[理學(xué)]第二章 電力負荷及其計算

1、第二章 工廠的電力負荷及其計算- 32 -2-1工廠的電力負荷和負荷曲線- 32 -一、工廠電力負荷的分級及其對供電的要求- 32 -二、工廠用電設(shè)備的工作制- 33 -三、工廠的負荷曲線- 34 -2-2三相用電設(shè)備組計算負荷的確定- 38 -一、概述- 38 -二、按需要系數(shù)法確定計算負荷- 39 -三、按二項式系數(shù)法確定計算負荷- 47 -2-3 單相用電設(shè)備組計算負荷的確定- 52 -一、概述- 52 -二單相設(shè)備組等效三相負荷的計算- 52 -2-4 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗- 58 -一、 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗- 58 -二、工廠供電系統(tǒng)的電能損耗- 63 -2-5 工廠

2、計算負荷的確定- 66 -一、按逐級計算法確定工廠計算負荷- 66 -二、按需要系數(shù)法確定工廠計算負荷- 66 -三、按年產(chǎn)量或年產(chǎn)值估算工廠計算負荷- 67 -四、工廠的功率因數(shù)、無功補償及補償后工廠的計算負荷- 68 -26 尖峰電流的計算- 74 -一、概述- 74 -二、單臺用電設(shè)備尖峰電流的計算- 74 -三、多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算- 74 - 78 -第二章 工廠的電力負荷及其計算本章首先簡介工廠電力負荷的分級及其它有關(guān)概念，然后重點講述確定用電設(shè)備組計算負荷的兩種常用方法，即需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法，接著講述功率損耗和電能損耗以及工廠計算負荷的確定，最好介紹尖峰電流的計算。本

3、章內(nèi)容是分析工廠供電系統(tǒng)和進行供電設(shè)計計算的基礎(chǔ)。2-1工廠的電力負荷和負荷曲線一、工廠電力負荷的分級及其對供電的要求（一）工廠電力負荷的分級工廠的電力負荷，根據(jù)工業(yè)與民用供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（gbj52修訂本）規(guī)定，按其供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成的損失或影響的程度，分為下列三級：1一級負荷一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡者；或在政治、經(jīng)濟上將造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。在一級負荷中有特別重要的負荷，它中斷供電將發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒、混亂等，如正常電源中斷時處理安全停產(chǎn)所必需

4、的事故照明、通信系統(tǒng)、火災(zāi)報警設(shè)備，保證安全停產(chǎn)的自動控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)和配套裝置等。 2二級負荷二級負荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。3三級負荷三級負荷為一般的電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷者。（二）一級負荷對供電電源的要求一級負荷屬重要負荷，如中斷供電造成的后果十分嚴(yán)重，因此要求應(yīng)由兩個電源供電，而且要求當(dāng)任一個電源發(fā)生故障時，另一電源應(yīng)不致同時受到損壞。對于一級負荷中特別重要的負荷，除要求有上述兩個電源外，還要求必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴(yán)禁將其它負荷接入應(yīng)急供電

5、系統(tǒng)。常用的應(yīng)急電源可根據(jù)一級負荷中特別重要負荷的容量及要求的電流類別分別使用下列電源：（1） 獨立于正常電源的發(fā)電機組；（2） 干電池；（3） 蓄電池；（4）供電系統(tǒng)中有效地獨立于正常電源的專門供電線路 （三）二級負荷對供電電源的要求二級負荷也屬重要負荷，但與一級負荷相比，中斷供電所造成的后果沒有那么嚴(yán)重，然而它所 包括的范圍又比較寬，因此對二級負荷，要求應(yīng)由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺（這兩臺變壓器不一定在同一變電所）。在其中一回路或一臺變壓器發(fā)生常見故障時，二級負荷應(yīng)作到不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負荷較小或者當(dāng)?shù)毓╇姉l件困難時，二級負荷則可由一回6kv及以上的專用架

6、空線供電（這是考慮架空線路發(fā)生故障時較之電纜發(fā)生故障易于檢查和修復(fù)）。當(dāng)供電線路從配電所引出采用電纜段時，必須采用兩根電纜，每根電纜要能承受全部二級負荷，且互為“熱備用”，即同時處于運行狀態(tài)。（四）三級負荷對供電電源的要求三級負荷屬于不重要負荷，對供電電源無特殊要求。二、工廠用電設(shè)備的工作制工廠的用電設(shè)備，按其工作制分，有長期連續(xù)工作制、短時工作制和斷續(xù)周期工作制等三類。1長期連續(xù)工作制這類工作制的設(shè)備長期連續(xù)運行，負荷比較穩(wěn)定，如通風(fēng)、水泵、空氣壓縮機、電動發(fā)電機、電爐和照明燈等。機床電動機的負荷，一般變動較大，但多數(shù)也是長期連續(xù)運行。2短時工作制這類工作制的設(shè)備工作時間很短，而停歇時間相當(dāng)

7、長，如機床上的某些輔助電動機（如進給電動機）等。3斷續(xù)周期工作制這類工作制的設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復(fù)運行，而工作周期一般不超過10min，如電焊機和吊車電動機等。斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負荷持續(xù)率”（duty cycle，又稱暫載率）來表征起工作性質(zhì)。負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用表示； （2-1）式中 工作周期 工作周期內(nèi)的工作時間； 工作周期內(nèi)的停歇時間。斷續(xù)周期工作制設(shè)備的設(shè)備容量，一般是對應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)負荷持續(xù)率的。必須注意：同一設(shè)備，在不同的負荷持續(xù)率工作時，其出力（即輸出功率）是不同的。因此計算負荷時，必須考慮到設(shè)備容量所對應(yīng)的負荷持續(xù)

8、率，而且按規(guī)定的負荷持續(xù)率進行設(shè)備容量的統(tǒng)一換算，這將在2-2負荷計算中講述。三、工廠的負荷曲線（一）負荷曲線的繪制及其類型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(biāo)上，縱坐標(biāo)表示負荷（有功功率或無功功率），橫坐標(biāo)表示對應(yīng)于負荷變動的時間（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(shè)備的負荷曲線。按負荷的功率性質(zhì)分，有有功和無功負荷曲線。按所表示負荷變動的時間分，有年的、月的、日的或工作班的負荷曲線。圖2-1是工廠的日有功負荷曲線。圖2-1a是依點連成的負荷曲線，圖2-1b是梯形的負荷曲線。為便于計算，負荷曲線多繪成梯形，橫坐標(biāo)一般按半小時分格。工廠的

9、年負荷曲線，可以根據(jù)工廠一年中具有代表性的冬日和夏日的負荷曲線來繪制。圖2-2就表示這種年負荷曲線繪制的方法。圖2-2a表示某廠具有代表性的夏日負荷曲線，圖2-2b表示該廠具有代表性的冬日負荷曲線，圖2-2c是由此繪制的該廠年負荷曲線。年負荷曲線的橫坐標(biāo)用一年365天的總時數(shù)8760h來分格。繪制年負荷曲線時，冬日和夏日所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r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天圖2-2c就假定是繪制的我國南方某廠的年負荷曲線。繪制年負荷曲線，應(yīng)從最大負荷值開始，依負荷值遞減的順序進行。因此需穿過夏

10、冬兩條日負荷曲線作若干水平虛線，一般是通過梯形曲線上的每一個階梯作一水平虛線，如圖2-2所示。負荷功率在年負荷曲線上所占的時間應(yīng)等于與對應(yīng)夏日負荷曲線上的時間和之和，再乘以夏日天數(shù)200，圖 21 日有功負荷曲線a）依點連成的負荷曲線 b）梯形負荷曲線即：。而負荷功率在年負荷曲線上所占的時間，則應(yīng)等于所對應(yīng)的夏日負荷曲線上的時間，乘以夏日天數(shù)200，再加上所對應(yīng)的冬日負荷曲線上的時間，乘以冬日天數(shù)165，即：，其余類推。由此即可繪出工廠的梯形有功負荷曲線。上述年負荷曲線，反映了工廠全年負荷變動與負荷持續(xù)時間的關(guān)系，所以也稱為年負荷持續(xù)時間曲線，一般就簡稱為年負荷曲線。另一種年負荷曲線，是按全年

11、每日的最大負荷（一般取為每日最大負荷的半小時平均值）繪制的，稱為年每日最大負荷曲線，如圖2-3所示。橫坐標(biāo)依次以全年十二個月份的日期來分格。這種年最大負荷曲線，可用來確定擁有多臺電力變壓器的工廠變電所在一年內(nèi)不同時期宜于投入幾臺運行，即所謂經(jīng)濟動行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。從各種負荷曲線上，可以直觀地了解負荷變動的情況。通過對負荷曲線的分析，可以更深入地掌握負荷變動的規(guī)律，并可從中獲得一些對設(shè)計和運行有用的資料。因此負荷曲線對于從事工廠供電設(shè)計和運行的人員來說，是很有用的。圖 2-2 年負荷曲線的繪制a）夏日負荷曲線 b）冬日負荷曲線 c）年負荷持續(xù)時間曲線（二）與負荷曲線

12、有關(guān)的物理量1年最大負荷和年最大負荷利用小時年最大負荷，就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)（這一工作班的最大負荷不是偶然出現(xiàn)的，而是全年至少出現(xiàn)過23次）消耗電能最大的半小時平均功率。因此年最大負荷也就是半小時最大負荷。最大負荷利用小時是這樣一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負荷按年最大負荷持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能。如圖2-4所示，年最大負荷延伸到的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積，恰好等于年負荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積，即全年實際消耗的電能 按國際單位制（si制），電能的單位用j。而習(xí)慣上，有功電能用kwh，無功電能用kvarh，本書采用的電能單位，從習(xí)慣。因此年最大

13、負荷利用小時 （2-2）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(shù)，它與工廠的生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系。例如一班制工廠，；兩班制工廠，；三班制工廠，。附錄表2列出部分機械廠的年最大負荷利用小時數(shù)，供參考。2.平均負荷和負荷系數(shù)平均負荷，就是電力負荷在一定時間內(nèi)t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負荷在這段時間內(nèi)消耗的電力除以這段時間t,即 （2-3）如圖2-5所示，年平均負荷的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積，恰好等于年負荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積，即全年實際消耗的電能因此年平均負荷，。 （2-4）負荷是平均負荷與最 大負荷的比值即 （2-5）對用電設(shè)備來說，負荷系數(shù)就是設(shè)備在最大負荷時的輸出功

14、率p與設(shè)備額定容量的比值，即 （2-6）負荷系數(shù)也稱為負荷率。對負荷曲線來說，負荷系數(shù)又稱為負荷曲線填充系數(shù)，它表征負荷曲線不平坦的程度，也就是負荷變動的程度。從發(fā)揮整個電力系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)量設(shè)法使工廠不平坦的負荷曲線“削峰填谷”，這就是工廠供電系統(tǒng)在運行中必須實行的負荷調(diào)整（簡稱調(diào)荷），這將在10-2討論。2-2三相用電設(shè)備組計算負荷的確定一、概述供電系統(tǒng)要能夠在正常條件下可靠地運行，則其中各個元件（包括電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等）都必須選擇得當(dāng)，除了滿足工作電壓要求，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因此有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負荷進行統(tǒng)計計算。通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、

15、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負荷值，稱為計算負荷（calcualated load）。根據(jù)計算負荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如以計算負荷連續(xù)運行時，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫度的時間大約為34(為發(fā)熱時間常數(shù))，而截面在以上的導(dǎo)體的都在10min以上，也就是截流導(dǎo)體大約經(jīng)半小時（既30min）后可達到穩(wěn)定的溫升值，因此這計算負荷實際上與從負荷曲線上測得的半小時最大負荷p30(即年最大負荷）是基本相當(dāng)?shù)?。所以計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷。我過過去普遍將計算負荷的“計算”用漢語拼音縮寫js來表示，本書就借用半小時最大負荷來表示有功計算負荷，其余計算負荷則分

16、別表示為、。計算負荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)，計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線的選擇是否經(jīng)濟合理，如計算負荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的浪費，如計算負荷確定過小，又將使電器和導(dǎo)線運行時增加電能損耗，并產(chǎn)生過熱，引起絕緣過早老化，甚至燒毀，以致發(fā)生事故，同樣給國家造成損失。由此可見，正確確定計算負荷具有很大的意義。但是由于負荷情況復(fù)雜，影響計算符合的因素很多，雖然各類負荷的變化有一定的規(guī)律可循，但很難準(zhǔn)確地確定計算負荷的大小。實際上，負荷也不可能是一成不變的，它與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織及能源供應(yīng)的狀況等多種因素都有關(guān)系。因此負荷計算只能力求接近實際。我國

17、目前比較普遍采用的確定計算負荷的方法，有需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。其它還有一些負荷計算方法，例如以概率論為理論基礎(chǔ)的利用系數(shù)法和我國有的設(shè)計單位提出的”abc”法 參看蘇文成主編工廠供電，機械工業(yè)出版社1981年出版。等，其計算結(jié)果可能更接近實際，但計算均較繁瑣。這里只介紹簡便實用的需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。二、按需要系數(shù)法確定計算負荷（一）基本公式用電設(shè)備組的計算負荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時最大負荷，如圖2-6所示.用電設(shè)備組的設(shè)備容量，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不包括備用設(shè)備在內(nèi)）的額定容量之和，即。而設(shè)備的額定容量，是指設(shè)備在額定條件下的最大輸出功率（出力）。但是用電設(shè)備組

18、的設(shè)備實際上不一定都同時運行，運行的那些設(shè)備也不太可能都滿負荷，同時設(shè)備本身有功率損耗，配電線路也有功率損耗，因此用電設(shè)備組的有功計算負荷應(yīng)為 （2-7）式中 設(shè)備組的同時系數(shù)，即設(shè)備組在最大負荷時運行的設(shè)備容量與全部設(shè)備總?cè)萘恐?；設(shè)備組的負荷系數(shù)，即設(shè)備組在最大負荷時輸出功率與運行的設(shè)備容量之比；設(shè)備組的平均效率，即設(shè)備組在最大負荷時的輸出功率與取用功率之比；配電線路的平均效率，即配電線路在最大負荷時的末端功率（即設(shè)備組的取用功率）與首端功率（即計算負荷）之比。令上式中，這里的稱為需要系數(shù)（demand coefficient）。由上式可知需要系數(shù)的定義為 （2-8）即用電設(shè)備組的需要系數(shù)

19、，就是用電設(shè)備組在最大負荷時需要的有功功率與其設(shè)備容量的比值。由此可得按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計算負荷的基本公式為 （2-9）實際上，需要系數(shù)不僅與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、設(shè)備臺數(shù)、設(shè)備效率和線路損耗等因素有關(guān)，而且與操作工人的技術(shù)熟練程度和生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)，因此應(yīng)盡可能通過實測分析確定，使之盡量接近實際。附錄表1列出了各種用電設(shè)備組的需要系數(shù)值，供參考。必須注意：附錄表1所列需要系數(shù)值是按車間范圍內(nèi)設(shè)備臺數(shù)較多的情況來確定的，所以需要系數(shù)值一般都比較低，例如冷加工機床組的需要系數(shù)值平均只有0.2左右。因此需要系數(shù)法較適用于確定車間及其以上的計算負荷。如果采用需要系數(shù)法來計算干線

20、或分支線上用電設(shè)備組的計算負荷，則附錄表1中的需要系數(shù)值往往偏小，宜適當(dāng)取大。只有12臺設(shè)備時，可認為，即。但對于電動機，由于它本身的消耗較大，因此當(dāng)只有一臺電動機時，其，式中pn為電動機的額定容量，為電動機的效率。在kd適當(dāng)取大的同時，也應(yīng)適當(dāng)取大。這里還要指出：需要系數(shù)值與用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)有極大的關(guān)系，因此在計算時首先要正確判明用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)，否則將造成錯誤。例如機修車間的金屬切削機床電動機，應(yīng)該屬小批生產(chǎn)的冷加工機床電動機，因為金屬切削就是冷加工，而機修不可能是大批生產(chǎn)。又如壓塑機、拉絲機和鍛錘等，應(yīng)該是屬熱加工機床。再如起重機、行車或電葫蘆，實際上都屬于吊車類。在求出

21、有功計算負荷p30后，可按下列各式分別求出其余的計算負荷：無功計算負荷 （2-10）式中對應(yīng)于用電設(shè)備組的正切值（參看附錄表1）。視在計算負荷 （2-11）式中 用電設(shè)備的平均功率因數(shù)（參看附錄表1）。計算電流 （2-12）式中 用電設(shè)備組的額定電壓。如果只有一臺三相電動機，則其計算電流就取為其額定電流，即 （2-13）負荷計算中常用的單位：有功功率為kw無功功率為kvar，視在功率為kva，電流為a,電壓為kv。例2-1 已知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 3臺；4kw 8臺；3kw 17臺；1.5kw 10臺。試求其計算負荷。解 此機床組電動機的總?cè)萘繛?/p>

22、查附錄表1中“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項，得0.160.2(取0.2)，0.5，1.73.因此可求得有功計算負荷 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流 （二）設(shè)備容量的計算式（2-9）中的設(shè)備容量，不包括備用設(shè)備的容量在內(nèi)，而且要注意，此容量的計算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。1.對一般長期連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是所有用電設(shè)備銘牌額定容量之和。2.對斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是將所有設(shè)備在不同負荷持續(xù)率下的銘牌額定容量統(tǒng)一換算到一個規(guī)定的負荷持續(xù)率下的功率之和。當(dāng)然這種換算，應(yīng)該是“等效”換算，即按同一周期內(nèi)相同發(fā)熱條件來進行換算。由于電流i通過設(shè)備（電

23、阻為r）在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為i2rt，因此在設(shè)備電阻r不變而產(chǎn)生的熱量又相同的條件下。而在同一電壓下，設(shè)備容量，又由式（2-1）知，同一周期的負荷持續(xù)率。因此，即設(shè)備容量與負荷持續(xù)率的平方根值成反比。假如設(shè)備在下的額定容量為，則換算到下的設(shè)備容量為 （2-14）（1）電焊機組 要求統(tǒng)一換算到 電焊機的銘牌負荷持續(xù)率一般有50、60、75和100等四種。由于100時，因 此將其他下的容量換算到=100%最為簡便，附錄表1中的計算系數(shù)也是對應(yīng)于=100%的。，因此其設(shè)備容量為 即 （2-15）式中 、電焊機的銘牌容量（前者為有功容量，后者為視在容量）； 與銘牌容量對應(yīng)的負荷持續(xù)率（計算中用小數(shù)）

24、； 其值為100的負荷持續(xù)率（計算中用1）； 銘牌規(guī)定的額定功率因數(shù)，與或相對應(yīng)。（2）吊車電動組 要求統(tǒng)一換算到25 吊車的銘牌負荷持續(xù)率一般有15%、25%、40%和60%等四種。由于=25%時，因此將其他下的容量換算到=25%最為簡便，附錄表1中的計算系數(shù)也是對應(yīng)于=25%的。，因此其設(shè)備容量為 （2-16）式中 吊車電動機的銘牌容量； 與銘牌容量對應(yīng)的負荷持續(xù)率（計算中用小數(shù)）； 其值為25的負荷持續(xù)率（計算中用0.25）。（三）多組用電設(shè)備計算負荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定低壓干線上或

25、低壓母線上的計算負荷時，可結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)（又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù)）和。對于車間干線，可取0.850.95，0.90.97。對于低壓母線，由用電設(shè)備組計算負荷直接相加來計算時，可取kp=0.80.9，q=.850.95；由車間干線計算負荷直接相加來計算，可取kp=0.9.95，kq=0.930.97?？偟挠泄τ嬎阖摵蔀閜30=kpi (2-17)總的無功計算負荷為q30=kqi (2-18)以上兩式中的和分別表示有各組設(shè)備的有功和無功計算負荷之和。總的視在計算負荷為 （2-19）總的計算電流為 （-20）由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計算負

26、荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算，總的視在計算負荷也不能按式（2-11）計算。注意：在計算多組設(shè)備總的計算負荷時，為了簡化和統(tǒng)一，各組設(shè)備的臺數(shù)不論多少，各組的計算負荷均按附錄表1所列kd和的值來計算，而不必考慮設(shè)備臺數(shù)少而適當(dāng)增大kd和值的問題。例題2-2 某機修車間接380v線路上，接有優(yōu)金屬切削機床電動機20臺、共5kw（其中較大容量電動機有7.5kw1臺；4kw3臺；2.2kw7臺）；通風(fēng)機器2臺共3kw；電阻爐1臺2kw。試確定此路線上的計算負荷。解 先求各組的計算負荷1金屬切削機床組查附錄表達式1，取kd=0.2，=0.5， =1.73故 p30（1）=

27、0.250kw=10kwq30（1）=10kw1.73=17.3kvar2.通風(fēng)機組查附錄表達式1,取d=0.8,=0.8,=0.75故 p30(2)=0.83kw=2.4kwq30(2)=2.4kw0.75=1.8kvar3電阻爐查附錄表1，取d=0.7,=1,=0故 p30（3）=0.72kw=1.4kwq30（3）=0因此總計算負荷為（取kp=0.95,kq=0.97）p30=0.95（102.41.4）=13.1kwq30=0.97（17.31.80）=18.5kvars30=22.7kvai30=22.7/0.38=34.5ka在實際工程設(shè)計中，為了使人一目了然，便于審核，常采用計算

28、表格的形式，如表2-1所示。序 號用電設(shè)備組名稱臺 數(shù)n容量需要系數(shù)kdcostan計 算 負 荷pep30q30s30i30kwkwkvarkvaa123切削機床通 風(fēng) 機電 阻 爐202150320.20.80.70.50.811.730.750102.41.417.31.80車間總計23513.819.1取13.118.522.334.5表2-1 例題2-2的電力負荷計算表（按需要系數(shù)法）三、按二項式系數(shù)法確定計算負荷上述需要系數(shù)法，計算簡便，現(xiàn)仍普遍應(yīng)用于供電設(shè)計中。但需要系數(shù)法未考慮用電設(shè)備組中少數(shù)容量特別大的設(shè)備對計算負荷的影響，因而在確定用電設(shè)備臺數(shù)較少而容量差別相當(dāng)大的低壓支線

29、和干線的計算負荷時，按需要系數(shù)法計算所得的結(jié)果往往偏小，于是提出了二項式系數(shù)法。（一）基本公式二項式系數(shù)法的基本計算公式是p30= bpe+cpx （2-21）式中 bpe表示用電設(shè)備組的平均負荷，其中pe是用電設(shè)備的設(shè)備總?cè)萘浚溆嬎惴饺缜靶枰禂?shù)法中所述； cpx表示用電設(shè)備組中x臺容量最大的設(shè)備投入運行時增加的附加負荷，其中 px是x臺最大容量的設(shè)備總?cè)萘浚?b、c二項式系數(shù)。其余的計算負荷q30、s30和i30的計算與前述需要系數(shù)相同。附錄表1中也列有部分用電設(shè)備的二項式系數(shù)b、c和最大容量的設(shè)備臺數(shù)x值，供計算時參考。但必須注意：按二項式系數(shù)法確定計算負荷時，如果設(shè)備總臺數(shù)n少于附錄

30、表1中規(guī)定的最大容量設(shè)備臺數(shù)x的2倍時，則其最大容量設(shè)備臺數(shù)x也宜相應(yīng)減小，建議取為x=n2，且按“四舍五入”規(guī)則取整數(shù)。例如某機床電動組的電動機數(shù)只有7臺時，則其最大容量設(shè)備臺數(shù)應(yīng)取x=724（按附錄表達1，x=5）。如果用電設(shè)備組只有12臺設(shè)備時，就可認為p30 =pe。對于單臺電動機，則p30=pn。而在設(shè)備臺數(shù)較少時，也應(yīng)適當(dāng)取大。由于二項系數(shù)法不僅考慮了用電設(shè)備組的平均最大負荷，而且考慮了容量最大的少數(shù)設(shè)備運動時對總計算負荷的額外影響，所以此法比較適于確定設(shè)備臺數(shù)較少而容量判別較大的低壓干線和分支線的計算負荷。但是，二項式計算系數(shù)b、c和x的值，缺乏足夠的理論根據(jù)，而且這些系數(shù)，也只

31、適用于機械加工工業(yè)，對其它行業(yè)，目前這方面的數(shù)據(jù)較少，因而使其應(yīng)用受到一定的局限。例2-3試用二項式系數(shù)法來確定例題2-1所列機床組的計算負荷。解 由附錄表1查得b=0.14,c=0.4, x=5,=0.5,=1.73。而設(shè)備總 容量為pe=120.5kw（見例2-1計算）x臺最大容量的設(shè)備容量為px=p5=7.5kw34 kw2=30.5kw因此按式（2-21）可求得其有功計算負荷為p30=0.14120.5kw0.430.5kw=29.1kw 按式（2-10）可求得其無功計算負荷為q30=29.1 kw1.73=50.3kvar按式（2-11）可求得其計算負荷為 s30=29.1kw0.5

32、=58.2kva按式（2-12）可求得其計算電流為 i30=58.2kva(0.38kv)=88.4a比較例2-1和例2-3的計算結(jié)果可以看出，按二項式系數(shù)法的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果大，特別是在設(shè)備臺數(shù)較少的情況下。供電設(shè)計的經(jīng)驗說明，選擇低壓分支線和干線時，按需要系數(shù)法計算的結(jié)果往往偏小，以采用二項式系數(shù)法計算為宜。（二）多組用電設(shè)備計算負荷的確定采用二項式系數(shù)法確定多組用電設(shè)備的干線上或低壓母線上的計算負荷時，同樣應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定總計算負荷時，只能在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負荷，再加上所有各組的平均負荷。所以總有功和無功計算負荷分別為

33、 (2-22) (2-23)式中 (b)i各組有功的平均負荷之和；各組無功的平均負荷之和； (c)man各組中最大的一個有功附加負荷； tan(c)max設(shè)備組的正切值。關(guān)于總的視的計算負荷s30和計算電流i30，仍分別按式（2-19）和式（2-20）計算。為了簡化和統(tǒng)一，按二項式系數(shù)法來計算多組設(shè)備總的計算負荷時，也不論各組設(shè)備臺數(shù)多少，各組的計算系數(shù)b、c、x和cos等均按附錄表達1所列數(shù)值。例24 試用二項式系數(shù)法確定例22所述機修車間380v線路的計算負荷。解 先求各組的b和 1. 金屬切削機床組 查附錄表達1，取b=0.14,c=0.4,x=0.5,cos=0.5,tan=1.73故

34、 b=0.1450kw=7kwc=0.4(7.5kw14kw32.2kw1)=8.68kw2通風(fēng)機組 查附錄表達1，取b=0.65,c=0.25,=0.8，=0.75 故 b=0.653kw=1.95kw c=0.253kw=0.75kw 3.電組爐 查附錄表面2，取b=0.7,c=0,=1,=0 故 b=0.72kw=1.4kw c=0因此總計算負荷為（附加負荷中以cpx(1)為最大)p30=(7+1.95+1.4)kw +8.68 kw=19kwq30=(71.73+1.950.75+1.40)kvar+8.681.73kvar=28.6kvar s30=kva =34.3kvai30=3

35、4.3kva(0.38kv)=52.1a按一般工程計要求，以上計算可列成表格形式，如表2-2所示。表2-2 例2-4的電力負荷計算表（按二項式系數(shù)法）序 號用電設(shè)備組名稱設(shè)備臺數(shù)設(shè)備容量二項式系數(shù)costan計 算 負 荷總臺數(shù)大容量臺數(shù)pepxbcp30q30s30i30kwkwkwkvarkvaa123切削機床通 風(fēng) 機電 阻 爐20215502321.70.140.40.50.811.730.7507+8.681.95+051.4+012.1+15.01.46+0.5600.650.250.70總 計23551928.634.352.1比較例2-2和例2-4的計算結(jié)果可以看出，按二項式系

36、數(shù)法計算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果大。2-3 單相用電設(shè)備組計算負荷的確定一、概述 在工廠里，除了廣泛應(yīng)用三相設(shè)備外，還應(yīng)用有各種單相設(shè)備如電焊機電爐、電燈等等。單相設(shè)備接在三相線路中，應(yīng)盡可能地均衡分配，使三相負荷盡可能地平衡。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)備如何分配，均可按三相平衡負荷計算。 由于確定計算負荷的目的，主要是用來選擇線路上的設(shè)備和導(dǎo)線，使線路上的設(shè)備和導(dǎo)線在計算電流通過時不致過熱損壞，因此在接有較多單相用電設(shè)備的三相線路中，不論單相設(shè)備接于相電壓不覺 是接于線電壓，只要三相負荷不平衡，就應(yīng)以最大負荷相有功負荷的3倍，作為等效三相有功負荷，以便

37、滿足三相線路中所選設(shè)備和導(dǎo)線安全運行的要求。二單相設(shè)備組等效三相負荷的計算（一）單相設(shè)備接于相電壓時的負荷計算首先按最大負荷相所接的單相設(shè)備容量pe.m乘以3求得其等效三相設(shè)備容量pe,即= (2-24)然后按前面式（2-9）式（2-12）分別計算其等效三相計算負荷、和。(二)單相設(shè)備接于同一線電壓時的負荷計算由于容量為的單相設(shè)備接在線電壓上產(chǎn)生的電流i=,這一電流應(yīng)與其等效三相設(shè)備容量 產(chǎn)生的電流相等，因此其等效三相設(shè)備容量 (2-25)然后也按式（2）式（212）分別計算其等效三相計算負荷p30 、q30、s30、和i30。(三)單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓的負荷計算首先應(yīng)將接于線電壓的

38、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，即 （2-26）總的等效三相無功計算負荷就是最大有功負荷相的無功計算負荷的3 倍，即 （2-27）總的和 則分別按前面式（219）和式（220）計算。關(guān)于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)備容量的問題，這里略去繁復(fù)的推導(dǎo)，只列出其容量換算公式如下：a 相 （2-28） （2-29）b相 （2-30） （2-31）c 相 （2-32） （2-33）式中 、 、接于ab bc ca相間的有功負荷;、 、 換算為a、b、c 相的有功負荷；、 、 換

39、算為、相的無功負荷；、接于、等相間的負荷換算為a、等相負荷有功及無功換算系數(shù)，如表面2所列。表2相間負荷換算為相負荷的功率換算系數(shù)功率換算系數(shù)符 合 功 率 因 數(shù)0.350.40.50.60.650.70.80.91.0pab-a、pbc-b、pac-c1.271.171.00.890.840.80.720.640.5pab-b、pbc-c、pac-a-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qab-a、qbc-b、qac-c1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.29qab-b、qbc-c、qac-a1.631.441.160.960.

40、880.80.670.530.29例25 如圖27所示，某220v/380v 三相四線制線路上，接有220v 單相電熱干燥箱4臺，其中2臺10kw 接于a相，1臺30kw接于b相，1臺20 kw接于c相。此外接有380v單相對焊機4臺，其中2臺14kw（ =100%）接于ab相，1臺20kw （=100%）接于bc相，1臺30k接于ca相，試求此線路的計算負荷。解： 1電熱干燥的各相計算負荷查附錄表1得kd=0.7,cos=1,tan=0。故只有有功計算負荷：a相 b相 c相 2.對焊機的各相計算負荷先將接于ca相的換算至的容量查附錄表1得并由表面化查得時的功率換算系數(shù)故各相有功和無功設(shè)備容量

41、為a相 b相 kw c 相 因此各相的有功和無功計算負荷為a 相 b 相 c相 3各相總的有功計算和無功計算負荷a相 b相c相q30c=q30c(1)+q30c(2)=0+7.39kvar=7.39kvar4.總的等效三相計算負荷因b相的有功計算負荷最大，故取b相計算等效三相計算負荷。由此可得 p30=3p30b=328.6kw=85.8kw q30=3q30b=39.38kvar=28.1kvar s30= 以上計算也可列成表格，限于篇幅，從略。2-4 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗一、 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗在確定各用電設(shè)備組的計算負荷后，如要確定車間或工廠的計算負荷，就需要逐級計入有關(guān)

42、線路和變壓器的功率損耗，如圖28所示。例如要確定車間變電所低壓配電線wl2首端的計算負荷p30.4,就應(yīng)該將其末端計算負荷p30。5加上wl2線路的功率損耗pwl2(還有無功部分，此略，下同)。如要確定高壓配電線wl1首端的計算負荷p30。2，就應(yīng)該將車間變電所低壓側(cè)計算負荷p30。3，加上變壓器t的功率損耗pt，再加上高壓配電線wl1的功率損耗pwl1。為此，下面要講述線路和變壓器功率損耗的計算。（一）線路功率損耗的計算線路的功率損耗包括有功和無功兩大部分。1.有功功率損耗有功功率損耗是電流通過線路電阻所產(chǎn)生的，按 下式計算： （2-34） 式中i30線路的計算電流；rwl線路每相的電阻。電

43、阻rwl=r0。這里為線路長度，r0為線路單位長度的電阻值，可查有關(guān)手冊。附錄表列出lj型鋁絞線的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，可查得其各種截面下的r0值。2.無功功率損耗 無功功率損耗是電流通過線路電抗所產(chǎn)生的，按下式計算： (2-35)式中線路的計算電流；線路每相的電抗。電抗xwl=x0。這里為線路單位長度，x0為線路單位長度的電抗值，也可查有關(guān)手冊。附錄表也列有l(wèi)j型鋁絞線的x0值。但查x0，不僅要根據(jù)導(dǎo)線截面，而且要根據(jù)線間幾何均距。所謂線間幾何均距，是指三相線路各相導(dǎo)線之間距離的幾何平均值。如圖所示三相線路，其線間幾何均距為 （2-36）如導(dǎo)線為等邊三角形排列（圖9b），則=；如導(dǎo)線為水平等距排列（

44、圖9c），則=圖2-9 三角線路的線間距離a)一般情況 b)等邊三角形排列 c)水平等距離排列（二）變壓器功率損耗的計算變壓器的功率損耗也包括有功和無功兩大部分。 變壓器的有功功率損耗有功功率損耗是由兩部分組成：一部分是鐵芯的中有功功率損耗，即鐵損。鐵損在變壓器一次繞組的外加電壓和頻率不變的條件下，是固定不變的，它與負荷無關(guān)。鐵損可由變壓器空載實驗測定。變壓器的空載損耗p0可認為就是鐵損，因為變壓器的空載電流很小，在一次繞組中產(chǎn)生的有功損耗可略去不計。 另一部分是變壓器在負荷時其一、二次繞組中產(chǎn)生的有功功率損耗，即銅損.銅損與負荷電流（或功率）的平方成正比。銅損可由變壓器短路實驗測定。變壓器的

45、短路損耗可認為就是銅損，因為變壓器短路是一次側(cè)短路電壓k很小，在鐵芯中產(chǎn)生的有功功率損耗可略去不計。 因此，變壓器的有功功率損耗為 (2-37)或 (2-38)式中 sn變壓器的額定容量； s30變壓器的計算負荷；變壓器的負荷率，2變壓器的無功功率損耗無功功率損耗也由兩部分組成：一部分無功功率用來產(chǎn)生主磁通，也就是用來產(chǎn)生激磁電流或近似地認為產(chǎn)生空載電流的。這部分無功率損耗用表示，只與繞組電有關(guān)，與負荷無關(guān)。這部分無功功率損耗為 (2-39)式中 %變壓器空載電流占額定電流的百分值。另一部分無功功率消耗在變壓器一、二次繞組的電抗上。額定負荷下的這部分無功損耗用表示，即 (2-40)式中 變壓器

46、的短路電壓（即阻抗電壓）占額定電壓的百分值。這部分無功功率損耗也與負荷電流（或功率）的平方成正比。 因此，變壓器的無功功率損耗為 （2-41）或 （2-42）上列式中的、和（）等都可從產(chǎn)品樣本中查得。附錄表4列出了 型低損耗配電變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，供參考。在負荷計算中，變壓器的有功和無功功率損耗，可按下列簡化公式近似計算：對等型電力變壓器 （2-43） （2-44）對等型低損耗變壓器 （2-45） （2-46）二、工廠供電系統(tǒng)的電能損耗工廠每年所耗用的電能，當(dāng)然主要是用于工廠的生產(chǎn)和生活，即為動力和照明用電；但是工廠供電系統(tǒng)的元件（主要是線路和變壓器）也要損耗一部分電能，不可忽視，因為這關(guān)系

47、到電能利用的效益問題。作為供電人員，應(yīng)設(shè)法降低系統(tǒng)的這部分損耗，千方百計節(jié)約電能。（一）線路的電能損耗線路上全年的電能損耗，應(yīng)該是線路的年平均功率損耗乘以一年的小時數(shù)8760h。由式（2-2）和式（2-4）可得到下列關(guān)系： 故 假設(shè)，且線路電壓不變，則,因此 由此可求得線路的年有功電能損耗為 或 (2-47)式中 最大負荷損耗小時,在時，。最大負荷損耗小時，實際上也是一個假想時間，在此時間內(nèi)，線路上持續(xù)通過最大負荷電流所產(chǎn)生的電能損耗，恰好等于實際負荷電流全年在線路上產(chǎn)生的電能損耗。不同下的關(guān)系曲線，如圖2-10所示，可供查用。（二）變壓器的電能損耗變壓器的有功電能損耗包括兩部分。一部分是變壓器鐵損引起的電能損耗。只要變壓器的外加電壓和頻率不變，它就是固定不變的，因此這部分電能損耗（全年）為 （2-48）式中 變壓器全年運行時間，一般取8760h； 圖2-10 關(guān)系曲線變壓器的空載損耗。 另一部分是變壓