供电线路年电能损耗的计算
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供配电技术
第3章 负荷计算及无功补偿
第3章 负荷计算及无功补偿
3.1 负荷曲线与计算负荷
3.2 用电设备额定容量的确定
3.3 负荷计算的方法
3.4 功率损耗与电能损耗
3.5 变电所中变压器台数与容量的选择
3.6 功率因数与无功功率补偿
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3.1 负荷曲线与计算负荷
3.1.1 负荷曲线
负荷曲线（load curve）是指用于表达电力负荷随时 间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示 负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时 间（一般以小时为单位）。
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3.1.3 负荷计算的意义和目的
负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根 据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电 器的最高温升不会超过允许值。
计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电 线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的 额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提， 也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
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（5）不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接 到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程 规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超 过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配 考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备 总容量的15%时，则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷 的原则进行换算。
（2）年最大负荷利用小时数Tmax 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间 Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年 最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于 该电力负荷全年实际消耗的电能。
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下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax 就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。
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1．负荷曲线的分类
按负荷的功率性质分：
可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线； 按所表示的负荷变动的时间分： 可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。
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2．年最大负荷和年最大负荷利用小时数
（1）年最大负荷Pmax
年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗 电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为 半小时最大负荷P30。
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规定取“半小时平均负荷”的原因： 一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上， 根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间 约为 3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖 峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持 续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的 最高温升。
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3.平均负荷Pav
平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗 的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以 时间t的值，即Pav=W/t
年平均负荷为Pav=Wa/8760
9Baidu Nhomakorabea
3.1.2 计算负荷（calculated load）
通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线 上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条 件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、 S30、I30)表示。
t t 100% T t t0
式中 t，t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作周 期T。
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3.2.2 用电设备额定容量的计算
在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN， 但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地 将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算 为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换 算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备 额定容量”，用Pe表示。
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短时运行工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间 内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停 歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温 度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动 机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机） 及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。
Pe PN N S N cos N N
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（3）电炉变压器的设备容量
电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额 定功率（kW），即： Pe=PN=SN· cosＮ
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（4）照明设备的设备容量
①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功 率（kW）； ②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率 的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍 （kW）； ③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为 灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的 1.1倍（kW）； ④金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功 率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为 灯泡额定功率的1.1倍（kW）。
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断续运行工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间 （t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温 度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一 个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续 周期工作制的设备，通常用暂载率ε表征其工作特征， 取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值， 即为ε ，即：
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3.2 用电设备额定容量的确定
3.2.1 用电设备的工作方式
用电设备按其工作方式可分为三种：
（1）连续运行工作制（长期工作制）
（2）短时运行工作制（短暂工作制）
（3）断续运行工作制（重复短暂工作制）
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连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升 均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、 空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、 电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、 照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。
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（1）长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN （2）重复短暂工作制的设备容量 ① 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ） 的设备容量统一换算到ε=25%时的额定功率（kW）， 若其εN不等于25%时应进行换算，公式为: N Pe PN 2 PN n
25%
② 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝ 100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等 于100%时，应进行换算，公式为:
第3章 负荷计算及无功补偿
第3章 负荷计算及无功补偿
3.1 负荷曲线与计算负荷
3.2 用电设备额定容量的确定
3.3 负荷计算的方法
3.4 功率损耗与电能损耗
3.5 变电所中变压器台数与容量的选择
3.6 功率因数与无功功率补偿
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3.1 负荷曲线与计算负荷
3.1.1 负荷曲线
负荷曲线（load curve）是指用于表达电力负荷随时 间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示 负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时 间（一般以小时为单位）。
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3.1.3 负荷计算的意义和目的
负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根 据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电 器的最高温升不会超过允许值。
计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电 线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的 额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提， 也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
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（5）不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接 到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程 规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超 过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配 考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备 总容量的15%时，则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷 的原则进行换算。
（2）年最大负荷利用小时数Tmax 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间 Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年 最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于 该电力负荷全年实际消耗的电能。
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下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax 就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。
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1．负荷曲线的分类
按负荷的功率性质分：
可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线； 按所表示的负荷变动的时间分： 可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。
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2．年最大负荷和年最大负荷利用小时数
（1）年最大负荷Pmax
年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗 电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为 半小时最大负荷P30。
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规定取“半小时平均负荷”的原因： 一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上， 根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间 约为 3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖 峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持 续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的 最高温升。
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3.平均负荷Pav
平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗 的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以 时间t的值，即Pav=W/t
年平均负荷为Pav=Wa/8760
9Baidu Nhomakorabea
3.1.2 计算负荷（calculated load）
通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线 上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条 件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、 S30、I30)表示。
t t 100% T t t0
式中 t，t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作周 期T。
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3.2.2 用电设备额定容量的计算
在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN， 但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地 将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算 为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换 算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备 额定容量”，用Pe表示。
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短时运行工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间 内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停 歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温 度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动 机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机） 及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。
Pe PN N S N cos N N
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（3）电炉变压器的设备容量
电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额 定功率（kW），即： Pe=PN=SN· cosＮ
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（4）照明设备的设备容量
①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功 率（kW）； ②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率 的20%），其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍 （kW）； ③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为 灯泡功率的10%），其设备容量应为灯泡额定功率的 1.1倍（kW）； ④金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功 率损失（约为灯泡功率的10%），故其设备容量应为 灯泡额定功率的1.1倍（kW）。
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断续运行工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间 （t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时间内设备温 度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一 个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续 周期工作制的设备，通常用暂载率ε表征其工作特征， 取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值， 即为ε ，即：
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3.2 用电设备额定容量的确定
3.2.1 用电设备的工作方式
用电设备按其工作方式可分为三种：
（1）连续运行工作制（长期工作制）
（2）短时运行工作制（短暂工作制）
（3）断续运行工作制（重复短暂工作制）
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连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升 均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、 空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、 电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、 照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。
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（1）长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN （2）重复短暂工作制的设备容量 ① 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ） 的设备容量统一换算到ε=25%时的额定功率（kW）， 若其εN不等于25%时应进行换算，公式为: N Pe PN 2 PN n
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② 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝ 100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等 于100%时，应进行换算，公式为: