第二章 負(fù)荷計(jì)算

第二章負(fù)荷計(jì)算

內(nèi)容:負(fù)荷曲線，負(fù)荷的設(shè)備容量，負(fù)荷的計(jì)算方法，功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償。

難點(diǎn):掌握負(fù)荷設(shè)備容量的計(jì)算，需要系數(shù)法負(fù)荷的計(jì)算方法，掌握功率因數(shù)的計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償計(jì)算。第二章負(fù)荷計(jì)算第一節(jié)負(fù)荷曲線第二節(jié)用電設(shè)備的設(shè)備容量第三節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法第四節(jié)功率損耗和電能損耗第五節(jié)全廠負(fù)荷計(jì)算第六節(jié)尖峰電流的計(jì)算第七節(jié)功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)谝还?jié)負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線是電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的一種圖形。分類：按負(fù)荷的功率性質(zhì)分有功負(fù)荷曲線和無(wú)功負(fù)荷曲線；按時(shí)間單位分日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線；按負(fù)荷對(duì)象分用戶、車間或某類設(shè)備負(fù)荷曲線。一、日負(fù)荷曲線：負(fù)荷在一晝夜間（0~24h）變化情況。

制作方法：（1）以某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，在24h中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制而成折線形狀，稱折線形負(fù)荷曲線。（2）通過(guò)接在供電線路上的電度表，每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來(lái)，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成階梯狀的是階梯形負(fù)荷曲線。二、年持續(xù)負(fù)荷曲線

年負(fù)荷曲線又分為年運(yùn)行負(fù)荷曲線和年持續(xù)負(fù)荷曲線。年運(yùn)行負(fù)荷曲線可根據(jù)全年日負(fù)荷曲線間接制成。年持續(xù)負(fù)荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線。

繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負(fù)荷曲線，圖中P1在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間計(jì)算為T1=200t1+165t2。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核定。

一般在北方，近似認(rèn)為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認(rèn)為冬季165天，夏季200天。

圖2-2

年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線的繪制（a）夏季日負(fù)荷曲線（b）冬季日負(fù)荷曲線

（c）年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線三、負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量

1.年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

（1）年最大負(fù)荷Pmax

年最大負(fù)荷是指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)30分鐘平均功率的最大值。（2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax

年最大負(fù)荷利用小時(shí)是指負(fù)荷以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，消耗的電能恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能。如圖2-3所示，陰影為全年實(shí)際消耗電能，如果以Wa表示全年實(shí)際消耗的電能,則有：圖2-3

年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

圖2-4

年平均負(fù)荷

2.平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)（1）平均負(fù)荷Pav平均負(fù)荷就是指電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗的功率的平均值。

年平均負(fù)荷Pav,如圖2-4所示，陰影部分表示全年實(shí)際消耗的電能Wa，則：

（2）負(fù)荷系數(shù)KL

負(fù)荷系數(shù)是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，分有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無(wú)功負(fù)荷系數(shù)KrL，即有時(shí)也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無(wú)功負(fù)荷系數(shù)。一般工廠α=0.7-0.75，β=0.76-0.82。注意：對(duì)單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組，負(fù)荷系數(shù)是指設(shè)備的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN之比，即：

第二節(jié)用電設(shè)備的設(shè)備容量

一、設(shè)備容量的定義

設(shè)備的銘牌額定功率PN經(jīng)過(guò)換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設(shè)備容量，用Pe來(lái)表示。二、設(shè)備容量的確定

1.長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備

長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量就是該設(shè)備的銘牌額定功率，即

Pe=PN

長(zhǎng)期連續(xù)工作制這類設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，每次連續(xù)時(shí)間超過(guò)8小時(shí)，而且運(yùn)行時(shí)負(fù)荷比較穩(wěn)定，如通風(fēng)機(jī)、水泵、2.反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備

這類設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，而工作周期一般不超過(guò)10min，如電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)等。該類設(shè)備的工作性質(zhì)通常用負(fù)荷持續(xù)率來(lái)表征。

空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)、電爐、照明燈等。機(jī)床電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷雖然變動(dòng)較大，但也屬于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的。對(duì)該類設(shè)備容量的計(jì)算，可直接查取銘牌上的額定功率，就是設(shè)備的計(jì)算容量而不用轉(zhuǎn)換。短時(shí)工作制這類設(shè)備工作時(shí)間短，而停歇時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，如機(jī)床上的輔助電動(dòng)機(jī)等。這類設(shè)備在工廠負(fù)荷中所占的比例很小，計(jì)算設(shè)備容量時(shí)，可直接查取銘牌上的額定功率。

式中，PN為電焊機(jī)額定有功功率；SN為額定視在功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率；cosφN為額定功率因數(shù)。1）電焊機(jī)和電焊裝置組要求統(tǒng)一換算到ε=100%時(shí)的功率，即：2）起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)）

要求統(tǒng)一換算到ε

=25%時(shí)的功率，即：

反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率下的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。3）照明設(shè)備

①不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備的設(shè)備容量指燈頭的額定功率，即：

Pe=PN

②用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如熒光燈、高壓水銀燈）的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。

Pe=KblPN

③照明設(shè)備的設(shè)備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：式中：ρ是建筑物單位面積的照明容量，S為建筑物的面積。概述供電系統(tǒng)要能夠在正常條件下可靠地運(yùn)行則其中各個(gè)元件（電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等）都必須選擇恰當(dāng)，除滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因此有必要對(duì)供電系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。計(jì)算負(fù)荷定義：計(jì)算負(fù)荷是指導(dǎo)體中通過(guò)一個(gè)等效負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)體的最高溫升正好和通過(guò)實(shí)際的變動(dòng)負(fù)荷時(shí)其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負(fù)荷稱之為“計(jì)算負(fù)荷”。第三節(jié)

負(fù)荷計(jì)算的方法

根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，其發(fā)熱溫度都不會(huì)超過(guò)允許溫度值。由于導(dǎo)體通過(guò)電流后達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約有3～4τ(τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù))，對(duì)中小截面（35mm2以下）導(dǎo)體，其發(fā)熱時(shí)間常數(shù)約為10min，也就是載流導(dǎo)體大約經(jīng)過(guò)半小時(shí)(即30min)后可以達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與從負(fù)荷曲線上測(cè)得的半小時(shí)最大負(fù)荷P30是基本相等的。所以計(jì)算負(fù)荷也可認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷P30。通常用P30

、Q30

、S30

、I30分別表示負(fù)荷的有功計(jì)算負(fù)荷、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流。目前負(fù)荷計(jì)算的常用方法：估算法、需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法、利用系數(shù)法和單相負(fù)荷計(jì)算法等。一、估算法1、單位產(chǎn)品耗電量法

已知某企業(yè)的年產(chǎn)量為m，單位產(chǎn)品的耗電量為ω，則企業(yè)全年電能為Wa=ω·m，則有功計(jì)算負(fù)荷為：式中，Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。2、負(fù)荷密度法若已知車間生產(chǎn)面積S和負(fù)荷密度指標(biāo)ρ時(shí)，車間平均負(fù)荷為:

Pav=ρ*S，

車間計(jì)算負(fù)荷為:

二、用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定——需要系數(shù)法用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷P30。計(jì)算范圍內(nèi)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷并不等于其設(shè)備容量，兩者之間存在一個(gè)比值關(guān)系，因此引進(jìn)需要系數(shù)的概念。

考慮到實(shí)際情況下，用電設(shè)備在傳送功率的過(guò)程中，設(shè)備本身有功率損耗，故引入一個(gè)額定效率ηN，配電線路也有功率損耗，引入一個(gè)線路平均效率ηWL

；用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定都同時(shí)運(yùn)行，故引入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑；運(yùn)行的設(shè)備也不可能都處于滿載運(yùn)行，故引入一個(gè)負(fù)荷系數(shù)KL

。因此用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷則可表示為：上式也可以寫成：其中：Kd為一個(gè)小于1的數(shù)，將其稱為需要系數(shù)。1、單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

式中，Kd為需要系數(shù)；Pe為設(shè)備容量；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。

解：查表A-1-1中的“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床”項(xiàng)，可得Kd=0.16-0.2(取0.2計(jì)算)，cosФ=0.15,tgФ=1.73。根據(jù)公式得：PC=KdPe=0.2×120=24(KW)QC=PCtgФ=24×1.73=41.52(kvar)Sc=Pc/cosφ=24/0.5=48(kVA)例2-1

已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，有電壓為380V的電動(dòng)機(jī)30臺(tái)，其總的設(shè)備容量為120kw。試求其計(jì)算負(fù)荷。2、多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

式中，n為用電設(shè)備組的組數(shù)，Pci，Qci為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷;∑Pc·i和∑Qc·i

分別表示所有各組設(shè)備的有功和無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和。確定有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此在確定低壓母線或低壓干線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該結(jié)合具體情況對(duì)其有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷分別計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑p和K∑q

。①車間干線取K∑p=0.85～0.95，K∑q=0.9～0.97。②低壓母線當(dāng)由用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷組直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)，可取K∑p=0.85～0.9，K∑q=0.85～0.95；當(dāng)由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)，可取K∑p=0.9～0.95，K∑q=0.93～0.97。注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流不能用各組的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來(lái)計(jì)算。解

:(1)冷加工機(jī)床：查附錄表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2)通風(fēng)機(jī)：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar例2-2

一機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kW，其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kW2臺(tái)，4kW2臺(tái)，2.2kW8臺(tái)；另接通風(fēng)機(jī)1.2kW2臺(tái)；電阻爐1臺(tái)2kW。試求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。(3)電阻爐：因只1臺(tái)，故其計(jì)算負(fù)荷等于設(shè)備容量

Pc3=Pe3=2kW

Qc3=0(4)車間計(jì)算負(fù)荷：2.3.3單相負(fù)荷計(jì)算

單相設(shè)備應(yīng)盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負(fù)荷保持平衡。如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^(guò)三相總?cè)萘康?5%時(shí)，單相用電設(shè)備可按三相負(fù)荷平衡計(jì)算;

如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘砍^(guò)三相總?cè)萘康?5%時(shí)，應(yīng)把單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再與三相設(shè)備容量相加。

由于確定計(jì)算負(fù)荷的目的，主要是為了選擇線路上的設(shè)備和導(dǎo)線電纜，使線路上的設(shè)備和導(dǎo)線電纜在計(jì)算

電流通過(guò)時(shí)不至于過(guò)熱或損壞，因此在接有較多單相設(shè)備的三相線路中，不論單相設(shè)備接于相電壓還是線電壓，只要三相負(fù)荷不平衡，就應(yīng)以最大負(fù)荷相有功負(fù)荷的3倍作為等效三相有功負(fù)荷，以滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。（1）單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算

Pe=3Peφm(2-20)

式中，Peφm為最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量。等效三相計(jì)算負(fù)荷則按前述需要系數(shù)法計(jì)算。1.單相設(shè)備組等效三相負(fù)荷的計(jì)算2.3.3單相負(fù)荷計(jì)算

（2）單相設(shè)備接于線電壓時(shí)

①接于同一線電壓時(shí)等效三相設(shè)備容量

②接于不同線電壓時(shí)等效三相設(shè)備容量先將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，再根據(jù)式（2-20）計(jì)算出等效三相設(shè)備容量。將線電壓的單相設(shè)備容量換算為相電壓的設(shè)備容量的換算公式:（3）有的單相設(shè)備接于線電壓、有的單相設(shè)備接于相電壓時(shí)

應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分別計(jì)算各相的設(shè)備容量。等效三相設(shè)備容量為最大負(fù)荷相設(shè)備容量的3倍，即（2-25）2.單相用電設(shè)備組的等效三相負(fù)荷的計(jì)算單相用電設(shè)備組的等效三相計(jì)算負(fù)荷可直接用需要系數(shù)法，按式（2-18）算出其等效三相計(jì)算負(fù)荷。（2-18）例2-3

某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺(tái)、單相電加熱器2臺(tái)和380V單相對(duì)焊機(jī)6臺(tái)。電熱干燥箱20kw2臺(tái)接于A相，30kw1臺(tái)接于B相，10kw3臺(tái)接于C相；電加熱器20kw2臺(tái)分別接于B相和C相；對(duì)焊機(jī)21kVA（ε=100%）3臺(tái)接于AB相，28kVA（ε=100%）2臺(tái)接于BC相，46kW（ε=60%）1臺(tái)接于CA相。試求該線路的計(jì)算負(fù)荷。

解:

1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計(jì)算負(fù)荷

查附錄表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷：

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kW

B相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kW

C相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW下一張

2.電焊機(jī)的各相計(jì)算負(fù)荷

①接于各線電壓對(duì)焊機(jī)的設(shè)備容量將CA相對(duì)焊機(jī)設(shè)備容量換算至ε=100%的設(shè)備容量則CA相對(duì)焊機(jī)ε=100%的視在功率為AB、BC相對(duì)焊機(jī)ε=100%的視在功率為

下一張②對(duì)焊機(jī)的相設(shè)備容量接于各線電壓對(duì)焊機(jī)的功率因數(shù)角分別為下一張A相設(shè)備容量為同理可算出B、C相設(shè)備容量為

③對(duì)焊機(jī)的各相計(jì)算負(fù)荷

查附錄表A-1-1,對(duì)焊機(jī)Kd=0.35，其計(jì)算負(fù)荷為

A相PC.A2=KdPeA=0.35*43.78=15.32kWQC.A2=KdQeA=0.35×35.76=12.52Kvar

B相PC.B2=KdPeB=0.35*41.16=14.41kWQC.B2=KdQeB=0.35×39.10=13.69Kvar

C相PC.C2=KdPeC=0.35*39.39=13.86kWQC.C2=KdQeC=0.35×35.16=12.31Kvar下一張3.各相總的計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)為0.95）

A相:PcA=K∑（PcA1+PcA2）=0.95×（28+15.32）=45.6kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）=0.95×（0+12.52）=11.89kvar

B相:PcB=K∑（PcB1+PcB2）=0.95×（35+14.41）=46.94kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）=0.95×（0+13.69）=13.01kvarC相:PcC=K∑（PcC1+PcC2）=0.95×（35+13.86）=46.42kWQcC=K∑（QcC1+QcC2）=0.95×（0+12.31）=11.69kvar4.總的等效三相計(jì)算負(fù)荷

因?yàn)锽相的有功計(jì)算負(fù)荷最大，即

Pcφm=PcB=46.94kWQcφm=QcB=13.01kvar總的等效三相計(jì)算負(fù)荷為：

Pc=3Pcφm=3×46.94=140.82kWQc=3Qcφm=3×13.01=39.03kvar第四節(jié)功率損耗和電能損耗

一、功率損耗

供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時(shí)功率損耗,主要包括線路功率損耗和變壓器功率損耗。1、線路的功率損耗：

由于供配電線路存在電阻和電抗，所以線路上會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗和無(wú)功功率損耗。(1)線路有功損耗

ΔPWL=3IC2RWL*10-3kW

式中，Ic為線路的計(jì)算電流（A）；RWL為線路每相的電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長(zhǎng)度的電阻（Ω/km），可查R0；L為線路的計(jì)算長(zhǎng)度（km）。

XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL=X0L，X0為線路單位長(zhǎng)度的電抗（Ω/km)，也可以查附表A-15。一般架空線路為0.4Ω/km左右，電纜線路為0.08Ω/km左右。

(2)線路無(wú)功功率損耗ΔQWL=3IC2XWL*10-3kVar

2.變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗可分為銅損和鐵損。鐵損是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的損耗。銅損是變壓器負(fù)荷電流在一次和二次繞組中產(chǎn)生的損耗。①有功功率損耗●鐵損△PFe

空載損耗△P0可認(rèn)為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。

●銅損△PCu

負(fù)載損耗△PK可認(rèn)為就是額定電流下的銅損△PCu。

變壓器的有功功率損耗為△PT≈△P0+△PKKL2

式中，SN為變壓器的額定容量；SC為變壓器的計(jì)算負(fù)荷；△P0

為變壓器額定負(fù)荷時(shí)的有功功率損耗；△Pk為變壓器的負(fù)載損耗；KL為變壓器的負(fù)荷系數(shù)（KL=SC/SN）。

②無(wú)功功率損耗

●空載無(wú)功功率損耗

△Q0

●負(fù)載無(wú)功功率損耗

△QL

變壓器的無(wú)功功功率損耗為：

式中，I0%為變壓器空載電流百分值;Uk%為變壓器短路阻抗百分值，KL為變壓器的負(fù)荷系數(shù)。

低損耗變壓器的功率損耗估算式：

（Sc為變壓器二次側(cè)的計(jì)算視在功率）CompanyLogo2.4.2電能損耗

最大損耗時(shí)間τ：當(dāng)線路或變壓器中以最大計(jì)算電流Ic流過(guò)τ小時(shí)后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過(guò)實(shí)際變化的電流時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗。τ是一個(gè)假想時(shí)間，它與年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax和負(fù)荷功率因素有關(guān).CompanyLogo1.線路電能損耗

2.變壓器的電能損耗

①鐵損引起的年電能損耗②銅損引起的年電能損耗變壓器全年的電能損耗

2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗

第五節(jié)用戶負(fù)荷計(jì)算

一、負(fù)荷計(jì)算原則負(fù)荷計(jì)算是選擇電源進(jìn)線和一、二次設(shè)備的基本依據(jù)。逐級(jí)計(jì)算法（用需要系數(shù)法）：從用電設(shè)備向電源方向逐級(jí)計(jì)算負(fù)荷。1.將用電設(shè)備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷；2.根據(jù)用戶供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備朝電源方向逐級(jí)計(jì)算負(fù)荷；3.在配電點(diǎn)要考慮同時(shí)系數(shù)；4.在變壓器的安裝處要考慮變壓器的損耗；5.用戶電力線路較短時(shí)，可不計(jì)電力線路損耗；6.在并聯(lián)電容安裝處計(jì)及無(wú)功補(bǔ)償容量。圖2-6確定用戶總計(jì)算負(fù)荷的供配電系統(tǒng)示意圖1.供給單臺(tái)用電設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中1點(diǎn)處）目的：用于選擇其開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面計(jì)算負(fù)荷為：2.用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中2點(diǎn)處）計(jì)算目的：用來(lái)選擇車間配電干線及干線上的電氣設(shè)備。

3.車間干線或多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中3點(diǎn)處）

4.車間變電所低壓母線計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中4點(diǎn)處）

計(jì)算目的：以此選擇車間變電所的變壓器容量。5.車間變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中5點(diǎn)處）計(jì)算目的：以次選擇高壓配電線及其上的電氣設(shè)備。其中可估算：6.總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中6點(diǎn)處）7.總降變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中7點(diǎn)處）

例題：見教材p29第六節(jié)尖峰電流的計(jì)算

尖峰電流Ipk是指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。它是由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、電壓波動(dòng)等原因引起的，尖峰電流比計(jì)算電流大的多。計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。

1、單臺(tái)用電設(shè)備供電的支線尖峰電流計(jì)算

尖峰電流就是用電設(shè)備的起動(dòng)電流，即

Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)。2、給多臺(tái)用電設(shè)備供電的干線尖峰電流計(jì)算式中，Istmax為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流；（Ist－IN）max為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流與額定電流電流之差；I30(IC)為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路上的計(jì)算電流值；K∑為上述n–1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺(tái)數(shù)多少選取，一般為0.7~1?；?qū)臺(tái)用電設(shè)備線路上尖峰電流的計(jì)算可有兩種計(jì)算方法。例2-5

有一380V配電干線，給三臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A,Kst1=7，Kst2=4，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。

解：（1）計(jì)算啟動(dòng)電流與額定電流之差

(Kst1-1)×IN1=30A(Kst2-1)×IN2=12A(Kst3-1)×IN3=20A第1臺(tái)用電設(shè)備電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流與額定電流之差最大。（2）計(jì)算供電干線的尖峰電流Ipk=Ic+(Ist-IN)max=0.15×（5+4+10）+30=32.85A第七節(jié)功率因數(shù)和無(wú)功功率補(bǔ)償一、功率因數(shù)的計(jì)算

功率因數(shù)是供電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它反映了供用電系統(tǒng)中有功功率消耗量在系統(tǒng)總?cè)萘恐兴嫉谋戎?，反映了供電系統(tǒng)的供電能力。根據(jù)測(cè)量方法和用途的不同，工廠的功率因數(shù)常有以下幾種：瞬時(shí)功率因數(shù)

瞬時(shí)功率因數(shù)是指運(yùn)行中的工廠供電系統(tǒng)在某一時(shí)刻的功率因數(shù)值。它隨設(shè)備的類型、運(yùn)行方式、電壓高低而隨時(shí)變化，可由功率因數(shù)表直接讀出，或由功率表、電流表和電壓表在同一瞬間的讀數(shù)由下列公式求出。P—功率表測(cè)出的三相有功功率讀數(shù),kWU—電壓表測(cè)出的線電壓讀數(shù)，KVI—電流表測(cè)出的線電流讀數(shù),A

瞬時(shí)功率因數(shù)只用來(lái)了解和分析工廠或設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)功功率的變化情況，以便采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施。2.平均功率因數(shù)

平均功率因數(shù)是指某一規(guī)定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，也稱加權(quán)平均功率因數(shù)。瞬時(shí)功率因數(shù)CompanyLogo（1）由消耗的電能計(jì)算

式中，Wa為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；Wr為某一時(shí)間內(nèi)消耗的無(wú)功電能（kVAh）。（2）由計(jì)算負(fù)荷計(jì)算

式中，為有功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.7-0.75）；為無(wú)功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.76-0.82）。我國(guó)電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取電費(fèi)，就規(guī)定電費(fèi)要按月平均功率因數(shù)的高低來(lái)調(diào)整。

3.最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)是指在年最大負(fù)荷(計(jì)算負(fù)荷)時(shí)的功率因數(shù)，可按下式計(jì)算：

我國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定：高壓供電的工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9，其他工廠功率因數(shù)不得低于0.85。如達(dá)不到上述要求，則必須采取人工補(bǔ)償措施。因此供電設(shè)計(jì)時(shí)考慮無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，就應(yīng)該按此最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)來(lái)計(jì)算。2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法

1.

功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響感性用電設(shè)備需要從供配電系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，從而降低功率因數(shù)。功率因數(shù)太低將會(huì)給供配電系統(tǒng)帶來(lái)不良影響：●電能損耗增加

●電壓損失增大●供電設(shè)備利用率降低所以，要求電力用戶功率因數(shù)必須達(dá)到一定值，低于某一數(shù)值就須進(jìn)行補(bǔ)償。CompanyLogo2.提高功率因數(shù)的方法(1)提高自然功率因數(shù)自然功率因數(shù)是指未裝設(shè)任何補(bǔ)償裝置的實(shí)際功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，采用科學(xué)措施減少用電設(shè)備的無(wú)功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高。合理選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)；防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行；保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；合理選擇變壓器的容量；交流接觸器的節(jié)電運(yùn)行。CompanyLogo2.提高功率因數(shù)的方法(2)人工補(bǔ)償功率因數(shù)

●并聯(lián)電容器

●同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償

●動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償2.7.3并聯(lián)電容器補(bǔ)償

1.并聯(lián)電容器的型號(hào)

CompanyLogo2.補(bǔ)償容量和電容器的臺(tái)數(shù)的確定

(1)補(bǔ)償容量的確定

①采用固定補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償容量

在變電所6-10kV高壓母線上進(jìn)行人工補(bǔ)償時(shí)，一般采用固定補(bǔ)償，即補(bǔ)償電容器不隨負(fù)荷變化而變化。補(bǔ)償容量按下式計(jì)算

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

式中，Qcc為補(bǔ)償容量；Pav為平均有功負(fù)荷；tgφav1，tgφav2為補(bǔ)償前后平均功率因數(shù)角的正切值。CompanyLogo②采用自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償容量

在變電所0.38kV母線上進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，都采用自動(dòng)補(bǔ)償，即根據(jù)cosφ測(cè)量值按功率因數(shù)設(shè)定值,自動(dòng)投入或切除電容器。其補(bǔ)償容量按下式計(jì)算

Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）CompanyLogo（2）電容器臺(tái)數(shù)的確定

在確定了并聯(lián)電容器的容量后，根據(jù)產(chǎn)品目錄（見表A-2）可以選擇并聯(lián)電容器的型號(hào)規(guī)格，并確定其數(shù)量。

式中，QN.c為單個(gè)電容器的額定容量（kvar）

對(duì)于上式計(jì)算所得數(shù)值，應(yīng)取相近偏大的整數(shù)。若為單相電容器，n為3的整數(shù)倍，以便三相均衡分配；若為三相電容器，n為整數(shù)。例2-7某一企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。要使其平均功率因數(shù)提高到0.9,在10kV側(cè)固定補(bǔ)償，問(wèn)需要裝設(shè)并聯(lián)電容器的容量？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？

解：tgφav1=tg(arccos0.67)=1.1080，tgφav2=tg(arccos0.9)=0.4843

需要裝設(shè)并聯(lián)電容器的容量為

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvar

安裝電容器的臺(tái)數(shù)

n=Qcc/qNC=1122.66/40=28個(gè)

電容器為單相電容器，應(yīng)裝設(shè)30個(gè)，用三角形連接，此時(shí)并聯(lián)電容器的實(shí)際值為

Qcc=30×40=1200kvar，

實(shí)際平均功率因數(shù)為

功率因數(shù)滿足要求。

2.7.4并聯(lián)電容器的裝設(shè)與控制

1.并聯(lián)電容器的接線

并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜鞔蠖嗖捎萌切谓泳€。2.并聯(lián)電容器的裝設(shè)地點(diǎn)

并聯(lián)電力電容器在供配電系統(tǒng)中的裝設(shè)有三種，即：（1）高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償將電容器組集中裝設(shè)在變電所的6kv～10kV母線上。補(bǔ)償范圍最小，經(jīng)濟(jì)效果較差。但裝設(shè)集中，運(yùn)行條件較好，維護(hù)管理方便，投資較少。（2）低壓集中補(bǔ)償

低壓集中補(bǔ)償將電容器集中裝設(shè)在變電所的0.38kV低壓母線上，低壓電容器補(bǔ)償屏安裝在低壓配電室。補(bǔ)償范圍比高壓集中補(bǔ)償大，比較經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行維護(hù)安全方便。

（3）單獨(dú)就地補(bǔ)償

單獨(dú)就地補(bǔ)償將電容器裝設(shè)在功率因數(shù)較低的設(shè)備旁。補(bǔ)償范圍最大，效果最好。但投資較大，電容器的利用率較低。

3.并聯(lián)電容器的控制方式并聯(lián)電容器的控制方式：固定控制方式：并聯(lián)電容器不隨負(fù)荷的變化而投切；自動(dòng)控制方式：并聯(lián)電容器的投切隨負(fù)荷的變化而變化，且按某個(gè)參量進(jìn)行分組投切控制，包括：按功率因數(shù)進(jìn)行控制；按負(fù)荷電流進(jìn)行控制；按受電端的無(wú)功功率進(jìn)行控制。電容器分組采用循環(huán)投切或編碼投切的工作方式。CompanyLogo2.7.5補(bǔ)償后用戶的負(fù)荷和功率因數(shù)的計(jì)算

1.補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷

（1）若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器一次側(cè)，補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷為

（2）若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器二次側(cè)，如圖示

補(bǔ)償電容器接于變壓器二次側(cè)示圖

補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷為

2.補(bǔ)償后的功率因數(shù)計(jì)算⑴固定補(bǔ)償

補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)為

⑵自動(dòng)補(bǔ)償

一般計(jì)算其最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為

例2-8某企業(yè)10/0.4kV的車間變電所低壓側(cè)的視在功率SC1為800kVA,無(wú)功計(jì)算負(fù)荷QC為540kvar。現(xiàn)要求車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，如果在低壓側(cè)裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)償電容器，問(wèn)補(bǔ)容量需多少？補(bǔ)償后車間總的視在計(jì)算負(fù)荷（高壓側(cè)）降低了多少？解：（1）補(bǔ)償前的功率因數(shù)

低壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷

低壓側(cè)的功率因