3 负荷计算及 负荷分级

3 负荷计算及负荷分级

3.1 负荷计算

3.1.1基本概念

3.1.1.1 概述

（1）负荷计算的目的：获得供配电系统设计所需的各项负荷数据，用以选择和校验导体、电器、设备、保护装置和补偿装置，计算电压降、电压偏差、电压波动等。

（2）负荷计算的内容：求取各类计算负荷，包括最大计算负荷、平均负荷、尖峰电流；计算电能消耗量、电网损耗等。

（3）实际负荷：即接在电网上的各种电气负荷。通常每台设备的负荷是随机变动的，多台设备叠加的变化更加复杂。实际负荷须经适当的方法转换为计算负荷，才能用于工程设计。

（4）计算负荷：是一个假想的持续性负荷，它在一定的时间间隔中产生的特定效应与变动的实际负荷相等。

按不同的用途，取不同的负荷效应和时间间隔，将得出各类不同的计算负荷，详见3.1.1.2。

（5）计算范围：计算负荷是按配电点（配电箱、配电干线、变电所母线等）划分的；其配电范围即为负荷计算范围。供配电系统各配电点间存在母集和子集的关系；负荷计算范围也构成相应的关系。

3.1.1.2 计算负荷的分类及其用途

设计中常用的三类计算负荷如下：

（1）最大负荷或需要负荷（通称计算负荷）：

1）此负荷用于按发热条件选择电器和导体；计算电压偏差、电网损耗、无功补偿容量等；有时用以计算电能消耗量。

2）此负荷的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应相等。对变压器、电缆之类，是绝缘热老化程度相等。

3）此负荷的持续时间应取导体发热时间常数τ的3倍。对较小截面导线（τ≥10min），通常取0.5h计算负荷即“半小时最大负荷”；对较大截面电缆（τ≥20min），宜取1 h计算负荷；对母线槽和变压器（τ≥40min），宜取2 h计算负荷。

（2）平均负荷：

1）年平均负荷用于计算电能年消耗量；有时用以计算无功补偿容量。

2）最大负荷班平均负荷用于计算最大负荷（见利用系数法）。

（3）尖峰电流：

1）尖峰电流用于计算电压波动（或变动）；选择和整定保护器件；校验电动机起动条件。

2）尖峰电流取持续1s左右的最大负荷电流，即起动电流的周期分量。在校验瞬动元件时，还应考虑其非周期分量。

注：(1)计算负荷的广义是上述三类的统称；其狭义是指最大负荷（或需要负荷）。

(2)计算负荷包括其有功功率、无功功率、视在功率、计算电流及功率因数。

计算电压降时应区分情况，采用不同的计算负荷：校核长时间电压水平（如电压偏差）时，应采用最大负荷或需要负荷；校核短时电压水平（如电压暂降、电压波动）时，应采用

尖峰电流。

3.1.1.3 负荷曲线和名词术语

（1）负荷曲线是表示电力负荷随时间变动的曲线，是负荷计算的重要基础。负荷曲线通常由实测数据取得，也可套用同类负荷的典型曲线。

（2）负荷曲线的分类：按用电对象分,有区域、工厂、车间、单体建筑、用电设备组等。按时间跨度分，有年、季、月、周、日等。按负荷参数分为有功功率和无功功率等。

（3）负荷曲线的型式：把实测值顺序相连即为逐点曲线。为便于数据计算，通常绘制成梯形曲线。图3.1-1是三班制金属加工厂日负荷曲线示例。负荷曲线还可进一步处理成负荷持续时间曲线，以表明不同负荷值出现的频度，示例见图3.1-2。

图3.1-1 日负荷逐点曲线和梯形曲线图3.1-2 年负荷持续时间曲线（4）负荷曲线可形象地表明多种参数及其相互关系。例如，负荷曲线所包围的面积，就是用电负荷在该时间段的电能消耗量,并等于P c×T max或P av×t（详见后文）。

（5）有功计算功率P c、无功计算功率Q c、视在计算功率S c：即最大负荷（或需要负荷）的有功功率、无功功率、视在功率，参见3.1.1.2（1）。

（6）有功平均功率P av、无功平均功率Q av：在某一时间阶段t内，用电设备的P av（或Q av）等于有功电能消耗量W t（或无功电能消耗量V t）除以该阶段的时间t。例如，年平均有功功率P av/a=W a/8760h。

（7）年最大负荷利用小时T max：是一个假想时间，负荷在此时间内以年最大负荷P c持续运行所消耗的电能，等于实际负荷的年电能消耗量W a；即T max=W a/ P c。

（8）年最大负荷损耗小时τmax：是一个假想时间，负荷在此时间内以年最大负荷S c 持续运行所造成的电网中电能损耗，等于实际负荷全年的电能损耗。

（9）额定功率P r（或S r）：电气设备的产品说明书或铭牌上标明的功率。对于照明器是灯泡或灯管的功率；对于电动机是轴功率；对于其它设备是由电网输入的功率。

（10）设备功率P e：将不同工作制的用电设备的额定功率换算为连续工作制的有功功率。详见3.1.2节。

（11）利用系数K u：一组设备的平均功率与设备功率之比。利用系数是对一定的时间阶段（班、月、年）而言的。

（12）最大系数K m：在某一时间阶段内，有功计算功率P c与有功平均功率P av之比。最大系数的倒数为该时间阶段的负荷曲线填充系数K f。

（13）接通系数K s：用电设备在一个周期内的接通持续时间（包括带负荷运行持续时间和空载持续时间）与一个周期的全部持续时间之比。对一组设备而言，接通系数是组内全部设备接通系数的加权平均值。

（14）负荷系数K l：用电设备实际需要的有功功率与其设备功率之比。成组负荷系数是成组利用系数与成组接通系数之比。

（15）需要系数K d：有功计算功率P c与全组设备功率P e之比。

（16）有功功率同时系数K∑p：母集计算范围的总有功计算功率P c与其各子集有功计算功率总和ΣP c的比值。

（17）无功功率同时系数K∑q：母集计算范围的总无功计算功率Q c与其各子集无功计算功率总和ΣQ c的比值。

（18）用电设备组：负荷特性和工作情况相近、可采用相同计算系数和功率因数的一组用电设备。

（19）最大负荷班：在有代表性的一昼夜中，某一用电设备组、车间或整个企业电能消耗最多的一个班。

3.1.1.4 负荷计算法的选择

（1）单位指标法：

1）分类：包括负荷密度指标法（单位面积功率法）、综合单位指标法、单位产品耗电量法。

2）简介：源于实用数据的归纳。用相应的指标直接求出结果。

3）评价：计算过程简便。计算精度低；指标受多种因素的影响，变化范围很大。

4）适用范围：适用于设备功率不明确的各类项目，如民用建筑中的分布负荷；尤其适用于设计前期的负荷框算和对计算结果的校核。

（2）需要系数法：

1）简介：源于负荷曲线的分析。设备功率乘需要系数得需要功率；多组负荷相加时，再逐级乘同时系数。

2）评价：计算过程较简便。计算精度与用电设备台数有关，台数多时较准确，台数少时误差大。

3）适用范围：适用于设备功率已知的各类项目，尤其是照明、高压系统和初步设计的负荷计算。计算范围内全部用电设备数为5台及以下时，不宜采用需要系数法。

（3）利用系数法：

1）简介：其数学模型基于概率论与数理统计。先求易于实测的平均负荷，再乘最大系数求得最大负荷。最大系数取决于总利用系数和用电设备有效台数；后者计及设备台数和各台间功率差异的影响。

2）评价：计算精度高，计算结果比较接近实际；可用于设备台数较少的情况。计算过程较繁，尤其是用电设备有效台数的计算应改进。利用系数的实用数据有待积累。

3）适用范围：适用于设备功率或平均功率已知的各类项目，尤其是工业企业电力负荷计算。通常不用于照明负荷计算。

（4）其它计算法：

1）二项式法：系前苏联的经验公式，计算结果不可靠，早已被利用系数法取代，不宜再用。

2）改良利用系数法：为解决有效台数计算繁琐的问题，国内推导过多种简化算式，还有绕开有效台数的ABC法等。这类方法也已废弃。

3）新二项式法及新利用系数法：基于概率论与数理统计，给出了简化计算式，并在以金属冷加工为主的机械工厂做过实测验证，但未能推广。

4）简化利用系数法和新需要系数法：认为只有5台功率最大的设备影响计算负荷与平均负荷的差值，给出了C—K L法，并再简化为C—P x法，还有用于5台及以下设备的C—P5法。三者均属于简化利用系数法。D—K X法实质上是需要系数法形式的C—K L法，称为新需要系数法。二十多年，算法迭出，但未被业界广泛接受。

下面只介绍多年通用的单位指标法、需要系数法和利用系数法；不列入其它计算法。