供电系统负荷计算方法

供电系统负荷计算方法

计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的计算依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。对于各种类型的用户，由于其供电系统设计的基本原理和方法都是相同的，所以在工程实践中根据不同的计算目的，针对不同类型的负荷，总结出的各种负荷的计算方法具有普遍的意义。因此，本章以工矿企业用户为例来论述计算负荷的意义及求计算负荷的方法。

一、负荷的基本概念

工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。

通常规定取30分钟(min)平均最大负荷30P 、30Q 和30S 作为该用户的“计算负

荷”，并用js P 、JS Q 和js S 分别表示其有功、无功和现在计算负荷。为什么取用“30分钟平均最大负荷”呢? 这是考虑：对于中、小截面的导体，发热时间常数(即表示发热过程进行快慢的时间数值)大约为10min 左右，在短暂的时间内通过尖峰负荷时，导体温度来不及升高到相应伍而尖峰负荷就消失了，所以尖峰负荷虽比30P ，30Q 和30S 大，但不是造成导体达到最高温升的主要原因。实验表明，导体达到稳定温升的时间约为3T 一4T ，所以对于中、小截面导体达到稳定温升的时间可近似为3T ≈30min ；对于较大截面导体，发热时间常数大多大于10min ，因而在30 min 时间内，一般达不到稳定温升，取30min 平均最大负荷为计算负荷偏于保守，但为选择计算的方便和一致性，如上规定还是合理的。因此，计算负荷是按发热条件选择导线和电器设备的依据，并有如下关系：

30max jS P P P ==

30max jS Q Q Q ==

30max jS S S S ==

二、负荷计算的方法

计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，汁算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果汁算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来

确定汁算负荷。

1、 设备容量的确定

用电设备铭牌上都标有设备的额定功率．用“N P ”表示。但是由于备用电设备的额定工作条件不同，如有长期工作的、有短时工作的，因而在进行负荷计算时，不能把这些铭牌上的额定功率简单直接地相加，必须首先换算成统一规定的工作制下的额定功率，把这个额定功率称作“设备容量”，用“Pe ”表示。

(1) 长期工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即

e N P P =

(2)断续周期工作制的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。

2、需用系数法

用电设备组的计算负荷，是指用电设备级从供电系统中取用的半小时最大负荷ca P C P ,Kd 假设用电设备组的设备容量为e P ，它指用电设备组所有设备(不含备用设备)的额定容量之和。由于用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不可能都同时满负荷，同时设备本身存在有功率损耗，因此，用电设备组的有功计算负荷应为：

e 1/

ca L P K K P =∑ηη 其中，K ∑为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；L K 为设备的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比：η为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比；l η为配电线的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首端功率之比。令K ∑L K /ηl η=Kd ，Kd 称为需要系数

（1）单组设备计算负荷 当分组后同一组中设备台数>3台时，计算负荷应考虑其需要系数，即：

d i 1c n

N i P K P ==∑ c S =c =ctan Q P φ c c

I 式中 ΣP N —— 总设备功率，单位kW

K d ——需用系数

c P ——计算有功功率，单位为kW

c Q ——计算无功功率，单位kvar

c S ——计算视在功率，单位kV A

t a n φ ——功率因数角的正切值

r U ——电气设备额定电压，单位kV c I ——计算电流，单位A

当每组电气设备台数≤3时，考虑其同时使用率非常高，将需用系数取为1，

其余计算与上式公式相同

（2）多组设备的计算负荷

当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述步骤计算在各自负荷曲线上不可能同时出现，以一个同时系数来表达这种不同时率，因此其计算负荷为：

d i 1c p n N i P K K P ==∑∑ d i 1c p n

N i P K K P ==∑∑

c S = c c

I 式中 p K ∑——有功同时系数，对于配电干线所供范围的计算负荷，p K ∑ 取值

范围一般都在0.8～0.9；对于变电站总计算负荷，p K ∑取值范

围一般在0.85～1

K ∑q ——无功同时系数，对于配电干线所供范围的计算负荷,K ∑q 取值

范围一般都在0.93～0.97；对于变电站总计算负荷，K ∑q 取值

范围一般在0.95～1

3、二项式法

（1）二项式系数

二项式系数认为计算负荷由两部分组成，一部分是由所有设备运行时产生的平均负荷b N P ∑，另一部分是由于大型设备的投入产生的负荷cpx ，x 为容量最大设备的台数

其中，b ，c 称为二项式系数。二项式系数也是通过统计得到的

（2）负荷计算的二项式法 用二项式法进行负荷计算时的步骤与需用系数法相同，是用二项式系数时计算公式如下：

1) 单组用电设备组中设备台数≥3台时的计算负荷为：

i 1c =b cpx n

N i P P =+∑

2) 多组用电设备组的计算负荷为：

m j ij j 1

1c =b n

N i P P ==∑∑max （）+(cpx)

m

j ij j max j 11c =b tan tan n N i Q P ==∑∑（φ）+(cpx)φ

式中 j ——用电设备组序号，j=1，2，3…..，m

cpx ——各组中该部分最大值

4、利用系数法

利用系数是求平均负荷的系数。通过利用系数x K ，平均利用系数xav K ，有效台数cq n ，附加系数等可确定计算负荷。

（1）利用系数 利用系数x K 定义为：

av

x i

1 =n N i P P

=∑K 一般情况下，当用电设备组确定后，其最大日负荷曲线也就确定了，要得到利用系数非常容易。

（2）附加系数

附加系数定义为

ad av

c P K P = a

d K 表达了同类型、同容量用电设备组在负荷曲线上计算负荷与平均负荷差异的幅度。

为了便于比较，从发热角度出发，不同容量的用电设备需归算为同一容量的用电设备，于是可得其等效台数eq n

2

i 1

21()n N i eq n Ni

i P n P

===∑∑

式中 N P ——用电设备组中每台用电设备的额定功率，单位Kw

（3）利用系数法的计算步骤

1）单组用电设备组中设备台数≥3台时的计算负荷

先由利用系数求平均负荷为：

av X i 1=K n

N i P P =∑ av tan av Q P =φ

式中 X K ——利用系数

再由附加系数求计算负荷。附加系数有设备等效台数eq n 和利用系数x K 得到：

d i 1c p n

N i P K K P ==∑∑ c =c t a

n Q P φ

c S =

c c I 2）多组用电设备组的计算负荷

当供电范围内有多个性质不同的设备组时，设备等效台数cq n 为所有设备的等效台数；利用系数x K 以各组设备组的加权利用系数xav K 替换，同样使用附加系数表可以查得ad K 。有功功率计算公式为：

m n

xav ij m 1n 1c=ad N P K P ==∑∑K

加权利用系数为

m avj m 1xav m n ij

m 1n 1=

N P P

===∑∑∑K 式中m avj m 1

P =∑——各组设备平均功率之和（kW ）

m n ij m 1n 1N P

==∑∑——各组设备额定功率之和

5、利用各种用电指标的负荷计算方法

当用电设备台数与容量尚未确定，但需作初步的负荷计算时，如供配电系统处于规划阶段时具体设备尚未明确；处于初步设计阶段时，部分主要的、大容量的用电设备已经清楚，但某些分散的、小容量用电设备并未确定。这是，均需借助用电指标进行计算。

常见的有的电能用户，对其设计供配电系统时，始终无法得知每个住户的实际用电设备台数及容量，只能借助用电指标进行负荷计算。

常见方法有负荷密度法，单位指标法和住宅用电量指标法

（1）负荷密度法 负荷密度法的计算公式如下：

c =P ρS

式中 c P ——计算负荷，单位Kw

S ——计算范围使用面积，单位m 2

ρ——负荷密度指标，单位kW/ m 2

（2）单位指标法 单位指标法的计算公式如下：

c =P N α

式中 α——单位用电指标，单位为kW/人、Kw/床、kW 产品等；

N ——单位数量，单位为人数、床数、产品数等

（3）住宅用电量指标法 对于住宅，由于无法知道其具体用电设备，一般都采用住宅用电量指标进行负荷计算。

计算公式如下：

c =P K ∑βN

式中 β——住宅用电量指标，单位为kW/户

N ——供电范围内的住宅户数

K ∑——住宅用电同时系数 6、 各种计算方法的特点

（1）指标法中除了住宅用电量指标法外的其他方法一般只用作供配电系统的前期负荷估算

（2）需用系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况

组成需用系数的同时系数和负荷系数都是平均的概念，若一个用电设备组中设备容量相差过于悬殊，大容量设备的投入对计算负荷起决定性的作用，这时需用系数计算的结果很可能与大容量设备投入时的实际情况不符，出现不合理的结果。

影响需用系数的因素非常多对于运行经验不多的用电设备，很难找出较为准确的需用系数值

（3）二项式法考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果（4）利用系数法是通过平均负荷来计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但利用系数法的计算过程相对繁琐

（5）目前民用建筑用电负荷的二项式系数和利用系数经验值尚不完善，这两种方法主要用于工业企业的负荷计算

（6）根据负荷计算方法得出的计算结果往往偏大，这是因为：

1）负荷计算的基础数据偏大，在选择电气设备时，一般都是按最不利的负荷情况选择，常常还在次基础上加保险系数，使得设备容量偏大。

2）负荷计算所用的计算系数偏大。在作负荷计算时，各种系数都是以求出负荷曲线上持续30min最大负荷给出的，对于大多数电气设备讲，显然过于保守