工廠電力能源負(fù)荷及其計算培訓(xùn)講義

第2章工廠電力負(fù)荷及其計算主要內(nèi)容工廠電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定工廠計算負(fù)荷與年耗電量的計算尖峰電流及其計算重點、難點了解：?工廠電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線相關(guān)概念理解：尖峰電流及其計算掌握：?三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定-----需要系數(shù)法?單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定工廠計算負(fù)荷與年耗電量的計算---逐級計算法重點：三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定工廠計算負(fù)荷與年耗電量的計算難點2.1工廠電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線2.1.1負(fù)荷分級與可靠性要求

按GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,根據(jù)其對供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級：

一級負(fù)荷：中斷供電將造成人身傷亡；將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。雙獨立電源供電一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，還須增設(shè)應(yīng)急電源。常用的應(yīng)急電源有：1)獨立于正常電源的發(fā)電機組；2)供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門供電線路；3)蓄電池；4)干電池。二級負(fù)荷：中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。兩回路供電或?qū)Ｓ秒娫垂╇姡ㄒ桓芸站€或兩條電纜）三級負(fù)荷：不重要的一般負(fù)荷。單電源電力負(fù)荷(電力負(fù)載):用電設(shè)備和用戶耗用的功率和電流大小。(或耗用電能的用電設(shè)備和用戶)。

2.1.2工廠常用的用電設(shè)備及工作制1.生產(chǎn)加工機械的拖動設(shè)備

2．電焊和電鍍設(shè)備

3．電熱設(shè)備4．照明設(shè)備

連續(xù)運行工作制：短時運行工作制：斷續(xù)周期工作制：是指工作時間較長，連續(xù)運行的用電設(shè)備。>1~2h是指工作時間很短，停歇時間相當(dāng)長的用電設(shè)備的工作制。半小時以下。是指有規(guī)律性的時而工作、時而停歇，反復(fù)運行的用電設(shè)備的工作制。周期不超過10分，如：通風(fēng)機、壓縮機、各種電爐、機床、照明等如吊車用電動機、電焊用變壓器等。如金屬切削機床用的輔助機械（橫梁升降、刀架快速移動裝置等）、水閘用電機等。用電設(shè)備的工作制可分為：周期性工作，運行時溫度達不到允許溫升，停止時降不到環(huán)境溫度，但從長時看可達到允許溫升為表征其斷續(xù)周期的特點，用整個工作周期里的工作時間與全周期時間之比，即用負(fù)荷持續(xù)率（FC）表示：式中——工作時間；——停歇時間；——整個周期時間，不應(yīng)超過10min.生產(chǎn)加工機械的拖動設(shè)備是機械加工類工廠的主要用電設(shè)備，也是工廠電力負(fù)荷的主要組成部分，可分為機床設(shè)備和起重運輸設(shè)備兩種：

機床設(shè)備:工廠金屬切削和金屬壓力加工的主要設(shè)備，這些設(shè)備的動力，一般都由異步電動機供給，根據(jù)工件加工需要，有的機床上可能有幾臺甚至十幾臺電動機，這些電動機一般都要求能長期連續(xù)工作，電動機的總功率可以從幾百瓦到幾十千瓦不等。

起重運輸設(shè)備:是工廠中起吊和搬運物料、運輸客貨的重要工具

空壓機、通風(fēng)機、水泵等也是工廠常用的輔助設(shè)備，它們的動力都由異步電動機供給，工作方式屬于長期連續(xù)工作方式，設(shè)備的容量可以從幾千瓦到幾十千瓦，單臺設(shè)備的功率因數(shù)在0.8以上。電焊設(shè)備是車輛、鍋爐、機床等制造廠的主要用電設(shè)備，在中小型機械類工廠中通常只作為輔助加工設(shè)備，負(fù)荷量不會太大。

電焊:包括1)利用電弧的高溫進行焊接的電弧焊;2)利用電流通過金屬連接處產(chǎn)生的電阻高溫進行焊接的電阻焊（接觸焊）;3)利用電流通過熔化焊劑產(chǎn)生的熱能進行焊接的電渣焊等。

電焊機的工作特點是：

1.工作方式呈一定的周期性，工作時間和停歇時間相互交替。2.功率較大，380V單臺電焊機功率可達400kVA，三相電焊機功率最大的可達1000kVA以上。3.功率因數(shù)很低，電弧焊機的功率因數(shù)為0.3～0.35，電阻焊機的功率因數(shù)為0.4～0.85。4.一般電焊機的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動。電鍍設(shè)備

電鍍的作用是防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或?qū)щ娦缘龋珏冦~、鍍鉻。另外，塑料、陶瓷等非金屬零件表面，經(jīng)過適當(dāng)處理形成導(dǎo)電層后，也可以進行電鍍。電鍍設(shè)備的工作特點是：1.工作方式是長期連續(xù)工作的。2.供電采用直流電源，需要晶閘管整流設(shè)備。3.容量較大，功率從幾十千瓦到幾百千瓦，功率因數(shù)較低，為0.4～0.62。電熱設(shè)備按其加熱原理和工作特點可分為：電阻加熱爐電弧爐感應(yīng)爐其他加熱設(shè)備用于各種零件的熱處理；用于礦石熔煉、金屬熔煉；用于熔煉和金屬材料熱處理；包括紅外線加熱設(shè)備、微波加熱設(shè)備和等離子加熱設(shè)備等。中小型機械類工廠的電熱設(shè)備一般較簡單。電熱設(shè)備的工作特點是：1.工作方式為長期連續(xù)工作方式。2.電力裝置一般屬二級或三級負(fù)荷。3.功率因數(shù)都較高，小型的電熱設(shè)備可達到1。照明設(shè)備

電氣照明:是工廠供電的重要組成部分，合理的照明設(shè)計和照明設(shè)備的選用是工作場所得到良好的照明環(huán)境的保證。常用的照明燈具有：白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、鎢鹵化物燈和單燈混光燈等。照明設(shè)備的工作特點：1.工作方式屬長期連續(xù)工作方式。2.除白熾燈、鹵鎢燈的功率因數(shù)為1外，其他類型的燈具功率因數(shù)均較低。3.照明負(fù)荷為單相負(fù)荷，單個照明設(shè)備容量較小。4.照明負(fù)荷在工廠總負(fù)荷中所占比例通常在10%左右。工廠用電負(fù)荷的分類序號車間用電設(shè)備負(fù)荷級別1金屬加工車間價格昂貴、作用重大、稀有的大型數(shù)控機床一級價格貴、作用大、數(shù)量多的數(shù)控機床二級2鑄造車間沖天爐鼓風(fēng)機、30t及以上的澆鑄起重機二級3熱處理車間井式爐專用淬火起重機、井式爐油槽抽油泵二級4鍛壓車間鍛造專用起重機、水壓機、高壓水泵、油壓機二級5電鍍車間大型電鍍用整流設(shè)備、自動流水作業(yè)生產(chǎn)線二級6模具成型車間隧道窯鼓風(fēng)機、卷揚機二級7層壓制品車間壓塑料機及供熱鍋爐二級8線纜車間冷卻水泵、鼓風(fēng)機、潤滑泵、高壓水泵、水壓機、真空泵、液壓泵、收線用電設(shè)備、漆泵電加熱設(shè)備二級9空壓站單臺60m3/min以上空壓機二級有高位油箱的離心式壓縮機、潤滑油泵二級離心式壓縮機潤滑油泵一級2.1.3負(fù)荷曲線的基本概念負(fù)荷曲線電力負(fù)荷隨時間變化的曲線。反映用電過程用電高峰和低谷。負(fù)荷曲線分類：按負(fù)荷對象分，有工廠的、車間的或某臺設(shè)備的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷的功率性質(zhì)分，有有功和無功負(fù)荷曲線；按負(fù)荷變動的時間分，有年的、月的、日的和工作班的負(fù)荷曲線；按繪制方式分，有依點連成的負(fù)荷曲線和梯形負(fù)荷曲線，日負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線是電力負(fù)荷隨時間變化的圖形。一、日負(fù)荷曲線：負(fù)荷在一晝夜間（0-24h）變化情況。制作：（1）以某個監(jiān)測點為參考點，在24h中各個時刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點繪制而成折線形狀，稱折線形負(fù)荷曲線。（2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時間間隔（一般為半小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點畫在坐標(biāo)上，把這些點連成階梯狀的是階梯形負(fù)荷曲線。圖2-1日有功負(fù)荷曲線a)依點連成的負(fù)荷曲線b)依點繪成梯形的負(fù)荷曲線

二、持續(xù)負(fù)荷曲線

年負(fù)荷曲線兩種:年運行負(fù)荷曲線年持續(xù)負(fù)荷曲線。年運行負(fù)荷曲線：可根據(jù)全年日負(fù)荷曲線間接制成。

年持續(xù)負(fù)荷曲線：其繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線。年持續(xù)負(fù)荷曲線繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負(fù)荷曲線，圖中P2在年負(fù)荷曲線上所占的時間計算為

T2=200t2+165t2，。其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況核定。北方：冬季200天，夏季165天南方：夏季200天，冬季165天圖2-2

年負(fù)荷持續(xù)時間曲線的繪制（a）夏季日負(fù)荷曲線

（b）冬季日負(fù)荷曲線

（c）年負(fù)荷持續(xù)時間曲線是按全年每日的最大負(fù)荷（通常取每日的最大負(fù)荷半小時平均值）繪制的.三.年每日最大負(fù)荷曲線日期（日/月）Pmax1/131/12同行業(yè)、同規(guī)模的企業(yè)，負(fù)荷曲線相似，可從已建好的企業(yè)了解其最大負(fù)荷、用電量等參數(shù)?？梢詮闹蝎@得一些對設(shè)計和運行有用的資料。因此負(fù)荷曲線對于從事工廠供電設(shè)計和運行的人員來說，都是很必要的。2.1.4與負(fù)荷曲線和負(fù)荷計算有關(guān)的物理量1）年最大負(fù)荷(半小時最大負(fù)荷P30)年負(fù)荷曲線中最大負(fù)荷。即全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的30分鐘的平均功率Pmax

年最大負(fù)荷持續(xù)運行Tmax所消耗的電能，恰等于全年實際消耗電能。

Tmax稱為年最大負(fù)荷利用小時。圖2-4年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時Wa為年實際消耗的電能量。

Tmax年最大負(fù)荷利用小時是反映電力負(fù)荷特征的一個重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系2）平均負(fù)荷電力負(fù)荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率。年平均負(fù)荷Pav,如圖2-4所示，陰影部分表示全年實際消耗的電能Wa，則：3）負(fù)荷系數(shù)年平均負(fù)荷與年最大負(fù)荷的比值。圖2-4

年平均負(fù)荷

（2）負(fù)荷系數(shù)KL

負(fù)荷系數(shù)是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無功負(fù)荷系數(shù)KrL，即有時也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無功負(fù)荷系數(shù)。一般工廠α=0.7~0.75，β=0.76~0.82注意：對單個用電設(shè)備或用電設(shè)備組，有：

2.2計算負(fù)荷的確定要保證供電系統(tǒng)安全可靠的工作，實際負(fù)荷電流通過系統(tǒng)各個元件產(chǎn)生的熱量引起的溫升應(yīng)不超過導(dǎo)體和電氣設(shè)備在規(guī)定使用期間內(nèi)長期工作的允許溫升。負(fù)荷計算目的求計算負(fù)荷的這項工作稱為負(fù)荷計算。負(fù)荷計算的內(nèi)容求計算負(fù)荷-----選擇變壓器、開關(guān)電器等求尖峰電流-----校驗電壓波動和選擇保護電器求一、二級負(fù)荷------確定備用電源或應(yīng)急電源求季節(jié)性負(fù)荷-----確定變壓器臺數(shù)和經(jīng)濟運行方式計算目的:為了正確的選擇線路的導(dǎo)線截面、變壓器的容量、開關(guān)電器、互感器等設(shè)備的額定參數(shù)。繼電保護裝置整定，運行方式的確定。

負(fù)荷計算目的：主要是確定“計算負(fù)荷”，常用方法：1、單位產(chǎn)品耗電法2、利用系數(shù)法3、二項式系數(shù)法：考慮了用電設(shè)備中幾臺功率較大的設(shè)備工作時對負(fù)荷影響的附加功率，計算結(jié)果往往偏大，一般適用于低壓配電支干線和配電箱的負(fù)荷計算。4、需要系數(shù)法------重點掌握。需要系數(shù)法比較簡便，使用廣泛。因該系數(shù)是按照車間以上的負(fù)荷情況來確定的，故適用于變配電所的負(fù)荷計算。計算負(fù)荷

根據(jù)發(fā)熱條件確定導(dǎo)體或設(shè)備的假想的負(fù)荷稱為計算負(fù)荷。（即持續(xù)30分鐘的負(fù)荷，可使導(dǎo)體達到穩(wěn)定溫升）

“計算負(fù)荷”通常用P30、Q30、S30、I30分別表示負(fù)荷的有功計算負(fù)荷、無功計算負(fù)荷、視在計算負(fù)荷和計算電流。單位產(chǎn)品耗電法1）已知單位產(chǎn)品耗電a（可查手冊），又知道工廠年產(chǎn)量A。則可估算工廠年耗電量。2）利用系數(shù)法利用系數(shù)

附加系數(shù)例如：汽車廠每生產(chǎn)一輛汽車耗電量為0.5kw，年產(chǎn)10萬輛，該廠年最大負(fù)荷為50000kw2.2.1需要系數(shù)法一、需要系數(shù)是計算負(fù)荷與設(shè)備總的額定負(fù)荷比值。為什么計算負(fù)荷不能用額定負(fù)荷，而要考慮需要系數(shù)呢？所有設(shè)備，工作方式不同，設(shè)備發(fā)熱不同，所有設(shè)備不一定同時工作，不都滿負(fù)荷，設(shè)備有損耗----效率，線路有損耗，因此，其消耗的功率不是額定值。需要系數(shù)需要系數(shù)的物理意義需要系數(shù)考慮了以下的主要因素：式中——同時使用系數(shù)，為在最大負(fù)荷工作班工作著的用電設(shè)備容量與接于線路中全部用電設(shè)備容量之比；——負(fù)荷系數(shù)，表示工作著的用電設(shè)備實際所需功率與全部用電設(shè)備投入容量之比；——線路效率；

——用電設(shè)備在實際運行時的效率。考慮上述影響用一綜合系數(shù)來表示。查手冊附表1二、設(shè)備容量的確定連續(xù)運行工作制短時運行工作制斷續(xù)周期工作制在參與負(fù)荷計算時，從發(fā)熱的觀點看，需將銘牌功率按上式換算統(tǒng)一規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率下的功率：對于起重機換算到=25%對于電焊機換算到=100%式中——名牌負(fù)荷持續(xù)率；——換算前銘牌額定功率，單位為KW。2.2.2三相計算負(fù)荷的確定單臺設(shè)備成組多組

查附表1PQS的取值對車間干線取對低壓母線由用電設(shè)備組計算負(fù)荷直接相加來計算由車間干線計算負(fù)荷直接相加來計算例題某機修車間380V線路，接有金屬冷加工機床用電動機7.5KW1臺，5KW電動機2臺，3.5KW電動機7臺；通風(fēng)機7.5KW2臺，5KW電動機7臺；非連鎖的運輸機械5KW電動機2臺，3.5KW電動機4臺，求各用電設(shè)備組和低壓干線上總計算負(fù)荷。解(1)查表可得冷加工機床Kd=0.16cos=0.5tg=1.73通風(fēng)機Kd=0.75cos=0.8tg=0.75運輸機械Kd=0.6cos=0.75tg=0.88(2)計算負(fù)荷冷加工機床通風(fēng)機運輸機械(3)低壓干線解:(1)冷加工機床：查附錄表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.2×50=10kWQc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar(2)通風(fēng)機：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kWQc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar例2-3一機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW，其中較大容量電動機有7.5kW2臺，4kW2臺，2.2kW8臺；另接通風(fēng)機1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。試求計算負(fù)荷（設(shè)同時系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。(3)電阻爐：因只1臺，故其計算負(fù)荷等于設(shè)備容量

Pc3=Pe3=2kW

Qc3=0(4)車間計算負(fù)荷：由負(fù)荷曲線平均負(fù)荷大容量電機起動產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷2.2.3二項式法

(1)單組用電設(shè)備的計算負(fù)荷式中，b、c為二項式系數(shù)；Pe∑是該組用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘浚籔x為x臺最大設(shè)備的總?cè)萘?當(dāng)用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù)n＜2x時，則最大容量設(shè)備臺數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當(dāng)只有一臺設(shè)備時，可認(rèn)為Pc=Pe；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。(2)多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷式中，（bPe∑）i為各用電設(shè)備組的平均功率Pe∑是各用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘浚籧Px為每組用電設(shè)備組中x臺容量較大的設(shè)備的附加負(fù)荷；（cPx）max為附加負(fù)荷最大的一組設(shè)備的附加負(fù)荷；

tgφmax為最大附加負(fù)荷設(shè)備組的功率因數(shù)角的正切值。解:求出各組的平均功率bPe和附加負(fù)荷cPx

（１）金屬切削機床電動機組查附錄表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，則

(bPe∑)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW

例2-3試用二項式法來確定一機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW，其中較大容量電動機有7.5kW2臺，4kW2臺，2.2kW8臺；另接通風(fēng)機1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。試求計算負(fù)荷.（２）通風(fēng)機組查附錄表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，則

(bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW（３）

電阻爐(bPe∑)3=2kW(cPx)3=0顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負(fù)荷(cPx)1最大，故總計算負(fù)荷為：Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW比較例2-2和例2-3的計算結(jié)果可知，按二項式法計算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果大得多。

可見二項式法更適用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計算。Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx）tgφ1

=(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar2.3單相設(shè)備計算負(fù)荷的確定企業(yè)也有單相負(fù)荷，如電焊機、電熱器、電爐、電燈等。2.3.1單相設(shè)備計算負(fù)荷的確定方法當(dāng)單相設(shè)備總?cè)萘啃∮谌嗫傌?fù)荷15%時，單相負(fù)荷就看成三相負(fù)荷，直接加；當(dāng)單相設(shè)備總?cè)萘看笥谌嗫傌?fù)荷15%，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算成三相容量，再與三相負(fù)荷相加；2.3.2單相負(fù)荷換算成三相負(fù)荷有三種情況1)單相設(shè)備接相電壓2)單相設(shè)備接線電壓只有一臺單相設(shè)備三相都有單相設(shè)備當(dāng)當(dāng)時當(dāng)時3)單相設(shè)備有接相電壓，有接線電壓也可近似為三倍最大相負(fù)荷單相設(shè)備有接相電壓，有接線電壓步驟：（1）線—相折算。（2）各相相加。（3）最大相乘以3。線—相折算公式有功功率無功功率PABP’AP’BA相B相A相B相功率換算系數(shù)相間負(fù)荷換算為相負(fù)荷的功率換算系數(shù)功率換算系數(shù)負(fù)荷功率因數(shù)0.350.40.50.60.70.80.91.0pAB-ApBC-BpCA-C1.271.171.00.890.80.720.640.5pAB-BpBC-CpCA-A-0.27-0.1700.110.20.280.360.5qAB-AqBC-BqCA-C1.050.860.580.380.220.09-0.05-0.29qAB-BqBC-CqCA-A1.631.441.160.960.80.670.530.29例題如圖示220/380V線路上，接有220V單相電熱干燥箱4臺，其中2臺10KW接于A相，1臺30KW接于B相，1臺20KW接于C相，另有380V單相對焊機4臺，其中2臺14KW（e=60%）接于AB相，1臺20KW（e=60%）接于BC相，1臺30KW（e=60%）接于CA相，試求線路的計算負(fù)荷。圖2-7例2-5的電路分析：有接相電壓，有接線電壓，因此應(yīng)先將線折算為相，各相相加，最大相乘3解1）電熱箱各相計算負(fù)荷查附表1各相計算負(fù)荷2）對焊機的各相計算負(fù)荷由于對焊機是短時重復(fù)工作制，應(yīng)將對焊機的容量換算到100%負(fù)載持續(xù)率。所以，查需要系數(shù)查表2-3有功計算負(fù)荷無功計算負(fù)荷3）各相總計算負(fù)荷最大相4）總的等效三相負(fù)荷2.4工廠計算負(fù)荷及年耗電量計算2.4.1工廠供電系統(tǒng)的功率損耗2.4.1.1線路損耗(補充)有功損耗RWL線路電阻無功損耗XWL線路阻抗2.4.1.2變壓器的損耗(補充)有功損耗無功損耗變壓器技術(shù)參數(shù)見附錄表5,P370變壓器功率損耗近似計算2.4.1.3工廠計算負(fù)荷的確定(一)按需要系數(shù)法確定工廠計算負(fù)荷將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘縋e（不計備用設(shè)備容量）乘上一個需要系數(shù)Kd，即得全廠的有功計算負(fù)荷，即全廠的無功計算負(fù)荷、視在計算負(fù)荷和計算電流，可分別按式(2-11)、式(2-12)和式(2-13)計算。(二)按年產(chǎn)量估算工廠計算負(fù)荷將工廠年產(chǎn)量A乘上單位產(chǎn)品耗電量

，就可得到工廠全年耗電量在求得工廠的年耗電量Wα后，除以工廠的年最大負(fù)荷利用小時Tmax，就可求出工廠的有功計算負(fù)荷其他計算負(fù)荷Q30、S30和I30的計算，與上述需要系數(shù)法相同。

(三)按逐級計算法確定工廠計算負(fù)荷⑴P305應(yīng)為其所有出線上的計算負(fù)荷P306等之和，再乘上同時系數(shù)K。⑵

P304要考慮線路WL2的損耗，因此P304=P305+PWL2⑶P303由P304等幾條干線上計算負(fù)荷之和乘以一個同時系數(shù)K而得。⑷P302還要考慮變壓器的損耗，因此P302=P303+PT+PWL1。⑸P301由P302等幾條高壓配電線路上計算負(fù)荷之和乘以一個同時系數(shù)K而得。對中小型工廠來說，廠內(nèi)高低壓配電線路一般不長，其功率損耗可略去不計。2.4.2無功功率補償2.4.2.1功率因數(shù)2.4.2.2提高功率因數(shù)意義可減小功率損耗可減小電壓損耗可提高電力系統(tǒng)的供電能力降低成本《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：COSφ大于等于0.9獎，低于此值罰。PSQ2.4.2.3工廠的功率因數(shù)功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它反映了供用電系統(tǒng)中無功功率消耗量在系統(tǒng)總?cè)萘恐兴嫉谋戎?，反映了供用電系統(tǒng)的供電能力。分類：概念：瞬時功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)自然功率因數(shù)總的功率因數(shù)工廠的功率因數(shù)計算1)瞬時功率因數(shù)運行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值2)平均功率因數(shù)某一規(guī)定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值3)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)配電系統(tǒng)運行在年最大負(fù)荷時的功率因數(shù)我國供電企業(yè)每月向用戶計取電費，就規(guī)定電費要按月平均功率因數(shù)的高低進行調(diào)整。如果平均功率因數(shù)高于規(guī)定值，可減收電費；而低于規(guī)定值，則要加收電費，以鼓勵用戶積極設(shè)法提高功率因數(shù)，降低電能損耗。

《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時的功率因數(shù)應(yīng)達到下列規(guī)定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置，通常采用并聯(lián)電容器進行補償。這里所指功率因數(shù)，即為最大負(fù)荷時功率因數(shù)。無功功率補償工廠中的用電設(shè)備多為感性負(fù)載，在運行過程中，除了消耗有功功率外，還需要大量的無功功率在電源至負(fù)荷之間交換，導(dǎo)致功率因數(shù)降低，給工廠供配電系統(tǒng)造成不利影響。4)自然功率因數(shù)用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補償裝置時的功率因數(shù)5)總的功率因數(shù)用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補償后的功率因數(shù)2.4.2.4提高功率因數(shù)的方法1、提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)：

1）正確的選擇、合理的使用電動機和變壓器。盡量選擇鼠籠型電動機。避免：空載、輕載運行。2）更換設(shè)備為節(jié)能設(shè)備，對大容量，長時工作的設(shè)備采用同步電動機，使其工作在過激狀態(tài)。2、人工補償提高功率因數(shù)

當(dāng)COSφ＜0.9時，采用人工補償法來提高功率因數(shù)，廣泛采用并聯(lián)電容器進行補償。

2.4.2.5電容器的選擇電容器無功容量的計算圖電容器（柜）臺數(shù)的確定需電容器臺數(shù)：每相所需電容器臺數(shù)：取其相等或稍大的偶數(shù)，因為變電所采用單母線分段式結(jié)線。QC圖2-9功率因數(shù)提高與無功功率、視在功率變化的關(guān)系(2-42)或(2-43)補償容量和補償后計算負(fù)荷的計算補償容量的計算補償后計算負(fù)荷的計算總的無功計算負(fù)荷補償后的視在計算負(fù)荷總的有功計算負(fù)荷P30不變在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補償裝置以后，由于低壓側(cè)總的視在負(fù)荷減小，從而可使變電所主變壓器容量選得小一些，一是可降低變電所的初投資，二是可減少工廠的電費開支.因為我國供電企業(yè)對工業(yè)用戶是實行的“兩部電費制”：一是基本電費:按所裝設(shè)的主變壓器容量來計費，規(guī)定每月按kVA容量大小交納電費，容量越大，交納的電費也越多，容量減小了，交納的電費就減少了。二是電能電費，按每月實際耗用的電能kW?h來計算電費，并且要根據(jù)月平均功率因數(shù)的高低乘一個調(diào)整系數(shù)。凡月平均功率因數(shù)高于規(guī)定值的，可減交一定百分率的電費。由此可見，提高工廠功率因數(shù)不僅對整個電力系統(tǒng)大有好處，而且對工廠本身也是有一定經(jīng)濟實惠的并聯(lián)電容器的補償方式單獨就地補償方式：

優(yōu)點：補償范圍大，補償效果最好缺點：投資大，利用率低。適用經(jīng)常運轉(zhuǎn)而容量大的感性用電設(shè)備。低壓分組補償方式：優(yōu)點：補償范圍較大，補償效果較好適用：車間變電所。工廠廣泛采用。高壓集中補償方式：優(yōu)點：初期投資少，便于集中管理，利用率高。缺點：補償效果差適用對象：6～10kV大中型工廠采用補償方式并聯(lián)電容器的型號并聯(lián)電容器的型號由文字和數(shù)字兩部分組成，型號各部分所表示的意義如下：□

□□□─□─□─□□│││││││└─R—內(nèi)有熔絲；TH—濕熱型││││││└───W—戶外型；無標(biāo)記—戶內(nèi)型│││││└─────相數(shù)：1—單相；3—三相││││└───────標(biāo)稱容量（kvar）│││└─────────額定電壓（kV）││└─────固體介質(zhì)：F—紙薄膜復(fù)合；M—全聚丙烯薄膜；無標(biāo)記—全電容紙│└─────────────液體介質(zhì)：Y—礦物油；W—十二烷基苯；G—苯甲基硅油；F—二芳基乙烷；B—異丙基聯(lián)苯└───────────────電容器類別：B—并聯(lián)電容器例如：BW0.4-12-1型即為單相戶內(nèi)型十二烷基苯浸漬的并聯(lián)電容器，額定電壓為0.4kV、容量為12kvar。電容器的聯(lián)接方式①三角形接法：優(yōu)點：1）經(jīng)濟2）斷線仍有補償，只是減少缺點：擊穿時造成兩相短路，易引起電容器爆炸。②星形接法：優(yōu)點：擊穿時，電流較小，較安全。缺點：經(jīng)濟性差斷線后沒有補償10kv設(shè)計規(guī)范：高壓電容器宜接成中點不接地星形，容量較小時（450kvar）接三角形低壓電容器接三角形。電容器運行維護

變配電所停電，應(yīng)切除電容器，以免來電時，母線電壓過高；

高壓電容器放電時間不小于5min，低壓放電不小于1min。殘壓50V以下。

電容器放電回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)，以免放電回路斷開，危及人身安全。

檢修時，切除電容器后應(yīng)用短接導(dǎo)線使其放電；

1000V以上的電容器應(yīng)采用電壓互感器放電。例2-6有一工廠修建10/0.4kV的車間變電所，已知車間變電所低壓側(cè)的視在功率Sc1為800kVA，無功計算負(fù)荷Qc1為540kvar，現(xiàn)要求車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，如果在低壓側(cè)裝設(shè)自動補償電容器，問補償容量需多少？補償后車間總的視在計算負(fù)荷（高壓側(cè)）降低了多少？解（1）補償前低壓側(cè)的有功計算負(fù)荷低壓側(cè)的功率因數(shù)

cosφ1=590.25/800=0.74

變壓器的功率損耗（設(shè)選低損耗變壓器）△PT=0.015Sc=0.015×800=12kW△QT=0.06Sc=0.06×800=48kvar

變電所高壓側(cè)總的計算負(fù)荷為

Pc2=Pc1+△PT=590.25+12=602.25kW

Qc2=Qc1+△QT=540+48=588kvar變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)為

cosφ=602.25/841.7=0.716(2)確定補償容量現(xiàn)要求在高壓側(cè)不低于0.9，而補償在低壓側(cè)進行，所以我們考慮到變壓器損耗，可設(shè)低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)為0.92，來計算需補償?shù)娜萘?/p>

Qcc=Pc1（tgφ1–tgφ2）

=590.25×（tgarccos0.74－tgarccos0.92）

=285.03kvar查附錄表2選BW0.4–14–1型電容器，需要的個數(shù)為

n=285.03/14=21個實際補償容量為Qcc=21×14=294kvar(3)補償后變電所低壓側(cè)視在計算負(fù)荷此時變壓器的功率損耗變電所高壓側(cè)總的計算負(fù)荷 △S=841.7–663.84=177.86kVA

變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)符合要求。如果結(jié)果小于0.9，則需重新計算，同時把一開始的設(shè)定值0.92取大一點，到cosφ＇的值滿足要求為止。通過上述計算可得：需補償?shù)娜萘繛?94kvar，補償后車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.904，高壓側(cè)的總視在功率減少了177.86kVA。補償前車間變電所變壓器容量應(yīng)選1000kVA，補償后選800kVA即滿足要求。2.4.3工廠年電能消耗量計算年有功電能消耗量年無功電能消耗量舉例某煤礦企業(yè)主要設(shè)備布置如圖所示，負(fù)荷大小及電壓見負(fù)荷統(tǒng)計表。要求設(shè)計變電所，向所有設(shè)備供電。壓風(fēng)機房10kv,250kw,380v,70kw副提升機10kv,550kw，380v,30kw主提升機10kv,800kw，380v,80kw下井10kv1500kw鍋爐房380v,70kw辦公樓380v,10kw機修廠380v,175kw矸石山380v,60kw通風(fēng)機10kv，580kw生產(chǎn)系統(tǒng)380v，270kw總降壓變電所中壓線路低壓線路電源高壓線路建立負(fù)荷統(tǒng)計表----逐級計算由設(shè)備布置和電壓可畫出供電圖負(fù)荷統(tǒng)計表主井提升副井提升通風(fēng)機壓風(fēng)機下井機修廠10kv35/10kv10/0.4kv10/0.4kv收集資料時將統(tǒng)計的負(fù)荷列表查需要系數(shù)表用需要系數(shù)法計算無功功率補償電容器臺數(shù)線路損耗若電源為95mm2的架空線全廠總計算負(fù)荷P=3285.3kwQ=2087.1kvarS=3892.2kva2.5尖峰電流的計算

尖峰電流Ipk是指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時最大負(fù)荷電流。原因:是由于電動機起動、電壓波動等原因引起的，尖峰電流比計算電流大的多。計算尖峰電流的目的:是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護裝置、計算電壓波動及檢驗電動機自起動條件等。

1、單臺用電設(shè)備供電的支線尖峰電流計算

尖峰電流就是用電設(shè)備的起動電流，即

Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設(shè)備的起動電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動電流倍數(shù)。2、給多臺用電設(shè)備供電的干線尖峰電流計算計算公式為：或式中，Istmax為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電流；（Ist－IN）max為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電流與額定電流電流之和；

K∑為上述n–1臺設(shè)備的同時系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選取，一般為0.7-1；Ic為全部設(shè)備投入運行時線路的計算電流。例2-5

有一380V配電干線，給三臺電動機供電，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，

Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。解：

Ist1–IN1=35–5=30AIst2–IN2=16–4=12AIst3–IN3=Kst3IN3–IN3=3×10–10=20A可見，（Ist–IN）max=30A，則Istmax=35A，取K∑=0.9，因此該線路的尖峰電流為

Ipk=K∑（IN2+IN3）+Istmax

=0.9×（4+10）+35=47.6A本章小結(jié)了解負(fù)荷計算的相關(guān)概念，如計算負(fù)荷、年最大負(fù)荷、年最大負(fù)荷利用小時等。掌握計算負(fù)荷的計算-------需要系數(shù)法掌握工廠計算負(fù)荷的確定負(fù)荷統(tǒng)計表-----逐級計算法無功補償例2-4

某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺、單相電加熱器2臺和380V單相對焊機6臺。電熱干燥箱20kW2臺接于A相，30kW1臺接于B相，10kW3臺接于C相；電加熱器20kW2臺分別接于B相和C相；對焊機14kW（ε=100%）3臺接于AB相，20kW（ε=100%）2臺接于BC相，46kW（ε=60%）1臺接于CA相。試求該線路的計算負(fù)荷。解:1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計算負(fù)荷

查附錄表1得Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計算有功計算負(fù)荷

A相PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kWB相PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kWC相PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW2.對焊機的各相計算負(fù)荷

查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02

查表2-4得

cosφ=0.7時pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2

qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設(shè)備容量，即

（1）各相的設(shè)備容量為A相PeA=pAB-APAB+pCA-APCA

=0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kWQeA=qAB-APAB+qCA-APCA=0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvarB相PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB

=0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kWQeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB

=0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvarC相PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC

=0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW

QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC

=0.22×35.63+--0.8×20×2=39.84kvar（2）各相的計算負(fù)荷為A相PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW

QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvarB相PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kWQcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvarC相PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW

QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar3.各相總的計算負(fù)荷（設(shè)同時系數(shù)為0.95）A相PcA=K∑（PcA1+PcA2）

=0.95×（28+14.26）=40.15kWQcA=K∑（QcA1+QcA2）

=0.95×（0+13.21）=12.55kvarB相PcB=K∑（PcB1+PcB2）

=0.95×（35+14.14）=46.68kWQcB=K∑（QcB1+QcB2）

=0.95×（0+14.84）=14.10kvar第二章復(fù)習(xí)思考題

2-1電力負(fù)荷按重要程度分哪幾級？各級負(fù)荷對供電電源有什么要求？

2-2工廠用電設(shè)備按其工作制分哪幾類?什么叫負(fù)荷持續(xù)率?它表征哪類設(shè)備的工作特性?2-3什么叫最大負(fù)荷利用小時?什么叫年最大負(fù)荷和年平均負(fù)荷?什么叫負(fù)荷系數(shù)?2-4什么叫計算負(fù)荷?為什么計算負(fù)荷通常采用半小時最大負(fù)荷?正確確定計算負(fù)荷有何意義?2-5確定計算負(fù)荷的需要系數(shù)法和二項式法各有什么特點?各適用于哪些場合?2-6在確定多組用電設(shè)備總的視在計算負(fù)荷和計算電流時,可否將各組的視在計算負(fù)荷和計算電流分別相加來求得?為什么?應(yīng)如何正確計算?2-7在接有單相用電設(shè)備的三相線路中，什么情況下可將單相設(shè)備與三相設(shè)備綜合按三相負(fù)荷的計算方法來確定計算負(fù)荷?2-8什么叫平均功率因數(shù)和最大功率因數(shù)?各如何計算?各有何用途?2-9為什么要進行無功功率補償?如何確定其補償容量?2-10什么叫尖峰電流?如何計算單臺和多臺設(shè)備的尖峰電流?第二章習(xí)題

2-1某大批生產(chǎn)的機械加工車間，擁有金屬切削機床電動機容量共800kW，通風(fēng)機容量共56kW，線路電壓為380V。試分別確定各組和車間的計算負(fù)荷、、和。

2-2某機修車間，擁有冷加工機床52臺，共200kW；行車1臺，共5.1kW(ε

=15%)；通風(fēng)機4臺，共5kW；點焊機3臺，共10.5kW(ε

=65%)。車間采用220/380V三相四線制（TN-C系統(tǒng)）配電。試確定該車間的計算負(fù)荷、、和。

2-3有一380V三相線路，供電給35臺小批生產(chǎn)的冷加工機床電動機，總?cè)萘繛?5kW，其中較大容量的電動機有7.5kW1臺，4kW3臺，3kW12臺。試分別用需要系數(shù)法和二項式法確定其計算負(fù)荷、、和。

2-4某實驗室擬裝設(shè)5臺220V單相加熱器，其中1kW的3臺，3kW的2臺。試合理分配上列各加熱器于220/380V線路上，并求其計算負(fù)荷、、和。

2-5某220/380V線路上，接有如表2-5所列的用電設(shè)備。試確定該線路的計算負(fù)荷、、和。表2-5習(xí)題2-5的負(fù)荷資料

2-6某廠變電所裝有一臺630kVA變壓器，其二次側(cè)(380V)的有功計算負(fù)荷為420kW，無功計算負(fù)荷為350kvar。試求此變電所一次側(cè)（10kV）的計算負(fù)荷及其功率因數(shù)。如果功率因數(shù)未達到0.9，問此變電所低壓母線上應(yīng)裝設(shè)多大并聯(lián)電容器的容量才能達到要求?4.5kW6kW3kW10.3kVA(ε=50％)17kVA(ε=100％)21kVA(ε=65％)單臺設(shè)備容量112211設(shè)備臺數(shù)CBACABCAB接入相序220V電熱箱380V單頭手動弧焊機設(shè)備名稱

2-7某電器開關(guān)廠(一班制生產(chǎn))共有用電設(shè)備5840kW。試估算該廠的計算負(fù)荷、、及其年有功電能消耗量和年無功電能消耗量。

2-8某廠的有功計算負(fù)荷為2400kW，功率因數(shù)為0.65?，F(xiàn)擬在工廠變電所10kV母線上裝設(shè)BWF10.5-30-1型并聯(lián)電容器，使功率因數(shù)提高到0.9。問需裝設(shè)多少個并聯(lián)電容器？裝設(shè)了并聯(lián)電容器以后，該廠的視在計算負(fù)荷為多少？比未裝設(shè)前視在計算負(fù)荷減少了多少？

2-9某車間有一條380V線路供電給表2-6所列5臺交流電動機。試計算該線路的計算電流和尖峰電流。（提示：計算電流在此可近似地按下式計算：，式中建議取為0.9。）1403416322766.3起動電流/A206.13032.410.2額定電流/AM5M4M3M2M1電動機參數(shù)表2-6習(xí)題2-9的負(fù)荷資料4、解：5臺單相電阻爐，在三相電路上的分配方案A相1臺3KWB相1臺3KWC相3臺1KW查表4.1取Kd=10.7cosφ=1.0tanφ=0Pe=3×2+1×3=9KWP30=Kd*Pe=0.7×9=6.3KWQ3=P30·tanφS30=P30/cosφ0S30=P30/cosφ==6.3KV.AI30===9.57A《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)