淺析工廠電力負荷及其計算

張晟

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊,新疆哈密 839000）

1 總析電力負荷的計算

計算負荷是按發(fā)熱條件選擇電氣設備的一個假想負荷,計算負荷確定的合理與否直接別響到導線和電氣設備的正確選擇。確定計算負荷的方法通常有需要系數(shù)法。需要系數(shù)法計算較簡單,應用較廣泛,適合于容量相差不大，設備臺數(shù)較多的場合。工廠總的計算負荷要從用電設備組、低壓干線、母線依次算起，同時考慮變壓器、線路的功率損耗，然后求出總的計算負荷。工廠的功率因數(shù)是工廠電氣設備使用狀況的重要指標。工廠的自然功率因數(shù)一般達不至規(guī)定的數(shù)值，通常需要裝設無功補償裝置進行功率因數(shù)補償。

2 計算負荷的原理

工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)的特點是各設備不能同時全部投入使用，各動力設備也不可能均為全負荷運行，且感性負載較多，用電設備功率因數(shù)差異性較大，各設備額定功率之和與實際負荷不符。通常情況下在設計工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)時要計算出各用電設備的等效負荷。等效就是用電設備在實際工作產(chǎn)生的熱效應與等效負荷產(chǎn)生的熱效應等同，溫升與等效負荷溫升相等。通過計算的實際負荷功率（負荷電流）稱為計算負荷。在設計供電系統(tǒng)時是將“半小時最大負荷”作為計算負荷的依據(jù)。P30、Q30、S30、I30分別為有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷、計算電流。而年最大負荷Pmax、Qmax、Smax 是以最大負荷工作班30min 平均最大負荷P30（Q30、S30）計算的,所以計算負荷、年最大負荷、30min 平均最大負荷三者之間為相等關系。

3 用電設備計算負荷的確定

電氣設備、設施、線材選型的合理性、經(jīng)濟性、適用性，完全取決于計算負荷的確定。計算負荷如取值較大則會造成極大的浪費，對工業(yè)企業(yè)投入成本控制帶來較大的壓力；計算負載如取值較小，會使電能損耗增大，電氣設備使用壽命縮短，增大電氣設備故障率，不利于運行成本的控制。在供電系統(tǒng)設計時使用最廣泛的方法為需求系數(shù)法。其特點為適用范圍廣、方法簡潔、計算結(jié)果符合程度高。

4 需要系數(shù)法

需求系數(shù)法的應用步驟，按照用電需求分區(qū)明確計算的范圍，將同一區(qū)域內(nèi)的各種工作制下的額定功率（PN）換算為同一工作制下的設備容量（Pe），再將工藝性質(zhì)相同以及相近設備合并成組,同時考慮需要系數(shù)。計算出同組用電設備的計算負荷。然后分級統(tǒng)計“計算負荷”，最終得到總計算負荷。

5 設備容量的確定

設備運行模式分為長期工作制、短期工作制、斷續(xù)工作制。設備銘牌均有明確的設備功率，對于長期工作、短期工作制設備而言其設備功率等于銘牌功率（Pe=PN）。斷續(xù)工作制設備有功應按暫載率εN=25%時的有功功率計算（Pe=25%PN）。照明設備分為純電阻照明（白熾燈、碘鎢燈等）和有電感線圈的照明（汞燈、鈉燈、日光燈等），純電阻照明功率為標注功率，有電感線圈的照明為標注功率的1.2 倍左右。

6 需要系數(shù)（Kd）的含義

一個設備組通常由多臺（n臺）動力設備構(gòu)成，其總輸出功率為PeΣ；動力設備在能量轉(zhuǎn)化時存在能量損耗，能量轉(zhuǎn)換率（效率）為η；多臺動力設備不可能同時滿負荷運行，這樣存在同時系數(shù)KΣ、負荷系數(shù)KL；供電線路在電能輸送時存在線路能量損耗，需要引入網(wǎng)絡供電效率ηWL；由此在供電最大負荷期間,電網(wǎng)供給的有功計算負荷P30 為：。Kd 即為需要系數(shù)。需要系數(shù)Kd 與用電設備組的工作性質(zhì)、動力設備輸出功率、設備數(shù)量、設備效率、線路損耗等因素有關的綜合系數(shù)。

7 計算負荷的確定

（1）單臺設備的計算負荷，當負荷僅有一臺用電設備時，此時的需要系數(shù)只包含了效率η，因此P30=Pe/η=PN/η（kW）；Q30=P30tgΦ（kvar）；S30=P30/cosΦ，Pe-單臺用電設備容量；PN-用電設備額定功率；η-設備在額定負載下的效率；tgΦ 設備銘牌給出的功率因數(shù)角正切值；UN-用電設備的額定電壓；COSΦ 用電設備的功率因數(shù)。

（2）單組用電設備的計算負荷，單組用電設就是用電屬性相同（相近）的設備組，因而需要系數(shù)Kd 相同。其P30=KdPeΣ（kW）；Q30=P30tgΦ（kvar）；S30=UNCOSΦ）（A）。PeΣ-用電設備組設備容量總和；Kd-該設備組的需要系數(shù)；UN-用電設備組的額定線電壓；tgΦ-該電設備組的功率因數(shù)角正切值。

（3）低壓干線的計算，

多組不同工作制用電設備由低壓供電干線提供電能，將多組用電設備的相關負荷求和相加就是低壓干線的相關負荷。

P30、Q30 分別表示各不同工作制用電設備組的有功、無功計算負荷，KΣ1 是同時系數(shù)，一般計算時KΣ1=0.85-0.97。各組的功率因數(shù)COSΦ 不相同，低壓干線視在計算功率S30 與計算電流I30 不能簡單的取各組的S30（i）、I30（i）代數(shù)和計算。

（4）單相計算負荷的確定

照明、焊機等單項用電設備在工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)中大量存在。且使用情況復雜，這些單項設備工作電壓有的為220V，有的為380V。需要將這類單相設備容量換算成三相設備容量，才能確定計算負荷。當單相用電設備功率小于三相設備的總?cè)萘康陌俜种澹刹粨Q算。220V 供電的單項設備應合理均分在相線上，其等效三相功率為最大負荷相上的單相設備3 倍功率。對于同一線電壓上的單相設備，等效三相功率為該設備功率的倍。對于既有線電壓又有相電壓的用電設施，則先要將使用線電壓的單相用電設施的功率換算成在相電壓上的設備功率，方可分相分別確定用電設施的功率和計算負荷。等效三相功計算負荷就是3倍最大有功計算負荷相，等效三相無功計算負荷就是3倍無功計算負荷。

8 全廠計算負荷的確定

工業(yè)企業(yè)用電計算負荷P30、Q30、S30、I30 是向供電公司申請用電容量，選擇供電設施、設備型號規(guī)格，線纜的重要依據(jù)。當用需求系數(shù)法明確了低壓干線、低壓母線的計算負荷后，還要考慮變壓器的有功功率損耗、無功功率損耗、功率因數(shù)，最終才能明確總?cè)萘俊?/p>

功率因數(shù)COSΦ 是衡量電氣設備效率高低的系數(shù)，功率因數(shù)低，電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加供電損失、能耗，降低了供電設備的供電能力，對電網(wǎng)系統(tǒng)影響很大。提高功率因數(shù)可減少有功損失，減少線路的電壓損失，改善電壓質(zhì)量，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效益。提高功率因數(shù)可以采取避免變壓器輕載運行，使用自然功率因數(shù)的設備，也可采取并聯(lián)電容器補償，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

工業(yè)企業(yè)的計算負荷P30用電設備的總?cè)萘喀睵乘以工廠需要系數(shù)Kd。再根據(jù)工廠的功率因數(shù)COSΦ，計算出全廠的無功計算負荷Q30、視在計算負荷S30和計算電流I30。