第二章電力負荷及其計算電力負荷與負荷曲線的有關概念三相用電設備組計算負荷的確定單相用電設備組計算負荷的確定工廠供電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗工廠的計算負荷和年電能消耗量尖峰電流及其計算第一節(jié)電力負荷與負荷曲線的有關概念一、電力負荷的分級及其對供電的要求

1、電力負荷的概念（包含兩個含義）

“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。1．1工廠常用用電設備①生產(chǎn)加工機械的拖動設備；②電焊、電鍍設備；③電熱設備；④照明設備。①生產(chǎn)機械的拖動設備

機床設備起重運輸設備功能

金屬切削金屬壓力加工功能

起吊搬運物料運輸客貨車床銑床刨床鉆床磨床組合機床鏜床沖床鋸床剪床砂輪機吊車行車輸送機電梯自動扶梯生產(chǎn)機械的拖動設備1．1工廠常用用電設備②

電焊和電鍍設備

電焊設備電焊機的工作特點是：（1）工作方式呈一定的同期性，工作時間和停歇時間相互交替。（2）功率較大。（3）功率因數(shù)很低。（4）一般電焊機的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動。1．1工廠常用用電設備電鍍設備的工作特點是：（1）工作方式是長期連續(xù)工作的。（2）供電采用直流電源，需要晶閘管整流設備。（3）容量較大，功率因數(shù)較低。電鍍的作用：防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或?qū)щ娦缘?，如鍍銅、鍍鉻。

電鍍設備②電焊和電鍍設備

③

電熱設備

電熱設備的工作特點是：（1）工作方式為長期連續(xù)工作方式。（2）電力裝置一般屬二級或三級負荷。（3）功率因數(shù)都較高，小型的電熱設備可達到1。電阻加熱爐電弧爐感應爐其它電熱設備主要用于各種零件的熱處理主要用于礦石熔煉、金屬熔煉主要用于熔煉和金屬材料熱處理紅外線加熱、微波加熱和等離子加熱等④照明設備

白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、鎢鹵化物燈和單燈混光燈等。照明設備的工作特點：（1）工作方式屬長期連續(xù)工作方式。（2）除白熾燈、鹵鎢燈的功率因數(shù)為1外，其它類型的燈具功率因數(shù)均較低。（3）照明負荷為單相負荷，單個照明設備容量較小。（4）照明負荷在工廠總負荷中所占比例通常在10%左右。2、意義和目的:（1）求計算負荷,也稱需用負荷

a.作為按發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡變壓器容量、導體和電氣設備的依據(jù)。

b.用來計算電壓損失和功率損耗。c.在工程上為方便計算，亦可作為能量消耗量及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。（2）求尖峰電流計算電壓波動、選擇熔斷器等保護元件。（3）求平均負荷計算供配電系統(tǒng)中電能需要量，電能損耗和選擇無功補償裝置等。3、電力負荷的分級及供電要求（供電可靠性）負荷分級負荷性質(zhì)供電要求一級負荷

二級負荷

三級負荷

中斷供電將①造成人身傷亡時；②在政治經(jīng)濟上造成重大損失時；③影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。特別重要的負荷指當中斷供電將①發(fā)生中毒爆炸和大災等情況負荷；②特別重要場所的不允許中斷供電的負荷。中斷供電將①在政治上、經(jīng)濟上造成較大損失時②影響重要用電單位的正常工作。應由兩個獨立電源供電：①來自兩個發(fā)電廠②來自兩個地區(qū)變電所③1路市電＋自備發(fā)電機還應增設應急電源：①自備發(fā)電機組②獨立于正常電源的專用饋電線路③不間斷供電裝置UPS（EPS)④蓄電池及干電池宜由兩回路電源供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，可由一回6kV及以上專用的線路供電。

對供電方式無特殊要求

不屬于一、二級負荷者

二、用電設備工作制1.長期連續(xù)運行工作制指工作時間內(nèi)能達到穩(wěn)定溫升的用電設備。該類設備不允許過載運行（只允許短時過載）。2.短時工作制指工作時間很短，停歇時間相當長的用電設備，工作時間內(nèi)達不到穩(wěn)定溫升。允許過載運行。3.反復短時工作制指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設備。工作時間內(nèi)也達不到穩(wěn)定溫升，允許過載運行。載流導體溫升曲線用負荷持續(xù)率表征其工作特性工作時間停歇時間2.1負荷曲線⊙負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，反映了用戶用電的特點和規(guī)律。⊙負荷曲線繪制在直角坐標上，縱坐標表示負荷，橫坐標表示對應的時間。

⊙負荷曲線按負荷功率的功率性質(zhì)不同，分有功負荷曲線和無功負荷曲線；按時間單位的不同，分日負荷曲線和年負荷曲線；按負荷對象不同，分用戶、車間或某類設備負荷曲線。2.2.1日負荷曲線1.繪制的方法

（1）以某個監(jiān)測點為參考點，在24h中各個時刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點繪制而成折線形狀，稱折線形負荷曲線，見圖2-1a。

（2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時間間隔（一般為半小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點畫在坐標上，把這些點連成階梯狀的是階梯形負荷曲線,如圖2-1b。2.特點

（1）電力負荷是變化的，不等于額定功率。

（2）電力負荷的變化是有規(guī)律的。圖2.1日有功負荷曲線a)依點連成的負荷曲線b)梯形負荷曲線2.1.2年持續(xù)負荷曲線﹡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)全年日負荷曲線連接制成。﹡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。繪制方法如圖2-2所示。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，近似認為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認為冬季165天，夏季200天。

年負荷持續(xù)時間曲線的繪制（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（１）年最大負荷Ｐmax

指全年中負荷最大的工作班內(nèi)（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P30。（２）年最大負荷利用小時Ｔmax

指負荷以年最大負荷Pmax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。如圖2-3所示，陰影部分即為全年實際消耗的電能。如果以Wa表示全年實際消耗的電能，則有：2.1.3負荷曲線的有關物理量

1、年最大負荷和年最大負荷利用小時年最大負荷和年最大負荷利用小時年平均負荷

(1)

平均負荷Pav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。如在t這段時間內(nèi)消耗的電能為Wt，則t時間的平均負荷為：2、平均負荷和負荷系數(shù)

年平均負荷是指電力負荷在一年內(nèi)消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年實際消耗的電能，則年平均負荷為：負荷系數(shù)是指平均負荷與最大負荷的比值，有有功負荷系數(shù)KaL和無功負荷系數(shù)KrL，即(2)

負荷系數(shù)KL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P和設備額定容量PN之比值，即他表征該設備或設備組的容量是否被充分利用。2.2用電設備的設備容量2.2.1設備容量的定義

設備的銘牌額定功率PN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來表示。2.2.2設備容量的確定

1.長期工作制和短期工作制的用電設備

長期工作制和短時工作制的設備容量就是所有設備的銘牌額定功率，即

Pe=PN

反復短時工作制設備容量P與其負荷持續(xù)率ε密切相關，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關系式：2.反復短時工作制的用電設備規(guī)定負荷持續(xù)率25％或100％銘牌負荷持續(xù)率銘牌容量等效容量則得：工作時間停歇時間續(xù)上頁（1）電焊機組要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則

（2）吊車電動機組當采用需要系數(shù)法計算負荷時，要求設備容量統(tǒng)一換算到下,則（3）電爐變壓器組

設備容量是指額定功率下的有功功率，即：

Pe=SN*cosφN

（4）照明設備

①不用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量指燈頭的額定功率，即：

Pe=PN

②用鎮(zhèn)流器的照明設備的設備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。

熒光燈：Pe=1.2PN

高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：

Pe=1.1PN

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：是建筑物單位面積的照明容量，S為建筑物的面積例2.3某中央空調(diào)機組包括制冷主機一臺156KW，冷卻水泵二臺2*22KW（一用一備），冷凍水泵二臺2*30KW（一用一備），冷卻塔一臺7.5KW，問該設備組的設備容量為多少？（5）成組用電設備設備容量是指除備用設備以外的所有單個用電設備額定功率之和。（2）電焊機的設備容量電焊機屬于反復短時工作制設備，它的設備容量應統(tǒng)一換算到，所以2臺電焊機的設備容量：解：（1）金屬切削機床的設備容量金屬切削機床屬于長期連續(xù)工作制設備，所以20臺金屬切削機床的總容量為：例2.4某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機2臺（每臺容量20kVA，,），車間有吊車1臺11kW，），試計算此車間的設備容量。

（3）吊車的設備容量吊車屬于反復短時工作制設備，它的設備容量應統(tǒng)一換算到，所以1臺吊車的容量為：

(4)車間的設備總容量為：第二節(jié)三相用電設備組計算負荷的確定

一、計算負荷的定義是按發(fā)熱條件選擇導體和電氣設備時使用的一個假想負荷，通常規(guī)定取30分鐘平均最大負荷P30、Q30和S30作為該用戶的“計算負荷”。其物理意義：計算負荷持續(xù)運行產(chǎn)生的熱效應與實際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應相等。二、2.3.1計算負荷的估算法

在進行供電工程方案設計階段，可采用單位容量法確定計算負荷。

(1)單位產(chǎn)品耗電量法

有功計算負荷為：

式中，Wa為全年電能，Wa=a·m，m為年產(chǎn)量，a為單位產(chǎn)品的耗電量；Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。

(2)單位面積負荷密度法

若已知車間生產(chǎn)面積S(㎡)和負荷密度指標ρ（kw/㎡）時，

車間平均負荷為:

Pav=ρ*S，

車間計算負荷為:

單臺用電設備的計算負荷確定對一般長期連續(xù)工作的單臺用電設備，設備容量即是計算負荷。

Pc=Pe但對單臺電動機及其他需計及效率的單臺用電設備，即Pc=Pe/η當一條回路里用電設備的臺數(shù)少（n<=3）時，一般是將用電設備額定容量的總和作為計算負荷，或者采用較大的需要系數(shù)值。在設備臺數(shù)較少時，功率因數(shù)也宜適當取大。二、2.3.2需要系數(shù)法需要系數(shù)Kd需要系數(shù)定義為：設備容量

Pm續(xù)上頁式中，ηN為用電設備效率；KL為負荷系數(shù)；ηwL為線路平均效率；K∑為用電設備組的同時系數(shù)。

Kd值只能靠測量統(tǒng)計確定。設備臺數(shù)多時取值較小，設備臺數(shù)少時取值較大。（一）一組用電設備的計算負荷按需要系數(shù)法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式為

有功計算負荷（kW）

無功計算負荷（kvar）

視在計算負荷（kVA）

計算電流（A）

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。

解：查表可得，Kd=0.16~0.2(取0.2計算)，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2.2已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算負荷Pc、Qc、Sc和Ic。

在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體情況對其有功和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)K∑。續(xù)上頁注意：總的視在計算負荷和計算電流不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和乘以K∑來計算。

(二)多組三相用電設備的計算負荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci例2.5

某380V線路上，接有水泵電動機（15kW以下）30臺共205kW，另有通風機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（ε=65%）。試確定線路上總的計算負荷。（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）

例2-2解先求各組用電設備的計算負荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通風機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此

Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.6，tanφ=1.33。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+3.94)kvar=149.32kvar總計算負荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）為

Sc==243.87kVAIc=243.87kVA/(×0.38kV)=370.52AQc3=2.96kW×1.33=3.94kvar在ε＝100%下的設備容量：Pe=10.5

=8.46kW。例2.6一機修車間的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)K∑p、K∑q均為0.9）。解查附錄表1可得冷加工電動機：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar通風機：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar

電阻爐：因只1臺，故其計算負荷等于設備容量

Pc3=Pe3=2kWQc3=0

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附加負荷，計算公式為：

式中，b、c為二項式系數(shù)；Pe∑是該組用電設備組的設備總容量；Px為x臺最大設備的總容量（b、c、x的值可查附錄表1），當用電設備組的設備總臺數(shù)n＜2x時，則最大容量設備臺數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當只有一臺設備時，可認為Pc=Pe；tgφ為設備功率因數(shù)角的正切值。三、按二項式法確定計算負荷1、單組用電設備組的計算負荷例2.7已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓為380V的電動機7.5KW3臺，4KW8臺，3KW17臺，1.5KW10臺，試求其計算負荷。

2、多組用電設備組的計算負荷

式中，（bPe∑）i為各用電設備組的平均功率，其中Pe∑是各用電設備組的設備總容量；cPx為每組用電設備組中x臺容量較大的設備的附加負荷；（cPx）max為附加負荷最大的一組設備的附加負荷；tgφmax為最大附加負荷設備組的功率因數(shù)角的正切值（可查附錄表1）。例2.8一機修車間的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。試用二項式法求計算負荷。解求出各組的平均功率bPe和附加負荷cPx（１）

金屬切削機床電動機組查附錄表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，則

(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW（２）通風機組查附錄表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，x2=1，則

(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW（３）

電阻爐

(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0

顯然，三組用電設備中，第一組的附加負荷(cPx)1最大，故總計算負荷為

Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1

=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW

Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx）1tgφ1=(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar

第三節(jié)單相用電設備組計算負荷的確定單相設備應盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負荷保持平衡。

單相負荷的計算如下：

1.三相線路中單相設備的總容量不超過三相總容量的15%時，單相設備可按三相負荷平衡計算。

2.三相線路中單相設備的總容量超過三相總容量的15%時，應把單相設備容量換算為等效三相設備容量，再算出三相等效計算負荷。（1）單相設備接于相電壓時

式中，Pemφ為最大負荷相所接的單相設備容量（2）單相設備接于線電壓時

①接于同一線電壓時

單相設備組等效三相設備容量的計算原則：

②接于不同線電壓時

設接于三個線電壓的設備容量分別為P1、P2、P3，且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，P1＞P2＞P3，則等效三相設備容量為（3）有的單相設備接于線電壓、有的單相設備接于相電壓時

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，然后分別計算各相的設備容量。

①將線電壓的單相設備容量換算為相電壓的設備容量②分相計算各相的設備容量和計算負荷③總的等效三相有功計算負荷為其最大有功負荷相的有功計算負荷P30.m

的3倍，即jP30=3P30.mj④總的等效三相無功計算負荷為其最大有功負荷相的無功計算負荷Q30.m

的3倍，即Q30=3Q30.mj例2.9某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺、單相電加熱器2臺和380V單相對焊機6臺。電熱干燥箱20kW2臺接于A相，30kW1臺接于B相，10kW3臺接于C相；電加熱器20kW2臺分別接于B相和C相；對焊機14kW（ε=100%）3臺接于AB相，20kW（ε=100%）2臺接于BC相，46kW（ε=60%）1臺接于CA相。試求該線路的計算負荷。解:1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計算負荷

查附錄表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計算有功計算負荷

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kWB相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kWC相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW2.對焊機的各相計算負荷

查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02

查表2-4得

cosφ=0.7時pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2

qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設備容量，即

（1）各相的設備容量為A相PeA=pAB-APAB+pCA-APCA

=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvarB相PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB

=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB

=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvarC相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC

=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW

QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC

=0.22×35.63+--0.8×20×2=39.84kvar（2）各相的計算負荷為A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW

QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvarB相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvarC相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW

QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相總的計算負荷（設同時系數(shù)為0.95）A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）

=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）

=0.95×（0+13.21）=12.55kvarB相PcB=K∑（PcB1+PcB2）

=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）

=0.95×（0+14.84）=14.10kvarC相PcC=K∑（PcC1+PcC2）

=0.95×（35+12.78）=45.39kW

QcC=K∑（QcC1+QcC2）

=0.95×（0+13.94）=13.24kvar4.總的等效三相計算負荷

因為B相的有功計算負荷最大，所以

Pcmφ=PcB=46.68kW

Qcmφ=QcB=14.10kvarPc=3Pcmφ=3×46.68=140.04kW

Qc=3Qcmφ=3×14.10=42.3kvar

2.4功率損耗和電能損耗

2.4.1供配電系統(tǒng)的功率損耗

供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時功率損耗。

1.

線路的功率損耗：

線路功率損耗ΔPWL=3IC2RWL*10-3

ΔQWL=3IC2XWL*10-3

式中，Ic為線路的計算電流（A）；RWL為線路每相電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻（Ω/km），L為線路的計算長度（km）；XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL=X0L，X0為線路單位長度的電抗（Ω/km）

2.變壓器的功率損耗㈠估算法

ΔPT=0.015ScΔQT=0.06Sc

㈡精確法

①有功功率損耗

●鐵損△PFe

空載損耗△P0可認為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。

●銅損△PCu

負載損耗△PK可認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為變壓器的計算負荷；KL為變壓器的負荷率（KL=SC/SN）

②無功功率損耗

●空載無功功率損耗

△Q0

●負載無功功率損耗

△QL

變壓器的無功功功率損耗為：

式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值;Uk%為變壓器的短路電壓百分值。

空載電流

變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。

空載電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。

為了減少空載電流，主要就是從變壓器的鐵芯入手。

1、提高硅鋼片質(zhì)量。

2、改進鐵芯結構。

阻抗電壓是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當二次繞組的短路電流達到額定電流時，一次繞組所施加的電壓（短路電壓）與額定電壓的比值百分數(shù)。阻抗電壓Uk(%)是涉及到變壓器效率和運行的重要經(jīng)濟指標和對變壓器進行狀態(tài)診斷的主要參數(shù)依據(jù)之一。

2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗

(1)線路電能損耗

最大損耗時間τ：當線路或變壓器中以最大計算電流Ic流過τ小時后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過實際變化的電流時所產(chǎn)生的電能損耗。

線路電能損耗

△WL=△PWL*τ(2)變壓器的電能損耗

△WT=△P0*8760+△Pk(SC/SN)2*τ

2.4.3線損率

線損率是一定時間內(nèi)的電能損耗和總供電量W之比。它標示用戶的電能利用效率。

第五節(jié)用戶負荷計算

一、負荷計算原則是選擇電源進線和一、二次設備的基本依據(jù)。逐級計算法（用需要系數(shù)法）：從用電設備向電源方向逐級計算負荷。二、負荷計算的步驟（以下圖為依據(jù)）

逐級計算法確定用戶計算負荷的原則如下：將用電設備分類，采用需要系數(shù)法確定各用電設備組的計算負荷；根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設備朝電源方向逐級計算負荷；在配電點處考慮同時系數(shù)；在變壓器安裝處計及變壓器損耗；用戶的電力線路較短時，可不計電力線路損耗；在并聯(lián)電容器安裝處計及無功補償容量。1.供給單臺用電設備的支線的計算負荷確定（如圖中1點處）計算目的：用于選擇其開關設備和導線截面

計算負荷為：2.用電設備組計算負荷的確定（如圖中2點處）

計算目的：用來選擇車間配電干線及干線上的電氣設備。

計算負荷為：

3.車間干線或多組用電設備的計算負荷確定（如圖中3點處）計算公式為：

4.車間變電所低壓母線計算負荷的確定（如圖中4點處）

計算目的：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算負荷確定（如圖中5點處）計算目的：選擇高壓配電線及其上的電氣設備。計算公式：估算：6.總降變電所二次側的計算負荷確定（如圖中6點處）

計算負荷為：7.總降變電所高壓側的計算負荷確定（如圖中7點處）

計算負荷為：第六節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2s的短時最大負荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護裝置等。單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即

接有多臺用電設備的線路，只考慮一臺設備起動時的尖峰電流，按下列公式計算Ipk＝Ist＝kstIN.M

式中，Istmax為用電設備組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;（Ist－IN）max為用電設備組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電流之差；K∑為上述n–1臺設備的同時系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選取，一般為0.7~1；Ic為全部設備投入運行時線路的計算電流。例2-5

有一380V配電干線，給三臺電動機供電，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，

Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。解：

Ist1–IN1=35–5=30AIst2–IN2=16–4=12AIst3–IN3=Kst3IN3–IN3=3×10–10=20A可見，（Ist–IN）max=30A，則Istmax=35A，取K∑=0.9，因此該線路的尖峰電流為

Ipk=K∑（IN2+IN3）+Istmax

=0.9×（4+10）+35=47.6A第七節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．瞬時功率因數(shù)

監(jiān)測負荷用。

2．最大負荷時的功率因數(shù)確定需要無功補償容量用。

3．平均功率因數(shù)調(diào)整電費用。

3.平均功率因數(shù)

（1）由消耗的電能計算

式中，Wa為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；Wr為某時間內(nèi)消耗的無功電能（kVAh）。

（2）由計算負荷計算

式中，KaL為有功負荷系數(shù)（一般為0.7~0.75）；KrL為無功負荷系數(shù)（一為0.76~0.82）。4.供電部門對用戶功率因數(shù)的要求cosφ≥0.9

二、功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響及提高功率因數(shù)的方法

1、功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響

●電能損耗增加

△P=3I2R●電壓損失增大在功率因數(shù)降低后，不得不降低輸送的有功功率P來控制電流I的值，這樣就降低了供電設備的供電能力?！窆╇娫O備利用率降低2.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)是指未裝設任何補償裝置的實際功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，采用科學措施減少用電設備的無功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高。①合理選擇電動機的規(guī)格、型號盡量選擇功率因數(shù)高的電動機，異步電動機的功率因數(shù)和效率在70%至滿載時較高。②防止電動機空載運行③保證電動機的檢修質(zhì)量定轉子間氣隙的增大和定子線圈的減少都會使勵磁電流增加，從而使功率因數(shù)降低。(2)人工補償功率因數(shù)

●并聯(lián)電容器

●同步電動機補償

●調(diào)相機(僅發(fā)無功功率的同步發(fā)電機)補償

●動態(tài)無功補償④合理選擇變壓器的容量電力變壓器在負荷率為0.6以上運行比較經(jīng)濟。⑤交流接觸器的節(jié)電運行三、并聯(lián)電容器補償

1、并聯(lián)電容器的型號并聯(lián)電容器的型號由文字和數(shù)字兩部分組成，型號各部分所表示的意義如下：

例如：BW0.4-12-1型即為單相戶內(nèi)型十二烷基苯浸漬的并聯(lián)電容器，額定電壓為0.4kV、容量為12kvar。

2.

補償容量和電容器臺數(shù)的確定

（1）采用固定補償在變電所6~10kV高壓母線上進行人工補償時，一般采用固定補償，即補償電容器不隨負荷變化投入或切除，其補償容量按下式計算

Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）式中，Qcc為補償容量；Pav為平均有功負荷，Pav=KaLPc或Wa/t，Pc為負荷計算得到的有功計算負荷，KaL為有功負荷系數(shù)，Wa為時間t內(nèi)消耗的電能；tgφav1為補償前平均功率因數(shù)角的正切值；tgφav2為補償后平均功率因數(shù)角的正切值；（2）采用自動補償

在變電所0.38kV母線上進行補償時，都采用自動補償，即根據(jù)cosφ測量值按功率因數(shù)設定值,自動投入或切除電容器。其補償容量按下式計算

Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）

式中，QcN為單個電容器的額定容量（kvar）

①電容器若為單相，n為3的整數(shù)倍②電容器若為三相，n為整數(shù)實際補償容量為

Qcc=nQcN（kvar）(3)電容器臺數(shù)的確定例2-6如某一工廠的計算負荷為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側固定補償），問需要裝設多大容量的并聯(lián)電容器？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設多少個？解tgφav1=tg(arccos0.67)=1.1080tg

φav2=tg(arccos0.9)=0.4843Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）

=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvarn=Qcc/qcN=1122.66/40=28個考慮三相均衡分配，應裝設30個，每相10個，此時并聯(lián)電容器的實際值為30×40=1200kvar，此時的實際平均功率因數(shù)為滿足要求。四、并聯(lián)電容器的裝設與控制1.

并聯(lián)電容器的接線（1）△形接線特點：任一電容器斷線，三相線路仍得到無功補償；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，這對高壓電容器相當危險。適用場所：高壓電容器組容量較小(<450Kvar)或低壓電容器組。

（2）Ｙ形接線

特點：一相電容器斷線，斷線相將失去無功補償；其中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。適用場所：高壓電容器組

2.

并聯(lián)電容器的裝設地點

2.

并聯(lián)電容器的裝設地點

(1)

高壓集中補償高壓集中補償是指將高壓電容器組集中裝設在工廠變電所的6~10kV母線上。補償范圍小，運行維護方便，投資少，利用率高，大中企業(yè)用。(2)

低壓集中補償?shù)蛪杭醒a償是指將低壓電容器集中裝設在車間變電所的低壓母線上。補償范圍中，經(jīng)濟，維護方便，用戶普遍應用。(3)

單獨就地補償單獨就地補償（個別補償或分散補償）是指在個別功率因數(shù)較低的設備旁邊裝設補償電容器組。補償范圍最大，效果最好，利用率低。3.并聯(lián)電容器的控制方式并聯(lián)電容器的投切是隨著負荷的變化，以某個參量進行分組投切控制的，有：按功率因數(shù)進行控制；按負荷電流進行控制；按受電端的無功功率進行控制。五、補償后全廠負荷和功率因數(shù)計算1.負荷計算（1）若補償裝置裝設置點在變壓器一次側，計算負荷為：（2）若補償裝置裝設地點在變壓器二次側，則還要考慮變壓器的損耗：其中△PT′、△QT′為考慮了補償容量Qcc后的變壓器的有功功率和無功功率損耗。補償后總的視在計算負荷為2.功率因數(shù)計算（1）固定補償一般計算其平均功率因數(shù)，補償后平均功率因數(shù)（2）自動補償一般計算其最大負荷時的功率因數(shù)，補償后功率因數(shù)為例2-6有一工廠修建10/0.4kV的車間變電所，已知車間變電所低壓側的視在功率Sc1為800kVA，無功計算負荷Qc1為540kvar，現(xiàn)要求車間變電所高壓側功率因數(shù)不低于0.9，如果在低壓側裝設自動補償電容器，問補償容量需多少？補償后車間總的視在計算負荷（高壓側）降低了多少？

解（1）補償前低壓側的有功計算負荷低壓側的功率因數(shù)

cosφ1=590.25/800=0.74

變壓器的功率損耗（設選低損耗變壓器）△PT=0.015Sc=0.015×800=12kW△QT=0.06Sc=0.06×800=48kvar

變電所高壓側總的計算負荷為

Pc2=Pc1+△PT=590.25+12=602.25kW

Qc2=Qc1+△QT=540+48=588kvar變電所高壓側的功率因數(shù)為cosφ=602.25/841.7=0.716(2)確定補償容量現(xiàn)要求在高壓側不低于0.9，而補償在低壓側進行，所以我們考慮到變壓器損耗，可設低壓側補償后的功率因數(shù)為0.92，來計算需補償?shù)娜萘?/p>

Qcc=Pc1（tgφ1–tgφ2）

=590.25×（tgarccos0.74－tgarccos0.92）

=285.03kvar查附錄表2選BW0.4–14–1型電容器，需要的個數(shù)為

n=285.03/14=21個實際補償容量為Qcc=21×14=294kvar(3)補償后變電所低壓側視在計算負荷此時變壓器的功率損耗變電所高壓側總的計算負荷

△S=841.7–663.84=177.86kVA

變電所高壓側的功率因數(shù)符合要求。如果結果小于0.9，則需重新計算，同時把一開始的設定值0.92取大一點，到cosφ＇的值滿足要求為止。通過上述計算可得：需補償?shù)娜萘繛?94kvar，補償后車間變電所高壓側功率因數(shù)達到0.904，高壓側的總視在功率減少了177.86kVA。補償前車間變電所變壓器容量應選1000kVA，補償后選800kVA即滿足要求。例

某廠變電所裝有一臺SL7-630 /6型電力變壓器，其二次側（380V）的有功計算負荷為420KW，無功計算負荷為350Kvar。試求此變電所一次側的計算負荷及其功率因數(shù)。如果功率因數(shù)未達到0.9時，問變電所低壓母線上應裝設多少容量的并聯(lián)電容器才能夠達到要求。

例某用戶10kV變電所低壓計算負荷為800kW＋580kvar。若欲使低壓側功率因數(shù)達到0.92，則需在低壓側進行補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。解：（1）求補償前的視在計算負荷及功率因數(shù)

（2）確定無功補償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負荷減少118.8kVA。例某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，分別供電給1＃～4＃車間變電所及4臺冷卻水泵用的高壓電動機（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母線上接有2700kvar無功補償電容器組。已知1?！?＃車間變電所10kV側計算負荷分別為：1＃為1430kW＋j1230kvar；2＃為1350kW＋j1200kvar；3＃為1260kW＋j1030kvar；4＃為960kW＋j750kvar。試計算該總降壓變電所35kV側計算負荷及功率因數(shù)大小（取K∑=0.9）。

解：（1）求10kV母線計算負荷1＃車間變電所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃車間變電所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃車間變電所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃車間變電所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高壓電動機組Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母線計算負荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW（2）求35kV側計算負荷變壓器損耗ΔPT≈0.015Sc＝0.015×5638＝84.57kWΔQT≈0.06Sc＝0.06×5638＝338.28kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV側計算負荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+84.57＝5448.57kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+338.28＝2075.28kvar

本章小結本章是分析供電系統(tǒng)和進行供電設計計算的基礎。本章首先簡介了負荷計算的有關基本知識;然后著