第二章工厂的电力负荷及其计算
第二章工厂的电力负荷及其计算.......................................................................................... - 32 - §2-1工厂的电力负荷和负荷曲线................................................................................. - 32 -
一、工厂电力负荷的分级及其对供电的要求........................................................ - 32 -
二、工厂用电设备的工作制.................................................................................... - 33 -
三、工厂的负荷曲线................................................................................................ - 34 -
§2-2三相用电设备组计算负荷的确定......................................................................... - 38 -
一、概述.................................................................................................................... - 38 -
二、按需要系数法确定计算负荷............................................................................ - 39 -
三、按二项式系数法确定计算负荷........................................................................ - 47 -
§2-3 单相用电设备组计算负荷的确定.................................................................... - 52 -
一、概述.................................................................................................................... - 52 -
二﹑单相设备组等效三相负荷的计算.................................................................... - 52 - §2-4 工厂供电系统的功率损耗和电能损耗............................................................ - 58 -
一、工厂供电系统的功率损耗.............................................................................. - 58 -
二、工厂供电系统的电能损耗................................................................................ - 63 -
§2-5 工厂计算负荷的确定.......................................................................................... - 66 -
一、按逐级计算法确定工厂计算负荷.................................................................... - 66 -
二、按需要系数法确定工厂计算负荷.................................................................... - 66 -
三、按年产量或年产值估算工厂计算负荷............................................................ - 67 -
四、工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂的计算负荷................................ - 68 -
§2－6 尖峰电流的计算.................................................................................................. - 74 -
一、概述.................................................................................................................... - 74 -
二、单台用电设备尖峰电流的计算........................................................................ - 74 -
三、多台用电设备尖峰电流的计算........................................................................ - 74 -
第二章工厂的电力负荷及其计算
本章首先简介工厂电力负荷的分级及其它有关概念，然后重点讲述确定用电设备组计算负荷的两种常用方法，即需要系数法和二项式系数法，接着讲述功率损耗和电能损耗以及工厂计算负荷的确定，最好介绍尖峰电流的计算。本章内容是分析工厂供电系统和进行供电设计计算的基础。
§2-1工厂的电力负荷和负荷曲线
一、工厂电力负荷的分级及其对供电的要求
（一）工厂电力负荷的分级
工厂的电力负荷，根据《工业与民用供配电系统设计规范》（GBJ52修订本）规定，按其供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为下列三级：
1．一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或在政治、经济上将造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
在一级负荷中有特别重要的负荷，它中断供电将发生爆炸、火灾、中毒、混乱等，如正常电源中断时处理安全停产所必需的事故照明、通信系统、火灾报警设备，保证安全停产的自动控制装置、执行机构和配套装置等。
2．二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
3．三级负荷
三级负荷为一般的电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。
（二）一级负荷对供电电源的要求
一级负荷属重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求应由两个电源供电，而且要求当任一个电源发生故障时，另一电源应不致同时受到损坏。
对于一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。
常用的应急电源可根据一级负荷中特别重要负荷的容量及要求的电流类别分别使用下列电源：
（1）独立于正常电源的发电机组；
（2）干电池；
（3）蓄电池；
（4）供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路
（三）二级负荷对供电电源的要求
二级负荷也属重要负荷，但与一级负荷相比，中断供电所造成的后果没有那么严重，然而它所包括的范围又比较宽，因此对二级负荷，要求应由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在同一变电所）。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应作到不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷则可由一回6kV及以上的专用架空线供电（这是考虑架空线路发生故障时较之电缆发生故障易于检查和修复）。当供电线路从配电所引出采用电缆段时，必须采用两根电缆，每根电缆要能承受全部二级负荷，且互为“热备用”，即同时处于运行状态。
（四）三级负荷对供电电源的要求
三级负荷属于不重要负荷，对供电电源无特殊要求。
二、工厂用电设备的工作制
工厂的用电设备，按其工作制分，有长期连续工作制、短时工作制和断续周期工作制等三类。
1．长期连续工作制
这类工作制的设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风、水泵、空气压缩机、电动发电机、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但多数也是长期连续运行。
2．短时工作制
这类工作制的设备工作时间很短，而停歇时间相当长，如机床上的某些辅助电动机（如进给电动机）等。
3．断续周期工作制
这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min ，如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”（duty cycle ，又称暂载率）来表征起工作性质。
负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示；
%100%100?+=
?=o
def t t t T t ε （2-1） 式中 T ——工作周期
t ——工作周期内的工作时间；
o t ——工作周期内的停歇时间。 断续周期工作制设备的设备容量，一般是对应于某一标准负荷持续率的。
必须注意：同一设备，在不同的负荷持续率工作时，其出力（即输出功率）是不同的。因此计算负荷时，必须考虑到设备容量所对应的负荷持续率，而且按规定的负荷持续率进行设备容量的统一换算，这将在§2-2负荷计算中讲述。
三、工厂的负荷曲线
（一）负荷曲线的绘制及其类型
负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。它绘在直角坐标上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率），横坐标表示对应于负荷变动的时间（一般以小时为单位）。
负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示负荷变动的时间分，有年的、月的、日的或工作班的
负荷曲线。
图2-1是工厂的日有功负荷曲线。图2-1a 是依点连成的负荷曲线，图2-1b 是梯形的负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格。
工厂的年负荷曲线，可以根据工厂一年中具有代
表性的冬日和夏日的负荷曲线来绘制。图2-2就表示
这种年负荷曲线绘制的方法。图2-2a 表示某厂具有代
表性的夏日负荷曲线，图2-2b 表示该厂具有代表性的
冬日负荷曲线，图2-2c 是由此绘制的该厂年负荷曲
线。年负荷曲线的横坐标用一年365天的总时数8760h
来分格。绘制年负荷曲线时，冬日和夏日所占的天数，
应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北
方，可近似地认为夏日165天，冬日200天；而在我
国南方，则可近似地认为夏日200天，冬日165天．图
2-2c 就假定是绘制的我国南方某厂的年负荷曲线。
绘制年负荷曲线，应从最大负荷值开始，依负荷
值递减的顺序进行。因此需穿过夏冬两条日负荷曲线
作若干水平虚线，一般是通过梯形曲线上的每一个阶
梯作一水平虚线，如图2-2所示。负荷功率1P 在年负荷曲线上所占的时间1T 应等于与1P 对应夏日负荷曲线上的时间1t 和1't 之和，再乘以夏日天数200，图 2－1 日有功负荷曲线
a ）依点连成的负荷曲线
b ）梯形负荷曲线
即：)(2001'11t t T +=。而负荷功率2P 在年负荷曲线上所占的时间2T ，则应等于2P 所对应的夏日负荷曲线上的时间2t ，乘以夏日天数200，再加上2P 所对应的冬日负荷曲线上的时间)(2"2't t +，乘以冬日天数165，即：)(1652002"2'22t t t T ++=，其余类推。由此即可绘出工厂的梯形有功负荷曲线。
上述年负荷曲线，反映了工厂全年负荷变动与负荷持续时间的关系，所以也称为年负
荷持续时间曲线，一般就简称为年负荷曲线。
另一种年负荷曲线，是按全年每日的最大负荷（一般取为每日最大负荷的半小时平均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图2-3所示。横坐标依次以全年十二个月份的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可用来确定拥有多台电力变压器的工厂变电所在一年内不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济动行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。
从各种负荷曲线上，可以直观地了解负荷变动的情况。通过对负荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些对设计和运行有用的资料。因此负荷曲线对于从事工厂供电设计和运行的人员来说，是很有用的。
图 2-2 年负荷曲线的绘制
a）夏日负荷曲线 b）冬日负荷曲线 c）年负荷持续时间曲线
（二）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
P，就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然年最大负荷
max
出现的，而是全年至少出现过2～3次）消耗电能最大的半小时平均功率。因此年最大负荷
P。
也就是半小时最大负荷
30
T是这样一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷最大负荷利用小时
max
max P 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。如图2-4所示，年最大负荷max P 延伸到max T 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a W 1
。因此年最大负荷利用小时
max max P W T a def = （2-2）
年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，它与工厂的生产班制有较大的关系。例如一班制工厂，h T 2500~1800max ≈；两班制工厂，h T 4500~3500max ≈；三班制工厂，h T 7000~5000max ≈。附录表2列出部分机械厂的年最大负荷利用小时数，供参考。
2.平均负荷和负荷系数
平均负荷av P ，就是电力负荷在一定时间内t 内平均消耗的功率，也就是电力负荷在这段时间内消耗的电力t W 除以这段时间t, 即
t W P t def
av = （2-3）
如图2-5所示，年平均负荷的横线与两坐
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
1 按国际单位制（SI 制），电能的单位用J 。而习惯上，有功电能用kW ?h ，无功电能用kvar ?h ，本书采用的电能单位，从习惯。
电能ao W 因此年平均负荷
J kWh 6106.31?= ，J h k 6106.3var 1?=?。
a def
av W P = （2-4）
负荷L K 是平均负荷av P 与最 大负荷max P 的比值即
max P P K av def
L = （2-5）
对用电设备来说，负荷系数就是设备在最大负荷时的输出功率P 与设备额定容量N P 的比值，即
N def
L P P K = （2-6）
负荷系数也称为负荷率。对负荷曲线来说，负荷系数又称为负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，也就是负荷变动的程度。
从发挥整个电力系统的效能来说，应量设法使工厂不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，这就是工厂供电系统在运行中必须实行的负荷调整（简称调荷），这将在§10-2讨论。
§2-2三相用电设备组计算负荷的确定
一、概述
供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压要求，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。
通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calcualated load ）。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行时，其发热温度不会超过允许值。
由于导体通过电流达到稳定温度的时间大约为3～4τ(τ为发热时间常数)，而截面在
216m m 以上的导体的τ都在10min 以上，也就是截流导体大约经半小时（既30min ）后可达到稳定的温升值，因此这计算负荷实际上与从负荷曲线上测得的半小时最大负荷P 30(即年最大负荷max P ）是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。我过过去普遍将计算负荷的“计算”用汉语拼音缩写js 来表示，本书就借用半小时最大负荷30P 来表示有功计算负荷，其余计算负荷则分别表示为30Q 、30S 、30I 。
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，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的浪费，如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，以致发生事故，同样给国家造成损失。由此可见，正确确定计算负荷具有很大的意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算符合的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但很难准确地确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织及能源供应的状况等多种因素都有关系。因此负荷计算只能力求接近实际。
我国目前比较普遍采用的确定计算负荷的方法，有需要系数法和二项式系数法。其它还有一些负荷计算方法，例如以概率论为理论基础的利用系数法和我国有的设计单位提出的”ABC ”法2
等，其计算结果可能更接近实际，但计算均较繁琐。这里只介绍简便实用的需要系数法和二项式系数法。 二、按需要系数法确定计算负荷
（一）基本公式
用电设备组的计算负荷，是指用电
设备组从供电系统中取用的半小时最大
负荷30P ，如图2-6所示.用电设备组的
设备容量e P ，是指用电设备组所有设备
（不包括备用设备在内）的额定容量
N P 之和，即∑=N e P P 。而设备的额
定容量，是指设备在额定条件下的最大
2 参看苏文成主编《工厂供电》，机械工业出版社1981年出版。
输出功率（出力）。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的那些设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为
e WL
e L P K K P ???=∑ηη30 （2-7） 式中 ∑K ——设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备总容
量之比；
L K ——设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比；
e η——设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比； WL η——配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率（即设备组的取
用功率）与首端功率（即计算负荷）之比。
令上式中d wl e L K K K =?∑ηη//，这里的d K 称为需要系数（demand coefficient ）。由上式可知需要系数的定义为
e def
d P P K /30= （2-8）
即用电设备组的需要系数，就是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。
由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为
e 30P · d K P = （2-9）
实际上，需要系数不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作工人的技术熟练程度和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能通过实测分析确定，使之尽量接近实际。
附录表1列出了各种用电设备组的需要系数值，供参考。
必须注意：附录表1所列需要系数值是按车间范围内设备台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间及其以上的计算负荷。如果采用需要系数法来计算干线或分支线上用电设备组的计算负荷，则附录表1中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1～2台设备时，可认为1＝d K ，即e P P ＝30。但对于电动机，由于它本身的消耗较大，因此当只有一台电动机时，其ηN P P ＝30，
式中P N 为电动机的额定容量，η为电动机的效率。在K d 适当取大的同时，?cos 也应适当取大。
这里还要指出：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有极大的关系，因此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应该属小批生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批生产。又如压塑机、拉丝机和锻锤等，应该是属热加工机床。再如起重机、行车或电葫芦，实际上都属于吊车类。
在求出有功计算负荷P 30后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷：
无功计算负荷
?tan 3030?P Q ＝
（2-10）
式中 ?tan ——对应于用电设备组?cos 的正切值（参看附录表1）。
视在计算负荷 ?cos 3030P S ＝
（2-11）
式中 ?cos ——用电设备的平均功率因数（参看附录表1）。 计算电流 N U S I 330
30＝
（2-12）
式中 N U ——用电设备组的额定电压。 如果只有一台三相电动机，则其计算电流就取为其额定电流，即
η? · cos · 330N N N U P I I ＝＝ （2-13）
负荷计算中常用的单位：有功功率为kW 无功功率为kvar ，视在功率为kVA ，电流为A,电压为kV 。
例2-1 已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V 的三相电动机7.5kW 3台；4kW 8台；3kW 17台；1.5kW 10台。试求其计算负荷。
解 此机床组电动机的总容量为
kW kW kW kW kW P e 5.120105.11738435.7＝＋＋＋＝????
查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得＝d K 0.16～0.2(取0.2)，?cos ＝0.5，?tan ＝1.73.因此可求得
有功计算负荷 kW kW P 1.245.1202.030＝＝?
无功计算负荷 var 7.4173.11.2430k kW Q ＝＝?
视在计算负荷 kVA kW S 2.485.01.2430＝＝
计算电流 A kV kVA I 2.73)38.03(2.4830＝＝?
（二）设备容量的计算
式（2-9）中的设备容量e P ，不包括备用设备的容量在内，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。
1.对一般长期连续工作制和短时工作制的用电设备组，设备容量就是所有用电设备铭牌额定容量之和。
2.对断续周期工作制的用电设备组，设备容量就是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量统一换算到一个规定的负荷持续率下的功率之和。当然这种换算，应该是“等效”换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换算。由于电流I 通过设备（电阻为R ）在t 时间内产生的热量为I 2Rt ，因此在设备电阻R 不变而产生的热量又相同的条件下。而在同一电压下，设备容量I P ∝，又由式（2-1）知，同一周期的负荷持续率t ∝ε。因此3/1∝P ，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。假如设备在
εN 下的额定容量为N P ，则换算到ε下的设备容量为e P
εεN N e P P ?
＝ （2-14） （1）电焊机组 要求统一换算到100＝ε﹪3，因此其设备容量为 100
100cos εε?εεN N N N e S P P ???＝＝ 即 N N N N e S P P ε?ε???
cos ＝＝
（2-15） 式中 N P 、N S ——电焊机的铭牌容量（前者为有功容量，后者为视在容量）；
N ε——与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；
100ε——其值为100﹪的负荷持续率（计算中用1）；
?cos ——铭牌规定的额定功率因数，与N P 或N S 相对应。
（2）吊车电动组 要求统一换算到ε＝25﹪4
，因此其设备容量为 N N N N e P P P εεε??225
＝＝ （2-16） 式中 N P ——吊车电动机的铭牌容量；
N ε——与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；
25ε——其值为25﹪的负荷持续率（计算中用0.25）。
（三）多组用电设备计算负荷的确定
确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组
3 电焊机的铭牌负荷持续率ε一般有50﹪、60﹪、75﹪和100﹪等四种。由于ε＝100﹪时，1=ε，因 此将其他ε下的容量换算到ε=100%最为简便，附录表1中的计算系数也是对应于ε=100%的。
4 吊车的铭牌负荷持续率ε一般有15%、25%、40%和60%等四种。由于ε=25%时，2/1=ε，因此将其他ε下的容量换算到ε=25%最为简便，附录表1中的计算系数也是对应于ε=25%的。
用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）p K ∑和q K ∑。对于车间干线，可取＝p K ∑0.85～0.95，＝q K ∑0.9～0.97。对于低压母线，由用电
设备组计算负荷直接相加来计算时，可取K ∑p =0.8～0.9，Ｋ∑q =０.85～0.95；由车间干线计算负荷直接相加来计算，可取K ∑p =0.9～０.95，K ∑q =0.93～0.97。
总的有功计算负荷为
P 30=K ∑p ·∑Ｐ３０·I (2-17)
总的无功计算负荷为
Q 30=K ∑q ·∑Ｑ３０·I (2-18)
以上两式中的和分别表示有各组设备的有功和无功计算负荷之和。
总的视在计算负荷为
Ｓ３０＝2
30230Q P + （2-19）
总的计算电流为
Ｉ３０＝Ｓ３０∕3ＵＮ （２-20）
由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2-11）计算。
注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组设备的台数不论多少， 各组的计算负荷均按附录表1
所列K d 和?cos 的值来计算，而不必考虑设备台数少而适当增大K d 和?cos 值的问题。 例题2-2 某机修车间接380V 线路上，接有优金属切削机床电动机20台、共5kW （其
中较大容量电动机有7.5kW1台；4kW3台；2.2kW7台）；通风机器2台共3kW ；电阻炉1台2kW 。试确定此路线上的计算负荷。
解 先求各组的计算负荷
1．金属切削机床组
查附录表达式1，取K d =0.2，?cos =0.5，?tan =1.73
故 P 30（1）=0.2×50Kw=10Kw
Q 30（1）=10Kw ×1.73=17.3kvar
2.通风机组
查附录表达式1,取Ｋd =0.8,?cos =0.8,?tan =0.75
故 P 30(2)=0.8×3KW=2.4KW
Q 30(2)=2.4KW ×0.75=1.8kvar
3．电阻炉
查附录表1，取Ｋd =0.7,?cos =1,?tan =0
故 P 30（3）=0.7×2Kw=1.4Kw
Q 30（3）=0
因此总计算负荷为（取K ∑P =0.95,K ∑Q =0.97）
P 30=0.95×（10＋2.4＋1.4）=13.1kW
Q 30=0.97×（17.3＋1.8＋0）=18.5kvar
S 30=225.181.13+=22.7kvA
I 30=22.7/3×0.38=34.5kA
在实际工程设计中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如表2-1所示。
表2-1 例题2-2的电力负荷计算表（按需要系数法）
三、按二项式系数法确定计算负荷
上述需要系数法，计算简便，现仍普遍应用于供电设计中。但需要系数法未考虑用电设备组中少数容量特别大的设备对计算负荷的影响，因而在确定用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时，按需要系数法计算所得的结果往往偏小，于是提出了二项式系数法。
（一）基本公式
二项式系数法的基本计算公式是
P30= b·Pe+c·P X（2-21）
式中b·P e——表示用电设备组的平均负荷，其中P e是用电设备的设备总容量，其计算方如前需要系数法中所述；
c·P x——表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其
P X 是x 台最大容量的设备总容量；
b 、
c ——二项式系数。
其余的计算负荷Q 30、S 30和I 30的计算与前述需要系数相同。
附录表1中也列有部分用电设备的二项式系数b 、c 和最大容量的设备台数x 值，供计算时参考。
但必须注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n 少于附录表1中规定的最大容量设备台数x 的2倍时，则其最大容量设备台数X 也宜相应减小，建议取为X=n ∕2，且按“四舍五入”规则取整数。例如某机床电动组的电动机数只有7台时，则其最大容量设备台数应取X=7∕2≈4（按附录表达1，X=5）。
如果用电设备组只有1～2台设备时，就可认为P 30 =Pe 。对于单台电动机，则P 30=P N ∕η。而在设备台数较少时，?cos 也应适当取大。
由于二项系数法不仅考虑了用电设备组的平均最大负荷，而且考虑了容量最大的少数设备运动时对总计算负荷的额外影响，所以此法比较适于确定设备台数较少而容量判别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是，二项式计算系数b 、c 和X 的值，缺乏足够的理论根据，而且这些系数，也只适用于机械加工工业，对其它行业，目前这方面的数据较少，因而使其应用受到一定的局限。
例2-3试用二项式系数法来确定例题2-1所列机床组的计算负荷。
解 由附录表1查得b=0.14,c=0.4, x=5,?cos =0.5,?tan =1.73。而设备总
容量为
Pe=120.5kW （见例2-1计算）
x 台最大容量的设备容量为
Px==P5=7.5kW ×3＋4 kW ×2=30.5kW
因此按式（2-21）可求得其有功计算负荷为
P 30=0.14×120.5kW ＋0.4×30.5kW=29.1kW
按式（2-10）可求得其无功计算负荷为
Q 30=29.1 kW ×1.73=50.3kvar
按式（2-11）可求得其计算负荷为
S 30=29.1kW ／0.5=58.2kVA
按式（2-12）可求得其计算电流为
I 30=58.2kVA ／(3×0.38kV)=88.4A
比较例2-1和例2-3的计算结果可以看出，按二项式系数法的结果比按需要系数法计算的结果大，特别是在设备台数较少的情况下。供电设计的经验说明，选择低压分支线和干线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式系数法计算为宜。
（二）多组用电设备计算负荷的确定
采用二项式系数法确定多组用电设备的干线上或低压母线上的计算负荷时，同样应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷x P c ?，再加上所有各组的平均负荷e p b ?。所以总有功和无功计算负荷分别为
max 30)()x i e P c P b P ?=?∑=（ (2-22)
max max 30tan )(tan ????+???∑=x i e P c P b Q ）（
(2-23) 式中 ∑(b e p ?)i ——各组有功的平均负荷之和；
i e P b )tan ???∑（——各组无功的平均负荷之和；
(c x p ?)man ——各组中最大的一个有功附加负荷；
tan ?——(c x p ?)max 设备组的正切值。
关于总的视的计算负荷S 30和计算电流I 30，仍分别按式（2-19）和式（2-20）计算。 为了简化和统一，按二项式系数法来计算多组设备总的计算负荷时，也不论各组设备台数多少，各组的计算系数b 、c 、x 和cos ?等均按附录表达1所列数值。
例2—4 试用二项式系数法确定例2—2所述机修车间380v 线路的计算负荷。
解 先求各组的b e p ?和x P c ?
1. 金属切削机床组
查附录表达1，取b=0.14,c=0.4,x=0.5,cos ?=0.5,tan ?=1.73
故 b )1(e p ?=0.14×50kW=7kW
c )1(x p ?=0.4×(7.5kW ×1＋4kW ×3＋2.2kW ×1)=8.68kW
2．通风机组
查附录表达1，取b=0.65,c=0.25,?cos =0.8，?tan =0.75
故 b )2(e p ?=0.65×3kW=1.95kW
c )2(x p ?=0.25×3kW=0.75kW
3.电组炉
查附录表面2，取b=0.7,c=0,?cos =1,?tan =0
故 b )3(e p ?=0.7×2kW=1.4kW
c )3(x p ?=0
因此总计算负荷为（附加负荷中以cP x(1)为最大)
P 30=(7+1.95+1.4)kW +8.68 kW=19kW
第二章—1 1、电力负荷按重要程度分哪几级?各级负荷对供电电源有什么要求? 一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。双电源供电，必要时增设应急电源。 二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。 三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。 2、工厂用电设备按其工作制分哪几类?什么叫负荷持续率?它表征哪类设备的工作特性? 工作制分三类：（1）连续工作制，（2）断续周期工作制，（3） 短时工作制 负荷持续率：负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，负荷持续 率表征断续周期工作制的设备的工作特性。 %100?= T t ε 3、什么叫最大负荷利用小时?什么叫年最大负荷和年平均负荷?什么叫负荷系数? 最大负荷利用小时：是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷P max (或P 30)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。 年度最大负荷max P ：全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率又叫半小时最大负荷P 30 年平均负荷P av 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t 内消耗的电能W t 除以时间t 的值。 负荷系数又叫负荷率，它是用电负荷的平均负荷P v 与其最大负荷P max 的比值。 4、确定计算负荷的需要系数法和二项式法各有什么特点?各适用于哪些场合? 计算负荷的方法 ：需要系数法 ：确定计算负荷的基本方法,常用。 二项式法：设备台数少，容量差别悬殊时采用。 5、什么叫尖峰电流?尖峰电流的计算有什么用途? 尖峰电流pk I 是指持续时间1-2S 的短时最大负荷电流（电动机起动时出现）。 尖峰电流主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。 计算题 1、已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V 的三相电动机7.5kw3台，4kw8台，3kw17台，1.5kw10台。试用需要系数法求其计算负荷。 解：此机床组电动机的总容量为 105.11738435.7?+?+?+?=kW kW kW kW P e kW 5.120=
第二章工厂电力负荷及其计算 一、填空题 1、年最大负荷P max就是。 答案：全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时平均功率 2、电力负荷的两个含义，一是指，二是指。 答案：耗用电能的用电设备或用户、用电设备或用户耗用的功率或电流大小 3、电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响程度分为级。 答案：三 4、工厂用电设备，按其工作制分三类：、、。 答案：连续工作制，短时工作制，断续周期工作制 5、一类负荷对供电电源的要求是供电；二类负荷对供电电源的要求是供电；而三类负荷对供电电源。 答案：两个独立电源，两回线路，无特殊要求 6、目前计算负荷的方法有、、三种方法。 答案：需要系数，二项式，利用系数 7、我国供电企业对工业用户的收费采用的是“”，一部分叫，是按所装用的容量来计费，另一部分叫，是按每月实际耗用电能KWh 来计算电费。 答案：两部电费制，基本电费，主变压器，电度电费 8、在我国《供电营业规则》中规定，用电企业的功率因素cos小于时，必须进行补偿；对变电所高压侧的功率因素cos必须。 答案：0.85，0.95 9、尖峰电流I pk用来选择和、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。 答案：熔断器，低压熔断器 10、工厂电容补偿的方式有、、。 答案：低压侧分组补偿，低压侧集中补偿，高压侧补偿 11、补偿电容的接线形式有、。 答案：三角形接线，星形接线Y 12、单相设备接于相电压时的等效三相设备容量Pe是。 答案：最大相设备容量的3倍。 13、负荷持续率是表示工作制运行的设备工作特性的物理量，一行车电动机P N=5kW，εN=15%，负荷计算时，要求换算到ε=25%下的功率是。 答案：断续周期，3.87kW 13、进行负荷计算的主要任务和目的是：(1) ，作为按发热条件选择变压器、线路及电器元件的依据；(2) 作为计算电压波动和选择保护设备的依据；(3) ，作为计算电能消耗和选择补偿装置的依据。 答案：确定计算负荷，计算尖峰电流，计算最大负荷班的平均负荷 14、为选择电气设备时所确定的某一假想的持续负荷、称为，通常采用30min 最大负荷的平均值作为。而不考虑电力系统运行时出现的短时（1～2s）负荷。 答案：计算负荷，计算负荷，尖峰 15、某10kV车间变电所，总计负荷容量为650kV·A。其中一、二级负荷有420kvar，
第二章电力负荷计算 2-2 用单位产品耗电量估算企业的计算负荷在选择企业厂址方案阶段，为了便于编制设计方案意见书，当缺乏正式的用电设备资料时，可用单位产品耗电量来估算企业的负荷，必须指出用此法求出的用电负荷可能与实际负荷有出入，所以，当获得正式资料后，应按“需要系数法”（见下节）求得的计算负荷予以校正。 用单位产品耗电量估算企业的计算负荷时，可用下列公式: 1.企业年电能需要量 W n=W d M 千瓦-小时(2-1) 2．企业的平均负荷 P p=W n/T n千瓦(2-2) 3.企业的最大负荷 P max=W n/T max千瓦（2-3）式中 W d——企业单位产品电能消耗量，千瓦—小时/吨（度/吨）； M——企业全年的总产量，吨； T n——企业一年中的实际工作小时数（假日、修理时间、第二班和第三班末工作的时间等除外）； T max——企业年最大负荷利用小时数，见表2-5。 企业单位产品耗电量参考资料如下表 有色金属矿山采选企业单位产品耗电量表2-1 序 生产方法单位单位产品耗电量备注 号 1 锡采矿（砂矿）度/吨3-5 2 锡采矿（脉矿）”15-20 3 锡重力选厂”10 4 铜采矿（露天）”3-7．3 5 铜采矿（坑采）”15-20 6 铜浮选”20-24 7 铜采选联合企业”30-50 8 铅、锌采矿（坑采）”15-20 9 铅、锌浮选”25-26 10 铜、铅、锌浮选”33-38 11 铅、锌采选联合企业”45-50 12 钨采矿”15-20 13 钨选矿”10-25
14 钨采选联合企业”38-50 15 汞采矿（坑采）”30 16 汞选矿”40 17 汞采选联合企业”70 有色金属冶炼企业单位产品耗电量表2-2 序 号 生产方法单位单位产品耗电量备注 1 鼓风炉熔炼系统（粗铜）度/吨650-760 设计指标 2 反射炉熔炼系统（粗铜）”832 ” 3 闪速炉熔炼系统（粗铜）”1125 ” 4 铅的鼓风炉还原熔炼”1200 ” 5 铅的湿法冶炼”1100 ” 6 锡精炼反射炉还原”80-150 7 铜电解”492-520 8 铅电解”178-207 锌电解”4100-4200 10 铝电解”17000-18000 11 镍电解”3800-4200 12 镁电解”14800 13 镉电解”320 14 锑电解”3300-3700 15 锰电解”8000 16 铝氧（Al2O3）”500-600 17 石墨电极”5000-7000 18 冰晶石”142 19 氟化铝”186 20 氟化镁”158 21 氟化钠”81 22 硫酸”70-120 23 水泥”40-120 24 无烟煤”16-17 25 褐煤”10-12 黑色金属矿山采选、烧结企业单位产品耗电量表2-3 序号生产方法单位 单位产品耗电 量 备注 实测变 化范围 设计变 化范围 一般 1 露天矿（机械化开采、电机 车运输） 度/吨 大型”1．5-2 3-6 5 中型”2．5-3 3-6 5
2-1什么叫负荷曲线？有哪几种？与负荷曲线有关的物理量有哪些？ 答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户，车间或某类设备负荷曲线。 与负荷曲线有关的物理量有： 年最大负荷和年最大负荷利用小时； 平均负荷和负荷系数。 2-2年最大负荷Ｐmax——指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现２～３次）３０分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为３０分钟最大负荷P30。 年最大负荷利用小时Ｔmax———指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。 平均负荷Pav————平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功节率的平均值。负荷系数KL————负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。 2-3.什么叫计算负荷?为什么计算负荷通常采用30min最大负荷?正确确定计算负荷有何意义? 答:计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时,导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等,该等效负荷就称为计算负荷. 导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3~4)t,t为发热时间常数.对中小截面的导体.其t约为10min左右,故截流倒替约经30min后达到稳定温升值.但是,由于较大截面的导体发热时间常数往往大于10min,30min还不能达到稳定温升.由此可见,计算负荷Pc实际上与30min 最大负荷基本是相当的。 计算负荷是供电设计计算的基本依据.计算符合的确定是否合理,将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否合理.计算负荷不能定得太大,否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费;计算负荷也不能定得太小,否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘体过早老化甚至烧毁. 2-4. 各工作制用电设备的设备容量如何确定? 答:长期工作制和短期工作制的设备容量就是该设备的铭牌额定功率,即 Pe=PN 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率. 2-5.需要系数的含义是什么? 答:所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量,两者之间存在一个比值关系,因此需要引进需要系数的概念,即:Pc=KdPe. 式中，Kd为需要系数; Pc为计算负荷; Pe为设备容量. 形成该系数的原因有:用电设备的设备容量是指输出容量,它与输入容量之间有一个平均效率;用电设备不一定满负荷运行,因此引入符合系数Kl;用电设备本身及配电线路有功率损耗,所以引进一个线路平均效率;用电设备组的所有设备不一定同时运行,故引入一个同时系数, 2-6确定计算负荷的估算法.需要系数法和二项式法各有什么特点？各适合哪些场合？ 答：估算法实为指标法，其特点是进行方案比较时很方便，适用于做任务书或初步设计阶段。需要系数法的特点是简单方便，计算结果较符合实际，而长期使用已积累了各种设备的需要系数，是世界各国普遍采用的方法，适用于多组三相用电设备的计算负荷。二项式法其特点是既考虑了用电设备的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷，其计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多，适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。
第二章工厂的电力负荷及其计算习题及答案 2-1什么叫负荷曲线？有哪几种？与负荷曲线有关的物理量有哪些？答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。 负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户，车间或某类设备负荷曲线。 与负荷曲线有关的物理量有： 年最大负荷和年最大负荷利用小时； 平均负荷和负荷系数。 2-2年最大负荷Ｐmax——指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现２～３次）３０分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为３０分钟最大负荷P30。 年最大负荷利用小时Ｔmax———指负荷以年最大负荷Pmax持续运行一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是年最大负荷利用小时。 平均负荷Pav————平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功节率的平均值。负荷系数KL————负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值。 2-3.什么叫计算负荷?为什么计算负荷通常采用30min最大负荷?正确确定计算负荷有何意义?
答:计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时,导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等,该等效负荷就称为计算负荷. 导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3~4)t,t为发热时间常数.对中小截面的导体.其t约为10min左右,故截流倒替约经30min后达到稳定温升值.但是,由于较大截面的导体发热时间常数往往大于10min,30min还不能达到稳定温升.由此可见,计算负荷Pc实际上与30min最大负荷基本是相当的。 计算负荷是供电设计计算的基本依据.计算符合的确定是否合理,将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否合理.计算负荷不能定得太大,否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费;计算负荷也不能定得太小,否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘体过早老化甚至烧毁. 2-4. 各工作制用电设备的设备容量如何确定? 答:长期工作制和短期工作制的设备容量就是该设备的铭牌额定功率,即 Pe=PN 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率. 2-5.需要系数的含义是什么? 答:所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量,两者之间存在一个
第二章 2-1 电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？ 答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特殊要求。 2-2 何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。 答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。 年最大负荷利用小时数max T ，是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷max P 持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，max T 值越大，年负荷曲线越陡；max T 值越小。因此，max T 的大小说明了用户用电的性质，也说明了用户负荷曲线的大致趋势。 平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。 2-3 什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？ 答：计算负荷是根据已知的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，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。 确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。 2-4 什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？ 答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。 对于吊车：是指统一换算到%25=ε时的额定功率，其设备容量N N e P P ε2=； 对于电焊机：是指统一换算到%100=ε时的额定功率，其设备容量N N N N N e S P P ε?εcos == 2-5 需要系数法有什么计算特点？适用哪些场合？ 答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但它视d K 为常数，没有考虑大容量用电设备对计算负荷的特殊影响，比较适用于容量差别不大、设备台量较多的场合。 2-6 什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？ 答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。它与年最大负荷利用小时数max T 和负荷的功率因数有关。 2-7 功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？