工厂电力负荷及其计算
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工厂电力负荷及其计算
❖主要内容
工厂电力负荷与负荷曲线 三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 工厂计算负荷与年耗电量的计算 尖峰电流及其计算
重点、难点
了解：
•工厂电力负荷与负荷曲线相关概念
理解：
尖峰电流及其计算
掌握：
• 三相用电设备组计算负荷的确定-----需要系数法 •单相用电设备组计算负荷的确定 工厂计算负荷与年耗电量的计算---逐级计算法
S
❖ 单台设备P30 PC Kd PN
kw
Q
Q30 QC PCtg
k var
❖ 成组 ❖ 多组
S30 SC
PC
2 n
QC
2
n
P P K P 30
C
d
Ni
P K P 30
p
30ii1
i 1
Q30 QC n PCtg
Q30
S30
K q S i1
C
Q302i PC
Q2 C
S P Q 2
求计算负荷-----选择变压器、开关电器等 求尖峰电流-----校验电压波动和选择保护电器 求一、二级负荷------确定备用电源或应急电源 求季节性负荷-----确定变压器台数和经济运行方
式
❖ 计算目的: 为了正确的选择线路的导线截面、变压器
的容量、开关电器、互感器等设备的额定参 数。继电保护装置整定，运行方式的确定。
❖ 断续周期工作制
Pe PN
N S
❖ 在参与负荷计算时，从发热的观点看，需将铭牌功
率按上式换算统一规定的负荷持续率 下的功率：
S
❖ 对于起重机
换算到
S
=25%
❖ 对于电焊机 换算到 =100%
S
❖ 式中
N
——名牌负荷持续率；
❖
PN ——换算前铭牌额定功率，单位为KW。
2.2.2 三相计算负荷的确定
短时运行工作制：
等。
是指工作时间很短，停歇时间相当如长吊的车用电用设电备动的
工作制。半小时以下。
机、电焊用变压
断续周期工作制：
器等。
是指有规律性的时而工作、时而停歇，反复运行的 用电设备的工作制。周期不超过10分。
❖ 周期性工作，运行时温度达不到允许温升，停止时 降不到环境温度，但从长时看可达到允许温升
三级负荷：不属于一级和二级负荷。单电源
2.1.2基本概念
❖ 负荷曲线 电力负荷随时间变化的曲线。反映用电过
程用电高峰和低谷。 ❖ 日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线
负荷曲线 北方：冬季200天，夏季165天
南方：夏季200天，冬季165天 年负荷曲线
两种：年负荷持续时间曲线 运行年负荷曲线
年负荷持续时间曲线 持续时间=夏日时间×夏天数+冬日时间冬天数
3P ab
也可近似为三倍最大相负荷
单相设备有接相电压，有接线电压
单相设备有接相电压，有接线电压
❖ 步骤：
A相
（1） 线—相折算。
（2）各相相加。
（3）最大相乘以3。B相
A相
PAB
B相
P’A P’B
❖ 线—相折算方法
有功功率
无功功率
P p P p P
A
AB A AB
CA A CA
P p P p P B
重点：
三相用电设备组计算负荷的确定
工厂计算负荷与年耗电量的计算 难点
2.1 工厂电力负荷与负荷曲线
❖ 2.1.1负荷分级与可靠性要求 用电负荷分为以下三级：
一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；将在 政治、经济上造成重大损失。双电源供电
二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重 大损失。双电源供电或单电源
wl
——线路效率；
——用电设备在实际运行时的效率。 e
❖考虑上述影响用一综合系数来表示。查手册附表1
设备容量与额定容量
如：通风机、压缩
❖用电设备的工作制可机分的、如辅为各金助：种照属机电明切械炉等削（、机横机床梁床用升、
连续运行工作制： 降、刀架快速移动装
是指工作时间较长，连续运行的用置电等设）备、。水>1闸~2用h 电机
P30.C(1) 0.7 1 20 14KW ,Q30.C(1) 0
2）对焊机的各相计算负荷 由于对焊机是短时重复工作制，应将对焊机的容量
换算到100%负载持续率。 所以，PCA 0.6 30 23KW,PAB PN ,PBC PN 查需要系数
Kd 0.35,cos 0.7, tan 1.02 cos 0.7时，pABA pBCB pCAC 0.8
2
30
30
30
S
I30
30
3U N
kva
P
kwkw查附表1
k var k vakrva
kva
Kpq
的取值 K 0.85 ~ 0.95
p
对车间干线取 对低压母线
Kq 0.9 ~ 0.97
由用电设备组计算负荷直接相加来计算
Kp 0.80 ~ 0.90 Kp 0.90 ~ 0.95
K 0.85 ~ 0.95 K 0.93 ~ 0.97
无功计算负荷 Q 0.35(0.22 214 0.8 23) 8.61KW
30. A( 2)
Q30.B(2) 0.35(0.22 20 0.8 2 14) 9.38KW Q30.C(2) 0.35(0.22 23 0.8 20) 7.39KW
❖ 通风机
P30
n
K d PNi
0.757.5 2 5 7
37.5kW
i 1
Q P tg 37.5 0.75 28.125k var
30
30
❖ 运输机械
n
P30 Kd PNi 0.65 2 3.5 4 14.4kW i 1
Q30 P30tg 14.4 0.88 12.672k var
❖ 为表征其断续周期的特点，用整个工作周期里的工 作时间与全周期时间之比，即用负荷持续率（FC） 表示：
FC tW tW 100%
t t T WS
❖ 式中 ——工作时间；
❖
tw ——停歇时间；
❖
t s
——整个周期时间，不应超过10min.
T
设备容量的确定
❖ 连续运行工作制 Pe PN
❖ 短时运行工作制 Pe PN
0.64 0.5
0.36 0.5
-0.05 0.29 0.53 0.29
例题
❖ 如图示220/380V线路上，接有220V单相电热 干燥箱4台，其中2台10KW接于A相，1台 30KW接于B相，1台20KW接于C相，另有 380V单相对焊机4台，其中2台14KW （e=100%）接于AB相，1台20KW （e=100%） 接于BC相，1台30KW （e=60%）接于CA相， 试求线路的计算负荷。
负荷曲线
❖年每日最大负荷曲线
Pmax
1/1
日期（日/月）
同行业、同规 模的企业，负荷 曲线相似，可从 已建好的企业了 解其最大负荷、 用电量等参数。
31/12
2.1.2基本概念
❖年最大负荷
年负荷曲线中最大负荷。即全年30分钟平均最 大负荷。
❖年最大负荷利用小时Tmax
年最大负荷持续运行T所消耗的电能，恰等于全 年实际消耗电能。T称为年最大负荷利用小时。
2.1.2基本概念
❖ 平均负荷 一定时间t内平均消耗的功率。
❖ 负荷系数
Pav
Wt t
Wa 8760
❖
年平均负荷与年最大负荷的比值。 KL 计算负荷
Pav Pm a x
根据发热条件确定导体或设备的假想的负荷称
为计算负荷。（即持续30分钟的负荷，可使导体 达到稳定温升）
负荷计算目的
求计算负荷的这项工作称为负荷计算。 ❖ 负荷计算的内容
Px x台容量最大的电机容量之和
平均负荷
大容量电机起动产生的 冲击负荷
2.2.1 需要系数法
❖ 需要系数 是计算负荷与设备总的额定负荷比值。
Kd
Pmax
n
PN.i
n
Pmax K d
PN .i
i 1
i1
❖ 为什么计算负荷不能用额定负荷，而要考虑需要
系数呢？
所有设备，工作方式不同，设备发热不同，所
ABB AB
BCB BC
P p P p P C
BCC BC
CAC CA
功率换算系数
Q q Q q Q
A
AB A AB
CA A CA
Q q Q q Q B
ABB AB
BCB BC
Q q Q q Q C
BCC BC
CAC CA
相间负荷换算为相负荷的功率换算系数
功率换
负荷功率因数
算系数 0.35 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
2.2计算负荷的确定
要保证供电系统安全可靠的工作，实际负 荷电流通过系统各个元件产生的热量引起的温 升应不超过导体和电气设备在规定使用期间内 长期工作的允许温升。
求计算负荷的方法有：
❖单位产品耗电法 ❖利用系数法 ❖二项式法 ❖需要系数法------重点掌握
单位产品耗电法
❖ 已知单位产品耗电a（可查手册），又知道工厂 年产量A。则可估算工厂年耗电量。
分析：
有接相电压，有接线电压，因此应先将线折算为相，各
项相加，最大相乘3
解1）电热箱各相计算负荷
查附表1 各相计算负荷
Kd
0.7,cos 1, tan 0
P 0.7 210 14KW ,Q 0
30. A(1)
30. A(1)
P30.B(1) 0.7 1 30 21KW ,Q30.B(1) 0
❖ (3)低压干线
n
P30
K P p
30i
0.956.72
37.5 14.4
55.689kw
i 1
Q30
n
K Q q
30i
0.9711.6256
28.125 12.672
50.849k
var
i 1
S30
P Q 2 30
2 30
55.6892 50.8492 75.412kva
q
q
由车间干线计算负荷直接相加来计算
例题
❖ 某机修车间380V线路，接有金属冷加工机床用电动机 7.5KW1台，5KW电动机2台，3.5KW电动机7台；通风机 7.5KW2台，5KW电动机7台；非连锁的运输机械5KW电动 机2台，3.5KW电动机4台，求各用电设备组和低压干线上 总计算负荷。
❖ 解(1)查表可得
I30
S30 3U N
75.412 114.58A 3 0.38
2.3 单相设备计算负荷的确定
❖ 企业也有单相负荷，如电焊机、电热器、电 炉、电灯等。
❖ 2.3.1单相设备计算负荷的确定方法
当单相设备总容量小于三相总负荷15%时， 单相负荷就看成三相负荷，直接加；
当单相设备总容量大于三相总负荷15%， 则应将单相设备容量换算成三相容量，再 与三相负荷相加；
pABB pBCC pCA A 0.2 qAB A qBCB qCAC 0.22 qABB qBCC qCA A 0.8
有功计算负荷
P30.A2 0.35(0.8 214 0.2 23) 9.45KW P30.B2 0.35(0.8 20 0.2 214) 7.56KW P30.C(2) 0.35(0.8 23 0.2 20) 7.84KW
Pmax PC P30 aA
❖ 利用系数法
利用系数 附加系数
K X
Pav
n
PNi
1
N
P K P K K P
C
ad av
ad X
Ni
1
K ad
Pc pav
❖ 由负荷曲线
二项式法
N
Pmax Pav P K X PNi cPx
1
N
b PNi cPx
1
b, c为二项式系数, 可查手册或附录表1
pAB-ApBC-B 1.27 1.17 1.0
pCA-C
pAB-BpBC-C -0.27 -
0
pCA-A
0.17
0.89 0.8 0.11 0.2
0.72 0.28
qAB-AqBC-B 1.05 0.86 0.58 0.38 0.22 0.09 qCA-C
qAB-BqBC-C 1.63 1.44 1.16 0.96 0.8 0.67 qCA-A
冷加工机床 Kd=0.16
通风机
Kd=0.75
运输机械 Kd=0.6
(2)计算负荷
ccooss
=0.5 =0.8
tg =1.73 tg =0.75
cos = 0.75 tg =0.88
❖ 冷加工机床
n
P30 Kd PNi 0.167.5 5 2 3.5 7 6.72kW i 1
Q30 P30tg 6.721.73 11.6256k var
2.3.2单相负荷换算成三相负荷
❖有三种情况
单相设备接相电压
P 3P 30
.max
单相设备接线电压 ❖只有一台单相设备
P30 3Pab
❖三相都有单相设备当 Pab Pbc Pca
当 Pbc 0.15Pab 时 P30 1.5 Pab Pbc
当 Pbc 0.15Pab
时
P 30
有设备不一定同时工作，不都满负荷，设备有损 耗----效率，线路有损耗，因此，其消耗的功率 不是额定值。
需要系数
❖需要系数的物理意义
❖需要系数考虑了以下的主要因素：KdK NhomakorabeaKL
e wl
式中 K——同时使用系数，为在最大负荷工作班
工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备
容量之比；
KL ——负荷系数，表示工作着的用电设备实际 所需功率与全部用电设备投入容量之比；
❖主要内容
工厂电力负荷与负荷曲线 三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 工厂计算负荷与年耗电量的计算 尖峰电流及其计算
重点、难点
了解：
•工厂电力负荷与负荷曲线相关概念
理解：
尖峰电流及其计算
掌握：
• 三相用电设备组计算负荷的确定-----需要系数法 •单相用电设备组计算负荷的确定 工厂计算负荷与年耗电量的计算---逐级计算法
S
❖ 单台设备P30 PC Kd PN
kw
Q
Q30 QC PCtg
k var
❖ 成组 ❖ 多组
S30 SC
PC
2 n
QC
2
n
P P K P 30
C
d
Ni
P K P 30
p
30ii1
i 1
Q30 QC n PCtg
Q30
S30
K q S i1
C
Q302i PC
Q2 C
S P Q 2
求计算负荷-----选择变压器、开关电器等 求尖峰电流-----校验电压波动和选择保护电器 求一、二级负荷------确定备用电源或应急电源 求季节性负荷-----确定变压器台数和经济运行方
式
❖ 计算目的: 为了正确的选择线路的导线截面、变压器
的容量、开关电器、互感器等设备的额定参 数。继电保护装置整定，运行方式的确定。
❖ 断续周期工作制
Pe PN
N S
❖ 在参与负荷计算时，从发热的观点看，需将铭牌功
率按上式换算统一规定的负荷持续率 下的功率：
S
❖ 对于起重机
换算到
S
=25%
❖ 对于电焊机 换算到 =100%
S
❖ 式中
N
——名牌负荷持续率；
❖
PN ——换算前铭牌额定功率，单位为KW。
2.2.2 三相计算负荷的确定
短时运行工作制：
等。
是指工作时间很短，停歇时间相当如长吊的车用电用设电备动的
工作制。半小时以下。
机、电焊用变压
断续周期工作制：
器等。
是指有规律性的时而工作、时而停歇，反复运行的 用电设备的工作制。周期不超过10分。
❖ 周期性工作，运行时温度达不到允许温升，停止时 降不到环境温度，但从长时看可达到允许温升
三级负荷：不属于一级和二级负荷。单电源
2.1.2基本概念
❖ 负荷曲线 电力负荷随时间变化的曲线。反映用电过
程用电高峰和低谷。 ❖ 日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线
负荷曲线 北方：冬季200天，夏季165天
南方：夏季200天，冬季165天 年负荷曲线
两种：年负荷持续时间曲线 运行年负荷曲线
年负荷持续时间曲线 持续时间=夏日时间×夏天数+冬日时间冬天数
3P ab
也可近似为三倍最大相负荷
单相设备有接相电压，有接线电压
单相设备有接相电压，有接线电压
❖ 步骤：
A相
（1） 线—相折算。
（2）各相相加。
（3）最大相乘以3。B相
A相
PAB
B相
P’A P’B
❖ 线—相折算方法
有功功率
无功功率
P p P p P
A
AB A AB
CA A CA
P p P p P B
重点：
三相用电设备组计算负荷的确定
工厂计算负荷与年耗电量的计算 难点
2.1 工厂电力负荷与负荷曲线
❖ 2.1.1负荷分级与可靠性要求 用电负荷分为以下三级：
一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；将在 政治、经济上造成重大损失。双电源供电
二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重 大损失。双电源供电或单电源
wl
——线路效率；
——用电设备在实际运行时的效率。 e
❖考虑上述影响用一综合系数来表示。查手册附表1
设备容量与额定容量
如：通风机、压缩
❖用电设备的工作制可机分的、如辅为各金助：种照属机电明切械炉等削（、机横机床梁床用升、
连续运行工作制： 降、刀架快速移动装
是指工作时间较长，连续运行的用置电等设）备、。水>1闸~2用h 电机
P30.C(1) 0.7 1 20 14KW ,Q30.C(1) 0
2）对焊机的各相计算负荷 由于对焊机是短时重复工作制，应将对焊机的容量
换算到100%负载持续率。 所以，PCA 0.6 30 23KW,PAB PN ,PBC PN 查需要系数
Kd 0.35,cos 0.7, tan 1.02 cos 0.7时，pABA pBCB pCAC 0.8
2
30
30
30
S
I30
30
3U N
kva
P
kwkw查附表1
k var k vakrva
kva
Kpq
的取值 K 0.85 ~ 0.95
p
对车间干线取 对低压母线
Kq 0.9 ~ 0.97
由用电设备组计算负荷直接相加来计算
Kp 0.80 ~ 0.90 Kp 0.90 ~ 0.95
K 0.85 ~ 0.95 K 0.93 ~ 0.97
无功计算负荷 Q 0.35(0.22 214 0.8 23) 8.61KW
30. A( 2)
Q30.B(2) 0.35(0.22 20 0.8 2 14) 9.38KW Q30.C(2) 0.35(0.22 23 0.8 20) 7.39KW
❖ 通风机
P30
n
K d PNi
0.757.5 2 5 7
37.5kW
i 1
Q P tg 37.5 0.75 28.125k var
30
30
❖ 运输机械
n
P30 Kd PNi 0.65 2 3.5 4 14.4kW i 1
Q30 P30tg 14.4 0.88 12.672k var
❖ 为表征其断续周期的特点，用整个工作周期里的工 作时间与全周期时间之比，即用负荷持续率（FC） 表示：
FC tW tW 100%
t t T WS
❖ 式中 ——工作时间；
❖
tw ——停歇时间；
❖
t s
——整个周期时间，不应超过10min.
T
设备容量的确定
❖ 连续运行工作制 Pe PN
❖ 短时运行工作制 Pe PN
0.64 0.5
0.36 0.5
-0.05 0.29 0.53 0.29
例题
❖ 如图示220/380V线路上，接有220V单相电热 干燥箱4台，其中2台10KW接于A相，1台 30KW接于B相，1台20KW接于C相，另有 380V单相对焊机4台，其中2台14KW （e=100%）接于AB相，1台20KW （e=100%） 接于BC相，1台30KW （e=60%）接于CA相， 试求线路的计算负荷。
负荷曲线
❖年每日最大负荷曲线
Pmax
1/1
日期（日/月）
同行业、同规 模的企业，负荷 曲线相似，可从 已建好的企业了 解其最大负荷、 用电量等参数。
31/12
2.1.2基本概念
❖年最大负荷
年负荷曲线中最大负荷。即全年30分钟平均最 大负荷。
❖年最大负荷利用小时Tmax
年最大负荷持续运行T所消耗的电能，恰等于全 年实际消耗电能。T称为年最大负荷利用小时。
2.1.2基本概念
❖ 平均负荷 一定时间t内平均消耗的功率。
❖ 负荷系数
Pav
Wt t
Wa 8760
❖
年平均负荷与年最大负荷的比值。 KL 计算负荷
Pav Pm a x
根据发热条件确定导体或设备的假想的负荷称
为计算负荷。（即持续30分钟的负荷，可使导体 达到稳定温升）
负荷计算目的
求计算负荷的这项工作称为负荷计算。 ❖ 负荷计算的内容
Px x台容量最大的电机容量之和
平均负荷
大容量电机起动产生的 冲击负荷
2.2.1 需要系数法
❖ 需要系数 是计算负荷与设备总的额定负荷比值。
Kd
Pmax
n
PN.i
n
Pmax K d
PN .i
i 1
i1
❖ 为什么计算负荷不能用额定负荷，而要考虑需要
系数呢？
所有设备，工作方式不同，设备发热不同，所
ABB AB
BCB BC
P p P p P C
BCC BC
CAC CA
功率换算系数
Q q Q q Q
A
AB A AB
CA A CA
Q q Q q Q B
ABB AB
BCB BC
Q q Q q Q C
BCC BC
CAC CA
相间负荷换算为相负荷的功率换算系数
功率换
负荷功率因数
算系数 0.35 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
2.2计算负荷的确定
要保证供电系统安全可靠的工作，实际负 荷电流通过系统各个元件产生的热量引起的温 升应不超过导体和电气设备在规定使用期间内 长期工作的允许温升。
求计算负荷的方法有：
❖单位产品耗电法 ❖利用系数法 ❖二项式法 ❖需要系数法------重点掌握
单位产品耗电法
❖ 已知单位产品耗电a（可查手册），又知道工厂 年产量A。则可估算工厂年耗电量。
分析：
有接相电压，有接线电压，因此应先将线折算为相，各
项相加，最大相乘3
解1）电热箱各相计算负荷
查附表1 各相计算负荷
Kd
0.7,cos 1, tan 0
P 0.7 210 14KW ,Q 0
30. A(1)
30. A(1)
P30.B(1) 0.7 1 30 21KW ,Q30.B(1) 0
❖ (3)低压干线
n
P30
K P p
30i
0.956.72
37.5 14.4
55.689kw
i 1
Q30
n
K Q q
30i
0.9711.6256
28.125 12.672
50.849k
var
i 1
S30
P Q 2 30
2 30
55.6892 50.8492 75.412kva
q
q
由车间干线计算负荷直接相加来计算
例题
❖ 某机修车间380V线路，接有金属冷加工机床用电动机 7.5KW1台，5KW电动机2台，3.5KW电动机7台；通风机 7.5KW2台，5KW电动机7台；非连锁的运输机械5KW电动 机2台，3.5KW电动机4台，求各用电设备组和低压干线上 总计算负荷。
❖ 解(1)查表可得
I30
S30 3U N
75.412 114.58A 3 0.38
2.3 单相设备计算负荷的确定
❖ 企业也有单相负荷，如电焊机、电热器、电 炉、电灯等。
❖ 2.3.1单相设备计算负荷的确定方法
当单相设备总容量小于三相总负荷15%时， 单相负荷就看成三相负荷，直接加；
当单相设备总容量大于三相总负荷15%， 则应将单相设备容量换算成三相容量，再 与三相负荷相加；
pABB pBCC pCA A 0.2 qAB A qBCB qCAC 0.22 qABB qBCC qCA A 0.8
有功计算负荷
P30.A2 0.35(0.8 214 0.2 23) 9.45KW P30.B2 0.35(0.8 20 0.2 214) 7.56KW P30.C(2) 0.35(0.8 23 0.2 20) 7.84KW
Pmax PC P30 aA
❖ 利用系数法
利用系数 附加系数
K X
Pav
n
PNi
1
N
P K P K K P
C
ad av
ad X
Ni
1
K ad
Pc pav
❖ 由负荷曲线
二项式法
N
Pmax Pav P K X PNi cPx
1
N
b PNi cPx
1
b, c为二项式系数, 可查手册或附录表1
pAB-ApBC-B 1.27 1.17 1.0
pCA-C
pAB-BpBC-C -0.27 -
0
pCA-A
0.17
0.89 0.8 0.11 0.2
0.72 0.28
qAB-AqBC-B 1.05 0.86 0.58 0.38 0.22 0.09 qCA-C
qAB-BqBC-C 1.63 1.44 1.16 0.96 0.8 0.67 qCA-A
冷加工机床 Kd=0.16
通风机
Kd=0.75
运输机械 Kd=0.6
(2)计算负荷
ccooss
=0.5 =0.8
tg =1.73 tg =0.75
cos = 0.75 tg =0.88
❖ 冷加工机床
n
P30 Kd PNi 0.167.5 5 2 3.5 7 6.72kW i 1
Q30 P30tg 6.721.73 11.6256k var
2.3.2单相负荷换算成三相负荷
❖有三种情况
单相设备接相电压
P 3P 30
.max
单相设备接线电压 ❖只有一台单相设备
P30 3Pab
❖三相都有单相设备当 Pab Pbc Pca
当 Pbc 0.15Pab 时 P30 1.5 Pab Pbc
当 Pbc 0.15Pab
时
P 30
有设备不一定同时工作，不都满负荷，设备有损 耗----效率，线路有损耗，因此，其消耗的功率 不是额定值。
需要系数
❖需要系数的物理意义
❖需要系数考虑了以下的主要因素：KdK NhomakorabeaKL
e wl
式中 K——同时使用系数，为在最大负荷工作班
工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备
容量之比；
KL ——负荷系数，表示工作着的用电设备实际 所需功率与全部用电设备投入容量之比；