淺析工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算

張晟

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

1 總析電力負(fù)荷的計(jì)算

計(jì)算負(fù)荷是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個(gè)假想負(fù)荷,計(jì)算負(fù)荷確定的合理與否直接別響到導(dǎo)線和電氣設(shè)備的正確選擇。確定計(jì)算負(fù)荷的方法通常有需要系數(shù)法。需要系數(shù)法計(jì)算較簡(jiǎn)單,應(yīng)用較廣泛,適合于容量相差不大，設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的場(chǎng)合。工廠總的計(jì)算負(fù)荷要從用電設(shè)備組、低壓干線、母線依次算起，同時(shí)考慮變壓器、線路的功率損耗，然后求出總的計(jì)算負(fù)荷。工廠的功率因數(shù)是工廠電氣設(shè)備使用狀況的重要指標(biāo)。工廠的自然功率因數(shù)一般達(dá)不至規(guī)定的數(shù)值，通常需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償。

2 計(jì)算負(fù)荷的原理

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

3 用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定

電氣設(shè)備、設(shè)施、線材選型的合理性、經(jīng)濟(jì)性、適用性，完全取決于計(jì)算負(fù)荷的確定。計(jì)算負(fù)荷如取值較大則會(huì)造成極大的浪費(fèi)，對(duì)工業(yè)企業(yè)投入成本控制帶來(lái)較大的壓力；計(jì)算負(fù)載如取值較小，會(huì)使電能損耗增大，電氣設(shè)備使用壽命縮短，增大電氣設(shè)備故障率，不利于運(yùn)行成本的控制。在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用最廣泛的方法為需求系數(shù)法。其特點(diǎn)為適用范圍廣、方法簡(jiǎn)潔、計(jì)算結(jié)果符合程度高。

4 需要系數(shù)法

需求系數(shù)法的應(yīng)用步驟，按照用電需求分區(qū)明確計(jì)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(shè)備容量（Pe），再將工藝性質(zhì)相同以及相近設(shè)備合并成組,同時(shí)考慮需要系數(shù)。計(jì)算出同組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。然后分級(jí)統(tǒng)計(jì)“計(jì)算負(fù)荷”，最終得到總計(jì)算負(fù)荷。

5 設(shè)備容量的確定

設(shè)備運(yùn)行模式分為長(zhǎng)期工作制、短期工作制、斷續(xù)工作制。設(shè)備銘牌均有明確的設(shè)備功率，對(duì)于長(zhǎng)期工作、短期工作制設(shè)備而言其設(shè)備功率等于銘牌功率（Pe=PN）。斷續(xù)工作制設(shè)備有功應(yīng)按暫載率εN=25%時(shí)的有功功率計(jì)算（Pe=25%PN）。照明設(shè)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(biāo)注功率，有電感線圈的照明為標(biāo)注功率的1.2 倍左右。

6 需要系數(shù)（Kd）的含義

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

7 計(jì)算負(fù)荷的確定

（1）單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷僅有一臺(tái)用電設(shè)備時(shí)，此時(shí)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(tái)用電設(shè)備容量；PN-用電設(shè)備額定功率；η-設(shè)備在額定負(fù)載下的效率；tgΦ 設(shè)備銘牌給出的功率因數(shù)角正切值；UN-用電設(shè)備的額定電壓；COSΦ 用電設(shè)備的功率因數(shù)。

（2）單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，單組用電設(shè)就是用電屬性相同（相近）的設(shè)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(shè)備組設(shè)備容量總和；Kd-該設(shè)備組的需要系數(shù)；UN-用電設(shè)備組的額定線電壓；tgΦ-該電設(shè)備組的功率因數(shù)角正切值。

（3）低壓干線的計(jì)算，

多組不同工作制用電設(shè)備由低壓供電干線提供電能，將多組用電設(shè)備的相關(guān)負(fù)荷求和相加就是低壓干線的相關(guān)負(fù)荷。

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

（4）單相計(jì)算負(fù)荷的確定

照明、焊機(jī)等單項(xiàng)用電設(shè)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(fù)雜，這些單項(xiàng)設(shè)備工作電壓有的為220V，有的為380V。需要將這類(lèi)單相設(shè)備容量換算成三相設(shè)備容量，才能確定計(jì)算負(fù)荷。當(dāng)單相用電設(shè)備功率小于三相設(shè)備的總?cè)萘康陌俜种?，可不換算。220V 供電的單項(xiàng)設(shè)備應(yīng)合理均分在相線上，其等效三相功率為最大負(fù)荷相上的單相設(shè)備3 倍功率。對(duì)于同一線電壓上的單相設(shè)備，等效三相功率為該設(shè)備功率的倍。對(duì)于既有線電壓又有相電壓的用電設(shè)施，則先要將使用線電壓的單相用電設(shè)施的功率換算成在相電壓上的設(shè)備功率，方可分相分別確定用電設(shè)施的功率和計(jì)算負(fù)荷。等效三相功計(jì)算負(fù)荷就是3倍最大有功計(jì)算負(fù)荷相，等效三相無(wú)功計(jì)算負(fù)荷就是3倍無(wú)功計(jì)算負(fù)荷。

8 全廠計(jì)算負(fù)荷的確定

工業(yè)企業(yè)用電計(jì)算負(fù)荷P30、Q30、S30、I30 是向供電公司申請(qǐng)用電容量，選擇供電設(shè)施、設(shè)備型號(hào)規(guī)格，線纜的重要依據(jù)。當(dāng)用需求系數(shù)法明確了低壓干線、低壓母線的計(jì)算負(fù)荷后，還要考慮變壓器的有功功率損耗、無(wú)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(shè)備效率高低的系數(shù)，功率因數(shù)低，電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加供電損失、能耗，降低了供電設(shè)備的供電能力，對(duì)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(jì)效益。提高功率因數(shù)可以采取避免變壓器輕載運(yùn)行，使用自然功率因數(shù)的設(shè)備，也可采取并聯(lián)電容器補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

工業(yè)企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷P30用電設(shè)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(jì)算出全廠的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷Q30、視在計(jì)算負(fù)荷S30和計(jì)算電流I30。