電力工程基礎第2章

1、電力工程基礎電力工程基礎第第2章章 負荷計算與無功功率補償負荷計算與無功功率補償?shù)诘?章章 負荷計算與無功功率補償負荷計算與無功功率補償n2.1 電力負荷與負荷曲線n2.2 計算負荷的確定n2.3 功率損耗與電能損耗計算n2.4 企業(yè)計算負荷的確定n2.5 無功功率補償n2.6 尖峰電流的計算 二、電力負荷的分級二、電力負荷的分級供電方式供電方式:由兩個由兩個獨立電源獨立電源供電供電1一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡，重大設備損壞，一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡，重大設備損壞，重大產(chǎn)品報廢，或在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。重大產(chǎn)品報廢，或在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。2二級負荷：中斷供電將造成主

2、要設備損壞，大量產(chǎn)品報二級負荷：中斷供電將造成主要設備損壞，大量產(chǎn)品報廢，重點企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟上造成較大損失。廢，重點企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟上造成較大損失。 供電方式供電方式:由由雙回路雙回路供電供電2.1 電力負荷與負荷曲線電力負荷與負荷曲線 一、負荷計算的目的及意義一、負荷計算的目的及意義 計算負荷是計算負荷是選擇電力變壓器、開關設備及導線、電纜等選擇電力變壓器、開關設備及導線、電纜等額定參數(shù)的依據(jù)。額定參數(shù)的依據(jù)。 三、負荷曲線三、負荷曲線1負荷曲線的分類負荷曲線的分類按性質(zhì)分：按性質(zhì)分：有功負荷曲線和無功負荷曲線有功負荷曲線和無功負荷曲線 按負荷持續(xù)時間分：日負荷曲線

3、和年負荷曲線按負荷持續(xù)時間分：日負荷曲線和年負荷曲線2負荷曲線的繪制負荷曲線的繪制 日負荷曲線（日負荷曲線（圖圖2-1） ：逐點描繪法、梯形曲線法：逐點描繪法、梯形曲線法年負荷曲線：年負荷曲線：年最大負荷曲線（年最大負荷曲線（圖圖2-2 ）：或稱運行年負荷曲線。）：或稱運行年負荷曲線。3三級負荷：所有不屬于一、二級負荷的電力負荷。三級負荷：所有不屬于一、二級負荷的電力負荷。 供電方式供電方式:對供電電源無特殊要求。對供電電源無特殊要求。 圖圖2-1 日有功負荷曲線日有功負荷曲線a）折線圖）折線圖 b）梯形圖）梯形圖圖圖2-2 年最大年最大負荷曲線負荷曲線取冬季為取冬季為213天，夏季為天，夏季

4、為152天，則圖中功率天，則圖中功率P1所占時間為：所占時間為： 圖圖2-3 全年時間負荷曲線的繪制全年時間負荷曲線的繪制a）冬季典型日負荷曲線）冬季典型日負荷曲線 b）夏季典型日負荷曲線）夏季典型日負荷曲線 c）全年時間負荷曲線）全年時間負荷曲線全年時間負荷曲線（圖全年時間負荷曲線（圖2-3 ）：或稱年負荷持續(xù)曲線。）：或稱年負荷持續(xù)曲線。213)(111ttT 四、與負荷曲線有關的物理量四、與負荷曲線有關的物理量1年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷年最大負荷Pmax ：指全年中消耗電能最多的半小時的平均指全年中消耗電能最多的半小時的平均功率，即功率，

5、即 30maxPP年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷利用小時數(shù)Tmax在此時間內(nèi)，用戶以年最大負荷在此時間內(nèi)，用戶以年最大負荷持續(xù)運行所消耗的電能恰好等于持續(xù)運行所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能，如圖全年實際消耗的電能，如圖2-4所所示。示。 max87600maxmaxdPtpPWTa可見：年負荷曲線越平坦，可見：年負荷曲線越平坦，Tmax越大；年負荷曲線越陡，越大；年負荷曲線越陡，Tmax越小。越小。圖圖2-4 年最大負荷與年最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷與年最大負荷利用小時數(shù)2平均負荷與負荷系數(shù)平均負荷與負荷系數(shù)平均負荷平均負荷Pav：電力負荷在一定時間電力負荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功

6、率，即內(nèi)平均消耗的功率，即 tWPtav負荷系數(shù)負荷系數(shù) KL：平均負荷與最大負荷平均負荷與最大負荷的比值，即的比值，即maxavPPKL年平均負荷為（圖年平均負荷為（圖2-5）:8760avaWPKL越大，負荷曲線越平坦，負荷波動越小。越大，負荷曲線越平坦，負荷波動越小。圖圖2-5 年平均負荷年平均負荷3需要系數(shù)和利用系數(shù)需要系數(shù)和利用系數(shù) N30NmaxPPPPKdNavPPKu需要系數(shù)需要系數(shù)Kd：負荷曲線中的最大有功計算負荷負荷曲線中的最大有功計算負荷Pmax與全部與全部用電設備額定功率用電設備額定功率 之比值，即之比值，即 NP利用系數(shù)利用系數(shù)Ku：負荷曲線中的平均計算負荷負荷曲線中

7、的平均計算負荷Pav與全部用電設與全部用電設備額定功率備額定功率 之比值，即之比值，即 NP 通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用以按發(fā)熱條件選擇導體通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用以按發(fā)熱條件選擇導體和電氣設備的一個假想的持續(xù)負荷值，稱為計算負荷，用和電氣設備的一個假想的持續(xù)負荷值，稱為計算負荷，用Pc（或（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。）表示。30maxPPPc 通常把根據(jù)通常把根據(jù)半小時平均負荷半小時平均負荷所繪制的負荷曲線上的所繪制的負荷曲線上的 “最最大負荷大負荷”稱為計算負荷，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設備的稱為計算負荷，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設備的依據(jù)，因此依據(jù)，因此一般中小截面導體的發(fā)

8、熱時間常數(shù)一般中小截面導體的發(fā)熱時間常數(shù)為為10min以上，而導體通過電流達到以上，而導體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約為穩(wěn)定溫升的時間大約為34，即載，即載流導體大約經(jīng)半小時（流導體大約經(jīng)半小時（30min）后可）后可達到穩(wěn)定溫升值達到穩(wěn)定溫升值 4計算負荷計算負荷 一、概述一、概述 求計算負荷的方法有：需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法、利求計算負荷的方法有：需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法等。用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法等。 2.2 計算負荷的確定計算負荷的確定 二、用電設備的工作制及設備容量的計算二、用電設備的工作制及設備容量的計算 暫載率（負荷持續(xù)率）：暫載率（負荷持續(xù)率）

9、：指設備工作時間與工作周期的指設備工作時間與工作周期的百分比值，即百分比值，即連續(xù)運行工作制（長期工作制）連續(xù)運行工作制（長期工作制）短時運行工作制（短時工作制）短時運行工作制（短時工作制）斷續(xù)周期工作制（反復短時工作制）斷續(xù)周期工作制（反復短時工作制） 1用電設備的工作制用電設備的工作制 2設備容量設備容量Pe的確定的確定對長期工作制的用電設備：對長期工作制的用電設備：NPPe對反復短時工作制的用電設備：其設備容量是指換算到統(tǒng)對反復短時工作制的用電設備：其設備容量是指換算到統(tǒng)一暫載率下的額定功率。一暫載率下的額定功率。 折算方法：按同一周期等效發(fā)熱條件進行換算。折算方法：按同一周期等效發(fā)熱條

10、件進行換算。%100%1000tttTt吊車：標準暫載率有吊車：標準暫載率有15%、25%、40%和和60%四種四種 電焊機：標準暫載率有電焊機：標準暫載率有50%、65%、75%和和100%四種四種 吊車電動機組（包括電葫蘆、起重機、行車等吊車電動機組（包括電葫蘆、起重機、行車等 ）的設備容）的設備容量：指統(tǒng)一換算到量：指統(tǒng)一換算到=25%時的額定功率（時的額定功率（kW），即），即tIQRRtIQ12一一定定時時，、，當當，同同一一周周期期的的而而tIPNNPPe NN25NN2PPPe1P因因此此 電焊機及電焊變壓器的設備容量電焊機及電焊變壓器的設備容量：指統(tǒng)一換算到指統(tǒng)一換算到=100

11、%時的額定功率（時的額定功率（kW），即），即 NNNNN100NNcosSPPPe照明設備的設備容量：照明設備的設備容量： 白熾燈、碘鎢燈的設備容量：等于燈泡上標注的額定功率；白熾燈、碘鎢燈的設備容量：等于燈泡上標注的額定功率； 熒光燈應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的熒光燈應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的20%），），其設備容量應為燈管額定功率的其設備容量應為燈管額定功率的1.2倍；倍； 高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的失（約為燈泡功率的10%），其設備容量可取燈管額定功率），其設備容量

12、可取燈管額定功率的的1.1倍。倍。 單相負荷的設備容量：單相負荷的設備容量： 當單相用電設備的總容量不超過三相用電設備總容量的當單相用電設備的總容量不超過三相用電設備總容量的15%時，其設備容量可直接按三相平衡負荷考慮；當超過時，其設備容量可直接按三相平衡負荷考慮；當超過15%時，應將其換算為等效的三相設備容量，再同三相用電設備一時，應將其換算為等效的三相設備容量，再同三相用電設備一起進行三相負荷計算。換算方法如下：起進行三相負荷計算。換算方法如下： 單相設備接于相電壓時：單相設備接于相電壓時： meePP.3 單相設備接于單相設備接于同一線電壓時：同一線電壓時：.3eePP ePmeP.式中

13、，為等效三相設備容量式中，為等效三相設備容量（kW）；為最大負荷相所為最大負荷相所接的單相設備容量（接的單相設備容量（kW）。）。式中，為式中，為接于同一線電壓的單相設備容量接于同一線電壓的單相設備容量 （kW）。）。. eP 一般情況：應先將接于線電壓的單相設備容量換算為接于一般情況：應先將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量，換算公式如下：相電壓的設備容量，換算公式如下： A相相:CAACAABAABAPpPpPCAACAABAABAPqPqQB相相:ABBABBCBBCBPpPpPABBABBCBBCBPqPqQC相相:BCCBCCACCACPpPpPBCCBCCACCAC

14、PqPqQ 然后分相計算各相的設備容量，則最大負荷相的然后分相計算各相的設備容量，則最大負荷相的3倍即為總倍即為總的等效三相設備容量。的等效三相設備容量。三、單臺用電設備的負荷計算三、單臺用電設備的負荷計算對長期連續(xù)工作的單臺用電設備：對長期連續(xù)工作的單臺用電設備： ePP30對需要計及效率的單臺用電設備（如電動機）：對需要計及效率的單臺用電設備（如電動機）： ePP30四、用電設備組的負荷計算四、用電設備組的負荷計算1需要系數(shù)法需要系數(shù)法確定用電設備組的計算負荷時，應考慮以下幾種因素：確定用電設備組的計算負荷時，應考慮以下幾種因素： 各用電設備因工作情況不同，可能不同時工作，因此應各用電設備

15、因工作情況不同，可能不同時工作，因此應考考慮一個同時使用系數(shù)慮一個同時使用系數(shù) ; ;K 各用電設備各用電設備在工作時，不一定全部在滿負荷下運行，在工作時，不一定全部在滿負荷下運行，因此因此應應考慮一個負荷系數(shù)考慮一個負荷系數(shù) ; ;LK 各用電設備各用電設備的平均效率的平均效率 ; e 線路的供電效率線路的供電效率 。 WLWLeLdKKK因此，一個用電設備組的需要系數(shù)可表示為因此，一個用電設備組的需要系數(shù)可表示為 單組用電設備計算負荷的確定單組用電設備計算負荷的確定說明：說明：P30 、 Q30、 S30的單位分的單位分別為別為kW、kvar、kVA2NedUSIPSPQPKP3costa

16、n30303030303030多組用電設備計算負荷的確定多組用電設備計算負荷的確定NiiUSIQPSQKQPKP3303023023030.3030.3030K式中，式中， 為同時系數(shù)為同時系數(shù) ，一般取，一般取0.850.95 。 當車間配電干線上有多組用電設備時，各組用電設備的最當車間配電干線上有多組用電設備時，各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)，此時應計入一個大負荷不同時出現(xiàn)，此時應計入一個同時系數(shù)同時系數(shù)。電力負荷計算表電力負荷計算表序序號號用電設備用電設備名稱名稱臺臺數(shù)數(shù)設備容量設備容量/kWKdcos tan 計算負荷計算負荷銘牌銘牌值值換算換算值值P30/kWQ30/kvarS30

17、/kVAI30/A1金屬切削金屬切削機床組機床組30858313.623.532通風機組通風機組3550.850.850.624.252.6353吊車組吊車組133.7930.5690.984小計小計349393.79518.41924.149負荷總計負荷總計 （ ） 16.5824.4329.5244.85例例2-1（P31）9 . 0K 2. 二項式系數(shù)法二項式系數(shù)法單組用電設備計算負荷的確定單組用電設備計算負荷的確定 由由x臺容量最大用臺容量最大用電設備投入運行時電設備投入運行時增加的附加負荷增加的附加負荷用電設備組用電設備組的平均負荷的平均負

18、荷NxeUSIQPSPQcPbPP3tan303023023030303030多組用電設備計算負荷的確定多組用電設備計算負荷的確定各用電設備組附加各用電設備組附加負荷中的最大值負荷中的最大值各用電設備組平各用電設備組平均負荷的總和均負荷的總和NxiexieUSIQPScPbPQcPbPP3tan)()tan()(303023023030maxmax30max30）（例例2-2（P33）電力負荷計算表電力負荷計算表與例與例2-1（S30=29.52kVA ，I30=44.85A）比較可知，比較可知，按二項式計按二項式計算的結果比按需要系數(shù)法計算的結果要大。算的結果比按需要系數(shù)法計算的結果要大。序

19、序號號用電設備用電設備名稱名稱設備臺數(shù)設備臺數(shù)設備容量設備容量二項式系數(shù)二項式系數(shù)cos tans 計算負荷計算負荷P30/kW總臺總臺數(shù)數(shù)大容大容量量臺數(shù)臺數(shù)/kW/kWbc1切削機床切削機床305850.51.7311.9+15=26.92通風機組通風機組350.653.25+1.25=4.53吊車組吊車組13（=40% ）3.795(=25% ）0.030.228+0.759=0.987負荷總計負荷總計P30=30.38kW Q30=49.37kvar S30=57.97kVA I30=88.1AePxP 一、功率損耗一、功

20、率損耗1線路的功率損耗線路的功率損耗32303230103103XIQRIPWLWL2.3 功率損耗與電能損耗計算功率損耗與電能損耗計算3cabcabavssssssav等邊三角形排列：等邊三角形排列：sss26. 1233av水平等距離排列：水平等距離排列：而而x1與導線之間的幾何均距有關。與導線之間的幾何均距有關。其中其中:lrR1lxX1圖圖2-6 三相導線的布置方式三相導線的布置方式a）等邊三角形布置）等邊三角形布置 b）水平等距布置）水平等距布置變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗鐵心中的有功功率損耗，即鐵損鐵心中的有功功率損耗，即鐵損 （不變損耗）（不變損耗） FeP變壓器的空載損耗變

21、壓器的空載損耗 可認為就是鐵耗，即可認為就是鐵耗，即 0P0PPFen 有功功率損耗有功功率損耗 CuP消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗，即銅耗消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗，即銅耗 :與負荷電流（或功率）的平方成正比。與負荷電流（或功率）的平方成正比?？勺儞p耗可變損耗 變壓器的短路損耗變壓器的短路損耗 可認為就是額定負載下的銅耗，則可認為就是額定負載下的銅耗，則任意負載下的銅耗為：任意負載下的銅耗為： kPkCuPP2kCuFeTPPPPP20所以所以n 無功功率損耗無功功率損耗 10010033100%0000NNNNNSQIUIUIIINSIQ100%00所以所以 式中，式

22、中， 為變壓器的為變壓器的負荷率負荷率；S30為變壓器的計算負為變壓器的計算負荷（荷（kVA）；）； SN為變壓器的額定容量（為變壓器的額定容量（kVA）。）。NSS30用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的無功功率損耗用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的無功功率損耗 ：只：只與電網(wǎng)的電壓有關，與負荷大小無關，可用與電網(wǎng)的電壓有關，與負荷大小無關，可用 來表征。來表征。 0Q%0I100100331003100%2NNNNTNNTNNkkSQIUXIUXIUUU所以所以 額定負載下的損耗額定負載下的損耗NkNSUQ100%)%(1002020kNNTUISQQQ近似公式：近似公式：303006. 0015.

23、 0SQSPTTLQ%kU消耗在一、二次線圈電阻上的無功功率損耗消耗在一、二次線圈電阻上的無功功率損耗 ：與負與負荷電流（或功率）的平方成正比，可用荷電流（或功率）的平方成正比，可用 來表征。來表征。 二、電能損耗二、電能損耗1線路的電能損耗線路的電能損耗 ：WLaPRIW2303的含義：在此時間內(nèi)，線的含義：在此時間內(nèi)，線路持續(xù)通過計算電流（路持續(xù)通過計算電流（I30）所產(chǎn)生的電能損耗與實際所產(chǎn)生的電能損耗與實際負荷電流在全年內(nèi)所產(chǎn)生負荷電流在全年內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗相等。的電能損耗相等。圖圖2-7 與與Tmax關系曲線關系曲線式中，式中， 為為年最大負荷損年最大負荷損耗小時數(shù)耗小時數(shù)，它，它

24、Tma以及以及cos 有關，如圖有關，如圖2-7所示。所示。2變壓器的電能損耗變壓器的電能損耗 由變壓器鐵損引起的電能損耗：由變壓器鐵損引起的電能損耗： 由變壓器銅損引起的電能損耗：由變壓器銅損引起的電能損耗： 22kCuaPPW8760876001PPWFea因此，變壓器全年的電能損耗為因此，變壓器全年的電能損耗為20218760kaaaPPWWW 三、線損率的計算三、線損率的計算1. 線損：線損：發(fā)電廠發(fā)出來的電能，在電力網(wǎng)輸送、變壓、配電各發(fā)電廠發(fā)出來的電能，在電力網(wǎng)輸送、變壓、配電各環(huán)節(jié)所造成的損耗，稱為電力網(wǎng)的電能損耗，簡稱為線損。包環(huán)節(jié)所造成的損耗，稱為電力網(wǎng)的電能損耗，簡稱為線損

25、。包括理論線損和管理線損兩部分。括理論線損和管理線損兩部分。 2. 線損率：線損率：指線損電量占電網(wǎng)供電量的百分數(shù)，即指線損電量占電網(wǎng)供電量的百分數(shù)，即100%電網(wǎng)供電量電網(wǎng)線損電量線損率100%電網(wǎng)供電量售電量供電量100%電網(wǎng)供電量實際線損電量實際線損率100%電網(wǎng)供電量可變損耗固定損耗100%電網(wǎng)供電量理論線損電量理論線損率實際線損率：實際線損率：理論線損率：理論線損率：2.4 企業(yè)計算負荷的確定企業(yè)計算負荷的確定 一、按逐級計算法確定企業(yè)的計算負荷一、按逐級計算法確定企業(yè)的計算負荷 逐級計算法是指從企業(yè)的用電端開始，逐級上推，直至求逐級計算法是指從企業(yè)的用電端開始，逐級上推，直至求出電

26、源進線端的計算負荷為止。出電源進線端的計算負荷為止。一般工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖如圖一般工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖如圖2-8所示：所示： 圖圖2-8 負荷計算用供電系統(tǒng)負荷計算用供電系統(tǒng)1. 用電設備組的計算負荷（用電設備組的計算負荷（圖圖2-8中的中的1點點）2車間變壓器低壓母線上的計算負荷（車間變壓器低壓母線上的計算負荷（圖圖2-8中的中的2點點） 22 .3022 .302 .301 .3012 .301 .3012 .30QPSQKQPKP21 .3021 .301 .301 .301 .301 .30tanQPSPQPKPed注意：注意：當變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器當變電所的

27、低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器組，其容量為組，其容量為 ，則，則2CQ21 .3012 .30CQQKQ3. 車間變壓器高壓側的計算負荷（車間變壓器高壓側的計算負荷（圖圖2-8中的中的3點點）23 .3023 .303 .302 .303 .302 .303 .30QPSQQQPPPTT 注意：注意：若求計算負荷時車間變壓器的容量和型號尚未確定，若求計算負荷時車間變壓器的容量和型號尚未確定，變壓器的功率損耗可按近似公式進行計算，即變壓器的功率損耗可按近似公式進行計算，即 2 .302 .3006. 0015. 0SQSPTT對對SL7、S9、SC9等低損耗變壓器：等低損耗變壓器：對對SJ

28、L1等變壓器：等變壓器：2 .302 .3008. 002. 0SQSPTT4. 車間車間變電所高壓母線上的計算負荷變電所高壓母線上的計算負荷（圖圖2-8中的中的4點點）24 .3024 .304 .303 .304 .303 .304 .30QPSQQPP5. 總降壓變電所出線上的計算負荷總降壓變電所出線上的計算負荷 （圖圖2-8中的中的5點點） 由于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)范圍不大，高壓線路中的功率損耗較小，由于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)范圍不大，高壓線路中的功率損耗較小，在負荷計算中可以忽略不計，所以有在負荷計算中可以忽略不計，所以有 4 .305 .304 .305 .304 .305 .30SSQQPP6.

29、總降壓變電所低壓母線上的計算負荷總降壓變電所低壓母線上的計算負荷 （圖圖2-8中的中的6點點）26 .3026 .306 .305 .3026 .305 .3026 .30QPSQKQPKP注意：注意：如果在總降壓變電所如果在總降壓變電所610kV二次母線側采用高壓電容二次母線側采用高壓電容器進行無功補償，其容量為器進行無功補償，其容量為 ，則，則6 .30Q65 .3026 .30CQQKQ7. 企業(yè)總計算負荷企業(yè)總計算負荷 （圖圖2-8中的中的7點點）27 .3027 .307 .306 .307 .306 .307 .30QPSQQQPPPTT 二、按需要系數(shù)法確定企業(yè)的計算負荷二、按需

30、要系數(shù)法確定企業(yè)的計算負荷 edPKP30式中，式中，Kd為企業(yè)的需要系數(shù)，查表為企業(yè)的需要系數(shù)，查表2-4；為；為全廠用電設備全廠用電設備的總容量（不包括備用設備容量）。的總容量（不包括備用設備容量）。 eP 三、按年產(chǎn)量估算企業(yè)的計算負荷三、按年產(chǎn)量估算企業(yè)的計算負荷 將企業(yè)年產(chǎn)量將企業(yè)年產(chǎn)量A乘以單位產(chǎn)品耗電量乘以單位產(chǎn)品耗電量a，即可得到企業(yè)全年，即可得到企業(yè)全年的耗電量：的耗電量：AaWamax30TWPa則企業(yè)的有功計算負荷為：則企業(yè)的有功計算負荷為： 2.5 無功功率補償無功功率補償一、功率因數(shù)低的不良影響一、功率因數(shù)低的不良影響1使供電網(wǎng)絡中的功率損耗和電能損耗增大。使供電網(wǎng)絡

31、中的功率損耗和電能損耗增大。2使供電網(wǎng)絡的電壓損失增大，影響負荷端的電壓質(zhì)量。使供電網(wǎng)絡的電壓損失增大，影響負荷端的電壓質(zhì)量。3使供配電設備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。使供配電設備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。4使發(fā)電機的出力下降，發(fā)電設備效率降低，發(fā)電成本提高。使發(fā)電機的出力下降，發(fā)電設備效率降低，發(fā)電成本提高。因為功率因數(shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時，系統(tǒng)中輸送的因為功率因數(shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時，系統(tǒng)中輸送的總電流越大，從而使輸電線路上的功率損耗和電能損耗增加?？傠娏髟酱?，從而使輸電線路上的功率損耗和電能損耗增加。 由于發(fā)電機、變壓器都有一定的額定電壓

32、和額定電流，在正常情況下不由于發(fā)電機、變壓器都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下不允許超過額定值，根據(jù)允許超過額定值，根據(jù) ，功率因數(shù)越低，輸出的有功，功率因數(shù)越低，輸出的有功功率越小，使設備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。功率越小，使設備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。cos3UIP 當有功功率保持不變時，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機當有功功率保持不變時，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應越大，端電壓越低，發(fā)電機就達不到預定的出力。轉(zhuǎn)子的去磁效應越大，端電壓越低，發(fā)電機就達不到預定的出力。 由于由于 ，當，當P、R、X 一定時，功率因數(shù)越低，一定

33、時，功率因數(shù)越低，Q越越大，則大，則 越大。越大。 UNUQXPRU二、功率因數(shù)的計算二、功率因數(shù)的計算1. 瞬時功率因數(shù)：瞬時功率因數(shù)： 可由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或可由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或由電壓表、電流表和功率表在同一時刻的讀數(shù)按下式求出：由電壓表、電流表和功率表在同一時刻的讀數(shù)按下式求出： UIP3cos指某一規(guī)定時間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。指某一規(guī)定時間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。其計算公式為：其計算公式為：2. 均權功率因數(shù)：均權功率因數(shù)： 22cosqpPavWWW瞬時功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的變化情況。瞬時功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的變化情況。

34、式中，式中， Wp為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；）；Wq為同一為同一時間內(nèi)消耗的無功電能（時間內(nèi)消耗的無功電能（kvarh）。）。 指在年最大負荷（即計算負荷）指在年最大負荷（即計算負荷）時的功率因數(shù)。其計算公式為：時的功率因數(shù)。其計算公式為：3. 最大負荷時的功率因數(shù)：最大負荷時的功率因數(shù)： 3030cosSP注意：注意：在供電設計中考慮無功補償時，嚴格地講，應按均權功在供電設計中考慮無功補償時，嚴格地講，應按均權功率因數(shù)否滿足要求來計算，但為簡便起見，常按率因數(shù)否滿足要求來計算，但為簡便起見，常按最大負荷時的最大負荷時的功率因數(shù)功率因數(shù)來計算補償容量。來

35、計算補償容量。 我國供電部門每月向工業(yè)用戶收取電費，就是按月均權功我國供電部門每月向工業(yè)用戶收取電費，就是按月均權功率因數(shù)的高低來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因率因數(shù)的高低來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因數(shù)不應低于數(shù)不應低于0.9，其他電力用戶的功率因數(shù)不應低于其他電力用戶的功率因數(shù)不應低于0.85。若達若達不到以上要求，應進行人工補償，否則要加收電費。不到以上要求，應進行人工補償，否則要加收電費。三、提高功率因數(shù)的方法三、提高功率因數(shù)的方法1. 提高自然功率因數(shù)的方法提高自然功率因數(shù)的方法 不加任何補償設備，采取措施減少供電系統(tǒng)中無功功率不加任何補償設備，采取措施減少供電

36、系統(tǒng)中無功功率的需要量，稱為提高自然功率因數(shù)。的需要量，稱為提高自然功率因數(shù)。用小容量的電動機代替負荷不足的大容量電動機。用小容量的電動機代替負荷不足的大容量電動機。n 正確選用感應電動機的型號和容量。正確選用感應電動機的型號和容量。 當電動機的負荷系數(shù)當電動機的負荷系數(shù) KL70%時，可以不換；當時，可以不換；當 KL40%時，必須換小電機；當時，必須換小電機；當40% KL 70%時，則需經(jīng)過技術經(jīng)時，則需經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后再進行更換。濟比較后再進行更換。 降低感應電動機的端電壓就降低了感應電動機的無功功率需降低感應電動機的端電壓就降低了感應電動機的無功功率需要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)

37、。要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。對負荷不足的電動機可用降低外加電壓的辦法提高功率因?qū)ω摵刹蛔愕碾妱訖C可用降低外加電壓的辦法提高功率因數(shù)。數(shù)。定子繞組的匝數(shù)不能減少。定子繞組的匝數(shù)不能減少。mdpkfWEU1144. 4所以所以降低增加增加減小cos01IWm降低增加降低下降增加增加cos2(021mmmmmXUIWfXR）n 限制感應電動機的空載運行。限制感應電動機的空載運行。n 提高感應電動機的檢修質(zhì)量。提高感應電動機的檢修質(zhì)量。氣隙氣隙不能增加。不能增加。當變壓器的負荷系數(shù)當變壓器的負荷系數(shù) KL30%時，應考慮換小容量的變壓器。時，應考慮換小容量的變壓器。n 合理使用變壓器。合理使用變

38、壓器。n 感應電動機同步化運行感應電動機同步化運行 。同步電動機過勵磁下可向電網(wǎng)送入無功功率，從而改善功率因數(shù)。同步電動機過勵磁下可向電網(wǎng)送入無功功率，從而改善功率因數(shù)。2提高功率因數(shù)的補償法提高功率因數(shù)的補償法n穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備 采用并聯(lián)電容器采用并聯(lián)電容器無功自動補償裝置無功自動補償裝置 采用同步補償機采用同步補償機 優(yōu)點：與同步補償機相比，因無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡單、運行維護方便、有功優(yōu)點：與同步補償機相比，因無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡單、運行維護方便、有功功率損耗小及組裝靈活、擴充方便等優(yōu)點，因此是目前工業(yè)企業(yè)中應用最廣泛的功率損耗小及組裝靈活、擴充方便等優(yōu)點，因此

39、是目前工業(yè)企業(yè)中應用最廣泛的無功補償設備。無功補償設備。實質(zhì)上是空載運行的同步電動機，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流可以起到補償系統(tǒng)無功實質(zhì)上是空載運行的同步電動機，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流可以起到補償系統(tǒng)無功功率的作用。由于它為旋轉(zhuǎn)機械，安裝和運行維修都相當復雜，所以在企業(yè)供功率的作用。由于它為旋轉(zhuǎn)機械，安裝和運行維修都相當復雜，所以在企業(yè)供配電系統(tǒng)中很少應用。配電系統(tǒng)中很少應用。 按晝夜時間劃分進行控制按晝夜時間劃分進行控制 根據(jù)全天根據(jù)全天24小時無功負荷的變化曲線，按時間程序投入或切除補償電容器。其特點小時無功負荷的變化曲線，按時間程序投入或切除補償電容器。其特點是控制設備簡單、操作方便，并可以防止無功

40、功率倒送向電網(wǎng)，適用于負荷比較穩(wěn)是控制設備簡單、操作方便，并可以防止無功功率倒送向電網(wǎng)，適用于負荷比較穩(wěn)定，無功負荷變化有規(guī)律的場合。定，無功負荷變化有規(guī)律的場合。按母線電壓的高低進行控制按母線電壓的高低進行控制 按無功功率的大小進行控制按無功功率的大小進行控制 起動元件采用低電壓和過電壓兩個繼電器，當母線電壓低于低電壓繼電器的起動元件采用低電壓和過電壓兩個繼電器，當母線電壓低于低電壓繼電器的整定值時，電容器自動投入；當母線電壓高于過電壓繼電器的整定值時，電整定值時，電容器自動投入；當母線電壓高于過電壓繼電器的整定值時，電容器自動切除。容器自動切除。起動元件是一個無功功率檢測器，當無功檢測器測

41、出的無功功率值大于上限起動元件是一個無功功率檢測器，當無功檢測器測出的無功功率值大于上限給定值時，電容器自動投入；反之，當無功檢測器測出的無功功率值小于下給定值時，電容器自動投入；反之，當無功檢測器測出的無功功率值小于下限給定值時，電容器自動切除。限給定值時，電容器自動切除。按功率因數(shù)的大小進行控制按功率因數(shù)的大小進行控制 起動元件是一個相位檢測器，通過檢測一個線電壓和一個線電流的相位來得起動元件是一個相位檢測器，通過檢測一個線電壓和一個線電流的相位來得出系統(tǒng)當前的功率因數(shù)值，若此功率因數(shù)值小于下限給定值，電容器自動投出系統(tǒng)當前的功率因數(shù)值，若此功率因數(shù)值小于下限給定值，電容器自動投入；反之，

42、若此功率因數(shù)值大于上限給定值，則電容器自動切除。入；反之，若此功率因數(shù)值大于上限給定值，則電容器自動切除。n動態(tài)無功功率補償設備動態(tài)無功功率補償設備 靜補裝置（靜補裝置（SVC） 動態(tài)無功功率補償設備又稱為動態(tài)無功功率補償設備又稱為“靜止型無功功率自動補償靜止型無功功率自動補償裝置裝置”，簡稱，簡稱“靜補裝置靜補裝置”（SVC），具有響應速度快、平滑），具有響應速度快、平滑調(diào)節(jié)性能好、補償效率高、維修方便及諧波、噪聲、損耗均調(diào)節(jié)性能好、補償效率高、維修方便及諧波、噪聲、損耗均小等優(yōu)點，因此應用越來越廣泛。小等優(yōu)點，因此應用越來越廣泛。 靜止型無功功率自動補償裝置由可控的可調(diào)電抗器與電靜止型無功

43、功率自動補償裝置由可控的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器可吸收容器并聯(lián)組成，電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器可吸收無功功率。它可以迅速地按照負荷的變動情況改變無功功率無功功率。它可以迅速地按照負荷的變動情況改變無功功率的大小和方向，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定系統(tǒng)的運行電壓，尤其適用于沖的大小和方向，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定系統(tǒng)的運行電壓，尤其適用于沖擊性負荷的無功補償。擊性負荷的無功補償。四、電容器并聯(lián)補償?shù)墓ぷ髟硭?、電容器并?lián)補償?shù)墓ぷ髟?在工業(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設備的等值電路可視為電阻在工業(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設備的等值電路可視為電阻R和電感和電感L的串聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為：的串

44、聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為： SPQPPXRRL2222cos當在當在R、L電路中并聯(lián)接入電容器電路中并聯(lián)接入電容器C后，如圖后，如圖2-9a）所示）所示，回路電流為：回路電流為： RLCIII圖圖2-9 電容器無功補償原理圖電容器無功補償原理圖 可見，并聯(lián)電容器后可見，并聯(lián)電容器后 與與 之間的夾角變小了，因此，之間的夾角變小了，因此，供電回路的功率因數(shù)提高了。供電回路的功率因數(shù)提高了。 UI欠補償欠補償 ：補償后電流：補償后電流 落后電壓落后電壓 ，如圖如圖2-9b）所示。所示。 IU過補償過補償 ：補償后電流：補償后電流 超前電壓超前電壓 ，如圖如圖2-9c）所示。所示。 IU五、電容器

45、的接線方式與裝設位置五、電容器的接線方式與裝設位置一般都不采用過補償，因為這將引起變壓一般都不采用過補償，因為這將引起變壓器二次側電壓的升高，會增大電容器本身器二次側電壓的升高，會增大電容器本身的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，同時還會使線路上的電能損耗增加。同時還會使線路上的電能損耗增加。1電容器的接線方式電容器的接線方式低壓電容器一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，低壓電容器一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，但容量較?。ǖ萘枯^小（450kvar及以下）時可接成三角形。及以下）時可接成三角形。 n由于，而，因此電容器接成三角形時的容量為采用星

46、由于，而，因此電容器接成三角形時的容量為采用星形接線時的形接線時的3倍倍 。n若電容器采用三角形接線，一電容器斷線時，三相線路仍能得到無功補償；而采若電容器采用三角形接線，一電容器斷線時，三相線路仍能得到無功補償；而采用星形接線時，一相電容器斷線，該相將失去無功補償，造成三相負荷不平衡。用星形接線時，一相電容器斷線，該相將失去無功補償，造成三相負荷不平衡。n但是，電容器采用三角形接線時，任一電容器擊穿將造成兩相短路，有可能發(fā)生但是，電容器采用三角形接線時，任一電容器擊穿將造成兩相短路，有可能發(fā)生電容器爆炸電容器爆炸 ；而采用星形接線時，若一相電容器擊穿，短路電流數(shù)值相對較小。；而采用星形接線時，若一相電容器擊穿，短路電流數(shù)值相對較小。因此星形接線較之三角形接線安全多了。因此星形接線較之三角形接線安全多了。 2CUQCUU3CQ2電容器的裝設位置（補償方式）電容器的裝設位置（補償方式）高壓集中補償：高壓集中補償：將高壓電容器組集中安裝在企業(yè)或地方總降將高壓電容