二、负荷计算
2.1 负荷曲线
- 负荷曲线：是表征电力负荷随时间变化的曲线。绘制在直角坐标系上，纵坐标表示负荷，横坐标表示时间；
- 负荷曲线分类：
分类方法 | 类型 |
负荷功率的功率性质 | 有功负荷曲线、无功负荷曲线 |
时间单位 | 日负荷曲线、年负荷曲线 |
负荷对象 | 用户、车间或某类设备负荷曲线 |
2.1.1 日负荷曲线
- 日负荷曲线：表示负荷在一昼夜(0~24h)的变化规律
- 绘制方法：
- 折线型负荷曲线：以某个监测点为参考点，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。
- 阶梯型负荷曲线：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 0.5h 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是阶梯形负荷曲线。
2.1.2 年负荷曲线
- 年负荷曲线：反应负荷全年(8760h)变化情况。
- 分类
- [ ]年运行负荷曲线：根据全年日负荷曲线间接绘制
- [ ]年持续负荷曲线：借助代表性的冬季日负荷和夏季日负荷曲线。(通常使用)。绘制方法，在年负荷曲线上所占的时间计算为T1=200t1+165t2。t1和t2由地理位置和气温情况而定。北方，近似认为冬季200天，夏季165天，南方则反之。
区分日负荷曲线和年负荷曲线
- 日负荷曲线是按照时间的先后绘制；
- 年持续负荷曲线是按照负荷大小和累计时间绘制的；
2.1.3负荷曲线的有关物理量
- 分析负荷曲线了解负荷变化规律。
- 从设计上，获得相关参数。
- 从运行商，削峰填谷。
- 年最大运行负荷和年最大负荷利用小时
- 年最大运行负荷Pmax指 全年中最大的工作班内 ** 30 分钟平均功率**(防止偶然性)的最大值
- 年最大负荷利用小时数Tmax，指负荷以年最大负荷 P max 持续运行一段时间 后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电量。
- [ ]年最大负荷利用小时：反应用户负荷是否均匀的重要参数，越大，负荷越平稳
- 平均负荷和年平均负荷(注意区分)
- 平均负荷反映的是电力负荷在一定时间范围内 消耗功率的平均值。Pav=Wt/t
- 年平均负荷反应的是电力负荷在一年内消耗功率的平均值。Pav=Wt/8760
- 负荷系数：又称负荷填充系数，是指平均负荷和最大负荷的比值。表征负荷曲线的不平坦程度
- **有功负荷系数Kal **：Kal=Pav/Pmax
- 无功负荷系数Krl ：Krl=Qav/Qmax
- 对于单个用电设备或者用电设备组而言，负荷系数是指设备的输出功率P和额定容量Pn的比。KL=P/PN。反应该设备或设备组是否被充分利用。
2.2 用电设备的设备容量
- 设备容量：设备铭牌的额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的 额定功率
- 为何换算？原因：各用电设备的额定工作条件不同 ，(如有的是长期工作制，有的是短期工作制)，铭牌上的额定功率无法直接反应出电力负荷。
- 长期工作制和短时工作制的用电设备：等于该设备的铭牌额定功率。Pe=PN
- 反复短时工作制的用电设备：
- 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率
- (1)电焊机（组）：
- 式中，PN为电焊机额定有功功率；SN为额定视在功率；εN为额定负荷持续率（为小数）；ε100%为其值为100%的负荷持续率（为1）； cosφN为额定功率因数。
- (2) 起重机（组），吊车电动机：
- 式中，PN为额定有功功率；SN为额定视在功率；εN为额定负荷持续率（为小数）； ε25%为其值为25%的负荷持续率（为0.25）； cosφN为额定功率因数
- (3)照明设备（应该不要求掌握）
2.3 负荷计算的方法（重点）
- 目的：为了供配电系统在正常条件下可靠地运行，必须正确选择电力变压器、开关设备及导线、电缆，就需要确定负荷计算。
- 计算负荷：指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动的负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。与30min最大负荷P30基本相当
2.3.1估算法
- 估算法即指标法，适用于设计初步阶段，需要进行方案比较缺乏准确的用电负荷资料时。
- 单位产品耗电量法：
已知企业单位产品耗电量为ω，企业年产量为m,则企业全年耗电量Wa可表述为：Wa = mω
有功计算负荷Pc为 ： Pc = Wa / Tmax；Tmax为年最大利用小时 - 负荷密度法
已知车间生产面积S(m2)以及负荷密度指标ρ（kW/m2），则车间平均负荷为：Pav = ρS
有功计算负荷Pc可表述为：Pc = Pav / KaL；KaL为有功负荷系数
2.3.2需要系数法（重点之重点）
- 目的：在所计算范围内，用电设备组的计算负荷并不等于其设备容量(Pe)，两者之间存在相应的比值关系，因此引入需要系数（Kd）的概念！Pc = Kd * Pe
- 形成需要系数的原因：
- 用户设备的容量是指输出容量，与输入容量之间存在效率ηN
- 用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数KL
- 配电线路存在功率损耗，引入线路效率ηwL
- 用电设备组的所有设备不一定同时运行，引入同时系数KΣ
用电设备较多，取较小值；用电设备较少，取较大值；若仅有2-3台，取1！！
- 单组用电设备组的负荷计算
**例题：**已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kw。试求其计算负荷 - 多组用电设备组的负荷计算
**例题：**一机修车间的 380V 线路上，接有金属切削机床电动机 1 台 15kW 11kW3 台，7.5kW2 台， 4kW2 台， 2.2kW8 台；另接通风机 1.5kW4 台；电阻炉 1 台 2kW 。试求计算负荷（设同时系数 K ∑p 、 K ∑q 均为 0.9 ）。
2.3.3二项式法（重点）
- 二项式法进行负荷计算时，既考虑用电设备组的平均负荷，又考虑几台最大用电设备的附加负荷。在确定设备数量较少且容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比需要系数法更加合理，但 一般仅适用于机械加工车间的负荷计算 。
- 计算负荷：
- 基本负荷：用电设备组的平均负荷。
- 附加负荷：考虑数台大容量用电设备****对总计算负荷的影响而计入的附加功率值。
- 例题：某机械加工车间有一冷加工车床组，共有电压为380V的电动机39台（其中3台10KW，8台4KW，18台3KW，10台1.5KW），试用二项式法求该设备组的计算负荷。
2.3.4单相负荷的计算方法
- 单相负荷的计算原则：
- 三相线路中单相用电设备不超过三相用电设备总容量的 15% 单相用电设备可按三相负荷平衡计算。
- [ ]三相线路中单相用电设备的总容量超过三相总容量的15% 应把单相用电设备容量换算为等效三相设备的容量，再计算出三相等效计算负荷
- 单相用电设备接于相电压时，其等效三相设备容量为最大负荷相所接的单相用电设备容量Pe.φ.m的3倍。Pe = 3Pe.φ.m
- 单相用电设备接于线电压时，
- [ ]单相用电设备接于同一线电压时的等效三相设备容量为单相设备容量Pe.φ的√3倍。Pe = √3Pe.φ
- [ ]单相用电设备接于不同线电压的等效三相设备容量，按下式换算为接于相电压的设备容量。
同上，等效三相设备容量为最大负荷相设备容量的3倍
- 部分接于线电压，部分接于相电压的单相用电设备：将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后分别计算各相的设备容量，取其中最大相设备容量的3倍作为三相设备容量，即利用上式子进行计算。
- 例题 某 220/380V 三相四线制线路上，装有 220V 单相电热干燥箱 6 台、单相电加热器 2 台和 380V 单相对焊机6 台。 电热干燥箱 20kW2 台接于 A 相 30kW1 台接于 B 相 10kW3 台接于 C 相 电加热器 20kW2 台分别接于 B相和 C 相 电焊机 21kVA （负荷持续率 ε=100%, cos ψ N =0.7 3 台接于 AB 相 28kVA （负荷持续率 ε=100%,cos ψ N =0.8 2 台接于 BC 相 46kW ε=60%, cos ψ N =0.75 1 台接于 CA 相 。试求该线路的计算负荷。
- 解答：
2.4 功率损耗和年电能的损耗
2.4.1功率损耗
- 在电能的传输过程中，电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率损耗和年电能损耗 。因此，在 进行用户负荷计算时 ，应计入这一部分损耗。
- 供配电系统的功率损耗主要包括线路功率损耗 和 **变压器功率损耗 **。功率损耗又分 有功功率损耗 和 无功功率损耗 两部分。
- 线路的功率损耗
- 有功功率损耗
- 无功功率损耗
- 变压器的功率损耗：分为铁损和铜损。
- 铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的损耗，变压器主磁通只与外加电压有关，外加电压和频率一定是，铁损为常数，与负荷大小无关，通常用空载损耗表示。
- 铜损是变压器负荷电流在一次和二次绕组中产生的损耗，又可称负载损耗（欧姆损耗），分为负载有功功率损耗和负载无功功率损耗。
- 有功功率损耗：
SN为变压器的额定容量；SC为变压器的计算负荷； △PN 为变压器额定负荷时的有功功率损耗；△Pk为变压器的负载损耗；KL为变压器的负荷系数（KL= SC/SN）
- 无功功率损耗，空载无功功率损耗△Q0，负载无功功率损耗△QL：
式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值;Uk%为变压器的短路阻抗百分值 - 在负荷计算时，因变压器尚未选型，低损耗变压器的功率损耗可由以下经验公式计算。
2.4.2年电能损耗
- 在供配电系统中，**因负荷随时间不断变化 **，其电能损耗计算非常复杂，通常利用年最大负荷损耗小时 τ 来近似计算线路和变压器的年有功电能损耗 。
- 当线路或变压器中以最大负荷电流或计算电流 I c 流过 τ 小时后所产生的电能损耗，**恰好等于全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗 **。 τ 与 **年最大负荷利用小时 T max **以及 负荷的功率因数有关
2.5 用户负荷计算
- 确定用户的计算负荷是**选择电源进线 **和 一次、二次侧设备的基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分，也是同电力公司签订用电协议的基本依据！
2.6 尖峰电流的计算
- 尖峰电流Ipk是指单台或多台设备持续1~2秒的短时最大负荷电流。
- 尖峰电流是由于电动机起动 、电压波动 等原因引起的，尖峰电流比计算电流大的多。 计算尖峰电流的目的是 选择熔断器 、 整定低压断路器 和 继电保护装置，计算电压波动 及 检验电动机自起动条件等。
- 给单台用电设备供电的支线尖峰电流计算（ 即用电设备的启动电流）
Ipk= Ist = Kst * IN
Ist 为用电设备的起动电流； IN 为用电设备的额定电流； Kst 为用电设备的起动电流倍数 - 给多台用电设备供电的干线尖峰电流计算
- [ ]仅需考虑其中一台用电设备启动，该设备的增加值最大，其余用电设备达到最大负荷电流。
Ipk = Ic+(Ist - IN)max
IC为全部设备投入运行时线路的计算电流；(Ist-IN)max为用电设备组启动电流与额定电流之差中的最大值！！
例题：
2.7 功率因数和无功功率补偿
- 功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标！
2.7.1功率因数的计算
- 瞬时功率因数**：cosφ = P/(√3 * U * I)**
瞬时功率用于观察功率因数的变化情况，了解和分析用户或设备在生产过程中无功功率的变化情况，一边采取相应的补偿措施。 - 平均功率因数：平均功率因数指在某一时间内功率因数，也称加权平均功率因数。
- 最大负荷时的功率因数：指在年最大负荷（计算负荷）时的功率因数。cosφ = Pc/Sc
2.7.2功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法
- 功率因数对供配电系统的影响
- [ ]电压损失增大
- [ ]供电设备利用率降低
- 提高功率因数的方法
- 人工补偿功率因数
- 并联电容器
- 同步电动机补偿
- 动态无功功率补偿
BFM11-50-1W 额定电压 11kV, 容量为 50kvar单相
3.7.3并联电容器
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