第2章-電力負(fù)荷計(jì)算

第2章負(fù)荷計(jì)算2.1負(fù)荷曲線2.2負(fù)荷計(jì)算方法2.3尖峰電流的計(jì)算2.4功率損耗2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償2.6用戶負(fù)荷計(jì)算2.7無功補(bǔ)償后用戶的負(fù)荷計(jì)算本章小結(jié)習(xí)題2.1負(fù)荷曲線【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握負(fù)荷曲線的定義和特點(diǎn)；明確負(fù)荷計(jì)算的目的；掌握電力負(fù)荷按工作制分類方法以及設(shè)備容量的概念與計(jì)算方法；掌握需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算及尖峰電流的計(jì)算方法；理解功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響以及提高功率因數(shù)的目的和意義；掌握提高功率因數(shù)的手段和方法、無功補(bǔ)償?shù)姆绞揭约把a(bǔ)償容量的計(jì)算方法。第2章負(fù)荷曲線一、概述1.定義：

負(fù)荷曲線：表示負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線，能夠反映負(fù)荷的特點(diǎn)和規(guī)律。2.分類：負(fù)荷曲線的分類一般分為以下幾種：（1）按負(fù)荷的功率性質(zhì)不同，分有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線；（2）按統(tǒng)計(jì)時(shí)間的不同，分日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線；（3）按負(fù)荷對(duì)象不同，分用戶或某類設(shè)備負(fù)荷曲線。2.1負(fù)荷曲線二、日負(fù)荷曲線1.日負(fù)荷曲線:

它表示負(fù)荷在一天24小時(shí)間的變化情況。如圖2-1所示。2.日負(fù)荷曲線的特點(diǎn):

它的特點(diǎn)是“兩峰兩谷”，供電部門通過合理地、有計(jì)劃地進(jìn)行負(fù)荷安排，降低負(fù)荷高峰，填補(bǔ)負(fù)荷低谷，即采用“削峰填谷”的辦法使負(fù)荷曲線比較平坦，從而達(dá)到節(jié)電效果。3.負(fù)荷曲線描述形式（1）折線形負(fù)荷曲線（2）階梯形負(fù)荷曲線2.1負(fù)荷曲線（1）折線形負(fù)荷曲線折線形負(fù)荷曲線：是指在某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在24小時(shí)中各個(gè)相等時(shí)間間隔記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制而成折線形狀，

如圖2-1(a)所示。其時(shí)間間隔取的愈短，曲線愈光滑，愈能反映負(fù)荷的實(shí)際變化情況。（2）階梯形負(fù)荷曲線階梯形負(fù)荷曲線：每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來，求出30分鐘的平均功率，逐點(diǎn)繪制而成階梯形狀，如圖2-1(b)所示。2.1負(fù)荷曲線（3）日負(fù)荷曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表全日所消耗的電能。圖2-1日有功負(fù)荷曲線(a)折線形負(fù)荷曲線(b)階梯形負(fù)荷曲線2.1負(fù)荷曲線三、年負(fù)荷曲線1.年負(fù)荷曲線：反映負(fù)荷全年（8760h）變動(dòng)情況，通常用年持續(xù)負(fù)荷曲線來表示。2.年持續(xù)負(fù)荷曲線的繪制：它是依據(jù)代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線，按負(fù)荷由大到小及其累計(jì)時(shí)間繪制的，繪制方法如圖2-2所示。圖2-2(c)中是夏季中該負(fù)荷持續(xù)天數(shù)乘以與冬季中該負(fù)荷持續(xù)天數(shù)乘以之和。2.2負(fù)荷計(jì)算方法圖2-2年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線的繪制(a)夏季日負(fù)荷曲線(b)冬季日負(fù)荷曲線(c)年持續(xù)負(fù)荷曲線2.2負(fù)荷計(jì)算方法一、概述1.為什么要計(jì)算計(jì)算負(fù)荷：

若要使供配電系統(tǒng)在正常條件下可靠地運(yùn)行，必須正確選擇電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等，這些需要對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，即以計(jì)算負(fù)荷為依據(jù)。2.計(jì)算負(fù)荷定義：

計(jì)算負(fù)荷：它是一個(gè)等效負(fù)荷，是指導(dǎo)體中通過這一等效負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)體的最高溫升正好和通過實(shí)際的變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)其產(chǎn)生的最高溫升相等。3.負(fù)荷計(jì)算方法：

一般有估算法、二項(xiàng)式法和需要系法。由于需要系數(shù)法最常用，本書只介紹這種方法。2.2負(fù)荷計(jì)算方法二、用電設(shè)備的設(shè)備容量1．電力負(fù)荷的工作制（1）連續(xù)工作制

連續(xù)工作制：是指長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的用電設(shè)備。

其特點(diǎn)：負(fù)荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使其溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度，在用電設(shè)備中占絕大部分。

如泵類、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電爐、照明設(shè)備等。（2）短時(shí)工作制

短時(shí)工作制：是指工作時(shí)間短、停歇時(shí)間長(zhǎng)的用電設(shè)備。其特點(diǎn)為工作時(shí)其溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，在用電設(shè)備中所占比例很小。

如機(jī)床的橫梁升降、刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)、閘門電動(dòng)機(jī)等。2.2負(fù)荷計(jì)算方法（3）反復(fù)短時(shí)工作制反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷：是指短時(shí)反復(fù)運(yùn)行的設(shè)備。其特點(diǎn)：工作時(shí)溫度也達(dá)不到穩(wěn)定溫度，在用電設(shè)備中所占比例較小。如起重機(jī)、電梯、電焊機(jī)等。反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷可用負(fù)荷持續(xù)率（或暫載率）來表示。式中，為工作時(shí)間，為停歇時(shí)間，為工作周期。（2-1）2.2負(fù)荷計(jì)算方法2．設(shè)備容量（1）供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要知道總降壓變電所、車間變電所、每條線路甚至每個(gè)用電設(shè)備組的總負(fù)荷。（2）由于用電設(shè)備屬于不同的工作制，有的是長(zhǎng)期工作制，有的是反復(fù)短時(shí)工作制，因此不能直接將這些設(shè)備的額定功率相加作為用戶的電力負(fù)荷，需要將這些設(shè)備的額定功率換算成同一工作制下的額定功率，然后再相加。（3）一般將其他工作制下的設(shè)備額定功率換算到長(zhǎng)期工作制下的功率，將這個(gè)等效的功率稱為設(shè)備容量，用表示。2.2負(fù)荷計(jì)算方法3．設(shè)備容量的確定（1）長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量就是該設(shè)備的額定功率，即（2）反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。常用設(shè)備的換算要求如下：（2-2）2.2負(fù)荷計(jì)算方法①電焊機(jī)和電焊機(jī)組要求統(tǒng)一換算到=100%時(shí)的功率，即式中，為電焊機(jī)額定有功功率；為額定視在功率；為額定負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）；為其值為100%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用1）；為額定功率因數(shù)。（2-3）2.2負(fù)荷計(jì)算方法②起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)）要求統(tǒng)一換算到時(shí)的額定功率，即式中，為額定有功功率；為額定負(fù)荷持續(xù)率（用小數(shù)計(jì)算）；為其值為25%的負(fù)荷持續(xù)率（用0.25計(jì)算）。③電爐變壓器組設(shè)備容量是指在額定視在功率下的有功功率（2-4）（2-5）2.2負(fù)荷計(jì)算方法④照明設(shè)備不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如白熾燈、碘鎢燈）的設(shè)備容量就是其額定功率，即用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備（如熒光燈、高壓水銀燈）的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，即熒光燈：高壓水銀燈、金屬鹵化物燈：（2–6）（2–7）（2–8）2.2負(fù)荷計(jì)算方法三、三相用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算方法1．相關(guān)物理量（1）用電設(shè)備組

將負(fù)荷曲線相同或相近的用電設(shè)備成為一個(gè)用電設(shè)備組。（2）負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷系數(shù)：指單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組的輸出功率和設(shè)備額定容量之比值，即負(fù)荷系數(shù)表征該設(shè)備或設(shè)備組的容量是否被充分利用。（2-9）2.2負(fù)荷計(jì)算方法2．需要系數(shù)法需要系數(shù)法一般用來求多臺(tái)三相用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。一般情況下，用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷并不等于其設(shè)備容量。這是因?yàn)椋海?）用電設(shè)備的設(shè)備容量是指輸出容量，計(jì)算負(fù)荷指等效的輸入容量，它們之間存在平均效率；（2）用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運(yùn)行，必須引入負(fù)荷系數(shù)；（3）用電設(shè)備本身以及配電線路有功率損耗，所以引入線路平均效率；（4）用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時(shí)運(yùn)行，故引入同時(shí)系數(shù)。所以用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷通過下式計(jì)算：（2-10）2.2負(fù)荷計(jì)算方法將定義為需要系數(shù)（用電設(shè)備的需要系數(shù)及功率因數(shù)值見附錄表1），為用電設(shè)備組的設(shè)備容量。則式（2-10）表示為：（2-11）式和（2-12）式構(gòu)成需要系數(shù)法。（2-11）（2-12）2.2負(fù)荷計(jì)算方法【例2-1】某用電設(shè)備組接于車間變電所380V低壓線路上，共3臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備容量均為15kW，2.2負(fù)荷計(jì)算方法四、單相用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算方法單相負(fù)荷計(jì)算一般采用將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再算出三相等效計(jì)算負(fù)荷的方法。單相設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算方法如下：1．單相設(shè)備接于相電壓其等效三相設(shè)備容量為：式中為最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量。然后應(yīng)用需要系數(shù)法算出計(jì)算負(fù)荷。(2–13)2.2負(fù)荷計(jì)算方法2．單相設(shè)備接于線電壓(1)接于同一線電壓時(shí)，其等效三相設(shè)備容量為：式中為單相設(shè)備的容量。再應(yīng)用需要系數(shù)法算出計(jì)算負(fù)荷。(2–14)2.2負(fù)荷計(jì)算方法(2)接于不同線電壓時(shí)，其等效三相設(shè)備容量為：式中，為接于AB、BC、CA相間的有功設(shè)備容量；為換算為A、B、C相的有功設(shè)備容量；為換算為A、B、C相的無功設(shè)備容量；等為有功和無功換算系數(shù)，其值見表2-1。(2–15)2.2負(fù)荷計(jì)算方法功率換算系數(shù)負(fù)荷功率因數(shù)0.350.400.500.600.650.700.800.901.01.271.171.000.890.840.800.720.640.5-0.27-0.170.000.110.160.200.280.360.51.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.291.631.441.160.960.880.800.670.530.29表2-1單相負(fù)荷計(jì)算換算系數(shù)表2.2負(fù)荷計(jì)算方法等效三相計(jì)算負(fù)荷取其最大有功負(fù)荷相的計(jì)算負(fù)荷的3倍，即式中，為最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷；為最大有功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷。3．單相設(shè)備有的接于線電壓，有的接于相電壓將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分別計(jì)算各相的設(shè)備容量。再應(yīng)用式（2-16）計(jì)算等效三相計(jì)算負(fù)荷。(2–16)2.3尖峰電流的計(jì)算一、概述尖峰電流：是指由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電壓波動(dòng)等原因，使單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備產(chǎn)生持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。計(jì)算尖峰電流的目的：是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)條件等。二、單臺(tái)設(shè)備的尖峰電流計(jì)算式中，為用電設(shè)備的啟動(dòng)電流；為用電設(shè)備的啟動(dòng)電流倍數(shù)；為用電設(shè)備的額定電流。（2-17）2.3尖峰電流的計(jì)算三、多臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流計(jì)算在多臺(tái)設(shè)備共同工作時(shí)，其尖峰電流只考慮其中啟動(dòng)電流值增加最大的那臺(tái)設(shè)備啟動(dòng)，而其余用電設(shè)備按最大負(fù)荷電流計(jì)算。計(jì)算公式如下：式中，

為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流與額定電流之差；

為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。2.3尖峰電流的計(jì)算【例2-2】有一條380V配電干線給三臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，已知三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流和啟動(dòng)電流倍數(shù)分別為：

干線計(jì)算電流求該配電線路的尖峰電流。解通過上述計(jì)算得出，第2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流與額定電流之差最大。因此該線路的尖峰電流為39A。2.4功率損耗一、線路的功率損耗線路運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有功功率和無功功率損耗。1.有功功率損耗有功功率損耗是電流流過線路電阻所引起的，計(jì)算公式為式中，為線路的計(jì)算電流；為線路每相的電阻。2.

無功功率損耗無功功率損耗是電流流過線路電抗所引起的，計(jì)算公式為式中，為線路的計(jì)算電流；為線路每相的電抗。（2–19）（2–20）2.4功率損耗二、變壓器的功率損耗變壓器運(yùn)行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生有功功率和無功功率損耗。1.有功功率損耗變壓器的有功功率損耗由鐵損和銅損兩部分組成：（1）鐵損鐵損是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗，包括磁滯和渦流損耗兩部分。忽略變壓器一次繞組中產(chǎn)生的有功損耗，可認(rèn)為空載損耗就是鐵損。當(dāng)外加電壓和頻率恒定時(shí)，鐵損是定值，與負(fù)荷無關(guān)。（2）銅損銅損是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗。變壓器負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，忽略鐵芯中產(chǎn)生的有功功率損耗，可認(rèn)為負(fù)載損耗就是額定電流下的銅損。其值與負(fù)荷電流的平方成正比。2.4功率損耗因此變壓器的有功功率損耗為式中，為變壓器的額定容量；為變壓器的計(jì)算負(fù)荷；為變壓器的負(fù)荷率。（2-21）（2-22）2.4功率損耗2.

無功功率損耗變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成，一部分是變壓器的激磁無功功率，另一部分是變壓器繞組電抗上消耗的無功功率。（1）變壓器的激磁無功功率

由產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流所造成的。僅與電網(wǎng)電壓有關(guān)，與負(fù)荷無關(guān)。其值與勵(lì)磁電流（或近似與空載電流）成正比，即式中，為變壓器空載電流占額定電流的百分值。(2–23）2.4功率損耗（2）變壓器繞組電抗上消耗的無功功率由負(fù)荷電流在變壓器一次、二次繞組電抗上所產(chǎn)生的無功功率損耗，與電流的平方成正比。因變壓器繞組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，故可認(rèn)為其在額定電流時(shí)的值與短路電壓（即阻抗電壓）成正比，即式中，為變壓器的短路電壓百分值。所以，變壓器繞組電抗上消耗的無功功率為：（2-24）（2-25）2.4功率損耗因此，變壓器的無功功率損耗為另外，變壓器的功率損耗也可以用下式進(jìn)行估算：（2-26）（2-27）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償一、功率因數(shù)功率因數(shù)一般分為以下幾種。1．瞬時(shí)功率因數(shù)瞬時(shí)功率因數(shù)可有功率因數(shù)表（相位表）直接測(cè)量，也可以用在同一時(shí)期測(cè)得的有功功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)計(jì)算得到，可按下式計(jì)算：式中，為功率表測(cè)出的三相功率讀數(shù)（）；為電壓表測(cè)出的線電壓的讀數(shù)（）；為電流表測(cè)出的線電流讀數(shù)（）。（2-28）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償2．平均功率因數(shù)是指在某一時(shí)間內(nèi)的平均功率因數(shù)，也稱加權(quán)平均功率因數(shù)。由消耗的電能計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中，為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（）；為某一時(shí)間內(nèi)消耗的無功電能（）。（2-29）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償3．自然功率因數(shù)電力用戶未經(jīng)過無功補(bǔ)償時(shí)的功率因數(shù)稱為自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)是指未裝設(shè)任何補(bǔ)償裝置的實(shí)際功率因數(shù)。4．總功率因數(shù)電力用戶經(jīng)過無功補(bǔ)償后的功率因數(shù)稱為總功率因數(shù)。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償二、功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響及提高功率因數(shù)的方法1．功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)過低會(huì)導(dǎo)致無功增加，電流增大，將會(huì)給供配電系統(tǒng)帶來以下不良影響：（1）電能損耗增加根據(jù)有功損耗公式可知，電流的增加會(huì)使有功損耗增加，從而電能損耗增加。（2）電壓損失增大有功功率一定的情況下，功率因數(shù)越低，無功功率Q就越大，根據(jù)電壓損失公式可知，Q越大，電壓損失就越大。（2-30）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償（3）供電設(shè)備利用率降低電流增加，供電設(shè)備的溫升會(huì)超過規(guī)定范圍。為控制設(shè)備溫升，所以工作電流也受到限制，根據(jù)公式在功率因數(shù)降低后，不得不降低輸送的有功功率來控制負(fù)荷電流，就降低了供電設(shè)備的利用率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3485-1998《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝設(shè)集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備”。（2-31）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償2．提高功率因數(shù)的方法功率因數(shù)不滿足要求時(shí)，首先應(yīng)提高自然功率因數(shù)，然后再進(jìn)行人工補(bǔ)償。(1)

提高自然功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)，就是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備，采用科學(xué)措施減少用電設(shè)備的無功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高。提高自然功率因數(shù)的主要有合理選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)；防止電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行；保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；合理選擇變壓器的容量以及減少交流接觸器的使用等方法。(2)

人工補(bǔ)償功率因數(shù)僅提高自然功率因數(shù)一般是不能滿足要求，人工補(bǔ)償是提高功率因數(shù)的主要手段。主要方法如下：2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償①并聯(lián)電容器補(bǔ)償采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率以提高功率因數(shù)，具有有功損耗小，運(yùn)行維護(hù)方便，安裝地點(diǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是只能有級(jí)調(diào)節(jié)，而不能隨無功變化進(jìn)行平滑的調(diào)節(jié)，當(dāng)通風(fēng)不良及運(yùn)行溫度過高時(shí)易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障。②采用動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置大容量的沖擊性負(fù)荷（如煉鋼電爐、軋鋼機(jī)等）工作時(shí)，會(huì)使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重波動(dòng)，功率因數(shù)惡化，產(chǎn)生大量諧波。一般并聯(lián)電容器的自動(dòng)切換裝置響應(yīng)太慢無法滿足要求。因此必須采用大容量、相應(yīng)速度快的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置主要有同步電動(dòng)機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器（StaticVarCompansator，SVC）、晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitor，TSC）、晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor，TSC）、靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator，SVG）等。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償四、并聯(lián)電容器補(bǔ)償1．并聯(lián)電容器臺(tái)數(shù)和容量的確定（1）并聯(lián)電容器容量的確定①采用固定補(bǔ)償方式補(bǔ)償容量的計(jì)算在變電所6~10kV高壓母線上進(jìn)行人工補(bǔ)償時(shí)，一般采用固定補(bǔ)償，補(bǔ)償容量按下式計(jì)算：式中，為補(bǔ)償容量；為平均有功負(fù)荷，或，為有功計(jì)算負(fù)荷，為有功負(fù)荷系數(shù)；為補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角的正切值；為補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角的正切值。（2-32）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償②采用自動(dòng)補(bǔ)償方式補(bǔ)償容量的計(jì)算在變電0.38kV母線上進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，一般采用自動(dòng)補(bǔ)償，即根據(jù)功率應(yīng)屬測(cè)量值按功率因數(shù)設(shè)定值，自動(dòng)投入或切除電容器。式中，為自然功率因數(shù)角的正切值；為總功率因數(shù)角的正切值。（2）并聯(lián)電容器臺(tái)數(shù)的確定在確定了并聯(lián)電容器的容量后，根據(jù)并聯(lián)電容器的型號(hào)規(guī)格，來確定并聯(lián)電容器的數(shù)量：式中，為單個(gè)電容器的額定容量（）。對(duì)于由上式計(jì)算所得的數(shù)值，應(yīng)取相近偏大的整數(shù)，如果是單相電容器，還應(yīng)取為3的倍數(shù)，以便三相均衡分配，實(shí)際工程中，都選用成套電容器補(bǔ)償柜。（2-33）（2-34）2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償【例2-3】某10kV車間變電所變壓器高壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷，功率因數(shù)為0.75。采用自動(dòng)補(bǔ)償方式在高壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，若使其功率因數(shù)提高到0.91，求并聯(lián)電容器的補(bǔ)償容量。如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少臺(tái)？解：考慮補(bǔ)償容量三相均衡，應(yīng)裝設(shè)21臺(tái)，每相7臺(tái)，此時(shí)并聯(lián)電容器的容量為21×40=840kvar，實(shí)際功率因數(shù)為滿足要求。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償2．并聯(lián)電容器的接線并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜鞔蠖嗖捎谩餍谓Y(jié)線，對(duì)于低壓（0.5kV以下）并聯(lián)電容器，因?yàn)榇蠖嗍亲龀扇嗟模势鋬?nèi)部已接成△形。GB50053–94《10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：高壓電容器組宜接成中性點(diǎn)不接地星形，容量較小時(shí)（450kvar及以下）宜接成三角形。低壓電容器組應(yīng)接成三角形。對(duì)單相電容器，若電容器的額定電壓與三相母線的額定電壓相同，應(yīng)將其接成三角形；若電容器的額定電壓低于三相網(wǎng)絡(luò)額定電壓，應(yīng)將其接成星形。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償同樣的電容器，按三角形結(jié)線時(shí)其補(bǔ)償容量將是星形結(jié)線的3倍。這是并聯(lián)電容器采用三角形結(jié)線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。另外電容器采用三角形結(jié)線時(shí)，任一電容器斷線，三相線路仍得到無功補(bǔ)償，而采用星形結(jié)線時(shí)，一相電容斷線時(shí)，斷線相將失去無功補(bǔ)償。但是，當(dāng)電容器采用三角形結(jié)線時(shí)，任一電容器擊穿短路時(shí)，將造成三相線路的兩相短路，短路電流很大，有可能引起電容器爆炸。這對(duì)高壓電容器特別危險(xiǎn)。當(dāng)電容器采用星形結(jié)線時(shí)，在其中的一相電容器發(fā)生擊穿短路時(shí)，其短路電流僅為正常工作電流的3倍，運(yùn)行相對(duì)比較安全。所以GB50053–94《10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：高壓電容器組宜接成中性點(diǎn)不接地星形，容量較小時(shí)（450kvar及以下）宜接成三角形。低壓電容器組應(yīng)接成三角形。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償3.并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式根據(jù)在供配電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置不同，并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式分為以下三種：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和單獨(dú)就地補(bǔ)償。如圖2-3所示。補(bǔ)償方式的合理性主要從補(bǔ)償范圍的大小，補(bǔ)償容量的利用率高低以及電容器的運(yùn)行條件和維護(hù)管理的方便等來衡量。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償圖2-3并聯(lián)電容器在工廠供配電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置和補(bǔ)償效果2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償（1）

高壓集中補(bǔ)償高壓集中補(bǔ)償：是指將高壓電容器組集中裝設(shè)在總降變電所的6~10kV母線上。該補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償總降壓變電所的6~10kV母線之前的供配電系統(tǒng)中由無功功率產(chǎn)生的影響，而對(duì)無功功率在企業(yè)內(nèi)部的供配電系統(tǒng)中引起的損耗無法補(bǔ)償，因此補(bǔ)償范圍最小，經(jīng)濟(jì)效果較后兩種補(bǔ)償方式差。優(yōu)點(diǎn)：

但由于裝設(shè)集中，運(yùn)行條件較好，維護(hù)管理方便，投資較少。而且總降壓變電站6~10kV母線停電機(jī)會(huì)少，因此電容器利用率高。這種方式在一些大中型企業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)普遍。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償（2）

低壓集中補(bǔ)償?shù)蛪杭醒a(bǔ)償：是指將低壓電容器集中裝設(shè)在車間變電所或建筑物變電所的低壓母線上。該補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償車間變電所或建筑物變電所低壓母線前變電器和高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率，對(duì)變電所低壓母線后的設(shè)備則不起補(bǔ)償作用。優(yōu)點(diǎn)：因其補(bǔ)償范圍比高壓集中補(bǔ)償要大，而且該補(bǔ)償方式能使變壓器的視在功率減小從而使變壓器的容量可選得較小，所以比較經(jīng)濟(jì)。這種低壓電容器補(bǔ)償屏一般可安裝在低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)安全方便。該補(bǔ)償方式在用戶中應(yīng)用相當(dāng)普遍。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償（3）單獨(dú)就地補(bǔ)償單獨(dú)就地補(bǔ)償:也稱為個(gè)別補(bǔ)償或分散補(bǔ)償，是指在個(gè)別功率因數(shù)較低的設(shè)備旁邊裝設(shè)補(bǔ)償電容器組。優(yōu)點(diǎn)：該補(bǔ)償方式能補(bǔ)償安裝部位以前的所有設(shè)備，因此補(bǔ)償范圍最大，效果最好。缺點(diǎn)：投資較大，而且如果被補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備停止運(yùn)行的話，電容器組也被切除，電容器的利用率較低。而且存在小容量電容器的單位價(jià)格、電容器易受到機(jī)械震動(dòng)及其他環(huán)境條件影響等缺點(diǎn)。所以這種補(bǔ)償方式適用于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，無功功率需要較大，或距電源較遠(yuǎn)，不便于實(shí)現(xiàn)其他補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。2.5功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償4．并聯(lián)電容器的控制方式并聯(lián)電容器的控制方式分為固定控制方式和自動(dòng)控制方式兩種。（1）固定控制方式：是指并聯(lián)電容器容量固定，不隨負(fù)荷變化投入或切除。（2）自動(dòng)控制方式：是并聯(lián)電容器的投切隨著負(fù)荷的變化而進(jìn)行，可以根據(jù)功率因數(shù)、負(fù)荷電流或受電端的無功功率的大小，進(jìn)行分組投切控制。2.6用戶負(fù)荷計(jì)算一、概述（1）為什么要確定計(jì)算負(fù)荷

確定用戶的計(jì)算負(fù)荷是確定變壓器容量，選擇電源進(jìn)線和一、二次設(shè)備的依據(jù)，也是確定用戶用電協(xié)議容量的基本依據(jù)。（2）確定計(jì)算負(fù)荷的方法確定用戶計(jì)算負(fù)荷一般采用逐級(jí)計(jì)算法。即根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設(shè)備開始，朝電源方向逐級(jí)計(jì)算，最后求出用戶總的計(jì)算負(fù)荷。以某供配電系統(tǒng)為例進(jìn)行用戶負(fù)荷計(jì)算，系統(tǒng)接線見圖2-4。2.6用戶負(fù)荷計(jì)算圖2-4用戶供配電系統(tǒng)接線圖2.6用戶負(fù)荷計(jì)算二、用逐級(jí)計(jì)算法確定計(jì)算負(fù)荷1．供給單臺(tái)設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（圖2-4中1點(diǎn)）目的：是用于選擇該支線的開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面。由于是給一臺(tái)設(shè)備供電，不存在同時(shí)系數(shù)（）；又因?yàn)榫€路長(zhǎng)度較短，線路效率約為1（）；而且設(shè)備的最大運(yùn)行方式一般可能達(dá)到額定狀態(tài)，負(fù)荷系數(shù)也可取1（），因此，，計(jì)算負(fù)荷為：式中，為單臺(tái)用電設(shè)備的設(shè)備容量，為單臺(tái)用電設(shè)備額定效率，為單臺(tái)用電設(shè)備的額定功率因數(shù)角的正切值。（2-35）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算2．用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算（圖2-4中2點(diǎn)）計(jì)算圖中2點(diǎn)處的計(jì)算負(fù)荷。目的：是用來選擇車間配電干線及干線上的電器設(shè)備。式中，為該用電設(shè)備組各設(shè)備的設(shè)備容量（）；為用電設(shè)備的額定線電壓（）；為該用電設(shè)備組的功率因數(shù)正切值；為用電設(shè)備組的需要系數(shù)。（2-36）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算3．車間干線的計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算（圖2-4中3點(diǎn)）目的：是用于選擇該干線的開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面。如果該干線上有多組用電設(shè)備，各組的最大負(fù)荷不一定同時(shí)出現(xiàn)，所以需引入同時(shí)系數(shù)，按下式計(jì)算：式中，為有功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)（0.85~0.95）；為無功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)(0.9~0.97)；為各用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷之和；為各用電設(shè)備組的無功計(jì)算負(fù)荷之和。（2-37）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算4．車間變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（圖2-4中4點(diǎn)）目的：是選擇車間變電所的變壓器容量以及低壓側(cè)開關(guān)設(shè)備與導(dǎo)線截面。由于變壓器低壓側(cè)有多條干線，每條干線上的最大負(fù)荷不一定同時(shí)出現(xiàn)，所以需引入同時(shí)系數(shù)，計(jì)算公式同式（2-37）如下：式中，取0.9~0.95；取0.93~0.97；為各干線上的有功計(jì)算負(fù)荷之和；為干線上的無功計(jì)算負(fù)荷之和。（2-38）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算5．車間變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（圖2-4中5點(diǎn)）目的：是選擇高壓開關(guān)設(shè)備及其導(dǎo)線截面。因?yàn)檐囬g變電所內(nèi)部高壓線路不長(zhǎng)，功率損耗不大，在負(fù)荷計(jì)算時(shí)一般不考慮線路損耗，所以變壓器高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷為低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷與變壓器損耗之和。式中：變壓器功率損耗，根據(jù)式（2-27）計(jì)算,即：（2-39）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算6．總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（圖2-4中6點(diǎn)）目的：是選擇總變壓器容量以及低壓側(cè)開關(guān)設(shè)備與導(dǎo)線截面。若總降變電所到車間距離較長(zhǎng)，應(yīng)考慮線路的功率損耗。線路的功率損耗、可分別按式（2-19）和式（2-20）計(jì)算。參照車間變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷計(jì)算方法，得出總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，見下式。（2-40）2.6用戶負(fù)荷計(jì)算7．總降變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算（圖2-4中7點(diǎn)）把總降變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷加上總變壓器的損耗即可。所得到結(jié)果即為用戶