第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.1第2章 电力负荷计算及功率因数补偿返回总目录返回总目录 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.2电力负荷的分类负荷计算的目的及意义 供配电系统的功率损耗与电能损耗用户负荷计算 尖峰电流及其计算 本 章 小 结习题与思考题本章内容第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.3电力负荷的分类一、电力负荷的分类电力负荷按用途分，有照明负荷和动力负荷，前者为单相负荷，在 三相系统中很难达到平衡；后者一般可视为平衡负荷。按行业分， 有工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷等。工厂用电设备，按其 工作制(duty-type)可分以下3类。本章首先简单介绍工厂电力负荷的分级及有关概念，然后着重讲述 用电设备组计算负荷和工厂计算负荷的确定方法，电力系统的功率 损耗与电能损耗的计算，尖峰电流及其计算方法，最后讲述功率因 数的确定及补偿。本章内容是工厂供电系统运行分析和设计计算的 基础。 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.4(1) 连续运行工作制(continuous running duty-type)是指工作时间 较长，连续运行的用电设备，绝大多数用电设备都属于此类 工作制。即这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时 间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压 缩机、电动机发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负 荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。(2) 短时运行工作制(short-time duty-type)是指工作时间很短，停 歇时间相当长的用电设备的工作制。这类工作制的设备在恒 定负荷下运行的时间短(短于达到热平衡所需的时间)，而停歇 时间长(长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度)，如机床 上的某些辅助电动机(例如进给电动机)、控制闸门的电动机等 。这类设备的数量很少，求计算负荷一般不考虑短时运行工 作制的用电设备。电力负荷的分类第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.5(3) 断续周期工作制(intermittent periodic duty-type)是指有规律的， 时而工作，时而停 歇，反复运行的用电设备的工作制，其工作周期 一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。 如电焊机和吊车电动机、电焊用变压器等。断续周期工作制的设备，可用“负荷持续率”(duty cycle，又称暂 载率)来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与 工作周期的百分比值，用 表示，即(2-1)式中 工作周期；工作周期内的工作时间；工作周期内的停歇时间。def电力负荷的分类第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.6断续周期工作制设备的额定容量(铭牌功率) ，是对应于某一标 称负荷持续率 的。如果实际运行的负荷持续率 ，则实际容量 应 按同一周期内等效发热条件进行换算。由于电流 通过电阻 的设 备在时间 内产生的热量为，因此在设备产生相同热量的条件下 ， ；而在同一电压下，设备容量 ；又由式(2-1)知，同一周期 的 负荷持续率 。因此 ，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反 比。由此可知，如果设备在 下的容量为 ，则换算到实际 下的容 量 为(2-2)电力负荷的分类第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.7进行电力设计的基本原始资料是用电部门提供的用电设备安装容 量。这些用电设备品种多，数量大，工作情况复杂。如何根据这些资料正 确估计所需的电力和电量是一个非常重要的问题。估计的准确程度，影响 电力设计的质量，如估算过高，将增加供电设备的容量，使供配电系统复 杂，浪费有色金属，增加初期投资和运行管理工作量；而估算过低，又会 使供配电系统投入运行后，供电系统的线路和电气设备由于承担不了实际 负荷电流而过热，加速绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗， 影响供电系统的正常可靠 运行。求计算负荷的工作称为负荷计算。计算负荷是根据已知的用电设 备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选 择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 额定参数的依据，所以非常重要。 负荷计算的目的及意义 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.8一、负荷及负荷曲线 负荷计算的目的及意义 1. 电力负荷的分级及对供电电源的要求电力负荷(electric power load)又称电力负载，有两种含义：一种是指耗用 电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等； 另一种是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷(轻载)、重负 荷(重载)、空负荷(空载)、满负荷(满载)等。电力负荷的具体含义视具体情况而 定。1) 电力负荷的分级电力负荷，按GB 500521995供配电系统设计规范规定，根据其对供 电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为3级：(1) 一级负荷(first order load)。符合下列情况之一时，应为一级负荷：中断 供电将造成人身伤亡时；中断供电将在政治、经济上造成重大损失时，例如重 大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、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；中断供电将影响有重大 政治、经济意义的用电单位的正常工作，例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、 重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用 电单位中的重要电力负荷。第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.9负荷计算的目的及意义 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特 别重要的场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。(2) 二级负荷(second order load)。符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断 供电将在政治、经济上造成较大损失时，例如主要设备损坏、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；中断供电将影响 重要用电单位的正常工作，例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负 荷以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所 秩序混乱时。(3) 三级负荷(third order load)。三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述 一、二级负荷者均属三级负荷。2) 各级电力负荷对供电电源的要求(1) 一级负荷对供电电源的要求。对于一级负荷必须考虑有两路独立电源供电 ，在发生事故时，在继电保护装置正确动作的情况下，两路电源不会同时丢失或 失去一路电源，在允许的时间内第二路电源自动投入。第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.10负荷计算的目的及意义 一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，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。常用的应急电源可使用下列几种电源：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馈电线路；蓄电池；干电池。 (2) 二级负荷对供电电源的要求。二级负荷也要求有两路独立电源供电，当工作 电源失去时，由运行人员手动操作投入备用电源。供电变压器也应有两台( 这两台变压器不一定在同一变电所)。只有当负荷较小或者当地供电条件困 难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空 线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。 当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部 二级负荷。 (3) 三级负荷对供电电源的要求。由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对 供电电源无特殊要求。第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.11负荷计算的目的及意义 二、 负荷曲线的概念 负荷曲线(load curve)是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它反映了用 户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷(有 功功率或无功功率)，横坐标表示对应的时间(一般以小时为单位)。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性 质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间分，有年的、月 的、日的或工作班的负荷曲线。 1) 日负荷曲线 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间(0h24h)的变化情况，图2.1是一班制工厂的 日有功负荷曲线。 日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制方法如下。 (1) 以某个检测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘 制而成折线形状，称折线形负荷曲线，见图2.1(a)；第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.12负荷计算的目的及意义 (2) 通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔(一般为半小时)将其 读数记录下来，求出半小时的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把 这些点连成阶梯状的成梯形的负荷曲线，如图2.1(b)所示。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，以便 确定“半小时最大负荷”(将在后面介绍)。当然，其时间间隔取得越短，曲线 越能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全 日所消耗的电能。(a) 折线形负荷曲线 (b) 梯形负荷曲线 图2.1 日有功负荷曲线 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.13负荷计算的目的及意义 2) 年负荷曲线 年负荷曲线，通常绘成负荷持续时间曲线(load duration curve)，按负荷大小依 次排列，如图2.2(c)所示，全年按8760h计。(a) 夏日负荷曲线 (b) 冬日负荷曲线 (c) 年负荷持续时间曲线 图2.2 年负荷持续时间曲线的绘制 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.14负荷计算的目的及意义 上述年负荷曲线，根据其一年中具有代表性的夏日负荷曲线(图2.2(a) 所示)和冬日负荷曲线(图2.2(b)所示)来绘制。其夏日和冬日在全年中所占的 天数，应视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似地 认为夏日165天，冬日200天；而在我国南方，则可近似地认为夏日200天， 冬日165天。假设绘制南方某厂的年负荷曲线(图2.2(c)所示)，其中在年负荷 曲线上所占的时间 ，在年负荷曲线上所占的时间， 其余类推。年负荷曲线的另一种形式，是按全年每日的最大负荷(通常取每日最大 负荷的半小时平均值)绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图2.3所示。横 坐标依次以全年12个月的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可以用来确 定拥有多台电力变压器的变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行， 即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。年负荷曲线的另一种形式，是按全年每日的最大负荷(通常取每日最大 负荷的半小时平均值)绘制的，称为年每日最大负荷曲线，如图2.3所示。横 坐标依次以全年12个月的日期来分格。这种年最大负荷曲线，可以用来确 定拥有多台电力变压器的变电所在一年内的不同时期宜于投入几台运行， 即所谓经济运行方式，以降低电能损耗，提高供电系统的经济效益。 第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.15负荷计算的目的及意义 从各种负荷曲线上，可以直观地了解电力负荷变动的情况。通过对负 荷曲线的分析，可以更深入地掌握负荷变动的规律，并可从中获得一些对 设计和运行有用的资料。因此了解负荷曲线对于从事供配电系统设计和运 行的人员来说，都是很必要的。图2.3 年每日最大负荷曲线 注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大 小和累积时间绘制的。第2章 电力负荷计算及功率因数补偿2.163. 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量 分析负荷曲线可以了解负荷变化的规律。对供电设计人员来说，可从中获得一些 对设计有用的资料；对运行人员来说，可合理地、有计划地安排用户、车间 、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰 填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。 1) 年