工厂供配电系统供电负荷的计算

第六章工厂供配电系统供电负荷的计算
Electric loads’ calculation of power supply system of industrial enterprise
§6-1 负荷曲线与特征参数
Load curves and characteristic parameters
一、电力系统负荷的组成composition of electric power load
电力系统的总负荷：系统中千万个用电设备所需功率的总和。

（异步电动
机、同步电动机、电热炉、整流设备、照明等）
综合用电负荷：工业、农业、交通运输和市政生活所需的功率之和。

供电负荷：综合用电负荷＋网络损耗
发电负荷：供电负荷＋厂用电
二、负荷曲线load curve
——反映电力负荷随时间变化的曲线
按负荷种类分：有功负荷曲线，无功负荷曲线、
按时间长短分：日负荷曲线，月负荷、年负荷曲线
按计量地点分：个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个地区、整
个系统
相对来讲，无功负荷曲线用途较小，实际只是隔一段时间编制一次无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。

1.日负荷曲线：
负荷一天24小时内的变化曲线，用于制定各发电厂发电负荷计划、发电厂制定投标策略的依据。

可用于决定系统的日发电量 。

2.年最大负荷曲线
一年内逐月或逐日综合最大有功功率负荷变化曲线。

用于制定发电设备的检修计划，决定系统的总装机容量。

3.年负荷持续曲线
它不按时间的先后排列，只按全年的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年内的累计持续时间而重新排列组成；依据该曲线可以计算出一年内消耗的总电能。

三、 负荷曲线的特征参数 parameters of load curve
1.最大负荷P max
2.最小负荷P min
3.全年的电能 A ＝⎰8760
pdt
全日的电能 ⎰=24
0pdt
A
4.年最大负荷利用小时数 m ax T ，max
8760
max
max P pdt
P A T ⎰
=
=
5.平均负荷 24
A
8760A P D
Y av ==
6.负荷率：平均负荷与最大负荷的比值
有功负荷率α： α＝
m ax
P P av
或 P av ＝αmax P ⋅；
α越小，说明曲线起伏越大，α<1 无功负荷率β： m ax
av
Q Q =
β或者max Q Q av ⋅=β，
一般的工业企业：β＝0.76～0.82 ＝0.70～0.75
§6-2 计算负荷及有关系数
Calculation load and related parameters
一、计算负荷calculation load
1、计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，“计算负荷”
产生的热效应应该和实际变动负荷产生的最大热效应相等。

2、通常把半小时平均负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷
3、0.5小时平均负荷曲线：将每间隔0.5h读取有功电能表的读数，除
以30min，求得有功平均值，然在以纵轴为有功、横轴为时间的直角坐标系中逐点描绘而成。

4、取0.5h平均负荷的原因
一般中小截面导体的发热时间常数为T＝10min以上，经验表明，其达到稳定温升时间为（3～4）T，也就是说载流导体大约经过半小时可达到稳定温升值；如导线承载短暂尖峰荷，显然不能是导线温升达到最高，只有持续时间30min以上，才有可能使导线温升达到最高值。

为计算方法一致，对其它供电元件均采用0.5h平均负荷最大值为计算负荷。

二、相关系数
1．需要系数d K N max
d P P K ＝设备容量负荷曲线最大有功负荷
=
2．利用系数u K N
av
u P P K ＝设备容量负荷曲线平均有功负荷
=
3．同时系数∑
K
车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，用到同时系数。

有功同时系数∑=⋅∑=
m
1i i
ca ca
P P
P K
无功同时系数∑=⋅∑=
m
1
i i
ca ca
Q Q
Q K
§6-3 按需要系数法确定计算负荷
Calculation of power loads using the demand factor method
多用于确定车间变电所负荷和全厂负荷
计算时从负荷端开始，逐级上推，到电源进线结束。

一、 确定单台用电设备的设备容量（'N P ） 和计算负荷
<一> “设备容量”：经过折算至统一工作制下的“额定功率”，用'N P 表示
1、
用电设备的工作方式
1）
长期工作制：在规定
的环境温度下连续运行，设备任何部分温度升不会超过最高允许值。

2）
短暂工作制：用电设
备的运行时间短，停歇时间长，工作时间内温升未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，停歇时间内温度降到其周围介质的温度。

求计算负荷时一般不考虑短暂工作制的用电设备。

3）
重复短暂工作制：断
续方式反复进行工作，工作时间（t ）与停歇时间（0t ）相互交替，工作时间内设备温度升高，停歇时间内温度又下降，若干周期后达到一个稳定的波动状态。

暂截率：%100%0
⨯+=
t t t
Jc ，又称负荷持续率或接电率。

我国规定，重复短暂负荷下电气设备的额定工作周期10min 。

吊车用电动机的标准暂载率有15%，25%，40%，60%；
电焊设备的标准暂载率有50%，65%，75%，100%。

2、
单个用电设备的设备
容量'
N
P
1）
长期工作制的电动
机：N '
N
P P =（kW ）
2）
重复短暂工作制电动
机：换算到%25%=Jc 下，
%Jc P 2P %
Jc %
Jc P N N 25'
N ==
3）
电焊机及电焊装置
统一换算%100%=Jc 下， N N N 100'
N
cos S %Jc P %
Jc %
Jc P ϕ==（kW ）
4）
电炉变压器：
N N 'N cos S P ϕ=（kW ）
5）
照明设备：
白炽灯、碘钨灯：'N P ＝N
P
荧光灯：'N P ＝1.2N P (考虑镇流器的损耗)
高压水银荧光灯：'N P ＝1.1N P
金属卤化物灯：'N P ＝1.1N
P
照明设备的设备容量估算：
)(1000
kW A
S ⨯
S-建筑物面积，m 2；A-单位面积照明容量，W/m 2
6）
不对称单相负荷
有多台单相用电设备时，应力求均匀分配到三相上。

① 当单相设备总容量>15%三相用电设备总容量时，
单相负荷'Nph P 接于相电压时 '
Nph
'N P 3P =
单相负荷'Nph P 接于线电压时 'N p h
'N P 3P =
② 否则按三相对称考虑
<二> 单台用电设备的计算负荷1
.ca P
1、
长期工作制：'
N
1.ca P P =
2、
计及效率的单台用电
设备（如电动机）： η
='N 1
.ca P P
二、 用电设备组的计算负荷2
.ca P
将工艺性质相同的、且需要系数相近的用电设备合并成组
∑⋅='
2N
d ca P K P （kW ） ϕtg P Q ca ca ⋅=2.2.（kvar ）
2
2.22.2.ca ca ca Q P S +=（KV ·A ）
d K =
1L
Kw η∑⋅⋅≤⋅
注：选取d K 一定要与∑⋅'N P 的计算范围相对应
三、 车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷（3.ca P ）
∑⋅=2.ca p 3ca P K P （kW ）
∑-=32.3.c ca Q ca Q Q K Q （kvar ）
3c Q ：变电所低压母线上静电电容器组容量
2
3.23.3.ca ca ca Q P S +=（kv ·A ）
注：d K 的选取⎩⎨
⎧大值；反之，取较小值设备使用较高时，取较
较大值的取较小值；反之，取
台数较多时，Kd
四、 车间变电所变压器高压侧的计算负荷（4.ca P ）
2T 3ca 4ca P P P ∆+=（kW ）
23.4.T ca ca Q Q Q ∆+=（kvar ）
2
4.24.4.ca ca ca Q P S +=（kV ·A ）
但因车间变的容量未定，故近似计算：3ca 2T S %2P ⋅=∆（kW ）
3.2%10ca T S Q ⋅=∆(kvar)
五、车间变电所高压母线上的计算负荷（5.ca P ）
∑=4.ca 5ca P P （Kw ）
∑=4.5.ca ca Q Q （Kvar ）
2
5ca 25ca 5.ca Q P S +=（KVA ）
六、 总降压变电所出线上的计算负荷（6.ca P ）
5.ca 6ca P P ≈（Kw ）
5.6.ca ca Q Q ≈（Kvar ）
5.6.ca ca S S ≈（KVA ）
七、 总降压变电所变压器低压侧母线上的计算负荷（7.ca P ）
∑⋅=6.ca p 7ca P K P （Kw ）
∑-=76.7.c ca Q ca Q Q K Q （Kvar ）
2
7.27.7.ca ca ca Q P S +=（MVA ）
八、全厂总计算负荷（8.ca P ）
1T 7ca 8ca P P P ∆+=
1T 7ca 8ca Q Q Q ∆+=
2
8.28.8.ca ca ca Q P S +=
此外： 8
.8.8cos ca ca S
P =ϕ， ∑=
'
8
.N ca aca P P K
注： 8.ca P 即为用户申请电量；8cos ϕ可提供给高压线路作电气计算之用，以判断是否进行无功补偿，此外，运用需要系数法计算负荷时要注意以下两点：
1） d K 是针对负荷群的，对单台设备来说不存在a
K
2） 查表时，d K 的选取一定要与负荷群的划分范围相对应。

各种确定计算负荷的方法
1.需要系数法
缺点：将d K 看作与设备台数多少及设备容量悬殊情况无关的固定值 ，这是不严格的；适用于求取全厂或大型车间变电所的计算负荷。

2、二项式系数法（结果偏大）
考虑设备台数和大容量用电设备的影响 ；多用于机械加工、热处理车间中设备少容量差别大的配电箱及车间干线。

3、利用系数法 （结果接近实际但计算复杂）
以概率论为理论基础求得用电设备在工作时的功率迭加曲线。

通过利用系数、平均利用系数、有效利用台数、最大系数等来计算。

§6-4工业企业供配电系统功率因数的提高
Improvement of power-factor of industrial enterprise
一、提高功率因数的意义the meaning of the power-factor improvement
有功需求量保持不变的情况下，用电设备功率因数降低，将有以下不良后果：
1、增加输电网的有功损耗和电能损耗。

2、使线路上电压损耗增大，使负荷端电压下降，甚至影响用电设备正
常运行。

3、不能充分利用发电设备和变电设备的容量
综上所述，应设法提高相关部分的功率因数，以充分利用发电部分和变输电部分的设备容量，提高其输电能力；减小导线截面，以节约有色金属，减少电网中功率损耗和电能损耗，降低电网电压损失、电压波动。

二、 几种功率因数的计算 calculation of several power-factor
1. 瞬时功率因数
根据功率因数表直接读出；或根据同一时刻的功率表、电压表和电流表的读数计算得来。

计算公式为： UI
3P S
P
cos ==
ϕ
P ——有功功率表测出的三相读数，kW ；
U ——电压表测出的线电压读数,kV ；I ——电流表测出的线电流读数,A 。

2. 均权功率因数
用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。

2
2
2
wav )A
w (
11W
A A cos +=
+=
ϕ A －有功电能 ; W －无功电能
“月平均功率因数”依据一个月内有功电能、无功电能用量计算的。

供电部门实际上要求工业企业的“均权功率因数”不得低于《全国供用电规则》的规定。

3.最大负荷时的功率因素2
1cos ,cos ϕϕ
1） 补偿前最大负荷时的功率因数2ca
2ca ca
ca ca
1Q
P P S P cos +==ϕ
2） 补偿后最大负荷时的功率因数2
c ca 2ca
ca
ca
'
ca
2)
Q Q (P P S P cos -+==
ϕ
ca ca Q P ,—全企业的有功计算负荷kW ，无功计算负荷kvar
c Q －全企业的无功补偿容量，kvar
4.总平均功率因数
1） 补偿前总平均功率因数
2ca 2ca ca
av av av 1)
Q ()P (P S P cos β+αα==
ϕ 2） 补偿后总平均功率因数
2
c ca 2
ca ca av
'av
av 2)
Q Q ()P (P S P cos -β+α⋅
α==
ϕ
av P －全厂有功平均计算负荷，kW ；
－全厂有功及无功的月平均负荷系数
因 2
222c ca 22ca ca av 'av av 'av av 2W
A A
t
)Q Q (t )P (t
P t S t P S P cos +=⋅-β+⋅α⋅α=⋅⋅==
ϕ
即：
av 2cos ϕ与根据实际计量结果计算的均权功率因数wav ϕcos 是统一的。

故：在设计时，应以补偿前、后的总平均功率因数是否达到设计规范要求值来计算无功补偿容量。

三、 提高工业企业功率因数的方法
methods of improving industry enterprises’ power -factor <一>提高自然功率因数 improving the natural power-factor
1、正确选用异步电动机的型号和容量。

ϕ和
η
cos在负载率为70％及以上时较高，如额定负载时ϕ
cos为0.85～0.89,而空载时ϕ
cos只有0.2～0.3.
2、电力变压器不宜轻载运行
变压器一次侧功率因数与二次侧负荷的功率因数和负荷率有关。

负载率<0.6时，一次侧功率因数比二次侧降低11％～18％；
满载时，一次侧功率因数比二次侧降低3％～5％。

因此变压器在负载率>0.6以上运行时才较经济，一般75％到80％较合适。

3、合理安排电气设备的运行状况，限制电动机等设备空转。

<二> 采用无功补偿提高功率因数
improving power-factor by V AR compensation
我国有关电力设计规程规定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9；其它工厂，不得低于0.85。

1.采用同步电动机（过励运行）
轧钢机的电动发电机组、球磨机、空压机、鼓风机等设备可采用，但小容量的高速同步电动机一般不经济，不宜采用。

一般用低速、恒速且长期连续工作的容量较大的电动机可用，用“同步电动机作无功补偿”方案的价格明显高于“异步电动机加电力电容器补偿”
的价格。

2.用静电电容器 1)补偿容量c
Q
c ca 21ca 21av c q P )tg tg (P )tg tg (P Q ⋅α=ϕ-ϕα=ϕ-ϕ=
式中：ca P －最大有功计算负荷，kW
α－月平均有功负荷系数
2,1ϕϕtg tg －补偿前、后均权功率因数角的正切值
c q －补偿率，kvar/kW
c q 可由表4－7查出。

2)根据实际运行电压对补偿用电容器容量和个数作修正
①容量修正 22
'N
N N
U U Q Q ⋅=
－电容器额定容量 ; U －实际工作电压
－实际运行电压下的电容器容量
②个数 单台容量
总容量C Q n =
对于单相电容器来说，个数应取3的倍数，以便三相平衡。

3)补偿方式
① 个别补偿
直接安装在用电设备附近。

优点：可减少车间线路的导线截面和车间变压器的容量，降低线路和变压器中的功率损耗；
缺点：利用率低，投资大；
适用于：运行时间长的大容量设备，其所需无功较多且由长线路
供电的情况。

②分组（分散）补偿
将电容器组分散安装在各车间配电母线上。

③集中补偿
将电容器组集中安装在总降压变电所二次侧（6－10Kv）或变配
电所的一次侧（6－10Kv）或二次侧380V侧。

一般，对于补偿容量相当大的工厂，宜采用高压侧集中补偿和低压侧分散补偿相结合的方法；对于用电负荷分散及补偿容量小的工厂一般仅用低压补偿。

§6-5工业企业的电气照明负荷
Electrical illumination loads of industrial enterprise
一、关于照明的基本知识basic knowledge about illumination
1.相关因素：视看条件，照明方式，照明种类，灯具的布置和选择等。

2.光源种类：白炽灯，卤钨灯，荧光灯，高压汞灯，高压钠灯等。

3.灯具类型：开启性，防水防尘型，防暴型，闭合型。

二、照明设备容量及照明计算负荷的确定
Calculation of illumination equipments’ capacity and eauivalent loads
<一>照明设备的计算
有镇流器的气体放电光源的设备容量=灯泡的额定容量+镇流器的功率。

1.白炽灯、碘钨灯：'
P＝N P
N
2.荧光灯：'
P＝(1.2-1.3)N P(考虑镇流器的损耗)
N
3.高压水银荧光灯：'
P＝1.1N P
N
4.高压钠灯：'
P＝(1.1-1.2)N P
N
5.金属卤化物灯：'
P＝1.1N P
N
6.划入照明负荷的插座：住宅插座的设备容量=50W/个
其他插座的设备容量=100W/个
<二>照明负荷的计算
一般用需要系数法
供电之路的需要系数K d=1;
一般车间的需要系数K d=0.8-1；
大型车间、流水作业、无插座：K d=1；
大型车间、流水作业、插座较多：K d=0.8-0.9。

三、照明设备容量的计算estimate of illumination equipments’ capacity
在供电初步设计中，可按照不同性质建筑物的单位建筑面积照明容量A(W/m 2)进行估算。

计算公式如下：
照明设备容量=
)(1000
kW A
S ，S ——建筑物的建筑面积，m 2.
§6-6负荷统计示例
Examples about load calculation
一、车间计算负荷 calculation load of the workshop
1.根据用电设备的工作性质分组，把具有相近需要系数的用电设备划为一组。

2.确定各用电设备组的设备容量。

3.查表，求各用电设备组的K A ,计算负荷。

4.进行不对称单相负荷设备容量的换算。

二、 全厂的计算负荷 calculation load of the whole factory
1、 确定各车间的各用电设备容量、计算负荷。

2、 确定各车间的计算负荷，∑∑⋅)('N a P K
3、 确定全厂车间变电所低压侧计算负荷∑ca
p P K 4、 初选车间变压器容量
5、 计算全厂高压侧计算负荷。

6、 无功补偿
将低压侧功率因数补偿到0.75－0.85之间。

高压侧功率因数补偿到0.9
① 计算低压侧最大负荷时功率因数，看是否介于0.75-0.85之间。