關(guān)于變壓器的負荷分析與選擇

電力負荷包括異步電動機、同步電動機、各類電弧爐、整流裝置、電解裝置、制冷制熱設(shè)備、電子儀器和照明設(shè)施等。它們分屬于工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、交通運輸、科學研究和人民生活等方面的各種電力用戶。電力負荷第2頁,共87頁，2024年2月25日，星期天工廠電力負荷對供電的要求

供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，均需依據(jù)正常工作條件、環(huán)境條件及安裝條件進行選擇，部分設(shè)備還需依據(jù)故障情況下的短路電流進行動、熱穩(wěn)定度校驗，同時要求工作安全可靠，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。工廠供電系統(tǒng)的功率損耗及電能損耗需要系數(shù)法、二項式法確定計算負荷單臺和多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算

短路的后果及短路的形式

選擇電氣設(shè)備的一般條件

步驟電氣設(shè)計內(nèi)容的程序、要求和深度

設(shè)備選擇第3頁,共87頁，2024年2月25日，星期天單相設(shè)備等效三相負荷的計算

工廠年電能消耗量的計算方法

按需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法確定計算負荷的方法

工廠計算負荷的確定

熟悉掌握學習目標第4頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備①生產(chǎn)加工機械的拖動設(shè)備；②電焊、電鍍設(shè)備；③電熱設(shè)備；④照明設(shè)備。3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線第5頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1.生產(chǎn)機械的拖動設(shè)備

機床設(shè)備起重運輸設(shè)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(shè)備3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備

3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線第6頁,共87頁，2024年2月25日，星期天電鍍設(shè)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(shè)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(shè)備2．電焊和電鍍設(shè)備

3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備

3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線第7頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3．電熱設(shè)備

電熱設(shè)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(shè)備可達到1。電阻加熱爐電弧爐感應(yīng)爐其它電熱設(shè)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3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備

3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線第8頁,共87頁，2024年2月25日，星期天4．照明設(shè)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(shè)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(shè)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。3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備

3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線第9頁,共87頁，2024年2月25日，星期天5．工廠用電負荷的分類

3.2．1．1工廠常用用電設(shè)備

3.2.1工廠的電力負荷和負荷曲線序

號

車

間

用

電

設(shè)

備

負荷級別

1金屬加工車間價格昂貴、作用重大，稀有的大型數(shù)控機床一級價格貴，作用大，數(shù)量多的數(shù)控機床二級2鑄造車間沖天爐、鼓風機、30t及以上的澆鑄起重機三級3熱處理車間井式爐專用淬火起重機、井式爐油槽抽油泵二級4鍛壓車間鍛造專用起重機、水壓機、高壓水泵、油壓機二級5電鍍車間大型電鍍用整流設(shè)備、自動流水作業(yè)生產(chǎn)線二級6模具成型車間隧道窯鼓風機、卷揚機二級7層壓制品車間壓塑機及供熱鍋爐二級8線纜車間冷卻水泵、鼓風機、潤滑泵、高壓水泵、水壓機、真空泵、液壓泵、收線用電設(shè)備、漆泵電加熱設(shè)備二級9空壓站單臺60m3/min以上空壓機二級有高位油箱的離心式壓縮機、潤滑油泵二級離心式壓縮機潤滑油泵一級表2－1小型機械類工廠中常用重要電力負荷的級別分類第10頁,共87頁，2024年2月25日，星期天負荷調(diào)查與分析負荷即供配電系統(tǒng)所承擔的任務(wù)由于供配電系統(tǒng)面對的是大量的各種各樣的用電設(shè)備，我們關(guān)注于大量用電設(shè)備總體對電能的綜合需求。電力系統(tǒng)普遍采用負荷曲線來記錄負荷量值隨時間的變化。負荷可以指負荷功率也可指負荷電流負荷曲線分別構(gòu)成有功負荷曲線（P）和無功負荷曲線（Q）。常用的是有功負荷曲線。每類負荷曲線按時間坐標長短的不同，分有日負荷曲線、年負荷曲線等…

負荷曲線是表示電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，反映了電力用戶用電的特點和規(guī)律。在負荷曲線中通常用縱坐標表示負荷大小，橫坐標表示對應(yīng)負荷變動的時間。電力負荷不等于設(shè)備的額定功率，而是設(shè)備的實際消耗功率；負荷曲線是有規(guī)律的；第11頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

負荷曲線對變電所、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的運行有重要意義。它是變電所負荷控制，發(fā)電廠安排日發(fā)電計劃，確定電力系統(tǒng)運行方式和主變壓器、發(fā)電機組等設(shè)備檢修計劃以及制變電所、發(fā)電廠擴建新建規(guī)劃的依據(jù)。負荷調(diào)查與分析即時負荷曲線年負荷曲線調(diào)查本宿舍內(nèi)負荷變化繪制負荷曲線分析負荷曲線可以了解負荷變動的規(guī)律，對供電設(shè)計人員來說，可從中獲得一些對設(shè)計有用的資料；對運行來說，可合理地、有計劃地安排用戶、車間、班次或大容量設(shè)備的用電時間，降低負荷高峰，填補負荷低谷，這種“削峰填谷”的辦法可使負荷曲線比較平坦，從而達到節(jié)電效果。

第12頁,共87頁，2024年2月25日，星期天負荷曲線時間間隔取的愈短，曲線愈能反映負荷的實際變化情況。日負荷曲線與橫坐標所包圍的面積代表全日消耗的電能

1.負荷曲線的類型與繪制方法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)，逐點繪制成如右圖所示折線形狀的折線形負荷曲線。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，把這些點連成如右圖所示階梯狀的階梯形負荷曲線。

第13頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

年負荷持續(xù)時間曲線，反映了全年負荷變動與對應(yīng)的負荷持續(xù)時間（全年按8760h計）的關(guān)系。年每日最大負荷曲線，反映了全年當中不同時段的電能消耗水平，是按全年每日的最大半小時平均負荷來繪制的。第14頁,共87頁，2024年2月25日，星期天負荷曲線的指標體系負荷調(diào)查不關(guān)心每一時刻的負荷量值，而是對負荷的某些特征值感興趣。最大（?。┴摵伞１砻髁素摵傻臉O值也表明了負荷波動的范圍。平均負荷。日平均負荷和年平均負荷。最大峰谷差。峰谷值時間表。第15頁,共87頁，2024年2月25日，星期天平均負荷和負荷系數(shù)平均負荷是指電力負荷在一定時間內(nèi)消耗功率的平均值。如在t時間內(nèi)消耗的電能為Wt，則t時間的平均負荷為：

利用年負荷曲線求年平均負荷如右上圖所示。圖中剖面線部分為年負荷曲線所包圍的面積，也就是全年電能的消耗量。另外再作一條虛線與兩坐標軸所包圍的面積與剖面線部分的面積相等，則圖中就是年平均負荷。年平均負荷與最大負荷的比值稱為負荷率為：

負荷曲線的指標體系第16頁,共87頁，2024年2月25日，星期天①年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù)指全年中負荷最大的工作班內(nèi)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

。假設(shè)企業(yè)總是按年最大負荷持續(xù)工作，經(jīng)過了時間所消耗的電能，恰好等于企業(yè)全年實際所消耗的電能，即右圖中虛線與兩坐標軸所包圍的面積等于剖面線部分的面積。則這個假想時間就稱為年最大負荷利用小時數(shù)。由此可得出

年最大負荷利用小時數(shù)與工廠類型及生產(chǎn)班制有較大關(guān)系，其數(shù)值可查閱有關(guān)參考資料或到相同類型的廠礦企業(yè)去調(diào)查收集。負荷曲線的指標體系第17頁,共87頁，2024年2月25日，星期天可以用來反映設(shè)備利用率。電力設(shè)備容量是按照最大負荷配置的，若實際運行負荷一直持續(xù)為最大負荷，則設(shè)備容量在所有時間都被充分利用。若將實際的t和8760h作比較，就可以得出設(shè)備利用率的準確數(shù)據(jù)。典型值的范圍很大，大致為1500-7000h，工業(yè)用戶大于民用用戶，生產(chǎn)不間斷的工業(yè)用戶有大于生產(chǎn)過程簡短的工業(yè)用戶一般地，一班制工廠Tmax1800～3000h；兩班制工廠Tmax≈3500～4800h；三班制工廠Tmax≈5000～7000h。第18頁,共87頁，2024年2月25日，星期天某些企業(yè)的年最大負荷利用小時數(shù)第19頁,共87頁，2024年2月25日，星期天三相用電設(shè)備組計算負荷的確定概述

1.計算負荷的概念供配電系統(tǒng)運行時的實際負荷并不等于所有用電設(shè)備額定功率之和。這是因為用電設(shè)備不可能全部同時運行，每臺設(shè)備也不可能全部滿負荷運行，各種用電設(shè)備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，供配電系統(tǒng)在設(shè)計過程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負荷。通過負荷的統(tǒng)計計算求出的用來按發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)各元件的負荷值，稱為計算負荷。第20頁,共87頁，2024年2月25日，星期天在設(shè)計計算中取“半小時最大負荷”作為計算負荷。因為中小截面(35mm2以下)的導(dǎo)線的發(fā)熱時間常數(shù)T一般在10min以上，導(dǎo)體達到穩(wěn)定溫升的時間約為(3～4)T，即對于多數(shù)導(dǎo)體發(fā)熱并達到穩(wěn)定溫升的時間約為30min，所以只有持續(xù)30min以上的平均最大負荷值才有可能構(gòu)成導(dǎo)體的最高溫升。持續(xù)時間很短的尖峰電流雖然負荷值大，但不能使導(dǎo)體達到最高溫升，因為導(dǎo)體的溫升還未升高到相應(yīng)負荷的溫升，尖峰電流就已消失了。因此，計算負荷與穩(wěn)定在半小時以上的最大負荷是基本相當?shù)?。通常用P30、Q30、S30、I30分別表示有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷、計算電流。計算負荷第21頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

2.負荷計算的目的供配電系統(tǒng)要能安全可靠地正常運行，系統(tǒng)中的各元件(如電力變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線及電纜)都必須選擇合適，除了應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的是應(yīng)滿足負荷電流的要求。因此負荷計算的目的就在于正確地確定負荷值，為設(shè)計供配電系統(tǒng)提供可靠的依據(jù)，并作為合理選擇供配電系統(tǒng)所有組成元件的重要依據(jù)。計算負荷第22頁,共87頁，2024年2月25日，星期天如果計算負荷偏小，將使導(dǎo)線、開關(guān)設(shè)備和變壓器在運行時電能損耗增加，并產(chǎn)生過熱，引起電氣設(shè)備絕緣老化，過早損壞，從而破壞正常生產(chǎn)的條件；反之，計算負荷偏大，將增加各種供電元件的容量，增加有色金屬消耗量，增大基建投資，使大量設(shè)備不能充分發(fā)揮其作用，給國家造成很大的浪費。負荷計算準確可使設(shè)計工作建立在可靠的基礎(chǔ)資料之上，得出的工程設(shè)計方案也會經(jīng)濟合理。所以，電力負荷計算是供電設(shè)計中的一項重要工作。目前，普遍采用的確定用電設(shè)備組計算負荷的方法有需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。計算負荷第23頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.2工廠的電力負荷和負荷曲線

3.2.1工廠用電設(shè)備的工作制連續(xù)運行工作制設(shè)備短時工作制設(shè)備斷續(xù)周期工作制設(shè)備能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，運行時負荷比較穩(wěn)定。如：照明設(shè)備、電動扶梯、空調(diào)風機、電爐等。這類設(shè)備的工作時間較短，停歇時間較長。如：金屬切削用的輔助機械(龍門刨橫梁升降電動機、刀架快速移動裝置)、水閘用電動機等。這類設(shè)備的工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復(fù)，且工作時間與停歇時間有一定比例。如起重機、電焊機、電梯等。第24頁,共87頁，2024年2月25日，星期天連續(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，負荷比較穩(wěn)定。如通風機水泵、空氣壓縮機、皮帶輸送機、破碎機、球磨機、攪拌機、電機車等機械的拖動電動機，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。

3.2.1用電設(shè)備的工作制第25頁,共87頁，2024年2月25日，星期天短時運行工作制（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)備的溫升尚未達到該負荷下的穩(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。如機床上的某些輔助電動機（如橫梁升降、刀架快速移動裝置的拖動電動機）及水閘用電動機等設(shè)備。這類設(shè)備的數(shù)量不多。

3.2.1用電設(shè)備的工作制第26頁,共87頁，2024年2月25日，星期天斷續(xù)運行工作制（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，達到一個穩(wěn)定的波動狀態(tài)。如電焊機和吊車電動機等。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。3.2.1用電設(shè)備的工作制第27頁,共87頁，2024年2月25日，星期天在每臺用電設(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。

3.2.1用電設(shè)備的工作制第28頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（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吊車機組用電動機（包括電葫蘆、起重機、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)進行換算，公式為:②電焊機及電焊變壓器的設(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)進行換算，公式為:3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第29頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（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·cos

Ｎ

3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第30頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（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）。3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第31頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（5）不對稱單相負荷的設(shè)備容量當有多臺單相用電設(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)按三倍最大相負荷的原則進行換算。3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第32頁,共87頁，2024年2月25日，星期天設(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。3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第33頁,共87頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)：周期短時工作的設(shè)備功率計算：需要將設(shè)備額定暫載率下的額定功率換算成標準暫載率下的設(shè)備功率。設(shè)備容量不是設(shè)備的計算負荷，實際上是換算到一定標準工作制下的額定負荷。實際中求解計算負荷的思路：3.2.2用電設(shè)備額定容量的計算第34頁,共87頁，2024年2月25日，星期天需要系數(shù)法二項式系數(shù)法需要系數(shù)是按照車間以上的負荷情況來確定的，適用于變、配電所的負荷計算。二項式系數(shù)法考慮了用電設(shè)備中幾臺功率較大的設(shè)備，工作時對負荷影響的附加功率，適用于低壓配電支干線和配電箱的負荷計算。負荷計算方法3.3負荷計算的方法第35頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.3.1按需要系數(shù)法確定計算負荷

設(shè)某組設(shè)備有幾臺電動機，其額定總?cè)萘繛镻N，由于該組電動機實際上不一定都同時運行，而且運行的電動機也不可能都滿負荷，同時設(shè)備本身及配電線路也有功率損耗，因此這組電動機的有功計算負荷應(yīng)為

1.需要系數(shù)的含義

上式中，ηN是指用電設(shè)備的輸出與輸入容量之間具有的平均效率；因用電設(shè)備不一定滿負荷運行，因此引入負荷系數(shù)KL；用電設(shè)備本身及配電線路有功率損耗，所以引入一個線路平均效率ηWL；用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時運行，故引入一個同時系數(shù)K∑。用電設(shè)備的需要系數(shù)：第36頁,共87頁，2024年2月25日，星期天需要系數(shù)考慮了以下的主要因素：K

——同時使用系數(shù)，為在最大負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——負荷系數(shù)，用電設(shè)備不一定滿負荷運行，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。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,見附錄表3~5。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。第37頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有功計算負荷為2.三相用電設(shè)備計算負荷的基本公式無功計算負荷為視在計算負荷為計算電流第40頁,共87頁，2024年2月25日，星期天①

單組用電設(shè)備組的計算負荷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(shè)備容量為120kW。試求其計算負荷。

解例查表6-1中的“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項，可得Kd=0.16~0.2（取0.18計算），cosφ=0.5，tgφ=1.73，于是

第41頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②

多組用電設(shè)備組的計算負荷

在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不會同時出現(xiàn)的因素，計入一個同時系數(shù)KΣ，其中有功同時系數(shù)為KΣP，無功同時系數(shù)為KΣQ，應(yīng)用范圍KΣP

確定車間變電所低壓線路最大負荷

冷加工車間熱加工車間動力站

0.7~0.80.7~0.90.8~1.0確定配電所母線的最大負荷

負荷小于5000kW

計算負荷小于5000~10000kW

計算負荷大于10000kW

0.9~1.00.850.8第42頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②

多組用電設(shè)備組的計算負荷某機修車間的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1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。試求計算負荷（設(shè)同時系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9）。

解例以車間為范圍，將工作性質(zhì)、需要系數(shù)相近的用電設(shè)備合為一組，共分成以下3組。先求出各用電設(shè)備組的計算負荷。①冷加工電動機組。查表6-1可得：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，因此第43頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②通風機組。查表6-1可得：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75因此③只有一臺電阻爐，所以計算負荷等于電阻爐的容量，即：以車間為范圍，已知同時系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9，則車間計算總有功計算負荷為總無功計算負荷為總視在計算負荷為總的計算電流為用此電流即可選擇這條380V導(dǎo)線的截面及型號。第44頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.2.3按二項式法確定計算負荷應(yīng)用場合在計算設(shè)備臺數(shù)不多，而且各臺設(shè)備容量相差較大的車間干線和配電箱的計算負荷時宜采用二項式系數(shù)法。基本公式

式中b、c為二項式系數(shù)，根據(jù)設(shè)備名稱、類型、臺數(shù)查表6-1選取。

指用電設(shè)備中x臺容量最大的設(shè)備容量之和。用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?/p>

當用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù)n＜2x時，則最大容量設(shè)備臺數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當只有一臺設(shè)備時，可認為Pc=Pe；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。Q30，S30，I30的計算公式與需要系數(shù)法的相同。第45頁,共87頁，2024年2月25日，星期天對1~2臺用電設(shè)備對用電設(shè)備組有功計算負荷的求取直接應(yīng)用式（6.17），其余的計算負荷與需要系數(shù)法相同。對多組用電設(shè)備要考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負荷，再加上各組平均負荷，求出設(shè)備組的總計算負荷。

總的有功計算負荷為：總的無功計算負荷為：

第46頁,共87頁，2024年2月25日，星期天某機修車間的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1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。用二項式法求計算負荷（設(shè)同時系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9）。

解例①金屬切削機床電動機組查表6-1，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)=10.08kW②通風機組查表6-1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，則

(bPe)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW③電阻爐

(bPe)3=2kW(cPx)3=0第47頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負荷(cPx)1最大，故總計算負荷為：

與用需要系數(shù)法的計算結(jié)果相比較，按二項式法計算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果大得多。可見，二項式法更適用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負荷計算。

第48頁,共87頁，2024年2月25日，星期天單相用電設(shè)備等效三相計算負荷的確定★現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三相兩大類。單相：單相電動機、電熱設(shè)備、電焊機和各種形式的家用電器設(shè)備。三相：電動機為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空調(diào)機、電梯等?！锕╇娦问綖槿喙╇娤到y(tǒng)時，根據(jù)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條款的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個單相中。然后才能進行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負荷計算。第49頁,共87頁，2024年2月25日，星期天單相用電設(shè)備組確定計算負荷的原則★按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功率的比例來制定。

◆如果單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，則不論單相設(shè)備如何連接，均可作為三相平衡負荷對待。

◆單相設(shè)備接于相電壓時，在盡量使三相負荷均衡分配后，取最大負荷相所接的單相設(shè)備容量乘以3，便可求得其等效三相設(shè)備容量?！魡蜗嘣O(shè)備接于線電壓時，其等效三相設(shè)備容量Pe

單臺設(shè)備時

2~3臺設(shè)備時

單相設(shè)備的設(shè)備容量

最大負荷單相設(shè)備的設(shè)備容量第50頁,共87頁，2024年2月25日，星期天單相用電設(shè)備組確定計算負荷的原則◆單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時，首先應(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，然后分相計算各相的設(shè)備容量和計算負荷。而總的等效三相有功計算負荷就是最大有功負荷相的有功計算負荷的3倍。總的等效三相無功計算負荷就是最大無功負荷相的無功計算負荷的3倍。特別注意的是：最大相的有功計算負荷和最大相的無功計算負荷不一定在同一相上。第51頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.2.4工廠電氣照明負荷的確定

工廠電氣照明負荷也是電力負荷的一部分。良好的照明環(huán)境是保證工廠安全生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善職工勞動環(huán)境、保障職工身體健康的重要方面。

工廠的電氣照明設(shè)計，一般應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的性質(zhì)、廠房自然條件等因素選擇合適的光源和燈具，進行合理的布置，使工作場所的照明度達到規(guī)定的要求。第52頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1.照明容量的確定①白熾燈、碘鎢燈等不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備，容量通常指燈頭的額定功率，即：Pe=PN②熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈需用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備，其容量包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，所以一般略高于燈頭的額定功率，即：Pe=1.1PN③照明設(shè)備的額定容量還可按建筑物的單位面積容量法估算，即：Pe=ωS/1000其中ω—建筑物單位面積的照明容量，單位為W/m2；

S—建筑物面積，單位是m2第53頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2.照明計算負荷的確定

照明設(shè)備通常都是單相負荷，在設(shè)計安裝時應(yīng)將它們均勻地分配到三相上，力求減少三相負荷不平衡狀況。負荷計算公式應(yīng)用需要系數(shù)法。表3-2照明設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)光源類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ白熾燈熒光燈高壓汞燈高壓納燈金屬鹵化物燈生產(chǎn)車間辦公室0.8~110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61變配電所、倉庫0.5~0.710.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61生活區(qū)宿舍0.6~0.810.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61室外110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61第54頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.2.5全廠計算負荷的確定1．用需要系數(shù)法計算全廠計算負荷在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘縋e的條件下，乘以一個工廠的需要系數(shù)Kd即可求得全廠的有功計算負荷，即：P30=KdPe

，其中Kd是全廠需要系數(shù)值。

表3-3全廠負荷的需要系數(shù)及功率因數(shù)工廠類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ工廠類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ汽輪機制造廠0.380.88石油機械制造廠0.450.78鍋爐制造廠0.270.73電線電纜制造廠0.350.73柴油機制造廠0.320.74開關(guān)電器制造廠0.350.75重型機床制廠0.320.71橡膠廠0.50.72儀器儀表制造廠0.370.81通用機械廠0.40.72電機制造廠0.330.81第55頁,共87頁，2024年2月25日，星期天已知某開關(guān)電器制造廠用電設(shè)備總?cè)萘繛?500kW，試估算該廠的計算負荷。

解例查表6-3取Kd為0.35，cosφ=0.75，則tanφ=0.882，得

P30=KdPe=0.35×4500=1575kW

Q30=P30tanφ=1575×0.882≈1386kvar

第56頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2．用逐級推算法計算全廠的計算負荷從負荷端開始，逐級上推到電源進線端。用電設(shè)備組車間低壓變壓器出線車間低壓變壓器高壓側(cè)工廠變壓器出線工廠輸電進線端第57頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2．用逐級推算法計算全廠的計算負荷P305是圖示所有出線上的計算負荷P306等之和，再乘上同時系數(shù)KΣ；由于P304要考慮線路WL2的損耗，因此P304=P305+ΔPWL2；P303由P304等幾條高壓配電線路上計算負荷之和乘以一個同時系數(shù)KΣ而得；P302還要考慮變壓器的損耗，因此P302=P303+ΔPWL1

+ΔPT；P301由

P302等幾條高壓配電線路上計算負荷之和乘以一個同時系數(shù)KΣ而得。對中小型工廠來說，廠內(nèi)高低壓配電線路一般不長，其功率損耗可略去不計。

第58頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2．用逐級推算法計算全廠的計算負荷電力變壓器的功率損耗，在一般的負荷計算中，可采用簡化公式來近似計算，如：有功功率損耗：無功功率損耗：式中S30為變壓器二次側(cè)的視在計算負荷，它是選擇變壓器的基本依據(jù)。第59頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3．按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計算負荷

已知全廠的年產(chǎn)量A或年產(chǎn)值B，就可根據(jù)全廠的單位產(chǎn)量耗電量a或單位產(chǎn)值耗電量b，求出全廠的全年耗電量

Wa=Aa=Bb

求出全年耗電量后，即可根據(jù)下式求出全廠的有功計算負荷為式中的Tmax是工廠的年最大負荷利用小時。第60頁,共87頁，2024年2月25日，星期天你能回答嗎？確定計算負荷的需要系數(shù)法和二項式法各有什么特點？各適用哪些場合？

問題與思考什么叫計算負荷？為什么計算負荷通常采用半小時最大負荷？正確確定計算負荷有何意義？

如何將單相負荷簡便地換算為三相負荷？

需要系數(shù)的含義是什么？

第61頁,共87頁，2024年2月25日，星期天練習與計算5．已知線電壓為380V的三相供電線路供電給35臺小批量生產(chǎn)的冷加工機床電動機，總?cè)萘繛?5kW，其中較大容量的電動機有7.5kW1臺，4kW3臺，3kW12臺。試分別用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法確定其計算負荷。6．有一個機修車間，有冷加工機床30臺，設(shè)備總?cè)萘繛?50kW，電焊機5臺，共15.5kW，利用率只有65%，通風機4臺，共4.8kW，車間采用380/220V線路供電，試確定該車間的計算負荷。第62頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.3

工廠供電系統(tǒng)的電能損耗及無功補償

在考慮變配電系統(tǒng)總計算負荷時，除了用電負荷所消耗的電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，這是因為供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當有電流通過時，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大的設(shè)備是變壓器和輸電線路。這部分功率損耗也是由變配電系統(tǒng)提供的。因此，要計入其計算負荷中。3.3.1線路的電能損耗線路上全年的電能損耗用ΔW表示，其計算公式為：

式中電流是通過線路的計算電流；RWL是線路每相的電阻值；τ是一個假想的時間，與Tmax和cosφ有關(guān)。第63頁,共87頁，2024年2月25日，星期天τ的物理含義：當線路或變壓器中以最大計算電流流過τ小時后所產(chǎn)生的電能損耗，恰與全年流過實際變化的電流時所產(chǎn)生的電能損耗相等。

τ與Tmax之間的關(guān)系如左圖示。τ與Tmax的關(guān)系可用公式表達為：

當cosφ=1，且線路電壓不變時，全年的電能損耗為：第64頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.3.2變壓器的電能損耗變壓器的電能損耗包括兩個部分：一是由鐵損引起的電能損耗：

上式表明：只要外施電壓和頻率不變，鐵損所引起的電能損耗也固定不變，且近似于空載損耗ΔP0。

二是由銅損引起的電能損耗：

由式可知，由變壓器銅損引起的電能損耗，與變壓器負荷率β的平方成正比，且近似于短路損耗ΔPk。

因此，變壓器全年的電能損耗為：第65頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.3.3工廠的功率因數(shù)和無功補償1.工廠的功率因數(shù)①瞬時功率因數(shù)

瞬時功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：②平均功率因數(shù)平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計算：式中WP是某一時間內(nèi)消耗的有功電能；Wq是某一時間內(nèi)消耗的無功電能。我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費，規(guī)定要按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。第66頁,共87頁，2024年2月25日，星期天③最大負荷時的功率因數(shù)最大負荷時功率因數(shù)指在年最大負荷時的功率因數(shù)。可按下式計算：2.功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響一般交流供電線路中，大多數(shù)為電感性負載，致使功率因數(shù)偏低。當有功功率為一定值時，cos

愈小（

角愈大），其視在功率就愈大，因而供電線路中的電流大，線路的損失（電壓和有效功率損耗）隨之增大，不經(jīng)濟。供電設(shè)備（電源）的供電能力（容量）是用視在功率S來表示的。當供電設(shè)備的容量一定時，如果用戶負載的功率因數(shù)過低，其無功功率就會過大，致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少，于是降低了供電設(shè)備的供電能力。第67頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2.功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響

當用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。發(fā)電機發(fā)出的功率是有限的，當無功功率增加時，有功功率下降，發(fā)電機的效率降低。國家標準GB/T3485-1998《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)在負荷側(cè)合理裝置集中與就地無功補償設(shè)備”。為鼓勵提高功率因數(shù)，供電部門規(guī)定，凡功率因數(shù)低于規(guī)定值時，將予以罰款，相反，功率因數(shù)高于規(guī)定值時，將得到獎勵，即采用“高獎低罰”的原則。

第68頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3.電力電容器變電所內(nèi)的并聯(lián)電力電容器組第69頁,共87頁，2024年2月25日，星期天①

電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用由于電力系統(tǒng)中許多設(shè)備不僅要消耗有功功率，設(shè)備本身的電感損失也要消耗無功功率，使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。如果把能“發(fā)出”無功電力的電力電容器并接在負荷或供電設(shè)備上運行，那么，負荷或供電設(shè)備要“吸收”的無功電力正好由電容器“發(fā)出”的無功電力供給，從而起到無功補償作用，這就是電力電容器在電力系統(tǒng)中的主要作用。在電力線路兩端并聯(lián)上移相電容器，線路上就可避免無功電力的輸送，以達到減少線路能量損耗、減小線路電壓降，提高系統(tǒng)有功出力的效益，因此，移相電容器是提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一種重要的電力設(shè)備。第70頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②

電力電容器部分型號表示表6-4電力電容器部分型號表示第一位字母含義第二位字母含義第三位字母含義B標準D充氮單相F復(fù)合介質(zhì)Y移相用W戶外式C串聯(lián)用Y油浸S水冷J均壓T可調(diào)O耦合L氯化聯(lián)苯浸漬C沖擊放電L濾波用B薄膜M脈沖用D一般接地F防護用R電容式R電熱第71頁,共87頁，2024年2月25日，星期天4.

調(diào)相機①調(diào)相機在電力系統(tǒng)中的作用

大量的異步電動機和變壓器需汲取大量的無功功率以供其勵磁之用，造成電網(wǎng)功率因數(shù)降低，致使發(fā)電機和輸配電設(shè)備的作用不能充分發(fā)揮，線路損耗和電壓損失增大，輸電質(zhì)量變壞，甚至影響輸電的穩(wěn)定性。為此，在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)一些同步調(diào)相機，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。根據(jù)電網(wǎng)負載情況的不同，適當調(diào)節(jié)調(diào)相機的勵磁電流，可改變調(diào)相機汲取的無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1。此外,在長距離輸電線路中，線路電壓降隨負載情況的不同而發(fā)生變化，如果在輸電線的受電端裝一臺調(diào)相機，在電網(wǎng)負載加重時，讓其過勵運行，減少輸電線中滯后的無功電流分量，從而可減少線路壓降；在輸電線輕載的情況下，讓其欠勵運行，吸收滯后的無功電流，可防止電網(wǎng)電壓上升，從而維持電網(wǎng)的電壓在一定的水平上。同步調(diào)相機還有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。第72頁,共87頁，2024年2月25日，星期天②調(diào)相機與電容器的比較a.靜電電容器的最大優(yōu)點是損耗小、效率高，損耗約占本身容量的0.3%～0.5%，調(diào)相機的有功功率損耗為額定容量的1.5%～5.5%。b.電容器設(shè)備費與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機則不然，當容量較大時，其單位造價比較低，而容量減小時，單位造價偏高。c.補償方式上，調(diào)相機只能在負荷中心使用，靜電電容器既可以集中使用，又可以分散使用。d.調(diào)相機最大優(yōu)點是裝設(shè)勵磁裝置，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā)出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當網(wǎng)絡(luò)電壓降低時輸出功率急劇下降，。e.調(diào)相機裝有自動勵磁裝置，在故障時能保持電力系統(tǒng)的電壓，從而達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。f.調(diào)相機維護工作量大，電容器維護量小。第73頁,共87頁，2024年2月25日，星期天③調(diào)相機與電容器的比較a.靜電電容器的最大優(yōu)點是損耗小、效率高，損耗約占本身容量的0.3%～0.5%，調(diào)相機的有功功率損耗為額定容量的1.5%～5.5%。b.電容器設(shè)備費與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機則不然，當容量較大時，其單位造價比較低，而容量減小時，單位造價偏高。c.補償方式上，調(diào)相機只能在負荷中心使用，靜電電容器既可以集中使用，又可以分散使用。d.調(diào)相機最大優(yōu)點是裝設(shè)勵磁裝置，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā)出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當網(wǎng)絡(luò)電壓降低時輸出功率急劇下降，。e.調(diào)相機裝有自動勵磁裝置，在故障時能保持電力系統(tǒng)的電壓，從而達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。f.調(diào)相機維護工作量大，電容器維護量小。第74頁,共87頁，2024年2月25日，星期天5.

無功功率的補償①提高自然功率因數(shù)a.合理選擇電動機的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。b.對實際負載不超過額定容量40％的電動機，應(yīng)更換為小容量的電動機。c.合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)方式，限制感應(yīng)電動機空載運轉(zhuǎn)。

d.正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負載率（一般為75％～80％比較合適）。對于負載率低于30％變壓器，應(yīng)予以更換。e.對于負荷率在0.6～0.9的繞線式電動機，必要時可以使其同步化，這時電動機可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。第75頁,共87頁，2024年2月25日，星期天5.

無功功率的補償②

人工補償法a.使用同步電動機在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.8～0.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。此補償方法因同步機構(gòu)造復(fù)雜，價格較貴，維護麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。b.利用同步調(diào)相機作為無功功率電源，用來補償所需要的無功功率。同步調(diào)相機是軸上不帶機械負載的同步電動機。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少使用。

c.采用靜電電容器補償。當將電容器C