負(fù)荷計(jì)算(2007年用)

第二章負(fù)荷計(jì)算學(xué)會(huì)計(jì)算或估算電力負(fù)荷是正確選擇供配電系統(tǒng)種導(dǎo)線、電纜、開關(guān)電器、變壓器等的基礎(chǔ)，也是保障供配電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行必不可少的環(huán)節(jié)。本章的內(nèi)容是分析供配電系統(tǒng)和進(jìn)行供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。2/5/20231第二章負(fù)荷計(jì)算

第一節(jié)負(fù)荷曲線

第二節(jié)用電設(shè)備的設(shè)備容量

第三節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法

第四節(jié)功率損耗和電能損耗

第五節(jié)全廠負(fù)荷計(jì)算

第六節(jié)尖峰電流的計(jì)算

第七節(jié)功率因數(shù)及無功功率補(bǔ)償2/5/202322.1負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線是電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖形，反映了用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律。2.1.1日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線：負(fù)荷在一晝夜間（0~24h）的變化情況。繪制方法：1.以某個(gè)監(jiān)測點(diǎn)為參考點(diǎn)，在24小時(shí)中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制而成的折線形狀，稱為折線形負(fù)荷曲線。2/5/202332.1負(fù)荷曲線2.通過接在供電線路上的電度表，每隔一定時(shí)間間隔（半小時(shí)）將讀數(shù)記錄下來，求出半小時(shí)的平均功率，再依次將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成階梯狀的階梯型負(fù)荷曲線。2/5/202342.1負(fù)荷曲線特點(diǎn)：1.電力負(fù)荷是變化的；2.不等于額定功率；3.電力負(fù)荷的變化是有規(guī)律的。日負(fù)荷曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表全日所消耗的電能。

2/5/202352.1負(fù)荷曲線2.1.2

年負(fù)荷曲線

年負(fù)荷曲線反映負(fù)荷全年（8760小時(shí)）的變化情況。年負(fù)荷曲線分為：年運(yùn)行負(fù)荷曲線：根據(jù)全年日負(fù)荷曲線間接制成。年持續(xù)負(fù)荷曲線：要借助一年中有代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線。通常用年持續(xù)負(fù)荷曲線來表示年負(fù)荷曲線。2/5/202362.1負(fù)荷曲線根據(jù)典型夏季日負(fù)荷曲線和冬季日負(fù)荷曲線，按負(fù)荷大小依次排列繪制北方：冬日200天，夏日165天南方：冬日165天，夏日200天2/5/202372.1負(fù)荷曲線2.1.3負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量1.年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)（１）年最大負(fù)荷Ｐmax指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)（為防偶然性，這樣的工作班至少要在負(fù)荷最大的月份出現(xiàn)２～３次）30分鐘平均功率的最大值，因此年最大負(fù)荷有時(shí)也稱為30分鐘最大負(fù)荷P30。2/5/202382.1負(fù)荷曲線（２）年最大負(fù)荷利用小時(shí)Ｔmax指負(fù)荷以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，消耗的電能恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能，這段時(shí)間就是年最大負(fù)荷利用小時(shí)。如圖2-3所示，陰影部分即為全年實(shí)際消耗的電能。如果以Wa表示全年實(shí)際消耗的電能，則有：2/5/202392.1負(fù)荷曲線一班制工廠Tmax約為：1800～3000h，兩班制工廠Tmax約為：3500～4800h,三班制工廠Tmax約為：5000～7000h，居民用戶Tmax約為：1200～2800h。Tmax是反映工廠負(fù)荷是否均勻的一個(gè)重要參數(shù)。Tmax越大，則負(fù)荷越平穩(wěn)。2/5/2023102.1負(fù)荷曲線2.平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)(1)

平均負(fù)荷Pav平均負(fù)荷就是指電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗的功率的平均值。如在t這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能為Wt，則t時(shí)間的平均負(fù)荷為2/5/2023112.1負(fù)荷曲線年平均負(fù)荷是指電力負(fù)荷在一年內(nèi)消耗的功率的平均值。如用Wa表示全年實(shí)際消耗的電能，則年平均負(fù)荷為：

陰影部分表示全年實(shí)際消耗的電能Wa，年平均負(fù)荷Pav的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積恰好與之相等。

2/5/2023122.1負(fù)荷曲線(2)

負(fù)荷系數(shù)KL負(fù)荷系數(shù)是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，分為有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無功負(fù)荷系數(shù)KrL，即負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率或負(fù)荷填充系數(shù)，它表征負(fù)荷曲線不平坦的程度，負(fù)荷系數(shù)越接近1，負(fù)荷越平坦。2/5/2023132.1負(fù)荷曲線有時(shí)也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無功負(fù)荷系數(shù)。一般工廠α=0.7~0.75，β=0.76~0.82對(duì)于單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組，負(fù)荷系數(shù)是指設(shè)備的輸出功率P和設(shè)備額定容量PN之比值，即它表征該設(shè)備或設(shè)備組的容量是否被充分利用。2/5/2023142.2用電設(shè)備的設(shè)備容量“電力負(fù)荷”在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設(shè)備或用電單位，也可以指用電設(shè)備或用電單位的功率或電流的大小。2/5/2023152.2用電設(shè)備的設(shè)備容量工廠常用用電設(shè)備①生產(chǎn)加工機(jī)械的拖動(dòng)設(shè)備；②電焊、電鍍設(shè)備；③電熱設(shè)備；④照明設(shè)備。

2/5/2023162.2用電設(shè)備的設(shè)備容量1.生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)設(shè)備機(jī)床設(shè)備起重運(yùn)輸設(shè)備功能

金屬切削金屬壓力加工功能

起吊搬運(yùn)物料運(yùn)輸客貨車床銑床刨床鉆床磨床組合機(jī)床鏜床沖床鋸床剪床砂輪機(jī)吊車行車輸送機(jī)電梯自動(dòng)扶梯2/5/2023172.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2．電焊和電鍍設(shè)備

電焊機(jī)的工作特點(diǎn)是：（1）工作方式呈一定的同期性，工作時(shí)間和停歇時(shí)間相互交替。（2）功率較大。（3）功率因數(shù)很低。（4）一般電焊機(jī)的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動(dòng)。2/5/2023182.2用電設(shè)備的設(shè)備容量電鍍的作用：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)備的工作特點(diǎn)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。

2/5/2023192.2用電設(shè)備的設(shè)備容量3．電熱設(shè)備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電熱設(shè)備的工作特點(diǎn)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(jí)或三級(jí)負(fù)荷。（3）功率因數(shù)都較高，小型的電熱設(shè)備可達(dá)到1。2/5/2023202.2用電設(shè)備的設(shè)備容量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。

白熾燈2/5/2023212.2用電設(shè)備的設(shè)備容量鹵鎢燈1-石英玻璃泡2-金屬支架3-燈絲4-散熱罩5-電極2/5/2023222.2用電設(shè)備的設(shè)備容量高壓汞燈2/5/2023232.2用電設(shè)備的設(shè)備容量高壓鈉燈它利用高壓的鈉蒸氣放電發(fā)光1-主電極2-陶瓷放電管理3-外玻殼4-消氣劑5-燈頭

2/5/2023242.2用電設(shè)備的設(shè)備容量金屬鹵化物燈在高壓汞燈內(nèi)添加某些金屬鹵化物，靠金屬鹵化物的循環(huán)作用，不斷向電弧提供相應(yīng)的金屬蒸氣，金屬原子在電弧激發(fā)而輻射該金屬的特征光譜線。

1-主電極2-放電管3-保溫罩4-石英玻管5-消氣劑6-觸發(fā)極7-限流電阻

2/5/2023252.2.1設(shè)備容量的定義經(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)備容量，用Pe表示。2.2.2設(shè)備容量的確定1.長期工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備其設(shè)備容量為該設(shè)備的銘牌額定功率，即

Pe=PN

（2–6）

2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量

2/5/2023262.反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備其設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率下的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。常用設(shè)備的換算要求如下：2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2/5/202327（1）電焊機(jī)和電焊機(jī)組要求統(tǒng)一換算到ε=100%時(shí)的功率，即

式中，PN為電焊機(jī)額定有功功率；SN為額定視在功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）；ε100％為其值為100%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用1）；cosφN為額定功率因數(shù)。2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2/5/202328（2）起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)）要求統(tǒng)一換算到ε=25%時(shí)的額定功率，即

式中，PN為額定有功功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率（用小數(shù)計(jì)算）；ε25%為其值為25%的負(fù)荷持續(xù)率（用0.25計(jì)算）。2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2/5/2023293.電爐變壓器組指在額定視在功率下的有功功率，即

Pe=SNcosφN（2–9）

式中，SN是電爐變壓器的額定容量；cosφN是電爐變壓器的額定功率因數(shù)。4.照明設(shè)備（1）不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如白熾燈、碘鎢燈）的設(shè)備容量是指燈頭的額定功率，即Pe=PN（2–10）

2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2/5/202330（2）用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如熒光燈、高壓水銀燈）的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失：熒光燈：Pe=1.2PN（2–11）高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：Pe=1.1PN（2–12）（3）

照明設(shè)備的設(shè)備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：Pe=ωS/1000（2–13）式中，ω是建筑物單位面積的照明容量（W/m2）；S為建筑物的面積（m2）。

2.2用電設(shè)備的設(shè)備容量2/5/202331為了使供配電系統(tǒng)正常條件下可靠地運(yùn)行，必須正確選擇電力變壓器、開關(guān)設(shè)備以及導(dǎo)線、電纜等，這就需要對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算負(fù)荷：是指導(dǎo)體中通過一個(gè)等效負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)體中的最高溫升正好和通過實(shí)際的變動(dòng)負(fù)荷時(shí)其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負(fù)荷就稱為計(jì)算負(fù)荷。發(fā)熱時(shí)間常數(shù)：導(dǎo)體中通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為（3～4）τ，τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。2.3負(fù)荷計(jì)算的方法

2/5/202332計(jì)算負(fù)荷Pc實(shí)際上與30min最大負(fù)荷（年最大負(fù)荷）基本是相當(dāng)?shù)摹Ｒ虼?，有：Pc=Pmax=P30(有功功率)Qc=Qmax=Q30(無功功率)Sc=Smax=S30(視在功率)Ic=Imax=I30

(電流)2.3負(fù)荷計(jì)算的方法2/5/202333工程上依據(jù)不同的計(jì)算目的，總結(jié)出了估算法、需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法、單相負(fù)荷計(jì)算等負(fù)荷計(jì)算方法。

估算法實(shí)為指標(biāo)法，在做設(shè)計(jì)任務(wù)書或初步設(shè)計(jì)階段，尤其當(dāng)需要進(jìn)行方案比較時(shí)，按估算法計(jì)算比較方便。2.3.1計(jì)算負(fù)荷的估算法2/5/2023341.單位產(chǎn)品耗電量法已知某車間或企業(yè)的年產(chǎn)量m和每一產(chǎn)品的單位耗電量a,則企業(yè)全年電能Wa為：Wa=a·m有功計(jì)算負(fù)荷為：式中，Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。

2.3.1計(jì)算負(fù)荷的估算法2/5/2023352.負(fù)荷密度法已知車間生產(chǎn)面積S(m2)和負(fù)荷密度指標(biāo)ρ（kW/m2）時(shí)，車間平均負(fù)荷為：Pav=ρ·S(2–16)

車間計(jì)算負(fù)荷為:KaL是有功負(fù)荷系數(shù)將式中的車間密度指標(biāo)和車間面積改為全廠的密度指標(biāo)和全廠的面積，就可以計(jì)算出整個(gè)企業(yè)的用電負(fù)荷。2.3.1計(jì)算負(fù)荷的估算法2/5/202336在所計(jì)算的范圍內(nèi)（如一條干線、一段母線或一臺(tái)變壓器），所有用電設(shè)備的設(shè)備容量并不等于其計(jì)算負(fù)荷，兩者之間存在一個(gè)比值關(guān)系，因此引進(jìn)需要系數(shù)的概念，即式中，Kd即為需要系數(shù)；PC為計(jì)算負(fù)荷；Pe為設(shè)備容量。

2.3.2需要系數(shù)法

2/5/2023372.3.2需要系數(shù)法形成Kd系數(shù)的原因：用電設(shè)備的設(shè)備容量是指輸出容量，它與輸入容量之間有一個(gè)平均效率ηN；用電設(shè)備不一定都滿負(fù)荷運(yùn)行，因此引入負(fù)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(gè)線路平均效率ηWL；所有用電設(shè)備不一定同時(shí)運(yùn)行，故引入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑。通過查表A-1確定Kd。2/5/2023382.3.2需要系數(shù)法1.單組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

式中，Kd為需要系數(shù)；Pe為設(shè)備容量；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。2/5/2023392.3.2需要系數(shù)法例2-1已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，有電壓為380V的電動(dòng)機(jī)30臺(tái)，其總的設(shè)備容量為120kW。試求其計(jì)算負(fù)荷。解:查A-1表(P334)中的“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)”項(xiàng)，可得Kd=0.16~0.2（取0.18計(jì)算），cosφ=0.5，tanφ=1.73。Pc=KdPe=0.18×120=21.6kWQc=Pctanφ=21.6×1.73=37.37kvarSc=Pc/cosφ=21.6/0.5=43.2kVA

2/5/2023402.3.2需要系數(shù)法2.多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷因?yàn)楦饔秒娫O(shè)備組的最大負(fù)荷不一定同時(shí)出現(xiàn)，需要計(jì)入各用電設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)。式中，n為用電設(shè)備組的組數(shù)，K∑p、K∑q分別為有功、無功同時(shí)系數(shù)，Pci，Qci為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。

2/5/2023412.3.2需要系數(shù)法例2-2一機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kW，其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kW2臺(tái)，4kW2臺(tái)，2.2kW8臺(tái)；另接通風(fēng)機(jī)2臺(tái)共2.4kW；電阻爐1臺(tái)2kW。試求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。解：查表A-1可得冷加工電動(dòng)機(jī)：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tanφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tanφ1=10×1.73=17.3kvar

2/5/2023422.3.2需要系數(shù)法通風(fēng)機(jī)：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tanφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×1.2×2=1.92kWQc2=Pc2tanφ2=1.92×0.75=1.44kvar電阻爐：因只1臺(tái)，故其計(jì)算負(fù)荷等于設(shè)備容量Pc3=Pe3=2kW因?yàn)椋翰楸韙anφ3＝0，所以Qc3=Pc3tanφ3＝02/5/2023432.3.2需要系數(shù)法車間計(jì)算負(fù)荷為：

2/5/2023442.3.2需要系數(shù)法需要系數(shù)法中的需要系數(shù)與用電設(shè)備的類別和工作狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)一定要正確判斷。（1）機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)屬于小批生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)；（2）各種鍛造設(shè)備屬于熱加工機(jī)床；（3）起重機(jī)、行車或電葫蘆屬于吊車。用需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷，其特點(diǎn)是簡單方便，計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際，因此在世界各國均普遍采用。2/5/202345電流流過電力線路時(shí)，要引起功率和電能的損耗。在進(jìn)行用戶或全廠負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)計(jì)入這部分損耗。2.4.1線路的功率損耗包括有功和無功兩部分。(1)

有功功率損耗有功功率損耗是電流流過線路電阻所引起的，故其計(jì)算公式為2.4功率損耗和電能損耗2/5/202346△PWL=3Ic2RWL×103(2–31)式中，Ic為線路的計(jì)算電流(A)；RWL為線路每相的電阻(Ω)，RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻(Ω/km)，L為線路的計(jì)算長度(km)。2.4功率損耗和電能損耗2/5/202347(2)

無功功率損耗無功功率損耗是電流流過線路電抗所引起的，故其計(jì)算公式為△QWL=3Ic2XWL×103（2–32）式中，Ic為線路的計(jì)算電流(A)；XWL為線路每相的電抗(Ω)，XWL=X0L，X0為線路單位長度的電抗(Ω/km)，一般對(duì)架空線路，其值為0.4Ω/km左右，對(duì)電纜線路，其值為0.08Ω/km左右，L為線路的計(jì)算長度(km)。2.4功率損耗和電能損耗2/5/2023482.變壓器的功率損耗因?yàn)樽儔浩魍瑯泳哂须娮韬碗娍?，所以其功率損耗也包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。(1)

有功功率損耗變壓器的有功功率損耗又由兩部分組成：①鐵損△PFe

鐵損是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗。2.4功率損耗和電能損耗2/5/202349變壓器空載時(shí)的損耗為空載損耗，由鐵損和一次繞組中的有功損耗產(chǎn)生，因空載電流I0很小，在一次繞組中產(chǎn)生的有功功率損耗也很小，可忽略不計(jì)，故空載損耗△P0可以認(rèn)為就是鐵損，所以，鐵損又稱為空載損耗。變壓器主磁通只與外加電壓有關(guān)。當(dāng)外加電壓和頻率恒定時(shí)，鐵損與負(fù)荷無關(guān)，是定值。2.4功率損耗和電能損耗2/5/202350②銅損△PCu銅損是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比。變壓器負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，一次側(cè)施加的電壓Uk很小，鐵心中的主磁通很小，在鐵心中產(chǎn)生的有功功率損耗可忽略不計(jì)，故變壓器的負(fù)載損耗△Pk可認(rèn)為就是額定電流下的銅損△PCu?！鱌T≈△P0+△Pkβ2(2–34）式中:β=Sc/SN；SN為變壓器的額定容量；Sc為變壓器的計(jì)算負(fù)荷；β為變壓器的負(fù)荷率2.4功率損耗和電能損耗2/5/202351(2)

無功功率損耗變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：①△Q0，是變壓器空載時(shí)，由產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流所造成的。與繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無關(guān)。其值與勵(lì)磁電流成正比式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值。2.4功率損耗和電能損耗2/5/202352②△Q，是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組電抗上所產(chǎn)生的無功功率損耗，其值也與電流的平方成正比。因?yàn)樽儔浩骼@組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，故可認(rèn)為其在額定電流時(shí)的值與阻抗電壓成正比，即

式中，Uk%為變壓器的短路電壓百分值。

2.4功率損耗和電能損耗2/5/202353因此，變壓器的無功功率損耗為

或

以上各式中，△P0、△Pk、I0%和Uk%均可由變壓器產(chǎn)品目錄和附錄表3中查得。2.4功率損耗和電能損耗2/5/202354在供配電系統(tǒng)中，通常利用年最大負(fù)荷損耗小時(shí)τ來近似計(jì)算線路和變壓器的有功電能損耗。τ的物理意義：當(dāng)線路或變壓器中以最大計(jì)算電流Ic流過τ小時(shí)后產(chǎn)生的電能損耗，恰與全年流過實(shí)際變化的電流時(shí)產(chǎn)生的電能損耗相等。是一個(gè)假想時(shí)間，它與年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax和負(fù)荷功率因數(shù)有一定關(guān)系。在cosφ=1，且線路電壓不變時(shí)有2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗2/5/2023551.線路的電能損耗△Wa.WL=3Ic2RWLτ×103（2–40）式中，Ic為通過線路的計(jì)算電流；RWL為線路每相的電阻。2.變壓器的電能損耗包括兩部分：①由于鐵損引起的電能損耗△Wa1=△PFe×8760≈△P0×8760（2–41）2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗2/5/202356②由于銅損引起的電能損耗△Wa2=△PCu.Nβ2τ≈△Pkβ2τ（2–42）因此，變壓器全年的電能損耗為△Wa=Wa1+△Wa2≈△P0×8760+△Pkβ2τ（2–43）2.4.2供配電系統(tǒng)的電能損耗2/5/2023572.5用戶負(fù)荷計(jì)算在供電設(shè)計(jì)中進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)則應(yīng)進(jìn)行較詳細(xì)的用戶負(fù)荷計(jì)算，如逐級(jí)計(jì)算法。下面討論按逐級(jí)計(jì)算法確定用戶計(jì)算負(fù)荷。根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備開始，朝電源方向逐級(jí)計(jì)算，最后求出總的計(jì)算負(fù)荷的方法稱為逐級(jí)計(jì)算法。以需要系數(shù)法來陳述逐級(jí)計(jì)算法確定全廠計(jì)算負(fù)荷的步驟。以下圖為例來求圖中各點(diǎn)的計(jì)算負(fù)荷。2/5/2023582.5用戶負(fù)荷計(jì)算確定用戶總計(jì)算負(fù)荷的供配電系統(tǒng)示意圖2/5/2023592.5用戶負(fù)荷計(jì)算1.供給單臺(tái)用電設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中1點(diǎn)處）

計(jì)算目的：用于選擇其開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面。因?yàn)槭墙o一臺(tái)設(shè)備供電，故同時(shí)系數(shù)K∑=1，又因?yàn)榫€路長度較短，所以線路效率ηWL＝1；負(fù)荷系數(shù)KL=1,此時(shí)Kd=1/ηe則

2/5/2023602.5用戶負(fù)荷計(jì)算式中，Pe為單臺(tái)用電設(shè)備的設(shè)備容量，ηe為單臺(tái)用電設(shè)備額定效率，tanφ為單臺(tái)用電設(shè)備的額定功率因數(shù)角的正切值。2.用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中2處）計(jì)算目的：用來選擇車間配電干線及干線上的電器設(shè)備。用電設(shè)備組是指用電設(shè)備性質(zhì)相同的一組設(shè)備（2臺(tái)以上）。其計(jì)算負(fù)荷按下式計(jì)算：2/5/2023612.5用戶負(fù)荷計(jì)算式中，Pe∑為該用電設(shè)備組各設(shè)備的設(shè)備容量總和(kW)；UN為用電設(shè)備的額定線電壓(kV)；tanφ為該用電設(shè)備組的功率因數(shù)正切值；Kd為該用電設(shè)備組的需要系數(shù)。2/5/2023622.5用戶負(fù)荷計(jì)算3車間干線或多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中3點(diǎn)）

式中，K∑p為有功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)（0.85~0.95）；K∑q為無功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)(0.9~0.97)；∑Pc2為各組用電設(shè)備的有功計(jì)算負(fù)荷之和；∑Qc2為各組用電設(shè)備的無功計(jì)算負(fù)荷之和。2/5/2023632.5用戶負(fù)荷計(jì)算4.車間變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中4處）計(jì)算目的：以此選擇車間變電所的變壓器容量

此時(shí)K∑p取0.90~0.95；K∑q取0.93~0.97；∑Pc3為各干線上的有功計(jì)算負(fù)荷之和；∑Qc3為各干線上的無功計(jì)算負(fù)荷之和。2/5/2023642.5用戶負(fù)荷計(jì)算5.車間變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中5處）計(jì)算目的：以此選擇高壓配電線及其上的電器設(shè)備。

2/5/2023652.5用戶負(fù)荷計(jì)算但因?yàn)樽儔浩魃形催x出，所以變壓器損耗按如下方法估算：

式中,Sc4為變壓器低壓側(cè)(即圖中4處)的視在計(jì)算負(fù)荷。2/5/2023662.5用戶負(fù)荷計(jì)算6.總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定(如圖中6處)總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷根據(jù)其二次側(cè)各出線的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算。因?yàn)榭偨底冸娝杰囬g的距離一般較長,所以應(yīng)該考慮線路的功率損耗，其功率損耗△PWL、△QWL可按照式（2-31）和式（2-32）計(jì)算。

企業(yè)總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷:2/5/2023672.5用戶負(fù)荷計(jì)算7.總降變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中7處）

此時(shí)所得到結(jié)果即為用戶的總計(jì)算負(fù)荷。

2/5/202368尖峰電流Ipk：指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。計(jì)算尖峰電流的目的：選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓

波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。1.

給單臺(tái)用電設(shè)備供電的支線尖峰電流計(jì)算Ipk=Ist=KstIN

（2–52）式中，Ist為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；2.6尖峰電流的計(jì)算2/5/202369Kst為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)(可查樣本或銘牌，對(duì)籠型電動(dòng)機(jī)一般為5~7，對(duì)繞線型電動(dòng)機(jī)一般為2~3，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)一般為1.7，對(duì)電焊變壓器一般為3或稍大)。2.

給多臺(tái)用電設(shè)備供電的干線尖峰電流計(jì)算

或Ipk=Ic+(Ist–IN)max

（2–54）

2.6尖峰電流的計(jì)算2/5/202370Istmax為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流；(Ist－IN)max為起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流與額定電流之差；為除了起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備外，其它n-1臺(tái)設(shè)備的額定電流之和；K∑為上述n–1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺(tái)數(shù)多少選取，一般為

0.7~1；Ic為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。2.6尖峰電流的計(jì)算2/5/202371

例2-5有一380V配電干線，給三臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。解：Ist1–IN1=35–5=30A

Ist2

–IN2=16–4=12AIst3–IN3=Kst3IN3–IN3=3×10–10=20A可見，(Ist–IN)max=30A，則Istmax=35A，取K∑=0.9，因此該線路的尖峰電流為

Ipk=K∑（IN2+IN3）+Istmax=0.9×（4+10）+35=47.6A2.6尖峰電流的計(jì)算2/5/202372用戶中絕大數(shù)用電設(shè)備，如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電力變壓器、電焊機(jī)及交流接觸器等，它們都要從電網(wǎng)吸收大量無功電流來產(chǎn)生交變磁場，其功率因數(shù)均小于1。而功率因數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。2.7.1功率因數(shù)的計(jì)算功率因數(shù)是隨著負(fù)荷和電源電壓的變動(dòng)而變動(dòng)的。2.7功率因數(shù)及無功功率補(bǔ)償2/5/2023732.7功率因數(shù)及無功功率補(bǔ)償瞬時(shí)功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指運(yùn)行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時(shí)刻的功率因數(shù)值

P——功率表測出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測出的線電流讀數(shù)。指某一規(guī)定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值

指配電系統(tǒng)運(yùn)行在年最大負(fù)荷時(shí)（計(jì)算負(fù)荷）的功率因數(shù)WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無功電度表讀數(shù)。

P30——工廠的有功計(jì)算負(fù)荷；S30——工廠的視在計(jì)算負(fù)荷。

指用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補(bǔ)償裝置時(shí)的功率因數(shù)

指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)

2/5/2023741.功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響（1）電能損耗增加△P=3I2R可知，電流的增加會(huì)使有功損耗增加，從而電能損耗增加。（2）電壓損失增大

功率因數(shù)越低，即Q越大，Q越大則△U也越大。從而影響供電質(zhì)量。2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法

2/5/202375（3）供電設(shè)備利用率降低無功電流增加后，供電設(shè)備的溫升會(huì)超過規(guī)定范圍。為控制設(shè)備溫升，所以工作電流也受到控制，根據(jù)公式

在功率因數(shù)降低后，不得不降低輸送的有功功率P來控制電流I的值，這樣就降低了供電設(shè)備的供電能力。2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/2023762.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2.提高功率因數(shù)的方法人工補(bǔ)償無功功率提高自然功率因數(shù)提高功率因數(shù)2/5/2023772.提高功率因數(shù)的方法(1)

提高自然功率因數(shù)①合理選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)②防止電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行③保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量④合理選擇變壓器的容量⑤交流接觸器的節(jié)電運(yùn)行(2)

人工補(bǔ)償功率因數(shù)①并聯(lián)電容器人工補(bǔ)償

②同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償

③動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/202378并聯(lián)電容器補(bǔ)償1.

并聯(lián)電容器的型號(hào)并聯(lián)電容器的型號(hào)由文字和數(shù)字兩部分組成，型號(hào)各部分所表示的意義如下：例如：BW0.4-12-1型即為單相戶內(nèi)型十二烷基苯浸漬的并聯(lián)電容器，額定電壓為0.4kV、容量為12kvar。

2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/2023792.

補(bǔ)償容量和電容器臺(tái)數(shù)的確定（1）采用固定補(bǔ)償在變電所6～10kV高壓母線上進(jìn)行人工補(bǔ)償時(shí)，采用固定補(bǔ)償，即補(bǔ)償電容器不隨負(fù)荷的變化投入或切除。補(bǔ)償容量按下式計(jì)算：

Qcc=Pav（tanφav1－tanφav2）式中，Qcc為補(bǔ)償容量；Pav為平均有功負(fù)荷，Pav=KaLPc或Wa/t，Pc為負(fù)荷計(jì)算得到的有功計(jì)算負(fù)荷，KaL為有功負(fù)荷系數(shù)，Wa為時(shí)間t內(nèi)消耗的電能；2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/202380tanφav1為補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角的正切值；tanφav2為補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角的正切值；tanφav1－tanφav2稱為補(bǔ)償率，可用△qc表示。（2）采用自動(dòng)補(bǔ)償在變電所0.38kV母線上進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，都采用自動(dòng)補(bǔ)償。即根據(jù)cosφ測量值按功率因數(shù)設(shè)定值，自動(dòng)投入或切除電容器，即Qcc=Pc（tanφ1－tanφ2）

2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/202381在確定并聯(lián)電容器的容量后，根據(jù)產(chǎn)品目錄（附表A－2）就可以選擇并聯(lián)電容器的型號(hào)規(guī)格，并確定并聯(lián)電容器的數(shù)量為式中，QcN為單個(gè)電容器的額定容量（kvar）對(duì)于計(jì)算的n值，應(yīng)取相近偏大的整數(shù)，如果是單相電容器，還應(yīng)取為3的倍數(shù)，在實(shí)際工程中，都選用成套電容器補(bǔ)償柜。2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/202382例2-6如某一工廠的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。要使其平均功率因數(shù)提高到0.9（在10kV側(cè)固定補(bǔ)償），問需要裝設(shè)多大容量的并聯(lián)電容器？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？解tanφav1=tan(arccos0.67)=1.1080tanφav2=tan(arccos0.9)=0.4843Qcc=Pav（tanφav1－tanφav2）=0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvarn=Qcc/qcN=1122.66/40=28個(gè)2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/202383考慮三相均衡分配，應(yīng)裝設(shè)30個(gè)，每相10個(gè)，此時(shí)并聯(lián)電容器的實(shí)際值為30×40=1200kvar，此時(shí)的實(shí)際平均功率因數(shù)為滿足要求。

2.7.2功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

及提高功率因數(shù)的方法2/5/2023841.負(fù)荷計(jì)算若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器一次側(cè)，計(jì)算負(fù)荷為：

若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器二次側(cè)，如圖2-11所示，則還要考慮變壓器的損耗：2.7.5補(bǔ)償后用戶的負(fù)荷計(jì)算

和功率因數(shù)計(jì)算2/5/202385補(bǔ)償后總的視在計(jì)算負(fù)荷為2.功率因數(shù)計(jì)算（1）固定補(bǔ)償一般計(jì)算其平均功率因數(shù)，補(bǔ)償后平均功率因數(shù)