供配电技术第2章-负荷计算

供配电负荷计算方法详细解答配电负荷计算是指根据用电设备的功率和数量，以及用电时间等因素，对供配电系统负荷进行准确的计算和分析。

配电负荷计算的目的是为了确定合理的供电容量，从而保证供电系统的安全运行。

配电负荷计算方法主要有两种：静态负荷计算和动态负荷计算。

1.静态负荷计算：静态负荷计算主要是通过统计用电设备的功率和数量，以及用电时间进行负荷计算。

具体步骤如下：1.1确定用电设备的功率和数量：首先，需要确定用电设备的功率和数量。

可以从用电设备的技术参数手册、设备标牌或相关的设计文件中获取这些信息。

然后，按照设备的类型和数量，列出所有的用电设备及其对应的功率。

1.2计算用电设备的总功率：将所有用电设备的功率相加，得到用电设备的总功率。

1.3计算用电设备的负荷率：负荷率是指设备实际工作时的功率与额定功率的比值。

通常来说，设备在实际运行中往往不会达到额定功率的100%，因此需要根据设备的使用特点和工作条件，对负荷率进行合理估计。

1.4计算用电设备的负荷电流：根据用电设备的功率和负荷率，通过公式I=P/(√3×U×η)计算出用电设备的负荷电流，其中I为电流，P为功率，U为相电压，η为负荷率。

1.5计算用电设备的总负荷电流：将所有用电设备的负荷电流相加，得到用电设备的总负荷电流。

1.6计算用电设备的负荷阻抗：根据用电设备的负荷电流和相电压，通过公式Z=U/I计算出用电设备的负荷阻抗。

1.7计算用电设备的总负荷阻抗：将所有用电设备的负荷阻抗相加，得到用电设备的总负荷阻抗。

2.动态负荷计算：动态负荷计算主要是考虑负荷的变化规律和负荷的峰谷差异，以更加精确地计算负荷。

具体步骤如下：2.1确定用电设备的功率和数量：同静态负荷计算中的步骤1.12.2分析负荷曲线：通过统计用电设备在一天、一周或一个月内的用电时间和负荷变化规律，绘制出负荷曲线图。

负荷曲线图反映了负荷的峰谷差异和负荷的持续时间。

2.3计算负荷峰值：根据负荷曲线图，确定负荷的峰值，即负荷曲线上的最大负荷点。

ʌ项目导入ɔ某新建机械厂拟建设一个降压变电所，这就需要选择变压器，设计主接线，选择电气设备㊂而要完成上述工作就必须了解工厂负荷情况和供电电源情况㊂通过对工厂用电设备的分析，该厂的负荷统计资料见表2-1㊂我们如何确定三相设备组的计算负荷㊁单相设备组的计算负荷㊁车间的计算负荷㊁工厂总的负荷及总的用电量？表2-1㊀各车间参数和计算负荷用电单位编号用电单位名称负荷性质设备容量/kW需要系数功率因数1铸钢车间动力和照明15000.400.652铸铁车间动力和照明10000.400.703热处理车间动力和照明7500.600.704组装车间动力和照明10000.420.725机修车间动力和照明5000.250.606氧气站动力和照明6000.850.807乙炔站动力和照明900.740.908危险品仓库动力和照明100.910.909五金仓库动力和照明100.710.8810成品仓库动力和照明200.860.7911办公大楼动力和照明500.850.90ʌ项目目标ɔ专业能力目标电力负荷的计算能力，尖峰电流的计算能力方法能力目标资料整理与分析能力，理论知识运用能力社会能力目标培养学生分析问题㊁解决问题的能力和严谨的工作作风ʌ主要任务ɔ序号任务内容计划时间完成情况1工厂电力负荷与负荷曲线2三相用电设备组计算负荷的确定3单相用电设备组计算负荷的确定4工厂计算负荷及年耗电量的计算㊃42㊃任务1　工厂电力负荷与负荷曲线ʌ任务导读ɔ在 项目导入 的案例分析中，我们需要分析某机械厂的电力负荷情况，并确定其电力负荷等级，为变电所的设计提供依据㊂这就要求我们必须了解什么是电力负荷，如何描述电力负荷，与电力负荷相关的物理量有哪些㊂ʌ任务目标ɔ1.了解防爆电器厂的电力负荷，确定电力负荷等级㊂2.根据了解的电力负荷情况，正确估计工厂㊁车间㊁设备等的负荷曲线㊂ʌ任务分析ɔ通过查阅GB50052 2009‘供配电系统设计规范“‘工厂供电“‘电工基础“等相关资料都可以获取电力负荷分级㊁电力负荷曲线等相关知识，深入工厂查阅资料分析该机械厂的电力负荷情况，确定电力负荷等级，估计电力负荷曲线重要物理量㊂ʌ知识准备ɔ一㊁工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求电力负荷又称电力负载，有两种含义：一种是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷㊁一般负荷㊁动力负荷和照明负荷等；另一种是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）㊁重负荷（重载）㊁空负荷（空载）和满负荷（满载）等㊂电力负荷的具体含义视具体情况而定㊂（一）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052 2009‘供配电系统设计规范“规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：（1）一级负荷㊀一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治㊁经济上造成重大损失者，如重大设备损坏㊁重大产品报废㊁用重要原料生产的产品大量报废㊁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㊂在一级负荷中，当中断供电将发生中毒㊁爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷㊂（2）二级负荷㊀二级负荷为中断供电将在政治㊁经济上造成较大损失者，如主要设备损坏㊁大量产品报废㊁连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复㊁重点企业大量减产等㊂（3）三级负荷㊀三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一㊁二级负荷者均属三级负荷㊂（二）各级电力负荷对供电电源的要求1.一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属于重要负荷，如果中断供电造成的后果将十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏㊂一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源㊂为保证对特别㊃52㊃重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统㊂常用的应急电源有：①独立于正常电源的发电机组；②供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；③蓄电池；④干电池㊂2.二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，但这两台变压器不一定在同一变电所㊂在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电㊂只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电㊂这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复㊂当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷㊂3.三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求㊂二㊁工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：（1）连续工作制设备㊀这类工作制设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机㊁水泵㊁空气压缩机㊁电动发电机组㊁电炉和照明灯等㊂机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的㊂（2）短时工作制设备㊀这类工作制设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）和控制闸门的电动机等㊂（3）断续周期工作制设备㊀这类工作制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，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等㊂断续周期工作制设备，可用 负荷持续率 （又称暂载率）来表示其工作特征㊂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，用ε表示，即ˑ100%（2-1）ε=t Tˑ100%=t t+t式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间㊂断续周期工作制设备的额定容量（铭牌容量）P N，是对应于某一标称负荷持续率εN 的㊂如果实际运行的负荷持续率εʂεN，则实际容量P e应按同一周期内等效发热条件进行换算㊂由于电流I通过电阻为R的设备在时间t内产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，Iɖ1/t；而在同一电压下，设备容量PɖI；又由式（2-1）可知，同一周期T的负荷持续率εɖt㊂因此Pɖ1/ε，即设备容量与负荷持续率的二次方根成反比㊂由此可见，如果设备在εN下的容量为P N，则换算到实际ε下的容量P e为P e=P NεNε（2-2）㊃62㊃三㊁负荷曲线及有关物理量（一）负荷曲线的概念负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上㊂纵坐标表示负荷（有功或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以h为单位）㊂负荷曲线按负荷对象分，有工厂㊁车间或某类设备的负荷曲线；按负荷性质分，有有功负荷曲线和无功负荷曲线；按所表示的负荷变动时间分，有年的㊁月的㊁日的或工作班的负荷曲线㊂图2-1是一班制工厂的日有功负荷曲线，其中图2-1a是依点连成的负荷曲线，图2-1b 是依点绘成梯形的负荷曲线㊂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，以便确定 半小时最大负荷 （将在后面介绍）㊂图2-1㊀日有功负荷曲线a）依点连成的负荷曲线㊀b）依点绘成梯形的负荷曲线年负荷曲线通常绘成负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，如图2-2c所示㊂全年按8760h计㊂图2-2㊀年负荷持续时间曲线的绘制a）夏日负荷曲线㊀b）冬日负荷曲线㊀c）年负荷持续时间曲线上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线（见图2-2a）和冬日负荷曲线（见图2-2b）来绘制㊂其夏日和冬日在全年中所占的天数，应视当地的地理位置和气温情况而定㊂例如在我国北方，可近似地取夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可㊃72㊃近似地取夏日200天，冬日165天㊂假设绘制南方某厂的年负荷曲线（见图2-2c），其中P 1在年负荷曲线上所占的时间T 1=200（t 1+tᶄ1），P 2在年负荷曲线上所占的时间T 2=200t 2+165tᶄ2，其余类推㊂年负荷曲线的另一形式，是按全年每日的最大负荷（通常取每日的最大负荷半小时平图2-3㊀年每日最大负荷曲线均值）绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图2-3所示㊂横坐标依次以全年12个月份的日期来分格㊂这种年最大负荷曲线，可以用来确定拥有多台电力变压器的工厂变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行，即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益㊂从各种负荷曲线上，可以直观地了解电力负荷变动的情况㊂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，并可以从中获得一些对设计和运行有用的资料㊂因此负荷曲线对于从事工厂供电设计和运行的人员来说，都是很必要的㊂（二）与负荷曲线和负荷计算有关的物理量1.年最大负荷和年最大负荷利用小时（1）年最大负荷㊀年最大负荷P max 就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最图2-4㊀年最大负荷和年最大负荷利用小时大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现2 3次）消耗电能最大的半小时平均功率㊂因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P 30㊂（2）年最大负荷利用小时㊀年最大负荷利用小时T max 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，如图2-4所示㊂年最大负荷利用小时为T max =W a P max （2-3）式中，W a 为年实际消耗的电能量㊂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，与工厂的生产班制有明显的关系㊂例如一班制工厂，T max ʈ1800 3000h；两班制工厂，T max ʈ3500 4800h；三班制工厂，T max ʈ5000 7000h㊂2.平均负荷和负荷系数（1）平均负荷㊀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，即P av =W t t （2-4）年平均负荷P av 的说明如图2-4所示㊂年平均负荷P av 的横线与纵横两坐标轴所包围的矩㊃82㊃ʌ任务总结ɔ通过本任务的学习，让学生理解电力负荷分级及有关概念，懂得如何描述车间㊁工厂的电力负荷情况，为后续知识的学习做铺垫㊂任务2　三相用电设备组计算负荷的确定ʌ任务导读ɔ某机械厂用电负荷统计过程中，车间内可能有三相用电设备，也可能有两相用电设备，例如，组装车间一线路上的用电设备见表2-2㊂我们如何确定车间的计算负荷呢？一般，分别确定三相设备组的计算负荷和单相设备组的计算负荷㊂表2-2㊀某机械厂组装车间线路上部分设备的负荷资料设备名称380V手动焊弧机220V电热箱接入相序AB BC CA A B C设备台数112211单台设备容量21kVA（ε=60%）17kVA（ε=100%）10.3kVA（ε=50%）3kW6kW 4.5kWʌ任务目标ɔ1.掌握按需求系数法和按照二项式法确定计算负荷的方法㊂2.确定机械厂各车间三相用电设备组的计算负荷㊂ʌ任务分析ɔ完成本任务要求学生理解计算负荷的概念，系数法和二项式法的基本公式及其含义，能够根据需要查阅计算负荷需要的基础数据，具备应用掌握的理论知识计算三相用电设备组计算负荷的能力㊂ʌ知识准备ɔ一㊁概述通过负荷的统计计算求出的㊁用来按发热条件选择供电系统中各元器件的负荷值，称为计算负荷（calculated load）㊂根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值㊂从发热的角度看，截面积在16mm2及以上的导体，大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值，因此计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷P max）是基本相当的㊂所以，计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷㊂本来有功计算负荷可表示为P c，无功计算负荷可表示为Q c，计算电流可表示为I c，但考虑到 计算 的符号c容易与 电容 的符号C相混淆，因此大多数供电书籍都用半小时最大负荷P30来表示有功计算负荷，无功计算负荷㊁视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q30㊁S30和I30㊂这样表示，也使计算负荷的概念更加明确㊂计算负荷是供电设计计算的基本依据㊂计算负荷确定得是否正确合理，直接影响电器和导线电缆的选择是否经济合理㊂我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法有需要㊃03㊃系数法和二项式法㊂需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，最为简便㊂二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别较大的分支干线的计算负荷时，采用二项式法比需要系数法合理，且计算也比较简便㊂本书只介绍这两种计算方法㊂关于以概率论为理论基础而提出的用以取代二项式法的利用系数法，由于其计算比较繁复而未得到普遍应用，本书省略介绍㊂二㊁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P 30，如图2-5所示㊂用电设备组的设备容量P e ，是指用电设备组所有设备（不含备用的设备）的额定容量P N 之和，即P e =ðP N ㊂而设备的额定容量P N 是设备在额定条件下的最大输出功率（出力）㊂但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身和配电线路还有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为P 30=K ðK L ηe ηWL P e （2-8）式中，K ð为设备组同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；K L 为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比；ηe 为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比；ηWL 为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（亦即设备组取用功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比㊂图2-5㊀用电设备组的计算负荷说明令式（2-8）中的K ðK L /（ηe ηWL ）=K d ，这里的K d 称为需要系数（demand coefficient）㊂由式（2-8）可知，需要系数的定义式为K d =P 30P e （2-9）即用电设备组的需要系数，为用电设备组的半小时最大负荷与其设备容量的比值㊂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P 30=K d P e （2-10）实际上，需要系数值不仅与用电设备组的工作性质㊁设备台数㊁设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际㊂㊃13㊃附表1列出工厂各种用电设备组的需要系数值，供参考㊂在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷：无功计算负荷为Q30=P30tanφ（2-11）式中，tanφ为对应于用电设备组cosφ的正切值㊂视在计算负荷为S30=P30cosφ（2-12）式中，cosφ为用电设备组的平均功率因数㊂计算电流为I30=S303UN （2-13）式中，U N为用电设备组的额定电压㊂如果只有一台三相电动机，则此电动机的计算电流就取其额定电流，即I30=I N=P N3U Nηcosφ（2-14）负荷计算中常用的单位：有功功率为 千瓦 （kW），无功功率为 千乏 （kvar），视在功率为 千伏安 （kVA），电流为 安 （A），电压为 千伏 （kV）㊂例2-1㊀已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台，4kW8台，3kW17台，1.5kW10台㊂试求其计算负荷㊂解：此机床组电动机的总容量为P e=7.5kWˑ3+4kWˑ8+3kWˑ17+1.5kWˑ10=120.5kW查附表1中 小批生产的金属冷加工机床电动机 项，得K d=0.12 0.16（取0.2），cosφ=0.5，tanφ=1.73，因此可求得：有功计算负荷为P30=0.2ˑ120.5kW=24.1kW无功计算负荷为Q30=24.1kWˑ1.73=41.7kvar视在计算负荷为S30=24.1kW0.5=48.2kVA计算电流为I30=48.2kVA3ˑ0.38kV=73.2A（二）设备容量的计算需要系数法基本公式P30=K d P e中的设备容量P e，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关㊂1.一般连续工作制和短时工作制的用电设备组容量计算其设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和㊂㊃23㊃2.断续周期工作制的设备容量计算其设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和㊂容量换算的公式如式（2-2）所示㊂断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下：（1）电焊机组㊀要求容量统一换算到ε=100%，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为P e =P NεN ε100=S N cos φεN ε100即P e =P N εN =S N cos φεN （2-15）式中，P N ㊁S N 为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为视在功率）；εN 为与铭牌容量相对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε100为其值等于100%的负荷持续率（计算中用1）；cos φ为铭牌规定的功率因数㊂（2）吊车电动机组㊀要求容量统一换算到ε=25%，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为P e =P N εN ε25=2P N εN （2-16）式中，P N 为吊车电动机的铭牌容量；εN 为与P N 对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε25为其值等于25%的负荷持续率（计算中用0.25）㊂（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，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素㊂因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应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）K ðp 和K ðq ㊂对车间干线，取K ðp =0.85 0.95，K ðq =0.90 0.97㊂对低压母线，分以下两种情况：1）由用电设备组的计算负荷直接相加来计算时，取K ðp =0.80 0.90，K ðq =0.85 0.95㊂2）由车间干线的计算负荷直接相加来计算时，取K ðp =0.90 0.95，K ðq =0.93 0.97㊂总的有功计算负荷为P 30=K ðp ðP 30i（2-17）总的无功计算负荷为Q 30=K ðq ðQ 30i （2-18）以上两式中的ðP 30i 和ðQ 30i 分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和㊂总的视在计算负荷为S 30=P 230+Q 230（2-19）总的计算电流为I 30=S 303U N （2-20）㊃33㊃必须注意：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与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（2-12）计算㊂另外，在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按附表1所列的计算系数来计算，而不必考虑设备台数少而适当增大K d和cosφ值的问题㊂例2-2㊀某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW（其中较大容量电动机有7.5kW的1台，4kW的3台，2.2kW的7台），通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW㊂试确定此线路上的计算负荷㊂解：先求各组的计算负荷㊂（1）金属切削机床组查附表1，取K d=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73故P30（1）=0.2ˑ50kW=10kWQ30（1）=10kWˑ1.73=17.3kvar（2）通风机组查附表1，取K d=0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75故P30（2）=0.8ˑ3kW=2.4kWQ30（2）=2.4kWˑ0.75=1.8kvar（3）电阻炉查附表1，取K d=0.7，cosφ=1，tanφ=0故P30（3）=0.7ˑ2kW=1.4kWQ30（3）=0kvar因此总的计算负荷为（取Kðp=0.95，Kðq=0.97）P30=0.95ˑ（10+2.4+1.4）kW=13.1kWQ30=0.97ˑ（17.3+1.8）kvar=18.5kvarS30=13.12+18.52kVA=22.7kVAI30=22.7kVA3ˑ0.38kV=34.5A在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，见表2-3㊂表2-3㊀例2-2的电力负荷计算表（按需要系数法）序号设备名称台数容量需要系数K dcosφtanφ计算负荷P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A1切削机床20500.20.5 1.731017.32通风机230.80.80.75 2.4 1.83电阻炉220.710 1.40235513.819.1Kðp=0.95，Kðq=0.9713.118.522.734.5㊃43㊃三㊁按二项式法确定计算负荷（一）基本公式二项式法的基本公式是P30=bP e+cP x（2-21）式中，bP e为表示设备组的平均功率，其中P e是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cP x为表示设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中P x是x台最大容量的设备总容量；b㊁c是二项式系数㊂附表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b㊁c和最大容量的设备台数x值，供参考㊂但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附表1中规定的最大容量设备台数x的2倍，即n<2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，建议按 四舍五入 取其整数㊂例如，某机床电动机组只有7台时，则其最大设备台数取为x=n/2= 7/2ʈ4㊂如果用电设备组只有1 2台设备时，则可认为P30=P e㊂对于单台电动机，则P30= P N/η㊂在设备台数较少时，cosφ值也宜适当取大㊂由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷㊂但是二项式系数b㊁c和x的值，缺乏充分的理论依据，而且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定的局限㊂例2-3㊀试用二项式法来确定例2-1所示机床组的计算负荷㊂解：由附表1查得b=0.14，c=0.4，x=5，cosφ=0.5，tanφ=1.73设备总容量（见例2-1）为P e=120.5kWx台最大容量的设备容量为㊀P x=P5=7.5kWˑ3+4kWˑ2=30.5kW因此，按式（2-21）可求得其有功计算负荷为P30=0.14ˑ120.5kW+0.4ˑ30.5kW=29.1kW按式（2-11）可求得其无功计算负荷为Q30=29.1kWˑ1.73=50.3kvar按式（2-12）可求得其视在计算负荷为S30=29.1kW0.5=58.2kVA按式（2-13）可求得其计算电流为I30=58.2kVA3ˑ0.38kV=88.4A比较例2-1和例2-3的计算结果可以看出，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果稍大，特别是在设备台数较少的情况下㊂供电设计的经验说明，选择低压分支干线或分支线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜㊂我国建筑行业标准JGJ16 2008‘民用建筑电气设计规范“也规定： 用电设备台数较少㊁各台设备容量相㊃53㊃差悬殊时，宜采用二项式法㊂（二）多组用电设备计算负荷的确定采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，也应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，但不是计入一个同时系数，而是在各组设备中取其中一组最大的有功附加负荷（cP x）max，再加上各组的平均负荷bP e，由此求得其总的有功计算负荷为P30=ð（bP e）i+（cP x）max（2-22）总的无功计算负荷为Q30=ð（bP e tanφ）i+（cP x）max tanφmax（2-23）式中，tanφmax为最大附加负荷（cP x）max的设备组的平均功率因数角的正切值㊂关于总的视在计算负荷S30和总的计算电流I30，仍按式（2-19）和式（2-20）计算㊂为了简化和统一，按二项式法计算多组设备的计算负荷时，也不论各组设备台数多少，各组的计算系数b㊁c㊁x和cosφ等，均按附表1所列数值㊂例2-4㊀试用二项式法确定例2-2所述机修车间380V线路的计算负荷㊂解：先求各组的cP x和bP e㊂（1）金属切削机床组查附表1，取b=0.14，c=0.4，x=5，cosφ=0.5，tanφ=1.73，故bP e（1）=0.14ˑ50kW=7kWcP x（1）=0.14ˑ（7.5kWˑ1+4kWˑ3+2.2kWˑ1）=8.68kW（2）通风机组查附表1，取b=0.65，c=0.25，cosφ=0.8，tanφ=0.75，故bP e（2）=0.65ˑ3kW=1.95kWcP x（2）=0.25ˑ3kW=0.75kW（3）电阻炉查附表1，取b=0.7，c=0，cosφ=1，tanφ=0，故bP e（3）=0.7ˑ2kW=1.4kWcP x（2）=0以上设备组中，附加负荷以cP x（1）为最大，因此总的计算负荷为P30=（7+1.95+1.4）kW+8.68kW=19kWQ30=（7ˑ1.73+1.95ˑ0.75+0）kvar+8.68ˑ1.73kvar=28.6kvarS30=192+28.62kVA=34.3kVAI30=34.3kVA3ˑ0.38kV=52.1A按一般工程设计说明书要求，以上计算可列成表2-4所示电力负荷计算表㊂比较例2-2和例2-4的计算结果可以看出，按二项式法计算的结果较之按需要系数法计算的结果大得比较多，这更为合理㊂㊃63㊃ʌ任务目标ɔ1.掌握单相用电设备组计算负荷的确定及其等效三相负荷的计算㊂2.机械厂各车间单相用电设备计算负荷和设备容量的计算㊂ʌ任务分析ɔ单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相尽可能平衡㊂如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算㊂如果单相设备容量超过三相设备容量的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加㊂由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线，使线路上的设备和导线在通过计算电流时不致过热或烧毁，因此在接有较多单相设备的三相线路中，不论单相设备接于相电压还是接于线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的三倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求㊂完成本任务需要了解单相用电设备容量换算为等效三相设备容量的意义；掌握单相用电设备组计算负荷的确定；掌握单相用设备组等效三相负荷的计算㊂ʌ知识准备ɔ单相设备组等效三相负荷的计算1.单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算单相设备接于相电压时等效三相设备容量P e应按最大负荷相所接单相设备容量P e.mφ的三倍计算，即P e=3P e.mφ（2-24）其等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算㊂2.单相设备接于线电压时的三相负荷计算由于容量为P e.φ的单相设备在线电压上产生的电流I=P e.φ/（U cosφ），此电流应与等效三相设备容量产生的电流相等，因此其等效三相设备容量为P e=3P e.φ（2-25）3.单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算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，然后分相计算各相的设备容量与计算负荷㊂总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷P30.mφ的三倍，即P30=3P30.mφ（2-26）总的等效三相无功计算负荷为最大负荷的无功计算负荷Q30.mφ的三倍，即Q30=3Q30.mφ（2-27）关于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的问题，可按照以下换算公式进行换算：A相P A=p AB-A P AB+p CA-A P CA（2-28）Q A=q AB-A P AB+q CA-A P CA（2-29）B相P B=p BC-B P BC+p AB-B P AB（2-30）㊃83㊃。

第一节电力负荷计算在设计过程中首先要进行电力系统地设计，其中包括配电图的设计、各种电力设备和电线的选择。

在进行这些选择之前，还必须根据配电图进行相应的电力负荷计算。

此处的电力负荷计算采用需要系数法来计算，长期使用已积累了各种设备的需要系数，因此需要系数法既是应用最为普遍，又是极为简单方便的计算方法。

为了参数的选定，首先介绍一下长期工作制，长期工作制是指用电设备工作时间较长，连续运行的情况。

长期工作制和短时工作制的设备容量（Pe）都是该设备的铭牌额定功率（Pn），这是计算的前提。

下面分别进行计算:1.排烟风机电机因为仅为一台排烟风机电机供电，故不存在同时系数（即K∑=1）；而且设备的最大运行方式一般可能达到额定状态，负荷系数也可取1（即K L=1），查阅<<工厂供电>>可知排风机的需要系数，功率因数，功率因数角正切值分别为K d1=0.75~0.85、cosω1=0.8、 tanω1=0.75。

此处取K d1=0.8进行计算。

计算负荷：Pc1=K d1Pe1= K d1Pn1=0.8335=28kwQc1=Pc1tanω1=2830.75=21kvarSc1=35kvAIc12.电动蝶阀由于四台电动蝶阀分别安装,配电线各自独立,因此仅为一台电动蝶阀供电，故不存在同时系数（即K∑=1）；而且设备的最大运行方式一般可能达到额定状态，负荷系数也可取1（即K L=1），查阅<<工厂供电>>可知泵类的需要系数，功率因数，功率因数角正切值分别为K d2=0.75~0.85、 cosω2=0.8、 tanω2=0.75。

计算负荷：取K d2=0.8Pc2=K d2Pe2= K d2Pn2=0.830.1=0.08kwQc2=Pc2tanω2=0.0830.75=0.06kvarSc2Ic 2=22Sc Un =0.10.22=0.45A 3.PLC因为此处没有设计冗余,只是是为一台PLC 供电，故也不存在同时系数（即K ∑=1），而且设备的最大运行方式一般可达到额定状态，负荷系数也取1（K L =1），故K d3取1。

一. 三相用电设备组计算负荷的确定:1. 单组用电设备负荷计算: P30=KdPe Q30=P30tanφS30=P30/cosφI30=S3 0/(1.732UN)2. 多组用电设备负荷计算: P30=K∑p∑P30,i Q30=K∑q∑Q30,i S30= (P&sup2;30+Q&sup2;30)&frac12; I30=S30/(1.732UN)注: 对车间干线取K∑p=0.85～0.95 K∑q=0.85～0.97对低压母线①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取K∑p=0.80～0.90 K∑q=0.85～0.95②由车间干线计算负荷直接相加来计算时取K∑p=0.90～0.95 K∑q=0.93～0.973. 对断续周期工作制的用电设备组①电焊机组要求统一换算到ε=100﹪, Pe=PN(εN)&frac12;=Sncosφ(εN)&frac12;(PN.SN为电焊机的铭牌容量;εN为与铭牌容量对应的负荷持续率;cosφ为铭牌规定的功率因数. )②吊车电动机组要求统一换算到ε=25﹪, Pe=2PN(εN)&frac12;二. 单相用电设备组计算负荷的确定:单相设备接在三相线路中,应尽可能地均衡分配,使三相负荷尽可能的平衡.如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15﹪,则不论单相设备容量如何分配,单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算.如果单相设备容量超过三相设备容量15﹪时,则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量,再与三相设备容量相加.1. 单相设备接于相电压时等效三相负荷的计算: Pe=3Pe.mφ( Pe.mφ最大单相设备所接的容量)2. 单相设备接于线电压时等效三相负荷的计算: ①接与同一线电压时Pe=1.732Pe.φ②接与不同线电压时 Pe=1.732P1+(3-1.732)P2Qe=1.732P1tanφ1+(3-1.732)P2 tanφ2设P1>P2>P3,且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3,P1接与UAB,P2接与UBC,P3接与UCA.③单相设备分别接与线电压和相电压时的负荷计算首先应将接与线电压的单相设备容量换算为接与相电压的设备容量,然后分相计算各相的设备容量和计算负荷.而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷P30.mφ的3倍.即P30=3P30.mφQ 30=3Q30.mφ5施工用电准备现场临时供电按《工业与民用供电系统设计规范》和《施工现场临时用电安全技术规范》设计并组织施工，供配电采用TN—S接零保护系统，按三级配电两级保护设计施工，PE线与N 线严格分开使用。

第1章 For personal use only in study and research;not for commercial use第2章第3章 电力系统概论1-1 什么叫电力系统？为什么要建立电力系统？电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。

为了充分利用动力资源，降低发电成本，发电厂往往远离城市和电能用户，因此，这就需要输送和分配电能，将发电厂发出的电能经过升压、输送、降压和分配，送到用户。

1-2 供配电系统由那些部分组成？在什么情况下应设总降压变电所或高压配电所？ 供配电系统由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。

总降压变电所是企业电能供应的枢纽。

它将35kV ～110kV 的外部供电电源电压降为6～ 10kV 高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。

高压配电所集中接受 6～10kV 电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备。

一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。

1-3 发电机的额定电压、用电设备的额定电压和变压器额定电压是如何规定的？为什么？ 用电设备的额定电压等于电力线路的额定电压；发电机的额定电压较电力线路的额定电压要高5%；变压器的一次绕组的额定电压等于发电机的额定电压(升压变压器)或电力线路的额定电压(降压变压器)；二次绕组的额定电压较电力线路的额定电压要高10%或5%(视线路的电压等级或线路长度而定)。

额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据经济发展的需要及电力的水平和发展的趋势经过全面技术经济分析后确定的。

1-4 电能的质量指标包括哪些？电能的质量指标是指电压质量、频率质量、供电可靠性。

1-5 什么叫电压偏移，电压波动和闪变？如何计算电压偏移和电压波动？电压偏差是电压偏离额定电压的幅度。

电压波动是指电压的急剧变化。

周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，成为闪变。

第2章 负荷计算 检测题解析一、填空题：1.起重机械在计算额定容量时，暂载率应统一换算到ε= 25% 时的额定功率。

2.在进行工程设计和施工设计时，对负荷做比较准确的计算方法有 需要系数 法、利用系数 法和 二项式 法。

世界各国目前普遍采用的方法是 需要系数 法。

3.按对供电可靠性要求，负荷可分为 一级负荷 、 二级负荷 和 三级负荷 3级。

按工作制负荷又可分为 连续工作制 、 短时工作制 和 反复短时工作制 3类。

4. 日 负荷曲线是按时间的先后顺序绘制的； 年持续 负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制的。

5.全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值称 年最大 负荷， 平均 负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率平均值。

6.长期工作制的用电设备容量P e = P N ；短时工作制的用电设备容量P e = P N ；电焊机和电焊机组的设备容量P e N N N cos ϕ ；起重机的设备容量P e N N = 。

（后两空见ppt ，因太复杂打不出来）7变压器的电能损耗包括 铁 损耗和 铜 损耗，其中的 铁 损耗称为不变损耗，而铜 损耗因与负荷有关，称为可变损耗。

8.需要系数法普遍应用于 用户和大型车间变电所 的负荷计算；二项式法仅适用于 负荷较少 的负荷计算；利用系数法计算过程较为繁琐，适合于 用计算机 进行负荷计算。

9. 企业补偿功率因数广泛采用 并联电容器 的人工补偿方法。

10.由于电动机启动、电压波动等原因引起的、比计算电流大得多的电流称为 尖峰 电流，计算该电流的目的是选择 电气设备 ，整定 继电保护装置 和计算电压波动及检验电动机自启动条件等。

二、判断正误题：1.年最大负荷利用小时越小，表示负荷运行得越平稳。

（ × ）2.国家标准规定：在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9。

（ √ ）3.单相设备容量换算为等效的三相设备容量时，单相设备容量乘以3即可。

（ × ）4.设备的总容量就是计算负荷。

供配电技术习题答案第2章第2章负荷预测2-2年最大负荷利用小时数是多少？年最大负荷和年平均负荷是多少？什么是负荷系数？答：年最大负荷利用小时是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，这段时间就是最大负荷利用小时。

年最大负荷P（为了防止意外事故，在全年最大负荷的工作班次中，该工作班次应在负荷最大的月份至少发生2~3次）。

因此，年度最大负荷有时被称为30分钟最大负荷P30。

负荷系数kl是指平均负荷与最大负荷的比值。

2-3设备容量是多少？如何确定每个工作系统电气设备的设备容量？答：设备容量，亦即设备功率，一般情况下指每个用电设备的铭牌上标定的额度功率，亦指在额度条件下的最大输出功率。

长期工作制和短期工作制的设备容量为设备的铭牌额定功率，即pe=pn重复短时工作系统的设备容量是指将一定负荷持续率下的额定功率转换为统一的负荷持续率2-4什么叫计算负荷？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？A：计算负荷是指当等效负荷通过导线时，导线的最大温升正好等于通过实际可变负荷时产生的最大温升。

这种等效荷载称为计算荷载。

导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3~4)?，?为发热时间常数。

对中小截面的导体，其?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。

负荷计算是电源设计计算的基础。

计算符合性的确定是否合理，将直接影响电气设备、电线电缆的选择是否合理。

计算负荷不能设置得太大，否则所选电气设备、电线电缆会太大，造成投资和有色金属的浪费；计算负荷不能设置得太小，否则所选电气设备、电线电缆将长期超负荷运行，增加功率损耗和过热，导致绝缘子过早老化甚至烧毁。

权力2-5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？A：估算方法实际上是指数法，其特点是方案比较方便，适用于任务书或初步设计阶段；需求系数法简单方便，计算结果更符合实际。