电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件

断续周期工作制（反复短时工作制）
暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工 作周期的百分比值，即
t t 100 % 100 % T t t0
起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 4
的铜耗，则任意负载下的铜耗为：
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 21
PCu 2 Pk
所以
PT PFe PCu P0 Pk
2
式中， S 30 S N 为变压器的负荷率。 无功功率损耗 用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损
耗 Q0 ：与负荷大小无关，用 I 0 % 来表征。
上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条 件选择电气设备的依据，因此
一般中小截面导体的发热时间常数 τ 为 10min 以上，而导体通过电流达到 稳定温升的时间大约为 3τ～4τ，即载 流导体大约经半小时（ 30min ）后可 达到稳定温升值
12
Pc Pmax P30
2017/11/5
近似公式：
2017/11/5
PT 0.015S 30 QT 0.06S 30
河北科技大学电气工程学院 23
二、电能损耗
1．线路的电能损耗 ：
2 Wa 3I 30 R PW L
年最大负荷 损耗小时数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
τ的含义：在此时间 内，线路持续通过计 算电流所（I30）产生 的电能损耗与实际负 荷电流在全年内所产
额容量的比值，即
Pav Ku Pe
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 11
2.2 计算负荷的确定
一、概述 计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、 用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一 个假想负荷，用Pc（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。
通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线
2 Uk 3I N X T 3I N XT QN U k % 100 100 100 100 UN UN SN 3U N I N
所以
Uk % Q N SN 100
2
——额定负载下的损耗
SN QT Q0 QN ( I 0 % 2U k %) 100
PA p AB A PAB p CA A PCA
Q A q AB A PAB qCA A PCA
B相:
PB p BC B PBC p AB B PAB
QB q BC B PBC q AB B PAB
C相:
PC p CA C PCA p BC C PBC
Wa Wa1 Wa 2 P0 8760 Pk
2
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 25
三、线损率的计算 1. 线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、 配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，
简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。
2. 线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即
计算负荷 Q30/kvar 23.53 2.635 0.984 24.149 24.43 29.52 44.85 S30/kVA I30/A
30 3 1 34
0.16 0.85 0.15
河北科技大学电气工程学院
17
对需要系数法的评价
公式简单，计算方便 ； 需要系数法的数值比较完整和准确，查取方便； Kd是针对负荷群而言的，设备台较越多计算越准
图2-5 年平均负荷
负荷系数 KL：平均负荷与
最大负荷的比值，即
Pav KL Pmax
10
KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
3．需要系数和利用系数 需要系数Kd：负荷曲线中的最大负荷与用电设备
额定容量的比值，即
Pmax Kd Pe
利用系数Ku：负荷曲线中的平均负荷与用电设备
河北科技大学电气工程学院
2
2.1 概述
一、电力负荷的分级
级别 停电影响 供电方式
一级
人身伤亡，重大设备损坏， 两个独立电源供电 政治、经济上重大损失 设备局部损坏大量减产，政 双回路供电 治、经济造成较大损失 不属于一级、二级的负荷 无特殊要求
二级
三级
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
3
二、用电设备的工作制及设备容量的计算 1．用电设备的工作制 连续运行工作制（长期工作制） 短时运行工作制（短时工作制）
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 13
各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，
因此应考虑一个同时使用系数 K ;
各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运
行，因此应考虑一个负荷系数 K L; 各用电设备的平均效率 e ; 线路的供电效率 W L。 因此，用电设备组的需要系数可表示为
生的电能损耗相等。
图2-7
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
τ与Tmax关系曲线
24
2．变压器的电能损耗 由变压器铁损引起的电能损耗：
Wa1 PFe 8760 P0 8760
由变压器铜损引起的电能损耗：
Wa 2 PCu Pk 2
因此，变压器全年的电能损耗为
确（否则计算误差较大，应采用二项式系数法）；
将Kd看成常数，适用于求全厂或大型车间变电所
的计算负荷。 三、单相用电设备组的负荷计算
单相设备接于相电压时： Pe 3Pe.m 单相设备接于同一线电压时： Pe 3Pe.
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 18
一般情况：应先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： A相:
电网线损电量 线损率 100% 电网供电量
实际线损电量 供电量 售电量 实际线损率 100% 100% 电网供电量 电网供电量
理论线损电量 固定损耗 可变损耗 理论线损率 100% 100% 电网供电量 电网供电量
河北科技大学电气工程学院
目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等
意义：估算过高，使设备和导线选择偏大，投资大；
估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加
快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系 统的正常运行。 方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和 单位产品耗电量法等 。 二、三相用电设备组的负荷计算 确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 16
例2-1（P33）
电力负荷计算表
用电设备 序 名称 号 1 2 3 金属切削 机床组 通风机组 吊车组 小计 负荷总计 （ K 0.9）
2017/11/5
台 数
设备容量/kW 铭牌 值 85 5 3 93 换算 值 85 5 3.795 93.795 Kd cos tan P30/kW 0.5 0.85 0.5 1.73 0.62 1.73 13.6 4.25 0.569 18.419 16.58
Pe PN
N

河北科技大学电气工程学院
5
起重设备：指统一换算到ε=25%时的额定功率，
即
Pe PN
N 2 PN N 25
电焊设备：指统一换算到ε=100%时的额定功率，
即
Pe PN
三、负荷曲线
N PN N S N cos N N 100
其中:
R r1l X x1l
而x1与导线之间的几何均距有关。sav
等边三角形排列：

3
sab sbc sca
sav s
水平等距离排列：
sav 2 s 1.26 s
3 3
2017/11/5
图2-6 三相导线的布置方式 a）等边三角形布置 b）水平等距布置
河北科技大学电气工程学院 20
电力工程基础
第2章 负荷计算与无功功率补偿
制作 孙丽华
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
1
第2章
负荷计算与无功功率补偿
2.1 概述
2.2 计算负荷的确定 2.3 功率损耗和电能损耗计算
2.4 企业计算负荷的确定
2.5 功率因数与无功功率补偿 2.6 尖峰电流的计算
2017/11/5

8760
0
pdt
图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
Pmax
可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越 大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。
河北科技大学电气工程学院 9
2．平均负荷与负荷系数 平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t 内平均消耗的 功率，即
Wt Pav t
年平均负荷:
Wa Pav 8760
2．设备容量Pe的计算 连续运行工作制： Pe PN 断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂
载率下的额定功率。 折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。 1 2 Q I Rt ，当R、Q一定时，I t 1 而 P I，同一周期的 t， 因此P
∴
2017/11/5
I0 3U N I 0 Q0 I 0 % 100 100 100 IN SN 3U N I N
所以
2017/11/5
I0 % Q0 SN 100
河北科技大学电气工程学院 22
消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗 QL ： 与负荷电流的平方成正比，用 U k % 来表征。
QC qCA C PCA q BC C PBC
然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3 倍即为总的等效三相设备容量。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 19
2.3 功率损耗与电能损耗计算
一、功率损耗 1．线路的功率损耗
2 PW L 3I 30 R 10 3 2 3 QW L 3I 30 X 10
２．变压器的功率损耗 有功功率损耗 铁心中的有功功率损耗，即铁损 PFe （不变损耗） 变压器的空载损耗 P0 可认为就是铁耗，即
PFe P0
消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即
铜耗 PCu （可变损耗）：与负荷电流（或功率）的
平方成正比。
变压器的短路损耗 Pk 可认为就是额定负载下
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
15
多组用电设备计算负荷的确定 当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电
设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系
数。
同时系数， 取0.85~0.95
P30 K P30.i Q30 K Q30.i 2 2 S 30 P30 Q30 I 30 S 30 3U N
图2-2 年最大负荷曲线
7
全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1 所占时间为：
) 213 T1 (t1 t1
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 8
K d
2017/11/5
KKL
eW L
14
河北科技大学电气工程学院
单组用电设备计算负荷的确定
需要系数， 查表2-1 用电设备组 的设备容量
Q30 P30 tan S 30 P30 cos I 30 S 30 3U N
P30 K d Pe
说明：P30 、 Q30、 S30的单 位分别为kW、kvar、kVA
按性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线 ；
按负荷持续时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日
负荷曲线、工作班负荷曲线等。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 6
1. 日有功负荷曲线
图2-1 日有功负荷曲线 a）折线图 b）梯形图
2. 年有功负荷曲线
年最大负荷曲线（运行年负
荷曲线）
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
四、与负荷曲线有关的物理量
1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数 年最大负荷Pmax ：指全年中消耗电能最多的半小时
的平均功率，即
Pmax P30
年最大负荷利用小时数
Tmax：在此时间内，用户
以年最大负荷持续运行所
消耗的电能恰好等于全年
实际消耗的电能。
Tmax
2017/11/5
Wa Pmax