1、工廠的電力負荷及其計算第1頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第一節工廠的電力負荷與負荷曲線第二節 三相用電設備組計算負荷的確定第2頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算第一節工廠的電力負荷與負荷曲線一、工廠電力負荷的分級及其對供電電源的要求(一)工廠電力負荷的分級 工廠的電力負荷，按供配電系統設計規范規定，分為三級：一、符合下列情況之一時，應為一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡時。中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時。例如：重大設備損壞、重大產品報廢、用重要原料生產的產品大量報廢、國民經濟中重點企業的連續生產過程被打亂需

2、要長時間才能恢復等。中斷供電將影響有重大政治、經濟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、大型體育場館、經常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。 在一級負荷中，當中斷供電將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算二、符合下列情況之一時，應為二級負荷：中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失時。例如：主要設備損壞、大量產品報廢、連續生產過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業大量減產等。中斷供電將影

3、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荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。三、不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。第4頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算(二)各級電力負荷對供電電源的要求（1）一級負荷的供電電源應符合下列規定：a、一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。b、一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源，并嚴禁將其它負荷接入應急供電系統。 下列電源可作為應急電源：1、獨立于正常電源的發電機組。

4、2、供電網絡中獨立于正常電源的專用的饋電線路。3、蓄電池。4、干電池。 第5頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算根據允許中斷供電的時間可分別選擇下列應急電源：1、允許中斷供電時間為15s以上的供電，可選用快速自啟動的發電機組。2、自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路。3、允許中斷供電時間為毫秒級的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置、蓄電池機械貯能電機型不間斷供電裝置或柴油機不間斷供電裝置。 應急電源的工作時間，應按生產技術上要求的停車時間考慮。當與自動啟動的發電機組配合使用時，不

5、宜少于10min。 第6頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算（2）二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區供電條件困難時，二級負荷可由一回6KV及以上專用的架空線路或電纜供電。當采用架空線時，可為一回架空線供電；當采用電纜線路時，應采用兩根電纜組成的線路供電，其每根電纜應能承受100%的二級負荷。（3） 三級負荷對供電電源的要求 由于三級負荷為不重要的一般負荷，因此它對供電電源無特殊要求。 第7頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算 二、工廠用電設備的工作制(負荷分類） 工廠的用

6、電設備，按其工作制(duty-type)分以下三類： (1)連續工作制：這類工作制的設備運行時間長，停歇時間短。如通風機、水泵、空氣壓縮機、電機發電機組、電爐和照明燈等。機床電動機的負荷，一般變動較大，但其主電動機一般也是連續運行的。 (2)短時工作制： 這類工作制的設備停歇時間長，運行時間很短如機床上的某些輔助電動機(例如進給電動機)、控制閘門的電動機等。（負荷統計時不計入）第8頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算(3)斷續周期工作制) ：這類工作制的設備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復運行，好像有固定周期一樣，而工作周期一般不超過10

7、min。此設備有兩種：電焊用變壓器和吊車、行車用電動機。 斷續周期工作制的設備，可用“負荷持續率”(又稱暫載率)來表示其工作特征。負荷持續率為一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值，用 表示，即第9頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第10頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三 吊車機組用電動機（包括電葫蘆、起重機、行車等 ）的設備容量統一換算到=25%時的額定功率（kW），若其N不等于25%時應進行換算，公式為: 電焊機及電焊變壓器的設備容量統一換算到100%時的額定功率（kW）。若其銘牌暫載率N不等于100%時，應進行換算，公式為:第11頁，共

8、36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算三、負荷曲線的概念負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，它繪在直角坐標紙上，縱坐標表示負荷(有功功率或無功功率)，橫坐標表示對應的時間(一般以小時為單位)。 負荷曲線按負荷對象分，有工廠的、車間的或某類設備的負荷曲線。按負荷性質分，有有功和無功負荷曲線。按所表示的負荷變動時間分，有年的、月的、日的或工作班的負荷曲線。 第12頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三圖2-1是一班制工廠的日有功負荷曲線，其中圖2-1a是依點連成的負荷曲線，圖2-1b是繪成梯形的負荷曲線。為便于計算，負荷曲

9、線多繪成梯形，橫坐標一般按半小時分格，以便確定“半小時最大負荷”。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算年負荷曲線1、負荷持續時間曲線，按負荷大小依次排列，如圖2-2c所示，全年按8760h計。 上述年負荷曲線，根據其一年中具有代表性的夏日負荷曲線(圖2-2a)和冬日負荷曲線(圖2-2b)來繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數，應視當地的地理位置和氣溫情況而定。例如在我國北方，可近似地認為夏日165天，冬日200天；而在我國南方，則可近似地認為夏日200天，冬日165天。假設繪制南方某廠的年負荷曲線(圖2-2c)，其中P1在年負荷曲線上所

10、占的時間T1=200(t1+t1)，P2在年負荷曲線上所占的時間T2=200t2+165t2，其余類推。第14頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算 第15頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算四、與負荷曲線和負荷計算有關的物理量1、年最大負荷和最大負荷利用小時數 年最大負荷是指全年中最大工作班內半小時（30分鐘）平均功率的最大值，并用符號Pm、Qm和Sm分別表示年有功、無功和視在最大負荷。 半小時（30分鐘）平均最大功率P30 所謂最大工作班，是指一年中最大負荷的工作班次，最大負荷最少出現23

11、次的最大負荷，而不是偶然出現的某一個工作班。 年最大負荷利用小時數Tm，是一個假想時間。其物理意義是，如果用戶以年最大負荷(如Pm)持續運行Tmh，則所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能。如圖2-3(c)所示，年持續負荷曲線與兩軸所包絡的面積，等于Pm與Tm的乘積(即面積I等于面積)，所以Tm可表達為： 年最大負荷利用小時是反映電力負荷特征的一個重要參數，與工廠的生產班制有明顯的關系。例如一班制工廠，Tmax18003000h；兩班制工廠，Tmax35004800h；三班制工廠，Tmax50007000h。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷

12、及其計算2、平均負荷和負荷系數 (1) 平均負荷是指電力用戶在一段時間內消耗功率的平均值，記作Pav，Qav，Sav如圖所示為平均有功負荷，其值為用戶在由0到t時間內所消耗的電能Wt(kWh)除以時間t，即： (2) 負荷系數又稱負荷率，它是用電負荷的平均負荷Pav與其最大負荷Pm的比值. 對負荷曲線來說，負荷系數亦稱負荷曲線填充系數，它表征負荷曲線不平坦的程度，即表征負荷起伏變動的程度。從充分發揮供電設備的能力、提高供電效率來說，希望此系數越高越趨近于1越好。從發揮整個電力系統的效能來說，應盡量使不平坦的負荷曲線“削峰填谷”，提高負荷系數。 負荷系數通常以百分值表示。負荷系數(負荷率)的符號

13、有功負荷率用、無功負荷率用表示，即：第17頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算第二節 三相用電設備組計算負荷的確定一、概述 求計算負荷，也稱需用負荷。目的是為了合理的選擇供配電系統各級電壓供電網絡、主接線、變壓器容量和電器設備型號等。 如何選？用按發熱條件選擇供電系統中各元件的負荷值。 根據計算負荷選擇的電氣設備和導線電纜，如果以計算負荷連續運行，其發熱溫度不會超過允許值。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算一般選P30作為Pm，作為計算負荷使用。原因（1）選擇設備時要考慮到最嚴重的情

14、況下也能正常運行。（2）由于導體通過電流達到穩定溫升的時間大約需(34)，為發熱時間常數。截面在16mm2及以上的導體，其r10min，因此載流導體大約經30min(半小時)后可達到穩定溫升值。由此可見，計算負荷實際上與從負荷曲線上查得的半小時最大負荷P30(亦即年最大負荷Pmax)是基本相當的。所以計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷。 求計算負荷意義重大，估算過高，導致有色金屬的浪費和工程投資的增加。反之，如估算過低，又會使供電系統的線路及電氣設備由于承擔不了實際負荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供配電系統的正常可靠運行。第19頁，共36頁，2022年，

15、5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算二、按需要系數法確定計算負荷(一)基本公式 在供配電系統設計和運行中，常使用需用系數 Kd，其與Pm、Pe的關系為：需用系數是一個綜合系數，Kd只能靠測量統計確定。上述各種因素可供設計人員在變動的系數范圍內選用時參考。 表為某些需用系數及功率因數。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算1、需要系數法確定三相用電設備組有功計算負荷的基本公式為： P30=KdPe后續公式：例題：第21頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算(二)設備

16、容量的計算 需要系數法基本公式P30=KdPe中的設備容量Pe，不含備用設備的容量，而且要注意，此容量的計算與用電設備組的工作制有關。 1對一般連續工作制和短時工作制的用電設備組 設備容量是所有設備的銘牌額定容量之和。 2對斷續周期工作制的用電設備組 設備容量是將所有設備在不同負荷持續率下的銘牌額定容量換算到一個規定的負荷持續率下的容量之和。容量換算的公式如式(2-2)所示。斷續周期工作制的用電設備常用的有電焊機和吊車電動機，各自的換算要求如下： (1)電焊機組要求容量統一換算到=100。 (2)吊車電動機組要求容量統一換算到=25。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星

17、期三第二章 工廠的電力負荷及其計算(三)多組用電設備計算負荷的確定 確定擁有多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現的因素。因此在確定多組用電設備的計算負荷時，應結合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計人一個同時系數(又稱參差系數或綜合系數)Kp，Kq第23頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算第24頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算三、計算負荷的估算方法(一)單位產品耗電量法當已知企業年生產量為n，每生產單位產品電能消耗量為(見表)，則

18、：（二)負荷密度法 當已知車間生產面積或某建筑面積負荷密度時，車間的平均負荷或某建筑的平均負荷可按下式計算：(三)其他估算法:第25頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算第三節單相用電設備組計算負荷的確定一、概述 在工廠里，除了廣泛應用的三相設備外，還應用有電焊機、電爐、電燈等各種單相設備。 在民用中有大量的單相負荷。 單相設備接在三相線路中，應盡可能均衡分配，使三相負荷盡可能均衡。 1、 如果三相線路中單相設備的總容量不超過三相設備總容量的15，則不論單相設備如何分配，單相設備可與三相設備綜合按三相負荷平衡計算。 2、如果單相設備容量超過三相

19、設備容量的15時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再與三相設備容量相加。 3、由于確定計算負荷的目的，主要是為了選擇線路上的設備和導線(包括電纜)，使線路上的設備和導線在通過計算電流時不致過熱或損壞，因此在接有較多單相設備的三相線路中，不論單相設備接于相電壓還是線電壓，只要三相負荷不平衡，就應以最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷，以滿足安全運行的要求。（等效原則）第26頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算二、單相設備組等效三相負荷的計算1單相設備接于相電壓時的等效三相負荷計算等效三相設備容量Pe應按最大負荷相所接單相設備容

20、量Pem的3倍計算，即等效三相計算負荷則按前述需要系數法計算。2單相設備接于線電壓時的等效三相負荷計算3單相設備分別接于線電壓和相電壓時的等效三相負荷計算 首先應將接于線電壓的單相設備換算為接于相電壓的設備容量，然后分相計算各相的設備容量和計算負荷。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P30m的3倍，即 總的等效三相無功計算負荷為最大有功負荷相的無功計算負荷Q30m的3倍，即第27頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量1、負荷均攤法：即2、系數法：第28頁，共36頁，2022年，

21、5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算第四節 工廠的計算負荷及年耗電量的計算一、工廠計算負荷的確定(一)按需要系數法確定工廠計算負荷(二)按年產量估算工廠計算負荷(三)按逐級計算法確定工廠計算負荷功率損耗：一、供電線路的功率損耗三相供電線路的有功功率損耗P，無功功率損耗Q分別按下式計算：第29頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算二、變壓器的功率損耗變壓器的損耗包括有功功率損耗PT和無功功率損耗QT。(一)有功功率損耗 有功功率損耗又由兩部分組成。其一為空載損耗，又稱鐵損，它是變壓器主磁通在鐵芯中產生的有功損耗。因為變壓

22、器主磁通只與外加電壓有關，當外加電壓u和頻率f恒定時，鐵損也為常數，與負荷大小無關。空載損耗可由空載實驗確定。 另一部分是短路損耗，又稱銅損，它是變壓器負荷電流在一次、二次繞組的電阻中產生的有功損耗，其值與負荷電流平方(或功率)成正比。短路損耗可由短路實驗確定。所以雙卷變壓器有功功率損耗表達式為(二)無功功率損耗 同樣，無功功率損耗也由兩部分組成。一部分是變壓器空載時，由產生型磁通勵磁電流所造成的無功損耗。另一部分是由變壓器負荷電流在一、二次繞組電抗上產生的無功損耗。其表達式為：第30頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算(四)工廠的功率因數、

23、無功補償及補償后的工廠計算負荷無功補償的必要性 電力系統中使用的輸變電設備及電力用戶的用電設備，如電力變壓器、電抗器、感應電動機、電焊機、高頻爐、日光燈等大部分具有電感的特性。它們在建立交變磁場時需從電力系統中吸收無功功率。但無功功率并不是實際作功的功率，電力系統中的發電設備在其發出的視在功率為一定時，無功功率需求的增加，將會造成發出的有功功率的下降而影響發電機的出力。同時，無功功率在系統的輸送中會造成許多不利的影響：(1)無功功率在通過電網時，會引起線路及設備的有功損耗。因此在輸送有功功率為一定時，增加無功功率會使總電流增加而引起供電線路及設備的有功功率損耗相應的增加。 (2)電網的電壓損失

24、將會隨著無功功率的增加而增加，這給電網電壓的調整帶來困難。(3)在電網輸送有功不變下，無功增加而使總電流增加，會使供電系統中的如變壓器、斷路器、導線以及測量儀器、儀表等等的一次、二次設備的容量、規格尺寸增大，從而使投資費用增加。 第31頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算在供電營業規則，中規定：“用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因數應達到下列規定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因數為090以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數為085以上。”并規定，凡功率因數未達到上述規定的，應增添無功補償裝置（處罰） ，通常采用并聯電容器進行（就地）補償。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42分，星期三第二章 工廠的電力負荷及其計算人工補償裝置的補償容量可按下式計算： 式中的平均負荷Pav也可用計算負荷Pc乘以負荷系數代替，則得：無功補償后的計算負荷 裝設了無功補償裝置以后，則在確定補償地點以前的總計算負荷時，應扣除無功補償容量，即總的無功計算負荷： 由上式可以看出，在變電所低壓側裝設了無功補償裝置以后，由于低壓側總的視在計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器容量選得小一些。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，19點42