负荷计算及无功补偿

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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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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；
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需要系数 需要系数考虑了以下的主要因素：
式中
Kd
KKL
wl
K——同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的
用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；
KL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表 示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；
ηwl——线路供电效率； η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。
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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:
Pe PN
N
25%
2PN
n
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:
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实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定 的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺 特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作 水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计 确定,见附录表3~5。上述各种因素可供设计人员在变 动的系数范围内选用时参考。
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Qca·1=Pca·1tan
式中 —用电设备功率因数角。
计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。
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2. 用电设备组的计算负荷
（1）有功计算负荷：Pca·2=Kd∑Pe
Kd—用电设备组的需要系数，见附录表3； ∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。
（2）无功计算负荷：Qca·2=Pca·2tanwm
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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：
Pe PN N SN cosN 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）；
tanwm值见附录表3。
（3）视在计算负荷：Sca2
P2 ca2
Q2 ca2
计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。
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当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台 数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设 备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。 当一条线路内的用电设备的台数较小（n<3台）时， 一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或 者采用较大的Kd值(0.85~1)。
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。 （2）年最大负荷利用小时数Tmax
对SJL1等型电力变压器：
ΔPT≈0.02Sca·3 （kW） ΔQT≈0.08Sca·3 （kvar）
对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：
ΔPT≈0.015Sca·3 （kW） ΔQT≈0.06Sca·3 （kvar）
式中 Sca·3－变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。
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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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（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
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。
Pe＝3Pe·m
式中 Pe——等效三相设备容量； Pe·m——最大负荷所接的单相设备容量。
• 单相设备接于线电压时
式中 Pe·l——接于同一线Pe电压的3P单el相设备容量。
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3.3 负荷计算的方法
负荷计算的方法有： 需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数
法、附加系数法. 需要系数法比较简便因而广泛使用。这里仅介绍需要 系数法。
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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。
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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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。
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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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5. 确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷
Pca·5＝ΣPca·4+P4m
Qca·5＝ΣQca·4+Q4m
Sca5
P2 ca5
Q2 ca5
P4m、Q4m—车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。
计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。
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6. 确定总降压变电所出线上的计算负荷
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。
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设备接于相电压或线电压时，设备容量Pe的计算如下： • 单相设备接于相电压时
Pca·４、Qca·４、Sca·４－车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负 荷（kW、kvar及kVA） ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。
计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其 上的开关设备
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在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变 压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此 一般按下列经验公式估算：
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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
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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
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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。
供配电技术
第3章 负荷计算及无功补偿
湖南城建职业技术学院
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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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皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时伴 有恶性肿瘤。它的1症状表现如下：
则当计算Qca·3时，要减去无功补偿容量，即Qca·3＝Ｋ·ΣQca·2－Qc3
计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或
者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。 2021/3/11 30
4. 确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷
Pca·4＝Pca·3+ΔPT Qca·4＝Qca·3+ΔQT
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3．确定车间配电干线或车间变电所低压母线上 的计算负荷
（1）总有功计算负荷：Pca·3＝Ｋ∑ΣPca·2
（2）总无功计算负荷：Qca·3＝Ｋ∑ΣQca·2
（3）总视在计算负荷：Sca3
P2 ca3
Q2 ca3
Pca·3、Qca·3、Sca·3 ΣPca·2、ΣQca·2－各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和 Ｋ∑－最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出 现而引入的系数。Ｋ∑的范围值见附录表6。 注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc3,
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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3.3.1 需要系数法
由负荷端逐级向电源端进行计算
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1．单台用电设备的计算负荷
（1） 有功计算负荷：
考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算
负荷Pca·1为
Pca·1
Pe
式中 Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；
η—用电设备在额定负载下的的效率。
（2）无功计算负荷：
Pca·6= Pca·5 +ΔPL≈Pca·5 Qca·6 = Qca·5 +ΔQL ≈Qca·5
Sca·6≈Sca·5
ΔPL、ΔQL—高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，故
可忽略不计。
计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的 开关设备。
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现