为换算为A、B、C相的有功设备容量； QA、QB、QC分别为换算为A、B、C相的无功设备容量； 相的无功设备容量 pAB-A、 qAB-A…….分别是接于AB、……等相间的设备容量换算为 A、……等相设备容量的有功和无功功率换算系数。 表2 2-3 3 相间负荷换算为相负荷的功率换算系数负荷功率因数 功率换算系数 0 35 0.35 1.27 -0.27 1.05 1.63 04 0.4 1.17 -0.17 0.86 1.44 05 0.5 1.0 0 0.58 1.16 06 0.6 0.89 0.11 0.38 0.96 0 65 0.65 0.84 0.16 0.3 0.88 07 0.7 0.8 0.2 0.22 0.8 08 0.8 0.72 0.28 0.09 0.67 09 0.9 0.64 0.36 -0.05 0.53 10 1.0 0.5 0.5 -0.29 0.2939p AB − A, pBC − B , pCA−Cp AB − B , pBC −C , pCA− AqAB− A,qBC−B, qCA−CqAB − B , qBC −C , qCA− A2015/3/30
例2-5 如图2-7所示220 /380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A 相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100％）接于 AB相间，1台20kW（ε=100％）接于BC间，1台30kW（ ε=60％）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。图2-7 例2-5的电路 解： (1) 电热干燥箱的各相计算负荷 查附录表1得 A相 B相 C相 2015/3/30K d = 0.7, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0,因此只需计算其有功计算负荷：P30. A (1) = K d Pe . A = 0.7 × 2 × 10 kW = 14 kWP30. 30 B (1) = K d Pe . B = 0.7 × 1 × 30 kW = 21kWP30.C (1) = K d Pe .C = 0.7 × 1 × 20 kW = 14 kW40
(2) 对焊机的各相计算负荷 先将接于CA相间的30kW（ε=60% 60%）换算至ε=100% 100% 的容量，即 的容量 即 查附录表1得 K d = 0.35, cos ϕ = 0.7, tan ϕ = 1.02;PCA = 0.6 × 30 kW = 23 kW再由表2-3查得 cos ϕ = 0.7 时的功率换算系数p AB − A = pBC − B = pCA−C = 0.8, p AB − B = pBC −C = pCA− A = 0.2,q AB − A = qBC − B = qCA−C = 0.22, q AB − B = qBC −C = qCA− A = 0.8因此各相的有功和无功设备容量为 A相PA = 0.8 × 2 × 14kW + 0.2 × 23kW = 27 kWQA = 0.22 × 2 × 14k var + 0.8 × 23k var = 24.6k varPB = 0.8 × 20kW + 0.2 × 2 × 14kW = 21.6kWB相Q B = 0.22 × 20 k var + 0.8 × 2 × 14 k var = 26.8 k varC相PC = 0.8 × 23 kW + 0.2 × 20 kW = 22.4 kWQC = 0.22 0 22 × 23k var + 0 0.8 8 × 20 k var = 21 21.1 1k varP3 0 . A ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 7 k W = 9 .4 5 k W Q30. A ( 2 ) = 0.35 × 24.6 k var = 8.61k varP3 0 . B ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 1 .6 kW = 7 .5 6 kWQ 30. B ( 2 ) = 0.35 × 26.8 k var = 9.38 k var各相的有功和无功计算负荷为 A相B相 C相 2015/3/30P3 0 .C ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 2 .4 kW = 7 .8 4 kW Q30.C ( 2 ) = 0.35 × 21.1k var = 7.39 k var41
(3) 各相总的有功和无功计算负荷A相P30. A = P30. A(1) + P30. A(2) = 14kW + 9.45kW = 23.5kWQ30. 30 A = Q30. 30 A (1) + Q30. 30 A ( 2 ) = 0 + 8.61k var = 8.61k varB相P30. B = P30. B (1) + P30. B (2) = 21kW + 7.56kW = 28.6kWQ30. B = Q30. B (1) + Q30. B (2) = 0 + 9.38 9 38k var = 9.38 9 38k varP 30.C = P 30.C (1) + P 30.C (2) = 14kW + 7.84kW = 21.8kWC相Q30.C = Q30.C (1) + Q30.C (2) = 0 + 7.39k var = 7.39k var(4) 总的等效三相计算负荷 因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得P 30 = 3P 30.B = 3 × 28.6kW = 85.8kWQ30 = 3Q30.B = 3× 9.38k var = 28.1k varS30 = 85.82 + 28.12 kVA = 90.3kVA 90 3 kVA 90.3 I 30 = = 137 A 3 × 0.38 kV2015/3/30 42
第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算一、 工厂计算负荷的确定 厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变 压 的基本依据 也是计算 压器的基本依据，也是计算工厂功率因数和无功补偿容量的基 功率 数和无功补偿容量的基 本依据。(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 需要系数Kd，即得全厂的有功计算负荷，即P30 = K d Pe附录表2列出部分工厂的需要系数值2015/3/30(2-34)43
(二) 按年产量估算工厂计算负荷将工厂年产量A乘上单位产品耗电量 a ，就可得到工厂全年耗电量 就可得到工厂全年耗电量Wa = Aa(2-35) ( )单位产品耗电量可由有关设计手册或根据实测资料确定 工厂的有功计算负荷Wa P30 = TmaxTmax工厂的年最大负荷利用小时(2-36)其他计算负荷Q30 、S30 和I30 的计算，与上述需要系数法相同2015/3/30 44
(三) 按逐级计算法确定工厂计算负荷工厂的计算负荷（有功负荷）P30(1 ) 高压母线上所有高压配电线路计算 负荷之和 再乘上 个 时系数 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)，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∆PWL。 如此逐级计算2015/3/30图2-8 工厂供电系统中各部分的计算负荷和功率损耗（只示出有功部分）45
一般供电系统，由于高低压配电线路一般不很长，在确定 般供电系统 由于高低压配电线路 般不很长 在确定 计算负荷时其线路损耗往往略去不计。 新型低损耗电力变压器如S9、SC9等的功率损耗可按下列 简化公式近似计算： 简化公式近似计算 有功损耗 无功损耗ΔPT ≈ 0.01 0 01S30ΔQT ≈ 0.05S30(2-37) (2 37) (2-38)以上二式中 S30 为变压器二次侧的视在计算负荷。(四) 工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的计算负荷1、工厂的功率因数2015/3/30 46
(1) 瞬时功率因数 相位表（功率因数表）直接测出 功率表、电压表和电流表的读数通过下式求得（间接测量） 功率表 电压表和电流表的读数 下式求得 间接测量cos ϕ =P 3UI(2-39) ( )式中：P 为功率表测出的三相有功功率读数（kW）； U 为电压表测出的线电压读数（kV）；I 为电流表测出的电流读数（A）。2015/3/3047
( ) 平均功率因数 (2) 加权平均功率因数，按下式计算： Wp 1 cos ϕ = = (2-40) 2 W p2 + W q2 ⎛ Wq ⎞ 1+ ⎜ ⎜W ⎟ ⎟ ⎝ p⎠ 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 功电能，由无功电能表读取。 (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：P30 cos ϕ = S 302015/3/30(2 41) (2-41)48
2、无功功率补偿 无功功率补偿 感应电动机 、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷， 感性的电力变压器，从而使工厂的功率因数降低。需要考虑增 设无功功率补偿装 设无功功率补偿装置。' cos ϕ cos ϕ 功率因数由 提高到负荷电流I30 也将有所减小 节约电能，提高电压质量，可选择较小容 量的供电设备和导线电缆。图2-9 功率因数提高与无功功率、视在功率变化的关系2015/3/30 49
' cos ϕ cos ϕ 功率因数由 提高到装设无功补偿装置（并联电容器） 容量为' QC = Q30 − Q30 = P30 (tan ϕ − tan ϕ ' )(2-42) (2 42) (2-43) ( )QC = Δq C P30ΔqC = tan ϕ − tan ϕ ' 称为无功补偿率。附录表 表3列出了并联电容器的无功补偿率 联电容 的 功 率 根据所选并联电容器的单个容量qC 来确定电容器个数：QC n= qC电容器个数n，对于单相电容器，应取3的倍数。2015/3/30(2-44)部分常用的并联电容器的主要技术数据，如附录表4所列。50
工厂供电第二章 第 章 工厂的电力负荷及其计算2015/3/301
第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线 第二节 三相用电设备组计算负荷的确定 第三节 单相用电设备组计算负荷的确定 第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算 第五节 尖峰电流及其计算2015/3/302
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电力负荷又称电力负载 一是指耗用电能的用电设备或用户，重要负荷、一般负荷、 动力负荷、照明负荷等。 另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，轻负荷 （轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载） 等。2015/3/30 3
(一) 工厂电力负荷的分级(1) 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在 政治、经济上造成重大损失者。当中断供电将发生中毒、爆炸 和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负 荷，应视为特别重要的负荷。 (2) 二级负荷 中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。 (3) 三级负荷 一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者 均属三级负荷。2015/3/304
(二) 各级电力负荷对供电电源的要求 (1) 一级负荷对供电电源的要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源 应不致同时受到损坏。 特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。 严禁将其他负荷接入应急供电系统。 常用的应急电源有：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门供电线路；3) 蓄电池；4) 干电 池。2015/3/30 5
(2) 二级负荷对供电电源的要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，但这两台变压器 不一定在同一变电所。(3) 三级负荷对供电电源的要求对供电电源无特殊要求。二、工厂用电设备的工作制(1) 连续工作制设备 如通风机、水泵、空气压缩机和照明灯等。 (2) ( ) 短时工作制设备 如机床上的某些辅助电动机（例如进给电 动机）。 (3) 断续周期工作制设备 如电焊机和吊车电动机等。2015/3/30 6
断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”（又称暂载率） 来表示其工作特征。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t t ε = × 100% = × 100% T t + t0的停歇时间。(2 1) (2-1)式中T 为工作周期； 为工作周期 t为工作周期内的工作时间； 为工作周期内的工作时间 t0为工作周期内Pe = P Nε N 标称负荷持续率2015/3/30εN ε(2-2) Pe实际容量PN 断续周期工作制设备的额定容量（铭牌容量）ε实际运行的负荷持续率7
三 负荷曲线及有关物理量 三、 (一) 负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的 种图形 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形 纵坐标表示负荷，横坐标表示对应的时间 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 的负荷曲线。2015/3/30 8
一班制工厂的日有功负荷曲线图2-1 日有功负荷曲线 a) 依点连成的负荷曲线2015/3/30b) 依点绘成梯形的负荷曲线9
年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列。 全年按8760h计。图2-2 年负荷持续时间曲线的绘制 a) 夏日负荷曲线 b) 冬日负荷曲线 c) 年负荷持续时间曲线2015/3/30 10
按全年每日的最大负荷（通常取每日的最大负荷半小时平 均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线。图2-3 年每日最大负荷曲线2015/3/30 11
(二) 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量 1、年最大负荷和年最大负荷利用小时 年最大负荷和年最大负荷利用小时(1) 年最大负荷 年最大负荷Pmax 就是全年中负荷最大的工作班 内消耗电能最大的半小时平均功率。因此年最大负荷也称为半 小时最大负荷P30。 (2) 年最大负荷利用小时 年最大负荷利用小时Tmax 是一个假想 是 个假想 时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续 运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能， 如图2-4所示。2015/3/30 12
图2-4 年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时为Tmax式中Wa 为年实际消耗的电能量。2015/3/30Wa = Pmax(2-3)13
2、平均负荷和负荷系数 平均负荷和负荷系数(1) 平均负荷 Pav 就是电力负荷在一定时间t 内平均消耗的功率， 也就是电力负荷在该时间t 内消耗的电能Wt 除以时间t 的值，即Pa v=W tt(2-4)Wa Pav = 8760h年平均负荷Pav(2-5)年负荷曲线与两坐标轴所包 围的面积Wa2015/3/30图2-5 年平均负荷14
(2) 负荷系数 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷 负荷系数又称负荷率 它是用电负荷的平均负荷 Pav 与其最大负荷Pmax 的比值，即KL=P a v P m ax(2-6)对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表 征负荷曲线不平坦的程度 即表征负荷起伏变动的程度 征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。 对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P 与设备 额定容量PN 的比值，即KL=P P N(2-7)负荷系数通常以百分值表示。有功用α ，无功用β表示。2015/3/30 15
第二节 三相用电设备组计算负荷的确定一、概述满足工作电压和频率 最重要的就是要满足负荷电流的要求 满足工作电压和频率，最重要的就是要满足负荷电流的要求。 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系 统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calculated load）。 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。 计算负荷与半小时最大负荷P30是基本相当的。 P30有功计算负荷、Q30无功计算负荷、 S30视在计算负荷、Ｉ30计算电流2015/3/30 16
二 按需要系数法确定计算负荷 二、按需要系数法确定计算负荷 (一) 基本公式用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取 用的半小时最大负荷P30。 用电设备组的设备容量pe，是指用电设备组所有设备（不含 是指用电设备组所有设备（不含 备用的设备）的额定容量PN 之和，即pe ＝ΣPN。 额定容量PN 是设备在额定条件下的最大输出功率（出力）。 用电设备组的有功计算负荷应为P3 0 =2015/3/30Kη eηΣKLPe(2 8) (2-8)17W L
KΣ为设备组的同时系数 KL为设备组的负荷系数 ηe为设备组的平均效率 ηWL为配电线路的平均效率 即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比； 即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比； 即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比 即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比； 即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组取用功率） 与首端功率（亦即计算负荷）之比 与首端功率（亦即计算负荷）之比。2015/3/30 18P3 0 =Kη eηΣKLPeW L
P30 =Kη eηΣKLPeW L2-6 图2 6 用电设备组的计算负荷说明令 K Σ K L /(ηeηWL ) = K d需要系数（demand coefficient）P3 0 K d = (2-9) Pe 用电设备组的需要系数，为半小时最大负荷与其设备容量的比值。2015/3/30 19
三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为P30 = K d Pe(2-10)附录表1列出工厂各种用电设备组的需要系数值，供参考 。 需要系数值与用电设备的类别和 作状态关系极大 需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系极大。 无功计算负荷为Q30 = P30 tan ϕ视在计算负荷为(2-11)式中 tan ϕ 为对应于用电设备组 cos ϕ 的正切值。P30 S 30 = cos ϕ 式中 cos ϕ 为用电设备组的平均功率因数。2015/3/30(2-12)20
计算电流为I 30 =S30 N3U(2-13)式中UN 为用电设备组的额定电压。 如果只有一台三相电动机，则计算电流就取其为额定电流，即I 30 = I N =PN 3U Nη cos ϕ(2-14) ( )负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”（ 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”（kVA）， 电流为 安 （A） ，电压为“千伏” 电流为“安” 电 为 千伏 （kV） 。2015/3/30 21
例2 2-1 1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机 7.5kW 3台，4kW 8台，3kW 17台，1.5kW 10台。试求其计算负荷。 解 此机床组电动机的总容量为 解：此机床组电动机的总容量为Pe = 7.5kW × 3 + 4kW × 8 + 3kW × 17 + 1.5kW × 10 = 120.5kW查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得t ϕ = 1.73, 1 73 K d = 0.16 0 16 ~ 0 0.2 2 (取0.2) 0 2)， cos ϕ = 0.5 0 5 ，tan因此可求得： 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流2015/3/30P30 = 0.2 × 120.5kW = 24.1kWQ30 = 24.1 24 1kW × 1 1.73 73 = 41 41.7 7 k var24.1kW = 48.2 kVA 0.5 . 48.2 kVA I 30 = = 73.2 A 3 × 0.38 kV S 30 =22
(二) 设备容量的计算 备容 的 算1、一般连续工作制和短时工作制的用电设备组容量计算 一般连续工作制和短时工作制的用电设备组容量计算 其设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。 2、断续周期工作制的设备容量计算 其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。εN 容量换算的公式如式(2-2)所示。 Pe = PN ε 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，各自的换算要求如下 各自的换算要求如下：2015/3/30 23
(1) 电焊机组 要求容量统一换算到 要求容量统 换算到ε=100% 换算后的设备容量为Pe = PN即εN εN = S N cos ϕ ε100 ε100(2-15)Pe = PN ε N = S N cos ϕ ε N式中PN 、SN 为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为ε N 为与铭牌容量相对应的负荷持续率（计算中用 视在功率）；ε100 小数）；2015/3/30为其值等于100%的负荷持续率（计算中用1）；cos ϕ 为铭牌规定的功率因数。24
(2) 吊车电动机组 要求容量统一换算到 换算后的设备容量为ε = 25%Pe = PNεN = 2 PN ε N ε 25(2-16) ( )式中PN 为吊车电动机的铭牌容量； ε N 为与PN 对应的负荷持续率 （计算中用小数）； 算 数 其值等 25%的负荷持续率（计算中用 负荷持续率 算 ε 25 为其值等于 0.25）。2015/3/3025
(三) 多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上 的计算负荷时。 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 ：K ∑ q = 0.90 ~ 0.97 。 对车间干线，取 K∑ p = 0.85 ~ 0.95 ，对低压母线，分两种情况 (1) 由用电设备组的计算负荷直接相加来计算K ∑ p = 0.80 ~ 0.90 K ∑ q = 0.85 ~ 0.95(2) ( ) 由车间干线的计算负荷直接相加来计算时2015/3/30K Σp = 0.90 ~ 0.95KΣq = 0.93 ~ 0.9726
总的有功计算负荷为P30 = K Σp ΣP30⋅i总的无功计算负荷为(2-17)Q30 = K Σq ΣQ30⋅i(2-18)ΣP30.i 和 ΣQ30.i 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和总的视在计算负荷为S 30 =总的计算电流为I 30 =2015/3/302 2 P30 + Q30(2-19) ( )S30 3U N(2-20)27
例2-2 某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW (其中较大容量电动机有7.5kW1台， 4kW3台， 2 2 kW7台)， 通风机2台共3kW， 电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。 2.2 试确定此线路上的计算负荷 解：先求各组的计算负荷 (1) 金属切削机床组 查附录表1，取 K d = 0.2, cos ϕ = 0.5, tan ϕ = 1.73 故 (2) 通风机组 故P30(1) = 0.2 × 50kW = 10kWQ30(1) = 10kW ×1.73 = 17.3k var查附录表1，取 K d = 0.8, 0 8 cos ϕ = 0.8, 0 8 tan ϕ = 0.75 0 75P30(2) = 0.8 × 3kW = 2.4kWQ30(2) = 2.4kW × 0.75 = 1.8k var(3) 电阻炉 查附录表1，取 K d = 0.7, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0故P30(3) ( ) = 0.7 × 2 kW = 1.4 kWQ30(3) = 0因此总的计算负荷为 （取 K ∑ p = 0.95, K ∑ q = 0.97 ）P30 = 0.95 0 95 × (10 + 2 2.4 4 + 1.4) 1 4)kW = 13 13.1 1kWQ30 = 0.97 × (17.3 + 1.8)k var = 18.5k varS30 = 13.12 + 18.52 kVA = 22.7 kVAI 30 =2015/3/3022.7 kVA = 34.5 A 3 × 0.38kV28
在实际 程设计说明书中 为了使人 在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核， 了然 便 审核 常采用计算表格的形式，如表2-1所示。 表2-1 例2-2的电力负荷计算表（按需要系数法）序号 设备名称 台数 容量 需要系数n20 2 1 23cos ϕ tan ϕ计算负荷Pe / kW50 3 2 55 取Kd0.2 0.8 0.7P30 / kW0.5 0.8 1 1.73 0.75 0 10 2.4 1.4 13.8Q30 / k var17.3 1.8 0 19.1 18.5S30 / kVAI30 / A1 2 3切削机床 通风机 电阻炉车间总计KΣp = 0.95, KΣq = 0.9713.122.734.52015/3/3029
三 按二项式法确定计算负荷 三、按二项式法确定计算负荷(一) 基本公式 二项式法的基本公式是P30 = bPe + cPx总容量，其计算方法如前需要系数法所述； 总容量 其计算方法如前需要系数法所述；(2-21)式中：bPe表示设备组的平均功率，其中Pe 是用电设备组的设备 cPx表示设备组中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； 荷，其中 b、c 是二项式系数。附录表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b、c 和最大容量的设备台数x 值。2015/3/30 30
例2 2-3 3 试用 试用二项式法来确定例 项式法来确定例2 2-1 1所示机床组的计算负荷。 解：由附录表1查得b = 0.14, c = 0.4, x = 5, cos ϕ = 0.5, tan ϕ = 1.73。设备总容量(见例2-1)为Pe = 120.5kWX 台最大容量的设备容量为Px = P5 = 7.5kW × 3 + 4kW × 2 = 30.5kW因此按式（2 2-21 21）可求得其有功计算负荷为P30 = 0.14 ×120.5kW + 0.4 × 30.5kW = 29.1kW按式（2-11）可求得其无功计算负荷为 按式Q30 = 29.1kW ×1.73 = 50.3k var按式（2-12）可求得其视在计算负荷为S30 = 29.1kW = 58.2kVA 0.5按式（2-13）可求得其计算电流为I30 = 58.2kVA = 88.4 A 3 × 0.38kV2015/3/3031
(二) 多组用电设备计算负荷的确定 考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，在各组 设备中取其中一组最大的有功附加负荷(cPx)max，再加上各组的 平均负荷bPe。 总的有功计算负荷为P30 = Σ (bPe ) i + (cPx ) max总的无功计算负荷为(2-22)Q30 = Σ(bPe tan ϕ ) i + (cPx ) max tan ϕ max的正切值 的正切值。2015/3/30(2-23)式中 tan ϕmax 为最大附加负荷(cPx)max的设备组的平均功率因数角32
例2-4 2 4 试用二项式法确定例2-2 2 2所述机修车间380V线路的计算负荷。 线路的计算负荷 解： 先求各组的bPe 和cPx (1) 金属切削机床组 查附录表1，取 b = 0.14, c = 0.4, x = 5, cos ϕ = o.5, tan ϕ = 1.73, 故bPe (1) = 0.14 × 50kW = 7 kW ， cPx (1) = 0.4 × (7.5kW × 1 + 4kW × 3 + 2.2kW × 1) = 8.68kW(2) 通风机组 查附录表1，取 b = 0.65, c = 0.25, cos ϕ = o.8, tan ϕ = o.75 ，故bPe (2) = 0.65 × 3kW = 1.95kW ， cPx (2) = 0.25 × 3kW = 0.75kW(3) 电阻炉 查附录表1，取 b = 0.7, c = 0, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0 ， 故bPe (3) = 0.7 × 2kW = 1.4kW，cPx (3) = 0以上各组设备中，附加负荷以 cPx(1) 为最大，因此总计算负荷为P30 = ( 7 + 1 .95 + 1 .4 ) kW + 8 .68 kW = 19 kWQ30 = (7 × 1.73 + 1.95 × 0.75 + 0)k var+ 8.68 × 1.73k var = 28.6k varS 30 = 19 2 + 28.6 2 kVA = 34.3kVAI 30 =34.3kVA 3 × 0.38kV52.1A按一般工程设计说明书要求，以上计算可列成表2-2所示电力负荷计算表。2015/3/3033
表2-2 例2-4的电力负荷计算表(按二项式法)设备台数 序 号 用电设备 组名称 总台 数n 最大容 量台数x 容量 二项式系数 b c 计算负荷Pe kW50Px kW21.7cosϕ tanϕP 30 kW7+8.68Q30 k var12.1+15.0S30 kVAI30 A1金属切削 机床 通风机 电阻炉 总计2050.140.40.51.732 32 1 235 03 2 553 00.65 0.70.25 00.8 10.75 01.95+0.75 1.4 191.46+0.56 0 28.6 34.3 52.12015/3/3034
第三节 单相用电设备组计算负荷的确定一、概述 电焊机、电炉、电灯等各种单相设备单相设备接在三相线路中 应尽可能均衡分配 使三相尽可能平衡 单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相尽可能平衡 确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线二、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Pe = 3Pe.mϕ等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算2015/3/30(2 24) (2-24)Pe等效三相设备容量，最大负荷相所接单相设备容量Pe.mφ35
2、单相设备接于线电压时的三相负荷计算 等效三相设备容量为Pe = 3Pe.ϕPe ⋅ϕ 单相设备的容量I = Pe.ϕ /(U cos ϕ ) 在线电压上产生的电流Pe 等效三相设备容量(2 25) (2-25)I ' = Pe /( ( 3U cos ϕ ) 产生的电流应与 I 相等2015/3/30 36
3、单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算 单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算 总的等效三相有功计算负荷P30 = 3P30.mϕP30 ⋅mϕ 最大有功负荷相的有功计算负荷(2-26)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 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与计算负荷。总的等效三相无功计算负荷Q 30 = 3 Q 30. mϕQ30.mφ最大负荷相的无功计算负荷2015/3/30(2-27)37
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， 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 可按下列换算公式进行换算： A相PA = pAB− A PAB + pCA− A P CAQA = qAB− A PAB + qCA− A PCA(2-28) (2-29) (2-30) (2-31) (2-32) ( (2-33) )38B相PB = pBC − B PBC + pAB− B PABQB = qBC − B PBC + q AB − B PABPC = pCA−C PCA + pBC −C PBCQC = qCA−C PCA + qBC −C PBCC相2015/3/30
式中PAB、PBC、PCA 分别为接于AB、BC、CA相间的有功设备 容量； PA、PB、PC分别为换算为A、B、C相的有功设备容量； QA、QB、QC分别为换算为A、B、C相的无功设备容量； 相的无功设备容量 pAB-A、 qAB-A…….分别是接于AB、……等相间的设备容量换算为 A、……等相设备容量的有功和无功功率换算系数。 表2 2-3 3 相间负荷换算为相负荷的功率换算系数负荷功率因数 功率换算系数 0 35 0.35 1.27 -0.27 1.05 1.63 04 0.4 1.17 -0.17 0.86 1.44 05 0.5 1.0 0 0.58 1.16 06 0.6 0.89 0.11 0.38 0.96 0 65 0.65 0.84 0.16 0.3 0.88 07 0.7 0.8 0.2 0.22 0.8 08 0.8 0.72 0.28 0.09 0.67 09 0.9 0.64 0.36 -0.05 0.53 10 1.0 0.5 0.5 -0.29 0.2939p AB − A, pBC − B , pCA−Cp AB − B , pBC −C , pCA− AqAB− A,qBC−B, qCA−CqAB − B , qBC −C , qCA− A2015/3/30
例2-5 如图2-7所示220 /380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A 相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100％）接于 AB相间，1台20kW（ε=100％）接于BC间，1台30kW（ ε=60％）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。图2-7 例2-5的电路 解： (1) 电热干燥箱的各相计算负荷 查附录表1得 A相 B相 C相 2015/3/30K d = 0.7, cos ϕ = 1, tan ϕ = 0,因此只需计算其有功计算负荷：P30. A (1) = K d Pe . A = 0.7 × 2 × 10 kW = 14 kWP30. 30 B (1) = K d Pe . B = 0.7 × 1 × 30 kW = 21kWP30.C (1) = K d Pe .C = 0.7 × 1 × 20 kW = 14 kW40
(2) 对焊机的各相计算负荷 先将接于CA相间的30kW（ε=60% 60%）换算至ε=100% 100% 的容量，即 的容量 即 查附录表1得 K d = 0.35, cos ϕ = 0.7, tan ϕ = 1.02;PCA = 0.6 × 30 kW = 23 kW再由表2-3查得 cos ϕ = 0.7 时的功率换算系数p AB − A = pBC − B = pCA−C = 0.8, p AB − B = pBC −C = pCA− A = 0.2,q AB − A = qBC − B = qCA−C = 0.22, q AB − B = qBC −C = qCA− A = 0.8因此各相的有功和无功设备容量为 A相PA = 0.8 × 2 × 14kW + 0.2 × 23kW = 27 kWQA = 0.22 × 2 × 14k var + 0.8 × 23k var = 24.6k varPB = 0.8 × 20kW + 0.2 × 2 × 14kW = 21.6kWB相Q B = 0.22 × 20 k var + 0.8 × 2 × 14 k var = 26.8 k varC相PC = 0.8 × 23 kW + 0.2 × 20 kW = 22.4 kWQC = 0.22 0 22 × 23k var + 0 0.8 8 × 20 k var = 21 21.1 1k varP3 0 . A ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 7 k W = 9 .4 5 k W Q30. A ( 2 ) = 0.35 × 24.6 k var = 8.61k varP3 0 . B ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 1 .6 kW = 7 .5 6 kWQ 30. B ( 2 ) = 0.35 × 26.8 k var = 9.38 k var各相的有功和无功计算负荷为 A相B相 C相 2015/3/30P3 0 .C ( 2 ) = 0 .3 5 × 2 2 .4 kW = 7 .8 4 kW Q30.C ( 2 ) = 0.35 × 21.1k var = 7.39 k var41
(3) 各相总的有功和无功计算负荷A相P30. A = P30. A(1) + P30. A(2) = 14kW + 9.45kW = 23.5kWQ30. 30 A = Q30. 30 A (1) + Q30. 30 A ( 2 ) = 0 + 8.61k var = 8.61k varB相P30. B = P30. B (1) + P30. B (2) = 21kW + 7.56kW = 28.6kWQ30. B = Q30. B (1) + Q30. B (2) = 0 + 9.38 9 38k var = 9.38 9 38k varP 30.C = P 30.C (1) + P 30.C (2) = 14kW + 7.84kW = 21.8kWC相Q30.C = Q30.C (1) + Q30.C (2) = 0 + 7.39k var = 7.39k var(4) 总的等效三相计算负荷 因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得P 30 = 3P 30.B = 3 × 28.6kW = 85.8kWQ30 = 3Q30.B = 3× 9.38k var = 28.1k varS30 = 85.82 + 28.12 kVA = 90.3kVA 90 3 kVA 90.3 I 30 = = 137 A 3 × 0.38 kV2015/3/30 42
第四节 工厂的计算负荷及年耗电量的计算一、 工厂计算负荷的确定 厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变 压 的基本依据 也是计算 压器的基本依据，也是计算工厂功率因数和无功补偿容量的基 功率 数和无功补偿容量的基 本依据。(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 需要系数Kd，即得全厂的有功计算负荷，即P30 = K d Pe附录表2列出部分工厂的需要系数值2015/3/30(2-34)43
(二) 按年产量估算工厂计算负荷将工厂年产量A乘上单位产品耗电量 a ，就可得到工厂全年耗电量 就可得到工厂全年耗电量Wa = Aa(2-35) ( )单位产品耗电量可由有关设计手册或根据实测资料确定 工厂的有功计算负荷Wa P30 = TmaxTmax工厂的年最大负荷利用小时(2-36)其他计算负荷Q30 、S30 和I30 的计算，与上述需要系数法相同2015/3/30 44
(三) 按逐级计算法确定工厂计算负荷工厂的计算负荷（有功负荷）P30(1 ) 高压母线上所有高压配电线路计算 负荷之和 再乘上 个 时系数 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)，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∆PWL。 如此逐级计算2015/3/30图2-8 工厂供电系统中各部分的计算负荷和功率损耗（只示出有功部分）45
一般供电系统，由于高低压配电线路一般不很长，在确定 般供电系统 由于高低压配电线路 般不很长 在确定 计算负荷时其线路损耗往往略去不计。 新型低损耗电力变压器如S9、SC9等的功率损耗可按下列 简化公式近似计算： 简化公式近似计算 有功损耗 无功损耗ΔPT ≈ 0.01 0 01S30ΔQT ≈ 0.05S30(2-37) (2 37) (2-38)以上二式中 S30 为变压器二次侧的视在计算负荷。(四) 工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的计算负荷1、工厂的功率因数2015/3/30 46
(1) 瞬时功率因数 相位表（功率因数表）直接测出 功率表、电压表和电流表的读数通过下式求得（间接测量） 功率表 电压表和电流表的读数 下式求得 间接测量cos ϕ =P 3UI(2-39) ( )式中：P 为功率表测出的三相有功功率读数（kW）； U 为电压表测出的线电压读数（kV）；I 为电流表测出的电流读数（A）。2015/3/3047
( ) 平均功率因数 (2) 加权平均功率因数，按下式计算： Wp 1 cos ϕ = = (2-40) 2 W p2 + W q2 ⎛ Wq ⎞ 1+ ⎜ ⎜W ⎟ ⎟ ⎝ p⎠ 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 功电能，由无功电能表读取。 (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：P30 cos ϕ = S 302015/3/30(2 41) (2-41)48
2、无功功率补偿 无功功率补偿 感应电动机 、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷， 感性的电力变压器，从而使工厂的功率因数降低。需要考虑增 设无功功率补偿装 设无功功率补偿装置。' cos ϕ cos ϕ 功率因数由 提高到负荷电流I30 也将有所减小 节约电能，提高电压质量，可选择较小容 量的供电设备和导线电缆。图2-9 功率因数提高与无功功率、视在功率变化的关系2015/3/30 49
' cos ϕ cos ϕ 功率因数由 提高到装设无功补偿装置（并联电容器） 容量为' QC = Q30 − Q30 = P30 (tan ϕ − tan ϕ ' )(2-42) (2 42) (2-43) ( )QC = Δq C P30ΔqC = tan ϕ − tan ϕ ' 称为无功补偿率。附录表 表3列出了并联电容器的无功补偿率 联电容 的 功 率 根据所选并联电容器的单个容量qC 来确定电容器个数：QC n= qC电容器个数n，对于单相电容器，应取3的倍数。2015/3/30(2-44)部分常用的并联电容器的主要技术数据，如附录表4所列。50