电气负荷计算法评介和改进意见中国航天建筑设计研究院 卞铠生摘 要：负荷计算的现状；负荷计算法评介；常用计算法的改进思路；需要系数法的澄清；利用系数法的改进；单相负荷计算的要点关键词：电气负荷 计算 需要系数法 利用系数法 单相负荷计算1 概述1.1 负荷计算的依据我国至今没有关于电气负荷计算的国家标准，而且未列入规范编制计划国标中，仅GB 50293-1999《城市电力规划规范》有宏观用电指标，未涉及负荷计算某些行业标准，如HG 20551-1993《化工厂电力设计常用计算规定》、DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》，列有负荷计算内容，但其方法和数据并不通用JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》中虽有负荷计算一节，却无具体方法机械行业对负荷计算最为重视，数十年来做了大量卓有成效的工作；但尚未形成统一规定，致使JBJ 6-1996《机械工厂电力设计规范》中负荷计算阙如西方国家不追求精确的负荷计算，多采用简易的需要系数法，计算裕度较大如美国《国家电气法规》（NEC）所给的指标和系数均较大，并规定：导线载流量不应小于连续负荷的125%；馈电线的计算负荷不应小于各支线负荷之和。
前苏联出于其国情考虑，对负荷计算极为重视经前苏联国立重工业电气设计院和动力工程科学技术协会多年工作，编制了《确定工业企业电气负荷暂行导则》（以下简称《导则》）；1961年由前苏联国家计委动力管理总局批准《导则》的中译本见中国工业出版社1965年版，由王厚余、何耀辉译该书至今仍被国内业界视为负荷计算的“经书”多年来，我国大多数设计单位均沿用《导则》给出的负荷计算方法；具体依据则是通用的设计手册，如《工业与民用配电设计手册》、《钢铁企业电力设计手册》等1.2 负荷计算的基本概念（1）目的——获得供配电系统设计所需的各项负荷数据，特别是选择和校验各网络元件用的计算负荷 （2）内容——除求取各类计算负荷外，还包括计算电能消耗量、电网损耗（功率损耗和电能损耗）等；有时延伸到无功补偿的计算 （3）实际负荷——接在电网上的各种电气负荷，通常是随机变动的4） 计算负荷——假想的持续性负荷，它在一定的时间间隔中产生的特定效应与变动的实际负荷相等5） 计算负荷是按配电点（配电箱、配电线路、变电所母线）划分的，各有其计算范围，并存在上下级关系1.3 计算负荷的分类、用途和取值按不同的用途，取不同的负荷效应和时间间隔，将得出各类不同的计算负荷。
设计中常用的三类计算负荷如下：（1）需要负荷或最大负荷 a.用于按发热条件选择电器和导体；计算电压偏差、电网损耗、补偿容量等；有时用以计算电能消耗量 b.通常取“半小时最大负荷”（按发热时间常数τ=10min，则3τ＝30min)适用于选择较小截面导线；对较大导体，尤其是变压器，则不合理2）平均负荷 a.年平均负荷用于计算电能年消耗量；有时用以计算补偿容量 b.最大负荷班平均负荷用于计算最大负荷（见利用系数法）3）尖峰电流 a. 用于计算电压波动/变动； 选择和整定保护器件；校验电动机起动条件 b. 通常取持续1s左右的最大负荷电流，即起动电流的周期分量在校验瞬动元件时，还应考虑其非周期分量 【澄清】a.计算负荷的广义是上述三类的统称；狭义是指需要负荷/最大负荷b.计算负荷包括其有功功率、无功功率、视在功率、计算电流及其功率因数c.计算电压损失采用的计算负荷，视情况而异：考虑长期电压水平（电压偏差）时，用需要负荷或最大负荷；考虑短时电压水平（电压波动）时，用尖峰电流d.除了求计算负荷外，负荷计算还包括求电能消耗量、电网损耗（功率损耗、电能损耗）等2 负荷计算法评介2.1 单位指标法包括：单位面积功率法、综合单位指标法、单位产品耗电量法。
（1）简介 a.基础：实用数据的归纳b.特点：用相应的指标直接求出结果 （2）评价 a.计算过程简便计算精度低 b.难点是指标的取值受多种因素的影响，指标变化范围很大，上下限可相差一倍甚至更多以住宅为例，影响用电指标的条件有：地理位置、气候条件、地区发展水平、居民生活习惯、建筑规模大小、建设标准高低、节能措施力度等 （3）适用范围 适用于设备功率不明确的各类项目，如民用建筑中的分布负荷；尤其适用于设计前期的负荷框算和对计算结果的校核2.2 需要系数法 （1）简介 a.基础：负荷曲线b.特点：逐级打系数C.步骤：设备功率乘需要系数得需要功率；多组负荷相加时，再逐级乘同时系数 （2）评价 a.计算过程较简便计算精度与用电设备台数有关，台数多时较准确，台数少时误差大 b.难点是系数的掌握和设备台数少时的算法，见4.2、4.3 （3）适用范围 适用于设备功率已知的各类项目，尤其是照明、高压系统和初步设计的负荷计算 (参见4.1) 2.3 利用系数法 （1）简介 a.基础：概率论与数理统计。
《导则》认为：各设备的用电现象可看作随机过程，服从正态分布规律计算负荷与平均负荷之差值按1.5倍方差考虑，用“最大系数”来表征显然，最大系数与用电设备台数和各台功率差异相关；为此，引入一个参量——“用电设备有效台数”b.特点：先求平均负荷，再求最大负荷；不逐级打系数平均负荷可用电度表方便地测出c.步骤：设备功率乘利用系数得平均功率；求平均利用系数和用电设备有效台数，查出最大系数；平均功率乘最大系数得最大负荷 （2）评价 a.计算精度高，与设备台数关系不大计算过程繁，致使实际应用不广 b.难点是用电设备有效台数的计算，改进建议见5.2 （3）适用范围 适用于设备功率已知的各类项目，尤其是工业企业电力负荷计算 注：照明负荷用需要系数法计算；其需要负荷与电力最大负荷相加2.4 其他计算法（1）二项式法计算负荷由两项相加：基本部分代表平均需要负荷，附加部分用以考虑数台最大设备的影响此法系前苏联的经验公式，计算结果明显偏大，已被利用系数法取代五十年前《导则》中已淘汰的方法，我们不宜再用2）简化或绕开有效台数的方法在《导则》及其补充文件中，已给出有效台数的三种简化算法。
其中，“相对有效台数法”仍很繁琐，简单算式则受限于不便记忆的使用条件国内不仅推导过简化算式，还提出过绕开有效台数的ABC法等这些改良方法无助于利用系数法的推广3）新二项式法及新利用系数法（谢善洲）该法认为：用电设备开或停的现象服从“二项分布”规律；平均利用系数与设备台数负相关计算负荷为平均负荷与1.5倍均方差负荷之和，可用新二项式法公式或新利用系数法公式求出新二项式法计算过程简便，计算结果已在机械加工厂的实测中得到验证我们希望在更多的行业验证其普适性，并使之完善4）C—KL法、C—Px法、C—P5法和D—KX法（施俊良）C—KL法认为：只有5台功率最大的设备影响计算负荷与平均负荷的差值（CP5）；系数C是利用系数KL的单值函数C—Px法是C—KL法的再简化，用最大1台设备功率加4台假想设备功率(Px)代替5台设备功率C—P5法是上述方法用于5台及以下设备时的特例这三种均属于简化利用系数法D—KX法实质上是需要系数法形式的C—KL法，考虑了5台功率最大的设备对计算负荷的影响为实现形式转换，引入计算系数D=f（KX）；如进一步转化为修正系数α=f（KX，P5/ Pn），则称新需要系数法这四种方法的研究跨越二十多年，于2001年列入建设部的研究项目，2004年完成课题报告。
我们希望：在完善数学模型的基础上，统一四种方法的形式和参数，并在机械行业中试用和征求意见2.5 常用计算法的改进思路负荷计算是涉及供配电系统全局的重要问题，我们应慎重对待计算法的改进1）我们的最终目标是编制电气负荷计算国家标准为此，业界应先就计算理论（数学模型、公式推导、参数选择等）达成共识推出新计算法时，应通过权威性鉴定，并经部分行业试用在确定一套可靠、实用、公认的负荷计算法后，才能形成法律性文件，如电气负荷计算导则，进而成为国家标准2）几十年来，前苏联《导则》的计算理论已被国内广泛接受；时至今日，仍可作为业界共识的基础在另有法律性文件之前，当前通用的三种计算法体系应予保持，但宜予适当改进3）对于单位指标法和需要系数法，只需补充、修正实用数据，并对后者作必要的澄清（见4.1、4.2及3.3）4）对于利用系数法，暂不改变计算方法框架，以维持其约定俗成的准法律地位，避免重新论证而久拖不决但应切实改进其操作层面，简化用电设备有效台数的计算，完善最大系数表，具体建议见5.1和5.23 设备功率的计取3.1 基本概念 在负荷计算中，“设备功率”一词有特定的含义；对其计取有一系列规定我们应理解为何如此规定，掌握其基本原则，才能应对多变的情况。
1）相同的量和单位才能相加因多数设备标出的是有功功率，故应向其靠拢 （2）不同工作制、不同负载持续率下的功率是不等值的，不能直接相加因多数设备为连续工作制，故应均换算为负载持续率ε=100﹪的功率 （3）不可能同时出现的负荷不叠加 （4）数据的选取和换算力求简便3.2 一般规定和引伸分析 （1）用电设备：a.应把额定值换算为负载持续率ε=100﹪下的有功功率以下两点是为了计算简便：--电动机直接取轴功率，不换算为输入功率效率已揉入需要系数整流器的设备功率取额定直流输出功率其交流输入功率计算困难澄清：以上规定仅适用于配电线路的计算末端线路的计算电流则应取用电设备的输入电流，如：电动机应除以效率，电焊机乘上1.2，详见《工业与民用配电设计手册》第十二章 b.气体放电灯应计入镇流器的功率损耗 （2）用电设备组：备用设备不计入 澄清：这一规定的前提是工作设备和备用设备均在同一计算范围内二者由不同的配电线路、变压器分别供电时，应按可能出现的最大组合分别计取 （3）变电所或建筑物：平时不工作的消防设备不计入 澄清：应区分两种消防设备：平时不工作者；正常运行者后者（如消防电梯、正常点燃的应急照明等）仍应计入。
这一规定是针对市电负荷计算；应急系统显然要计入消防设备火灾时切除的正常负荷通常大于投入的应急负荷 （4）全工程的负荷计算：季节性负荷取较大者 澄清：大功率的季节性负荷通常分设变电所，此时，变电所的负荷当然应分别计算这一规定主要适用于全工程的负荷计算；较小计算范围内包括两种季节性负荷的个别情况，也可引用3.3周期工作制电动机的设备功率应统一目前采用需要系数法时，周期工作制电动机的设备功率换算为ε=25﹪的功率这是出于误解而沿袭了早年不合理的习惯这一做法已随《导则》颁布而废除我们早该正本清源，统一设备功率的取值论据如下：（1）《导则》在§8~§11中均规定“所有单台用电设备”换算为ε=100﹪的持续功率，没有例外2）《导则》给出的是复合计算法，其中包括需要系数法（见4.1）因此，上述规定对需要系数法也适用3）不同负载持续率下的功率是不等值的，直接相加没有物理意义不合理的旧习惯应予纠正统一设备功率的取值可使概念清晰、记忆方便、换算简单、减少差错4）ε=100﹪的设备功率等于ε=25﹪功率的1/2据此，只要把原有的起重机需要系数。