課題負(fù)荷分級(jí)及其計(jì)算第一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.1負(fù)荷分級(jí)（1）符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷：①中斷供電將造成人身傷亡。②中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，例如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時(shí)間才能恢復(fù)等。2.1.1負(fù)荷分極的原則第二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五③中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作，例如重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場(chǎng)館、經(jīng)常用于國際活動(dòng)的大量人員集中的公共場(chǎng)所等用電單位中的重要電力負(fù)荷受到影響。在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。第三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（2）符合下列情況之一時(shí)，應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷：①中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，例如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。②中斷供電將影響重要用電單位的正常工作，例如交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負(fù)荷受到影響以及大型影劇院、大型商場(chǎng)等人員集中的重要的公共場(chǎng)所出現(xiàn)秩序混亂。第四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（3）不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者應(yīng)為三級(jí)負(fù)荷。第五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五民用建筑中常用重要電力負(fù)荷的分級(jí)如表2.1所示（見P16）。2.1.2民用建筑中常用重要電力負(fù)荷的分級(jí)第六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五用電設(shè)備種類很多，它們的用途和工作的特點(diǎn)也不相同，按其工作制不同可劃分為三類。（1）長期工作制此類用電設(shè)備連續(xù)工作的時(shí)間比較長(至少在半小時(shí)以上)，超過其穩(wěn)定溫升的時(shí)間，如各類泵、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備、電阻爐、照明設(shè)備等。2.1.3用電設(shè)備的工作制第七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（2）短時(shí)工作制此類用電設(shè)備工作的時(shí)間短而停歇時(shí)間很長，導(dǎo)體還未達(dá)到其穩(wěn)定溫升就開始冷卻，在停歇時(shí)間內(nèi)足以將溫度降至通電前的溫度，如機(jī)床上的某些輔助電機(jī)、水閘用電動(dòng)機(jī)等。第八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（3）斷續(xù)周期工作制此類用電設(shè)備工作時(shí)間短，停歇時(shí)間也短，以斷續(xù)方式反復(fù)交替進(jìn)行工作，其周期一般不超過10min。最常見的設(shè)備為電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)。通常用暫載率(又稱負(fù)荷持續(xù)率)來描述其工作性質(zhì)。暫載率是一個(gè)周期內(nèi)工作時(shí)間占工作周期的百分比，用ε表示。

ε=t/T×100%=t/(t+t0)×100%第九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.2負(fù)荷曲線2.2.1負(fù)荷曲線的概念

負(fù)荷曲線是表征用電負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)的一種圖形。它繪制在直角坐標(biāo)系中，縱坐標(biāo)表示用電負(fù)荷，橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)于負(fù)荷變動(dòng)的時(shí)間。按負(fù)荷性質(zhì)，負(fù)荷曲線可分為有功負(fù)荷曲線(縱坐標(biāo)表示有功負(fù)荷值，單位為kW)和無功負(fù)荷曲線(縱坐標(biāo)表示無功負(fù)荷值，單位為kvar)兩種。第十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五按負(fù)荷變動(dòng)的時(shí)間，負(fù)荷曲線可分為日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線。日負(fù)荷曲線表示了一晝夜(24h)內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)的情況，而年負(fù)荷曲線表示了一年(8760h)中負(fù)荷變動(dòng)的情況。負(fù)荷曲線可以表示某一臺(tái)設(shè)備的負(fù)荷變動(dòng)的情況，也可以表示一個(gè)單位的負(fù)荷變動(dòng)的情況。第十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

圖2.1表示某工廠的日有功負(fù)荷曲線。它是根據(jù)變電所中的有功功率表，用測(cè)量的方法繪制而成的。通過一定的時(shí)間間隔(如Δt=0.5h)內(nèi)讀取有功功率表的讀數(shù)，求Δt時(shí)間內(nèi)的平均值加以記錄，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)中逐點(diǎn)描繪而成。工廠的年負(fù)荷曲線常用的有兩種，如圖2.2所示。這兩種年負(fù)荷曲線各有不同的用途，前者主要用于系統(tǒng)運(yùn)行的需要，后者主要用于系統(tǒng)分析的需要。2.2.2負(fù)荷曲線的繪制第十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五圖2.1日有功負(fù)荷曲線的繪制第十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五圖2.2年負(fù)荷曲線的繪制（a）年每日最大負(fù)荷曲線；（b）年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線第十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五1.年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

年最大負(fù)荷是指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的30min平均功率。通常用Pmax、Qmax和Smax分別表示年有功、無功和視在最大功率，因此，年最大負(fù)荷也就是半小時(shí)最大負(fù)荷P30。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax是指假如工廠負(fù)荷以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運(yùn)行了Tmax，則該工廠負(fù)荷消耗的電能恰好等于其全年實(shí)際消耗的電能Wa，即圖2.3中虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積。2.2.2負(fù)荷曲線的繪制第十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五最大負(fù)荷利用小時(shí)為

Tmax=WaPmax

Tmax的大小表明了工廠消耗電能是否均勻。最大負(fù)荷利用小時(shí)越大，則負(fù)荷越平穩(wěn)。Tmax一般與工廠類型及生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系，例如，一班制工廠Tmax=1800～2500h,兩班制工廠Tmax=3500～4500h,三班制工廠Tmax=5000～7000h。第十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)

平均負(fù)荷Pav是指電力負(fù)荷在一段時(shí)間內(nèi)消耗功率的平均值。

Pav=Wt/t平均負(fù)荷也可以通過負(fù)荷曲線來求，如圖2.4所示，年負(fù)荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的曲線面積(即全年消耗的電能)恰好等于虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積。因此年平均負(fù)荷

Pav=Wt/8760第十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

負(fù)荷系數(shù)KL，又稱為負(fù)荷率，是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比，它表征了負(fù)荷曲線不平坦的程度，也就是負(fù)荷變動(dòng)的程度。負(fù)荷系數(shù)又分為有功負(fù)荷系數(shù)α和無功負(fù)荷系數(shù)β。

α=Pav/Pmax,

β=Qav/Qmax一般工廠α=0.7～0.75，β=0.76～0.8。負(fù)荷系數(shù)越接近1，表明負(fù)荷變動(dòng)越緩慢；反之，則表明負(fù)荷變動(dòng)越激烈。第十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五對(duì)單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組，負(fù)荷系數(shù)則是指其平均有功負(fù)荷Pav和它的額定容量PN之比，它表征了該設(shè)備或設(shè)備組的容量是否被充分利用，即

KL=Pav/PN

第十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五圖2.3年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)第二十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五圖2.4年平均負(fù)荷第二十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.3電力負(fù)荷的計(jì)算

在工廠供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂等效，是指這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)與等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升與等效負(fù)荷產(chǎn)生的最高溫升相等。按照等效負(fù)荷，從滿足發(fā)熱的條件來選擇用電設(shè)備，用以計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計(jì)算負(fù)荷”。2.3.1計(jì)算負(fù)荷的概念第二十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五在設(shè)計(jì)計(jì)算中，通常將“半小時(shí)最大負(fù)荷”作為計(jì)算負(fù)荷，用Pc(Qc、Sc或Ic)表示。計(jì)算負(fù)荷、年最大負(fù)荷、30min平均最大負(fù)荷三者之間的關(guān)系為

Pc=P30=Pmax

Qc=Q30=Qmax

Sc=S30=Smax

第二十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

按需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算的基本過程是：先確定計(jì)算范圍(如某低壓干線上的所有設(shè)備)，然后將不同工作制下的用電設(shè)備的額定功率PN換算到同一工作制下，經(jīng)換算后的額定功率也稱為設(shè)備容量Pe。再將工藝性質(zhì)相同的并有相近需要系數(shù)的用電設(shè)備合并成組，考慮到需要系數(shù)，算出每一組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，最后匯總各級(jí)計(jì)算負(fù)荷得到總的計(jì)算負(fù)荷。2.3.2用需要系數(shù)法計(jì)算負(fù)荷第二十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五1.設(shè)備容量的確定由前述可知，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先確定設(shè)備容量Pe。確定各種用電設(shè)備容量Pe的方法如下：（1）長期工作制、短期工作制的設(shè)備容量Pe等于其銘牌功率PN。（2）斷續(xù)周期工作制，如起重機(jī)用的電動(dòng)機(jī)有功功率PN應(yīng)該統(tǒng)一換算到暫載率εN=25%時(shí)的有功功率。對(duì)于電焊機(jī)，則應(yīng)統(tǒng)一換算到暫載率εN=100%時(shí)的有功功率。第二十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五具體換算如下：對(duì)吊車電動(dòng)機(jī):對(duì)電焊機(jī):

第二十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

(3)照明設(shè)備的設(shè)備容量白熾燈、鹵鎢燈設(shè)備容量就是燈泡上標(biāo)出的額定功率。熒光燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.2～1.3倍。高壓汞燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍；自鎮(zhèn)式高壓汞燈設(shè)備容量與燈泡額定功率相等。第二十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五高壓鈉燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍。金屬鹵化物燈考慮鎮(zhèn)流器的功耗，其設(shè)備容量應(yīng)為燈泡額定功率的1.1倍。第二十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五2.需要系數(shù)Kd的含義考察車間的一組用電設(shè)備，設(shè)該組負(fù)荷共有n臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其設(shè)備容量的總和為Pe∑，由于Pe∑是指設(shè)備的最大輸出容量，它與輸入容量存在一個(gè)效率η；考慮到這些電動(dòng)機(jī)不可能同時(shí)運(yùn)行，因此引入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑；又因?yàn)槟切╇妱?dòng)機(jī)即使運(yùn)行,也不太可能都滿負(fù)荷出力，因此引入一個(gè)負(fù)荷系數(shù)KL;再者，用電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)線路還有功耗，因此引入網(wǎng)絡(luò)供電效率ηWL。第二十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五于是,在最大負(fù)荷期間電網(wǎng)供給的有功計(jì)算負(fù)荷為：顯然

表2.2（見P23）列出了各種用電設(shè)備組的需要系數(shù)值，供參考。第三十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五3.計(jì)算負(fù)荷的確定（1）單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷當(dāng)只有一臺(tái)用電設(shè)備時(shí)，不能直接按表2.2取需要系數(shù)，這是因?yàn)橛绊懶枰禂?shù)的幾個(gè)因素除用電設(shè)備本身的效率η外均可能為1，此時(shí)的需要系數(shù)只包含了效率η，因此由式(2.9)可得到P30=Pe/η，由P30、Q30、S30、I30之間的關(guān)系得到如下公式：第三十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.1】某車間有一臺(tái)吊車，其額定功率PN為29.7kW(εN=45％)，η=0.8，cosφ=0.5，其設(shè)備容量為多少?【解】Pe=√(εN/ε25)*PN=2√εN*PN=2×29.7×0.45=39.8(kW)第三十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.2】某220V單相電焊變壓器，其額定容量為SN=50kV·A，εN=60％，cosφ=0.65，η=0.93，試求該電焊變壓器的計(jì)算負(fù)荷?！窘狻縋e=√(εN/ε100)*SNcosφ=√(0.6/1)×50×0.65=25.2(kW)其計(jì)算負(fù)荷為P30=Pe/η=25.2/0.93=27.1(kW)Q30=P30tanφ=27.1×1.17=31.7(kvar)S30=P30/cosφ=27.1/0.65=41.7(kV·A)I30=P30/(UNcosφ)=27.1/(0.22×0.65)=189.5(A)第三十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五(2)單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

單組用電設(shè)備組是指用電設(shè)備性質(zhì)相同的一組設(shè)備，即Kd相同。如均為機(jī)床的電動(dòng)機(jī)，或均為通風(fēng)機(jī)，見圖2.5中D點(diǎn)的計(jì)算負(fù)荷。由式(2.9)可求出其有功計(jì)算負(fù)荷P30，然后再求出其他計(jì)算負(fù)荷Q30、S30、I30，其計(jì)算公式為第三十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.3】已知某化工廠機(jī)修車間采用380V供電，低壓干線上接有冷加工機(jī)床26臺(tái)，其中11kW1臺(tái)，4.5kW8臺(tái)，2.8kW10臺(tái)，1.7kW7臺(tái)，試求該機(jī)床組的計(jì)算負(fù)荷?！窘狻吭撛O(shè)備組的總?cè)萘繛?/p>

Pe∑=11×1+4.5×8+2.8×10+1.7×7=86.9(kW)查表2.2

Kd=0.16～0.2(取0.2),tanφ=1.73,cosφ=0.5，則有功計(jì)算負(fù)荷P30=0.2×86.9=17.38(kW) 無功計(jì)算負(fù)荷Q30=17.38×1.73=30.06(kvar)視在計(jì)算負(fù)荷S30=17.38／0.5=34.76(kV·A)計(jì)算電流I30=34.76/(3×0.38)=52.8(A)第三十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

(3)低壓干線的計(jì)算負(fù)荷圖2.5供配電系統(tǒng)中各點(diǎn)電力負(fù)荷的計(jì)算低壓干線是給多組不同工作制的用電設(shè)備供電的，如通風(fēng)機(jī)組、機(jī)床組、水泵組等，因此，其計(jì)算負(fù)荷也就是圖2.5中C點(diǎn)的計(jì)算負(fù)荷。應(yīng)先分別計(jì)算出D層面每組(例如機(jī)床組、通風(fēng)機(jī)組等)的計(jì)算負(fù)荷，然后將每組有功計(jì)算負(fù)荷、無功計(jì)算負(fù)荷分別相加，得到C點(diǎn)的總的有功計(jì)算負(fù)荷P30和無功計(jì)算負(fù)荷Q30，最后確定視在計(jì)算負(fù)荷S30和計(jì)算電流I30，即第三十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第三十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.4】某機(jī)修車間380V低壓干線(如圖2.5)接有如下設(shè)備：①小批量生產(chǎn)冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)：7kW3臺(tái)，4.5kW8臺(tái)，2.8kW17臺(tái)，1.7kW10臺(tái)。②吊車電動(dòng)機(jī)：εN=15％時(shí)銘牌容量為18kW、cosφ=0.7共2臺(tái)，互為備用。③專用通風(fēng)機(jī)：2.8kW2臺(tái)。試用需要系數(shù)法求各用電設(shè)備組和低壓干線(C點(diǎn))的計(jì)算負(fù)荷?！窘狻匡@然,各組用電設(shè)備工作性質(zhì)相同，需要系數(shù)相同，因此先求出各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。第三十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五①冷加工機(jī)床組設(shè)備容量Pe(1)=7×3+4.5×8+2.8×17+1.7×10

=121.6(kW)查表2.2，取Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73,則

P30(1)=KdPe(1)=0.2×121.6=24.32(kW)

Q30(1)=P30(1)tanφ=24.32×1.73=42.07(kvar)②吊車組(備用容量不計(jì)入)設(shè)備容量Pe(2)=2√εN＊PN=2×√0.15×18=13.94(kW)查表2.2，取Kd=0.15，cosφ=0.5，tanφ=1.73，則

P30(2)=KdPe(2)=0.15×13.94=2.09(kW)

Q30(2)=P30(2)tanφ=2.09×1.73=3.62(kvar)第四十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五③通風(fēng)機(jī)組設(shè)備容量Pe(3)=2×2.8=5.6(kW)查表2.2，取Kd=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75,則

P30(3)=KdPe(3)=0.8×5.6=4.48(kW)

Q30(3)=P30(3)tanφ=4.48×0.75=3.36(kvar)④低壓干線的計(jì)算負(fù)荷(取K∑1=0.9)總有功功率P30=K∑1［P30(1)+P30(2)+P30(3)］

=0.9×(24.32+2.09+4.48)

=27.80(kW)第四十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五總無功功率Q30=K∑1［Q30(1)+Q30(2)+Q30(3)］

=0.9×(42.07+3.62+3.36)

=44.14(kvar)總視在功率S30=P230+Q230=27.802+44.142

=52.17(kV·A)總計(jì)算電流I30=S303UN=52.173×0.38

=79.27(A)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果列出負(fù)荷計(jì)算表，如表2.3所示（見P26）。第四十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五(4)車間低壓母線的計(jì)算負(fù)荷確定低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷也就是確定圖2.5中B點(diǎn)的計(jì)算負(fù)荷。B點(diǎn)計(jì)算負(fù)荷的確定類似于C點(diǎn)。同樣，考慮到各低壓干線最大負(fù)荷不一定同時(shí)出現(xiàn)，因此在確定B點(diǎn)的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，也引入一個(gè)同時(shí)系數(shù)，即第四十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五4.單相計(jì)算負(fù)荷的確定在用電設(shè)備中，除了廣泛應(yīng)用三相設(shè)備(如三相交流電機(jī))，還有不少單相用電設(shè)備(如照明、電焊機(jī)、單相電爐等)。這些單相用電設(shè)備有的接在相電壓上，有的接在線電壓上，通常將這些單相設(shè)備容量換算成三相設(shè)備容量，以確定其計(jì)算負(fù)荷，其具體方法如下:（1）如果單相用電設(shè)備的容量小于三相設(shè)備總?cè)萘康?5％，按三相平衡負(fù)荷計(jì)算，不必?fù)Q算。第四十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（2）對(duì)接在相電壓上的單相用電設(shè)備，應(yīng)盡量使各單相負(fù)荷均勻分配在三相上，然后將安裝在最大負(fù)荷相上的單相設(shè)備容量乘以3，即為等效三相設(shè)備容量。（3）在同一線電壓上的單相設(shè)備，等效三相設(shè)備容量為該單相設(shè)備容量的√3倍。（4）單相設(shè)備既接在線電壓上，又接在相電壓上，應(yīng)先將接在線電壓上的單相設(shè)備容量換算為接在相電壓上的單相設(shè)備容量，然后分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷。而總的等效三相第四十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五有功計(jì)算負(fù)荷就是最大有功計(jì)算負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷的3倍，總的等效三相無功計(jì)算負(fù)荷就是對(duì)應(yīng)最大有功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷的3倍，最后再按式(2.12)計(jì)算出S30和I30。第四十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五5.電動(dòng)機(jī)回路尖峰電流計(jì)算在電氣設(shè)備運(yùn)行中，由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、電壓波動(dòng)等諸方面的因素會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的比計(jì)算電流大幾倍的電流，這種電流稱為尖峰電流，其持續(xù)時(shí)間一般為1～2s。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流一般是其額定電流的4～7倍，一旦起動(dòng)完成，電動(dòng)機(jī)立即恢復(fù)到正常的額定電流。由于此負(fù)荷存在的時(shí)間較短，一般不計(jì)入正常的負(fù)荷計(jì)算。尖峰電流是選擇熔斷器、整定自動(dòng)空氣開關(guān)、整定繼電保護(hù)裝置以及計(jì)算電壓波動(dòng)時(shí)的重要依據(jù)。第四十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五(1)單臺(tái)設(shè)備尖峰電流的計(jì)算對(duì)于只接單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或電焊機(jī)的支線，其尖峰電流就是其啟動(dòng)電流，即

Ipk=Ist=KstIN(2)多臺(tái)設(shè)備尖峰電流的計(jì)算對(duì)接有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的配電線路，其尖峰電流可按下式確定：

Ipk=I30+(Ist-IN)max

第四十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.5】有一條380V的線路，供電給4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，負(fù)荷資料如表2.4所示，試計(jì)算該線路上的尖峰電流?！窘狻咳∑=0.9，則

I30=K∑∑IN=0.9×(5.8+5+35.8+27.6)=66.78(A)由表2.4知，4M的(Ist-IN)=193.2-27.6=165.6(A)為最大，所以

Ipk=I30+(Ist-IN)max=66.78+(193.2-27.6)=232.38(A)第四十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五6.住宅建筑的負(fù)荷計(jì)算（1）每套住宅的負(fù)荷計(jì)算根據(jù)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50096—1999)的規(guī)定，住宅的電氣負(fù)荷不是按照燈具、插座等電氣設(shè)備的功率進(jìn)行計(jì)算，而是按照每套住宅的類型和類別進(jìn)行計(jì)算。表2.5（見P28）是國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的每套住宅電力負(fù)荷和瓦時(shí)計(jì)(又稱電能表)規(guī)格。表2.6（見P28）是部分省市住宅電氣負(fù)荷計(jì)算的需要系數(shù)。第五十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（2）配電干線的計(jì)算將各用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷按有功功率和無功功率分別相加即可得到低壓配電干線的計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算時(shí)的相關(guān)系數(shù)按表2.6（見P28）進(jìn)行選取。民用建筑中用電設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)如表2.7（見P29）所示。第五十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五7.全廠計(jì)算負(fù)荷的確定為了合理選擇工廠變電所各種主要電氣設(shè)備的規(guī)格型號(hào)，以及向供電部門提出用電容量申請(qǐng)，必須確定工廠總的計(jì)算負(fù)荷S30和I30。在前述的內(nèi)容中，已經(jīng)用需要系數(shù)法確定了低壓干線或車間低壓母線的計(jì)算負(fù)荷，但要確定全廠的計(jì)算負(fù)荷，還要考慮線路和變壓器的功率損耗。下面分別討論線路和變壓器功率損耗的計(jì)算方法。第五十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（1）供電系統(tǒng)的功率損耗①線路功率損耗的計(jì)算供電線路的三相有功功率損耗和三相無功功率損耗分別為

ΔPWL=3I230RWL×10-3

(kW)

ΔQWL=3I230XWL×10-3

(kvar)第五十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.6】有一條35kV高壓線路給某工廠變電所供電。已知該線路長度為12km，采用鋼芯鋁線LGJ-70，導(dǎo)線的幾何均距為2.5m，變電所的總視在計(jì)算負(fù)荷S30=4917kV·A。試計(jì)算此高壓線路的有功功率損耗和無功功率損耗?！窘狻坎橄嚓P(guān)資料，得LGJ－70的R0=0.48Ω／km。當(dāng)幾何均距為2.5m時(shí)，X0=0.40Ω／km。由式(2.17)可知，該線路的有功功率損耗和無功功率損耗分別為

ΔPWL=3I230RWL×10-3=3×S230/(√3UN)2RWL×10-3

=3×49172（3×35）2×0.48×12×10-3=113.7(kW)ΔQWL=3I230XWL×10-3=3×S230（√3UN）2XWL×10-3

=3×49172（3×35）2×0.4×12×10-3=94.7(kvar)第五十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五②電力變壓器的功率損耗A有功功率損耗變壓器的有功功率損耗主要由鐵損(可近似認(rèn)為是空載損耗ΔP0)和銅損(可近似認(rèn)為是短路損耗ΔPK)構(gòu)成。其中ΔP0與負(fù)荷大小無關(guān),ΔPK與負(fù)荷電流(或功率)的平方成正比。所以，變壓器的有功功率損耗為

ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S30/SN)2令β=S30/SN，則

ΔPT≈ΔP0+β2ΔPK第五十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五B無功功率損耗變壓器的無功功率損耗主要由空載無功功率損耗ΔQ0和負(fù)載無功功率損耗ΔQN兩部分構(gòu)成。其中ΔQ0只與繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無關(guān)；ΔQN則與負(fù)荷電流(或功率)的平方成正比，即

ΔQ0≈SNI0%/100

ΔQN≈SNUK%/100所以，變壓器的無功功率損耗為

ΔQT≈ΔQ0+ΔQN(S30/SN)2

≈SN[I0%/100+UK%/100(S30/SN)2]第五十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五或ΔQT≈SN(I0%/100+UK%/100β2)上述各式中的ΔP0、ΔPK、I0%和UK%(或UZ%)等都可以從產(chǎn)品樣本上查得。在工程設(shè)計(jì)中，變壓器的有功損耗和無功損耗也可以用下式估算。對(duì)普通變壓器:ΔPT≈0.02S30

ΔQT≈0.08S30對(duì)低損耗變壓器:ΔPT≈0.015S30

ΔQT≈0.06S30第五十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.7】

已知某車間變電所選用變壓器的型號(hào)為S9—1000/10，電壓10/0.4kV，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：空載損耗ΔP0=1.7kW，短路損耗ΔPK=10.3kW，短路電壓百分值UK%=4.5，空載電流百分值I0%=0.7，該車間的S30=800kV·A。試計(jì)算該變壓器的有功損耗和無功損耗?！窘狻孔儔浩鞯挠泄p耗為:

ΔPT≈ΔP0+β2ΔPK=1.7+(800/1000)2×10.3

=1.7+6.6=8.3(kW)變壓器的無功損耗:

ΔQT≈SN(I0%/100+UK%/100β2)

=1000×(0.7/100+4.5/100×0.82)=35.8(kvar)第五十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（2）無功功率的補(bǔ)償功率因數(shù)cosφ值的大小反應(yīng)了用電設(shè)備在消耗了一定數(shù)量有功功率的同時(shí)向供電系統(tǒng)取用無功功率的多少，功率因數(shù)高(如cosφ=0.9)則取用的無功功率小，功率因數(shù)低(如cosφ=0.5)則取用的無功功率大。功率因數(shù)過低對(duì)供電系統(tǒng)是很不利的，它使供電設(shè)備(如變壓器、輸電線路等)電能損耗增加，供電電網(wǎng)的電壓損失加大，同時(shí)也降低了供電設(shè)備的供電能力。第五十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五①工廠的功率因數(shù)及其計(jì)算A瞬時(shí)功率因數(shù)功率因數(shù)隨著負(fù)荷性質(zhì)、大小的變化和電壓波動(dòng)而不斷變化著。功率因數(shù)的瞬時(shí)值稱為瞬時(shí)功率因數(shù)，瞬時(shí)功率因數(shù)由功率因數(shù)表直接讀出，也可以用瞬間測(cè)取的有功功率表、電流表、電壓表的讀數(shù)計(jì)算得到。瞬時(shí)功率因數(shù)只是用來了解和分析用電設(shè)備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，以便采取相應(yīng)的補(bǔ)償對(duì)策。第六十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五B平均功率因數(shù)

平均功率因數(shù)是指某一規(guī)定的時(shí)間(如一個(gè)月)內(nèi)功率因數(shù)的平均值，即平均功率因數(shù)是電力部門每月向企業(yè)收取電費(fèi)時(shí)作為調(diào)整收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。第六十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五C最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)依據(jù)最大負(fù)荷Pmax(即計(jì)算負(fù)荷P30)所確定的功率因數(shù)，稱為最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，即

cosφ=P30/S30凡未裝任何補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)稱為自然功率因數(shù)；裝設(shè)人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)稱為補(bǔ)償后功率因數(shù)。第六十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五②無功補(bǔ)償容量的確定我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定：對(duì)于高壓供電的工廠，最大負(fù)荷功率因數(shù)應(yīng)為cosφ≥0.9；而對(duì)于其他工廠，cosφ≥0.85。一般工廠的自然功率因數(shù)往往低于這個(gè)數(shù)值，這是因?yàn)樵诠S中感性負(fù)荷占的比重較大，如大量使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、電焊機(jī)、線路儀表等。如何提高功率因數(shù)幾乎是每一個(gè)工廠都面臨的問題。第六十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五提高功率因數(shù)通常有兩個(gè)途徑：優(yōu)先采用提高自然功率因數(shù)，即提高電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備的負(fù)荷率，或是降低用電設(shè)備消耗的無功功率。但自然功率因數(shù)的提高往往有限，一般還需采用人工補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)。無功補(bǔ)償裝置可選擇同步電動(dòng)機(jī)或并聯(lián)電容器等。第六十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

如圖2.6所示，若有功功率P30不變，加裝無功補(bǔ)償裝置后，無功功率Q30減少到Q30′，視在功率S30也相應(yīng)地減少到S30′，則功率因數(shù)從cosφ提高到cosφ′，此時(shí)Q30-Q30′就是無功功率補(bǔ)償?shù)娜萘縌c，即

Qc=Q30-Q30′=P30(tanφ-tanφ′)或

Qc=P30Δqc

第六十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五③無功補(bǔ)償后工廠計(jì)算負(fù)荷的確定工廠或車間裝設(shè)了無功補(bǔ)償并聯(lián)電容器后，能使裝設(shè)地點(diǎn)前的供電系統(tǒng)減少相應(yīng)的無功損耗。補(bǔ)償后計(jì)算負(fù)荷按以下公式確定：有功計(jì)算負(fù)荷P30′=P30無功計(jì)算負(fù)荷Q30′=Q30-Qc視在計(jì)算負(fù)荷S30′=P′230+Q′230

計(jì)算電流I30′=S30′/(√3UN)第六十六頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五【例2.8】某化工廠變電所有一臺(tái)低損耗變壓器，其低壓側(cè)有功計(jì)算負(fù)荷為1402kW，無功計(jì)算負(fù)荷為978kvar。按規(guī)定工廠(即高壓側(cè))的功率因數(shù)不得低于0.9，問該廠變壓器低壓側(cè)要補(bǔ)償多大的無功容量才能滿足功率因數(shù)的要求?【解】①未補(bǔ)償前低壓側(cè):

S30(2)=√(P230(2)+Q2)=√(14022+9782)=1709(kV·A)

cosφ(2)=P30(2)/S30(2)=1402/1709=0.82②補(bǔ)償后低壓側(cè):P30(2)′=1402（kW）（與補(bǔ)償前相同）第六十七頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五

Q30(2)′=Q30(2)-Qc=978-424=554（kvar）

S30(2)′=√(P′230(2)+Q′230(2)=√(14022+5542)=1507(kV·A)變壓器損耗:

ΔPT≈0.015S30(2)′=0.015×1507=22.6(kW)

ΔQT≈0.06S30(2)′=0.06×1507=90.4(kvar)高壓側(cè):S30(1)′=√[(P30(2)′+ΔPT)2+(Q30(2)′+ΔQT)]=√[(1402+22.6)2+(554+90.4)2]=1563.2(kV·A)工廠功率因數(shù)為:

cosφ(1)=P30(1)S30(1)′=(1402+22.6)/1563.2=0.911＞0.9滿足要求。第六十八頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五（3）全廠計(jì)算負(fù)荷的確定在討論了工廠供電系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)計(jì)算負(fù)荷的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步討論全廠計(jì)算負(fù)荷。確定工廠總計(jì)算負(fù)荷的方法很多，本書只介紹工廠需要系數(shù)法、按年產(chǎn)量和單位產(chǎn)品耗電量計(jì)算法和逐級(jí)計(jì)算法。第六十九頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五①工廠需要系數(shù)法將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘俊芇e(備用容量不計(jì)入)乘以工廠需要系數(shù)Kd就可以得到全廠的計(jì)算負(fù)荷P30，然后根據(jù)工廠的功率因數(shù)cosφ，按式(2.11)求出全廠的無功計(jì)算負(fù)荷Q30、視在計(jì)算負(fù)荷S30和計(jì)算電流I30。第七十頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五②按年產(chǎn)量和單位產(chǎn)品耗電量計(jì)量法將工廠全年生產(chǎn)量A乘以單位產(chǎn)品耗電量α，就可以得到工廠全年耗電量，即

Wα=Aα×103然后再將工廠全年耗電量Wα除以最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax，就可以得到工廠的有功計(jì)算負(fù)荷，即P30=Wα/Tmax而Q30、S30和I30的計(jì)算與上述需要系數(shù)法相同。第七十一頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五③逐級(jí)計(jì)算法

圖2.5為工廠供電系統(tǒng)示意圖。在確定全廠計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)從用電末端逐級(jí)向上推至電源進(jìn)線端，其計(jì)算程序如下:第一步，確定用電設(shè)備的設(shè)備容量(圖中E點(diǎn))。第二步，確定用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷(圖中D點(diǎn))。第三步，確定車間低壓干線(圖中C點(diǎn))或車間變電所低壓母線(圖中B點(diǎn))的計(jì)算負(fù)荷。第七十二頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五第四步，確定車間(或小型工廠)變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷。車間(或小型工廠)變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷應(yīng)等于車間(或小型工廠)變電所低壓進(jìn)線的計(jì)算負(fù)荷再加上變壓器的功率損耗值。第五步，若設(shè)有總降壓變電所，則根據(jù)上述過程確定總降壓變壓器低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷。第六步，確定全廠總計(jì)算負(fù)荷。將總降壓變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷加上總降壓變壓器的功率損耗(或高壓配電所高壓母線上的計(jì)算負(fù)荷)，即可確定全廠總的計(jì)算負(fù)荷，作為向供電部門申請(qǐng)的用電容量。第七十三頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五(4)全廠計(jì)算負(fù)荷確定實(shí)例現(xiàn)在以某廠為例說明全廠計(jì)算負(fù)荷確定的步驟。某廠變電所的雙回路10kV電纜線路給六個(gè)車間及全廠照明供電。用電設(shè)備電壓均為380V，各車間負(fù)荷大部分是二級(jí)負(fù)荷。負(fù)荷情況及計(jì)算負(fù)荷的確定如表2.8（見P35）所示。第七十四頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五其中冷凍車間的計(jì)算負(fù)荷確定如下：

P30(1)=KdPe=0.49×449.7=220.4(kW)

Q30(1)=P30tanφ=220.4×0.8=176.3(kvar)

S30(1)=√(P230+Q230)

=√(220.42+176.32)=282.2(kV·A)

I30=S30/√3U2N=282.2/(√3×0.38)=428.8(A)其余車間計(jì)算過程相同(此處從略)。第七十五頁，共八十六頁，編輯于2023年，星期五考慮到全廠負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)(