工厂的电力负荷、曲线及其计算

主要内容 介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制，重点介绍了确定用电设备组计算负荷的两种常用方法——需要系数法和二项式系数法。接着讲述了无功补偿的措施。另外还简要介绍了对供配电系统中各点负荷进行逐点计算的方法以及城市电网用电负荷预测的常用方法。

一、　工厂的电力负荷和负荷曲线　 1. 工厂常用的用电设备 2. 工厂用电设备的工作制 3. 负荷曲线

　　“电力负荷”又称电力负载，在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。

1.1 工厂常用用电设备 ①生产加工机械的拖动设备； ②电焊、电镀设备； ③电热设备； ④照明设备。

①. 生产机械的拖动设备 功能 机床设备 起重运输设备 金属切削 金属压力加工 起吊搬运物料 运输客货 车床 铣床 刨床 钻床 磨床 功能　 金属切削 金属压力加工 起吊搬运物料 运输客货 车床 铣床 刨床 钻床 磨床 组合机床 镗床 冲床 锯床 剪床 砂轮机 吊车 行车 输送机 电梯 自动扶梯 ①. 生产机械的拖动设备 生产机械的 拖动设备

②．电焊和电镀设备 电焊设备 电焊机的工作特点是： （1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。 （2）功率较大。 （3）功率因数很低。 （4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。 电焊设备

电镀设备 电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。 电镀设备的工作特点是： （1）工作方式是长期连续工作的。 （2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。 （3）容量较大，功率因数较低。

③．电热设备 电热设备的工作特点是： （1）工作方式为长期连续工作方式。 （2）电力装置一般属二级或三级负荷。 电阻加热炉 电弧炉 感应炉 其它电热设备 主要用于各种零件的热处理 主要用于矿石熔炼、金属熔炼 主要用于熔炼和金属材料热处理 红外线加热、微波加热和等离子加热等 电热设备的工作特点是： （1）工作方式为长期连续工作方式。 （2）电力装置一般属二级或三级负荷。 （3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。

④．照明设备 常用照明设备 照明设备的工作特点： 白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。 （1）工作方式属长期连续工作方式。 （2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。 （3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。 （4）照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。

1.2 电力负荷的分级 工厂电力负荷的分级 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、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的大量产品报废、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，当中断供电将发生中毒、爆炸、火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所不允许中断供电者， 为特别重要负荷。

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。 三级负荷 三级负荷为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷着均属于三级负荷。

双电源：指两路电源分别来自不同的发电厂；或一路电源来自发电厂，另一路电源来自区域变电站；或两路电源均来自不同的区域变电站。 双回路：指两路电源来自同一变电所的不同的母线分段。

各级电力负荷对供电电源的要求 一级负荷：双电源供电。 保证其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时损坏。 特别重要的负荷：除两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。 常用的应急电源：独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专门的馈电线路、蓄电池、干电池等。

二级负荷：双回路供电。 二级负荷也属于重要负荷，要求有两个回路供电，供电变压器也应有两台，当其中一回路或一台变压器出现故障时，二级负荷不应中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或当地供电困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。如采用电缆则必须采用两根电缆并列供电，每个电缆能承受全部二级负荷。 三级负荷对供电电源的要求 无特殊要求。

1.3 工厂用电负荷的分级 表2－1 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类 序 号 车 间 用 电 设 备 负荷级别 1 金属加工车间 1.3 工厂用电负荷的分级 表2－1 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类 序 号 车 间 用 电 设 备 负荷级别 1 金属加工车间 价格昂贵、作用重大，稀有的大型数控机床 一级 价格贵，作用大，数量多的数控机床 二级 2 铸造车间 冲天炉、鼓风机、30t及以上的浇铸起重机 三级 3 热处理车间 井式炉专用淬火起重机、井式炉油槽抽油泵 4 锻压车间 锻造专用起重机、水压机、高压水泵、油压机 5 电镀车间　 大型电镀用整流设备、自动流水作业生产线 6 模具成型车间 隧道窑鼓风机、卷扬机 7 层压制品车间 压塑机及供热锅炉 8 线缆车间 冷却水泵、鼓风机、润滑泵、高压水泵、水压机、真空泵、液压泵、收线用电设备、漆泵电加热设备 9 空压站 单台60m3/min以上空压机 有高位油箱的离心式压缩机、润滑油泵 离心式压缩机润滑油泵

2.1 工厂用电设备的工作制 能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。 2.1 工厂用电设备的工作制 能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。 长期连续工作制设备 这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。 短时工作制设备 这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等 反复短时工作制设备

通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）ε （2－1） 停歇时间 起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。 电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。

断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系 同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的ε下。

起重电动机 对起重电动机应统一换算到ε=25%，换算公式为： 换算后设备容量 设备铬牌暂载率 （2－2） （换算前）设备铬牌额定功率

电焊机设备 对电焊机设备，应统一换算到ε=100%，换算公式为： 设备铬牌功率因数 （2-3） 设备铬牌额定容量

例2-1 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA， ），车间有吊车1台11kW， ），试计算此车间的设备容量。

解：（1）金属切削机床的设备容量 金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：

（2）电焊机的设备容量 电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到 ，所以2台电焊机的设备容量：

（3）吊车的设备容量 吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到 ，所以1台吊车的容量为： (4) 车间的设备总容量为

2.2 负荷曲线 定义 分类 负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。 按负荷对象分 按负荷的功率性质分 工厂的的负荷曲线 车间的的负荷曲线 某台设备的负荷曲线 按负荷的功率性质分 有功负荷曲线 无功负荷曲线

按表示的时间分 年的负荷曲线 月的负荷曲线 日的负荷曲线 工作班的负荷曲线 按绘制方式分 依点连成的负荷曲线 梯形的负荷曲线

负荷曲线的绘制 负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。 图3.1 日有功负荷曲线 依点连成的负荷曲线 梯形负荷曲线 图3.1 日有功负荷曲线

图2.2 年负荷曲线 年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。 年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。 图2.2 年负荷曲线

与负荷曲线有关的参数 (1) 年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax 图2.3 年最大负荷和年平均负荷

年最大负荷Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷， 它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。 年最大负荷利用小时Tmax 假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。

Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数 负荷全年实际耗用电能 （2-4） Tmax是一个反映工厂负荷特征的重要参数 一班制工厂Tmax=1800～3000h 两班制工厂Tmax=3500～4800h 三班制工厂Tmax=5000～7000h

平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率 平均负荷Pav和年平均负荷 平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率 （2-5） 年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。 （2-6）

负荷系数 有功负荷系数α 通常取0.7～0.75 无功负荷系数β 通常取0.76～0.82

2.2 负荷计算的方法 2.2.1 概述 2.2.2 需要系数法 2.2.3 二项式法 2.2.4 单相用电设备的负荷计算 2.2 负荷计算的方法 2.2.1 概述 2.2.2 需要系数法 2.2.3 二项式法 2.2.4 单相用电设备的负荷计算 2.2.5 全厂计算负荷的确定

2.2.1 概述 “计算负荷” 是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。 PC----负荷的有功计算负荷 QC----负荷的无功计算负荷 SC---负荷的视在计算负荷 IC----负荷的计算电流

工程上为了取值和表达方便，将最大负荷P30作为计算负荷Pc。 负荷计算 是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。 工程上为了取值和表达方便，将最大负荷P30作为计算负荷Pc。

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需3—4τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其 τ大于等于10分钟，因此载流导体大约经过30分钟后可达到稳定温升。由此可见，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(亦既年最大负荷Pmax)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。之所以用P30代替PC是因为电气上的c 已经用来表示电容。所以，我们用P30、Q30、S30、I30来表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。

负荷计算方法 负荷计 算方法 需要系数法 二项式系数法 需要系数是按照车间以上的负荷 情况来确定的，适用于变、配电 所的负荷计算。 二项式系数法考虑了用电设备中 几台功率较大的设备工作时对负 荷影响的附加功率，一般适用于 低压配电支干线和配电箱的负荷 计算。 二项式系数法

表2.2 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数 用电设备组名称 需要系数Kd 二项式系数 最大容量设备台数 功率因数 a b 小批量生产金属冷加工机床 大批量生产金属冷加工机床 小批量生产金属热加工机床 大批量生产金属热加工机床 0.16～0.2 0.18～0.25 0.25～0.3 0.3～0.35 0.14 0.24 0.26 0.4 0.5 5 0.6 0.65 1.73 1.33 1.17 通风机、水泵、空压机 0.7～0.8 0.25 0.8 0.75 非联锁的连续运输机械 联锁的连续运输机械 0.5～0.6 0.65～0.7 0.2 0.88 锅炉房和机加、机修、装配车间的吊车 铸造车间吊车 0.1～0.15 0.15～0.25 0.06 0.09 0.3 3 自动装料电阻炉 非自动装料电阻炉 小型电阻炉、干燥箱 0.75～0.8 0.65～0.75 0.7 — 2 0.95 1.0 0.33 高频感应电炉（不带补偿） 工频感应电炉（不带补偿） 电弧熔炉 0.9 0.35 0.87 2.68 0.57 点焊机、缝焊机 对焊机 1.02 自动弧焊变压器 单头手动弧焊变压器 多头手动弧焊变压器 2.29 生产厂房、办公室、实验室照明 变配电室、仓库照明 生活照明 室外照明 0.8～1 0.5～0.7 0.6～0.8 1

2.2.2 需要系数法 需要系数法 需要系数 用电设备组所有设备容量之和 （2-7） （2-8） 每组用电设备的设备容量

需要系数Kd 由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数，用Kd表示。

需要系数法—需要系数 注：工程实际中，很难通过Kd的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表求得其经验值 需要系数 负荷系数KL：并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行 线路的平均效率ηW1 ：考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后，电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同 需要系数 电气设备的平均效率ηe：电气设备额定功率与输入功率不一定相等

建筑工地常用用电设备组的需要系数及功率因数 用 电 设 备 组 名 称 需要系数kd 功率因数cosφ tanφ 通风机和水泵 运输机、传达带 混凝土及砂浆搅拌机 破碎机、筛、泥泵、砾石洗涤机 起重机、掘土机、升降机 电焊机 建筑室内照明 工地住宅、办公室照明 变电所 室外照明 0.75～0.85 0.52～0.60 0.65～0.70 0.70 0.25 0.45 0.80 0.40～0.70 0.50～0.70 1.0 0.75 0.65 0.88 1.77 1.02 1.98

需要系数法求解的几个问题 （1）对1~2台用电设备宜取 (2) 用电设备组的计算负荷 有功计算负荷： 　　 　 　（2-9） 无功计算负荷： 　　　　（2-10）

需要系数法求解的几个问题 视在计算负荷： （2-11） 计算电流： 　　　 （2-12）

需要系数法求解的几个问题 (3) 多组用电设备的计算负荷 总的有功计算负荷： （2-13） 总的无功计算负荷：　 （2-14）

需要系数法求解的几个问题 总的视在计算负荷： （2-15） 总的计算电流： 　　 （2-16）

在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数KΣ。 应用范围 KΣ 确定车间变电所低压线路最大负荷 冷加工车间 热加工车间 动力站   0.7~0.8 0.7~0.9 0.8~1.0 确定配电所母线的最大负荷 负荷小于5000kW 计算负荷小于5000~10000kW 计算负荷大于10000kW 0.9~1.0 0.85 0.8

例2-2（接例2－1） 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA， ），车间有吊车1台11kW， ），试计算此车间的计算负荷。

解：（1）金属切削机床组的计算负荷 查表2.2取需要系数和功率因数为： 所以，有

（2）电焊机组的计算负荷 查表2.2 取需要系数和功率因数为：

（3）吊车组的计算负荷 查表2.2取需要系数和功率因数为

（4）全车间的总计算负荷 根据表2.3，取同时系数 ，所以全车间的计算负荷为：

作业 某机修车间380V线路上有如下设备： 试求计算负荷。 对焊机一台：SN=42kVA, N=60%,cos=0.62 10吨桥式起重机一台：PN=39.6kW,N=40% 金属切削用三相电机：7.5kW 3台, 4kW 8 台;3kW 17台 试求计算负荷。

2.2.3 二项式法 应用场合 基本公式 在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。 指用电设备中x台容量最大的设备容量之和 b 、c——二项式系数，根据设备名称、类型、台数查表3.2选取 （3-17） 指用电设备中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。 用电设备组的设备总容量 用电设备组的平均负荷

Q30，S30，I30的计算公式与前述需要系数法相同。

二项式法求解的几个问题： （1）对1~2台用电设备 （2）用电设备组 有功计算负荷的求取直接应用式（3-17），其余的计算负荷与需要系数法相同。

要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。 二项式法求解的几个问题： （3）多组用电设备 要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组平均负荷，求出设备组的总计算负荷。 各组中最大的一组附加负荷 总的有功计算负荷为： （2-18） 总的无功计算负荷为： （2-19） 最大附加负荷所在设备组的对应的值

例2-3 用二项式法计算例2.1车间的金属切削机床组的计算负荷。 解：查表2.2取二项式系数 所以

如果用电设备组的设备总台数n<2x，则最大容量设备台数取x=n/2，且按四舍五入修约规则取整数。

例2-4 某380V线路上接有下列设备： 试用二项式法确定该线路上的计算负荷。 冷加工机床，2×7.5kW， 3×6 kW，25×2.6 kW； 电加热设备，3×6kW； 吊车组，1×10.5kW，ε＝25％； 电焊机，1×22kVA，ε＝60％，cosψ＝0.6； 电焊机，2×8.85kVA，ε＝100％，cosψ＝0.6； 试用二项式法确定该线路上的计算负荷。

解：确定分组，各组中设备功率。 查表得，x＝5，c＝0.4，b＝0.14，cosψ＝0.5，tanψ＝1.73。 第一组：冷加工机床组 查表得，x＝5，c＝0.4，b＝0.14，cosψ＝0.5，tanψ＝1.73。 bPe-1=0.14×（2×7.5＋3×6＋25×2.6）＝13.72kW cPx-1=0.4×(2×7.5+3×6)=13.20kW

第二组：电加热设备 查表得， c＝0，b＝0.7，cosψ＝1，tanψ＝0。 bPe-2=0.7×18＝12.60kW cPx-2=0 第三组：吊车组 查表得，x＝3，c＝0.2，b＝0.06，cosψ＝0.5， tanψ＝1.73。 bPe-3=0.06×10.50＝0.63kW cPx-3=0.2×10.50=2.1kW

第四组：电焊机设备组 查表得，c＝0，b＝0.35，cosψ＝0.6，tanψ＝1.33。 因为P＝ ， bPe-4=0.35×（P4+P5） ＝0.35× ＝7.29 cPx-4=0

因为第一组中的cPx-1值最大，所以有功计算功率 Pc＝（bPe-1＋bPe-2＋bPe-3＋bPe-4）＋(cPx)max ＝49.92kW Qc＝（bPe-1×tanψ1+ bPe-2×tanψ2+ bPe-3×tanψ3+ bPe-4×tanψ4）+(cPx)max tanψmax=60.66kvar

2.2.4 单相用电设备的负荷计算 现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三相两大类。 2.2.4 单相用电设备的负荷计算 现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三相两大类。 单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家用电器设备。 三相：电动机为动力的各种设备例如给水泵、集中式空调机、电梯等。 当供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统负荷计算。

按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 单相用电设备组确定计算负荷的原则 按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。 在某个计算范围内，当单相设备功率的总容量小于三相设备功率总容量的15％时，认为单相设备功率就相当于三相设备功率。 单相设备功率的总容量大于三相设备功率总容量的15％时。这时三相供电系统处于非平衡状态，必须将单相用电设备功率换算成等效的三相设备功率，然后进行三相计算负荷的确定。

《民用建筑电气设计规范》中规定： 单相负荷应均匀分配到三相上。 当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15％时，全部按三相对称负荷计算； 当超过15％时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称负荷相加。

单相用电设备接于相电压时的三相等效负荷 单相设备视在功率S 最大的一相的功率因数为cos

单相用电设备接于线电压时的三相等效负荷 线间负荷，也称之为线间设备。用电设备接于线电压是指该设备连接在三相供电系统中的两相之间，电压为380v的用电设备。例如：单台380V的电焊机等。

假设P12≥P23≥P31，则等效三相负荷：

既有线间负荷又有相间负荷时的三相等效负荷 应先将线间负荷换算为相间负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。 线间负荷换算为相间负荷的方法： 换算系数法 注意：最大单相的有功计算负荷和无功计算负荷不一定在同一相上。

线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数－换算系数法 接于AB、BC、CA相间的有功负荷(kw) 换算为A、B、C相的有功负荷(kw) 换算为A、B、C相的无功负荷(kvar)

例2-5 如图2-7所示220 /380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。此外接有380V单相对焊机4台，其中2台14kW（ε=100％）接于AB相间，1台20kW（ε=100％）接于BC间，1台30kW（ ε=60％）接于CA相间。试求此线路的计算负荷。

解： (1) 电热干燥箱的各相计算负荷 查附录表1得 因此只需计算其有功计算负荷： A相 B相 C相 (2) 对焊机的各相计算负荷 先将接于CA相间的30kW（ε=60%）换算至ε=100% 的容量， 即 查附录表1得 再由表2-3查得 时的功率换算系数

因此各相的有功和无功设备容量为 A相 B相 C相

各相的有功和无功计算负荷为 A相 B相 C相

(3) 各相总的有功和无功计算负荷 A相 B相 C相

因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得 (4) 总的等效三相计算负荷 因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算其等效三相计算负荷，由此可得 以上计算也可列成单相负荷计算表[文献10]，限于篇幅， 从略。

线间负荷换算为相间负荷的功率换算系数

2.2.5 全厂计算负荷的确定 1．用需要系数法计算全厂计算负荷 全厂的需要系数值，查表3.4选取。 2.2.5 全厂计算负荷的确定 1．用需要系数法计算全厂计算负荷 在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即 （3-20） 全厂的需要系数值，查表3.4选取。

表2.4 全厂负荷的需要系数及功率因数 工厂类别 需要系数 功率因数 汽轮机制造厂 0.38 0.88 锅炉制造厂 0.27 0.73 表2.4 全厂负荷的需要系数及功率因数 工厂类别 需要系数 功率因数 汽轮机制造厂 0.38 0.88 锅炉制造厂 0.27 0.73 柴油机制造厂 0.32 0.74 重型机床制造厂 0.71 仪器仪表制造厂 0.37 0.81 电机制造厂 0.33 石油机械制造厂 0.45 0.78 电线电缆制造厂 0.35 电器开关制造厂 0.75 橡胶厂 0.5 0.72 通用机械厂 0.4

2．用逐级推算法计算全厂的计算负荷 由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。

企业负荷确定的步骤 从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。 ①用电设备组 ②车间低压变压器出线 ③车间低压变压器高压侧 ④企业变压器出线 ⑤企业进线

P30.5= KΣ5 ΣP30.6i P30.4=P30.5+∆PwL2 P30.3= KΣ3 ΣP30.4i P30.2=P30.3+∆PT+∆PwL1 P30.1= KΣ1 P30.2i 图2.4 逐级推算法示意图

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，一般按经验公式估算： 有功功率损耗： （2-21） 无功功率损耗： （2-22） 变压器低压母线上的计算负荷

3．按年产量和年产值估算全厂的计算负荷 单位用电指标，单位为kW／人．kW／床、kw／产品等 负荷密度指标 （2-23） （2-24） 单位数量，单位为人数、床数、产品数量等 计算范围的使用面积，单位为m2 工厂的年最大负荷利用小时

2.3 供配电系统的功率损耗和电能损耗 2.3.1 概述 2.3.2 供电线路的功率损耗 2.3.3 变压器的功率损耗

3.3.1 概述 在考虑变配电系统总计算负荷时，除了用电负荷所消耗的电功率以外，变配电系统本身还要损耗一部分电功率，（供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗，当有电流通过时，则会产生相应的损耗。供配电系统中产生损耗较大的设备是变压器和线路。）这部分电功率也是由变配电系统提供的。因此，要计入变配电系统的计算负荷中。

年最大负荷损耗小时数τmax －－（年最大负荷利用小时数Tmax ） 定义：对于供配电系统中全年的电能损耗量△Wa，若一直以计算负荷来消耗，需τmax时间就可将其全部消耗完。即系统通过τmax时间的计算电流所损耗掉的电能，与系统在全年实际运行时间内通过实际电流所损耗掉的电能相同。 τmax也是一个假想的时间。

最大负荷损耗小时物理意义 假如线路负荷维持在Pca，则在τ内的电能损耗，恰好等于实际负荷全年在线路上产生的电能损耗。 τ为一个假想时间。 τ与Tmax和cosφ有关：

τmax 、Tmax、负荷的功率因数cosφ之间的关系

2.3.2 供电线路的功率损耗 三相线路中的有功和无功损耗为 其中， R=rl，l为线路长度，r为单位线路长度的电阻值； 2.3.2 供电线路的功率损耗 每相线路的电阻，单位为Ω 线路上的计算电流，单位为A 线路上的有功损耗，单位为kW 三相线路中的有功和无功损耗为 其中， R=rl，l为线路长度，r为单位线路长度的电阻值； X=xl，l为线路长度，x为单位线路长度的电抗值； 线路上的无功损耗，单位为kvar 每相线路的电抗，单位为Ω

问题？ 如果用线路的计算功率Pc、Qc、Sc表示，供电线路的功率损耗的表达式。

线路上的年有功电能损耗

由于供电系统的线路一般不长，且多采用电缆供电，阻抗较小，所以线路上的功率损耗往往忽略不计。

3.3.3 变压器的功率损耗和电能损耗 变压器的有功损耗 变压器铁耗、磁滞损耗和涡流损耗等构成的空载有功损耗； 3.3.3 变压器的功率损耗和电能损耗 变压器的有功损耗 变压器铁耗、磁滞损耗和涡流损耗等构成的空载有功损耗； 变压器绕组电阻通过电流时产生的铜耗，也称负载有功损耗，它与变压器的二次负荷大小有关，当变压器满载时，其铜耗近似等于变压器短路损耗。

变压器的最大有功损耗 变压器上通过的计算视在功率。单位为 kVA 变压器空载有功损耗，单位为kw 变压器的额定视在功率．单位为kVA

变压器的无功损耗 是由变压器铁心磁化产生的空载无功损耗，与励磁电流大小有关，近似等于空载电流产生的损耗； 变压器空载电流占额定电流的百分值。可以通过手册查到（空载电流）

另一部分是变压器绕组电抗通过电流时产生的无功损耗，也称负载无功损耗。与变压器的二次负荷大小有关，当变压器满载时，其负载无功损耗近似等于变压器短路时绕组上的无功损耗。 变压器短路电压占额定电压的百分值。可以通过手册查到（阻抗电压）

变压器的最大无功损耗 非额定负载情况下，负载无功损耗，与负载率的平方成正比。

△P0、△Pk、Ic％、 Ur％均可在产品目录中查出。

变压器的年有功电能损耗 空载有功电能损耗 负载有功电能损耗 变压器的全年工作时间，单位为h

2.4 功率因数计算与无功功率补偿 2.4.1 功率因数的分类和计算 2.4.2 功率因数对供电系统的影响 2.4.3 功率因数的改善措施 2.4　功率因数计算与无功功率补偿 2.4.1 功率因数的分类和计算 2.4.2 功率因数对供电系统的影响 2.4.3 功率因数的改善措施 2.4.4 并联电容器补偿功率因数

2.4.1 功率因数的分类和计算 瞬时功率因数 平均功率因数 自然功率因数 总功率因数 最大负荷时功率因数 指运行中的工厂供用电系 2.4.1 功率因数的分类和计算 瞬时功率因数 平均功率因数 最大负荷时功率因数 指运行中的工厂供用电系 统在某一时刻的功率因数值 指某一规定时间段内 功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时 （计算负荷）的功率因数 WP——有功电度表读数； Wq——无功电度表读数。 P ——功率表测出的三相有功功率读数； U——电压表测出的线电压读数； I ——电流表测出的线电流读数。 P30——工厂的有功计算负荷； S30——工厂的视在计算负荷。 指用电设备或工厂在没有安 装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工 补偿后的功率因数 自然功率因数 总功率因数

瞬时功率因数 指运行中的工厂供用电系 统在某一时刻的功率因数值 P ——功率表测出的三相有功功率读数； U——电压表测出的线电压读数； I ——电流表测出的线电流读数。

平均功率因数 指某一规定时间段内 功率因数的平均值 WP——有功电度表读数； Wq——无功电度表读数。

最大负荷时功率因数 指配电系统运行在年最大负荷时 （计算负荷）的功率因数 P30——工厂的有功计算负荷； S30——工厂的视在计算负荷。

指用电设备或工厂在没有安 装人工补偿装置时的功率因数 自然功率因数 指用电设备或工厂设置了人工 补偿后的功率因数 总功率因数

2.4.2 功率因数对供电系统的影响 一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos愈小（角愈大），其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损耗）随之增大，不经济。

1．降低了供电设备（电源）的供电能力 供电设备（电源）的供电能力（容量）是用视在功率S来表示的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减少，于是降低了供电设备的供电能力。

2．增加供电系统的有功损耗 当用电设备的有功功率一定时，功率因数愈低，其供电线路的电流愈大，线路的电力损耗随之增加。

3．供电线路的电压降增大 功率因数低，通过线路的电流就大，线路电压降亦随之增加，从而影响用电设备的正常运转。

4. 降低发电机的效率 发电机发出的功率是有限的，当无功功率增加时，有功功率下降，发电机的效率降低。

民用及一般工业建筑的功率因数指标 （1）高压供电的用电单位，功率因数一般规定为0.9以上； （2）其他电力用户，功率因数为0.85以上。 （3）对新建的工业企业用户，功率因数标准均规定按0.95设计。 （4）对农业用电单位，要求功率因数在0.8以上。

2.4.3 功率因数的改善措施 提高功率因数 提高自然功率因数 人工补偿无功功率

提高自然功率因数的方法 （1）合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。 （2）对实际负载不超过额定容量40％的电动机，应更换为小容量的电动机。 （3）合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。

（4）正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为75％～80％比较合适）。对于负载率低于30％变压器，应予以更换。 （5）对于负荷率在0.6～0.9的绕线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。

部分电动机功率因数

S9系列三相油浸自冷式铜线低损耗电力变压器额定负载时损耗数据

S9型环氧浇注干式变压器额定负载时损耗数据

人工补偿改善功率因数 （1）采用同步电动机补偿，使用同步电动机在过激磁（over excited）方式呈现容性时运转，其功率因数超前0.8～0.9时，向供电系统输出无功功率，用来补偿用感性电设备所需要的无功功率。因而，提高了用户的功率因数。

（2）利用同步调相机作为无功功率电源（发电机），用来补偿所需要的无功功率。同步调相机是轴上不带机械负载的同步电动机。调节同步调相机的激磁电流的大小，可以改变其输出无功功率的大小，从而提高功率因数。 以上两种补偿方式，因同步电动机构造复杂，价格较贵，控制维护较麻烦，只适用于大型工厂，一般企业不宜采用。

（3）采用静电电容器补偿 当将电容器C与感性负载（用电设备）并联。目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法

思考 采用并联电容器补偿有哪些效果？

2.4.4 并联电容器补偿功率因数 采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。

静电电容器特点 1）价格较便宜。 2）有功功率损耗小，一般每100kvar低于0.3～0.4kW。 3）没有旋转部分，易于安装，便于维护。 4）可随供电系统中无功功率容量的需要，可以较方便地增加或减少C的大小。 5）只能有级调节，而不能随着无功功率的变化，进行无级调节。

并联电容器原理

并联电容器提高cosφ的原理图

在实际工程设计及应用中，总是采用欠补偿，把功率因数提高到0.9～0. 95。 补偿有三种情况 欠补偿 为全补偿 过补偿 在实际工程设计及应用中，总是采用欠补偿，把功率因数提高到0.9～0. 95。

并联电容器的容量选择

电容器（柜）台数的确定 在提高电力系统的功率因数时，应选择并联电容器。电容器的台数N应按下式计算： 注：当电容器为单相电容器时，除了保证补偿容量以外，为维持三相平衡，还应保证电容器台数为3的倍数。 总的无功补偿容量 单台电容器的容量

由于电容器的实际补偿容量与其端电压的平方成正比（Q=ωCUc2） 电容器的实际运行电压 电容器的额定容量 电容器的额定电压

部分低压并联电容器参数

部分高压并联电容器参数

例2-6 某厂拟建一降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800 kvar。为了使工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？ 解：(1) 补偿前应选变压器的容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷为: 主变压器容量的选择条件为SNT >S30(2)，因此在未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250kVA（参看附录表5）。 这时变电所低压侧的功率因数为:

(2) 无功补偿容量 按规定变电所高压侧的 ，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQT 远大于其有功损耗ΔPT ，一般 ，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取 。 要使低压侧功率因数由0.63提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为: 取

(3) 补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： 因此补偿后变压器容量可改选为800kVA，比补偿前容量减少450kVA。 变压器的功率损耗为：

变电所高压侧的计算负荷为： 补偿后工厂的功率因数为： ，满足要求。 由此例可以看出，采用无功补偿来提高功率因数能使工厂取得可观的经济效果。

无功功率补偿位置 并联电容器在变配电系统中的三种安装方式： 不同补偿位置的补偿范围的大小也不一样 。 高压集中补偿 低压集中补偿 低压就地补偿 不同补偿位置的补偿范围的大小也不一样 。

并联电容器的补偿范围

高压集中补偿 高压集中补偿是将并联电容器安装在总降压变电所二次侧（6～10kv侧）或变配电所的一次侧（6～10kv侧）。

高压集中补偿方式电路图

低压集中补偿 这种补偿方式是将并联电容器组装设在变电所的0.4kv低压母线上，它的补偿区域为低压母线前含变压器的所有区域。

低压集中补偿方式电路图

低压分散补偿 （就地补偿 ） 是将并联电容器装在需要补偿的设备附近，与该设备一起投切。这种补偿方式可补偿安装位置前线路及变压器上的无功功率，可以看出这种补偿方式的补偿范围最大，效果也较好，但这种补偿方式的投资较大。

低压分散补偿方式电路图

《民用建筑电气设计规范》规定： 采用电力电容器作无功补偿时，宜用就地平衡原则。低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分的无功负荷由高压电容器补偿。容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。补偿基本无功负荷的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。 对于民用建筑并联电容器进行无功功率补偿基本上采用低压集中补偿的方式。

小 结 工厂常用的用电设备：①生产加工机械的拖动设备；②电焊、电镀设备；③电热设备；④照明设备。这些设备按工作制可以分为长期连续工作制设备、短时工作制设备、反复短时工作制设备三类。

小 结 年负荷曲线反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间的关系。按时间单位的不同，可以分为日负荷曲线和年负荷曲线。全年每日最大负荷曲线反映了全年当中不同时段的电能消耗水平。年最大负荷Pmax 是全年中负荷最大的工作班内，消耗电能最多的半小时平均负荷P30，也就是有功计算负荷。

小 结 与负荷曲线有关的几个概念： 年最大负荷 年最大负荷利用小时数 计算负荷 平均负荷 负荷系数

小 结 确定计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。 小 结 确定计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法。 需要系数法适用于多组三相用电设备的计算负荷，如变、配电所的负荷计算，P30=Kd×Pe。 二项式系数法适用于设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷，如低压配电支干线和配电箱的负荷计算，P30= bPe +c Px。

小 结 供配电线路和变压器流过电流时，势必引起功率和电能损耗。故在进行全场负荷计算时，应计入这部分损耗。本章介绍了线路和变压器的功率损耗和电能损耗的计算方法。 企业供配电系统进行负荷计算时，通常采用需要系数法逐级进行负荷计算。

小 结 功率因数太低对电力系统有很多不良影响。 高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其他工厂不得低于0.85。 小 结 功率因数太低对电力系统有很多不良影响。 高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其他工厂不得低于0.85。 提高功率因数的方法 提高自然功率因数 人工补偿——并联电容器 低压就地补偿 低压集中补偿 高压集中补偿

Thank you very much! 本章到此结束，谢谢您的光临！

内容预告 下章（第三章）内容：短路电流及其计算