2.2 负荷计算

2.2.1需要系数法负荷计算

一、概述

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需（3～4）τ，τ为发热时间常数。截面在16mm²及以上的导体，其τ≥10min，因此载流导体大约经30min（半小时）后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P₃₀（亦即年最大负荷P_max）是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。

二、按需要系数法确定计算负荷

（一）基本公式

用电设备组的需要系数，为用电设各组的半小时最大负荷与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设各组有功计算负荷的基本公式为

                             （2-8）

必须注意：附录表1所列需要系数值是按车间范围内设各台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间的计算负荷。如果采用需要系数法来计算分支干线上用电设备各组的计算负荷，则附录表1中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1～2台设备时，可认为K_d＝1，即P₃₀＝P_e。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一台电动机时，其P₃₀＝P_N/η，这里P_N为电动机额定容量，η为电动机效率。在K_d适当取大的同时，cosφ也宜适当取大。

无功计算负荷为

                          （2-9）

tanφ为对应于用电设备组cosφ的正切值。

视在计算负荷为

                           （10）

cosφ为用电设备组的平均功率因数。

计算电流为

                        （2-11）

U_N为用电设备组的额定电压。

如果一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即

               （2-12）

负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”（kW），无功功率为“千乏”（kvar），视在功率为“千伏安”（kV·A），电流为“安”（A），电压为“千伏”（kV）。

(二)设备容量的计算

需要系数法基本公式P₃₀＝K_dP_e中的设备容量P_e，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。

1．对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组

设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。

2．对断续周期工作制的用电设备组

    设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。容量换算的公式如式（2-2）所示。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下：

（1）电焊机组 要求容量统一换算到ε＝100％，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为：

         即

                 （2-13）

式中，P_N、S_N为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为视在功率）；ε_N为与铭牌容量对应的负荷持续率；ε₁₀₀为其值等于100％的负荷持续率（计算中用1）；cosφ为铭牌规定的功率因数。

（2）吊车电动机组 要求容量统一换算到ε＝25％，因此由式（2-2）可得换算后的设备容量为

                    （2-14）

式中，P_N为吊车电动机的铭牌容量；ε_N为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε₂₅为其值等于25％的负荷持续率（计算中用0.25）。

（三）多组用电设备计算负荷的确定

确定拥有多组用电设各的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各运用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）K_∑p和K_∑q：

对车间干线，取：

                      （2-15）

                      （2-16）

对低压母线，分两种情况

（1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取

                      （2-17）

                          -18）

（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取

                       （2-19）

                       （2-20）

总的有功计算负荷为

                          （2-21）

总的无功计算负荷为

                         （2-22）

以上两式中的∑P_30.i和∑Q_30.i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。

总的视在计算负荷为

                     （2-23）

总的计算电流为

                          （2-24）

注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2-12）计算。

此外应注意：在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少。各组的计算负荷均按附录表1所列计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大K_d和cosφ值的问题。

2.2.2按二项式法确定计算负荷

（－）基本公式

二项式法的基本公式是

                   （2-25）

式中，bP_e（二项式第一项）表示用电设备组的平均功率，其中P_e是用电设各组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；cP_x（二项式第二项），表示用电设各组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中P_x是x台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。

其余的计算负荷Q₃₀、S₃₀和I₃₀的计算与前述需要系数法的计算相同。

附录表1中也列有部分用电设备组的二项式系数b、c和最大容量的设各台数x值，供参考。

但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表1中规定的最大容量设备台数x的2倍，即n＜2x时，其最大容量设备台数x宜适当取小，建议取为x＝n/2，且按“四舍五入”修约规则取整数。例如某机床电动机组只有7台时，则其x=7/2≈4。

如果用电设备组只有1～2台设备时，则可认为P₃₀＝P_e。对于单台电动机，则P₃₀＝P_N/η，这里P_N为电动机额定容量，η为其额定效率。在设备台数较少时，cosΦ也宜适当取大。

由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投人运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数b、c和x的值，缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。

（二）多组用电设备计算负荷的确定

采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，亦应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。但不是计入一个同时系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cP_x）_max ，再加上各组的平均负荷bP_e ，由此求得其总的有功计算负荷为

                       （2-26）

总的无功计算负荷为

         （2-27）

式中，tanΦ_max为最大附加负荷（cP_x）_max的设备组的平均功率因数角的正切值。

关于总的视在计算负荷S₃₀和总的计算电流I₃₀，仍分别按式（2-23）和式（2-24）计算。