负荷分级及计算

5.负荷分级及计算

5.1 负荷分级的原则及供电要求

5.1.1负荷分级的原则

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：

(1)符合下列情况之一时，应为一级负荷：

1)中断供电将造成人身伤亡时。

2)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。

3)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。

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，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

(2)符合下列情况之一时，应为二级负荷：

1)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、大量产品所废、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。

2)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。

(3)不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

5.1.2供电要求

(1)一级负荷的供电电源应符合下列规定：

1)一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

2)一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。

(2)二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。

(3)三级负荷供电无特别要求。

注：(1)独立电源是指若干电源中，任一电源因故障而停止供电时，不影响其他电源继续供电。同时具备下列两个条件的变电所的不同母线段均属独立电源。

①每段母线的电源来自不同的发电机；

②母线段之间无联系，或虽有联系但在其中一段发生故障时，能自动断开联系，不影

响其余母线段继续供电。

(2)独立电源点是指若干独立电源来自不同的地点。任一电源点因故障而停止供电时，不影响其他电源继续供电两个发电、一个发电厂和一个地区电网或一个电力系统中的两个区域性变电所都属于两个独立电源点。

5.2 负荷的计算方法

用电负荷计算的目的是为了合理选择供电系统的变压器、发电机、馈电线和开关设备等，也是计算电压水平和确定电能消耗的重要依据。电力负荷的计算正确与否，对选择高低压供电系统的元件、有色金属的消耗及经济核算有着极其重要的影响。

用电负荷的计算方法有“需要系数法”、“利用系数法”、“二项式法”和“单位面积功率法”等。由于需要系数法比较便利，因而广泛使用。

在用电负荷计算时，为了做到准确无误，先要确定用电设备的功率及单相负荷计算。

5.2.1 设备功率的确定

进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。用电设备的额定功率P r 或额定容量S r 是指铭牌上的数据。对于不同

负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率，即设备功率P e 。

(1 ) 连续工作制电动机的设备功率等于其铭牌上的额定功率。

(2 ) 短时或周期工作制电动机（如起重机用电动机等）的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率。

当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为25%下的有功功率，其换算关系如下：

r r r

r e P P P εε225.0==

当采用利用系数法时，应统一换算到负载持续率ε为100%下的有功功率：

r r e P P ε=

式中 P r —电动机额定功率，kW ；

εr —电动机额定负载持续率。

(3 ) 电焊机的设备功率是指将额定容量换算到负载持续率ε为100%时的有功功率，其换算公式为

?εcos r r e S P =

式中 S r —电焊机的额定容量，kVA ；

εr —电焊机的额定负载持续率；

?cos —额定功率因数。

(4) 整流器的设备功率是指额定直流功率。

(5) 成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。

(6) 白炽灯的设备功率为灯泡额定功率。气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加上镇流器的功率损耗(荧光灯加20％，荧光高压汞灯，高压钠灯及镝灯加 8％)。

5.2.2 单相负荷计算

单相用电设备应均衡分配到三相上，使各相的计算负荷尽量相近。

(1)计算原则

1)单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。

2)在进行单相负荷换算时，一般采用计算功率。对需要系数法，计算功率即为需要功率，对利用系数法，计算功率为平均功率；当单相负荷均为同类用电设备时，则可直接采用设备功率计算。

所称单相负荷，在各个具体情况下分别代表需要功率，平均功率或设备功率。此外，单相用电设备接于线电压或相电压时的负荷，相应地称为线间负荷和相负荷。

(2) 单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法

对于既有线间负荷又有相负荷的情况，计算步骤如下。

1)先将线间负荷换算为相负荷，各相负荷分别为；

a 相 a ca ca a a

b ab a p P p P P )()(+=

a ca caq a a

b ab a q P q P Q )()(+=

b 相 b b

c bc b ab ab b p P p P P )()(+=

b b

c bc b ab ab b q P q P Q )()(+=

c 相 c ca ca c bc bc c p P p P P )()(+=

c ca ca c bc bc c q P q P Q )()(+=

以上式中 P ab 、P bc 、P ca ─接于ab 、bc 、ca 线间负荷，kW ；

P a 、P b 、P c ─换算为a 、b 、c 相有功负荷，kW ；

Q a 、Q b 、Q c ─换算为a 、b 、c 相无功负荷，kvar ；

a a

b p )(、a ab q )(、……─接于ab 、……线间负荷换算为a 、……相负荷的有功及无功换算系数，见表1。

2)各相负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。

(3) 单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法

1)只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两项数据进行计算。现以

P ab ≥P bc ≥P ca 为例进行计算

bc ab bc ab d P P P P P 27.173.1)33(3+=-+=

当P ab = P bc 时 ab d P P 3=

当只有P ab 时 ab d P P 3=

以上式中 P ab 、P bc 、P ca ─接于ab 、bc 、ca 线间负荷，kW ；

P d ─等效三相负荷，kW 。

2)只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。

3)当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15％时，按三相平衡负荷计算，不需换算。

5.2.3 需要系数法确定计算负荷

(1)用电设备组的计算负荷

有功功率 e x js P K P = kW

无功功率 ?tg P Q js js = kvar

视在功率 22js js js Q P S += kVA

(2) 配电干线或车间变电所的计算负荷

有功功率 ∑=∑)(e x p js P K K P kW

无功功率 ∑=∑)(?tg P K K Q e x q js kvar

视在功率 22js js js Q P S += kV A

以上式中 P e —用电设备组的设备功率，kW ；

K x —需要系数；

?tg —用电设备功率因数角的正切值；

p K ∑、q K ∑—有功功率、无功功率同时系数，分别取0．8～0．9和0．93～0．97。

(3) 配电所或总降压变电所的计算负荷，为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数K Σp 和K Σq 。对配电所的K Σp 和K Σq 分别取0.85~1和0.95~l ，对总降压变电所的K Σp 和K Σq 分别取0.8~0.9和0.93~0.97。

当简化计算时，同时系数K Σp 和K Σq 都取K Σp 值。

5.2.4 利用系数法确定计算负荷

用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，而后算出结果。

(1)用电设备组在最大负荷班内的平均负荷

有功功率 e l p P K P = kW

无功功率 ?tg P Q p p = kvar

K l —用电设备组在最大负荷班内的利用系数；

?tg —用电设备组的功率因数角的正切值。

(2)平均利用系数为

∑∑=e p

lp P P K

式中 ΣP p —各用电设备组平均负荷的有功功率之和，kW ；

ΣP e —各用电设备组的设备功率之和，kW 。

(3)用电设备的有效台数n yx ，是将不同设备功率和工作制的用电设备台数换算为相同设备功率和工作制的等效值。故

∑∑=22

)(le e yx P P n

式中 P le —单个用电设备的设备功率，kW 。

使用电子计算器的统计功能，计算(ΣP e )2和ΣP le 2，求n yx 是方便的。如果设备台数较多，还可用误差不超过±10％的下列简化方法计算。

1)当有效台数为4台及以上，且最大一台设备功率P le ·max 与最小一台设备功率P le ·min 的比值m ≤3时，取

n yx =n

在确定n yx 值时，可将组内总功率不超过全组总设备功率5％的一些最小用电设备略去。

2)当m ＞3和K lp ≥0.2时，取

max

5.0?∑=le e yx P P n 如按上式求得的n yx 比实际台数还多，则取n yx =n 。

3)当m ＞3和K lp ＜0.2时，取

1211212

')()()(95.0n n P P n P P n n n n e n e yx yx -∑-+∑≈=

'

2''2''1)1()(95.0n p n p n n n yx

yx --+≈= n n n 1'= ∑=e

n P P p 1' 以上式中 n —用电设备台数；

n 1—用电设备中，单台设备功率不小于最大一台设备功率一半的台数； n ’— n 1台数的相对值；

ΣP e —各用电设备组的设备功率之和，kW ；

p ’ —P n1功率的相对值；

n yx ’—有效台数相对值，可根据相对值n ’和p ’，从表查得。

(4)计算负荷

有功功率 ∑=p m js P K P kW

无功功率 ∑=p m js Q K Q kvar

视在功率 22js js js Q P S += kV A

式中 K m —最大系数，根据有效台数n yx 和平均利用系数K lp ，从表查得。

3台及以下用电设备的计算有功功率取设备功率总和。

3台以上用电设备，而有效台数小于4时，计算有功功率取设备功率总和，再乘以0.9系数。

注

K m 数据是按0.5h 最大负荷计算的。计算以中小截面导线为基准，其发热时间常数τ为10min ，负荷的热效应达到稳态的持续时间t ，按指敷曲线约为3τ，即0.5h 。对于变电所低压母线或低压干线来说，τ≥20min ，t ＞1h 。当t 大于0.5h ，最大系数按下式换算

t K K m t m 21

1)(-+≤

多数情况下车间变电所低压母线上的负荷，其平均利用系数K lp 为0.2~0.6，有效台数n yx 相应为50~12及以上，持续时间0.5h 的最大系数K m 为1.05~1.23，相应于母线t ≥1h 的最大系数K m(t)，按上式计算小于或等于1.035~1.16。

5.2.5 利用二项式法确定计算负荷

(1)用电设备组的计算负荷

有功功率 e n js bP cP P += kW

无功功率 ?tg P Q js js = kvar

视在功率 22js js js Q P S += kV A

(2) 配电干线或车间变电所的计算负荷

有功功率 ∑+=e n js bP cP P max )( kW

无功功率 ∑+=)()(max ??tg bP tg cP Q e n n js kvar

视在功率 22js js js Q P S += kV A

以上式中 P e —用电设备组的设备功率，kW ；

P n —用电设备组中功率最大的n 台设备的设备功率之和（n 值见表），

kW ；

c 、b —二项式系数，其值见表；

（cP n ）max —用电设备组（cP n ）项中选出的最大值，kW ；

?tg n —与（cP n ）max 对应的功率因数角正切值。

5.2.5 利用单位面积功率法确定计算负荷

估算的有功功率为

1000

/2A m W P js ?= kW 式中 W ／m 2—平均每平方米计算有功功率，W ；

A —建筑面积，m 2。

5.3 尖峰电流的确定

对于不同性质的负荷，其尖峰电流的计算公式是不同的。

(1)单台电动机、电弧炉或电焊变压器的支线，其尖峰电流I jf 为

r jf KI I =

式中 I r —电动机、电弧炉或电焊变压器一次侧额定电流，A ；

K —起动电流倍数，即起动电流与额定电流之比，鼠笼电动机可达6~7，绕线电动机为2~2.5，直流电动机为1.5~2，单台电弧炉为3，弧焊变压器和弧焊整流器为小于或等于2.1，电阻焊机为1，闪光对焊机为2。

(2)接有多台电动机的配电线路，只考虑一台电动机起动时的尖峰电流为 'm ax )(js r jf I KI I +=

式中 (KI r )max —起动电流为最大的一台电动机的起动电流，A ；

'js I —除起动电动机以外的配电线路计算电流，A 。

两台及以上设备的电动机有可能同时起动时，尖蜂电流根据实际情况确定。

(3)对于自起动的电动机组，其尖峰电流为所有参与自起动的电动机的起动电流之和。

5.4 功率损耗计算

(1)三相线路中有功及无功功率损耗：

有功功率损耗 322210)3(3-??+=?R U Q P P r

js

fs l kW 无功功率损耗 322210)3(3-??+=?X U Q P Q r js fs l kvar

以上式中 R —每相线路电阻，Ω，R=R ’l ；

X —每相线路电抗，Ω，X=X ’l ；

l —线路计算长度，km ；

R ’、X ’—线路单位长度的交流电阻及电抗，Ω／km 。

6、l0kV 铝芯电缆和架空铝线每千米有功功率损耗与线路负荷之间的关系，见图1和图2。上述公式中的线路电阻是按导线温度为20℃计算的，如温度为55℃或60℃时，可从图l 、图2曲线查得的有功损耗值乘以温度校正系数1.14或1.16，导线温度为其它值时，按有关方法计算电阻后进行修正。

铜芯电缆和架空铜线的有功功率损耗，可用上述铝线损耗数据乘以系数0.6l

求得。

(2)电力变压器的有功及无功功率损耗； 有功功率损耗 20)(r js

k T S S P P P ?+?=? kW

无功功率损耗 20)(r js

k T S S Q Q Q ?+?=? kvar

以上式中 S js —变压器计算负荷，kV A ； S r —变压器额定容量，kV A ； ΔP 0—变压器空载有功损耗，kW ； ΔP k —变压器满载(短路)有功损耗，kW ， ΔQ 0—变压器空载无功损耗，kvar ，100

%00r S I Q =?； I 0％—变压器空载电流占额定电流的百分数； ΔQ k —变压器满载(短路)无功损耗，kvar ，100%r k k S u Q =?； u k %—变压器阻抗电压占额定电压的百分数。 ΔP 0、ΔP k 、I 0％、u k %均可由变压器产品样本中查得。

(3)高压电动机的有功及无功功率损耗： 有功功率损耗 )1(ηη

-=?r M P P kw

无功功率损耗 ?tg P Q M M ?=? kvat 式中 P r —电动机额定功率，kw ；

η—电动机效率；

?tg —电动机额定功率因数角的正切值。

确定6kV不同截面铝芯电缆和架空线每千米有功功率损耗与线路负荷的关系曲线

确定10kV不同截面铝芯电缆和架空线每千米有功功率损耗与线路负荷的关系曲线