第3章 负荷计算及无功补偿

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3.2 用电设备额定容量的确定
3.2.1 用电设备的工作方式
用电设备按其工作方式可分为三种： （1）连续运行工作制（长期工作制） （2）短时运行工作制（短暂工作制） （3）断续运行工作制（重复短暂工作制）
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连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升 均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、 空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、 电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、 照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。
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断续运行工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间 （t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温 度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一 个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续 周期工作制的设备，通常用暂载率ε表征其工作特 征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分 比值，即为ε ，即：
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（5）不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接 到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程 规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超 过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配 考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备 总容量的15%时，则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷 的原则进行换算。
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下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax 就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。Biblioteka 83.平均负荷Pav
平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗 的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以 时间t的值，即Pav=W/t 年平均负荷为Pav=Wa/8760
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3.1.2 计算负荷（calculated load）
由负荷端逐级向电源端进行计算
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1．单台用电设备的计算负荷
（1） 有功计算负荷： 考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计 算负荷Pca1为 Pe
Pca1 =
式中
η
Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量； η—用电设备在额定负载下的的效率。
（2）无功计算负荷： Qca1=Pca1tan 式中
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3．确定车间配电干线或车间变电所低压母线上 的计算负荷
（1）总有功计算负荷：Pca3＝Ｋ∑ΣPca2 （2）总无功计算负荷：Qca3＝Ｋ∑ΣQca2
2 2 （3）总视在计算负荷：S ca3 = Pca3 + Qca3
Pca3、Qca3、Sca3－车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷； ΣPca2、ΣQca2－各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和 Ｋ∑－最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出 现而引入的系数。Ｋ∑的范围值见附录表6。 注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc3, 则当计算Qca3时，要减去无功补偿容量，即Qca3＝Ｋ∑ΣQca2－Qc3
ΔPT≈0.015Sca3 （kW） ΔQT≈0.06Sca3 （kvar）
式中 Sca3－变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。
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5. 确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷
Pca5＝ΣPca4+P4m Qca5＝ΣQca4+Q4m 2 2 S ca5 = Pca5 + Qca5
P4m、Q4m—车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。
t t ε= = × 100% T t + t0
式中 t，t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作 周期T。
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3.2.2 用电设备额定容量的计算
在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但 由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将 铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为 同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算 至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容 量”，用Pe表示。
—用电设备功率因数角。
计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。
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2. 用电设备组的计算负荷
（1）有功计算负荷：Pca2=Kd∑Pe
Kd—用电设备组的需要系数，见附录表3； ∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。
（2）无功计算负荷：Qca2=Pca2tanwm
tanwm值见附录表3。
计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及 选择总降压变电所主变压器容量。
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8．确定全厂总计算负荷
Pca8＝Pca7+ΔPT Qca8＝Qca7+ΔQT
S ca8 = P
2 ca8
+Q
2 ca8
计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电 部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供 电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。
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（1）长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN （2）重复短暂工作制的设备容量 ① 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ） 的设备容量统一换算到ε=25%时的额定功率 （kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为: εN Pe = PN × = 2 PN ε n
25%
② 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝ 100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等 于100%时，应进行换算，公式为:
（3）视在计算负荷：
2 2 S ca2 = Pca2 + Qca2
计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。
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当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台 数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设 备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。 当一条线路内的用电设备的台数较小（n<3台）时， 一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或 者采用较大的Kd值(0.85~1)。
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3.1.3 负荷计算的意义和目的
负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根 据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电 器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电 线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的 额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前 提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
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7. 确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷
Pca7＝ＫΣΣPca６ Qca7＝ＫΣΣQca６
S ca7 = P
2 ca7
+Q
2 ca7
注意：如果在总降压变电所６~10kV二次母线侧采用高压电容器 进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Qca7时，应减去补偿设 备的容量Qc7 ，即Qca7＝ＫΣΣQca６- Qc7
Pe = PN ε N = S N cos N ε N
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（3）电炉变压器的设备容量 电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额 定功率（kW），即： Pe=PN=SNcosＮ
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（4）照明设备的设备容量 ①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功 率（kW）； ②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率 的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍 （kW）； ③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为 灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的 1.1倍（kW）； ④金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功 率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为 灯泡额定功率的1.1倍（kW）。
计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或 者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。
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4. 确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷
Pca4＝Pca3+ΔPT Qca4＝Qca3+ΔQT
Pca４ 、Qca４ 、Sca４ －车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算 负荷（kW、kvar及kVA）； ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。
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需要系数 需要系数考虑了以下的主要因素：
Kd =
K∑ KL
式中 K∑——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的
用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表 示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； ηwl——线路供电效率； η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。
计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。
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6. 确定总降压变电所出线上的计算负荷
Pca6= Pca5 +ΔPL≈Pca5 Qca6 = Qca5 +ΔQL ≈Qca5 Sca6≈Sca5
ΔPL、ΔQL—高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，
故可忽略不计。
计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的 开关设备。
通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线 上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件 选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、 S30、I30)表示。
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规定取“半小时平均负荷”的原因： 一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以 上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需 时间约为 3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为 短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值， 只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成 导线的最高温升。
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1．负荷曲线的分类
按负荷的功率性质分： 可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线； 按所表示的负荷变动的时间分： 可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。
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2．年最大负荷和年最大负荷利用小时数