- 工廠供電
- 張雪君 吳娜主編
- 4366字
- 2022-01-14 16:30:31
2.2 用電設備計算負荷的確定
2.2.1 三相用電設備組計算負荷的確定
我國目前普遍采用的確定用電設備計算負荷的方法有需要系數法和二項式法。需要系數法是國際上普遍采用的確定計算負荷的方法，最為簡便。二項式法的應用局限性較大，但在確定設備臺數少而容量差別很大的分支干線的計算負荷時，較之需要系數法更合理，且計算也更簡便。本書只介紹這兩種方法。
1.需要系數法
（1）基本公式
用電設備組的計算負荷，是指用電設備組從供電系統中取用的半小時最大負荷P30。用電設備組的設備容量Pe，是指用電設備組所有用電設備（不含備用設備）的額定容量之和，即Pe=∑PN（見圖2-7）。而設備的額定容量PN，是設備在額定條件下的最大輸出功率（出力）。但是用電設備組的設備實際上不一定都同時運行，運行的設備也不太可能都滿負荷，同時設備本身和配電線路還有功率損耗，因此用電設備組的有功計算負荷應為
式中，K∑為設備組的同時系數，即設備組在最大負荷時運行的設備容量與全部設備容量之比；KL為設備組的負荷系數，即設備組在最大負荷時輸出功率與運行的設備容量之比；ηe為設備組的平均效率，即設備組在最大負荷時輸出功率與取用功率之比；ηWL為配電線路的平均效率，即配電線路在最大負荷時的末端功率（即設備組取用功率）與首端功率（即計算負荷）之比。
圖2-7 用電設備組的計算負荷說明
令式（2-8）中的
，這里的Kd稱為需要系數（Demand Coefficient）。可知需要系數的定義式為
即用電設備組的需要系數，為用電設備組的半小時最大負荷與其設備容量的比值。
由此可得按需要系數法確定三相用電設備組有功計算負荷的基本公式為
實際上，需要系數Kd不僅與用電設備組的工作性質、設備臺數、設備效率和線路損耗等因素有關，而且與操作人員的技能和生產組織等多種因素有關，因此應盡可能地通過實測分析確定，使之盡量接近實際。
表2-1~表2-4列出了各種用電設備組的需要系數值，供讀者參考。
表2-1 各用電設備組的需要系數Kd及功率因數cosφ
（續）
注：本表參考《工礦企業電氣設計手冊》（上冊）編制。
表2-2 3～10kV高壓用電設備需要系數及功率因數
注：本表參考《電氣負荷計算系數》編制。
表2-3 各種車間的低壓負荷需要系數及功率因數
（續）
注：本表參考《工礦企業電氣設計手冊》及《電氣負荷計算系數》編制。
表2-4 某些工廠的全廠需要系數及功率因數
需要系數值與用電設備的類別和工作狀態關系極大，因此在計算時，首先要正確判明用電設備的類別和工作狀態，否則將造成錯誤。
求出有功計算負荷后，可按下式分別求出其余的計算負荷。
無功計算負荷為
式中，tanφ為對應于用電設備組cosφ的正切值。
視在計算負荷為
式中，cosφ為用電設備組的平均功率因數。
計算電流為
式中，UN為用電設備組的額定電壓。
如果為一臺三相電動機，則其計算電流應取為其額定電流，即
負荷計算中常用的單位：有功功率為“千瓦”（kW），無功功率為“千乏”（kvar），視在功率為“千伏安”（kV·A），電流為“安”（A），電壓為“千伏”（kV）。
【例2-1】已知某機修車間的金屬切削機床組，有電壓為380V的三相電動機，其中7.5kW 5臺，3kW 12臺，1.5kW 16臺。試求其計算負荷。
解：此機床組電動機的總容量為
查表2-1中“小批量生產的冷加工車間的機床”項，得Kd=0.16~0.2（取0.2計算），cosφ=0.5，tanφ=1.73。由此可求得
有功計算負荷 P30=0.2×97.5kW=19.5kW
無功計算負荷 Q30=19.5kW×1.73=33.74kvar
視在計算負荷 S30=19.5/0.5kV·A=39kV·A
計算電流為
（2）設備容量的計算
需要系數法基本公式P30=KdPe中的設備容量Pe，不含備用設備的容量，而且要注意，此容量的計算與用電設備組的工作制有關。
1）一般連續運行工作制和短時運行工作制的用電設備組。
設備容量就是所有設備的銘牌額定容量之和。
2）斷續周期工作制的用電設備組。
設備容量是將所有設備在不同負荷持續率下的銘牌額定容量換算到一個規定的負荷持續率下的容量之和。
① 吊車電動機組。若負荷持續率ε≠25%，則應統一換算為ε=25%時的設備容量。即
式中，PN為吊車電動機的銘牌容量；εN為與銘牌對應的負荷持續率；ε25為ε等于25%的負荷持續率（計算中用0.25）。
② 電焊機組。若負荷持續率ε≠100%，則應統一換算為ε=100%時的設備容量。即
式中，PN為電焊機的銘牌容量；εN為與銘牌對應的負荷持續率；ε100為ε等于100%的負荷持續率（計算中用1）。
3）照明設備。
① 不用鎮流器的照明設備的設備容量指燈頭的額定功率，即
② 用鎮流器的照明設備（如熒光燈、高壓汞燈）的設備容量要包括鎮流器中的功率損失，即
式中，Kb1為功率換算系數。熒光燈采用普通電感鎮流器取1.25，采用節能型電感鎮流器取1.15~1.17，采用電子鎮流器取1.1；高壓鈉燈和金屬鹵化物燈采用普通電感鎮流器取1.14~1.16，采用節能型電感鎮流器取1.09~1.1。
③ 照明設備的設備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算，即
式中，ω為建筑物的單位面積照明容量（W/m2）；S為建筑物的面積（m2）。
（3）多組用電設備計算負荷的確定
確定擁有多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現的因素。因此在確定多組用電設備的計算負荷時，應結合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數K∑p和K∑q。
對車間干線，取
對低壓母線，分兩種情況：
1）由用電設備組計算負荷直接相加來計算時，取
2）由車間干線計算負荷直接相加時，取
總的有功計算負荷為
式中，∑P30（i）為各組設備的有功計算負荷之和。
總的無功計算負荷為
式中，∑Q30（i）為各組設備的無功計算負荷之和。
總的視在計算負荷為
總的計算電流為
注意：由于各組用電設備的功率因數不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算，總的視在計算負荷也不能按式（2-12）來計算。
【例2-2】某機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機：7.5kW 1臺，4kW3臺，3kW 5臺，2.2kW 10臺；另接通風機1.5kW 4臺；電阻爐2kW 1臺。試求計算負荷（設同時系數K∑p和K∑q均為0.9）。
解：（1）金屬切削機床（屬于冷加工機床）
此機床組電動機的總容量為
查表2-1,可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tanφ1=1.73。
（2）通風機
查表2-1,可得Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tanφ2=0.75。
（3）電阻爐
查表2-1,可得Kd3=0.7，cosφ3=1.0，tanφ3=0。
（4）總的計算負荷
2.二項式法
二項式法是考慮用電設備的數量和大容量用電設備對計算負荷影響的經驗公式。一般應用在機械加工和熱處理車間中用電設備數量較少和容量差別大的配電箱及車間支干線的負荷計算，來彌補需要系數法的不足之處。但是，二項式系數過分突出最大用電設備容量的影響，其計算負荷往往較實際偏大。
（1）對同一工作制的單組用電設備
基本公式
式中，Px為該用電設備組中x臺容量最大用電設備的額定容量之和；Pe為該用電設備組的額定容量總和；b、c為二項系數，隨用電設備組類別而定（見表2-5）；cPx為由x臺容量最大用電設備所造成的使計算負荷大于平均負荷的一個附加負荷；bPe為該用電設備組的平均負荷。當用電設備的臺數n等于最大容量用電設備的臺數x，且n=x≤3時，一般將用電設備的額定容量總和作為計算負荷。
表2-5 用電設備組的二項系數b及c
（2）對不同工作制的多組用電設備
式中，(cPx)max為各用電設備組附加負荷cPx中的最大值；∑(bPe)i為各用電設備組平均負荷bPe的總和；tanφmax為與（cPx)max相對應的功率因數角正切值；tanφ為各用電設備組相應的功率因數角正切值。
需要系數法是各國均普遍采用的確定計算負荷的基本方法，簡單方便。二項式法的應用局限性較大，但在確定設備臺數較少而容量差別很大的分支干線的計算負荷時，較需要系數法更合理，且計算也更簡單。采用二項式法計算時，應注意將計算范圍內的所有用電設備統一分組，不應逐級計算后再代數相加，并且計算的最后結果，不再乘以最大負荷同時系數。因為由二項式法求得的計算負荷是總平均負荷和最大一組附加負荷之和，它與需要系數法的各用電設備組半小時最大負荷的概念不同。在需要系數法中就要考慮乘以最大負荷同時系數。
【例2-3】試用二項式法確定例2-2所述機修車間380V線路的計算負荷。
解：先求各組的bPe和cPx：
1）金屬切削機床組查表2-6，得b=0.14，c=0.4，x=5，cosφ=0.5，tanφ=1.73，因此
2）通風機組查表2-5，得b=0.65，c=0.25，x=5，cosφ=0.8，tanφ=0.75，因此
3）電阻爐查表2-5，得b=0.7，c=0，x=0，cosφ=1，tanφ=0，因此
以上設備組中，附加負荷以cPx(1)為最大，因此總的計算負荷為
比較例2-2和例2-3的結果可知，按二項式法計算的結果較之按需要系數法計算的結果大得多，這也更為合理。
2.2.2 單相用電設備組計算負荷的確定
在供配電系統中，除了大量的三相設備外，還應用有大量的單相設備。單相設備接在三相線路中，應盡可能均衡分配。在進行負荷計算時，如果三相線路中單相設備的總容量不超過三相設備總容量的15%，則不論單相設備如何分配，單相設備可與三相設備綜合按三相負荷平衡計算。如果單相設備總容量超過三相設備容量的15%，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再與三相設備容量相加。
由于確定計算負荷的目的，主要是選擇線路上的設備和導線（包括電纜），使線路上的設備和導線在通過計算電流時不致過熱或燒毀，因此在接有較多單相設備的三相線路中，不論單相設備接于相電壓還是線電壓，只要三相負荷不平衡，就應以最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷。
1.單相設備接于相電壓時的負荷計算
首先計算其等效三相設備容量，即
式中，Pe·φm為最大負荷相所接的單相設備容量。然后應用需要系數法算出計算負荷。
2.單相設備接于線電壓時的負荷計算
首先計算其等效三相設備容量，即
式中，Pe·φ為單相設備的容量。再應用需要系數法算出計算負荷。
3.單相設備有的接于線電壓，有的接于相電壓時的負荷計算
首先，將接于線電壓的單相設備換算為接于相電壓的設備容量，可按下式進行：
式中，PAB、PBC、PCA為接于AB、BC、CA相間的有功設備容量；PeA、PeB、PeC為換算為A、B、C相的有功設備容量；QeA、QeB、QeC為換算為A、B、C相的無功設備容量；pAB-A、qAB-A、…為有功和無功換算系數，其值見表2-6。
表2-6 相間負荷換算為相負荷的功率換算系數表
然后，分相計算各相的設備容量和計算負荷?？偟牡刃嘤泄τ嬎阖摵蔀槠渥畲笥泄ω摵上嗟挠泄τ嬎阖摵傻?倍，總的等效三相無功計算負荷為其最大無功負荷相的無功計算負荷的3倍，即
式中，P30·mφ為最大有功負荷相的有功計算負荷；Q30·mφ為最大有功負荷相的無功計算負荷。
【例2-4】某220V/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺、單相電加熱器2臺和380V單相對焊機6臺。電熱干燥箱20kW 2臺接于A相，30kW 1臺接于B相，10kW 3臺接于C相；電加熱器20kW 2臺分別接于B相和C相；對焊機21kV·A（ε=100%）3臺接于AB相，28kV·A（ε=100%）2臺接于BC相，46kW（ε=60%）1臺接于CA相。試求該線路的計算負荷。
解：（1）電熱干燥箱及電加熱器的各相計算負荷
查表2-1得Kd=0.7，cosφ=1，tanφ=0，因此只需計算有功計算負荷
（2）對焊機的各相計算負荷
查表2-1得Kd=0.35，cosφ=0.7，tanφ=1.02。
查表2-6得cosφ=0.7時
先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設備容量，即
1）各相的設備容量為
2）各相的計算負荷為
3）各相總的計算負荷（設同時系數為0.95）
4）總的等效三相計算負荷
因為B相的有功計算負荷最大，所以
