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

第二節

三相用電設備組計算負荷的確定

（重點）

第三節

單相用電設備組計算負荷的確定第四節

工廠的計算負荷及年耗電量的計算第五節

尖峰電流的計算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第一節工廠的電力負荷與負荷曲線一、電力負荷的分級及對供電電源的要求

1、電力負荷定義電力負荷定義1：電力負荷指用電設備或用電單位所耗用的電功率或電流的大小。電力負荷定義2：電力負荷指用電設備或用電單位（用戶）。

第一節工廠的電力負荷與負荷曲線一、電力負荷的分級及對供電一、電力負荷的分級及其對供電電源的要求

2、電力負荷的分級

1）一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡者；或政治、經濟上將造成重大損失的,稱為一級負荷。在一級負荷中，特別重要的負荷是指在中斷供電時將發生中毒、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。2）二級負荷：中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失的負荷。3）三級負荷：為一般的電力負荷。一、電力負荷的分級及其對供電電源的要求2、電力負荷的分級1．一級負荷對供電電源的要求：要求應由兩個獨立的電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞。對一級負荷中特別重要的負荷，除要求有上述兩個電源外，還要求增設應急電源。2．二級負荷對供電電源的要求：要求兩回路供電，供電變壓器也應有兩臺。要求做到當其中一回路或一臺電力變壓器發生故障時不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復供電。3.三級負荷對供電電源的要求：對供電電源無特殊要求。二各級電力負荷對供電電源的要求

1．一級負荷對供電電源的要求：要求應由兩個獨立的電源供電，三、用電設備工作制

1、連續工作制該類設備在恒定負荷下運行，且運行時間長到足以使之達到熱平衡。三、用電設備工作制1、連續工作制工作時間停歇時間2.短時工作制該類設備在恒定負荷下運行的時間短，而停歇時間相當長的用電設備。3.斷續周期工作制指有規律性的，時而工作、時而停歇,反復運行的用電設備。一般工作周期不超過10分鐘。表征其工作特性的物理量:負荷持續率工作時間停歇時間2.短時工作制斷續周期工作制的設備當實際的負荷持續率不等于額定負荷持續率時,即:

也就是說

斷續周期工作制的設備當實際的負荷持續率不等于額定負荷持續率時四、負荷曲線

1、負荷曲線的定義表征電力負荷隨時間變動情況的圖形。

2、負荷曲線的類型按負荷對象分：有工廠的、車間的或某類設備的負荷曲線。按負荷的功率性質分：有有功負荷曲線和無功負荷曲線。按所表示負荷變動的時間分，有年的、月的、日的或工作班負荷曲線。按繪制的方式分：有依點連成的負荷曲線和梯形負荷曲線。

年每日最大負荷曲線：按全年每日最大半小時平均負荷來繪制的。四、負荷曲線1、負荷曲線的定義3、負荷曲線的繪制

1)工作班負荷曲線的繪制繪制負荷曲線采用的時間間隔△t為30min。確定計算負荷的有關系數，一般是依據用電設備組最大負荷工作班的負荷曲線。3、負荷曲線的繪制

1)工作班負荷曲線的繪制

2)年每日最大負荷曲線的繪制

2)年每日最大負荷曲線的繪制從發熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負荷是基本相當的。所以計算負荷也可以認為就是年最大負荷，即Pmax＝P30

1、年最大負荷Pmax

全年中負荷最大的工作班內消耗電能最大的半小時平均功率。五、與負荷計算有關的物理量從發熱等效的觀點來看，計算負荷實際上與年最大負荷是基

年最大負荷利用小時數Tmax是假設電力負荷按年最大負荷Pmax持續運行時，在此時間內電力負荷所耗用的電能恰與電力負荷全年實際耗用的電能相同。2.年最大負荷利用小時TmaxWa為全年消耗的電能量。一班制Tmax=

1800~3000h二班制Tmax=

3500~4800h三班制Tmax=

5000~7000h年最大負荷利用小時數Tmax是假設電力負荷按年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間內平均消耗的功率，即全年時間內耗用的電能

3.平均負荷電力負荷在一定時間T內平均消耗的功率，即年平均負荷Pav——電力負荷在全年時間內平均負荷系數，亦稱負荷曲線填充系數或負荷率，即

4.負荷系數KL年負荷持續時間曲線負荷系數，亦稱負荷曲線填充系數或負荷率，即4.負荷系數KL第二節三相用電設備組計算負荷的確定

1.計算負荷的定義計算負荷，是通過統計計算求出的，用來按發熱條件選擇供電系統中各元件的負荷值。通常取半小時平均最大負荷P30（亦即年最大負荷）作為計算負荷。2.求計算負荷的目的計算負荷是供電設計計算的基本依據，是為了合理的選擇工廠各級電壓供電網絡、變壓器的容量和電器設備的型號。第二節三相用電設備組計算負荷的確定1.計算負荷的定義

3.負荷計算的內容：4.求計算負荷的方法：

*

需要系數法

*

二項式系數法

*有功計算負荷P30

*無功計算負荷Q30

*視在計算負荷S30

*計算電流I30

3.負荷計算的內容：4.求計算負荷的方法：*有功第二節三相用電設備組計算負荷的確定

一、需要系數法1.單組用電設備的計算負荷

按需要系數法確定三相用電設備組計算負荷的基本公式有功計算負荷（kW）:

無功計算負荷（kvar）:

視在計算負荷（kVA）:

計算電流（A）:

第二節三相用電設備組計算負荷的確定一、需要系數法按需要基本公式中各物理量:Kd:需要系數Kd值的相關因素：用電設備組的工作性質；用電設備組的設備臺數；設備效率；電源線路損耗。

Kd值只能靠測量統計確定。基本公式中各物理量:Kd:需要系數

2.斷續周期工作制的設備容量P與其負荷持續率ε密切相關，對供電系統而言，按發熱等效原則（同一周期內）求得其關系式：設備容量Pe的計算

設備容量Pe，就取所有設備（不含備用設備）的銘牌額定容量PN之和。即1.連續工作制和短時工作制的用電設備組

2.斷續周期工作制的用電設備組應按等效發熱原理統一換算到規定的負荷持續率下的功率，換算公式為：規定負荷持續率25％或100％銘牌負荷持續率銘牌容量等效容量2.斷續周期工作制的設備容量P與其負荷持續（1）電焊機組要求設備容量統一換算到下,則

（2）吊車電動機組當采用需要系數法計算負荷時，要求設備容量統一換算到下,則（1）電焊機組要求設備容量統一換算到下

解此機床組電動機的總容量為

例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數法確定其計算負荷P30、Q30、S30和I30。

查附錄表1“小批生產的金屬冷加工機床電動機”項得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得P30=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW

=146KW解此機床組電動機的總容量為例2-求多組三相用電設備的計算負荷的基本公式: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。2.多組三相用電設備的計算負荷求多組三相用電設備的計算負荷的基本公式:注意：總的視在計算負的取值范圍的確定：（1）求車間干線上的計算負荷（2）求低壓母線上的計算負荷①由用電設備組計算負荷直接相加來計算時②由車間干線計算負荷直接相加來計算時的取值范圍的確定：（1）求車間干線上的計算負荷（2）求低壓母

例2-2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。

解先求各組用電設備的計算負荷Q

30.1＝P30.1tanφ＝164kW×0.75=123kvar

1．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

P30.2=0.8×45kW=36kWQ30.2=36kW×0.75=27kvarP30.1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。

P30.3=0.35×8.46kW=2.96kW

P30＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQ30＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar總計算負荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）為

S30==246.26kVAI30=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQ30.3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的設備容量：Pe=10.5

=8.46kW。3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，1.單組用電設備計算負荷的確定（1）二相式法基本公式二.按二相式法確定三相用電設備組的計算負荷式中：ｂ、ｃ為二項式系數,查附錄表1為用電設備組的設備容量為x臺大容量的設備總容量（2）二相式法的適用范圍求設備臺數較少，容量差別較大的低壓分支干線的計算負荷。1.單組用電設備計算負荷的確定二.按二相式法確定三相用電設備

二.按二相式法確定計算負荷（3）最大容量設備臺數x和的確定①如果用電設備組的總臺數n＜2x,x為附錄表1中的最大容量設備臺數。則公式中的x取值為：

②如果用電設備組總臺數n≤２，則

單臺電動機:X四舍五入取整二.按二相式法確定計算負荷（3）最大容量設備臺數x和二.按二相式法確定計算負荷例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓為380V的三相電動機7.5KW的3臺,4KW的8臺,3KW的17臺,1.5KW的10臺。試用二項系數法求計算負荷。解：查附錄表1得

設備總容量為：X臺最大容量的設備容量為：二.按二相式法確定計算負荷例2-3已知某機修車間的金屬切削二.按二相式法確定計算負荷利用二項式公式:二.按二相式法確定計算負荷利用二項式公式:二.按二相式法確定計算負荷2.多組用電設備計算負荷的確定（1）基本公式：各組的平均負荷：其中一組最大的附加負荷：最大附加負荷的設備組的平均功率因數角的正切值二.按二相式法確定計算負荷2.多組用電設備計算負荷的確定：各二.按二相式法確定計算負荷例2-4

某機修車間380V的線路上，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7.5KW1臺、4KW的3臺、2.2KW的7臺。通風機2臺共3KW，電阻爐1臺2KW。試用二項式法確定此線路上的計算負荷。（1）金屬切削機床組查附錄表1得（2）通風機組查附錄表1得二.按二相式法確定計算負荷例2-4某機修車間380V的線二.按二相式法確定計算負荷（3）電阻爐查附錄表1得以上各組中。附加負荷以為最大，因此總計算負荷為二.按二相式法確定計算負荷（3）電阻爐查附錄表1得以上各組中表2-2例2-4電力負荷計算表序號用電設備組名稱設備臺數容量二項式系數cos

tan計算負荷總臺數最大容量臺數Pe(Kw)Px(Kw)ｂｃP30Q30S30I301切削機床2055021.70.140.40.51.737+8.6812.1+15.02通風機床25330.650.250.80.751.95+0.751.46+0.563電阻爐10200.70101.40總計23551928.634.352.1表2-2例2-4電力負荷計算表序號用第三節單相用電設備組計算負荷的確定

如果單相設備容量超過三相設備容量15%時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再進行負荷計算。

1.單相設備接于相電壓時的等效三相負荷計算:

2.單相設備接于線電壓時的等效三相負荷計算: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；分相計算各相的計算負荷；總的等效三相計算負荷為其最大有功負荷相的計算負荷的3倍。

3.單相設備分別接于線電壓和相電壓時的等效三相計算負荷第三節單相用電設備組計算負荷的確定如果第四節工廠的計算負荷及年耗電量的計算

一、工廠的計算負荷的確定1.按需要系數法確定工廠計算負荷:全廠的需要系數,附錄2可查。:全廠用電設備的總容量。第四節工廠的計算負荷及年耗電量的計算一、工廠的計算負荷2、按年產量估算法確定工廠的計算負荷A：年產量a：單位產量所消耗的電能，實測出，可查相關手冊一班制生產二班制生產三班制生產2、按年產量估算法確定工廠的計算負荷A：年產量一班制生產二班3、逐級法確定工廠的計算負荷P30(1)高壓配電所P30(2)WL1PWL1TPT車間變電所P30(3)P30(4)WL2PWL2P30(5)M1M2M3用電設備組3、逐級法確定工廠的計算負荷P30(1)高壓配電所P30(2二、供電系統的功率損耗（一）電力線路的功率損耗有功損耗（kW）無功損耗（kvar）R0:單位長度電阻，可查附錄表6，導線溫度一定，截面一定，R0為一定值。X0:單位長度電抗，可查附錄表6，X0除了與導線的截面有關，還與線距有關。XWL=X0l

RWL=R0l

二、供電系統的功率損耗（一）電力線路的功率損耗有功損耗（（二）電力變壓器的功率損耗

有功損耗無功損耗電力變壓器的功率損耗

磁滯損耗PFe渦流損耗Qcu鐵耗銅耗：變壓器負載電流在一、二次繞組電阻上產生的損耗產生勵磁電流的損耗Q0一、二次繞組電抗上產生的損耗QN（二）電力變壓器的功率損耗有功損耗無功損耗電力變壓器磁滯損（二）電力變壓器的功率損耗

有功損耗:無功損耗:S30:變壓器二次側的視在計算負荷?:變壓器的負荷率（二）電力變壓器的功率損耗有功損耗:無功損耗:S30:變壓三、工廠的功率因數、無功功率補償及補償后的工廠計算負荷

（一）功率因數定義1．瞬時功率因數

監測負荷用。2．平均功率因數調整電費用。3．最大負荷時的功率因數確定無功補償容量用。三、工廠的功率因數、無功功率補償及補償后的工廠計算負荷（二）功率因數對供電系統的影響1）增加供電系統的設備容量和投資2）增大線路和變壓器的功率損耗3）線路和變壓器電壓損失增大，電壓質量下降（二）功率因數對供電系統的影響1）增加供電系統的設備容量和投（三）無功補償容量的確定

補償容量為:Q.C=Q30－Q30’＝P30(tanφ-tanφ’)

=qcP30qc=tanφ-tanφ’

稱為無功補償率,查附錄表3補償裝置中并聯電容的個數為:1.改善功率因數的途徑1）提高自然功率因數2）功率因數人工補償2.補償容量的確定補償前功率因數為：補償后功率因數為：Qc（三）無功補償容量的確定補償容量為:1.改善功率因（四）補償后的計算負荷P30不變（四）補償后的計算負荷P30不變（四）無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統中，有三種方式：高壓集中補償、低壓集中補償和分散就地補償（個別補償）。（四）無功補償裝置的裝設位置在用戶供電系統中，有三種例2－5某用戶10kV變電所低壓計算負荷為800kW＋j580kvar。若欲使低壓側功率因數達到0.92，則需在低壓側進行補償的并聯電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數及每組容量。解：（1）求補償前的視在計算負荷及功率因數

（2）確定無功補償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar例2－5某用戶10kV變電所低壓計算負荷為（3）選擇電容器組數及每組容量初選BKMJ0.4-20-3型電容器，每組容量q.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負荷減少118.8kVA。（3）選擇電容器組數及每組容量初選BKMJ0.4-20-3例2-6某工廠擬建一降壓變電所,裝一臺主變壓器.已知變電所低壓側有功計算負荷為650KW,無功計算負荷為800kvar.為使工廠(變電所高壓側)功率因數不低于0.9,如在變電所低壓側裝設并聯電容器進行補償,需裝設多少補償容量?補償前后工廠變電所所選主變壓器容量如何變化?解:（1）補償前變壓器容量和功率因數變壓器低壓側的視在計算負荷為變壓器的選擇條件為，參看附錄表5，選擇主變壓器的額定容量為1250kV·A變壓器低壓側的功率因數為（2）無功補償容量根據題目要求，使變壓器高壓側的功率因數不低于0.9,如在低壓側補償，低壓側補償后的功率因數應略高于0.9,取低壓側裝設的并聯電容容量為取QC=530kvar例2-6某工廠擬建一降壓變電所,裝一臺主變壓器.已知變電

（3）補償后的變壓器容量和功率因數補償后變電所低壓側的視在計算負荷為變壓器的選擇條件為，參看附錄表5，選擇主變壓器的額定容量為800kV·A,比補償前容量減少了450kV·A。變壓器的功率損耗為

ΔPT≈0.015S30=0.015×704kV·A=10.6kW

ΔQT≈0.06S30=0.06×704kV·A=42.2kvar變電所高壓側的計算負荷為補償后工廠的功率因數為滿足題目要求。（3）補償后的變壓器容量和功率因數補償后變電所低壓側四、工廠年耗電量的計算年有功電能消耗量(kWh)

Wp.a=αP30Ta

α:年平均有功負荷系數

取0.7～0.75

Ta為年實際工作小時，取值為：一班制Ta=2000h

二班制Ta=4000h三班制Ta=6000h年無功電能消耗量(kvarh)

Wq.a=βQ30Ta

β:年平均無功負荷系數

取0.76～0.82

四、工廠年耗電量的計算年有功電能消耗量(kWh)W第五節尖峰電流的計算

尖峰電流:是指只持續1～2s的短時最大負荷電流。

單臺用電設備（如電動機）的尖峰電流的計算公式

多臺用電設備尖峰電流的計算公式Ipk＝Ist＝kstIN

或和分別為啟動電流與額定電流之差為最大的那臺設備的啟動電流及其啟動電流與額定電流之差。K為同時系數,取0.7-1I30為全部設備投入運行時的計算電流。第五節尖峰電流的計算尖峰電流:是指只持續1～本章小結本章是分析供電系統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;然后著重講述了用電設備組計算負荷的確定方法，介紹線路尖峰電流的計算;接著講述了供電系統無功補償、總計算負荷的確定及電能節約。本章重點：三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統的總計算負荷確定方法。本章難點：利用系數法確定三相用電設備組的計算負荷。教學基本要求：了解單相用電設備組計算負荷的確定方法、電能節約的技術措施；理解用電設備工作制、確定計算負荷的系數；掌握三相用電設備組計算負荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統的總計算負荷確定方法。本章小結本章是分析供電系統和進行供電設計計算的基礎思考題與習題解答提示

2-1提示：參見教材P18。2-2提示：參見教材P19。

2-3提示：參見教材P18和P21～P22。

2-4提示：參見教材P26。

2-5提示：參見教材P28和P18。

2-6提示：參見教材P31。

2-7提示：參見教材P39。

2-8提示：第一步求各組用電設備的計算負荷，對行車，要求設備容量統一換算到，對點焊機，要求設備容量統一換算到；第二步計算總計算負荷（可取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）。思考題與習題解答提示2-1提續上頁

2-9提示：采用利用系數法（步驟參見例2-3）分別計算兩組用電設備的計算負荷，然后進行比較，從而說明設備容量組成不同對最大負荷的影響。

2-10提示：先將各相所接的單相設備容量大致相同（不能只接在一相上），然后將其等效成1臺三相設備進行負荷計算。

2-11提示：計算單元和整棟樓的計算負荷時，都將其當成一組用電設備，然后按附錄表3選取Kd值，。

2-12提示：（1）確定補償容量時，采用低壓側計算負荷代入公式計算，取。（2）確定高壓側計算負荷時，變壓器損耗可按經驗公式估算。

2-13提示：根據教材P39圖2-9查出τ值，代入公式計算即可。續上頁2-9提示：采用利用系數法（步驟自測題一、填空題1．計算電流是指線路中持續時間

的最大負荷電流，而尖峰電流是指線路中持續時間

的最大負荷電流。按發熱條件選擇供電系統各元件應采用

，而整定過電流保護動作電流則采用

。

2．并聯電容器的補償方式分為三種:

、

、和

。

3．計算負荷是根據已知用電設備組

確定的，預期不變的

假想負荷。用來作為按

條件選擇供電系統元件的依據。

自測題一、填空題續上頁二、計算題

1．某用戶10/0.38kV變電所供電給5個回路：1＃回路PN=230kW，Kd=0.2，cosφ＝0.6；2＃回路PN=800kW，Kd=0.4，cosφ＝0.7；3＃回路PN=720kW，Kd=0.5，cosφ＝0.8；4＃回路PN=540kW，Kd=0.5，cosφ＝0.7；5＃回路計算負荷150kW+j120kvar。（1）試求低壓母線總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9）；（2）為使功率因數不小于0.9，則需在低壓側進行補償的無功容量是多少？2．某用戶10/0.38kV變電所設有一臺變壓器，已知低壓側計算負荷為650kW+j800kvar。按規定，高壓側功率因數不得低于0.9。（1）求補償前高壓側總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic、cosφ？（2）求在低壓側裝設的無功補償容量QNC有多大？（3）所選變壓器容量SNT有何變化？

續上頁二、計算題續上頁

3．某車間380V線路上接有如下設備：冷加工機床電動機7.5kW×3臺、4kW×8臺、3kW×17臺、1.5kW×10臺（Kd＝0.2、cosφ＝0.5）；吊車電動機18kW×1臺，ε＝15％（Kd＝0.7、cosφ＝0.7）；通風機組1.5kW×2臺（Kd＝0.8、cosφ＝0.8）；試（1）求線路上的計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.93）。

（2）若將線路上功率因數提高到0.9，則應安裝的無功補償容量有多大？4．某工廠10kV高壓配電所供電給4個10/0.4kV車間變電所。已知車間1設備容量PN＝1500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8；車間2設備容量PN＝900kW、Kd＝0.7、cosφ＝0.75；車間3設備容量PN＝700kW、Kd＝0.5、cosφ＝0.9；車間4設備容量PN＝500kW、Kd＝0.6、cosφ＝0.8。試（1）計算高壓配電所總計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（KΣ＝0.9，考慮車間變壓器損耗）。

（2）若要求各車間變電所分組補償使高壓側功率因數達0.9以上，試以車間1為例計算出低壓無功補償容量的大小。續上頁續上頁

5．某35/10kV總降壓變電所，10kV母線上接有接有下列負荷：1＃車間變電所850kW＋j200kvar；2＃車間變電所920kW＋j720kvar；3＃車間變電所780kW＋j660kvar；4＃車間變電所880kW＋j780kvar。試（1）計算該總降壓變電所35kV側計算負荷Pc、Qc、Sc、Ic（取K∑=0.9）。（2）若將總降壓變電所10kV母線上功率因數提高到0.95，則應在10kV側安裝的無功補