電力負(fù)荷及其計算計算

電力負(fù)荷及其計算計算2023/4/131第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第2章工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷計算2.1電力負(fù)荷及負(fù)荷曲線2.2計算負(fù)荷及其確定方法2.3供電系統(tǒng)中的功率損耗和電能損耗2023/4/132第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.1電力負(fù)荷及負(fù)荷曲線2.1.1負(fù)荷曲線電力負(fù)荷：工廠企業(yè)中的電力負(fù)荷是指電氣設(shè)備或線路中通過的功率或電流負(fù)荷曲線（loadcurve）：是指用于表達(dá)電力負(fù)荷隨時間變化情況的函數(shù)曲線。在直角坐標(biāo)系中，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功功率或無功功率）值，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)的時間（一般以小時為單位）。

2023/4/133第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．負(fù)荷曲線的分類按負(fù)荷的功率性質(zhì)分：可分為有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線；按所表示的負(fù)荷變動的時間分：可分為日負(fù)荷、月負(fù)荷和年負(fù)荷曲線。2023/4/134第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/135第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/136第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2．年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時數(shù)（1）年最大負(fù)荷Pmax

年最大負(fù)荷Pmax就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時的平均功率，因此年最大負(fù)荷也稱為半小時最大負(fù)荷P30。（2）年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax

年最大負(fù)荷利用小時數(shù)又稱為年最大負(fù)荷使用時間Tmax，它是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax(或P30)持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實際消耗的電能。

2023/4/137第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

下圖為某廠年有功負(fù)荷曲線，此曲線上最大負(fù)荷Pmax就是年最大負(fù)荷，Tmax為年最大負(fù)荷利用小時數(shù)。2023/4/138第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3.平均負(fù)荷Pav

平均負(fù)荷Pav，就是電力負(fù)荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時間內(nèi)消耗的電能W除以時間t的值，即Pav=W/t

年平均負(fù)荷為Pav=Wa/8760

2023/4/139第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2計算負(fù)荷（calculatedload）

通常將以半小時平均負(fù)荷為依據(jù)所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計算負(fù)荷，并把它作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。

2023/4/1310第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一規(guī)定取“半小時平均負(fù)荷”的原因： 一般中小截面導(dǎo)體的發(fā)熱時間常數(shù)τ為10min以上，根據(jù)經(jīng)驗表明，中小截面導(dǎo)線達(dá)到穩(wěn)定溫升所需時間約為3τ=3×10＝30（min），如果導(dǎo)線負(fù)載為短暫尖峰負(fù)荷，顯然不可能使導(dǎo)線溫升達(dá)到最高值，只有持續(xù)時間在30min以上的負(fù)荷時，才有可能構(gòu)成導(dǎo)線的最高溫升。2023/4/1311第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3計算負(fù)荷的意義和計算目的

負(fù)荷計算主要是確定計算負(fù)荷，如前所述，若根據(jù)計算負(fù)荷選擇導(dǎo)體及電器，則在實際運行中導(dǎo)體及電器的最高溫升不會超過允許值。計算負(fù)荷是設(shè)計時作為選擇工廠供配電系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的依據(jù)。正確確定計算負(fù)荷意義重大，是供電設(shè)計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的必要手段。返回目錄2023/4/1312第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.2計算負(fù)荷及其確定方法2.2.1用電設(shè)備的工作方式用電設(shè)備按其工作方式可分為三種：

（1）連續(xù)運行工作制（長期工作制）（2）短時運行工作制（短暫工作制）（3）斷續(xù)周期工作制（重復(fù)短暫工作制）2023/4/1313第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)運行工作制（長期工作制）

在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運行，設(shè)備任何部分溫升均不超過最高允許值，負(fù)荷比較穩(wěn)定。如通風(fēng)機(jī)水泵、空氣壓縮機(jī)、皮帶輸送機(jī)、破碎機(jī)、球磨機(jī)、攪拌機(jī)、電機(jī)車等機(jī)械的拖動電動機(jī)，以及電爐、電解設(shè)備、照明燈具等，均屬連續(xù)運行工作制的用電設(shè)備。2023/4/1314第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一短時運行工作制（短暫工作制）

用電設(shè)備的運行時間短而停歇時間長，在工作時間內(nèi)，用電設(shè)備的溫升尚未達(dá)到該負(fù)荷下的穩(wěn)定值即停歇冷卻，在停歇時間內(nèi)其溫度又降低為周圍介質(zhì)的溫度，這是短暫工作的特點。如機(jī)床上的某些輔助電動機(jī)（如橫梁升降、刀架快速移動裝置的拖動電動機(jī)）及水閘用電動機(jī)等設(shè)備。這類設(shè)備的數(shù)量不多。2023/4/1315第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一斷續(xù)周期工作制（重復(fù)短暫工作制）

用電設(shè)備以斷續(xù)方式反復(fù)進(jìn)行工作，其工作時間（t）與停歇時間（t0）相互交替。工作時間內(nèi)設(shè)備溫度升高，停歇時間溫度又下降，若干周期后，達(dá)到一個穩(wěn)定的波動狀態(tài)。如電焊機(jī)和吊車電動機(jī)等。斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，通常用暫載率ε表征其工作特征，取一個工作周期內(nèi)的工作時間與工作周期的百分比值，即為ε，即：式中：t，t0——工作時間與停歇時間，兩者之和為工作周期T。2023/4/1316第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.2.2用電設(shè)備額定容量的計算 在每臺用電設(shè)備的銘牌上都有“額定功率”PN，但由于各用電設(shè)備的額定工作方式不同，不能簡單地將銘牌上規(guī)定的額定功率直接相加，必須先將其換算為同一工作制下的額定功率，然后才能相加。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(shè)備額定容量”，用Pe表示。2023/4/1317第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（1）長期工作制和短時工作制的設(shè)備容量

Pe=PN（2）重復(fù)短暫工作制的設(shè)備容量①吊車機(jī)組用電動機(jī)（包括電葫蘆、起重機(jī)、行車等

）的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率（kW），若其εN不等于25%時應(yīng)進(jìn)行換算，公式為:2023/4/1318第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一②電焊機(jī)及電焊變壓器的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到ε＝100%時的額定功率（kW）。若其銘牌暫載率εN不等于100%時，應(yīng)進(jìn)行換算，公式為:（3）電爐變壓器的設(shè)備容量

電爐變壓器的設(shè)備容量是指在額定功率因數(shù)下的額定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ

2023/4/1319第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（4）照明設(shè)備的設(shè)備容量①白熾燈、碘鎢燈設(shè)備容量就等于燈泡上標(biāo)注的額定功率（kW）；②熒光燈還要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈管功率的20%），其設(shè)備容量應(yīng)為燈管額定功率的1.2倍（kW）；③高壓水銀熒光燈亦要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍（kW）；④金屬鹵化物燈：采用鎮(zhèn)流器時亦要考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），故其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍（kW）。2023/4/1320第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（5）不對稱單相負(fù)荷的設(shè)備容量

當(dāng)有多臺單相用電設(shè)備時，應(yīng)將它們均勻地分接到三相上，力求減少三相負(fù)載不對稱情況。設(shè)計規(guī)程規(guī)定，在計算范圍內(nèi)，單相用電設(shè)備的總?cè)萘咳绮怀^三相用電設(shè)備總?cè)萘康?5%時，可按三相對稱分配考慮，如單相用電設(shè)備不對稱容量大于三相用電設(shè)備總?cè)萘康?5%時，則設(shè)備容量Pe應(yīng)按三倍最大相負(fù)荷的原則進(jìn)行換算。2023/4/1321第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一設(shè)備接于相電壓或線電壓時，設(shè)備容量Pe的計算如下：單相設(shè)備接于相電壓時

Pe＝3Pe·m式中：Pe——等效三相設(shè)備容量；

Pe·m——最大負(fù)荷所接的單相設(shè)備容量。單相設(shè)備接于線電壓時

式中Pe·l——接于同一線電壓的單相設(shè)備容量。返回目錄2023/4/1322第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.2.3負(fù)荷計算的方法負(fù)荷計算的方法有： 需用系數(shù)法、二項式法、利用系數(shù)法、形狀系數(shù)法、附加系數(shù)法

需用系數(shù)法比較簡便因而廣泛使用。這里重點介紹需要系數(shù)法。2023/4/1323第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一需用系數(shù) 需用系數(shù)考慮了以下的主要因素：式中：K——同時使用系數(shù)，為在最大負(fù)荷工作班某組工作著的用電設(shè)備容量與接于線路中全部用電設(shè)備總額定容量之比；KL——負(fù)荷系數(shù)，用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運行，此系數(shù)表示工作著的用電設(shè)備實際所需功率與其額定容量之比；ηwl——線路供電效率；η——用電設(shè)備組在實際運行功率時的平均效率。2023/4/1324第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

實際上，上述系數(shù)對于成組用電設(shè)備是很難確定的，而且對一個生產(chǎn)企業(yè)或車間來說，生產(chǎn)性質(zhì)，工藝特點，加工條件，技術(shù)管理，和勞動組織以及工人操作水平等因素，都對Kd有影響。所以Kd只能靠測量統(tǒng)計確定,見表2~4。上述各種因素可供設(shè)計人員在變動的系數(shù)范圍內(nèi)選用時參考。2023/4/1325第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一需用系數(shù)法

由負(fù)荷端逐級向電源端進(jìn)行計算2023/4/1326第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1．單臺用電設(shè)備的計算負(fù)荷（1）有功計算負(fù)荷：

考慮到單臺用電設(shè)備總會有滿載運行的時候，其計算負(fù)荷P30·1為

Pe—換算到統(tǒng)一暫載率下的電動機(jī)的額定容量；

η—用電設(shè)備在額定負(fù)載下的的效率。

（2）無功計算負(fù)荷：Q30·1=P30·1tan

—用電設(shè)備功率因數(shù)角。

計算目的：用于選擇分支線導(dǎo)線及其上的開關(guān)設(shè)備。2023/4/1327第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.用電設(shè)備組的計算負(fù)荷（1）有功計算負(fù)荷：P30·2=Kd∑Pe

Kd—用電設(shè)備組的需要系數(shù)，見表2；∑Pe—用電設(shè)備組的設(shè)備額定容量之和，但不包括備用設(shè)備容量。（2）無功計算負(fù)荷：Q30·2=P30·2tanwm

tanwm值見表2。（3）視在計算負(fù)荷：計算目的：用于選擇各組配電干線及其上的開關(guān)設(shè)備。

2023/4/1328第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)Kd值有一定變動范圍時，取值要作具體分析。如臺數(shù)多時，一般取用較小值，臺數(shù)少時取用較大值；設(shè)備使用率高時，取用較大值，使用率低時取用較小值。當(dāng)一條線路內(nèi)的用電設(shè)備的臺數(shù)較?。╪<3臺）時，一般是將用電設(shè)備額定容量的總和作為計算負(fù)荷，或者采用較大的Kd值(0.85~1)。2023/4/1329第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3．確定車間配電干線或車間變電所低壓母線上的計算負(fù)荷（1）總有功計算負(fù)荷：P30·3＝Ｋ∑ΣP30·2（2）總無功計算負(fù)荷：Q30·3＝Ｋ∑ΣQ30·2（3）總視在計算負(fù)荷：P30·3、Q30·3、S30·3－車間變電所低壓母線上的有功、無功及視在計算負(fù)荷；ΣP30·2、ΣQ30·2－各用電設(shè)備組的有功、無功計算負(fù)荷的總和Ｋ∑－最大負(fù)荷時的同時系數(shù)?？紤]各用電設(shè)備組的最大計算負(fù)荷不會同時出現(xiàn)而引入的系數(shù)。注意：當(dāng)變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器組，其容量為Qc3則當(dāng)計算Q30·3時，要減去無功補償容量，即Q30·3＝Ｋ·ΣQ30·2－Qc3

計算目的：用于選擇車間配電干線及其上的開關(guān)設(shè)備，或者用于低壓母線的選擇及車間變電所電力變壓器容量的選擇。2023/4/1330第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4.確定車間變電所中變壓器高壓側(cè)的計算負(fù)荷P30.4＝P30.3+ΔPTQ30.4＝Q30.3+ΔQT

P30.4、Q30.4、S30.4－車間變電所中變壓器高壓側(cè)的有功、無功及視在計算負(fù)荷（kW、kvar及kVA）；

ΔPT、ΔQT－變壓器的有功損耗與無功損耗（kW、kvar）。

計算目的：用于選擇車間變電所高壓配電線及其上的開關(guān)設(shè)備2023/4/1331第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一在計算負(fù)荷時，車間變壓器尚未選出，無法根據(jù)變壓器的有功損耗與無功損耗的理論公式進(jìn)行計算，因此一般按下列經(jīng)驗公式估算：對SJL1等型電力變壓器：ΔPT≈0.02S30·3

（kW）ΔQT≈0.08S30·3

（kvar）對SL7、S7、S9、S10等低損耗型電力變壓器：ΔPT≈0.015S30·3

（kW）ΔQT≈0.06S30·3

（kvar）式中：S30·3－變壓器低壓母線上的計算負(fù)荷（kVA）。2023/4/1332第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一5.確定全車間變電所中高壓母線上的計算負(fù)荷P30·5＝ΣP30·4+P4mQ30·5＝ΣQ30·4+Q4m

P4m、Q4m—車間高壓用電設(shè)備的有功及無功計算負(fù)荷。

計算目的：用于車間變電所高壓母線的選擇。2023/4/1333第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一6.確定總降壓變電所出線上的計算負(fù)荷P30·6=P30·5+ΔPL≈P30·5

Q30·6=Q30·5+ΔQL

≈Q30·5

S30·6≈S30·5ΔPL、ΔQL—高壓線路功率損耗，由于一般工廠范圍不大，線路功率損耗小，故可忽略不計。

計算目的：用于選擇總降壓變電所出線及其上的開關(guān)設(shè)備。2023/4/1334第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一7.確定總降壓變電所低壓側(cè)母線的計算負(fù)荷P30·7＝ＫΣΣP30·６Q30·7＝ＫΣΣQ30·６

注意：如果在總降壓變電所６~10kV二次母線側(cè)采用高壓電容器進(jìn)行無功功率補償，則在計算總無功功率Q30·7時，應(yīng)減去補償設(shè)備的容量時Qc7

，即Q30·7＝ＫΣΣQ30·６-Qc7

計算目的：用于選擇總降壓變電所低壓母線以及選擇總降壓變電所主變壓器容量。2023/4/1335第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一8．確定全廠總計算負(fù)荷P30·8＝P30·7+ΔPTQ30·8＝Q30·7+ΔQT

計算目的：全廠總計算負(fù)荷的數(shù)值可作為向供電部門申請全廠用電的依據(jù)，并作為原始資料進(jìn)行高壓供電線路的電氣計算，選擇高壓進(jìn)線導(dǎo)線及進(jìn)線開關(guān)設(shè)備。2023/4/1336第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一例1一機(jī)修車間的380V線路上，接有如下三組設(shè)備，試用需用系數(shù)法求各用電設(shè)備組和車間低壓干線的計算負(fù)荷。1組：小批生產(chǎn)金屬冷加工機(jī)床用電機(jī)，7.5kW1臺，5kW2臺，3.5kW7臺2組：水泵和通風(fēng)機(jī)，7.5kW2臺，5kW7臺3組：非連鎖運輸機(jī)，5kW2臺，3.5kW4臺解：查表可得各設(shè)備組的數(shù)據(jù)為：1組：Kd.1=0.2，cos1=0.6，tan1=1.33，2組：Kd.2=0.75，cos2=0.8，tan2=0.753組：Kd.3=0.6，cos3=0.75，tan3=0.882023/4/1337第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一各設(shè)備組的計算負(fù)荷如下：1組:P30.1=Kd.1∑Pe=0.2×(1×7.5+2×5+7×3.5=0.2×42=8.4kWQ30.1=P30.1tan1=8.4×1.33=11.2(kvar)

或：S30.1=P30.1/cos1=8.4/0.6=14(kVA)2023/4/1338第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一同理可計算出2組和3組的計算負(fù)荷：P30.2=37.5kWQ30.2=28.2kvarS30.2=47kVA

I30.2=71.4AP30.3=14.4kWQ30.3=12.7kvarS30.3=19.2kVA

I30.3=29.2A2023/4/1339第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一車間低壓干線的計算負(fù)荷為：2023/4/1340第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

為了使人一目了然，便于審核，實際工程設(shè)計中常采用計算表格形式，如下表所示。28.9924.1716.01——?。恕?0.9—26.8617.79————24負(fù)荷總計7.586.563.791.730.513.79（ε=25%）1電葫蘆35340.750.80.853通風(fēng)機(jī)組22017.3101.730.50.25020機(jī)床組1Sca(kVA)Qca(kVar)Pca(kW)計算負(fù)荷tancosKd設(shè)備容量（kW）臺數(shù)用電設(shè)備組名稱序號返回目錄2023/4/1341第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二項式法：用二項式法來進(jìn)行負(fù)荷計算，一般來說，適用于機(jī)械加工車間、機(jī)修裝配車間以及熱處理車間等。這類車間的電動機(jī)數(shù)量多且電動機(jī)的容量大小相差很大，考慮了大電機(jī)對計算負(fù)荷值的可能影響是有其合理性的，彌補了需用系數(shù)法在這方面的不足。2023/4/1342第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.3供電系統(tǒng)中的功率損耗與電能損耗2.3.1供電線路的功率損耗

在實際工作中，常根據(jù)計算負(fù)荷來求線路的功率損耗，即最大功率損耗，故三相線路的有功功率損耗△PWL和無功功率損耗△QWL可分別按下式計算：

式中：I30——線路中的計算電流，A；RWL——線路每相電阻Ω,等于單位長度的電阻R0乘以長度L；XWL——線路每相電抗Ω，等于單位長度的電抗X0乘以長度L。

2023/4/1343第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一上式如用線路的計算功率P30、Q30及S30表示時，則式中：UN——三相供電線路的額定電壓，kV。2023/4/1344第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.3.2變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗包括有功功率損耗△PT和無功功率損耗△QT。變壓器的有功功率損耗由兩部分組成： 一部分是變壓器在額定電壓UN時不變的空載損耗△P0，也就是鐵損△PFe；另一部分是隨負(fù)荷而變化的繞組損耗，即有載損耗△Pl，也就是銅損△PCu。變壓器的短路損耗△Pk可認(rèn)為是額定電流下的銅損△PCu·N。2023/4/1345第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

由于有載損耗與變壓器負(fù)荷電流的平方成正比，所以變壓器在計算負(fù)荷S30下的有功功率損耗△PT為：

式中：S30——變壓器低壓側(cè)的計算負(fù)荷，kVA；SNT——變壓器額定容量，kVA；△P0——變壓器空載有功損耗，kW；△Pk——變壓器有功短路損耗，kW。

2023/4/1346第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：

一部分是變壓器空載時不變的無功損耗△Q0，另一部分是隨著變壓器負(fù)荷而變化在繞組中產(chǎn)生的