负荷计算及导线电缆选择

第一节 负荷计算及导线电缆选择

一、负荷计算

（一）设备容量计算方法

设备容量是把设备额定功率（用P e ’表示）换算到统一工作制下的额定功率，用P e 表示，有时也称为设备的计算容量。对于不同工作制的用电设备，其设备容量可按如下方法确定。

1．长时工作制电动机设备的设备容量

用电设备的容量等于铭牌标明的额定功率P e ’（kW ）

，即： 'e e P P = （5—1）

2．反复短时工作制电动机的设备容量

反复短时工作制下设备的工作时间较短。如起重类设备吊车的设备容量，就是将铭牌暂载率JC 下的额定容量 P e ’ 换算到暂载率JC 25 = 25 ％时的额定容量，作为计算负荷，则

JC P JC JC

P P e e e '2'

25

== （5—2） 【例5—1】 某炼钢厂有一起重机铭牌标明的额定功率为30 kW ，暂载率为40 %，求换算到JC 25

时的设备容量是多少？

【解】 kW JC P JC JC

P P e e e 95.374.0302'2'25

=××=== 3．照明设备的容量

（1）白炽灯、碘钨灯的设备容量等于灯泡的额定功率

'e e P P = （5—3）

（2）荧光灯因考虑镇流器中功率损失约为灯管额定功率的20 ％，故有

'2.1e e P P = （5—4）

（3）高压汞灯、金属卤化物灯等设备因考虑镇流器中功率损失约为灯泡额定功率的10％，故有

'1.1e e P P = （5—5）

4．不对称单相负载的设备容量

对多台单相设备应尽可能平均地接在三相上，若单相设备不平衡度（即偏离三相平均值的大小）与三相平均值之比小于15 %时，按三相平衡分配计算，见式（5—6a ）。当单相设备不平衡度与三相平均值之比大于15 %时，按单相最大值功率的三倍计算，见式（5—6b ）。工作时间很短的小容量设备的设备容量一般按零考虑，如电磁阀等可以忽略不计。

W V U e P P P P ++= （5—6a ） max 3P P e = （5—6b ）

（二）计算负荷

负荷指的是导线、电缆和电气设备(变压器，断路器等)中通过的功率和电流。该负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行，即使同时运行，也并不是都能同时达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也各有不同，有长期、短时、重复短时之分。

在设计时，采用一个假定负荷即计算负荷来表征系统的总负荷。用计算负荷来选择导线、电缆截面和电气设备比较接近实际，因为计算负荷的热效应与变动负荷的热效应是相等的。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选择得过大，造成投资和有色金属的浪费。如计算负荷确定过小，又将是电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

计算负荷的确定比较复杂，通常是用半小时平均负荷绘制的负荷曲线上的“最大负荷”作为计算负荷，如图5—1所示。

t (h)

图 5—1 日有功负荷曲线

这样确定的计箅负荷也有不足之处，对中小截面导线和电缆，其发热时间常数T =10 min ，理论分析和实验证明，温升曲线在3T =3×10=30 min 时间内，导线温升τ可达到稳定温升τw 的 97％。即只有持续30 min 以上的负荷值，才能构成最大负荷值，如果负荷持续时间很短，导线还达不到稳定温升，负荷就消失了。而对50 mm 2以上的导线永远也达不到稳定温升，因为发热时间常数T > 10 min ，对电气设备也是如此。在这样情况下，导线、电缆和电气设备不可能充分利用。但目前还没有足够理论和科学实验数据来加以改变，有待进一步研究。

（三）确定计算负荷的方法

常用确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算，具体算法如下： 1．需要系数法

（1）单台用电设备的计算负荷

单台用电设备的设备容量，就是计算负荷，即

e P 1j P e j P P =1

（5—7）

对于需要计算有效率的单台用电设备，如部分电动机，则有

η

e

j P P =

1 （5—8）

式中，Pe ─ 电动机铭牌额定容量，kW ； η ─ 电动机在额定负荷时的效率。 （2）单组用电设备的计算负荷

工艺性质相同的用电设备分组情况，见表5—1。每一组的用电设备的计算负荷为

∑=e x j P K P 2 (5—9)

式中， ── 用电设备组的需要系数； x K

∑ ── 该用电设备组的设备容量之和，kW 。

e

P 需要系数是考虑同组用电设备，不同时运行、不同时达到满载，以及设备效率、台数、线损、劳动组织等许多影响计算负荷的因素后，而归并成的一个系数。是通过对各用电设备组进行测试、调查、分析后制定的。当用电设备台数多时，可取小一点，当台数少时，可取大一点，当只有一台设备时。

x K x K 1=x K （3）多组用电设备的计算负荷

将各单组用电设备的计算负荷相加后，再乘以表5—2的同期系数，则得多组用电设备的计算负荷，即：

ΣK ∑=23j x j P K P （5—10） ϕtg P K Q j j ⋅=∑∑23 （5—11）

表5—1 各用电设备组的需要系数Kx 及功率因数

用电设备组名称

Kx Cos φe tg φ 单独传动的金属机床

1.冷加工车间

2.热加工车间

0.14～0.16 0.20～0.25

0.50 0.55～0.6

1.73 1.52～1.33