第二章-供配电的负荷计算

第4节
功率损耗和电能损耗
一、线路的功率损耗 2 包括有功和无功两部分。 PWL 3I C RWL 10 3 KW (1) 有功功率损耗 有功功率损耗是电流流过线路电阻所引起的，故 其计算公式为
式中，Ic为线路的计算电流（A）；RWL为线路每相的电阻（Ω）， RWL=R 3I 2 X 10 3 K var QWL 0L，R0为线路单位长度的电阻（Ω/km），L为线路的计 C WL 算长度（km）。
Qav Qmax
有时也用α表示有功负荷系数，用β表示无功负荷系数。 一般工厂α=0.7~0.75，β=0.76~0.82 对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的 输出功率P和设备额定容量PN之比值，即
KL P PN
他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。
第二节 用电设备的设备容量 一、 设备容量的定义 设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额 定功率”称为设备容量，用Pe来表示。 二、 设备容量的确定 1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定 功率，即 Pe=PN 2.反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算 到统一的负荷持续率下的功率 （1）电焊机和电焊机组 要求统一换算到ε=100%时的功率，即
Tmax
a
Pmax
图2-3年最大负荷和年最大负荷利用小时
一班制工厂Tmax约为1800～3000h， 两班制工厂Tmax约为3500～4800h, 三班制工厂Tmax约为5000～7000h， 居民用户Tmax约为1200～2800h。
2.平均负荷和负荷系数 （1）平均负荷Pav 平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。如 在t这段时间内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为：
Pe
N PN 25%
式中，PN为额定有功功率；εN为额定负荷持续率 （用小数计算）；ε25% 为其值为25%的负荷持续率（用 0.25计算）。
3.照明设备 （1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）的设 备容量是指灯头的额定功率，即 Pe PN
（2） 用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压水银灯）的 设备容量要包括镇流器中的功率损失： 荧光灯： P 1.1P
2.多组用电设备组的计算负荷
Pc K p Pci
i 1 n
Qc K q Qci
i 1
n
Sc Ic
2 Pc2 QcSc 3U源自N讲解例2-1,2-2
三、二项式法 用二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的设备 总容量，又考虑几台最大用电设备引起的附加负荷， 计算公式为： 1. 单组用电设备组的计算负荷
① △Q0，是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的。 式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值。 ②△Q，是变压器负荷电流在一次、二次绕组电抗上所产生的 无功功率损耗，其值也与电流的平方成正比。 式中，Uk%为变压器的短路电压百分值。以上各式中，△P0、 △Pk、I0%和Uk%均可由变压器产品目录和附录表3中查得。 在负荷计算中，变压器功率损耗也可按近似方法计算。
PT 0.015 S c QT 0.06 S c
2.4.2 电能损耗 在供配电系统中，通常利用年最大负荷损耗小时τ来近似计算线 路和变压器的有功电能损耗。 在cosφ=1，且线路电压不变时有 1.线路的电能损耗 W 3I 2 R 10 3
Pc bP cPx e Qc Pc tan
式中，b、c为二项式系数；Pe∑是该组用电设备组的 设备总容量；Px为x台最大设备的总容量（b、c、x的 值可查附录表1），当用电设备组的设备总台数n＜2x 时，则最大容量设备台数取x=n/2，且按“四舍五入” 法取整，当只有一台设备时，可认为Pc=Pe；tgφ为设 备功率因数角的正切值。
a e
Tmax
式中，Tmax为年最大负荷利用小时数。
2.负荷密度法 已知车间生产面积S（m2 ）和负荷密度指标ρ（kW/m2 ） 时，车间平均负荷为：
Pav=ρ·S
负荷密度指标如表2-3所示，S表示车间面积。 车间计算负荷为 Pav
Pe K aL
二、 需要系数法 在所计算的范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），所 有用电设备的设备容量并不等于其计算负荷，两者之间存在一个比 值关系，因此引进需要系数的概念，即 其中：
N
Pe
N PN 100%
式中，p N 为电焊机额定有功功率； S N 为额定视在功率； N 为额定负 荷持续率（计算中用小数）； 100 % 为其值为100%的负荷持续率 COS （计算中用1）； N 为额定功率因数。
（2）起重机（吊车电动机） 要求统一换算到ε=25%时的额定功率，即
(2) 无功功率损耗 无功功率损耗是电流流过线路电抗所引起的，故 其计算公式为
2.变压器的功率损耗
包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。 (1) 有功功率损耗 变压器的有功功率损耗又由两部分组成： ① 铁损△PFe 铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。铁损又称为 空载损耗。 ② 铜损△P 铜损是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有 功损耗，其值与负荷电流（或功率）的平方成正比。变压器 的短路损耗△Pk可认为就是额定电流下的铜损△PCu。
(a)折线形负荷曲线
(b)阶梯形负荷曲线
二、年负荷曲线 年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。 年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。 年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬 季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。 绘制方法如图2-2所示。图2-2是南方某厂的年负荷曲线， 图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算 为 T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数 视地理位置和气温情况核定。 一般在北方，近似认为冬季200天，夏季165天；在南方， 近似认为冬季165天，夏季200天。
第2章 负荷计算
学会计算或估算电力负荷的大小是很重要的，他是正确 选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等的基础， 也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的环节。所以本 章内容是分析工厂供配电系统和进行供电设计计算的基础。
2.1

负荷曲线


负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形 1.日负荷曲线：负荷在一昼夜间（0~24h）变化情况。 制作： （1）以某个监测点为参考点，在24h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 形负荷曲线。 （2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间 间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的 平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连 成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。
Pe 3Pe
式中Pemφ为最大负荷相所接的单相设备容量
(2) 单相设备接于线电压时 ①接于同一线电压时 Pe 3Pem 式中，Peφ为单相设备的容量 ②接于不同线电压时 设接于三个线电压的设备容量分别为P1、P2、P3，且 cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，P1＞P2＞P3，则等效三相设备容量为
根据典型夏日和冬日负荷曲线 按负荷大小依次排列绘制 北方：冬日200天，夏日165天 南方：冬日165天，夏日200天
图2-2 年持续负荷曲线
三、负荷曲线的有关物理量 1.年最大负荷和年最大负荷利用小时 （１）年最大负荷Ｐmax 指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工 作班至少要在负荷最大的月份出现２～３次）３０分 钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为３ ０分钟最大负荷P30。 （２）年最大负荷利用小时Ｔmax 指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的 电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段 时间就是年最大负荷利用小时。如图2-3所示，阴影部 分即为全年实际消耗的电能。如果以Wa表示全年实际 消耗的电能，则有： W
e N
（3） 照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容 量法估算： Pe=ωS/1000 式中，ω是建筑物单位面积的照明容量（W/m2）；S为 建筑物的面积（m2）。
2.3负荷计算的方法
工程上依据不同的计算目的，总结出了估算法、需要系数法、二 项式法、单相负荷计算等负荷计算方法。
2.3.1估算法 估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计 阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计 算比较方便。 1.单位产品耗电量法 已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗 电量a,则企业全年电能Wa为： Wa=a· m 有功计算负荷为： P W
Kd
N wL
K K L
Pc K d Pe
式中，Kd即为需要系数；PC为计算负荷；Pe为设备容量。 1.单组用电设备组的计算负荷
Qc Pc tan Sc Ic
2 Pc2 Qc
Pc K d Pe
Sc 3U N
式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量；tgφ为设备功率因数角的 正切值。
(3) 有的单相设备接于线电压、有的单相设备接于相电压时 应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然 后分别计算各相的设备容量 将线电压的单相设备容量换算为相电压的设备容量的换算公式为
P 3 P m c c Qc 3Qcm
第（1）和第（2）种情况可直接用需要系数法算出等效三相计算负 荷； 第（3）种情况的等效三相计算负荷取其最大有功负荷相的计算 负荷的3倍，即 式中，Pcmφ为最大有功负荷相的有功计算负荷；Qcmφ为最大有功 负荷相的无功计算负荷。 讲解例2-3
2. 多组用电设备组的计算负荷
Pc (bPe ) i (cPx ) max Qc ((bPe tan ) i (cPx ) max tan max
式中，（bPe∑）i为各用电设备组的平均功率，其中 Pe∑是各用电设备组的设备总容量；cPx为每组用电设 备组中x台容量较大的设备的附加负荷；（cPx）max 为附加负荷最大的一组设备的附加负荷；tgφmax为最 大附加负荷设备组的功率因数角的正切值（可查附录 表1）。 讲解例2-3