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1、第3章 负荷计算及无功补偿供配电技术供配电技术第3章 负荷计算及无功补偿3.1负荷曲线与计算负荷3.2用电设备额定容量的确定3.3负荷计算的方法3.4功率损耗与电能损耗3.5变电所中变压器台数与容量的选择3.6功率因数与无功功率补偿2 23.1负荷曲线与计算负荷 3.1.1 负荷曲线负荷曲线负荷曲线负荷曲线（loadcurveloadcurve）是指用于表达电力负荷随时）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以
2、小时为单位）。间（一般以小时为单位）。3 31负荷曲线的分类负荷曲线的分类n n按负荷的功率性质分：按负荷的功率性质分：可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；n n按所表示的负荷变动的时间分：按所表示的负荷变动的时间分：可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。4 45 56 62年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷和年最大负荷利用小时数（1 1）年最大负荷年最大负荷年最大负荷年最大负荷P Pmax年最大负荷年最大负荷P Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷
3、也称为电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷半小时最大负荷P P30。（2 2）年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数T Tmaxmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间T Tmaxmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷最大负荷P Pmax( (或或P P30) )持续运行所消耗的电能，恰好等于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。该电力负荷全年实际消耗的电能。 7 7下图为某厂年有功负荷曲线
4、，此曲线上最大负荷下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷P Pmax就是年最大负荷，就是年最大负荷，T Tmaxmax为年最大负荷利用小时数。为年最大负荷利用小时数。8 83.平均负荷平均负荷Pav 平均负荷平均负荷P Pavav，就是电力负荷在一定时间就是电力负荷在一定时间t t内平均消耗内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能WW除以除以时间时间t t的值，即的值，即P Pavav=W=W/t/t 年平均负荷为年平均负荷为P Pavav=W=Wa a/8760/8760 9 93.1.2 计算负荷计算负荷（calculatedloa
5、d）通常将以通常将以半小时平均负荷半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线为依据所绘制的负荷曲线上的上的“ “最大负荷最大负荷” ”称为计算负荷，并把它作为按发热条称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用件选择电气设备的依据，用P Pcaca( (Q Qcaca、S Scaca、I Icaca) )或或P P3030(Q(Q3030、S S3030、I I3030) )表示。表示。1010n n规定取规定取“ “半小时平均负荷半小时平均负荷” ”的原因的原因：一般中小截面导体的发热时间常数一般中小截面导体的发热时间常数为为10min10min以上，以上，根据经验表明，中小截面导线达
6、到稳定温升所需时间根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为约为 3 3=310=3103030（minmin），），如果导线负载为短暂尖峰如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在时间在30min30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。高温升。11113.1.3 负荷计算的意义和目的负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电据计算负荷选择导体及电器，则在
7、实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 返回目录12123.2用电设备额定容量的确定3.2.1 用电设备的工作方式用电设备的工作方式用电设备按其工作方式可分为三种：用电设备按其
8、工作方式可分为三种： （1 1）连续运行工作制连续运行工作制（长期工作制）（长期工作制） （2 2）短时运行工作制短时运行工作制（短暂工作制）（短暂工作制） （3 3）断续运行工作制断续运行工作制（重复短暂工作制）（重复短暂工作制） 1313n n连续运行工作制（长期工作制）连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的
9、拖动电动机，以及电炉、电解设备、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。 1414n n短时运行工作制（短暂工作制）短时运行工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动
10、机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。 1515n n断续运行工作制（重复短暂工作制）断续运行工作制（重复短暂工作制）用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t t）与停歇时间（与停歇时间（t t0 0）相互交替。工作时间内设备温相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续个稳定的波动状态。如电
11、焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，通常用暂载率周期工作制的设备，通常用暂载率 表征其工作特征，表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为即为 ，即：即：式中式中 t t，t t0 0工作时间与停歇时间，两者之和为工作工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期周期T T。16163.2.2 用电设备额定容量的计算用电设备额定容量的计算在每台用电设备的铭牌上都有在每台用电设备的铭牌上都有“ “额定功率额定功率” ”P PN N，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将
12、铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算换算为同一工作制下的额定功率为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的算至统一规定的工作制下的“ “额定功率额定功率” ”称为称为“ “设备设备额定容量额定容量” ”，用，用P Pe e表示。表示。 1717（1 1）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量P Pe e=P=PN N（2 2）重复短暂工作制的设备容量重复短暂工作制的设备容量重复短暂工作制的设备容量重复
13、短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量统一换算到）的设备容量统一换算到=25%=25%时的额定功率（时的额定功率（kWkW），），若其若其 N N不等于不等于25%25%时应进行换算，公式为时应进行换算，公式为: : 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到 100%100%时的额定功率（时的额定功率（kWkW）。）。若其铭牌暂载率若其铭牌暂载率 N N不等不等于于100%100%时，应进行换算，公式为时，应进行换算，公式为: :1818（3 3）电炉变压器的设备容量）电炉变
14、压器的设备容量）电炉变压器的设备容量）电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（定功率（kWkW），），即：即：P Pe e=P=PN N=S=SN Ncoscos 1919（4 4）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率（率（kWkW）；）；荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失（约为灯管功率的的20%20%），其设备容量应为灯管额定功率的），其设
15、备容量应为灯管额定功率的1.21.2倍倍（kWkW）；）；高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的灯泡功率的10%10%），其设备容量应为灯泡额定功率的），其设备容量应为灯泡额定功率的1.11.1倍（倍（kWkW）；）；金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功金属卤化物灯：采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的率损失（约为灯泡功率的10%10%），故其设备容量应为），故其设备容量应为灯泡额定功率的灯泡额定功率的1.11.1倍（倍（kWkW）。）。 2020（5 5）不对称单相负荷的设备容量）不对称单相负荷的设备
16、容量）不对称单相负荷的设备容量）不对称单相负荷的设备容量当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的过三相用电设备总容量的15%15%时，可按三相对称分配时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的总容量的15%15%时，则设备容量时，则设备容量PePe 应按三倍最大相负荷应按
17、三倍最大相负荷的原则进行换算。的原则进行换算。2121n n设备接于相电压或线电压时，设备容量设备接于相电压或线电压时，设备容量PePe的计算如下：的计算如下：单相设备接于相电压时单相设备接于相电压时P Pe e3P3Pemem 式中式中 P Pe e等效三相设备容量；等效三相设备容量； P Pemem 最大负荷所接的单相设备容量。最大负荷所接的单相设备容量。单相设备接于线电压时单相设备接于线电压时式中式中 P Pelel接于同一线电压的单相设备容量。接于同一线电压的单相设备容量。返回目录22223.3负荷计算的方法n n负荷计算的方法有负荷计算的方法有：需要系数法、二项式法、利用系数法、形状
18、系数需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法法、附加系数法. . 需要系数法需要系数法比较简便因而广泛使用。这里仅介绍比较简便因而广泛使用。这里仅介绍需要系数法。需要系数法。2323n n需要系数需要系数需要系数需要系数需要系数考虑了以下的主要因素：需要系数考虑了以下的主要因素：式中式中 K K 同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；K KL L负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此
19、系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； wlwl线路供电效率；线路供电效率；用电设备组在实际运行功率时的平均效率。用电设备组在实际运行功率时的平均效率。2424实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质, ,工工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对作水平等因素，都对K Kd d有影响。所以有影响。所以K Kd d只能靠测量统只能靠测量
20、统计确定计确定, ,见附录表见附录表3535。上述各种因素可供设计人员在。上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。变动的系数范围内选用时参考。 25253.3.1 需要系数法需要系数法 由负荷端逐级向电源端进行计算由负荷端逐级向电源端进行计算26261单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷（1 1） 有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷：考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷算负荷P Pca1ca1为为式式中中 P Pe e换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；换算到统一暂载率下的电动机的额定容量；用电设备
21、在额定负载下的的效率。用电设备在额定负载下的的效率。（2 2）无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷：Q Qca1ca1=P=Pca1ca1tantan 式中式中 用电设备功率因数角。用电设备功率因数角。计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。计算目的：用于选择分支线导线及其上的开关设备。27272. 用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷（1 1）有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷有功计算负荷：Pca2=KdPe K Kd d用电设备组的需要系数用电设备组的需要系数，见附录表，见附录表3 3；P Pe e用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。用电设备组的设备
22、额定容量之和，但不包括备用设备容量。（2 2）无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷：Qca2=Pca2tanwmtantan wm值见附录表值见附录表3 3。（3 3）视在计算负荷视在计算负荷视在计算负荷视在计算负荷：计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。2828n n当当K Kd d值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。备使用率高时，取用较大
23、值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较小（当一条线路内的用电设备的台数较小（n3n3台）时，台）时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的者采用较大的K Kd d值值(0.851)(0.851)。 29293确定车间配电干线或车间变电所低压母线上确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷的计算负荷（1 1）总有功计算负荷总有功计算负荷总有功计算负荷总有功计算负荷：P Pca3ca3 PPca2ca2（2 2）总无功计算负荷总无功计算负荷总无功计算负荷总无功计算负荷：Q Qca3ca3 QQca2ca2（3
24、 3）总视在计算负荷总视在计算负荷总视在计算负荷总视在计算负荷：P Pca3ca3、Q Qca3ca3、S Sca3ca3车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷；PPca2ca2、QQca2ca2各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和 最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引入的系数。现而引入的系数。 的范围值见附录表的范围值见附录表6 6。注意：注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为当
25、变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Q Qc3,c3,则当计算则当计算Q Qca3ca3时，要减去无功补偿容量时，要减去无功补偿容量，即，即Q Qca3ca3 QQca2ca2Q Qc3c3 计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。30304. 确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷P Pca4ca4P Pca3ca3+P+PT TQ Qca4ca4Q Qca3ca3+Q
26、+QT TPca、Qca、Sca车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷（kW、kvar及kVA）；PT、QT变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其计算目的：用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备上的开关设备 3131在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按下列经验公式估算：对SJL1等型电力变压器：PT0.02Sca3（kW）QT0.08Sca3（kvar）对SL7、S7、S9、S10等低损耗型电力变压器：PT0.015Sca3（kW）QT0.06Sca3（kvar）式
27、中Sca3变压器低压母线上的计算负荷（kVA）。32325. 确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷P Pca5ca5PPca4ca4+P+P4m4mQ Qca5ca5QQca4ca4+Q+Q4m4mP P4m4m、Q Q4m4m车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。33336. 确定总降压变电所出线上的计算负荷确定总降压变电所出线上的计算负荷P Pca6ca6=P=Pca5ca5+ +PPL LPPca5ca5Q Qca6ca6=Q=Qc
28、a5ca5+ +QQL L QQca5ca5S Sca6ca6SSca5ca5PPL L、QQL L高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路功率损耗小，故可忽略不计。故可忽略不计。计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。开关设备。34347. 确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷P Pca7ca7 P Pcaca Q Qca7ca7 Q Qcaca 注意注意：如果在总降压变电所：如果在总降压变电所10kV10kV二次母线侧采用高压电容器二次母线侧
29、采用高压电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Q Qca7ca7时，应减去补偿设时，应减去补偿设备的容量备的容量Q Qc7c7 ，即，即Q Qca7ca7 Q Qcaca - -Q Qc7c7计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。选择总降压变电所主变压器容量。35358确定全厂总计算负荷确定全厂总计算负荷P Pca8ca8P Pca7ca7+P+PT TQ Qca8ca8Q Qca7ca7+Q+QT T 计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电计算目的：全厂总计算负荷的数值可作
30、为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。 3636例例3.3.13.3.1一机修车间的一机修车间的380V380V线路上，接有金属切削机床电动机线路上，接有金属切削机床电动机2020台共台共50kW50kW；另接通风机另接通风机3 3台共台共5kW5kW；电葫芦电葫芦4 4个共个共6kW6kW（FCFCN N =40%=40%）试求计算负荷。试求计算负荷。解：解：冷冷 加加 工工 电电 动动 机机 组组 ： 查查 附附 录录 表表
31、3 3可可 得得 K Kd d=0.160.2=0.160.2（ 取取 0.20.2） ，coscos =0.5=0.5，tantan =1.73=1.73，因此，因此P Pca(1)ca(1)= =K Kd dPPe e=0.2=0.250=10(kW)50=10(kW)Q Qca(1)ca(1)=P=Pca(1)ca(1)tantan wmwm= =101.73=17.3(101.73=17.3(kvarkvar) )SSca(1)ca(1)=P=Pca(1)ca(1)/cos/cos wmwm= =10/0.5=20(kVA)10/0.5=20(kVA)通通风风机机组组： 查查附附录录表
32、表3 3可可得得K Kd d=0.70.8=0.70.8（取取0.80.8），coscos =0.8=0.8，tantan =0.75=0.75，因此，因此P Pca(2)ca(2)= =K Kd dPPe e=0.8=0.85=4(kW)5=4(kW)Q Qca(2)ca(2)=P=Pca(2)ca(2)tantan wmwm= =40.75=3(40.75=3(kvarkvar) )S Sca(2)ca(2)=P=Pca(2)ca(2)/cos/cos wmwm= =4/0.8=5(kVA)4/0.8=5(kVA)3737电电葫葫芦芦：由由于于是是单单台台设设备备，可可取取K Kd d=1
33、=1，查查附附录录表表3 3可可得得coscos =0.5=0.5，tantan =1.73=1.73，因此因此P Pca(3)ca(3)=P Pe e= =3.79=3.79(kW)3.79=3.79(kW)Q Qca(3)ca(3)=P=Pca(3)ca(3)tantan wmwm= =3.791.73=6.56(kvar)3.791.73=6.56(kvar)SSca(3)ca(3)=P=Pca(3)ca(3)/cos/cos wmwm= =3.79/0.5=7.58(kVA)3.79/0.5=7.58(kVA)取同时系数取同时系数 为为0.90.9，因此总计算负荷为，因此总计算负荷为P
34、ca()Pca=0.9（10+4+3.79）=16.01(kW)Qca()Qca=0.9（17.3+3+6.56）=24.17(kW)3838为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中为了使人一目了然，便于审核，实际工程设计中常采用计算表格形式，如下表所示。常采用计算表格形式，如下表所示。28.9924.1716.01取=0.926.8617.7924负荷总计7.586.563.791.730.513.79（=25%）1电葫芦35340.750.80.853通风机组22017.3101.730.50.25020机床组1Sca(kVA)Qca(kVar)Pca(kW)计算负荷tancosKd设备
35、容量（kW）台数用电设备组名称序号返回目录39393.4功率损耗与电能损耗3.4.1 供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗 在实际工作中，常根据计算负荷来求线路的功率损耗，即在实际工作中，常根据计算负荷来求线路的功率损耗，即最大功率损耗，故三相线路的有功功率损耗最大功率损耗，故三相线路的有功功率损耗P PL L和无功功率损和无功功率损耗耗Q QL L可分别按下式计算：可分别按下式计算： 式中式中 I Icaca线路中的计算电流，线路中的计算电流，A A； R R线路每相电阻线路每相电阻 ，等于单位长度的电阻等于单位长度的电阻R R0 0乘以长度乘以长度L L； X X线路每相电抗线路每相电抗
36、，等于单位长度的电抗等于单位长度的电抗X X0 0乘以长度乘以长度L L。 4040上式如用线路的计算功率上式如用线路的计算功率P Pcaca、Q Qcaca及及S Scaca表示时，则表示时，则式中式中 U UN N三相供电线路的额定电压，三相供电线路的额定电压，kVkV。41413.4.2 变压器的功率损耗变压器的功率损耗变压器的功率损耗包括有功功率损耗变压器的功率损耗包括有功功率损耗P PT T和无功和无功功率损耗功率损耗Q QT T。变压器的有功功率损耗由两部分组成变压器的有功功率损耗由两部分组成：一部分是变压器在额定电压一部分是变压器在额定电压U UN N时不变的空载损耗时不变的空载
37、损耗P P0 0，也就是铁损也就是铁损P PFeFe；另一部分是随负荷而变化的另一部分是随负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗绕组损耗，即有载损耗P Pl l，也就是铜损也就是铜损P PCuCu。变压变压器的短路损耗器的短路损耗P Pk k可认为是额定电流下的铜损可认为是额定电流下的铜损P PCuCuNN。4242由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，所以变压器在计算负荷所以变压器在计算负荷S Scaca下的有功功率损耗下的有功功率损耗P PT T为：为：式中式中 S Scaca变压器低压侧的计算负荷，变压器低压侧的计算负荷，kVAkVA；S SNTN
38、T变压器额定容量，变压器额定容量，kVAkVA； P P0 0变压器空载有功损耗，变压器空载有功损耗，kWkW； P Pk k变压器有功短路损耗，变压器有功短路损耗，kWkW。 4343n n变压变压器的无功功率器的无功功率损损耗也由两部分耗也由两部分组组成成：一部分是变压器空载时不变的无功损耗一部分是变压器空载时不变的无功损耗Q Q0 0，另另一部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功一部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗。所以变压器在计算负荷损耗。所以变压器在计算负荷S Scaca下的无功功率损耗下的无功功率损耗Q QT T为：为：式中式中变压器空载时的无功损耗，变压器空载
39、时的无功损耗，kvarkvar；变压器额定负荷时的无功损耗，变压器额定负荷时的无功损耗，kvarkvar；变压器空载电流的百分值；变压器空载电流的百分值；变压器阻抗电压的百分值。变压器阻抗电压的百分值。 44443.4.3 供供电系系统的的电能能损耗耗1供电线路年电能损耗的计算供电线路年电能损耗的计算式中式中按计算负荷求得的线路最大功率损耗；按计算负荷求得的线路最大功率损耗； 年最大负荷损耗时间（小时数）。年最大负荷损耗时间（小时数）。 的含义是：线路连续通过计算负荷所产生的电能损耗与实际负荷的含义是：线路连续通过计算负荷所产生的电能损耗与实际负荷在全年内所产生的电能损耗恰好相等所需要的时间，
40、称为年最在全年内所产生的电能损耗恰好相等所需要的时间，称为年最大负荷损耗时间，它与大负荷损耗时间，它与T Tmaxmaxaa以及功率因数有关。以及功率因数有关。 45452.2.变压器年电能损耗的计算变压器年电能损耗的计算变压器空载不变的功率损耗所引起的年电能损耗与变压器空载不变的功率损耗所引起的年电能损耗与接电时间接电时间T Tonon（近似取近似取8760h8760h）有关，即：有关，即：WWT0T0= =P P0 0T Tonon随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗为：为： 变压器总的年电能损耗为：变压器总的年电能损耗为：46463.4
41、.4 企业年电能需要量企业年电能需要量企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的电能，它是企业供电设计的重要指标之一。若已知企电能，它是企业供电设计的重要指标之一。若已知企业的年负荷曲线如图所示，则负荷曲线下的面积即为业的年负荷曲线如图所示，则负荷曲线下的面积即为企业有功年电能需要量企业有功年电能需要量WWa a。但实际上，负荷随时都在变动，通常用一个等值但实际上，负荷随时都在变动，通常用一个等值的矩形面积来代替负荷曲线下的面积。的矩形面积来代替负荷曲线下的面积。 返回目录47473.5变电所中变压器台数与容量的选择3.5.1 车间变电所变压器台数与容
42、量的选择车间变电所变压器台数与容量的选择 n n对于一般生产车间，尽量装设一台变压器，其额定容对于一般生产车间，尽量装设一台变压器，其额定容量应大于用电设备的总计算负荷，且应有适当富裕容量应大于用电设备的总计算负荷，且应有适当富裕容量。量。n n 对于有对于有一、一、二级负荷的车间，要求两个电源供电时，二级负荷的车间，要求两个电源供电时，应选用两台变压器，每台变压器容量应能承担全部一、应选用两台变压器，每台变压器容量应能承担全部一、二级负荷的供电。如果与相邻车间有联络线时，当车二级负荷的供电。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电所出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线间变电所出现故障时，其一、
43、二级负荷可通过联络线保证继续供电，亦可只选用一台变压器。保证继续供电，亦可只选用一台变压器。 4848n n对于随季节变动较大的负荷，为了使运行经济，减少对于随季节变动较大的负荷，为了使运行经济，减少变压器空载损耗，也宜采用两台变压器，以便在低谷变压器空载损耗，也宜采用两台变压器，以便在低谷负荷时，切除一台。负荷时，切除一台。n n凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独投入凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独投入运行时，必须能满足变电所总计算负荷运行时，必须能满足变电所总计算负荷70%70%的需要和的需要和一、二级负荷的需要。一、二级负荷的需要。 49493.5.2 企业总降变电所主
44、变压器的选择企业总降变电所主变压器的选择 对第三级负荷供电的总降变电所，或者有少量一、对第三级负荷供电的总降变电所，或者有少量一、二级负荷，但可由邻近企业取得备用电源时，可只装二级负荷，但可由邻近企业取得备用电源时，可只装设一台主变压器；其额定容量应大于企业全部车间变设一台主变压器；其额定容量应大于企业全部车间变电所计算负荷的总和，并考虑电所计算负荷的总和，并考虑15%15%25%25%的富裕。的富裕。 当企业中一、二级负荷占全部负荷比重较大时，当企业中一、二级负荷占全部负荷比重较大时，应装设两台主变压器，两台主变压器之间互为备用。应装设两台主变压器，两台主变压器之间互为备用。当一台出现事故或
45、检修时，另一台能承担全部一、二当一台出现事故或检修时，另一台能承担全部一、二级负荷。级负荷。 50503.5.3 变压器的经济运行变压器的经济运行 所谓变压器的经济运行，是指变压器在功率损耗所谓变压器的经济运行，是指变压器在功率损耗最小的情况下的运行方式。这样使电能损耗最小，运最小的情况下的运行方式。这样使电能损耗最小，运行费用最低。行费用最低。 如果把无功损耗归算为有功损耗，则变压器在实如果把无功损耗归算为有功损耗，则变压器在实际负荷际负荷S S下，其总的功率损耗可由下式求得：下，其总的功率损耗可由下式求得：式中式中K Kr r为无功功率经济当量。它的意义是指供电系统为无功功率经济当量。它的
46、意义是指供电系统中每增加中每增加1kvar1kvar的无功损耗，相当于有功损耗增加的千的无功损耗，相当于有功损耗增加的千瓦数，此值通常取瓦数，此值通常取0.060.060.1kW/kvar0.1kW/kvar。 5151现假设变电所有两台同型号同容量的变压器，当现假设变电所有两台同型号同容量的变压器，当其中一台变压器运行时，它承担所有的负荷其中一台变压器运行时，它承担所有的负荷S S；当两当两台变压器同时并列运行时，每台承担负荷台变压器同时并列运行时，每台承担负荷S/2S/2。求出两种运行方案归算以后的功率损耗，并分别求出两种运行方案归算以后的功率损耗，并分别绘出随负荷而变化的曲线。绘出随负荷
47、而变化的曲线。5252两条曲线交于两条曲线交于n n点，它所对应的负荷称为变压器经点，它所对应的负荷称为变压器经济运行的临界负荷济运行的临界负荷ScrScr。 5353同理，如果变电所装设同容量多台变压器，根据同理，如果变电所装设同容量多台变压器，根据n n台和台和n+1n+1台两种运行方式总有功损耗相等的原则，可台两种运行方式总有功损耗相等的原则，可求出其临界负荷值：求出其临界负荷值：显然，实际负荷小于显然，实际负荷小于S Scrcr应取应取n n台运行，大于台运行，大于S Scrcr则取则取n+1n+1台运行。台运行。返回目录54543.6功率因数与无功功率补偿3.6.1 功率因数的计算功
48、率因数的计算（1 1）瞬时功率因数瞬时功率因数瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：式中：P P功率表测出的三相功率读数（功率表测出的三相功率读数（kWkW）；）；U U电压表测出的线电压读数（电压表测出的线电压读数（kVkV）；）；I I电流表测出的相电流读数（电流表测出的相电流读数（A A）。）。瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况变化情况。 5555（2 2）平均功率因数平均功率因数平均功率因数
49、指某一规定时间内，功率因数的平平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为均值。其计算公式为式中：式中： WWa a-某一时间内消耗的有功电能（某一时间内消耗的有功电能（kWhkWh）；）；由有功电由有功电度表读出。度表读出。WWr r-某一时间内消耗的无功电能（某一时间内消耗的无功电能（kvarkvarhh）；）；由无功电由无功电度表读出。度表读出。我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。入生产的工业企业的功率因数
50、。 5656对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法：方法：式中：式中： P Pcaca-全企业的有功功率计算负荷，全企业的有功功率计算负荷，kWkW；Q Qcaca-全企业的无功功率计算负荷，全企业的无功功率计算负荷，kvarkvar；-有功负荷系数，一般为有功负荷系数，一般为0.70.750.70.75；-无功负荷系数，一般为无功负荷系数，一般为0.760.820.760.82。 5757（3 3）最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。根
51、据功率因数的定义可以分别负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分别写出：写出： 式中：式中：P Pcaca全企业的有功功率计算负荷，全企业的有功功率计算负荷，kWkW；Q Qcaca全企业的无功功率计算负荷，全企业的无功功率计算负荷，kvarkvar；S Scaca全企业的视在计算负荷，全企业的视在计算负荷，kVAkVA。 58583.6.2 3.6.2 功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响（1 1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备
52、、气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用增大了初投资费用。（2 2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗损耗。（3 3）线路的电压损耗增大线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。及其它用电设备的正常运行。（4 4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。综上可知综上可知, ,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，因此，必须设法提高电
53、力网中各种有关部分的功率因数。目前因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标。供电系统的一项重要的经济指标。 59593.6.3 功率因数的改善功率因数的改善（1 1）提高自然功率因数提高自然功率因数提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有：备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有： 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；正确选用感应电动机的
54、型号和容量，使其接近满载运行； 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； 电力变压器不宜轻载运行；电力变压器不宜轻载运行； 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； 使用无电压运行的电磁开关。使用无电压运行的电磁开关。 6060（2 2） 人工补偿无功功率人工补偿无功功率 当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到仍不能达到供用电规则供用电规
55、则所要求的数值时，就需要设置专所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。n n人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：并联电容器补偿并联电容器补偿同步电动机补偿同步电动机补偿动态无功功率补偿动态无功功率补偿 6161用静电电容器用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿作无功补偿以提高功率因数，以提高功率因数，是目前工业企业内广泛是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置应用的一种补偿装置。n n电力电容器的补偿容量可用下式确定电力电容器的补偿容量可用下式确定Q Q
56、c c= =P Pavav（tantan 1 1-tan-tan 2 2）=P Pcaca（tantan 1 1-tan-tan 2 2）式中：式中：P Pcaca最大有功计算负荷，最大有功计算负荷，kWkW； 月平均有功负荷系数；月平均有功负荷系数；tantan 1 1、tantan 2 2补偿前、后平均功率因数角的正切值。补偿前、后平均功率因数角的正切值。6262在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑到到实际运行电压可能与额定电压不同实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的，电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正：实
57、际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正：式中：式中：Q QN N电容器铭牌上的额定容量，电容器铭牌上的额定容量，kvarkvar；Q Qe e电容器在实际运行电压下的容量，电容器在实际运行电压下的容量，kvarkvar；U UN N电容器的额定电压，电容器的额定电压，kV;kV;U U电容器的实际运行电压，电容器的实际运行电压，kVkV。例如将例如将YY10.5-10-1YY10.5-10-1型高压电容器用在型高压电容器用在kVkV的工厂变电所中作无功补偿设的工厂变电所中作无功补偿设备，则每个电容器的无功容量由额定值备，则每个电容器的无功容量由额定值10kvar10kvar降低为：降低为
58、：显然除了在不得已的情况下，这种降压使用的做法应避免。显然除了在不得已的情况下，这种降压使用的做法应避免。6363在确定总补偿容量在确定总补偿容量Q Qc c之后，就可根据所选并联电之后，就可根据所选并联电容器单只容量容器单只容量Q Qc1c1决定并联电容器的个数：决定并联电容器的个数：n=Qn=Qc c/Q/Qc1c1由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数。若为大的整数。若为单相单相电容器电容器, ,则应取则应取3 3的整数倍的整数倍, ,以便以便三相均衡分配三相均衡分配。6464三相电容器，通常在其内部接成三角形三相电容器，通常在其内部
59、接成三角形，单相电，单相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压时，才接成星形接线。时，才接成星形接线。相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的三倍三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器线可节约电容值三分二，因此在实际工作
60、中，电容器组多接成三角形接线。组多接成三角形接线。 6565用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。组（分散）补偿和集中补偿三种。n n个别补偿个别补偿 将电容器直接安装在吸取无功功率的用电将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近；设备附近；n n分组（分散）补偿分组（分散）补偿 将电容器组分散安装在各车间配将电容器组分散安装在各车间配电母线上；电母线上；n n集中补偿集中补偿 指电容器组集中安装在总降压变电所二次指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧（侧（610kV610kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧侧）或变配
61、电所的一次侧或二次侧（610kV610kV或或380V380V侧）。侧）。在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数补偿到规定标准补偿到规定标准。 6666例例3.6.13.6.1 某工厂的计算负荷为某工厂的计算负荷为2400kW2400kW，平均功率因数为平均功率因数为0.670.67。根。根据规定应将平均功率因数提高到据规定应将平均功率因数提高到0.90.9（在（在10kV10kV侧固定补偿），如侧固定补偿），如果采用果采用BWF-10.5-40-1BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？并计算补偿型并联电容器，需装设多少个？并计算补
62、偿后的实际平均功率因数。（取平均负荷系数后的实际平均功率因数。（取平均负荷系数=0.75=0.75） 解解tantan 1 1=tan(arccos0.67)=1.108=tan(arccos0.67)=1.108tantan 2 2=tan(arccos0.9)=0.484=tan(arccos0.9)=0.484Q Qc c= =P Pavav（tantan 1 1-tan-tan 2 2）=0.752400(1.108-0.484)=1122.66(kvar)=0.752400(1.108-0.484)=1122.66(kvar)n=Qn=Qc c/ /QQc1c1=1122.66/4030=1122.66/4030( (个个) )，每相装设，每相装设1010个。个。此时的实际补偿容量为此时的实际补偿容量为303040=1200(kvar)40=1200(kvar)，所以补偿后实际平均，所以补偿后实际平均功率因数为功率因数为返回目录6767
