负荷计算方法

负荷计算方法供电设计常采用的电力负荷计算方法有：需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小，且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业、煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。一、设备容量的确定用电设备铭牌上标出的功率（或称容量）称为用电设备的额定功率PN，该功率是指用电设备（如电动机）额定的输出功率。各用电设备，按其工作制分，有长期连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三类。因而，在计算负荷时，不能将其额定功率简单地直接相加，而需将不同工作制的用电设备额定功率换算成统一规定的工作制条件下的功率，称之为用电设备功率PNµ。（一）长期连续工作制这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、空气压缩机、水泵、电动发电机等。机床电动机，虽一般变动较大，但多数也是长期连续运行的。对长期工作制的用电设备有PNµ=PN（2－9）（二）短时工作制这类工作制的用电设备工作时间很短，而停歇时间相当长。如煤矿井下的排水泵等。对这类用电设备也同样有PNµ=PN（2－10）（三）短时连续工作制用电设备这类工作制的用电设备周期性地时而工作，时而停歇。如此反复运行，而工作周期一般不超过10分钟。如电焊机、吊车电动机等。断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”来表征其工作性质。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0100%100%ttTtt（2－11）式中T——工作周期，s；t——工作周期内的工作时间，s；t0——工作周期内的停歇时间，s。断续周期工作制设备的设备容量，一般是对应于某一标准负荷持续率的。应该注意：同一用电设备，在不同的负荷持续率工作时，其输出功率是不同的。因此，不同负荷持续率的设备容量（铭牌容量）必须换算为同一负荷持续率下的容量才能进行相加运算。并且，这种换算应该是等效换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换算。由于电流I通过设备在t时间内产生的热量为I2Rt，因此，在设备电阻不变而产生热量又相同的条件下，1/It。而在同电压下，设备容量P∝I。由式（2－11）可知，同一周期的负荷持续率ε∝t。因此，1/P，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比。假如设备在εN下的额定容量为PN，则换算到ε下的设备容量Pε为：NN/PP（2－12）式中ε——负荷的持续率；εN——与铭牌容量对应的负荷持续率；Pε——负荷持续率为时设备的输出容量，kW。1．电焊机组电焊机的铭牌负荷持续率N有50％、60％、75％和100％等4种，为了计算简便与查表求需用系数，一般要求统一换算到＝100％，因此其设备容量为NNNNNN100100coscosPPSS（2－13）式中PN——电焊机铭牌上的有功容量，kW；SN——电焊机铭牌上视在容量，kVA；ε100——其值为100%的负荷持续率（计算中取1）；cosφ——铭牌的额定功率因数。2．吊车电动机组吊车电动机的铭牌负荷持续率εN有15％、25％、40％和50％等4种，为了计算简便与查表求需用系数，一般要求统一换算到＝25％。因此，其设备容量为NNNN252PPP（2－14）式中ε25——其值为25％的负荷持续率（计算中为0.25）；PN——吊车电动机的铭牌容量，kW；εN——与铭牌容量对应的负荷持续率。例2－1有一电焊变压器，其铭牌上给出：额定容量SN＝42kVA，负荷持续率εN＝60％，功率因数cosφ＝0.62，试求该电焊变压器的设备容量Pε。［解］电焊装置的设备功率统一换算到＝100％，所以设备功率为NN100cos420.620.620.2kWPS例2－2某车间有一台10吨桥式起重机，设备名牌上给出：额定功率PN＝39.6kW，负荷持续率εN＝40％。试求该起重机的设备容量。［解］起重机应换算到＝25％，因此设备容量为NN2239.60.4PP=50kW二、需用系数法对于用电户或一组用电设备，当在最大负荷运行时，所安装的所有用电设备（不包括备用）不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所得到的总额定容量∑PN打一个折扣。所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的方法。其实质是用一个小于1的需用系数Kd对用电设备组的总额定容量∑PN打一定的折扣，使确定出来的计算负荷Pca比较接近该组设备从电网中取用的最大半小时平均负荷Pmax。其基本计算公式如下Pca=Kd∑PN(2－15)在确定了设备容量之后，可分别按下列情况按需用系数确定计算负荷。1．用电设备组计算负荷的确定用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中，可根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为cadN,caN22cacacacacaNkWkvarkVA/(3),PKPQPSPQISU　　　tan,　　,　　　　AQca公式错误，需要再乘以Kd（2－19）式中Pca、Qca、Sca——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；ΣPN——该用电设备组的设备总额定容量，kW；UN——额定电压，V；tanφ——功率因数角的正切值；Ica——该用电设备组的计算负荷电流，简称计算电流，A；Kd——需用系数，由表2－2查得。例2－3已知机修车间的金属切削机床组拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10台。试求该用电设备组的计算负荷。［解］此机床电动机组的总容量为∑PN=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5kW×10=120.5kW查表2－2中“小批生产的金属冷加工机床”项，得Kd＝0.12～0.16（取0.15），cosφ＝0.5，tanφ＝1.73。因此得有功计算负荷Pca=0.15×120.5kW=18.1kW无功计算负荷Qca=18.1kW×1.73=31.3kvar视在计算负荷Sca=18.1kW／0.5=36.2kVA计算电流ca36.2kVA==55A30.38kVI须要指出：需用系数值与用电设备组的类别和工作状态有很大的关系，因此，在计算时首先要正确判明用电设备组类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床应该属于“小批生产的冷加工机床”，因为机修不可能是大批生产的，而金属切削属冷加工。又如压塑机、拉丝机和锻锤等应属热加工机床。再如起重机、行车、电葫芦应属吊车类设备。2．多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，而各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数Ksi。具体计算公式为casidiNii=1casidiNii=122cacacacacaN1,2,3,,/(3)mmiPKKPimQKKPSPQISU　　　　tan（2－20）式中Pca、Qca、Sca——为配电干线或变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；Ksi——组间同时系数，其值见表2－3；m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；Kdi、tanφi、∑PNi——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角正切值，总设备容量；Ica——该干线或变电站低压母线上的计算电流，A；UN——该干线或低压母线上的额定电压，V。表2－3工矿企业各级组间同时系数Ksi应用范围Ksi确定车间变电所低压母线上的计算负荷时，所采用的有功负荷同时系数1、冷加工车间2、热加工车间3、动力站4、煤矿井下0.7～0.80.7～0.90.8～1.00.8～0.9确定变、配电所高压母线上的计算负荷时，所采用的有功负荷同时系数1、计算负荷小于5000kW2、计算负荷为5000～10000kW3、计算负荷大于10000kW0.9～1.00.850.8注：无功负荷同时系数一般采用与有功负荷同时系数相同的数据。在计算多组用电设备组的总计算负荷时，为了简化和统一，一般各组设备的台数不论多少，各组的计算负荷均按表2－2所列Kd和cosφ的值来计算，而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cosφ值的问题。例2－4某机加工车间380V线路上，接有金属切削机床电动机30台，共100kW；通风机4台，共6kW；电阻炉4台共8kW。试确定此线路上的计算负荷。［解］先求各组的计算负荷1．金属切削机床组查表2－2，取Kd＝0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73Pca.1=0.2×100=20kWQca.1=20×1.73=34.6kvar2．通风机组查表2－2，取Kd＝0.8，cosφ＝0.8，tanφ＝0.75Pca.2=0.8×6=4.8kWQca.2=4.8×0.75=3.6kvar3．电阻炉查表2－2，取Kd＝0.7，cosφ＝1，tanφ＝0Pca.3=0.7×8=5.6kW查表2－3，取Kai＝0.9，得总计算负荷3casica(i)=13casica(i)i=12222cacacacacaN0.9204.85.627.36kW0.934.63.634.38kvar27.3634.3843.94kVA43.94/(3)66.76A30.38iPKPQKQSPQISU3．对需用系数法的评价1）公式简单，计算方便，只用一个原始公式Pca=Kd∑PN就可以表征普遍的计算方法。该公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的负荷计算都适用。2）对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，查取方便，因而为我国设计部门广泛采用。3）需用系数法没有考虑大容量电动机对整个计算负荷Pca、Qca的影响，尤其是当用电设备组内设备台数较少时，影响更大。在这种情况下，采用二项系数法更为准确。