机械厂总降压变电所的设计
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1.一级负荷 中断供电将造成人身伤亡、 重大设备损坏或难以修复， 带来极大的政治、 经济损失者为一级负荷。 2.二级负荷 中断供电将造成设备局部损坏或生产流程紊乱，且长时间才能修复或大 量产品报废、重要产品大量减产造成重大经济损失者。 3.三级负荷 一、二级负荷除外的其他负荷，允许较长时间的停电对供电无特殊要求 由于该厂的负荷属于一、二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用 两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、 二级负荷继续供电，故选两台变压器
2.3 负荷计算中的几个物理量
1.平均负荷 电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。有功功率、无功功率、视在 功率的平均负荷分别用 Pav 、 Qav 、 S av 来表示。 2.负荷系数 平均负荷与最大负荷之比称为负荷系数。并用α、β分别表示有功和无功
6
功率的负荷系数。 3.需要系数 最大负荷与额定负荷之比称为需要系数,用 K d 来表示。
图 1-1 10kV 公用电源 1.1.3 电费制度 按本厂与供电部门达成的协议，在厂变电所高压侧设计量柜，按两部电 费制度交纳电费。 每月基本电费按变压器容量计为 100 元/kVA,动力费为 2.20 元/kW.h,照明费为 1.50 元/kW.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.90。 此外根 据所装的变压 器容量一次性向供电部门交 纳供电贴费为 1800 元 /kVA.。
7
求出计算负荷的一种简便计算方法。 1.用电设备组的计算负荷 用电设备组是由工艺性质相同、需要系数相近的一些设备合并成一组。 在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设 备组的计算负荷，其计算公式为：
Pc Qc Sc =
=
kd * Ps
(2-5) (2-6) (2-7) (2-8)
（2-1） （2-2） （2-3）
计算电流: 变压器容量选择：
（2-4）
S C （1.15～1.4）
2.4.2 设备容量的选择 进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后 确定设备容量（设备功率） ，由于各用电设备的额定工作条件不同，有的长 期工作有的短时工作，因此在负荷计算时不能将设备额定容量直接相加，而 需要将不同工作制下的设备额定功率换算到统一规定工作条件下的功率，这 个功率称为用电设备的设备容量，并用 Ps 表示。长期工作制以及短时但连续 工作的用电设备 Ps = Pe （额定功率） 。 按需要系数法确定计算负荷 需要系数法是将用电设备的设备容量 Ps 乘以需要系数和同时系数， 直接
前 言
电能是一种清洁的二次能源。电能不仅便于输送和分配，易于转换为 其他的能源，而且便于控制，管理和调度，易于实现自动化。因此，电能已 经广泛应用于国民经济，社会生产力和人民生活的各个方面。绝大多数电能 都由电力系统中发电厂提供，电力工业已经成为我国实现现代化的基础。 工厂供电设计的主要任务使从电力系统取得电源，经过合理的传输、变 换，分配到工厂车间的每一个用电设备上。随着工业电气工业自动化技术的 发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标 等的要求也日益提高。 供电设计是否完善， 不仅影响到工厂的基本建设投资、 运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全 生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。工厂工业 负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分， 保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统 的安全和经济运行以及合理利用能源。 搞好供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化以及节约能源和支援 国家经济建设具有重要意义，因此为切实保证工厂及生活用电，必须使供电 系统在电能的供应、分配和使用中能够安全、可靠、经济、稳定的运行。为 此在供电的设计过程中既要考虑到技术因素又要考虑到工厂的实际情况，在 严格按照供电设计规程及在国家的方针政策的引导下，最终确定好一个经 济、安全、稳定的可靠方案。本设计从工厂供电的技术要求出发并结合工厂 的实际情况，在各种技术规程及供电协议的要求下设计了一个中型机械厂的 供配电系统。 本设计分 5 章从 6 个方面系统的介绍了工厂供电系统的设计及主要设备 的选择和检验方法。其中第一章主要介绍了工厂的基本情况和主要数据以及 设计的.基本要求， 二至七章为工厂供电系统的变电所电气设计及主要电气设 备的选择校验部分，包括：全厂的负荷计算和无功功率补偿计算以及无功功 率补偿设备的选择，其中负荷计算为设备的选择提供了有效的数据，无功功 率补偿计算及其设备的选择为全厂的设备运行及供电质量的稳定可靠提供
= Pc *tan
Pc 2 Qc
2
I c = Sc / （ 3 U e ）
其中 Pc 、 Qc 、 Sc 表示该用电设备组的有功功率、无功功率、视在功率的 计算负荷； Ps 表示该用电设备组的容量总和，但不包括备用容量； U e 为额 定电压； I c 为计算电流； kd 为用电设备组的需用系数 [3] 。 2.多个用电设备组的计算负荷 在配电干线上或车间变电所低压母线上。常有多个用电设备组同时工 作，但是各个用电设备组的最大负荷也并非同时出现，因此在求配电干线或 车间变电所低压母线的计算负荷时， 应计入一个同时系数 K 其计算公式为：
8
备组的需要系数、功率因数角正切、总设备容量； I c 为配电干线上或车间变
U e 为配电干线上或车间变电所低压母线上的额 电所低压母线上的计算电流；
定电压。 如果在低压母线上装有无功功率补偿用的静电电容时，则低压侧母线上 的计算负荷应为：
Qc = K (k xi tan i pc ) - Qc
2
第一章 设计概况
1.1 设计要求
根据本厂所取得的电源及本厂的用电负荷，并考虑工厂生产的实际情 况。按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求。确定变电所的位置及型式， 确定变压器台数及容量和类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出 线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最 后按要求写出设计说明书并绘出设计图样。 1.1.1 工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，一年最大负荷利用小数为 4600h，且最大负荷 持续时间为 8 小时。该厂除铸造车间为一次负荷，电镀车间、锅炉房和热处 理车间为二次负荷外，其余车间为三级负荷。其负荷资料如下： 表 1-１全厂负荷资料表
2.5 全厂负荷的计算原则
全厂的负荷计算按逐级递加法获得。各车间的负荷得到后相加，再乘以 所有车间的同时系数，得到总降压变电所低压侧计算负荷，再加上总降变压 器的损耗可得到全厂总的计算负荷。 2.5.1 全厂的负荷计算表 全厂总的计算负荷表，如表 2-1 所示。
9
表 2-1 全厂的计算负荷表
设备 厂房 编号 冷加工车 间 热加工车 间 机床车间 焊接车间 铸造车间 锻压车间 金电镀车 间 仓库 工具车间 金工车间 锅炉房 装配车间 机修车间 各车间照 明均 厂房名称 负荷类 别 容量 /kW 需要 系数 功率 因数 计算负荷
3
设备容量/kW 590 600 350 200 500 400 350 35 500 450 80 280 300 10
需要系数 0.16 0.25 0.40 0.50 0.3 0.3 0.5 0.4 0.3 0.3 0.7 0.3 0.2 0.8
功率因数 0.5 0.6 0.55 0.4 0.7 0.6 0.8 0.8 0.65 0.6 0.8 0.75 0.65 1.0
i 1 m
i=1.2.3…m
(2-13)
这些计算功率和计算电流是选择车间变电所变压器容量和导体截面等 的依据。 单相用电设备: 单相用电设备组确定计算负荷的原则。 按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 在某个计算范围内 , 当单相设备功率的总容量小于三相设备功率总容量的 15%时,认为单相设备功率就相当于三相设备功率。 单相设备功率的总容量 大于三相设备功率总容量的 15%时， 这时三相供电系统处于非平衡状态,必须 将单相用电设备功率换算成等效的三相设备功率 ,然后进行三相计算负荷的 确定。
5
第二章 负荷计算及无功功率补偿
2.1 负荷计算
本章介绍工厂电力负荷的运用情况,负荷性质及其工作制,重点介绍了确 定用电设备组计算负荷的常用方法 ——需要系数法.接着讲述了无功补偿的 措施.另外还简要介绍了对供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法以及 城市电网用电负荷预测的常用方法。
2.2 负荷分级
1
了保障；变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择，从两个方案的比 较中结合工厂实际情况选择适合本厂的最佳方案；短路电流的计算，包括短 路电流的效应分析、电抗百分之一法求短路电流、冲击电流等的计算，它们 为设备的校验提供了非常重要的数据；变电所一次设备的选择及校验，主要 按照设备的工作条件进行选择，在根据短路电流进行动稳定和热稳定校验； 继电保护及二次回路的整定计算，为掌握供电系统的运行情况提供了有效的 数据，并且在系统发生故障时能够准确及时的将故障设备从供电系统中切 除，提高了系统的安全稳定性；防雷保护装置与接地安全装置的设计，能够 有效的防止雷电过电压以及雷电冲击波对变压器、输电线路的危害。最后附 有相应的设计用参考资料和部分常用电气设备的技术数据。 总之，这次设计较系统的介绍了工厂供电系统设计的基本思路、基本的 方法。在设计的过程中使所学知识得到了巩固，并且接触到了许多新知识， 提高了自己的能力。
厂房编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 厂房名称 冷加工车间 热加工车间 机床车间 焊接车间 铸造车间 锻压车间 电镀车间 仓库 工具车间 金工车间 锅炉房 装配车间 机修车间 各车间照明均 负荷类别 二级 一级 二级 二级 一级 二级 二级 三级 三级 三级 二级 三级 三级 三级
2.4 计算负荷的实用方法
2.4.1 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种 [1] 。 本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率： 无功功率: 视在功率:
P30 Pe K d Q30 p30 tan S 30 I 30 P30 cos S 30 3U N
2.1 设计任务
1.负荷计算及无功功率补偿 2.变压器台数和容量及类型的选择 3.变电所主接线方案的设计 4.短路电流的计算 5.变电所一次设备的选择及校验
4
6.变电所二次回路的选择 7.继电保护设计（变压器、10kV 母线） 8.防雷保护及接地装置 9.画出设计变电所主结线系统图一张
10.继电保护图一张
1.1.2 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供电协议，本厂可由临近一条 10kV 的 公用电源干线取得工作电源， 其走向如图所示， 该干线牌号为 LGJ-185,导线 为等边三角形排列，干线首段距本厂 2km，首段所装设的高压断路器的断流 容量为 500MVA，此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限 保护整定的动作时间为 1.6S。为满足工厂一、二级负荷要求，可采用高压联 络线由邻长取得备用电源。
Pc /kW
Qc /kva
r
Sc /kV
A 188.8
1
二级
590
0.16
0.5
94.4
163.5
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
一级 二级 二级 一级 二级 二级 三级 三级 三级 二级 三级 三级 三级
Pc = K ( k xi p si )
I 1 m
(2-9) (2-10) (2-11) (2-12)
Qc Sc =
=K (k xi tan i psi )
i 1
m
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Pjs Q js
2
2
I c = S c /（ 3 U e ）
其中 Pc 、 Qc 、 Sc 为配电干线上或车间变电所低压母线上的有功功率、无功 功率、视在功率的计算负荷；K 为同时系数 ；m 为配电干线上或车间变电 所低压母线上的用电设备组的总数； k xi 、tan i 、 p si 为对应于某一个用电设
2.3 负荷计算中的几个物理量
1.平均负荷 电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。有功功率、无功功率、视在 功率的平均负荷分别用 Pav 、 Qav 、 S av 来表示。 2.负荷系数 平均负荷与最大负荷之比称为负荷系数。并用α、β分别表示有功和无功
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功率的负荷系数。 3.需要系数 最大负荷与额定负荷之比称为需要系数,用 K d 来表示。
图 1-1 10kV 公用电源 1.1.3 电费制度 按本厂与供电部门达成的协议，在厂变电所高压侧设计量柜，按两部电 费制度交纳电费。 每月基本电费按变压器容量计为 100 元/kVA,动力费为 2.20 元/kW.h,照明费为 1.50 元/kW.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.90。 此外根 据所装的变压 器容量一次性向供电部门交 纳供电贴费为 1800 元 /kVA.。
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求出计算负荷的一种简便计算方法。 1.用电设备组的计算负荷 用电设备组是由工艺性质相同、需要系数相近的一些设备合并成一组。 在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设 备组的计算负荷，其计算公式为：
Pc Qc Sc =
=
kd * Ps
(2-5) (2-6) (2-7) (2-8)
（2-1） （2-2） （2-3）
计算电流: 变压器容量选择：
（2-4）
S C （1.15～1.4）
2.4.2 设备容量的选择 进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后 确定设备容量（设备功率） ，由于各用电设备的额定工作条件不同，有的长 期工作有的短时工作，因此在负荷计算时不能将设备额定容量直接相加，而 需要将不同工作制下的设备额定功率换算到统一规定工作条件下的功率，这 个功率称为用电设备的设备容量，并用 Ps 表示。长期工作制以及短时但连续 工作的用电设备 Ps = Pe （额定功率） 。 按需要系数法确定计算负荷 需要系数法是将用电设备的设备容量 Ps 乘以需要系数和同时系数， 直接
前 言
电能是一种清洁的二次能源。电能不仅便于输送和分配，易于转换为 其他的能源，而且便于控制，管理和调度，易于实现自动化。因此，电能已 经广泛应用于国民经济，社会生产力和人民生活的各个方面。绝大多数电能 都由电力系统中发电厂提供，电力工业已经成为我国实现现代化的基础。 工厂供电设计的主要任务使从电力系统取得电源，经过合理的传输、变 换，分配到工厂车间的每一个用电设备上。随着工业电气工业自动化技术的 发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标 等的要求也日益提高。 供电设计是否完善， 不仅影响到工厂的基本建设投资、 运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全 生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。工厂工业 负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分， 保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统 的安全和经济运行以及合理利用能源。 搞好供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化以及节约能源和支援 国家经济建设具有重要意义，因此为切实保证工厂及生活用电，必须使供电 系统在电能的供应、分配和使用中能够安全、可靠、经济、稳定的运行。为 此在供电的设计过程中既要考虑到技术因素又要考虑到工厂的实际情况，在 严格按照供电设计规程及在国家的方针政策的引导下，最终确定好一个经 济、安全、稳定的可靠方案。本设计从工厂供电的技术要求出发并结合工厂 的实际情况，在各种技术规程及供电协议的要求下设计了一个中型机械厂的 供配电系统。 本设计分 5 章从 6 个方面系统的介绍了工厂供电系统的设计及主要设备 的选择和检验方法。其中第一章主要介绍了工厂的基本情况和主要数据以及 设计的.基本要求， 二至七章为工厂供电系统的变电所电气设计及主要电气设 备的选择校验部分，包括：全厂的负荷计算和无功功率补偿计算以及无功功 率补偿设备的选择，其中负荷计算为设备的选择提供了有效的数据，无功功 率补偿计算及其设备的选择为全厂的设备运行及供电质量的稳定可靠提供
= Pc *tan
Pc 2 Qc
2
I c = Sc / （ 3 U e ）
其中 Pc 、 Qc 、 Sc 表示该用电设备组的有功功率、无功功率、视在功率的 计算负荷； Ps 表示该用电设备组的容量总和，但不包括备用容量； U e 为额 定电压； I c 为计算电流； kd 为用电设备组的需用系数 [3] 。 2.多个用电设备组的计算负荷 在配电干线上或车间变电所低压母线上。常有多个用电设备组同时工 作，但是各个用电设备组的最大负荷也并非同时出现，因此在求配电干线或 车间变电所低压母线的计算负荷时， 应计入一个同时系数 K 其计算公式为：
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备组的需要系数、功率因数角正切、总设备容量； I c 为配电干线上或车间变
U e 为配电干线上或车间变电所低压母线上的额 电所低压母线上的计算电流；
定电压。 如果在低压母线上装有无功功率补偿用的静电电容时，则低压侧母线上 的计算负荷应为：
Qc = K (k xi tan i pc ) - Qc
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第一章 设计概况
1.1 设计要求
根据本厂所取得的电源及本厂的用电负荷，并考虑工厂生产的实际情 况。按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求。确定变电所的位置及型式， 确定变压器台数及容量和类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出 线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最 后按要求写出设计说明书并绘出设计图样。 1.1.1 工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，一年最大负荷利用小数为 4600h，且最大负荷 持续时间为 8 小时。该厂除铸造车间为一次负荷，电镀车间、锅炉房和热处 理车间为二次负荷外，其余车间为三级负荷。其负荷资料如下： 表 1-１全厂负荷资料表
2.5 全厂负荷的计算原则
全厂的负荷计算按逐级递加法获得。各车间的负荷得到后相加，再乘以 所有车间的同时系数，得到总降压变电所低压侧计算负荷，再加上总降变压 器的损耗可得到全厂总的计算负荷。 2.5.1 全厂的负荷计算表 全厂总的计算负荷表，如表 2-1 所示。
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表 2-1 全厂的计算负荷表
设备 厂房 编号 冷加工车 间 热加工车 间 机床车间 焊接车间 铸造车间 锻压车间 金电镀车 间 仓库 工具车间 金工车间 锅炉房 装配车间 机修车间 各车间照 明均 厂房名称 负荷类 别 容量 /kW 需要 系数 功率 因数 计算负荷
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设备容量/kW 590 600 350 200 500 400 350 35 500 450 80 280 300 10
需要系数 0.16 0.25 0.40 0.50 0.3 0.3 0.5 0.4 0.3 0.3 0.7 0.3 0.2 0.8
功率因数 0.5 0.6 0.55 0.4 0.7 0.6 0.8 0.8 0.65 0.6 0.8 0.75 0.65 1.0
i 1 m
i=1.2.3…m
(2-13)
这些计算功率和计算电流是选择车间变电所变压器容量和导体截面等 的依据。 单相用电设备: 单相用电设备组确定计算负荷的原则。 按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 在某个计算范围内 , 当单相设备功率的总容量小于三相设备功率总容量的 15%时,认为单相设备功率就相当于三相设备功率。 单相设备功率的总容量 大于三相设备功率总容量的 15%时， 这时三相供电系统处于非平衡状态,必须 将单相用电设备功率换算成等效的三相设备功率 ,然后进行三相计算负荷的 确定。
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第二章 负荷计算及无功功率补偿
2.1 负荷计算
本章介绍工厂电力负荷的运用情况,负荷性质及其工作制,重点介绍了确 定用电设备组计算负荷的常用方法 ——需要系数法.接着讲述了无功补偿的 措施.另外还简要介绍了对供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法以及 城市电网用电负荷预测的常用方法。
2.2 负荷分级
1
了保障；变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择，从两个方案的比 较中结合工厂实际情况选择适合本厂的最佳方案；短路电流的计算，包括短 路电流的效应分析、电抗百分之一法求短路电流、冲击电流等的计算，它们 为设备的校验提供了非常重要的数据；变电所一次设备的选择及校验，主要 按照设备的工作条件进行选择，在根据短路电流进行动稳定和热稳定校验； 继电保护及二次回路的整定计算，为掌握供电系统的运行情况提供了有效的 数据，并且在系统发生故障时能够准确及时的将故障设备从供电系统中切 除，提高了系统的安全稳定性；防雷保护装置与接地安全装置的设计，能够 有效的防止雷电过电压以及雷电冲击波对变压器、输电线路的危害。最后附 有相应的设计用参考资料和部分常用电气设备的技术数据。 总之，这次设计较系统的介绍了工厂供电系统设计的基本思路、基本的 方法。在设计的过程中使所学知识得到了巩固，并且接触到了许多新知识， 提高了自己的能力。
厂房编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 厂房名称 冷加工车间 热加工车间 机床车间 焊接车间 铸造车间 锻压车间 电镀车间 仓库 工具车间 金工车间 锅炉房 装配车间 机修车间 各车间照明均 负荷类别 二级 一级 二级 二级 一级 二级 二级 三级 三级 三级 二级 三级 三级 三级
2.4 计算负荷的实用方法
2.4.1 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种 [1] 。 本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率： 无功功率: 视在功率:
P30 Pe K d Q30 p30 tan S 30 I 30 P30 cos S 30 3U N
2.1 设计任务
1.负荷计算及无功功率补偿 2.变压器台数和容量及类型的选择 3.变电所主接线方案的设计 4.短路电流的计算 5.变电所一次设备的选择及校验
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6.变电所二次回路的选择 7.继电保护设计（变压器、10kV 母线） 8.防雷保护及接地装置 9.画出设计变电所主结线系统图一张
10.继电保护图一张
1.1.2 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供电协议，本厂可由临近一条 10kV 的 公用电源干线取得工作电源， 其走向如图所示， 该干线牌号为 LGJ-185,导线 为等边三角形排列，干线首段距本厂 2km，首段所装设的高压断路器的断流 容量为 500MVA，此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限 保护整定的动作时间为 1.6S。为满足工厂一、二级负荷要求，可采用高压联 络线由邻长取得备用电源。
Pc /kW
Qc /kva
r
Sc /kV
A 188.8
1
二级
590
0.16
0.5
94.4
163.5
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
一级 二级 二级 一级 二级 二级 三级 三级 三级 二级 三级 三级 三级
Pc = K ( k xi p si )
I 1 m
(2-9) (2-10) (2-11) (2-12)
Qc Sc =
=K (k xi tan i psi )
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Pjs Q js
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I c = S c /（ 3 U e ）
其中 Pc 、 Qc 、 Sc 为配电干线上或车间变电所低压母线上的有功功率、无功 功率、视在功率的计算负荷；K 为同时系数 ；m 为配电干线上或车间变电 所低压母线上的用电设备组的总数； k xi 、tan i 、 p si 为对应于某一个用电设