第六章电力系统的负荷特性和负荷计算

“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假 定负荷。计算负荷产生的热效应需和实际变动负荷产生 的最大热效应相等。所以根据计算负荷来选择导线及设 备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值。
通常我们把根据半小时（30min）的平均负荷所绘制 的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”，并作 为按发热条件选择电气设备的依据。
年负荷持续曲线是不分日月先后的界限，只按全年
的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年中的累计持
续时间而重新排列组成的，即反映了工厂全年负荷变动
与负荷持续时间的关系,如图6-3所示。
8760
A 0
Pdt PmaxTmax
四、负荷曲线的特征指标分析
分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律。从工厂来说， 可以合理地、有计划地安排车间、班次或大容量设备的 用电时间，从而降低负荷高峰，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，调整负荷 既提高了供电能力，也是节电的措施之一。
3、计算负荷确定之后的意义
①导线和电缆截面的选择；
②变压器容量的确定；
③为其它电气设备的选择提供相应的参数；
④为整定继电保护动作值提供依据；
⑤为制定提高功率因数的措施提供依据。
二、确定计算负荷所需要的系数
1、需要系数Kd 在设备额定功率PN已知的条件下，只要实测统计出
用电设备组（车间、全厂）的计算负荷Pca，即在典型的 用电设备组负荷曲线上出现30min的最大负荷Pmax，就可 以求出需要系数Kd ，定义如下：
将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生 活消费的功率相加就可得到电力系统的综合用电负荷。综 合用电负荷加网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出 的功率，因而称作电力系统的供电负荷。供电负荷再加各 发电厂本身消费的功率——厂用电，为系统中各发电机应 发出的功率，称作电力系统的发电负荷。
二、用电设备的工作制
1、单位产品耗电量法
已知企业的生产量n及每一单位产品电能消耗量W,可 先求出企业年电能需要量Wn。
Wn Wn
于是可以求得最大有功功率如下： Pmax Wn Tmax
式中 Tmax—年最大有功负荷利用小时数 2、车间生产面积负荷密度法
当已知车间生产面积负荷密度指标ρ（单位为kW/m2） 时，车间的平均负荷按下式求得
tg tg
tg t0 T
式中 T—工作周期；
tg—工作周期内的工作时间； t0—工作周期内的停歇时间。 三、负荷曲线
负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间的推 移而变化的曲线。
按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线；按负荷 持续时间可绘制日、月和年的负荷曲线；按负荷在电力 系统内的地点可绘制个别用户、电力线路、变电所、发 电厂乃至整个地区、整个系统的负荷曲线。将这几方面 负荷曲线综合在一起就可表明负荷曲线发与供的全部特 性。
2、短时工作制S2 设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到
允许温升，而在两个工作周期之间的间歇又很长，能使设 备冷却到环境温度值。如金属切削机床用的辅助机械（横 梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等，这类设 备的数量很少。
3、断续周期工作制S3 这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运
1、负荷密度法
所谓负荷密度法就是根据国家的电力政策、建筑物 的性质、负载的性质等多方面的因素，使用对已竣工工 程的数据进行分析统计后确定的单位面积功率（负荷密 度）数据，对所设计系统的计算负荷进行估算的一种方 法。其估算有功功率Pca的公式为：
Pca
P0S 1000
式中 P0—单位面积功率（负荷密度），W /m2； S—建筑面积，m2。
Kd
负荷曲线最大有功负荷＝ Pmax
设备容量
PN
2、利用系数KU 利用系数可定义为：
Ku
负荷曲线平均有功负荷＝ Pav
设备容量
PN
3、同时系数 K 有功同时系数：
K P
Pca
m
Pcai
i 1
无功同时系数：
K Q
Qca
m
Qcai
i 1
4、形状系数KZ
形状系数可定义为
Kz
Pca Pav
5、附加系数Kf 附加系数可定义为
1、日负荷曲线
日负荷曲线表示一天24h内负荷变化的情况，如图6— 1所示，此曲线可用于决定系统的日发电量。
2、年最大负荷曲线 可根据典型日负荷曲线间接制成，表示从年初到年
终的整个1年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化 情形，如图6—2所示。
图6－2 年最大负荷曲线
图6－3 年负荷持续曲线
3、年负荷持续曲线
①将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。 ②查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因 数。
Pca1 K d1PN1
Pca2 K d 2 PN 2
Qca1 Pca1 tan1 Qca2 Pca2 tan2
于是 Pca Pcai Qca Qcai Sca Pc2a Qc2a
Pe N 1000
式中 Pe—单位用电指标，如W/户，W/人，W/床； N—单位数量，如户数，人数，床数。
二、按需要系数法确定计算负荷
在工程初步设计和施工图设计阶段，一般采用需要 系数法确定照明负荷和动力负荷。对于民用建筑采用需 要系数法是简单可行的。
1、按需要系数法确定计算负荷的公式
有功计算负荷
在民用建筑设计中常用的负荷计算方法有负荷密度 法、单位指标法、需要系数法和二项式系数法等。
《民用建筑电气设计规范》对负荷计算方法的选取原 则做了如下规定：
（1）在方案阶段可采用单位指标法；在初步设计及 施工图阶段，宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的 各个阶段均可采用单位指标法。
（2）用电设备台数较多，各台设备用电容量相差不 悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配电所的 负荷计算。
行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过 10min，使设备既不能在一个工作时间内升温到额定值， 也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电 梯电动机等设备。断续周期工作制的用电设备可用“负荷 持续率”（又称暂载率）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
（3）用电设备台数较少，各台设备用电容量相差悬 殊时，宜采用二项式系数法，一般用于支干线、配电屏 （箱）的负荷计算。
计算负荷估算的意义：
在民用建筑的方案设计阶段，必须对建筑内电力负 荷进行估算，估算的准确与否，直接关系到建筑的变配 电系统总体方案，变压器台数、容量的选择，以及配电 设备、开关、导线的选择等，对建筑的投资预算影响很 大。目前，我们习惯使用的负荷估算方法有负荷密度法 和单位指标法。
有的负荷曲线是按一定时间为间隔绘制出来的。但
是逐点描绘的负荷曲线为依次连续的折线，不适于实际应 用。为了计算简单起见，往往将逐点描绘的负荷曲线用等 效的阶梯曲线来代替 。
有功功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用，电力 系统的设计生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础 之上的。
几种典型的负荷曲线：
从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数。 1、年最大负荷Pmax，负荷曲线上的最高点，见图6—3。 2、年最小负荷Pmin，负荷曲线上的最低点，见图6—3。 3、全年消耗的电量AY为
8760
AY 0 Pdt
24
全日消耗的电量AD为 AD 0 Pdt
4、年最大负荷利用小时数Tmax
5、平均负荷Pav
用需要系数法求车间或全厂计算负荷时，需要在各级 配电点乘以同期系数。
（2）形状系数法 用形状系数法求计算负荷的具体步骤如下：
①将用电设备分组，求出各用电设备组的总额定容量。 ②查出各组用电设备的利用系数及对应的功率因数。
Pav1 K u1 PN 1
Qav1 Pav1 tan 1
Pav
Pavi
3 倍；多台时等效三相负荷取最大线间负荷的 3倍加 上次线间最大负荷的（ 3 3 ）倍；
3）既有线间负荷又有相间负荷时，应先将相加，选取最大相 负荷乘3倍作为等效三相负荷。
第六章 电力系统的负荷特性和负荷计算
第一节 负荷曲线与特性分析
一、电力系统负荷的构成 电力系统的总负荷就是系统中千万个用电设备消费
功率的总和。它们大致分为异步电动机、同步电动机、 电热电炉、整流设备、照明设备等几大类。
不同行业中，这些用电设备占的比重也不同。表6—1 所示是几种工业部门用电设备比重的统计。
Pca K d PN
无功计算负荷
Qca Pca tan
视在功率计算负荷 Sca Pc2a Qc2a
计算电流
Ica
Sca 3U N
2、三相用电设备组计算负荷的确定
（1）用电设备分组
（2）单组用电设备计算负荷的确定
（3）单相用电设备计算负荷的确定
《民用建筑电气设计规范》中规定：“单相负荷应 均匀分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围 内三相对称负荷总容量的15％时，全部按三相对称负荷 计算；当超过15％时，应将单相负荷换算为等效三相负 荷，再与三相对称负荷相加”。等效三相负荷可按下列 方法计算： •只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍； •只有线间负荷时，单台时等效三相负荷取线间负荷的
③求负荷的有效值Pca
Pav2 K u2 PN 2
Qav2 Pav2 tan 2
Qav Qavi
Pca K z Pav (1.05 ~ 1.1)Pav Qca K zQav (1.05 ~ 1.1)Qav
Sca Pc2a Qc2a
用第2种方法求计算负荷不需要乘以同期系数 。
第四节 建筑配电负荷的统计计算示例
Pav A
式中 A —车间生产面积。
二、求计算负荷的方法 1、对单台电动机 供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为