1、第三章 工厂的电力负荷及其计算 本章主要内容：电力负荷与负荷曲线 工厂计算负荷的计算 尖峰电流的计算第一节 工厂的电力负荷与负荷曲线一、电力负荷一、电力负荷（一）电力负荷的分级（一）电力负荷的分级电力负荷：电气设备所消耗的功率或线路中流过的电流电力负荷：电气设备所消耗的功率或线路中流过的电流 一级负荷一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷（保安负荷）。双电源供电，必要时增设应急电源以及特别重要的负荷（保安负荷）。双电源供电，必要时增设应急电源 二级负荷二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损
2、失者。双电源供电，当负：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。荷较小时可以专线供电。 三级负荷三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。（二）工厂用电设备的工作制（二）工厂用电设备的工作制工厂用电设备按其工作制不同可划分为三类工厂用电设备按其工作制不同可划分为三类（1 1）连续工作制：）连续工作制：此类电气设备连续工作时间比较长，超过此类电气设备连续工作时间比较长，超过其稳定温升时间其稳定温升时间。（2 2）短时工作制（负荷持续率）：）短时工作制（负荷持续率）：此类用电设备工作时间短此类用电设备工
3、作时间短而停歇时间长，导体还未达到稳定温升就开始冷却，在停歇时而停歇时间长，导体还未达到稳定温升就开始冷却，在停歇时间内足以将温度降到通电前的温度。这类设备的数量很少，求间内足以将温度降到通电前的温度。这类设备的数量很少，求计算负荷一般不考虑短时运行工作制的用电设备计算负荷一般不考虑短时运行工作制的用电设备0100%100%ttTttTt0t工作周期；工作周期；工作周期内的工作时间；工作周期内的工作时间；工作周期内的停歇时间。工作周期内的停歇时间。暂载率：暂载率：一个周期内工作时间与工作周期的百分比值，一个周期内工作时间与工作周期的百分比值， 用用 表示表示(3)(3)断续周期工作制：断续周期
4、工作制：此类设备工作时间短，停歇时间也此类设备工作时间短，停歇时间也短，以断续的方式反复交替进行工作，其周期一般不超短，以断续的方式反复交替进行工作，其周期一般不超过过10min10min。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。如电焊机和吊车电动机。如电焊机和吊车电动机。 断续周期工作制的设备，可用断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率负荷持续率”(duty cycle(duty cycle，又称暂载率，又称暂载率) )来表示其来表示其工工作特征。作特征。 二、二、 负荷曲线负荷曲线 负荷曲线负荷曲线(load curve)(load curve)
5、是表征电力负荷随时间变动情况是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它反映了用户用电的特点和规律。负荷曲的一种图形，它反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷线绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷( (有功功率或无有功功率或无功功率功功率) )，横坐标表示对应的时间，横坐标表示对应的时间( (一般以小时为单位一般以小时为单位) )。 负荷曲线按负荷对象分负荷曲线按负荷对象分：有工厂的、车间的或某类设备：有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。的负荷曲线。按负荷性质分按负荷性质分：有有功和无功负荷曲线。：有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分按所表示的负荷变动时
6、间分：有年的、月的、日的或工：有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。作班的负荷曲线。 1) 1) 日负荷曲线日负荷曲线 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间日负荷曲线表示负荷在一昼夜间(0h(0h24h)24h)的变化情况，的变化情况，图图3.13.1是一班制工厂的日有功负荷曲线。是一班制工厂的日有功负荷曲线。 日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制方法如下。日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制方法如下。 (1) (1) 以某个检测点为参考点，在以某个检测点为参考点，在24h24h中各个时刻记录有功中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形
7、负荷曲线，见图曲线，见图 (a)(a)； (2) (2) 通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔隔( (一般为半小时一般为半小时) )将其读数记录下来，求出半小时的平将其读数记录下来，求出半小时的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的成梯形的负荷曲线，如图梯状的成梯形的负荷曲线，如图 (b)(b)所示。所示。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便确定般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷半小时最大负荷”( (将在后
8、将在后面介绍面介绍) )。当然，其时间间隔取得越短，曲线越能反映负。当然，其时间间隔取得越短，曲线越能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日所消耗的电能。代表全日所消耗的电能。(a) 折线形负荷曲线折线形负荷曲线 (b) 梯形负荷曲线梯形负荷曲线3.1日有功负荷曲线日有功负荷曲线 (a) (a) 夏日负荷曲线夏日负荷曲线 (b) (b) 冬日负荷曲线冬日负荷曲线 (c) (c) 年负荷持年负荷持续时间曲线续时间曲线图图3.2 3.2 年负荷持续时间曲线的绘制年负荷持续时间曲线的绘制 2) 2) 年负荷曲线年负荷曲线年负荷曲
9、线，通常绘成负荷持续时间曲线年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线(load (load duration curve)duration curve)，按负荷大小依次排列，如图，按负荷大小依次排列，如图3.2 (c)3.2 (c)所示，全年按所示，全年按8760h8760h计。计。 年负荷曲线的另一种形式年负荷曲线的另一种形式，是按全年每日的最大负荷是按全年每日的最大负荷( (通常通常取每日最大负荷的半小时平均取每日最大负荷的半小时平均值值) )绘制的，称为年每日最大负绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图荷曲线，如图3.33.3所示。横坐标所示。横坐标依次以全年依次以全年1212个月的日期来分个
10、月的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可格。这种年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压以用来确定拥有多台电力变压器的变电所在一年内的不同时器的变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。耗，提高供电系统的经济效益。 图图3.3 年每日最大负荷曲线年每日最大负荷曲线注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累积时间绘制年负荷曲线是按负荷的大小和累积时间绘制的。的。 从各种负荷曲线上，可以直观地了解电力负从各种负荷曲线上，可以
11、直观地了解电力负荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此了解负荷曲线对对设计和运行有用的资料。因此了解负荷曲线对于从事供配电系统设计和运行的人员来说，都是于从事供配电系统设计和运行的人员来说，都是很必要的。很必要的。1) 1) 年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷和年最大负荷利用小时 (1) (1) 年最大负荷年最大负荷(annual maximum load)(annual maximum load)：全年中负：全年中负荷最大的工作班
12、内荷最大的工作班内( (该工作班的最大负荷不是偶然出该工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过现的，而是在负荷最大的月份内至少出现过2 2次次3 3次次) )消耗电能最大的半小时的平均功率。因此年最大负荷消耗电能最大的半小时的平均功率。因此年最大负荷也称为半小时最大负荷也称为半小时最大负荷P P3030。 (2) (2) 年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时T Tmaxmax (utilization hours (utilization hours of annual maximum load)of annual maximum load)：假设电力负荷按年最大：假设
13、电力负荷按年最大负荷负荷( (或或) )持续运行时，在持续运行时，在T Tmaxmax时间内电力负荷所消耗时间内电力负荷所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如图图3.43.4所示。因此，年最大负荷利用小时是一个假想所示。因此，年最大负荷利用小时是一个假想时间。时间。l三三. . 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量与负荷曲线和负荷计算有关的物理量图图2.4 2.4 年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时的计算公式为年最大负荷利用小时的计算公式为 T Tmaxmax 式中式中 年实际消耗的电能量。年实
14、际消耗的电能量。 年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂，工厂的生产班制有明显的关系。例如一班制工厂， 1800h1800h3000h3000h；两班制工厂；两班制工厂 3500h3500h4800h4800h；三班制工；三班制工厂，厂， 5000h5000h7000h7000h。 = amaxWPaWmaxTmaxTmaxT 2) 2) 平均负荷和负荷系数平均负荷和负荷系数 (1) (1) 平均负荷平均负荷(average load) (average load) ：电：电力负荷在
15、一定时间内平均消耗的功率，也就力负荷在一定时间内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间是电力负荷在该时间 内消耗的电能内消耗的电能 除以时间除以时间 的值，即的值，即 年平均负荷的说明如图年平均负荷的说明如图3.53.5所示。年平均负所示。年平均负荷的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等荷的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，即年平均负荷为年平均负荷为avPttWt图图3.5 年平均负荷年平均负荷tWPtav8760tavWP(2) 负荷系数(load coefficient)KL：用电负荷的平均负荷与其最大负荷的比值，即
16、对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。 对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率与设备额定容量的比值，即 负荷系数通常以百分值表示。负荷系数(负荷率)有功负荷系数 和无功负荷系数 ；NavLPPKmaxPPKavL一、计算负荷的概念 用于计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。 在计算当中用“用半小时最大负荷”来表示计算负荷，也是年度最大负荷。 30max30max30max
17、PPQQSS其中， 表示有功功率， 表示无功功率， 表示视在功率。30P30Q30S二、用电设备组计算负荷的确定二、用电设备组计算负荷的确定 供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。 计算负荷的方法计算负荷的方法 ：需要系数法需要系数法 （常用常用） 二项式法二项式法（设备台数少，容量差别悬殊设备台数少，容量差别悬殊时采用时采用）（一）需要系数法（一）需要系数法负荷计算过程：负荷计算过程：1.1. 确定计算范围确定计算范围2
18、.2.将不同工作制下用电设备的额定功率将不同工作制下用电设备的额定功率P PN N换算到同一工作制下，经换算到同一工作制下，经 换算后的额定功率也称为设备容量换算后的额定功率也称为设备容量P Pe e3.3.再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考再将工艺性质相同的并有相近需要系数的用电设备合并成组，考 虑到需要系数算出每一组用电设备的计算负荷虑到需要系数算出每一组用电设备的计算负荷 4.4. 最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷最后汇总各级计算负荷得到总的计算负荷1 1、设备容量的确定、设备容量的确定 长期工作制、短期工作制的设备容量长期工作制、短期工作制的设备容量 等于其铭
19、等于其铭牌功率牌功率ePNP 断续周期工作制，如起重机的电动机有功功率断续周期工作制，如起重机的电动机有功功率 应该统一换算到暂载率应该统一换算到暂载率 ，若电焊机应该统，若电焊机应该统一换算为一换算为 25%N100%NNP具体的换算公式如下：具体的换算公式如下： 吊车电动机吊车电动机 电焊机电焊机252eNNNNPPP100coscoseNNNNSSP式中，式中， 、 设备铭牌给出的额定功率（设备铭牌给出的额定功率（KWKW）和额定容量）和额定容量KVKVA ANPNS设备铭牌给出的额定暂载率；设备铭牌给出的额定暂载率；N10025251001.0吊车电动机标准暂载率，电焊机标准暂载率，c
20、os25设备的功率因数。照明设备的设备容量2 2 需要系数需要系数K Kd d的含义的含义用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷时最大负荷 ，如图，如图3.6所示。用电设备组的设备容量所示。用电设备组的设备容量 = 。而设备的额定容量而设备的额定容量 ，是设备在额定条件下的最大输出功率，是设备在额定条件下的最大输出功率(出力出力)。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，因此用电设备组的有太可
21、能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为功计算负荷应为30PNPNPePedeWLLPKPKKP30 设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量 与全部设备容量之比；与全部设备容量之比； 设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行 的设备容量之比；的设备容量之比； 设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用 功率之比；功率之比； 配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率配
22、电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率 (亦即设备组取用功率亦即设备组取用功率)与首端功率与首端功率 (亦即计算负荷亦即计算负荷)之比。之比。KLKWLe3 3 计算负荷的确定计算负荷的确定NePPP30tan3030PQcos3030PSNUSI33030cos30NNNUPII（1）单台设备的计算负荷）单台设备的计算负荷设备容量的计算设备容量的计算 连续工作制和短时工作制用电设备组：连续工作制和短时工作制用电设备组： 设备容量是设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。所有设备的铭牌额定容量之和。 断续周期工作制用电设备组：断续周期工作制用电设备组： 必须进行负载持续率换算必须进行
23、负载持续率换算 100/NNePP 例3.1 3.2（2）单组用电设备的计算负荷）单组用电设备的计算负荷单组用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备，即单组用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备，即Kd相同相同edeWLLPKPKKP30tan3030PQcos33303030NNUPUSIcos3023023030PQPS用电设备组设备容量总和用电设备组设备容量总和例例3.3 应该考虑各用电设备组最大负荷不同时出现的因素，应该考虑各用电设备组最大负荷不同时出现的因素，对有功、无对有功、无功负荷计入一个同时系数功负荷计入一个同时系数 1K 低压母线：用电设备组计算负荷直接相加时取 0.800
24、.90由车间干线计算负荷直接相加时取 0.900.95总的计算负荷为 ipPKP.3030IPQKQ.3030NUSI33030 车间干线： 0.850.97 23023030QPS3、多组用电设备的计算负荷、多组用电设备的计算负荷 4 对需用系数法的评价：对需用系数法的评价： 优点：优点： 公式简单，计算方便。公式简单，计算方便。 只用一个原始公式只用一个原始公式 就可以表征普遍的就可以表征普遍的计算方法。这个公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业计算方法。这个公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的计算负荷都可进行计算。变电站的计算负荷都可进行计算。 对于不同性质的用电设备、不同
25、车间或企业的需用系数值，对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计提供了很好的条件。提供了很好的条件。 缺点：缺点： 没有考虑大容量电动机对整个计算负荷的影响，尤其是当总用没有考虑大容量电动机对整个计算负荷的影响，尤其是当总用电设备较少时，影响更大。这种情况下，采用二项系数法更准电设备较少时，影响更大。这种情况下，采用二项系数法更准确些。确些。 对绝大多数企业，需用系数法，目前仍称得上一种准确而又简对绝大多数企业，需用系数法，目前仍称得上一种准确而又简便的方法，因而在我国设计部
26、门广泛采用。便的方法，因而在我国设计部门广泛采用。PKPed30PPPxNcb30从图所示的日负荷曲线看出，其从图所示的日负荷曲线看出，其最大有功负荷可表示为最大有功负荷可表示为Pmax=P30=Pav+Pmax=P30=Pav+P P式中式中PavPav为企业日负荷曲线的平为企业日负荷曲线的平均负荷，均负荷， P P则表示日负荷曲线则表示日负荷曲线的尖峰部分。的尖峰部分。大量的考察和统计证明：大量的考察和统计证明：产生企业产生企业“尖峰负荷尖峰负荷”的主要原因是：企业内的主要原因是：企业内X X台最大容量的电动台最大容量的电动机在某一生产时间内较密集地处于高负荷运行状态。如果已知机在某一生产
27、时间内较密集地处于高负荷运行状态。如果已知X X台台最大容量的电动机总容量为最大容量的电动机总容量为PxPx，则上式可表示为：，则上式可表示为：PN用电设备组的总额定容量用电设备组的总额定容量PxX台最大容量用电设备的总容量台最大容量用电设备的总容量b、c二项系数二项系数X该用电设备组中取最大用电设备的台数该用电设备组中取最大用电设备的台数ePeP为该用电设备组中台容量最为该用电设备组中台容量最大用电设备的额定容量之和大用电设备的额定容量之和 为该用电设备组的额定容为该用电设备组的额定容量总和；量总和； C,bC,b为二项系数，随用电设备组为二项系数，随用电设备组类别而定类别而定为由为由x台容
28、量最大用电设备所造成的使计算负荷大于平台容量最大用电设备所造成的使计算负荷大于平均负荷的一个附加负荷均负荷的一个附加负荷 为为 该用电设备组的平均负荷该用电设备组的平均负荷 xPxcP注意：当用电设备的台数注意：当用电设备的台数n等于最大容量用电设备的台数等于最大容量用电设备的台数x，且，且n=x3时，一般将用电设备的额定容量总和作为计算负荷。时，一般将用电设备的额定容量总和作为计算负荷。23023030303030QPStgPQcPbPPxeebP为各用电设备组附加负荷为各用电设备组附加负荷 中的最大值中的最大值； 为各用电设备组有功平均负荷为各用电设备组有功平均负荷 总和总和 为与为与 相
29、对应的功率因数角正切值相对应的功率因数角正切值 为各用电设备组相应的功率因数角正切值为各用电设备组相应的功率因数角正切值 niiexbPPc1max)()(xPcxtanmax)(xPctancos33)()()()(303030230230301maxmax301max30NNnixienixieUPUSIQPStgcPtgbPQcPbPP例例3-6 二项式法是考虑用电设备的数量和大容量用电设备二项式法是考虑用电设备的数量和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式。对计算负荷影响的经验公式。 一般应用在机械加工和热处理车间中用电设备数量一般应用在机械加工和热处理车间中用电设备数量较少和容量差别
30、大的配电箱及车间支干线的负荷计较少和容量差别大的配电箱及车间支干线的负荷计算，弥补需要系数法的不足之处。算，弥补需要系数法的不足之处。 但是，二项式系数过分突出最大用电设备容量的影但是，二项式系数过分突出最大用电设备容量的影响，其计算负荷往往较实际偏大。响，其计算负荷往往较实际偏大。三三. . 单相用电设备组计算负荷的确定单相用电设备组计算负荷的确定 1) 1) 概述概述 在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还应用有在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还应用有电焊机、电炉、电灯等各种单相设备。单相设备接在三电焊机、电炉、电灯等各种单相设备。单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽
31、可能均衡。相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的量的15%15%，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量的三相设备容量的15%15%时，则应将单相设备容量换算为等效时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。三相设备容量，再与三相设备容量相加。2) 2) 单相设备组等效三相负荷的计算单相设备组等效三相负荷的计算
32、 (1) (1) 单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算。单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算。等效三相设备容量等效三相设备容量 应按最大负荷相所接单相设备容量应按最大负荷相所接单相设备容量 中的中的3 3倍计算，即倍计算，即 =3 =3 等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。e.mPePe.mPeP (2) (2) 单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算。单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算。由于容量为由于容量为 的单相设备接在线电压上产生的电的单相设备接在线电压上产生的电流流 ，这一电流应与等效三相设备容量，这一电流应与等效三相设备容量 产产生
33、的电流生的电流 相等，因此其等效三相设备容量相等，因此其等效三相设备容量为为 = = (3) (3) 单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算。首先应将接于线电压的单相设备换算为接相负荷计算。首先应将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量和于相电压的设备容量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负计算负荷。总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷荷相的有功计算负荷 的的3 3倍，即倍，即 =3 =3 总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无总的等效三相
34、无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷功计算负荷 中的中的3 3倍，即倍，即 =3 =3 e.Pe./(cos )IPUe/( 3 cos )IPUeP3e.PeP30.mP30P30.mP30.mQ30.mQ30Q 电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率和电能损耗。电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率和电能损耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。（一）供电系统的功率损耗（一）供电系统的功率损耗1. 1. 线路的功率损耗线路的功率损耗 线路的功率损耗包括有功和无功两大部分。线路的功率损耗包括有功和无功两大部分。 1) 1)
35、 线路的有功功率损耗线路的有功功率损耗 有功功率损耗是电流通过线路电阻所产生的，按下式计算：有功功率损耗是电流通过线路电阻所产生的，按下式计算： 式中式中 线路的计算电流；线路的计算电流； 线路每相的电阻，线路每相的电阻， ，其中，其中l l为线路长度，为线路长度， 为线为线路单位长度的电阻值，可查有关手册或产品样本。路单位长度的电阻值，可查有关手册或产品样本。 2) 2) 线路的无功功率损耗线路的无功功率损耗 无功功率损耗是电流通过线路电抗所产生的，按下式计算：无功功率损耗是电流通过线路电抗所产生的，按下式计算： 式中式中 线路的计算电流；线路的计算电流； 线路每相的电抗线路每相的电抗。2W
36、L30WL3PI RWL0RR l30IWLR0R2WL30WL3QI X30IWLX四、全厂计算负荷的确定四、全厂计算负荷的确定 电抗电抗 ，其中，其中l l为线路长度，为线路长度， 为线路单位长度的电抗阻值，为线路单位长度的电抗阻值，可查有关手册或产品样本。但是查架空线路的可查有关手册或产品样本。但是查架空线路的 值，不仅要根据导线值，不仅要根据导线截面，而且要根据导线之间的几何均距。所谓几何均距，是指三根线截面，而且要根据导线之间的几何均距。所谓几何均距，是指三根线路各相导线之间距离的几何平均值。如图路各相导线之间距离的几何平均值。如图 (a)(a)所示所示A A、B B、C C三相线路
37、，三相线路，其线间几何均距为其线间几何均距为如导线为等边三角形排列如导线为等边三角形排列( (见图见图 (b)(b)，则，则 ；如导线为水平等；如导线为水平等距排列距排列( (见图见图) )，则，则 。WL0XX l0X0Xav3123 = av3av21.26a (a) 一般情况一般情况 (b) 等边三角形排列等边三角形排列 (c) 水平等距排列水平等距排列 图图2.8 三相架空线路的线间距离三相架空线路的线间距离2 2、变压器的功率损耗、变压器的功率损耗1) 1) 变压器的功率损耗计算变压器的功率损耗计算 变压器的功率损耗也包括有功和无功两大部分。变压器的功率损耗也包括有功和无功两大部分。
38、 1) 1) 变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗 变压器的有功功率损耗由两部分组成：变压器的有功功率损耗由两部分组成： (1) (1) 铁心中的有功功率损耗简称铁心中的有功功率损耗简称“铁损铁损”。它在变压器一次绕。它在变压器一次绕组的外施电压和频率不变的条件下是固定不变的，与负荷无关。铁组的外施电压和频率不变的条件下是固定不变的，与负荷无关。铁损可由变压器空载实验测定。变压器的空载损耗损可由变压器空载实验测定。变压器的空载损耗 可认为就是铁可认为就是铁损损 ，因为变压器的空载电流，因为变压器的空载电流 很小，在一次绕组中产生的有功功很小，在一次绕组中产生的有功功率损耗可略去不计。率损耗
39、可略去不计。 (2) (2) 一、二次绕组中的功率损耗俗称一、二次绕组中的功率损耗俗称“铜损铜损”。它与负荷电流。它与负荷电流( (或功率或功率) )的平方成正比。铜损可由变压器短路实验测定。变压器的的平方成正比。铜损可由变压器短路实验测定。变压器的短路损耗短路损耗( (亦称负载损耗亦称负载损耗) ) 。可认为就是铜损。可认为就是铜损 ，因为变压器二，因为变压器二次侧短路时，一次侧的短路电压次侧短路时，一次侧的短路电压( (亦称阻抗电压亦称阻抗电压) ) 很小，在铁心中很小，在铁心中产生的有功功率损耗可略去不计。产生的有功功率损耗可略去不计。0PFeP0IkPCuPkU 因此，变压器的有功功率
40、损耗为因此，变压器的有功功率损耗为 式中式中 变压器的额定容量；变压器的额定容量； 变压器的计算负荷。变压器的计算负荷。 2) 2) 变压器的无功功率损耗变压器的无功功率损耗 变压器的无功功率损耗也由两部分组成：变压器的无功功率损耗也由两部分组成： (1) (1) 用来产生磁通即励磁电流的一部分无功功率。它只与一次用来产生磁通即励磁电流的一部分无功功率。它只与一次绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流或近似地与空载电流成绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流或近似地与空载电流成正比，即正比，即 式中式中 变压器空载电流占额定一次电流的百分值。变压器空载电流占额定一次电流的百分值。223030T
41、FeCu0kNN()()SSPPPPPSS NS00N%100IQS0%I30S (2) (2) 消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部分无功损耗用分无功损耗用 表示。由于变压器的电抗远大于电阻，因此表示。由于变压器的电抗远大于电阻，因此 近似地与阻近似地与阻抗电压抗电压( (即短路电压即短路电压) )成正比，即成正比，即 式中式中 %变压器阻抗电压占额定一次电压的百分值。变压器阻抗电压占额定一次电压的百分值。 这部分无功损耗与负荷电流这部分无功损耗与负荷电流( (或功率或功率) )的平方成正比。的平方成正比。 因此
42、，变压器的无功功率损耗为因此，变压器的无功功率损耗为 式中的式中的 、 、 和和 ( (即即 ) )等均可从有关手册或产品样本中等均可从有关手册或产品样本中查得。查得。 在电力负荷计算中，通常采用简化公式。对在电力负荷计算中，通常采用简化公式。对 S7S7、SL7SL7、S9S9等型低损耗电等型低损耗电力变压器的功率损耗，可采用下列简化公式计算。力变压器的功率损耗，可采用下列简化公式计算。 有功功率损耗：有功功率损耗： 无功功率损耗：无功功率损耗： 式中式中 变压器的计算负荷。变压器的计算负荷。NQNQzNN%100UQSzU2230030zT0NNNN%()()100100SISUQQQSS
43、S 0PkPz%U0%Ik%UT300.015PST300.06QS30S 用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机、电弧用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机、电弧炉及气体放电灯等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其炉及气体放电灯等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于功率因数均小于1 1。而功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要。而功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。指标。1 1、工厂功率因数的确定、工厂功率因数的确定 (1)(1)瞬时功率因数瞬时功率因数 功率因数的瞬时值由瞬时功率表直接读出
44、，也可以用瞬间测得的有功功功率因数的瞬时值由瞬时功率表直接读出，也可以用瞬间测得的有功功率表、电压表、电流表读数计算得到。率表、电压表、电流表读数计算得到。 (2)(2)平均功率因数平均功率因数 指某一规定的时间内功率因数的平均值指某一规定的时间内功率因数的平均值式中式中 某一时间内消耗的有功电能，从有功电度表读出某一时间内消耗的有功电能，从有功电度表读出 某一时间内消耗的有功电能，从无功电度表读出某一时间内消耗的有功电能，从无功电度表读出（二）（二） 无功功率的补偿无功功率的补偿22211cospqqpPWWWWWqPWW(3)(3)最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数依据最大负荷所确定的功
45、率因数称为最大负荷时的功率因数依据最大负荷所确定的功率因数称为最大负荷时的功率因数3030cosSP凡未装补偿装置的功率因数称为自然功率因数凡未装补偿装置的功率因数称为自然功率因数装设人工补偿装置的功率因数称为补偿后功率因数装设人工补偿装置的功率因数称为补偿后功率因数 设工厂的自然功率因数均权平均正切值为设工厂的自然功率因数均权平均正切值为 ，供，供电部门要求的功率因数正切值为电部门要求的功率因数正切值为 ，则补偿容量可按，则补偿容量可按下式计算：下式计算： 式中，式中， ，称为无功补偿率，或比补偿，称为无功补偿率，或比补偿容量。无功补偿率，是表示要使容量。无功补偿率，是表示要使1kW1kW的
46、有功功率由的有功功率由 提高到提高到 所需要的无功补偿容量千乏值。所需要的无功补偿容量千乏值。1tan2tanc12tantanq1cos2cos2 2 无功补偿容量的确定无功补偿容量的确定)(21303030tgtgPQQQc30PqQcc 用户功率因数仅靠提高自然功率因数一般是不能满足要求的，用户功率因数仅靠提高自然功率因数一般是不能满足要求的，因此，还必须进行人工补偿。因此，还必须进行人工补偿。 1) 1) 并联电容器补偿并联电容器补偿 即采用并联电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率因数。即采用并联电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率因数。是目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置
47、。它具有以下优点。是目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置。它具有以下优点。 (1) (1) 有功损耗小，为有功损耗小，为0.25%0.25%0.5%0.5%，而同步调相机为，而同步调相机为1.5%1.5%3%3%。 (2) (2) 无旋转部分，运行维护方便。无旋转部分，运行维护方便。 (3) (3) 可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点。可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点。 (4) (4) 个别电容器损坏不影响整个装置运行。个别电容器损坏不影响整个装置运行。 (5) (5) 短路时，同步调相机会增加短路电流，增大用户开关的断短路时，同步调相机会增加短路电流，增大用户开关
48、的断流容量，电容器无此缺点。流容量，电容器无此缺点。 并联电容器补偿的缺点：并联电容器补偿的缺点： (1) (1) 只能有级调节，不能随无功功率变化进行平滑的自动调节。只能有级调节，不能随无功功率变化进行平滑的自动调节。 (2) (2) 当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。故障。人工补偿功率因数人工补偿功率因数 用户装设了补偿容量以后，则在确定补偿装置装设地点以前的用户装设了补偿容量以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷为总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷为
49、 = = 无功补偿后，总的视在计算负荷为无功补偿后，总的视在计算负荷为 由上式可以看出，在变电所低压侧装设无功补偿装置后，由于低压由上式可以看出，在变电所低压侧装设无功补偿装置后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。这不仅可降低变电所的初期投资，而且可减少企业的电费开一些。这不仅可降低变电所的初期投资，而且可减少企业的电费开支。因为我国供电部门对工业用户一般实行支。因为我国供电部门对工业用户一般实行“两部电费制两部电费制”：一部：一部分称为分称为“基本电费基本电费”，按所装主变压器容量来计费。主变压器
50、容量，按所装主变压器容量来计费。主变压器容量减小，基本电费相应减少。另一部分称为减小，基本电费相应减少。另一部分称为“电度电费电度电费”，按每月实，按每月实际耗电量来计费，且根据月平均功率因数的高低调整电费。凡月平际耗电量来计费，且根据月平均功率因数的高低调整电费。凡月平均功率因数高于规定值时，可按一定比率减收电费。而低于规定值均功率因数高于规定值时，可按一定比率减收电费。而低于规定值时，则要按一定比率加收电费。由此可见，提高工厂功率因数对整时，则要按一定比率加收电费。由此可见，提高工厂功率因数对整个电力系统大有好处，同时对企业本身也是有一定经济实惠的。个电力系统大有好处，同时对企业本身也是有
