浅析工厂电力负荷及其计算

张晟

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队,新疆哈密 839000）

1 总析电力负荷的计算

计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假想负荷,计算负荷确定的合理与否直接别响到导线和电气设备的正确选择。确定计算负荷的方法通常有需要系数法。需要系数法计算较简单,应用较广泛,适合于容量相差不大，设备台数较多的场合。工厂总的计算负荷要从用电设备组、低压干线、母线依次算起，同时考虑变压器、线路的功率损耗，然后求出总的计算负荷。工厂的功率因数是工厂电气设备使用状况的重要指标。工厂的自然功率因数一般达不至规定的数值，通常需要装设无功补偿装置进行功率因数补偿。

2 计算负荷的原理

工业企业供电系统的特点是各设备不能同时全部投入使用，各动力设备也不可能均为全负荷运行，且感性负载较多，用电设备功率因数差异性较大，各设备额定功率之和与实际负荷不符。通常情况下在设计工业企业供电系统时要计算出各用电设备的等效负荷。等效就是用电设备在实际工作产生的热效应与等效负荷产生的热效应等同，温升与等效负荷温升相等。通过计算的实际负荷功率（负荷电流）称为计算负荷。在设计供电系统时是将“半小时最大负荷”作为计算负荷的依据。P30、Q30、S30、I30分别为有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。而年最大负荷Pmax、Qmax、Smax 是以最大负荷工作班30min 平均最大负荷P30（Q30、S30）计算的,所以计算负荷、年最大负荷、30min 平均最大负荷三者之间为相等关系。

3 用电设备计算负荷的确定

电气设备、设施、线材选型的合理性、经济性、适用性，完全取决于计算负荷的确定。计算负荷如取值较大则会造成极大的浪费，对工业企业投入成本控制带来较大的压力；计算负载如取值较小，会使电能损耗增大，电气设备使用寿命缩短，增大电气设备故障率，不利于运行成本的控制。在供电系统设计时使用最广泛的方法为需求系数法。其特点为适用范围广、方法简洁、计算结果符合程度高。

4 需要系数法

需求系数法的应用步骤，按照用电需求分区明确计算的范围，将同一区域内的各种工作制下的额定功率（PN）换算为同一工作制下的设备容量（Pe），再将工艺性质相同以及相近设备合并成组,同时考虑需要系数。计算出同组用电设备的计算负荷。然后分级统计“计算负荷”，最终得到总计算负荷。

5 设备容量的确定

设备运行模式分为长期工作制、短期工作制、断续工作制。设备铭牌均有明确的设备功率，对于长期工作、短期工作制设备而言其设备功率等于铭牌功率（Pe=PN）。断续工作制设备有功应按暂载率εN=25%时的有功功率计算（Pe=25%PN）。照明设备分为纯电阻照明（白炽灯、碘钨灯等）和有电感线圈的照明（汞灯、钠灯、日光灯等），纯电阻照明功率为标注功率，有电感线圈的照明为标注功率的1.2 倍左右。

6 需要系数（Kd）的含义

一个设备组通常由多台（n台）动力设备构成，其总输出功率为PeΣ；动力设备在能量转化时存在能量损耗，能量转换率（效率）为η；多台动力设备不可能同时满负荷运行，这样存在同时系数KΣ、负荷系数KL；供电线路在电能输送时存在线路能量损耗，需要引入网络供电效率ηWL；由此在供电最大负荷期间,电网供给的有功计算负荷P30 为：。Kd 即为需要系数。需要系数Kd 与用电设备组的工作性质、动力设备输出功率、设备数量、设备效率、线路损耗等因素有关的综合系数。

7 计算负荷的确定

（1）单台设备的计算负荷，当负荷仅有一台用电设备时，此时的需要系数只包含了效率η，因此P30=Pe/η=PN/η（kW）；Q30=P30tgΦ（kvar）；S30=P30/cosΦ，Pe-单台用电设备容量；PN-用电设备额定功率；η-设备在额定负载下的效率；tgΦ 设备铭牌给出的功率因数角正切值；UN-用电设备的额定电压；COSΦ 用电设备的功率因数。

（2）单组用电设备的计算负荷，单组用电设就是用电属性相同（相近）的设备组，因而需要系数Kd 相同。其P30=KdPeΣ（kW）；Q30=P30tgΦ（kvar）；S30=UNCOSΦ）（A）。PeΣ-用电设备组设备容量总和；Kd-该设备组的需要系数；UN-用电设备组的额定线电压；tgΦ-该电设备组的功率因数角正切值。

（3）低压干线的计算，

多组不同工作制用电设备由低压供电干线提供电能，将多组用电设备的相关负荷求和相加就是低压干线的相关负荷。

P30、Q30 分别表示各不同工作制用电设备组的有功、无功计算负荷，KΣ1 是同时系数，一般计算时KΣ1=0.85-0.97。各组的功率因数COSΦ 不相同，低压干线视在计算功率S30 与计算电流I30 不能简单的取各组的S30（i）、I30（i）代数和计算。

（4）单相计算负荷的确定

照明、焊机等单项用电设备在工业企业的供电系统中大量存在。且使用情况复杂，这些单项设备工作电压有的为220V，有的为380V。需要将这类单相设备容量换算成三相设备容量，才能确定计算负荷。当单相用电设备功率小于三相设备的总容量的百分之十五，可不换算。220V 供电的单项设备应合理均分在相线上，其等效三相功率为最大负荷相上的单相设备3 倍功率。对于同一线电压上的单相设备，等效三相功率为该设备功率的倍。对于既有线电压又有相电压的用电设施，则先要将使用线电压的单相用电设施的功率换算成在相电压上的设备功率，方可分相分别确定用电设施的功率和计算负荷。等效三相功计算负荷就是3倍最大有功计算负荷相，等效三相无功计算负荷就是3倍无功计算负荷。

8 全厂计算负荷的确定

工业企业用电计算负荷P30、Q30、S30、I30 是向供电公司申请用电容量，选择供电设施、设备型号规格，线缆的重要依据。当用需求系数法明确了低压干线、低压母线的计算负荷后，还要考虑变压器的有功功率损耗、无功功率损耗、功率因数，最终才能明确总容量。

功率因数COSΦ 是衡量电气设备效率高低的系数，功率因数低，电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加供电损失、能耗，降低了供电设备的供电能力，对电网系统影响很大。提高功率因数可减少有功损失，减少线路的电压损失，改善电压质量，节约电能，提高经济效益。提高功率因数可以采取避免变压器轻载运行，使用自然功率因数的设备，也可采取并联电容器补偿，实现经济运行。

工业企业的计算负荷P30用电设备的总容量ΣP乘以工厂需要系数Kd。再根据工厂的功率因数COSΦ，计算出全厂的无功计算负荷Q30、视在计算负荷S30和计算电流I30。