电气设计中负荷计算方法

电力负荷计算方法包括:利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法，前者适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷;后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中.电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果，使其偏大、偏高。

    电力负荷的正确计算非常重要，它是正确选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化;同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度;与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。

    一般说来，当电力负荷值大于实际使用负荷的10%时，变压器容量要增加11%一12%，电线电缆等有色金属的消耗量也要增加巧%一20%，同时还会增加变压器无功功率所造成的有功电力损耗。由此可见，电力负荷计算在供电设计中，特别是在确定变压器容量时所占据的重要位置。故正确地选择计算负荷方法与特征参数，对电气设计具有特别重要的意义。

    电力负荷计算方法概述
    电力负荷的变化是受多种因素制约的，难以用简单的计算公式来表示。在实际的工程计算工作中，通常采用的方法有需要系数法、利用系数法、二项式系数法、单位产品耗电量法等进行工业企业供电设计中的电力负荷计算。

    1.利用系数法
    以平均负荷为基础，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。

    2.单位产品耗电量法
    在初步设计阶段对供电方案作比较时，可根据车间的单位产品耗电定额，产品的年产量和年工作小时数来估算。

    3.二项系数法
    考虑用电设备数量和大容量设备对计算负荷的影响的经验公式。
    由于在一条干线上或一个车间里，当有多组性质不同的用电设备时，应根据其工作性质划分成几个用电设备组(一个组的用电设备性质相同)。所以负荷计算应先分单组计算，再进行多组的总计算，计算公式分别如下:

    (1)单组用电设备的计算负荷
    同一组用电设备的工作性质相同，而其中各机器名称和容量不一定相同。

    (2)多组用电设备的计算负荷
    在一组用电设备中，考虑了x台最大设备最大负荷重叠的因素，多组用电设备中不可能所有各组最大设备的最大负荷都重叠，一般只考虑一组最大的附加负荷即可。

    4.需求系数法
    需求系数法不考虑大容量设备最大负荷造成的负荷波动及用电设备的容量和台数，适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷。

    在一条干线上枝接性质不同的几组用电设备时，需在分组计算的基础上再进行多组的总负荷计算。

    (1)单个用电设备的计算负荷
    确定单个用电设备的计算负荷，目的是为选择支线截面提供依据，应以满负荷运行时的输人功率作为计算负荷。

    (2)用电设备组的计算负荷
    一个车间有很多台用电设备，在进行负荷计算时，要将用电设备按需要系数表上的分类方法详细地分成若干组，即将工艺性质相同的且需要系数相近的用电设备合并成组，然后进行各用电设备组的负荷计算。

    影响电负荷计算结果偏大、偏高的几种因素与对策
    从设计到运行所得到反馈可以发现下述5个问题。

    1.分组需要系数戈选用的问题和对策
    现行设计手册中推荐的一些行业的用电设备分组“需要系数”是建立在偏高基础上给定的，是考虑企业发展余量过大而造成的结果。

    另一种情况是设计人员缺乏有关行业分组需要系数，又缺乏必要的调研和考察，仅凭经验选用系数时宁大勿小，往往是高估高套而造成计算结果偏大和偏高。

    对于以上现象可以采取以下对策。
    1)利用设计手册中推荐的戈值时，宜采用其“平均值”或根据具体情况采用“下限”，一般不宜采用“上限”。

    2)当缺乏行业计算系数时，应进行同类型或近似行业调查研究结果，从而正确选用戈值。

    2.需要系数法中单台设备计算负荷氏的取值有以下不同

    1)连续运行的电动机，凡就是其铭牌上规定的额定功率。

    2)断续重复工作制电动机，应根据实际情况选择相应的负荷持续率下的额定功率计算设备功率。

    3)对于电焊机、电炉、电热器和电灯的额定功率，就是其输人功率。

    3.最大同时使用系数选用的问题
    在确定车间变电所或全厂总变电所的计算负荷时，也就是在具有多个用电车间或用电设备组时，其计算容量的总和，需要考虑乘以有功与无功最大同时使用系数k:w与k:。

    据资料介绍，同时系数基本上是从国外资料上引用的，而这些国家往往电力工业比较发达，能源比较富裕，所以同时使用系数往往偏高。

    所以在选用“同时使用系数”时可以根据不同行业的特点，酌情把同时使用系数降低到
0.9一0.75，这样可以减少计算负荷5%一15%，由此可见，降低“同时使用系数”是降低总计算负荷的关键。

    4.选择原则
    适当地采用计算方法是降低计算负荷的根本性措施，具体选择原则如下:

    1)如前所述，在实际工程计算中，利用系数法与单位产品耗电量法这两种方法一般不采用。

    利用系数法虽然有一定的理论根据，但因要确定的系数较多，计算步骤复杂，公式中的“最大系数气”与“利用系数k，”的数据目前也较缺乏，因此，通常在工作中多不采用这种计算方法。

    单位产品耗电量法求出的用电设备负荷可能与实际负荷相差较大，所以在缺乏正式的用电设备容量时，还要按“需要系数法”重新进行计算。以尽可能取得更接近实际的计算负荷，作为选择配电设备和导线的依据。

    2)需要系数法比较简便，因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，故不适用于低压配电线路计算，而适用于计算变、配电所的负荷。

    3)二项式法考虑两种因素:①平均负荷。②x台最大设备的最大负荷重叠造成的附加负荷，以弥补需要系数法计算结果在上述情况下偏小的不足。

    由于二项系数法不仅考虑了用电设备最大负荷时的平均功率，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合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负荷计算。但是二项式计算系数(经验系数)b、c和x的值，缺乏充分的理论依据，而且这些系数也只适于机械加工工业，其他行业缺乏这方面数据，从而使其引用受到一定局限。

    因此，对于负荷波动较大的干线或支线采用二项系数法确定计算负荷较为准确。在确定车间变电所和全厂总负荷计算时，则通常不采用，还是采用“需要系数法”比采用“二项式法”更接近实际用电情况。

    5.用电设备脱离实际而偏高偏大的问题
    发现上述现象，应与工艺人员研究解决，否则在负荷计算时，应在选用分组“需要系数”或“同时使用系数”时采取降低计算系数的办法，使负荷计算值降下来，以保证合理地选用变压器等供配电设备，做到既安全适用又节约电能。

    结论
    综上所述，在电气设计实践中，通常采用的计算负荷方法中单位产品耗电电量法和利用系数法通常不使用，需要系数法适用计算变、配电所的负荷，二项式系数法符合波动较大的干线或支线的负荷计算，所以计算负荷方法的正确选用是根本，直接影响到负荷计算的结果。同时是否合理选用负荷计算中特征参数，也将使计算负荷偏大或偏小。

    所以对各种不同类型电力负荷选择合适的计算方法，结合相应对策进行修正，可使计算结果明显地降低，既保证了安全可靠性又获得节能、节资的经济效益。