最新2负荷计算与无功补偿汇总
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负荷计算及无功补偿
式中：P ——最大有功计算负荷，kW； 式中：Pca——最大有功计算负荷，kW； α——月平均有功负荷系数； ——月平均有功负荷系数； tanϕ1、tanϕ2——补偿前、后平均功率因数角的正切值。 ——补偿前、后平均功率因数角的正切值。
8
在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
4
2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： • • • 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿
7
用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 变化情况。
1
（2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平 均值。其计算公式为 1 Wa cosϕwm = = 2 2
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在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
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2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： • • • 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿
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用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 变化情况。
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（2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平 均值。其计算公式为 1 Wa cosϕwm = = 2 2
无功补偿及计算
无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。
无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。
为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。
(1 ) 总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
(2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。
因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
(3) 分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。
分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。
集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。
但不能降低配电网络的无功损耗。
因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。
所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。
所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。
(4) 降损与调压相结合，以降损为主。
2、影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。
当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。
在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。
因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
2. 1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。
而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。
工厂供电 第二章 负荷计算
连续工作制设备
短时工作制设备
如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横 梁升降电动机、刀架快速移动装臵)、 水闸用电动机等。 设备的工作呈周期性，时而工作时而 停歇，如此反复，且工作时间与停歇 时间有一定比例。如起重机、电焊机、 电梯等
第二章 负荷计算 17/104
反复短时工作制设备
2013-6-20
工厂供电
4/104
工厂供电
3、特点 （1）电力负荷是变化的，不等于额定功率。 （2）电力负荷的变化是有规律的。
（a）折线形负荷曲线
依点连成的负荷曲线
2013-6-20 第二章 负荷计算
（b）阶梯形负荷曲线
梯形负荷曲线
5/104
工厂供电
二、年负荷曲线
（1）年负荷曲线分为：年负荷持续曲线和年运行负荷曲线。 ◆年负荷持续曲线：不分日月先后，仅按全年的负荷变化， 按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。 ◆年运行负荷曲线：根据全年日负荷曲线间接制成，反映一 年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。 年负荷持续时间曲线，反
荧光灯：
Pe= PN
Pe=1.2PN
高压水银灯、金属卤化物灯： Pe= 1.1PN ③还可按建筑物的单位面积容量法估算：
Pe S /1000
式中：
2013-6-20
建筑物单位面积的照明容量，S为建筑物的 面积。
第二章 负荷计算 23/104
工厂供电
第三节 负荷计算的方法
计算负荷是根据等效温升确定的。
设备铬牌功率因数
Pe PN N S N cos N
设备铬牌额定容量
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； cosφN为额定功率因数。
建筑电气 建筑供配电的负荷计算和无功补偿
Pav=Wp/t 全年小时数取8760h， Wp是全年消费的总电能。 （4）负荷系数 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充
系数。
Pav
P max
Qav
Q max
0.70 ~ 0m a x Pr
Pmax―用电设备组负荷曲线上最大有功负荷(kＷ)
Pr ―用电设备组的设备功率(kＷ)
（6）利用系数 用电设备组在最大负荷班内的平均负荷 有功功率 (kW)
Pav K l Pe
Pav Kl Pe 无功功率 (kvar)
Qav Pav tan
式中Pav ――用电设备组在最大负荷工
作班内消耗的平均功负荷（kＷ）；
Pe――用电设备组的设备功率（kＷ）
➢当采用需要系数法和二项式法计算负荷 时，起重机用电动机类的设备功率为统一 换算到负载持续率ε=25%下的有功功率
Pe
r Pr 2 25
r Pr
(kW)
➢当采用需要系数法和二项式法计算负 荷时，断续工作制电焊机的设备功率是 指将额定容量换算到负载持续率 ε=100%时的有功功率。
Pe
r Pr 100
（5）电焊机3台总计17.50KVA； （Kx5=0.35 cosφ5=0.60 tgφ5=1. 33 ε5 =65%）
试求：每组负荷的计算负荷（Pc、Qc、 Sc、Ic）？
解：（1）机床组为连续工作制设备,故
PC1 K X1 Pe1 0.20 98 19.60 (kW)
QC1 PC1 tg1 19.60 1.72 33.91 (kvar)
r Sr cos
(kW)
3.用电设备组的计算负荷及计算电流
有功功率 Pc K X Pe (kW)
无功功率 QC PC tg (kvar)
负荷计算和无功功率补偿
§2.1 电力负荷 §2.2 负荷曲线 §2.3 电力负荷的计算 §2.4 工厂供电系统的电能损耗
及无功补偿
§2.5 尖峰电流的计算
内容：负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算
方法，功率损耗和电能损耗，尖峰电流以 及功率因数和无功功率补偿。
难点：掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负
荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无 功功率补偿计算。
注意：日负荷曲线是按时间的先后顺序绘制的，而年持续负荷曲
线则是按负荷的大小和累计时间绘制的。
2.2.3 负荷曲线的有关物理量
1.年最大负荷和年最大负荷利用小时
P/kW Pmax
年最大负荷Pmax指全年中负荷最大的工 作班内30分钟平均功率的最大值，常用 P30表示。
假设企业总是按年最大负荷Pmax持续
2.平均负荷和负荷系数
①平均负荷：指电力负荷在一定时间内消耗的功率平均值。如在t 时间
段内消耗的电能为Wt，则t 时间的平均负荷为： 利用负荷曲线求平均负荷的方法如图示。
Pav
=
Wt t
P/kW
②负荷系数：指年平均负荷Pav与年最大负荷Pmax的比值，即：
KL
=
Pav Pm ax
Pav
对单台用电设备，负荷系数等于设备的实际
（1）长期工作制和短时工作制的用电设备
其设备容量就是该设备的额定功率，即： Pe=PN
（2）反复短时工作制的用电设备 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。
负荷持续率（暂载率）的概念
一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比称为负荷持续率， 用来表示断续周期工作制的设备，用“ε”表示。
2.2.1. 日负荷曲线
日负荷曲线表示负荷在一昼夜(24h) 的变动情况。（参看课本图2-1）
及无功补偿
§2.5 尖峰电流的计算
内容：负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算
方法，功率损耗和电能损耗，尖峰电流以 及功率因数和无功功率补偿。
难点：掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负
荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无 功功率补偿计算。
注意：日负荷曲线是按时间的先后顺序绘制的，而年持续负荷曲
线则是按负荷的大小和累计时间绘制的。
2.2.3 负荷曲线的有关物理量
1.年最大负荷和年最大负荷利用小时
P/kW Pmax
年最大负荷Pmax指全年中负荷最大的工 作班内30分钟平均功率的最大值，常用 P30表示。
假设企业总是按年最大负荷Pmax持续
2.平均负荷和负荷系数
①平均负荷：指电力负荷在一定时间内消耗的功率平均值。如在t 时间
段内消耗的电能为Wt，则t 时间的平均负荷为： 利用负荷曲线求平均负荷的方法如图示。
Pav
=
Wt t
P/kW
②负荷系数：指年平均负荷Pav与年最大负荷Pmax的比值，即：
KL
=
Pav Pm ax
Pav
对单台用电设备，负荷系数等于设备的实际
（1）长期工作制和短时工作制的用电设备
其设备容量就是该设备的额定功率，即： Pe=PN
（2）反复短时工作制的用电设备 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。
负荷持续率（暂载率）的概念
一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比称为负荷持续率， 用来表示断续周期工作制的设备，用“ε”表示。
2.2.1. 日负荷曲线
日负荷曲线表示负荷在一昼夜(24h) 的变动情况。（参看课本图2-1）
02电力负荷计算及功率因数补偿
第2章 电力负荷计算及功率因数补偿
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。
电力负荷的分类
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。
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。
2.4
第2章 电力负荷计算及功率因数补偿
电力负荷的分类
无功补偿计算及补偿容量计算
功率因数和无功补偿容量的计算：
1、功率因数的计算：
（1）功率因数可以从所接电网的功率因数表里直接读取。
（2）若用电用户没有安装功率因数表，功率因数可以从所装的电度表里直接读取有功功
因数。
即:
cosφ=1／SQRT(1+(tanφ)*(tanφ))=P/SQRT(P*P+Q*Q)=1/SQRT(1+(Q/P)*(Q/P))如果记录的某段时间内的有功功率P和无功功率Q可知，即可求出该段时间内的
2、补偿容量的确定：
补偿容量的确定：补偿容量的大小决定于电力负荷的大小、补偿前功率因数的大小和补
Qc=P年*（tanφ1-tanφ2）
Q c--无功补偿容量（kvar）
P年--年平均功率（kW)
tanφ1--补偿前功率因数角的正切值
tanφ2--补偿后功率因数角的正切值
举例说明：
答：此系统呈现感性负载，为提高功率因数，可以采用400V低压就近补偿原
1、若一10/0.4kV电力系统有功负荷100kW，呈感性负责,系统功率因数0.74。
有功功率和无功功率进行计算得出功率
=1/SQRT(1+(Q/P)*(Q/P))
间内的加权平均功率因数：
小和补偿后提高的功率因数的大小
补偿后cos φ2
1kW有功功率所需补偿电容器的补偿容量（kvar）
无
0.74。
若将系统功率因数提到0.98，需要补偿多少无功容量？
补偿原则，采用并联电容器方法补偿，补偿容量经查表可以求得：Qc=100*0.71=71(kvar)。
2 负荷计算与无功补偿
二、单位容量法
1. 单位产品耗电量法
N Pc Tmax
Pc—有功计算负荷（kW） —每一单位产品电能消耗量，可查有关设计手册 N—企业的年生产量 2.单位面积负荷密度法
P c
A
1000
A—建筑面积（m2） ρ—负荷密度（W/m2或V· 2） A/m
22
三、需要系数法
1. 单个用电设备组的计算负荷
Pe PN
N
6
吊车电动机组： 25%
Pe PN
N N PN 2PN N 25 0.25
N N PN PN N 100 1
电焊机组： 100%
Pe PN
（3）照明设备：
白炽灯、碘钨灯
荧光灯
Pe PN Pe 1.1PN
11
将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压 的设备容量的方法：
A相：PA p AB A PAB pCA A PCA Q A q AB A PAB qCA A PCA
B相：PB p BC B PBC p AB B PAB
QB q BC B PBC q AB B PAB
1）查表获得需要系数、功率因数； 计算步骤：
2）计算该用电设备组的设备容量； 3）根据公式计算 P30、Q30、S30、I 30 。
24
例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V电 机负荷情况如下：7.5kW3台，4kW8台， 3kW17台， 1.5kW10台。求其 0.5， 1.73 cos tan
第2章
概述
负荷曲线
负荷计算与无功补偿
用电设备组计算负荷的确定
尖峰电流的计算
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负荷变化规律的一个参数。
对于用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率
P与设备额定容量PN之间的比值。
KL
P PN
负荷系数通常以百分值表示。负荷系数的符号，有
时用β；也有的有功负荷用α，无功负荷用β。
19
五、确定计算负荷的系数
1. 需要系数 Kd 负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用
电设备额定功率ΣPN之比值。
11
第2节 负荷曲线
一、介绍
负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种
图形。
横坐标：时间
纵坐标：电力负荷
分类
负荷性质：有功负荷曲线、无功负荷曲线
负荷持续时间：日负荷曲线、月负荷曲线、 年负荷曲线
负荷对象：工厂负荷曲线、车间负荷曲线、 设备负荷曲线
12
二、日负荷曲线
逐点描绘法、梯形曲线法
24
W d Pdt
2负荷计算与无功补偿
二、用电设备的工作制
1. 连续运行工作制（长期工作制） 工作时间较长，连续运行的用电设备，绝大多数
用电设备属于此类工作制。该设备温升趋近于稳定温 升。 2. 短时运行工作制（短时工作制）
工作时间很短（短于达到热平衡所需的时间），停 歇时间很长（长于设备温度冷却到周围环境温度）的用
电设备。
3. 断续周期工作制（反复短时工作制） 周期性的时而工作，时而停歇（无论工作、停歇均
不足以达到热平衡）的用电设备。
2
暂载率（负荷持续率）ε： 表示反复短时工作制用电设备的工作繁重程度。
t 10% 0 t 10% 0
T
tt0
TN 10min 标准暂载率：
吊车用电机：15%、25%、40%、60%
（1）三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量 的15%时，单相设备可按照三相平衡设备进行计算；
P eP eA P eB P eC
（2）三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的
15%时，需要把单相设备换算为等效三相设备容量，
再加上原有的三相负荷，从而得到总的三相电路的计
算负荷。
7
（3）在接有较多单相设备的三相电路中，无论单相设 备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就 应以最大负荷相有功负荷的三倍作为等效三相有功负 荷，以满足安全运行的要求。
电焊设备：50%、65%、75%、100%
3
三、设备容量Pe
➢额定容量 PN 铭牌上标出的功率，也就是设备在额定工作条
件下输出的功率，便是设备的额定功率或者额定容 量。 ➢设备容量 Pe
经过换算至统一规定的工作制下的额定功率， 称为用电设备的设备容量。 ➢设备容量的计算 （1）长期工作制和短时工作制
PePN
1N00PN
N
1
PN
N
（3）照明设备：
✓ 白炽灯、碘钨灯 Pe PN ✓ 荧光灯 Pe 1.2PN ✓ 高压水银荧光灯、金属卤化物灯 Pe 1.1PN
6
四、单相用电设备计算负荷的确定
为使得三相线路导线截面和供电设备选择经济合 理，单相设应尽量均衡的分配到三相线路上，三相负 荷尽可能平衡。
1.单相负荷计算原则
A相：PA p AB A PAB p CA A PCA Q A q AB A P AB q CA A PCA
B相：PB p BC B PBC p AB B PAB Q B q BC B PBC q AB B P AB
C相：PC p CA C PCA p BC c PBC Q C q CA C PCA q BC c PBC
考虑用电设备数量和大型设备对计算负荷的影响， 一般用于低压配电线、机械加工业的设计。 4. 利用系数法
Pe PN 4
（2）断续周期短时工作制 设备容量便是换算到统一暂载率下的额定功率。
额定暂载率εN——额定容量 PN
标准暂载率ε——设备容量Pe
设备容量是按照同一周期内等效发热条件进
行换算的。
QI2Rt I 1
t
PI
t
P
1
Pe PN
N
5
✓ 吊车电动机组：25%
PePN 2 N5PN 0.2 N52PN N ✓ 电焊机组： 10% 0
①首先将接于线电压的单相设备换算为接于相电压
的设备容量；
②分相计算各相的设备容量和计算负荷；
③总的等效三相有功计算负荷等于最大有功计算负
荷相的有功计算负荷的三倍，等效三相无功计算
负荷等于最大有功计算负荷相的无功计算负荷的
三倍，
P30 3P30.m
Q30 3Q30.m
10
将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压 的设备容量的方法：
Kd
Pmax PN
P30 PN
2. 利用系数Ku
负荷曲线中的平均负荷Pav与全部用电设备额定
功率ΣPN之比值
Ku
Pa v PN
20
第3节 用电设备组计算负荷的确定
一、确定计算负荷的方法
1. 单位容量法 用于方案估算。
2. 需要系数法 计算比较简单，多用于方案估算、初步设计和全厂、
大型车间变电所的施工设计。 3. 二项式系数法
全年消耗有功电能：Wa
8760
pdt
0
15
四、与负荷曲线相关物理量
1. 年最大负荷 Pmax 全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，也
称为半小时最大负荷P30 。 Pc=Pmax=P30
2. 年最大负荷利用小时数 Tmax 是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大
负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗
0
日平均负荷：Pav
Wd 24
1 24 Pdt
24 0
13
三、年负荷曲线
（1）年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）
按照全年每日最大负荷绘制，表示一年中，每 日最大负荷的变动情况。
14
（2）年负荷持续曲线（全年时间负荷曲线）
夏天：213天 冬天：152天
T1(t1t1)213 T2t221t3 2 152
的电能 。
8760
Tmax
Wa Pmax
pdt
0
Pmax
16
17
3. 平均负荷 Pav
平均负荷指电力负荷在一定时间t内平均消耗的
功率。 PavWt /t
年平均负荷Pav： PavWa /8760
18
4. 负荷系数 KL 负荷系数指平均负荷与最大负荷之间的比值。
KL
Pav Pmax
负荷系数也称为负荷率、负荷曲线填充系数，表征
8
2.换算原则
（1）单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算
Pe 3Pe.m Pe.m ：最大负荷相所接单相设备容量
（2）单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算
Pe 3Pe. Pe. ：接于线电压的单相设备容量
原因： IPe/U ( cos) IPe/(3Uco)s
9
（3）单相设备接于相电压与线电压时的等效三相负 荷计算