工厂供配电技术 第 4章第 4章 工厂的电力负荷计算 及短路计算工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章介绍中小型工厂电力负荷的运用情况和短路计算方法；
确定用电设备组计算负荷的常用方法；工厂计算负荷的确定方法；照明负荷的分析计算。
对工厂供电系统中的短路现象和短路效应进行了系统的分析，短路计算的方法。
4.1 工厂的电力负荷和负荷曲线
4.2 工厂计算负荷的确定
4.3 短路计算内容提要工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.1 工厂常用的用电设备
1,生产加工机械的拖动设备
2．电焊和电镀设备
3．电热设备
4．照明设备工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章生产加工机械的托动设备是机械加工类工厂的主要用电设备，也是工厂电力负荷的主要组成部分，可分为机床设备和起重运输设备两种：
机床设备是工厂金属切削和金属压力加工的主要设备，这些设备的动力，一般都由异步电动机供给，根据工件加工需要，有的机床上可能有几台甚至十几台电动机，这些电动机一般都要求能长期连续工作，电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等起重运输设备是工厂中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具空压机、通风机、水泵等也是工厂常用的辅助设备，它们的动力都由异步电动机供给，工作方式属于长期连续工作方式，设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦,单台设备的功率因数在 0.8
以上。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电焊设备是车辆、锅炉、机床等制造厂的主要用电设备，在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备，负荷量不会太大。
电焊包括利用电弧的高温进行焊接的电弧焊，利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行焊接的电阻焊（接触焊），利用电流通过熔化焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。
电焊机的工作特点是：
1,工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。
2,功率较大,380V单台电焊机功率可达 400kVA，三相电焊机功率最大的可达 1 000kVA以上。
3,功率因数很低，电弧焊机的功率因数为 0.3～ 0.35，电阻焊机的功率因数为 0.4～ 0.85。
4,一般电焊机的配臵不稳定，经常移动。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电镀设备电镀的作用是防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。另外，塑料、陶瓷等非金属零件表面，经过适当处理形成导电层后，也可以进行电镀。
电镀设备的工作特点是：
1,工作方式是长期连续工作的。
2,供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。
3,容量较大，功率从几十千瓦到几百千瓦，功率因数较低，
为 0.4～ 0.62。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电热设备按其加热原理和工作特点可分为：
电阻加热炉电弧炉感应炉其他加热设备电热设备的工作特点是：
1,工作方式为长期连续工作方式。
2,电力装臵一般属二级或三级负荷。
3,功率因数都较高，小型的电热设备可达到 1。
用于各种零件的热处理；
用于矿石熔炼、金属熔炼；
用于熔炼和金属材料热处理；
包括红外线加热设备、微波加热设备和等离子加热设备等。
中小型机械类工厂的电热设备一般较简单。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章照明设备电气照明是工厂供电的重要组成部分，合理的照明设计和照明设备的选用是工作场所得到良好的照明环境的保证。
常用的照明灯具有：白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、
高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。
照明设备的工作特点：
1,工作方式属长期连续工作方式。
2,除白炽灯、卤钨灯的功率因数为 1外，其他类型的灯具功率因数均较低。
3,照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。
4,照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在 10%左右。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂用电负荷的分类序 号 车 间 用 电 设 备 负荷级别
1 金属加工车间 价格昂贵,作用重大,稀有的大型数控机床 一级价格贵,作用大,数量多的数控机床 二级
2 铸造车间 冲天炉鼓风机,30t及以上的浇铸起重机 二级
3 热处理车间 井式炉专用淬火起重机,井式炉油槽抽油泵 二级
4 锻压车间 锻造专用起重机,水压机,高压水泵,油压机 二级
5 电镀车间 大型电镀用整流设备,自动流水作业生产线 二级
6 模具成型车间 隧道窑鼓风机,卷扬机 二级
7 层压制品车间 压塑料机及供热锅炉 二级
8 线缆车间 冷却水泵,鼓风机,润滑泵,高压水泵,水压机,真空泵,液压泵,收线用电设备,漆泵电加热设备 二级
9 空压站单台 60m3/min以上空压机 二级有高位油箱的离心式压缩机,润滑油泵 二级离心式压缩机润滑油泵 一级工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.2 工厂用电设备容量的确定用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”，但是由于各用电设备的额定工作条件不同，例如有的是长期工作制，有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量,Pe用表示。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用电设备的工作制
1,长期连续工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过 8h，而且运行时负荷比较稳定，在计算其设备容量时，可直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。
2,短时工作制设备工作时间较短，而停歇时间相对较长，在工厂负荷中所占比例很小，在计算其设备容量时，也是直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率）。
3,反复短时工作制设备工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例，用负荷持续率（或称暂载率）来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章设备容量的确定
1,长期连续工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即
%1 0 0
0
tt t?
2,反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一负荷持续率下的功率。负荷持续率可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示：
Ne PP?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章起重机（吊车电动机）
起重电动机的标准暂载率有 15%,25%,40%,60%四种要求统一换算到 ε＝ 25%时的额定功率，即
NN
25
N
Ne 2
PPP
式中 PN —— （换算前）设备铭牌额定功率；
Pe—— 换算后设备容量；
N—— 设备铭牌暂载率；
25—— 值为 25%的暂载率（计算中用 0.25）。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电焊机设备电焊设备的标准暂载率有 50%,65%,75%,100%四种。
要求统一换算到?＝ 100%，换算公式为：
NNNNNe c o s SPP
式中 SN—— 设备铭牌额定容量；
cos?N—— 设备铭牌功率因数。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电炉变压器组
NNe SP?c o s?
设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中 SN—— 电炉变压器的额定容量；
cos?N—— 电炉变压器的因数。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.3 负荷曲线负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线；按表示的时间分，有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；按绘制方式分，有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线，
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
1,负荷曲线的绘制负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，
纵坐标表示负荷大小（功率 kW,kvar）。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
2,与负荷曲线有关的参数工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2 工厂计算负荷的确定概念,指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。是选择仪器仪表、整定继电保护的重要数据。
计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过大，造成投资浪费；
计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故；
“计算负荷”通常用 P30,Q30,S30,I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章负荷计算目的,主要是确定“计算负荷”，
常用方法,需要系数法比较简便，使用广泛。因该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。
二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.2 单个用电设备的负荷计算对单台电动机，供电线路在 30min内出现的最大平均负荷即计算负荷，即
NNN30 / PPP
对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等设备，额定容量就作为其计算负荷，即
N30 PP?
对单台反复短时工作制的设备，其设备容量直接作为计算负荷，
对于起重机和电焊类设备，还要根据负荷持续率进行换算。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章需要系数法一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于 1的系数，叫做需要系数（ Kd ） 。
在所需计算的范围内，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。
需要系数法的基本公式：
ed30 PKP?
iPP ee
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章单组用电设备组的计算负荷确定有功计算负荷,
ed30 PKP?
无功计算负荷：
tan3030 PQ?
视在计算负荷：
23023030 QPS
计算电流：
N
30
30 3U
SI?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章多组用电设备的计算负荷总的有功计算负荷：
总的无功计算负荷：
总的视在计算负荷：
总的计算电流：
iPKP 3030
iQKQ 3030
23023030 QPS
N
30
30 3U
SI?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章同时系数 K?
应用范围 K?
确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间 0.7～ 0.8
热加工车间 0.7～ 0.9
动力站 0.8～ 1.0
确定配电所母线的最大负荷负荷小于 5000kW 0.9～ 1.0
计算负荷为 5000～ 10000kW 0.85
计算负荷大于 10000kW 0.8
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章二项式系数法在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为：
xcPbPP e30
其余的计算负荷 Q30,S30和 I30的计算公式与前述需要系数法相同。
对 1或 2台用电设备可认为 P30=Pe，即 b=1,c=0。
用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式，其余的计算负荷与需要系数法相同。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章确定多组用电设备的负荷多组用电设备的总计算负荷时，也要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。与需要系数法不同的是，这里不是计入一个小于 1的综合系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷 (cPx)max，再加上各组平均负荷 bPe，由此求出设备组的总计算负荷。
先求出每组用电设备的计算负荷 P30i,Q30i，则总的有功计算负荷为：
m a xe30 )()( xi cPbPP
总的无功计算负荷为：
m a xm a xe30 t a n)()t a n( xi cPbPQ
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章例题某小批量生产车间 380V线路上接有金属切削机床共 20台（其中,10.5kW的 4台,7.5kW的 8台，
5kW的 8台），车间有 380V电焊机 2台（每台容量
20kVA,?N?65%,cos?N?0.5），车间有吊车 1台
（ 11kW,eN=25% ），试计算此车间的设备容量。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章计算车间的设备容量
1）金属切削机床的设备容量。金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以 20台金属切削机床的总容量为：
kW142585.785.104ee1 iPP
kW1.165.065.0202c o s2 NNN2eSP
kW11N
25
NN3e PPP
.1 k W169111.16142eP
2）电焊机的设备容量。电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到?=100%，所以 2台电焊机的设备容量为：
3）吊车的设备容量。吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到?=25%,所以 1台吊车的容量为：
4）车间的设备总容量为：
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
1）金属切削机床组的计算负荷，查附表 1，取需要系数和功率因数为
2.0d?K 5.0cos 73.1tan
kW4.28kW1422.0)1(30P
k v ar1.49k v ar73.14.28)1(30Q
kV A8.56kV A1.494.28 22)1(30S
A3.86A38.03 8.56)1(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
2）电焊机组的计算负荷。查附表 1，取需要系数和功率因数为
35.0d?K 35.0cos 68.2tan
kW6.5kW1.1635.0)2(30P
k v ar0.15v ark68.26.5)2(30Q
kV A0.16kV A0.156.5 22)2(30S
A3.24A38.03 16)2(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
15.0d?K 5.0cos 73.1tan
3）吊车组的计算负荷。查附表 1，取需要系数和功率因数为
kW7.1kW1115.0)3(30P
k v ar9.2v a rk73.17.1)3(30Q
kV A4.3kV A9.27.1 22)3(30S
A2.5A38.03 4.3)3(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
4）全车间的总计算负荷。根据同时系数 KΣ表，取同时系数，所以全车间的计算负荷为：
kW6.28kW)7.16.54.28(8.0.0330 iPKP
k v a r6.53k v a r)9.2151.49(8.0.3030 iQKQ
k V A8.60k V A6.536.28 2230S
A4.92A38.03 8.6030I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用二项式系数法查附表 1，取二项式系数 14.0?b 4.0?c 5?x 5.0cos 73.1tan
kW5.491kW5.74kW5.105 PP x
kW7.39kW5.494.0kW14214.0e30 xcPbPP
k v a r7.68k v a r73.17.3930Q
k V A4.79k V A7.687.39 2230S
A6.120kV38.03 k V A4.7930I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.4 单相用电设备计算负荷的确定单相设备接于三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能平衡。如果均衡分配后，三相线路中剩余的单相设备总容量不超过三相设备总容量的 15%，可将单相设备总容量视为三相负荷平衡进行负荷计算。如果超过 15%，则应先将这部分单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。
1．单相设备接于相电压时等效三相设备容量 Pe按最大负荷相所接的单相设备容量 Pem?的 3
倍计算，即
eme PP 3?
2．单相设备接于线电压时容量 Pe?为的单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量 Pe为
ee PP 3?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.5 工厂电气照明容量的确定
1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯），其设备容量指灯头的额定功率，即
Ne PP?
2）用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯），其设备容量要包括镇流器中的功率损失，所以一般略高于灯头的额定功率，即
Ne PP 1.1?
3）照明设备的额定容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，
即
1000/SP e
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂电气照明负荷的确定照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。设计规范规定，
如果三相电路中单相设备总容量不超过三相设备容量的 15%时，
则单相设备可按三相平衡负荷考虑；如果三相电路中单相设备总容量超过三相设备容量的 15%，且三相明显不对称时，则首先应将单相设备容量换算为等效三相设备容量。换算的简单方法是：
选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章照明设备组的需要系数及功率因数光源类别 需要系 数 K
d
cos?
白炽灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯生产车间办公室 0.8～ 1 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
变配电所、仓库 0.5～ 0.7 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
生活区宿舍 0.6～ 0.8 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
室外 1 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
通常，车间的照明设备容量都不会超过车间三相设备容量的
15%。因此，我们可在确定了车间照明设备总容量后，按需要系数法单独计算车间照明设备的计算负荷。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.6 用需要系数法计算全厂荷
1．用需要系数法计算全厂计算负荷在已知全厂用电设备总容量 Pe的条件下，乘以一个工厂的需要系数 Kd即可求得全厂的有功计算负荷，即
ed30 PKP?
工厂类别 需要系数 功率因数 工厂类别 需要系数 功率因数汽轮机制造厂 0.38 0.88 石油机械制造厂 0.45 0.78
锅炉制造厂 0.27 0.73 电线电缆制造厂 0.35 0.73
柴油机制造厂 0.32 0.74 电器开关制造厂 0.35 0.75
重型机床制造厂 0.32 0.71 橡胶厂 0.5 0.72
仪器仪表制造厂 0.37 0.81 通用机械厂 0.4 0.72
电机制造厂 0.33 0.81
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用逐级推算法计算全厂的计算负荷
P305应为其所有出线上的计算负荷 P306等之和，
再乘上同时系数 K? 。
而 P304要考虑线路 WL2的损耗，因此
P304=P305+?PWL2
P303由 P304等几条干线上计算负荷之和乘以一个同时系数 K?而得。
P302还要考虑变压器的损耗，因此
P302=P303+?PT+?PWL1。
P301由 P302等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数 K?而得。
对中小型工厂来说，厂内高低压配电线路一般不长，其功率损耗可略去不计。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力变压器的功率损耗有功功率损耗：
30T 0 1 5.0 SP
无功功率损耗：
30T 06.0 SQ
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章按年产量和年产值估算全厂的计算负荷已知工厂的年产量 A或年产值 B，根据工厂的单位产量耗电量 a或单位产值耗电量 b，工厂的全年耗电量 Wa
BbAaW a
全厂的有功计算负荷：
max
30 T
WP a?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.7 工厂的功率因数功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力。
分类：
概念：
瞬时功率因数 运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值平均功率因数 某一规定时间段内功率因数的平均值最大负荷时的功率因数 配电系统运行在年最大负荷时的功率因数自然功率因数 用电设备或工厂在没有安装人工补偿装臵时的功率因数总的功率因数 用电设备或工厂设臵了人工补偿后的功率因数工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂的功率因数计算瞬时功率因数
UI
P
3cos
平均功率因数
2
q
2
p
pc o s
WW
W
最大负荷时的功率因数
30
30cos SP
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章无功功率补偿
S 3 0,1
S 3 0,2
Q 3 0,1
P 30
Q 30,2
1
工厂中的用电设备多为感性负载，
在运行过程中，除了消耗有功功率外，
还需要大量的无功功率在电源至负荷之间交换，导致功率因数降低，给工厂供配电系统造成不利影响。
提高功率因数的方法：
提高自然功率因数人工补偿无功功率 安装移相电容器工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章补偿容量和补偿后计算负荷的计算补偿容量的计算
)t a nt a n 2130C （PQ
补偿后计算负荷的计算
C
CqQn?
总的无功计算负荷
C3030 QQQ
补偿后的视在计算负荷
2C3023023023030 )( QQPQPS
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.8 尖峰电流的计算尖峰电流 持续时间 1～ 2s的短时最大负荷电流。主要用来选择熔断器和低压断路器，整定继电保护及检验电动机自起动条件等单台用电设备尖峰电流的计算
Nststpk IKII
多台用电设备尖峰电流的计算
m a x.
1
1,st
n
i iNpk
IIKI
m a x30 )( Nstpk IIII
或者工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.1 短路故障的原因运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或者相与地之间发生的金属性非正常连接。
概念：
原因：
系统中带电部分的电气绝缘出现破坏，而引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的老化以及运行人员的误操作和施工机械的破坏、鸟害、鼠害等工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.2 短路故障的种类短路名称 表示符号 示 图 短路性质 特点单相短路
(1)
k
不对称短路短路电流仅在故障相中流过，故障相电压下降，
非故障相电压会升高两相短路
)2(
k
不对称短路短路回路中流过很大的短路电流，电压和电流的对称性被破坏两相 短路接地
)1,1(
k
不对称短路
短路回路中流过很大的短路电流，故障相电压为零三相短路
)3(
k
对称短路三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.3 短路参数短路计算的目的：为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装臵，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装臵能可靠动作。
无限大容量电力系统，指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本保持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的 5%～ 10%，
或电力系统容量超过用户供电系统容量的 50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章最严重情况时短路全电流的波形曲线图工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的短路参数
)3(I?
短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态短路电流有效值。
)3(shi
短路后经过半个周期（即 0.01s）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电流。
(3)shI
三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。
)3(kI
)3(KS
三相短路电流稳态有效值次暂态三相短路容量工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的公式对于高压电路的短路
)3()3(sh 55.2 Ii
)3()3(sh 51.1 II
对于低压电路的短路
)3()3(sh 84.1 Ii
)3()3(sh 09.1 II
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的方法简介当供配电系统中某处发生短路时，其中一部分阻抗被短接，网路阻抗发生变化，所以在进行短路电流计算时，应先对各电气设备的参数（电阻或电抗）进行计算。
有名值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值
（即有单位的值）表示标幺值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示短路容量法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用短路容量表示工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章有名值法进行短路计算的步骤绘制短路回路等效电路计算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章标幺值法进行短路计算的步骤选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流绘制短路回路的等效电路计算短路回路中各元件的电抗标幺值求总电抗标幺值，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章无限大容量电源供电系统短路电流计算绘出计算电路图确定短路计算点按所选择的短路计算点绘出等效电路图计算电路中各主要元件的阻抗等效电路化简求出其等效总阻抗计算短路电流和短路容量。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用欧姆法进行短路计算三相短路时，三相短路电流周期分量有效值
22
)3(
33 XR
U
Z
UI CC
k
不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值
XUI Ck 3/)3(
三相短路容量
)3()3( 3 kCk IUS?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力系统的阻抗电力系统的电抗
occS SUX /2?
断流容量
Nococ UIS 3?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力变压器的阻抗
TcNTcNTNk RUSRUSRIP 222 )/()3/(33
2)(
N
c
kT S
UPR
变压器的电阻 RT
变压器的电抗 XT
%1 0 0)/(%1 0 0)/3(% 2 cTNcTNk UXSUXIU
N
ck
T S
UUX 2%
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力线路的阻抗线路的电阻 RWL
lRR WL 0?
线路的电抗 XWL
lXX WL 0?
线路结构线 路 电 压
35kV及以上 6～ 10kV 220/380V
架空线路 0.4 0.35 0.32
电缆线路 0.12 0.08 0.066
电力线路每相的单位长度电抗平均值工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章阻抗换算的公式
2
'
' )(
c
c
U
URR? 2'' )(
c
c
U
UXX?
阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变
RUP /2 XUQ /2
电力线路的阻抗工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用标幺制法进行短路计算标幺制法，即相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值而命名。
任一物理量的标幺值，为该物理量的实际值与所选定的标准值的比值，即
d
d A
AA?*
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用标幺制法进行短路计算按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量 Sd和基准电压 Ud。
基准容量，工程设计中通常取基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取选定了基准容量 Sd和基准电压 Ud之后，基准电流 Id
M V A100?dS
cd UU?
c
d
d
dd
U
S
U
SI
33
基准电抗 Xd
d
c
d
dd
S
U
I
UX 2
3
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章各主要元件的电抗标幺值
oc
d
d
c
oc
c
d
S
S S
S
S
U
S
U
X
XX 22*
1）电力系统的电抗标幺值
2）电力变压器的电抗标幺值
N
dk
d
c
N
ck
d
T
T S
SU
S
U
S
UU
X
XX %% 22*
3）电力线路的标幺值
20
2
0
*
c
d
d
c
d
WLWL
U
SlX
S
UlX
X
XX
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章三相短路无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值
*
2)3(*)3( 1
33 XXS
U
U
S
X
UIII
d
c
c
dddkk
三相短路电流周期分量有效值
**)3()3( XIIII ddkk
三相短路容量
*)3()3( 33 XIUIUS dckck
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的计算无限大容量系统中发生两相短路时
ZUI ck 2)2(
只计电抗
XUI ck 2)2(
由,
ZUI ck 2)2(
ZUI ck 3)3( 得,866.023)3()2(kk II
两相三相：
单相,
0
)1(
Z
UI
k
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.5 短路的效应及危害电力系统中出现短路故障后，由于负载阻抗被短接，电源到短路点的短路阻抗很小，使电源至短路点的短路电流比正常时的工作电流大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，
短路电流可达几万安培至几十万安培，强大的电流所产生的热和电动力效应将使电气设备受到破坏，短路点的电弧将烧毁电气设备，短路点附近的电压会显著降低，严重情况将使供电受到影响或被迫中断。不对称短路所造成的零序电流，
还会在邻近的通信线路内产生感应电动势干扰通信，亦可能危及人身和设备的安全。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的电动力效应
1）一般电器：要求电器的极限通过电流（动稳定电流）
峰值大于最大短路电流峰值，即
shmax ≥ ii
2）绝缘子：要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即
Cal ≥ FF
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的热效应
im a22t ≥ tItI?
对成套电气设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关对导体和电缆
C
tIS ima
min
导体和电缆的选择截面大于等于 Smin,即热稳定合格工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章常用导体和电缆的最高允许温度导体的材料和种类 最高允许温度（ ℃ ）正常时 短路时硬导体铜 70 300
铜（镀锡） 85 200
铝 70 200
钢 70 300
油浸纸绝缘电缆铜芯 10kV 60 250
铝芯 10kV 60 200
交联聚乙烯绝缘电缆 铜芯 80 230铝芯 80 200
确定用电设备组计算负荷的常用方法；工厂计算负荷的确定方法；照明负荷的分析计算。
对工厂供电系统中的短路现象和短路效应进行了系统的分析，短路计算的方法。
4.1 工厂的电力负荷和负荷曲线
4.2 工厂计算负荷的确定
4.3 短路计算内容提要工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.1 工厂常用的用电设备
1,生产加工机械的拖动设备
2．电焊和电镀设备
3．电热设备
4．照明设备工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章生产加工机械的托动设备是机械加工类工厂的主要用电设备，也是工厂电力负荷的主要组成部分，可分为机床设备和起重运输设备两种：
机床设备是工厂金属切削和金属压力加工的主要设备，这些设备的动力，一般都由异步电动机供给，根据工件加工需要，有的机床上可能有几台甚至十几台电动机，这些电动机一般都要求能长期连续工作，电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等起重运输设备是工厂中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具空压机、通风机、水泵等也是工厂常用的辅助设备，它们的动力都由异步电动机供给，工作方式属于长期连续工作方式，设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦,单台设备的功率因数在 0.8
以上。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电焊设备是车辆、锅炉、机床等制造厂的主要用电设备，在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备，负荷量不会太大。
电焊包括利用电弧的高温进行焊接的电弧焊，利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行焊接的电阻焊（接触焊），利用电流通过熔化焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。
电焊机的工作特点是：
1,工作方式呈一定的同期性，工作时间和停歇时间相互交替。
2,功率较大,380V单台电焊机功率可达 400kVA，三相电焊机功率最大的可达 1 000kVA以上。
3,功率因数很低，电弧焊机的功率因数为 0.3～ 0.35，电阻焊机的功率因数为 0.4～ 0.85。
4,一般电焊机的配臵不稳定，经常移动。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电镀设备电镀的作用是防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。另外，塑料、陶瓷等非金属零件表面，经过适当处理形成导电层后，也可以进行电镀。
电镀设备的工作特点是：
1,工作方式是长期连续工作的。
2,供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。
3,容量较大，功率从几十千瓦到几百千瓦，功率因数较低，
为 0.4～ 0.62。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电热设备按其加热原理和工作特点可分为：
电阻加热炉电弧炉感应炉其他加热设备电热设备的工作特点是：
1,工作方式为长期连续工作方式。
2,电力装臵一般属二级或三级负荷。
3,功率因数都较高，小型的电热设备可达到 1。
用于各种零件的热处理；
用于矿石熔炼、金属熔炼；
用于熔炼和金属材料热处理；
包括红外线加热设备、微波加热设备和等离子加热设备等。
中小型机械类工厂的电热设备一般较简单。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章照明设备电气照明是工厂供电的重要组成部分，合理的照明设计和照明设备的选用是工作场所得到良好的照明环境的保证。
常用的照明灯具有：白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、
高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。
照明设备的工作特点：
1,工作方式属长期连续工作方式。
2,除白炽灯、卤钨灯的功率因数为 1外，其他类型的灯具功率因数均较低。
3,照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。
4,照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在 10%左右。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂用电负荷的分类序 号 车 间 用 电 设 备 负荷级别
1 金属加工车间 价格昂贵,作用重大,稀有的大型数控机床 一级价格贵,作用大,数量多的数控机床 二级
2 铸造车间 冲天炉鼓风机,30t及以上的浇铸起重机 二级
3 热处理车间 井式炉专用淬火起重机,井式炉油槽抽油泵 二级
4 锻压车间 锻造专用起重机,水压机,高压水泵,油压机 二级
5 电镀车间 大型电镀用整流设备,自动流水作业生产线 二级
6 模具成型车间 隧道窑鼓风机,卷扬机 二级
7 层压制品车间 压塑料机及供热锅炉 二级
8 线缆车间 冷却水泵,鼓风机,润滑泵,高压水泵,水压机,真空泵,液压泵,收线用电设备,漆泵电加热设备 二级
9 空压站单台 60m3/min以上空压机 二级有高位油箱的离心式压缩机,润滑油泵 二级离心式压缩机润滑油泵 一级工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.2 工厂用电设备容量的确定用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”，但是由于各用电设备的额定工作条件不同，例如有的是长期工作制，有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷，而必须首先换算成同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量,Pe用表示。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用电设备的工作制
1,长期连续工作制设备能长期连续运行，每次连续工作时间超过 8h，而且运行时负荷比较稳定，在计算其设备容量时，可直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。
2,短时工作制设备工作时间较短，而停歇时间相对较长，在工厂负荷中所占比例很小，在计算其设备容量时，也是直接查取其铭牌上的额定容量（额定功率）。
3,反复短时工作制设备工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例，用负荷持续率（或称暂载率）来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章设备容量的确定
1,长期连续工作制和短时工作制的设备容量就是设备的铭牌额定功率，即
%1 0 0
0
tt t?
2,反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功率换算到统一负荷持续率下的功率。负荷持续率可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示：
Ne PP?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章起重机（吊车电动机）
起重电动机的标准暂载率有 15%,25%,40%,60%四种要求统一换算到 ε＝ 25%时的额定功率，即
NN
25
N
Ne 2
PPP
式中 PN —— （换算前）设备铭牌额定功率；
Pe—— 换算后设备容量；
N—— 设备铭牌暂载率；
25—— 值为 25%的暂载率（计算中用 0.25）。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电焊机设备电焊设备的标准暂载率有 50%,65%,75%,100%四种。
要求统一换算到?＝ 100%，换算公式为：
NNNNNe c o s SPP
式中 SN—— 设备铭牌额定容量；
cos?N—— 设备铭牌功率因数。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电炉变压器组
NNe SP?c o s?
设备容量是指在额定功率下的有功功率，即式中 SN—— 电炉变压器的额定容量；
cos?N—— 电炉变压器的因数。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.1.3 负荷曲线负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线；按表示的时间分，有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线；按绘制方式分，有依点连成的负荷曲线和梯形负荷曲线，
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
1,负荷曲线的绘制负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，
纵坐标表示负荷大小（功率 kW,kvar）。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
2,与负荷曲线有关的参数工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2 工厂计算负荷的确定概念,指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。是选择仪器仪表、整定继电保护的重要数据。
计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过大，造成投资浪费；
计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故；
“计算负荷”通常用 P30,Q30,S30,I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章负荷计算目的,主要是确定“计算负荷”，
常用方法,需要系数法比较简便，使用广泛。因该系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。
二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.2 单个用电设备的负荷计算对单台电动机，供电线路在 30min内出现的最大平均负荷即计算负荷，即
NNN30 / PPP
对单个白炽灯、单台电热设备、电炉变压器等设备，额定容量就作为其计算负荷，即
N30 PP?
对单台反复短时工作制的设备，其设备容量直接作为计算负荷，
对于起重机和电焊类设备，还要根据负荷持续率进行换算。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章需要系数法一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于 1的系数，叫做需要系数（ Kd ） 。
在所需计算的范围内，将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。
需要系数法的基本公式：
ed30 PKP?
iPP ee
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章单组用电设备组的计算负荷确定有功计算负荷,
ed30 PKP?
无功计算负荷：
tan3030 PQ?
视在计算负荷：
23023030 QPS
计算电流：
N
30
30 3U
SI?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章多组用电设备的计算负荷总的有功计算负荷：
总的无功计算负荷：
总的视在计算负荷：
总的计算电流：
iPKP 3030
iQKQ 3030
23023030 QPS
N
30
30 3U
SI?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章同时系数 K?
应用范围 K?
确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间 0.7～ 0.8
热加工车间 0.7～ 0.9
动力站 0.8～ 1.0
确定配电所母线的最大负荷负荷小于 5000kW 0.9～ 1.0
计算负荷为 5000～ 10000kW 0.85
计算负荷大于 10000kW 0.8
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章二项式系数法在计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为：
xcPbPP e30
其余的计算负荷 Q30,S30和 I30的计算公式与前述需要系数法相同。
对 1或 2台用电设备可认为 P30=Pe，即 b=1,c=0。
用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式，其余的计算负荷与需要系数法相同。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章确定多组用电设备的负荷多组用电设备的总计算负荷时，也要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。与需要系数法不同的是，这里不是计入一个小于 1的综合系数，而是在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷 (cPx)max，再加上各组平均负荷 bPe，由此求出设备组的总计算负荷。
先求出每组用电设备的计算负荷 P30i,Q30i，则总的有功计算负荷为：
m a xe30 )()( xi cPbPP
总的无功计算负荷为：
m a xm a xe30 t a n)()t a n( xi cPbPQ
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章例题某小批量生产车间 380V线路上接有金属切削机床共 20台（其中,10.5kW的 4台,7.5kW的 8台，
5kW的 8台），车间有 380V电焊机 2台（每台容量
20kVA,?N?65%,cos?N?0.5），车间有吊车 1台
（ 11kW,eN=25% ），试计算此车间的设备容量。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章计算车间的设备容量
1）金属切削机床的设备容量。金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以 20台金属切削机床的总容量为：
kW142585.785.104ee1 iPP
kW1.165.065.0202c o s2 NNN2eSP
kW11N
25
NN3e PPP
.1 k W169111.16142eP
2）电焊机的设备容量。电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到?=100%，所以 2台电焊机的设备容量为：
3）吊车的设备容量。吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到?=25%,所以 1台吊车的容量为：
4）车间的设备总容量为：
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
1）金属切削机床组的计算负荷，查附表 1，取需要系数和功率因数为
2.0d?K 5.0cos 73.1tan
kW4.28kW1422.0)1(30P
k v ar1.49k v ar73.14.28)1(30Q
kV A8.56kV A1.494.28 22)1(30S
A3.86A38.03 8.56)1(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
2）电焊机组的计算负荷。查附表 1，取需要系数和功率因数为
35.0d?K 35.0cos 68.2tan
kW6.5kW1.1635.0)2(30P
k v ar0.15v ark68.26.5)2(30Q
kV A0.16kV A0.156.5 22)2(30S
A3.24A38.03 16)2(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
15.0d?K 5.0cos 73.1tan
3）吊车组的计算负荷。查附表 1，取需要系数和功率因数为
kW7.1kW1115.0)3(30P
k v ar9.2v a rk73.17.1)3(30Q
kV A4.3kV A9.27.1 22)3(30S
A2.5A38.03 4.3)3(30I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章车间的计算负荷
4）全车间的总计算负荷。根据同时系数 KΣ表，取同时系数，所以全车间的计算负荷为：
kW6.28kW)7.16.54.28(8.0.0330 iPKP
k v a r6.53k v a r)9.2151.49(8.0.3030 iQKQ
k V A8.60k V A6.536.28 2230S
A4.92A38.03 8.6030I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用二项式系数法查附表 1，取二项式系数 14.0?b 4.0?c 5?x 5.0cos 73.1tan
kW5.491kW5.74kW5.105 PP x
kW7.39kW5.494.0kW14214.0e30 xcPbPP
k v a r7.68k v a r73.17.3930Q
k V A4.79k V A7.687.39 2230S
A6.120kV38.03 k V A4.7930I
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.4 单相用电设备计算负荷的确定单相设备接于三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能平衡。如果均衡分配后，三相线路中剩余的单相设备总容量不超过三相设备总容量的 15%，可将单相设备总容量视为三相负荷平衡进行负荷计算。如果超过 15%，则应先将这部分单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。
1．单相设备接于相电压时等效三相设备容量 Pe按最大负荷相所接的单相设备容量 Pem?的 3
倍计算，即
eme PP 3?
2．单相设备接于线电压时容量 Pe?为的单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量 Pe为
ee PP 3?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.5 工厂电气照明容量的确定
1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯），其设备容量指灯头的额定功率，即
Ne PP?
2）用镇流器的照明设备（如荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯），其设备容量要包括镇流器中的功率损失，所以一般略高于灯头的额定功率，即
Ne PP 1.1?
3）照明设备的额定容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，
即
1000/SP e
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂电气照明负荷的确定照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。设计规范规定，
如果三相电路中单相设备总容量不超过三相设备容量的 15%时，
则单相设备可按三相平衡负荷考虑；如果三相电路中单相设备总容量超过三相设备容量的 15%，且三相明显不对称时，则首先应将单相设备容量换算为等效三相设备容量。换算的简单方法是：
选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章照明设备组的需要系数及功率因数光源类别 需要系 数 K
d
cos?
白炽灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯生产车间办公室 0.8～ 1 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
变配电所、仓库 0.5～ 0.7 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
生活区宿舍 0.6～ 0.8 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
室外 1 1 0.9(0.55) 0.45～ 0.65 0.45 0.40～ 0.61
通常，车间的照明设备容量都不会超过车间三相设备容量的
15%。因此，我们可在确定了车间照明设备总容量后，按需要系数法单独计算车间照明设备的计算负荷。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.6 用需要系数法计算全厂荷
1．用需要系数法计算全厂计算负荷在已知全厂用电设备总容量 Pe的条件下，乘以一个工厂的需要系数 Kd即可求得全厂的有功计算负荷，即
ed30 PKP?
工厂类别 需要系数 功率因数 工厂类别 需要系数 功率因数汽轮机制造厂 0.38 0.88 石油机械制造厂 0.45 0.78
锅炉制造厂 0.27 0.73 电线电缆制造厂 0.35 0.73
柴油机制造厂 0.32 0.74 电器开关制造厂 0.35 0.75
重型机床制造厂 0.32 0.71 橡胶厂 0.5 0.72
仪器仪表制造厂 0.37 0.81 通用机械厂 0.4 0.72
电机制造厂 0.33 0.81
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章用逐级推算法计算全厂的计算负荷
P305应为其所有出线上的计算负荷 P306等之和，
再乘上同时系数 K? 。
而 P304要考虑线路 WL2的损耗，因此
P304=P305+?PWL2
P303由 P304等几条干线上计算负荷之和乘以一个同时系数 K?而得。
P302还要考虑变压器的损耗，因此
P302=P303+?PT+?PWL1。
P301由 P302等几条高压配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系数 K?而得。
对中小型工厂来说，厂内高低压配电线路一般不长，其功率损耗可略去不计。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力变压器的功率损耗有功功率损耗：
30T 0 1 5.0 SP
无功功率损耗：
30T 06.0 SQ
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章按年产量和年产值估算全厂的计算负荷已知工厂的年产量 A或年产值 B，根据工厂的单位产量耗电量 a或单位产值耗电量 b，工厂的全年耗电量 Wa
BbAaW a
全厂的有功计算负荷：
max
30 T
WP a?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.7 工厂的功率因数功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力。
分类：
概念：
瞬时功率因数 运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值平均功率因数 某一规定时间段内功率因数的平均值最大负荷时的功率因数 配电系统运行在年最大负荷时的功率因数自然功率因数 用电设备或工厂在没有安装人工补偿装臵时的功率因数总的功率因数 用电设备或工厂设臵了人工补偿后的功率因数工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章工厂的功率因数计算瞬时功率因数
UI
P
3cos
平均功率因数
2
q
2
p
pc o s
WW
W
最大负荷时的功率因数
30
30cos SP
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章无功功率补偿
S 3 0,1
S 3 0,2
Q 3 0,1
P 30
Q 30,2
1
工厂中的用电设备多为感性负载，
在运行过程中，除了消耗有功功率外，
还需要大量的无功功率在电源至负荷之间交换，导致功率因数降低，给工厂供配电系统造成不利影响。
提高功率因数的方法：
提高自然功率因数人工补偿无功功率 安装移相电容器工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章补偿容量和补偿后计算负荷的计算补偿容量的计算
)t a nt a n 2130C （PQ
补偿后计算负荷的计算
C
CqQn?
总的无功计算负荷
C3030 QQQ
补偿后的视在计算负荷
2C3023023023030 )( QQPQPS
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.2.8 尖峰电流的计算尖峰电流 持续时间 1～ 2s的短时最大负荷电流。主要用来选择熔断器和低压断路器，整定继电保护及检验电动机自起动条件等单台用电设备尖峰电流的计算
Nststpk IKII
多台用电设备尖峰电流的计算
m a x.
1
1,st
n
i iNpk
IIKI
m a x30 )( Nstpk IIII
或者工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.1 短路故障的原因运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或者相与地之间发生的金属性非正常连接。
概念：
原因：
系统中带电部分的电气绝缘出现破坏，而引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的老化以及运行人员的误操作和施工机械的破坏、鸟害、鼠害等工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.2 短路故障的种类短路名称 表示符号 示 图 短路性质 特点单相短路
(1)
k
不对称短路短路电流仅在故障相中流过，故障相电压下降，
非故障相电压会升高两相短路
)2(
k
不对称短路短路回路中流过很大的短路电流，电压和电流的对称性被破坏两相 短路接地
)1,1(
k
不对称短路
短路回路中流过很大的短路电流，故障相电压为零三相短路
)3(
k
对称短路三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.3 短路参数短路计算的目的：为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装臵，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装臵能可靠动作。
无限大容量电力系统，指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本保持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的 5%～ 10%，
或电力系统容量超过用户供电系统容量的 50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章最严重情况时短路全电流的波形曲线图工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的短路参数
)3(I?
短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态短路电流有效值。
)3(shi
短路后经过半个周期（即 0.01s）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电流。
(3)shI
三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。
)3(kI
)3(KS
三相短路电流稳态有效值次暂态三相短路容量工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的公式对于高压电路的短路
)3()3(sh 55.2 Ii
)3()3(sh 51.1 II
对于低压电路的短路
)3()3(sh 84.1 Ii
)3()3(sh 09.1 II
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路计算的方法简介当供配电系统中某处发生短路时，其中一部分阻抗被短接，网路阻抗发生变化，所以在进行短路电流计算时，应先对各电气设备的参数（电阻或电抗）进行计算。
有名值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值
（即有单位的值）表示标幺值法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示短路容量法：电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用短路容量表示工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章有名值法进行短路计算的步骤绘制短路回路等效电路计算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章标幺值法进行短路计算的步骤选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流绘制短路回路的等效电路计算短路回路中各元件的电抗标幺值求总电抗标幺值，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章无限大容量电源供电系统短路电流计算绘出计算电路图确定短路计算点按所选择的短路计算点绘出等效电路图计算电路中各主要元件的阻抗等效电路化简求出其等效总阻抗计算短路电流和短路容量。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用欧姆法进行短路计算三相短路时，三相短路电流周期分量有效值
22
)3(
33 XR
U
Z
UI CC
k
不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值
XUI Ck 3/)3(
三相短路容量
)3()3( 3 kCk IUS?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力系统的阻抗电力系统的电抗
occS SUX /2?
断流容量
Nococ UIS 3?
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力变压器的阻抗
TcNTcNTNk RUSRUSRIP 222 )/()3/(33
2)(
N
c
kT S
UPR
变压器的电阻 RT
变压器的电抗 XT
%1 0 0)/(%1 0 0)/3(% 2 cTNcTNk UXSUXIU
N
ck
T S
UUX 2%
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章电力线路的阻抗线路的电阻 RWL
lRR WL 0?
线路的电抗 XWL
lXX WL 0?
线路结构线 路 电 压
35kV及以上 6～ 10kV 220/380V
架空线路 0.4 0.35 0.32
电缆线路 0.12 0.08 0.066
电力线路每相的单位长度电抗平均值工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章阻抗换算的公式
2
'
' )(
c
c
U
URR? 2'' )(
c
c
U
UXX?
阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变
RUP /2 XUQ /2
电力线路的阻抗工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用标幺制法进行短路计算标幺制法，即相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值而命名。
任一物理量的标幺值，为该物理量的实际值与所选定的标准值的比值，即
d
d A
AA?*
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章采用标幺制法进行短路计算按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量 Sd和基准电压 Ud。
基准容量，工程设计中通常取基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取选定了基准容量 Sd和基准电压 Ud之后，基准电流 Id
M V A100?dS
cd UU?
c
d
d
dd
U
S
U
SI
33
基准电抗 Xd
d
c
d
dd
S
U
I
UX 2
3
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章各主要元件的电抗标幺值
oc
d
d
c
oc
c
d
S
S S
S
S
U
S
U
X
XX 22*
1）电力系统的电抗标幺值
2）电力变压器的电抗标幺值
N
dk
d
c
N
ck
d
T
T S
SU
S
U
S
UU
X
XX %% 22*
3）电力线路的标幺值
20
2
0
*
c
d
d
c
d
WLWL
U
SlX
S
UlX
X
XX
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章三相短路无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值
*
2)3(*)3( 1
33 XXS
U
U
S
X
UIII
d
c
c
dddkk
三相短路电流周期分量有效值
**)3()3( XIIII ddkk
三相短路容量
*)3()3( 33 XIUIUS dckck
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的计算无限大容量系统中发生两相短路时
ZUI ck 2)2(
只计电抗
XUI ck 2)2(
由,
ZUI ck 2)2(
ZUI ck 3)3( 得,866.023)3()2(kk II
两相三相：
单相,
0
)1(
Z
UI
k
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章
4.3.5 短路的效应及危害电力系统中出现短路故障后，由于负载阻抗被短接，电源到短路点的短路阻抗很小，使电源至短路点的短路电流比正常时的工作电流大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，
短路电流可达几万安培至几十万安培，强大的电流所产生的热和电动力效应将使电气设备受到破坏，短路点的电弧将烧毁电气设备，短路点附近的电压会显著降低，严重情况将使供电受到影响或被迫中断。不对称短路所造成的零序电流，
还会在邻近的通信线路内产生感应电动势干扰通信，亦可能危及人身和设备的安全。
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的电动力效应
1）一般电器：要求电器的极限通过电流（动稳定电流）
峰值大于最大短路电流峰值，即
shmax ≥ ii
2）绝缘子：要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即
Cal ≥ FF
工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章短路电流的热效应
im a22t ≥ tItI?
对成套电气设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关对导体和电缆
C
tIS ima
min
导体和电缆的选择截面大于等于 Smin,即热稳定合格工厂的电力负荷计算及短路计算 第四章常用导体和电缆的最高允许温度导体的材料和种类 最高允许温度（ ℃ ）正常时 短路时硬导体铜 70 300
铜（镀锡） 85 200
铝 70 200
钢 70 300
油浸纸绝缘电缆铜芯 10kV 60 250
铝芯 10kV 60 200
交联聚乙烯绝缘电缆 铜芯 80 230铝芯 80 200
