第3章 负荷计算及无功补偿电力变压器选择.pptx

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西安建筑科技大学电信学院第3章负荷计算及无功补偿供配电技术供配电技术西安建筑科技大学1西安建筑科技大学电信学院第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西安建筑科技大学电信学院3.1负荷曲线与计算负荷3.1.1负荷曲线负荷曲线荷曲（负线loadcurve）是指用于表达电力荷化情的函曲。

在直角坐负随时间变况数线标系中，坐表示荷（有功功率或无功功率）纵标负，坐表示的（一般以小值横标对应时间时为单位）。

3西安建筑科技大学电信学院1负荷曲线的分类负荷曲线的分类按负荷的功率性质分：

可分有功荷曲和无功荷曲为负线负线；按所表示的负荷变动的时间分：

可分日荷、月荷和年荷曲。

为负负负线4西安建筑科技大学电信学院5西安建筑科技大学电信学院6西安建筑科技大学电信学院2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）年最大负荷年最大负荷Pmax年最大荷负Pmax就是全年中荷最大的负工作班消耗能最大的半小的平均功率，因内电时此年最大荷也半小最大荷负称为时负P30。

（2）年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tmax年最大荷利用小又年最大荷负时数称为负使用时间Tmax，是一假想，在此它个时间时间，力荷按年最大荷内电负负Pmax（或P30）持续行所消耗的能，恰好等于力荷全年运电该电负实消耗的能。

际电7西安建筑科技大学电信学院下某年有功荷曲，此曲上最图为厂负线线大荷负Pmax就是年最大荷，负Tmax年最大为荷利用小。

负时数8西安建筑科技大学电信学院3.平均负荷平均负荷Pav平均负荷Pav，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内消耗的电能W除以时间t的值，即Pav=W/t年平均负荷为Pav=Wa/87609西安建筑科技大学电信学院3.1.2计算负荷计算负荷（calculatedload）通常以半小平均荷依据所制将时负为绘的荷曲上的“最大荷”算荷，把负线负称为计负并作按件的依据，用它为发热条选择电气设备Pca（Qca、Sca、Ica）或P30（Q30、S30、I30）表示。

10西安建筑科技大学电信学院定取“半小平均荷”的原因：

规时负一般中小截面体的常导发热时间数为10min以上，根据表明，中小截面经验到定升所需导线达稳温时间约为3=31030（min），如果短尖峰导线负载为暂荷，然不可能使升到最高负显导线温达值，只有持在续时间30min以上的荷，负时才有可能成的最高升。

构导线温11西安建筑科技大学电信学院3.1.3负荷计算的意义和目的负荷计算的意义和目的荷算主要是确定算荷，如前所述，若负计计负根据算荷体及器，在行中计负选择导电则实际运体及器的最高升不超允。

导电温会过许值算荷是作工供配系计负设计时为选择厂电统供路的截面、器容量、器及电线导线变压开关电互感器等的定的依据。

额参数正确确定算荷意重大，是供的计负义电设计前提，也是供系安全、行的必要实现电统经济运手段。

返回目录12西安建筑科技大学电信学院3.2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：

（1）行工作制（期工作制）连续运长

（2）短行工作制（短工作制）时运暂（3）行工作制（重短工作制）断续运复暂13西安建筑科技大学电信学院连续运行工作制（长期工作制）在定的境度下行，规环温连续运任何部分升均不超最高允，设备温过许值荷比定。

如通机水、空负较稳风泵气压缩机、皮送机、破碎机、球磨机、拌带输搅机、机等机械的拖机，以及电车动电动电、解、照明灯具等，均炉电设备属连续运行工作制的用。

电设备14西安建筑科技大学电信学院短时运行工作制（短暂工作制）用的行短而停歇电设备运时间时，在工作，用的升间长时间内电设备温尚未到荷下的定即停歇冷却，在达该负稳值停歇其度又降低周介的时间内温为围质温度，是短工作的特点。

如机床上的某这暂些助机（如梁升降、刀架快速移辅电动横装置的拖机）及水用机等动动电动闸电动。

的量不多。

设备这类设备数15西安建筑科技大学电信学院断续运行工作制（重复短暂工作制）用以方式反行工作电设备断续复进，其工作（时间t）停歇（与时间t0）相互交替。

工作度升高，停歇度时间内设备温时间温又下降，若干周期后，到一定的波达个稳动状。

如机和吊机等。

周期工作态电焊车电动断续制的，通常用率设备暂载表征其工作特征，取一工作周期的工作工作周期的百个内时间与分比，即值为，即：

式中t，t0工作停歇，者时间与时间两之和工作周期为T。

16%1000tttTt西安建筑科技大学电信学院3.2.2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的牌上都有“定功率”电设备铭额PN，但由于各用的定工作方式不同电设备额，不能地牌上定的定功率直接相简单将铭规额加，必先其算同一工作制下的定功须将换为额率，然后才能相加。

算至一定的工经过换统规作制下的“定功率”“定容量”，用额称为设备额Pe表示。

17西安建筑科技大学电信学院

（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Pe=PN

（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吊机用机（包括葫芦、起重机车组电动电、行等）的容量一算到车设备统换=25%时的定功率（额kW），若其N不等于25%时行算，公式应进换为:

机及器的容量一算电焊电焊变压设备统换到100%的定功率（时额kW）。

若其铭牌率暂载N不等于100%，行算，时应进换公式为:

18nNNNePPP2%25NNNNNeSPPcos西安建筑科技大学电信学院（3）电炉变压器的设备容量）电炉变压器的设备容量器的容量是指在定功电炉变压设备额率因下的定功率（数额kW），即：

Pe=PN=SNcos19西安建筑科技大学电信学院（4）照明设备的设备容量）照明设备的设备容量白灯、灯容量就等于灯泡上注炽碘钨设备标的定功率（额kW）；光灯要考流器中的功率失（荧还虑镇损约为灯管功率的20%），其容量灯管定设备应为额功率的1.2倍（kW）；高水光灯亦要考流器中的功率压银荧虑镇损失（灯泡功率的约为10%），其容量设备应为灯泡定功率的额1.1倍（kW）；金化物灯：

采用流器亦要考流属卤镇时虑镇器中的功率失（灯泡功率的损约为10%），故其容量灯泡定功率的设备应为额1.1倍（kW）。

20西安建筑科技大学电信学院（5）不对称单相负荷的设备容量）不对称单相负荷的设备容量有多台相用，均当单电设备时应将它们匀地分接到三相上，力求少三相不情减负载对称。

程定，在算范，相用况设计规规计围内单电的容量如不超三相用容量的设备总过电设备总15%，可按三相分配考，如相用时对称虑单电不容量大于三相用容量的设备对称电设备总15%，容量时则设备Pe按三倍最大相荷的应负原行算。

则进换21西安建筑科技大学电信学院接于相或，容量设备电压线电压时设备Pe的算如下：

计相接于相单设备电压时Pe3Pem式中Pe等效三相容量；设备Pem最大荷所接的相容负单设备量。

相接于单设备线电压时式中Pel接于同一的相容线电压单设备量。

返回目录22leePP3西安建筑科技大学电信学院3.3负荷计算的方法负荷计算的方法有：

需要系法、二式法、利用系法、形数项数系法、附加系法状数数.需要系法比便因而广泛使用。

里数较简这介需要系法。

仅绍数23西安建筑科技大学电信学院需要系数需要系数需要系数考虑了以下的主要因素：

式中K同使用系，在最大荷工作班某工时数为负组作着的用容量接于路中全部用定容量之电设备与线电设备总额比；KL荷系，用不一定荷行，此系表示负数电设备满负运数工作着的用所需功率其定容量之比；电设备实际与额wl路供效率；线电用在行功率的平均效率。

电设备组实际运时24wlLdKKK西安建筑科技大学电信学院上，上述系于成用是很实际数对组电设备确定的，而且一生企或，难对个产业车间来说生性产质,工特点，加工件，技管理和艺条术以及工人操作水平等因素，都劳动组织对Kd有影。

所以响Kd只能靠量确定测统计,附见录表35。

上述各因素可供人在的种设计员变动系范用考。

数围内选时参25西安建筑科技大学电信学院3.3.1需要系数法需要系数法由负荷端逐级向电源端进行计算26西安建筑科技大学电信学院1单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷

（1）有功计算负荷有功计算负荷：

考到台用有行的虑单电设备总会满载运候，其算荷时计负Pca1为式中Pe算到一率下的机的定容量；换统暂载电动额用在定下的的效率。

电设备额负载

（2）无功计算负荷无功计算负荷：

Qca1=Pca1tan式中用功率因角。

电设备数计算目的：

用于选择分支线导线及其上的开关设备。

27ecaPP1西安建筑科技大学电信学院2.用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷

（1）有功计算负荷有功计算负荷：

Pca2=KdPeKd用的需要系，附表电设备组数见录3；Pe用的定容量之和，但不包括用容量。

电设备组设备额备设备

（2）无功计算负荷无功计算负荷：

Qca2=Pca2tanwmtanwm附表值见录3。

（3）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。

2822222cacacaQPS西安建筑科技大学电信学院当Kd有一定范，取要作具体值变动围时值分析。

如台多，一般取用小，台数时较值少取用大；使用率高，取数时较值设备时用大，使用率低取用小。

一较值时较值当路的用的台小（条线内电设备数较n3台），一般是用定容量的时将电设备额总和作算荷，或者采用大的为计负较Kd值（0.851）。

29西安建筑科技大学电信学院3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）总有功计算负荷总有功计算负荷：

Pca3Pca2

（2）总无功计算负荷总无功计算负荷：

Qca3Qca2（3）总视在计算负荷总视在计算负荷：

Pca3、Qca3、Sca3所低母上的有功、无功及在算车间变电压线视计荷；负Pca2、Qca2各用的有功、无功算荷的和电设备组计负总最大荷的同系。

考各用的最大算荷不同负时时数虑电设备组计负会时出而引入的系。

的范附表现数围值见录6。

注意：

所的低母上装有无功用的容器，其容量当变电压线补偿静电电组为Qc3,算则当计Qca3，要去无功容量，即时减补偿Qca3Qca2Qc3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。

3023233cacacaQPS西安建筑科技大学电信学院4.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Pca4Pca3+PTQca4Qca3+QTPca、Qca、Sca所中器高的有功、无车间变电变压压侧功及在算荷（视计负kW、kvar及kVA）；PT、QT器的有功耗无功耗（变压损与损kW、kvar）。

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31西安建筑科技大学电信学院在算荷，器未出，无法计负时车间变压尚选根据器的有功耗无功耗的理公式变压损与损论进行算，因此一般按下列公式估算：

计经验对SJL1等型力器：

电变压PT0.02Sca3（kW）QT0.08Sca3（kvar）对SL7、S7、S9、S10等低耗型力损电器：

变压PT0.015Sca3（kW）QT0.06Sca3（kvar）式中Sca3器低母上的算荷（变压压线计负kVA）。

32西安建筑科技大学电信学院5.确定全车间变电所中高压母线上的计算确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷负荷Pca5Pca4+P4mQca5Qca4+Q4mP4m、Q4m高用的有功及无功算荷。

车间压电设备计负计算目的：

用于车间变电所高压母线的选择。

3325255cacacaQPS西安建筑科技大学电信学院6.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Pca6=Pca5+PLPca5Qca6=Qca5+QLQca5Sca6Sca5PL、QL高路功率耗，由于一般工范不大，路功率压线损厂围线耗小，故可忽略不。

损计计算目的：

用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。

34西安建筑科技大学电信学院7.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Pca7PcaQca7Qca注意：

如果在降所总压变电10kV二次母采用高容线侧压电器行无功功率，在算无功功率进补偿则计总Qca7，去时应减补的容量偿设备Qc7，即Qca7Qca-Qc7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。

3527277cacacaQPS西安建筑科技大学电信学院8确定全厂总计算负荷确定全厂总计算负荷Pca8Pca7+PTQca8Qca7+QT计算目的：

全厂总计算负荷的数值可作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电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。

3628288cacacaQPS西安建筑科技大学电信学院例3.3.1一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW；另接通风机3台共5kW；电葫芦4个共6kW（FCN=40%）试求计算负荷。

解：

冷加工电动机组：

查附录表3可得Kd=0.160.2（取0.2），cos=0.5，tan=1.73，因此Pca

（1）=KdPe=0.250=10（kW）Qca

（1）=Pca

（1）tanwm=101.73=17.3（kvar）Sca

（1）=Pca

（1）/coswm=10/0.5=20（kVA）通风机组：

查附录表3可得Kd=0.70.8（取0.8），cos=0.8，tan=0.75，因此Pca

（2）=KdPe=0.85=4（kW）Qca

（2）=Pca

（2）tanwm=40.75=3（kvar）Sca

（2）=Pca

（2）/coswm=4/0.8=5（kVA）37西安建筑科技大学电信学院电葫芦：

由于是单台设备，可取Kd=1，查附录表3可得cos=0.5，tan=1.73，因此Pca（3）=Pe=3.79=3.79（kW）Qca（3）=Pca（3）tanwm=3.791.73=6.56（kvar）Sca（3）=Pca（3）/coswm=3.79/0.5=7.58（kVA）取同时系数为0.9，因此总计算负荷为Pca（）Pca=0.9（10+4+3.79）=16.01（kW）Qca（）Qca=0.9（17.3+3+6.56）=24.17（kW）38）（79.34.0322%25kWPPPnNNNe）（99.2817.2401.16222）

（2）（）（kVAQPScacaca西安建筑科技大学电信学院了使人一目了然，便于核，工程为审实际设计中常采用算表格形式，如下表所示。

计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设备容量（kW）台数用电设备组名称序号返回目录39西安建筑科技大学电信学院3.4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工作中，常根据算荷求路的功率耗，实际计负来线损即最大功率耗，故三相路的有功功率耗损线损PL和无功功率耗损QL可分按下式算：

别计式中Ica路中的算流，线计电A；R路每相阻线电，等于位度的阻单长电R0乘以度长L；X路每相抗线电，等于位度的抗单长电X0乘以度长L。

40kWRIPcaL,10332var,10332kXIQcaL西安建筑科技大学电信学院上式如用路的算功率线计Pca、Qca及Sca表示，时则式中UN三相供路的定，电线额电压kV。

41kWRUPRUQPRUSPNcaNcacaNcaL,10cos101032223222322var,10cos101032223222322kXUPXUQPXUSQNcaNcacaNcaL西安建筑科技大学电信学院3.4.2变压器的功率损耗变压器的功率损耗器的功率耗包括有功功率耗变压损损PT和无功功率耗损QT。

变压器的有功功率损耗由两部分组成：

一部分是器在定变压额电压UN不的时变空耗载损P0，也就是铁损PFe；另一部分是荷而化的耗，即有耗随负变绕组损载损Pl，也就是铜损PCu。

器的短路耗变压损Pk可是定流下的认为额电铜损PCuN。

42西安建筑科技大学电信学院由于有耗器荷流的平方成载损与变压负电正比，所以器在算荷变压计负Sca下的有功功率耗损PT：

为式中Sca器低的算荷，变压压侧计负kVA；SNT器定容量，变压额kVA；P0器空有功耗，变压载损kW；Pk器有功短路耗，变压损kW。

43kWSSPPPPPNTcaklT,200西安建筑科技大学电信学院变压器的无功功率损耗也由两部分组成：

一部分是器空不的无功耗变压载时变损Q0，另一部分是着器荷而化在随变压负变绕中生的无功耗。

所以器在算荷组产损变压计负Sca下的无功功率耗损QT：

为式中器空的无功耗，变压载时损kvar；器定荷的无功耗，变压额负时损kvar；器空流的百分；变压载电值器阻抗的百分。

变压电压值442020100%100%NTcakNTNTcaNTSSUISSSQQQNTSIQ100%00NTkNSUQ100%0I%kU西安建筑科技大学电信学院3.4.3供电系统的电能损耗1供电线路年电能损耗的计算式中按算荷求得的路最大计负线功率耗；损年最大荷耗（小负损时间时）。

数的含是：

路通算荷所生的能耗义线连续过计负产电损与实际荷在全年所生的能耗恰好相等所需要的，负内产电损时间称为年最大荷耗，负损时间它与Tmaxa以及功率因有。

数关45LcaNcaNLPdtPPUPdtPURPdtW876002223287600222387600cos10cos10LP876002dtPPca西安建筑科技大学电信学院2.2.变压器年电能损耗的计算变压器年电能损耗的计算器空不的功率耗所引起的变压载变损年能耗接电损与电时间Ton（近似取8760h）有，即：

关WT0=P0Ton荷而化的有功率耗所引起的随负变载损年能耗：

电损为器的年能耗：

变压总电损为4622876002287600NTcakcaNTcakNTkTlSSPdtSSSSPdtSSPW20NTcakonTSSPTPW西安建筑科技大学电信学院3.4.4企业年电能需要量企业年电能需要量企年能需要量也就是企在一年所业电业内消耗的能，是企供的重要指之电它业电设计标一。

若已知企的年荷曲如所示，业负线图则负荷曲下的面即企有功年能需要量线积为业电Wa。

但上，荷都在，通常用一实际负随时变动等的矩形面代替荷曲下的面。

个值积来负线积返回目录47西安建筑科技大学电信学院3.5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量的选择车间变电所变压器台数与容量的选择于一般生，量装一台器，其对产车间尽设变压定容量大于用的算荷，且额应电设备总计负应有适富裕容量。

当于有对一、二荷的，要求源级负车间两个电供，用台器，每台器容量电时应选两变压变压能承担全部一、二荷的供。

如果相应级负电与有，所出故障邻车间联络线时当车间变电现时，其一、二荷可通保供级负过联络线证继续电，亦可只用一台器。

选变压48西安建筑科技大学电信学院于季大的荷，了使行对随节变动较负为运经济，少器空耗，也宜采用台器减变压载损两变压，以便在低谷荷，切除一台。

负时凡用台器的所，任一台器选两变压变电变压单投入行，必能足所算荷独运时须满变电总计负70%的需要和一、二荷的需要。

级负49西安建筑科技大学电信学院3.5.2企业总降变电所主变压器的选择企业总降变电所主变压器的选择第三荷供的降所，或者有对级负电总变电少量一、二荷，但可由近企取得用级负邻业备源，可只装一台主器；其定容量电时设变压额大于企全部所算荷的和，应业车间变电计负总考并虑15%25%的富裕。

企中一、二荷占全部荷比重当业级负负较大，装台主器，台主器之时应设两变压两变压互用。

一台出事故或修，另一间为备当现检时台能承担全部一、二荷。

级负50西安建筑科技大学电信学院3.5.3变压器的经济运行变压器的经济运行所器的行，是指器在功谓变压经济运变压率耗最小的情下的行方式。

使能损况运这样电耗最小，行用最低。

损运费如果把无功耗算有功耗，损归为损则变压器在荷实际负S下，其的功率耗可由下式总损求得：

式中Kr无功功率量。

的意是为经济当它义指供系中每增加电统1kvar的无功耗，相损当于有功耗增加的千瓦，此通常取损数值0.060.1kW/kvar。

51200NTNrkrSSQKPQKPP西安建筑科技大学电信学院假所有台同型同容量的现设变电两号变压器，其中一台器行，承担所有的当变压运时它荷负S；台器同列行，每台当两变压时并运时承担荷负S/2。

求出行方案算以后的功率耗，两种运归损分出荷而化的曲。

并别绘随负变线52西安建筑科技大学电信学院曲交于两条线n点，所的荷它对应负称为器行的界荷变压经济运临负Scr。

当crSSS时，因PP，故宜选用一台运行；当crSSS时，因PP，故宜选用两台运行；当S=Scr时，因PI=PII，即为经济运行的临界负荷值。

53西安建筑科技大学电信学院同理，如果所装同容量多台器变电设变压，根据n台和n+1台行方式有功耗两种运总损相等的原，可求出其界荷：

则临负值然，荷小于显实际负Scr取应n台行，运大于Scr取则n+1台行。

运返回目录54NrkrNTcrQKPQKPnnSS00）1（西安建筑科技大学电信学院3.6功率因数与无功功率补偿3.6.1功率因数的计算功率因数的计算

（1）瞬时功率因数瞬功率因由功率因表或相位表直接时数数出，或由功率表、流表和表的按读电电压读数下式求出：

式中：

P功率表出的三相功率（测读数kW）；U表出的（电压测线电压读数kV）；I流表出的相流（电测电读数A）。

瞬功率因代表某一瞬的无功时数值间状态功率的化情。

变况55UIP3cos西安建筑科技大学电信学院

（2）平均功率因数平均功率因指某一定，功率因数规时间内的平均。

其算公式数值计为式中：

Wa-某一消耗的有功能（时间内电kWh）；由有功度表出。

电读Wr-某一消耗的无功能（时间内电kvarh）；由无功度表出。

电读我部每月向工用收取，国电业门业户电费就定要按月平均功率因整。

上式规电费数来调用以算已投入生的工企的功率因。

计产业业数56222）（11cosarraawmWWWWW西安建筑科技大学电信学院于正在行的工企采用下述的对进设计业业则计算方法：

式中：

Pca-全企的有功功率算荷，业计负kW；Qca-全企的无功功率算荷，业计负kvar；-有功荷系，一般负数为0.70.75；-无功荷系，一般负数为0.760.82。

57222）（11）（）（coscacacacacaavavavPQQPPSP西安建筑科技大学电信学院（3）最大负荷时的功率因数最大荷的功率因指在年最大荷负时数负（即算荷）的功率因。

根据功率因计负时数数的定可以分出：

义别写式中：

Pca全企的有功功率算荷，业计负kW；Qca全企的无功功率算荷，业计负kvar；Sca全企的在算荷，业视计负kVA。

5822coscacacacacacaQPPSP西安建筑科技大学电信学院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

（1）系中送的流增加，使得供系统输总电电中的元件，容量增大，而使工部统电气从厂内的控制、量表等格尺寸增大，启动设备测仪规因而增大了初投用。

资费

（2）增加力中路上的有功功率电网输电线损耗和能耗。

电损（3）路的耗增大。

影荷端的线电压损响负异步机及其用的正常行。

电动它电设