矿山供电专业讲义
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求出变压器低压侧总计算负荷后，变压器高压侧的计算负荷等于低压侧计算 负荷与变压器功率损耗之和。在初步设计时，变压器的功率损耗可按下式近 似估算
PT (0.01 ~ 0.02) S c QT (0.05 ~ 0.08) S c
©
4．单相用电设备计算负荷的确定
当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15％时，不论单相设备如何分配， 均可直接按三相平衡负荷计算；若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15 ％时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负荷计算。
PA p AB A PAB p CA A PCA Q A q AB A PAB q CA A PCA PB p BC B PBC p AB B PAB Q B q BC B PBC q AB B PAB PC p CA C PCA p BC C PBC QC q CA C PCA q BC C PBC
图2-1 日负荷曲线与年负荷曲线 a)日有功负荷曲线 b)年有功负荷曲线
©
3. 平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷
（1）平均负荷Pav 平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年平均负荷 Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算：
Pav
Wa Tgz
（2）最大负荷Pmax 最大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷 工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax 或P30。
总功率因数
©
2．功率因数的提高 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用 户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。
提高功率因数
提高自然功率因数
人工补偿无功功率
©
3．补偿容量和补偿后计算负荷的计算
（1）补偿容量的计算
QC P30 （tan1 tan 2 )
单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下： 1）单相设备接于相电压时，将三相线路中单相用电设备容量最大的一相乘以 3作为三相等效设备容量。 2）单相设备接于线电压时，首先应将接于线电压的单相设备容量换算为接于 相电压的设备容量，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3 倍来作为等效的三相负荷容量。接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备 容量时，换算公式如下：
©
4. 负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数
（1）负荷系数 负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。 负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数：
Pav Pmax Qav Qmax
（2）利用系数 利用系数是针对用电设备组而言的。利用系数Kx定义为用电设备组在最大负 荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比，即
考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算：
Pc PN
Pc.M
PN .M
M
©
2．用电设备组的计算负荷
当计算配电干线（譬如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各 组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功 率因数cosi和功率因数正切值tani，则
第2 章
用户供电系统
内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍 了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单
介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。
©
第2 章
第一节 第三节 用户变电所
用户供电系统
电力负荷与负荷计算
第二节 供电电压与电源的选择
第四节 变电所的电气主接线
Pc Pe K z Pav Qc Qe K z Qav
©
三、负荷的计算
1．单台用电设备的计算负荷
考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。
Qc Pc tan 2 2 S c Pc Qc Sc Ic 3U N
Qc. j Qc.i Pc.i tan i 2 2 S c. j Pc. j Qc. j Pc. j Pc.i K d.i PN.i
对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和； 4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。
第五节 变电所的二次接线
第六节 高低压配电网
第七节 用户供电系统的电能损耗与节约
第八节
©
供电系统的方案比较
第一节 电力负荷与负荷计算
©
一、关于负荷的基本概念
1. 设备安装容量
设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标 称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制， 这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。
Kz
Pe Pav
©
5. 年最大负荷利用小时数Tmax
年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行 Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。如图2-2所示,年最大 负荷Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标 轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为
Pc.2 K d PN 0.6 80kW 48kW
Pc.3 K d PN 0.16 50 0.25 28kW 15kW Qc.3 Pc tan 8 1.73 7 1.33kvar 23kvar
©
（4）点焊机 点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是
Pc.1 K d PN 0.85 29kW 25kW
Qc.2 Pc.2 tan 48 1.02kvar 49kvar
（3）机加工车间 冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73； 热加工机床：PN=92kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是
(2) 补偿后计算负荷的计算 确定电容器的个数
QC n qc
/ Q30 Q30 QC
补偿后总的无功计算负荷为
/ 2 /2 2 2 S P Q P ( Q Q ) 30 30 30 30 C 补偿后的视在计算负荷为 30
©
五、供电系统负荷计算示例
例某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。
Tmax
Wa Pmax
©
二、负荷的估算
1. 单位产品耗电量法
若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量ω和该类工厂的年 最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。
Wa n Wa Pc Tmax
2. 负荷密度法
已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可 按下式求得：
2 2 2 S c.LV1 Pc2 kV A .LV1 Qc.LV1 108 120 kV A 163
Pc.LV1 K Pc.1 Pc.2 Pc.3 Pc.4 0.9 25 48 15 32kW 108kW
图2-4 负荷计算示例图
©
解
1. 用电设备组的负荷计算
(1)通风机 通风机：PN=29kW，查表得Kd＝0.85和tan=0.75，于是
Qc.1 Pc.1 tan 25 0.75kvar 19kvar
（2）高频加热设备 高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是
Qc.4 Pc.4 tan 32 1.33kvar 42kvar
Pc.4 K d PN 0.35 90kW 32kW
2. 1＃变电所低压侧计算负荷
取1＃变电所各组负荷的同期系数为：K =0.90，于是
Qc.LV1 K Qc.1 Qc.2 Qc.3 Qc.4 0.9 19 49 23 42kvar 120kvar
Pc A
©
3. 形状系数法
1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量. 2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：
Pav Pav.i K x.i PN.i Qav Qav.i Pav.i tan i
3）根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数Kz的值（一般情况 下可取Kz=1.15），按下式估计计算负荷：
©
3．车间或全厂的计算负荷
车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从 负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数K，即
Qc K Qc. j 2 2 S c Pc Qc Pc K Pc. j
（3）有效负荷Pe 有效负荷是指由典型工作班负荷曲线（工作班时间为T）按下式计算所 得的有效值：
1T 2 Pe P dt T 0
©
（4）计算负荷Pc 电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和， 这是因为： 1）并非所有设备都同时投入工作。 2）并非所有设备都能工作于额定状态。 3）并非所有设备的功率因数都相同。 4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。 因此，在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效 是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等， 或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。从等效的含义上讲，前述“半小 时最大平均负荷”就是等效负荷。等效负荷可以作为供电系统设计和电气设备选择的依据。 在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。
Kx
Pav PN
©
（3）需要系数 需要系数也是针对用电设备组而言的。需要系数Kd定义为用电设备组的 最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比，即
Pmax P 30 PN PN
Kd
（4）形状系数 形状系数也是针对用电设备组或用户整体而言的。形状系数Kz定义为有 效负荷Pe与平均负荷Pav之比，即
P ——功率表测出的三相有功功率读数； U——电压表测出的线电压读数； I ——电流表测出的线电流读数。
WP——有功电度表读数；
P30 S 30
Wq——无功电度表读数。
P30——工厂的有功计算负荷； S30——工厂的视在计算负荷。
自然功率因数
指用电设备或工厂在没有安 装人工补偿装置时的功率因数
指用电设备或工厂设置பைடு நூலகம்人工 补偿后的功率因数
这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇， 如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。
©
2. 负荷与负荷曲线
电力负荷是指单 台用电设备或一组用 电设备从电源取用的 电功率，包括有功功 率、无功功率和视在 功率。在生产过程中， 由于生产过程的变化 或用电设备使用上的 随机性，实际负荷都 是随着时间而变化的。 电力负荷随时间变化 的曲线称为负荷曲线。
©
四、功率因数及其提高
1．工厂的功率因数分类和计算
瞬时功率因数
指运行中的工厂供用电系 统在某一时刻的功率因数值
平均功率因数
指某一规定时间段内 功率因数的平均值
最大负荷时功率因数
指配电系统运行在年最大负荷时 （计算负荷）的功率因数
cos
P 3UI
cos
WP W P2 Wq2
cos
a)连续运行工作制 b)短期运行工作制 c)断续周期工作制
©
连续运行工作制
能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时， 运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时， 直接查取其铭牌上的额定容量。
这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在 计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定 容量。
短期运行工作制
断续周期工作制
PT (0.01 ~ 0.02) S c QT (0.05 ~ 0.08) S c
©
4．单相用电设备计算负荷的确定
当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15％时，不论单相设备如何分配， 均可直接按三相平衡负荷计算；若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15 ％时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负荷计算。
PA p AB A PAB p CA A PCA Q A q AB A PAB q CA A PCA PB p BC B PBC p AB B PAB Q B q BC B PBC q AB B PAB PC p CA C PCA p BC C PBC QC q CA C PCA q BC C PBC
图2-1 日负荷曲线与年负荷曲线 a)日有功负荷曲线 b)年有功负荷曲线
©
3. 平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷
（1）平均负荷Pav 平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。电力用户的年平均负荷 Pav可由年电能消耗量与年工作时间之比来计算：
Pav
Wa Tgz
（2）最大负荷Pmax 最大负荷是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大负荷 工作班内的负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷，记作Pmax 或P30。
总功率因数
©
2．功率因数的提高 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用 户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。
提高功率因数
提高自然功率因数
人工补偿无功功率
©
3．补偿容量和补偿后计算负荷的计算
（1）补偿容量的计算
QC P30 （tan1 tan 2 )
单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下： 1）单相设备接于相电压时，将三相线路中单相用电设备容量最大的一相乘以 3作为三相等效设备容量。 2）单相设备接于线电压时，首先应将接于线电压的单相设备容量换算为接于 相电压的设备容量，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3 倍来作为等效的三相负荷容量。接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备 容量时，换算公式如下：
©
4. 负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数
（1）负荷系数 负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。 负荷系数常分为有功负荷系数和无功负荷系数：
Pav Pmax Qav Qmax
（2）利用系数 利用系数是针对用电设备组而言的。利用系数Kx定义为用电设备组在最大负 荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量PN之比，即
考虑到电动机的运行效率，单台电动机的计算负荷Pc.M应按下式计算：
Pc PN
Pc.M
PN .M
M
©
2．用电设备组的计算负荷
当计算配电干线（譬如，第j条）上的计算负荷时，首先将用电设备分组，求出各 组用电设备的总安装容量PN.i，然后查表得到各组用电设备的需要系数kd.i及对应的功 率因数cosi和功率因数正切值tani，则
第2 章
用户供电系统
内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍 了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单
介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。
©
第2 章
第一节 第三节 用户变电所
用户供电系统
电力负荷与负荷计算
第二节 供电电压与电源的选择
第四节 变电所的电气主接线
Pc Pe K z Pav Qc Qe K z Qav
©
三、负荷的计算
1．单台用电设备的计算负荷
考虑到设备可能在额定工况下运行，单台用电设备的计算负荷就取设备的安装容量。
Qc Pc tan 2 2 S c Pc Qc Sc Ic 3U N
Qc. j Qc.i Pc.i tan i 2 2 S c. j Pc. j Qc. j Pc. j Pc.i K d.i PN.i
对于设备台数为3台及以下的用电设备组，其计算负荷应取各设备功率之和； 4台用电设备的计算负荷宜取设备功率之和乘以0.9的系数。
第五节 变电所的二次接线
第六节 高低压配电网
第七节 用户供电系统的电能损耗与节约
第八节
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供电系统的方案比较
第一节 电力负荷与负荷计算
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一、关于负荷的基本概念
1. 设备安装容量
设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标 称功率PE。但是，用电设备往往因工作性质不同而具有不同的运行工作制， 这时，从供电安全和经济性两方面来考虑，应按设备铭牌功率予以折算。
Kz
Pe Pav
©
5. 年最大负荷利用小时数Tmax
年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行 Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。如图2-2所示,年最大 负荷Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标 轴所包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为
Pc.2 K d PN 0.6 80kW 48kW
Pc.3 K d PN 0.16 50 0.25 28kW 15kW Qc.3 Pc tan 8 1.73 7 1.33kvar 23kvar
©
（4）点焊机 点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是
Pc.1 K d PN 0.85 29kW 25kW
Qc.2 Pc.2 tan 48 1.02kvar 49kvar
（3）机加工车间 冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73； 热加工机床：PN=92kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是
(2) 补偿后计算负荷的计算 确定电容器的个数
QC n qc
/ Q30 Q30 QC
补偿后总的无功计算负荷为
/ 2 /2 2 2 S P Q P ( Q Q ) 30 30 30 30 C 补偿后的视在计算负荷为 30
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五、供电系统负荷计算示例
例某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。
Tmax
Wa Pmax
©
二、负荷的估算
1. 单位产品耗电量法
若已知某企业的产品和产量，查表可得该产品的单位产品耗电量ω和该类工厂的年 最大负荷利用小时数Tmax，进而按下式求出企业年电能需要量Wa和计算负荷Pc。
Wa n Wa Pc Tmax
2. 负荷密度法
已知建筑面积A(m2)，并查表得到同类建筑的负荷密度指标(W/m2)，则计算负荷Pc可 按下式求得：
2 2 2 S c.LV1 Pc2 kV A .LV1 Qc.LV1 108 120 kV A 163
Pc.LV1 K Pc.1 Pc.2 Pc.3 Pc.4 0.9 25 48 15 32kW 108kW
图2-4 负荷计算示例图
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解
1. 用电设备组的负荷计算
(1)通风机 通风机：PN=29kW，查表得Kd＝0.85和tan=0.75，于是
Qc.1 Pc.1 tan 25 0.75kvar 19kvar
（2）高频加热设备 高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是
Qc.4 Pc.4 tan 32 1.33kvar 42kvar
Pc.4 K d PN 0.35 90kW 32kW
2. 1＃变电所低压侧计算负荷
取1＃变电所各组负荷的同期系数为：K =0.90，于是
Qc.LV1 K Qc.1 Qc.2 Qc.3 Qc.4 0.9 19 49 23 42kvar 120kvar
Pc A
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3. 形状系数法
1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量. 2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：
Pav Pav.i K x.i PN.i Qav Qav.i Pav.i tan i
3）根据负荷的平稳程度，适当选择形状系数Kz的值（一般情况 下可取Kz=1.15），按下式估计计算负荷：
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3．车间或全厂的计算负荷
车间或全厂的负荷计算以车间内用电设备组或配电干线的计算负荷为基础，从 负荷端逐级向电源端计算，而且需要在各级配电点乘以同期系数K，即
Qc K Qc. j 2 2 S c Pc Qc Pc K Pc. j
（3）有效负荷Pe 有效负荷是指由典型工作班负荷曲线（工作班时间为T）按下式计算所 得的有效值：
1T 2 Pe P dt T 0
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（4）计算负荷Pc 电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和， 这是因为： 1）并非所有设备都同时投入工作。 2）并非所有设备都能工作于额定状态。 3）并非所有设备的功率因数都相同。 4）还应考虑用电设备的效率与配电设备的功率损耗。 因此，在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效 是指用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等， 或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。从等效的含义上讲，前述“半小 时最大平均负荷”就是等效负荷。等效负荷可以作为供电系统设计和电气设备选择的依据。 在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。
Kx
Pav PN
©
（3）需要系数 需要系数也是针对用电设备组而言的。需要系数Kd定义为用电设备组的 最大负荷Pmax（或P30）与该设备组的总安装容量PN之比，即
Pmax P 30 PN PN
Kd
（4）形状系数 形状系数也是针对用电设备组或用户整体而言的。形状系数Kz定义为有 效负荷Pe与平均负荷Pav之比，即
P ——功率表测出的三相有功功率读数； U——电压表测出的线电压读数； I ——电流表测出的线电流读数。
WP——有功电度表读数；
P30 S 30
Wq——无功电度表读数。
P30——工厂的有功计算负荷； S30——工厂的视在计算负荷。
自然功率因数
指用电设备或工厂在没有安 装人工补偿装置时的功率因数
指用电设备或工厂设置பைடு நூலகம்人工 补偿后的功率因数
这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇， 如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。
©
2. 负荷与负荷曲线
电力负荷是指单 台用电设备或一组用 电设备从电源取用的 电功率，包括有功功 率、无功功率和视在 功率。在生产过程中， 由于生产过程的变化 或用电设备使用上的 随机性，实际负荷都 是随着时间而变化的。 电力负荷随时间变化 的曲线称为负荷曲线。
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四、功率因数及其提高
1．工厂的功率因数分类和计算
瞬时功率因数
指运行中的工厂供用电系 统在某一时刻的功率因数值
平均功率因数
指某一规定时间段内 功率因数的平均值
最大负荷时功率因数
指配电系统运行在年最大负荷时 （计算负荷）的功率因数
cos
P 3UI
cos
WP W P2 Wq2
cos
a)连续运行工作制 b)短期运行工作制 c)断续周期工作制
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连续运行工作制
能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时， 运行时负荷比较稳定。在计算其设备容量时， 直接查取其铭牌上的额定容量。
这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。在 计算其设备容量时，直接查取其铭牌上的额定 容量。
短期运行工作制
断续周期工作制