许振西
（厦门华电开关有限公司，福建厦门361006）
1 负荷计算的意义和目的
工厂进行电力设计的基本原始资料是各工艺部门提供的用电设备安装容量，这些用电设备种类多，数量大，工作情况复杂。如果只是简单的把各用电设备的容量加起来作为选择导线和电气设备容量的依据，那么必然会造成投资和资源的浪费。因为，各用电设备通常并不同时运行，使用时也并不是都能达到额定容量，工作制也不一样。若估算过小，将造成导线及电气设备因过流而发热，加速绝缘老化，降低使用寿命，严重时引起火灾事故，影响供电系统的正常可靠运行。
为避免这种情况，设计时用的总负荷是一个假想负荷，即计算负荷。计算负荷也称为需要负荷或最大负荷，是根据已知的用电设备安装容量确定的、用于按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想的持续负荷。计算负荷产生的热效应与某一段时间内实际变动负荷产生的最大热效应相等。
求计算负荷的这项工作称为负荷计算。负荷计算的目的是为了合理的选择供电系统的导线、开关电器、变压器等设备，使电气设备和材料既能充分得到利用，又能满足电网的安全运行。同时，也是选择仪表量程，整定继电保护的重要依据。
2 负荷计算的方法
目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便实用，适用于全厂和车间变电所负荷的计算；二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-2008）将需要系数法作为民用建筑电气负荷计算的主要方法，下面将加以详细介绍。
1、将用电设备按类型分组，同一类型的用电设备归为一组，并算出该组用电设备的设备容量Pe。
对于长期工作制的用电负荷（如空调机组等），其设备容量就是设备铭牌上所标注的额定功率。
对于断续或短时工作制的用电设备，是将额定功率统一换算到负载持续率为25%时的有功功率。电焊机的设备功率是指将额定功率换算到负载持续率为100%时的有功功率。
对于照明设备：白炽灯的设备容量按灯泡上标注的额定功率取值；带自感式镇流器的荧光灯和高压汞灯等照明装置，由于自感式镇流器的影响，不仅功率因数很低，在计算设备容量时，还应考虑镇流器上的功率消耗。因此，对采用自感式镇流器的荧光灯装置，其设备容量取灯管额定功率的1.2倍，高压汞灯装置的设备容量取灯泡额定功率的1.1倍。
另外，成组用电设备的设备功率不应包括备用设备。
2、根据用电设备组的设备容量Pe，即可算出设备的计算负荷： 计算有功功率Pc=KxPe 计算无功功率Qc=Pctanφ
计算视在功率Sc=√𝑃𝐶2+𝑄𝐶2 计算电流Ic=Sc/√3Un
式中：Kx为需要系数，φ为功率因数角，Un为额定线电压。
上述公式适用于计算三相用电设备组的计算负荷，对属于相负荷的单相用电设备（如家用电器等），按照三相当中最大负荷的那一相的单相设备容量乘以3，求得等效的三相设备容量，然后按上述公式求得计算电流。
需要系数是在一定的条件下，根据统计方法得出的，它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。显然，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数也不相同。在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一般而言，当用电设备组内的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。设备使用率较高时，需要系数应取较大值；反之，则应取较小值。
表1列出了工厂中主要用电设备的需要系数的推荐值，可作为供配电设计中进行负荷计算的参考。
表1 各用电设备组的需要系数Kx及功率因数
用电设备名称 单独传动的金属加工机床： 1． 冷加工车间 2． 热加工车间 压床、锻锤、剪床及其他锻工机械 连续运输机械： 1． 联锁的 2． 非联锁的 轧钢车间及反复短时工作制的机械 通风机： 1． 生产用 2． 卫生用 泵、活塞式压缩机、鼓风机、电动发电机组、排风机等 透平压缩机和透平鼓风机 破碎机、筛选机、碾砂机等 磨碎机 铸铁车间造型机 搅拌机、凝结器、分级器等 水银整流机组（在变压器一次侧）： 1． 电解车间用 2． 起重机负荷 3． 电气牵引用 感应电炉（不带功率因数补偿装置）： 1． 高频 2． 低频 电阻炉： 1． 自动装料 2． 非自动装料 小容量试验装备和实验台： Kx 0.14~0.16 0.2~0.25 0.25 0.65 0.6 0.3~0.4 0.75~0.85 0.65~0.7 0.75~0.85 0.85 0.75~0.85 0.8~0.85 0.7 0.75 0.9~0.95 0.3~0.5 0.4~0.5 0.8 0.8 0.7~0.8 0.6~0.7 Cosφ 0.5 0.55~0.6 0.6 0.75 0.75 0.5~0.6 0.8~0.85 0.8 0.8 0.85 0.8 0.8~0.85 0.75 0.75 0.82~0.9 0.87~0.9 0.92~0.94 0.1 0.35 0.98 0.98 Tanφ 1.73 1.52~1.33 1.33 0.88 0.88 1.73~1.33 0.75~0.62 0.75 0.75 0.62 0.75 0.75~0.62 0.88 0.88 0.7~0.48 0.57~0.48 0.43~0.36 10.05 2.67 0.2 0.2 1． 带电动发电机组 2． 带试验变压器 起重机： 1． 锅炉房、修理、金工、装配车间 2． 铸铁车间、平炉车间 3． 轧钢车间、脱锭工部等 电焊机： 1． 点焊与缝焊用 2． 对焊用 电焊变压器： 1． 自动焊接用 2． 单头手动焊接用 3． 多头手动焊接用 电弧炼钢炉变压器 0.15~0.4 0.1~0.25 0.05~0.15 0.15~0.3 0.25~0.3 0.35 0.35 0.5 0.35 0.4 0.9 0.7 0.2 0.5 0.5 0.5 0.6 0.7 0.4 0.35 0.35 0.87 1.02 4.91 1.73 1.73 1.73 1.33 1.02 2.29 2.68 2.68 0.57 0.8 0.78 0.8 煤气电气滤清机组 3、用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低压母线上，考虑到各个用电设备组并不同时都以最大负荷运行，配电干线或变电所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷求和以后，再乘以一个同时系数，即配电干线或变电所低压母线上的计算负荷为：
计算有功功率P∑p=K∑p∑Pc 计算无功功率Q∑q= K∑q∑Qc
计算视在功率S∑c=√𝑃∑𝑝2+𝑄∑𝑞2
计算电流I∑c=S∑c/√3Un 式中：
K∑p ——有功功率的同时系数，一般取0.8~0.9 K∑q ——无功功率的同时系数，一般取0.93~0.97 ∑Pc——各用电设备组计算有功功率之和 ∑Qc——各用电设备组计算无功功率之和
3 应用举例
【例1】某机械加工车间380V线路上，接有流水作业的金属切削机床电动机30台共85kW，通风机3台共5kW，吊车1台共3kW（ε=40%）。试用需要系数法确定此线路上的计算负荷。
解：先求各组的计算负荷 （1）金属切削机床组
查表1，取Kx =0.16，cosφ=0.5，tanφ=1.73，因此 Pc=KxPe=0.16×85kW=13.6 kW Qc=Pctanφ=13.6×1.73kVAR=23.53 kVAR （2）通风机组
查表1，取Kx =0.8，cosφ=0.8，tanφ=0.75，因此 Pc=KxPe=0.8×5kW=4 kW Qc=Pctanφ=4×0.75kVAR=3 kVAR
（3）吊车组
查表1，取Kx =0.15，cosφ=0.5，tanφ=1.73，而ε=40%，故
Pe=PN√
𝜖𝑁𝜖25
=2PN√𝜖𝑁 =2×3√0.4kW=3.795kW
因此 Pc=KxPe=0.15×3.795kW=0.569 kW Qc=Pctanφ=0.569×1.73kVAR=0.984 kVAR 取K∑p=0.9，K∑q=0.93，可求得总的计算负荷为 P=K∑p∑Pc=0.9×（13.6+4+0.569）kW=16.35 kW Q= K∑q∑Qc=0.93×（23.53+3+0.984）kVAR =25.59 kVAR S=√P2+Q2=√16.352+25.592kVA=30.37kVA I=S/√3Un=30.37×1000/(√3×380)A=46.14A
为了清晰起见，通常将计算结果列成表格形式，如表2所示。
表2 例1的电力负荷计算表
序号 1 2 3 用电设备名称 金属切削机床组 通风机组 吊车组 小计 负荷计算 （取K∑p=0.9，K∑q=0.93） 台数 30 3 1 34 设备容量/kW 铭牌值 换算值 85 5 3 93 85 5 3.795 93.795 Kx 0.16 0.8 0.15 cosφ tanφ 0.5 0.8 0.15 1.73 0.75 1.73 P/kW 13.6 4 0.569 18.169 16.35 计算负荷 Q/kVAR S/kVA 23.53 3 0.984 27.514 25.59 I/A 30.37 46.14 4 结束语
由以上分析可见，用需要系数法确定计算负荷时比较简便的，但由于需要系数法没有考虑设备组中大容量用电设备对计算负荷的特殊影响，特别是对于用电设备台数不多而容量相差很大的配电箱或配电干线，其计算负荷往往比实际负荷偏小。为弥补需要系数法的不足，在这种情况下可采用二项式系数法进行负荷计算。但是，二项式系数法过分突出最大用电设备容量的影响，其计算负荷往往较实际偏大，该部分内容还有待于进一步的研究。
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