1、第二章 工廠的電力負荷及其計算,教 師：曹永紅,主要內(nèi)容,內(nèi)容提要：本章介紹中小型工廠電力負荷的運用情況、負荷性質(zhì)及其工作制，重點介紹了確定用電設(shè)備組計算負荷的兩種常用方法需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。接著講述了無功補償?shù)拇胧?。另外還簡要介紹了對供配電系統(tǒng)中各點負荷進行逐點計算的方法以及城市電網(wǎng)用電負荷預(yù)測的常用方法。,2.1工廠的電力負荷和負荷曲線,2.1.1 工廠常用的用電設(shè)備 2.1.2 工廠用電設(shè)備的工作制 2.1.3 負荷曲線,“電力負荷”又稱電力負載，在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設(shè)備或用電單位，也可以指用電設(shè)備或用電單位的功率或電流的大小。,2.1.1 工廠常用用電設(shè)備,

2、生產(chǎn)加工機械的拖動設(shè)備； 電焊、電鍍設(shè)備； 電熱設(shè)備； 照明設(shè)備。,1. 生產(chǎn)機械的拖動設(shè)備,2電焊和電鍍設(shè)備,電焊設(shè)備,電焊機的工作特點是： （1）工作方式呈一定的周期性，工作時間和停歇時間相互交替。 （2）功率較大。 （3）功率因數(shù)很低。 （4）一般電焊機的配置不穩(wěn)定，經(jīng)常移動。,電鍍設(shè)備的工作特點是： （1）工作方式是長期連續(xù)工作的。 （2）供電采用直流電源，需要晶閘管整流設(shè)備。 （3）容量較大，功率因數(shù)較低。,電鍍的作用：防止腐蝕，增加美觀，提高零件的耐磨性或?qū)щ娦缘?，如鍍銅、鍍鉻。,電鍍設(shè)備,3電熱設(shè)備,電熱設(shè)備的工作特點是： （1）工作方式為長期連續(xù)工作方式。 （2）電力裝置一般屬

3、二級或三級負荷。 （3）功率因數(shù)都較高，小型的電熱設(shè)備可達到1。,4照明設(shè)備,常用照明設(shè)備 白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、鎢鹵化物燈和單燈混光燈等。,照明設(shè)備的工作特點： （1）工作方式屬長期連續(xù)工作方式。 （2）除白熾燈、鹵鎢燈的功率因數(shù)為1外，其它類型的燈具功率因數(shù)均較低。 （3）照明負荷為單相負荷，單個照明設(shè)備容量較小。 （4）照明負荷在工廠總負荷中所占比例通常在10%左右。,工廠電力負荷的分級 一級負荷： 為中斷供電將造成人身傷亡者，或者中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的大量產(chǎn)品報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打

4、亂需要長時間才能恢復(fù)等。 在一級負荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸、火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要的場所不允許中斷供電者， 為特別重要負荷。,5電力負荷的分級,二級負荷 二級負荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。 三級負荷 三級負荷為一般電力負荷，所有不屬于一、二級負荷著均屬于三級負荷。,雙電源：指兩路電源分別來自不同的發(fā)電廠；或一路電源來自發(fā)電廠，另一路電源來自區(qū)域變電站；或兩路電源均來自不同的區(qū)域變電站。 雙回路：指兩路電源來自同一變電所的不同的母線分段。,各級電力負荷對供電電源的要求 一級負荷

5、：雙電源供電。 保證其中一路電源發(fā)生故障時，另一路電源應(yīng)不致同時損壞。 特別重要的負荷：除兩路電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。 常用的應(yīng)急電源：獨立于正常電源的發(fā)電機組、供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門的饋電線路、蓄電池、干電池等。,二級負荷：雙回路供電。 二級負荷也屬于重要負荷，要求有兩個回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺，當(dāng)其中一回路或一臺變壓器出現(xiàn)故障時，二級負荷不應(yīng)中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負荷較小或當(dāng)?shù)毓╇娎щy時，二級負荷可由一回路6kV及以上的專用架空線路供電。如采用電纜則必須采用兩根電纜并列供電，每個電纜能承受全部二

6、級負荷。 三級負荷對供電電源的要求 無特殊要求。,6工廠用電負荷的分級,表21 小型機械類工廠中常用重要電力負荷的級別分類,2.1.2 工廠用電設(shè)備的工作制,長期連續(xù)工作制設(shè)備,短時工作制設(shè)備,反復(fù)短時工作制設(shè)備,能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，運行時負荷比較穩(wěn)定。如：照明設(shè)備、電動扶梯、空調(diào)風(fēng)機、電爐等。,這類設(shè)備的工作時間較短，停歇時間較長。如：金屬切削用的輔助機械(龍門刨橫梁升降電動機、刀架快速移動裝置)、水閘用電動機等。,這類設(shè)備的工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復(fù)，且工作時間與停歇時間有一定比例。如起重機、電焊機、電梯等,（21）,起重電動機的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有15%、2

7、5%、40%、60%四種。 電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%、100%四種。,通常用一個工作周期內(nèi)工作時間占整個周期的百分比來表示負荷持續(xù)率（或稱暫載率）,負荷持續(xù)率,工作時間,停歇時間,同一設(shè)備在不同的暫載率下工作時，其輸出功率是不同的。在計算其設(shè)備容量時，必須先轉(zhuǎn)換到一個統(tǒng)一的下。,斷續(xù)工作制電氣設(shè)備的功率與負荷持續(xù)率的關(guān)系,對起重電動機應(yīng)統(tǒng)一換算到=25%，換算公式為：,（22）,起重電動機,換算后設(shè)備容量,（換算前）設(shè)備鉻牌額定功率,設(shè)備鉻牌暫載率,對電焊機設(shè)備，應(yīng)統(tǒng)一換算到=100%，換算公式為：,（2-3）,電焊機設(shè)備,設(shè)備鉻牌額定容量,設(shè)備鉻牌功率因數(shù),例2-1,某小

8、批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機2臺（每臺容量20kVA， ），車間有吊車1臺11kW， ），試計算此車間的設(shè)備容量。,解：（1）金屬切削機床的設(shè)備容量 金屬切削機床屬于長期連續(xù)工作制設(shè)備，所以20臺金屬切削機床的總?cè)萘繛椋?電焊機屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到 ，所以2臺電焊機的設(shè)備容量：,（2）電焊機的設(shè)備容量,吊車屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到 ，所以1臺吊車的容量為：,（3）吊車的設(shè)備容量,(4) 車間的設(shè)備總?cè)萘繛?2.1.3 負荷曲線,定義 負荷曲線

9、是表示電力負荷隨時間變動情況的曲線。,按負荷對象分 工廠的的負荷曲線 車間的的負荷曲線 某臺設(shè)備的負荷曲線 按負荷的功率性質(zhì)分 有功負荷曲線 無功負荷曲線,分類,按表示的時間分 年的負荷曲線 月的負荷曲線 日的負荷曲線 工作班的負荷曲線 按繪制方式分 依點連成的負荷曲線 梯形的負荷曲線,負荷曲線的繪制,負荷曲線通常都繪制在直角坐標(biāo)上，橫坐標(biāo)表示負荷變動時間，縱坐標(biāo)表示負荷大?。üβ蔾W、kvar）。,圖3.1 日有功負荷曲線,依點連成的負荷曲線,梯形負荷曲線,圖2.2 年負荷曲線,年負荷持續(xù)時間曲線，反映了全年負荷變動與對應(yīng)的負荷持續(xù)時間（全年按8760h計）的關(guān)系。,年每日最大負荷曲線，反映

10、了全年當(dāng)中不同時段的電能消耗水平，是按全年每日的最大半小時平均負荷來繪制的。,與負荷曲線有關(guān)的參數(shù),(1) 年最大負荷Pmax和年最大負荷利用小時Tmax,圖2.3 年最大負荷和年平均負荷,年最大負荷Pmax 年負荷持續(xù)時間曲線上的最大負荷， 它是全年中負荷最大的工作班消耗電能最多的半小時平均負荷P30。 年最大負荷利用小時Tmax 假設(shè)負荷按最大負荷Pmax持續(xù)運行時，在此時間內(nèi)電力負荷所耗用的電能與電力負荷全年實際耗用的電能相同。,（2-4）,Tmax是一個反映工廠負荷特征的重要參數(shù) 一班制工廠Tmax=18003000h 兩班制工廠Tmax=35004800h 三班制工廠Tmax=500

11、07000h,負荷全年實際耗用電能,平均負荷Pav和年平均負荷,平均負荷就是負荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率,（2-5）,年平均負荷就是全年工廠負荷消耗的總功率除全年總小時數(shù)。,（2-6）,t時間內(nèi)耗用的電能,有功負荷系數(shù) 通常取0.70.75 無功負荷系數(shù) 通常取0.760.82,負荷系數(shù),2.2 負荷計算的方法,2.2.1 概述 2.2.2 需要系數(shù)法 2.2.3 二項式法 2.2.4 單相用電設(shè)備的負荷計算 2.2.5 全廠計算負荷的確定,2.2.1 概述,“計算負荷” 是指用統(tǒng)計計算求出的，用來選擇和校驗變壓器容量及開關(guān)設(shè)備、連接該負荷的電力線路的負荷值。,PC-負荷的有功計算負荷 Q

12、C-負荷的無功計算負荷 SC-負荷的視在計算負荷 IC-負荷的計算電流,負荷計算,是指對某一線路中的實際用電負荷的運行規(guī)律進行分析，從而求出該線路的計算負荷的過程。,工程上為了取值和表達方便，將最大負荷P30作為計算負荷Pc。,由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約需34，為發(fā)熱時間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其 大于等于10分鐘，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)過30分鐘后可達到穩(wěn)定溫升。由此可見，計算負荷實際上與從負荷曲線上查得的半小時最大負荷P30(亦既年最大負荷Pmax)是基本相當(dāng)?shù)摹Ｋ?，計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷。之所以用P30代替PC是因為電氣上的c 已經(jīng)用來表示電容。所以，

13、我們用P30、Q30、S30、I30來表示有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷、計算電流。,需要系數(shù)法,二項式系數(shù)法,需要系數(shù)是按照車間以上的負荷 情況來確定的，適用于變、配電 所的負荷計算。,二項式系數(shù)法考慮了用電設(shè)備中 幾臺功率較大的設(shè)備工作時對負 荷影響的附加功率，一般適用于 低壓配電支干線和配電箱的負荷 計算。,負荷計 算方法,負荷計算方法,表2.2 各用電設(shè)備組的需要系數(shù)Kd及功率因數(shù),2.2.2 需要系數(shù)法,需要系數(shù)法,（2-7）,（2-8）,需要系數(shù),用電設(shè)備組所有設(shè)備容量之和,每組用電設(shè)備的設(shè)備容量,由于一個用電設(shè)備組中的設(shè)備并不一定同時工作，工作的設(shè)備也不一定都工作在額定

14、狀態(tài)下，另外考慮到線路的損耗、用電設(shè)備本身的損耗等因素，設(shè)備或設(shè)備組的計算負荷等于用電設(shè)備組的總?cè)萘砍艘砸粋€小于1的系數(shù)，叫做需要系數(shù)，用Kd表示。,需要系數(shù)Kd,需要系數(shù)法需要系數(shù),需要系數(shù),同時系數(shù)K：并非供電范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備都會同時投入使用,負荷系數(shù)KL：并非投入使用的所有電氣設(shè)備任何時候都會滿載運行,電氣設(shè)備的平均效率e：電氣設(shè)備額定功率與輸入功率不一定相等,線路的平均效率W1 ：考慮直接向電氣設(shè)備配電的配電線路上的功率損耗后，電氣設(shè)備輸入功率與系統(tǒng)向設(shè)備提供的功率不一定相同,注：工程實際中，很難通過Kd的表達式來求得需要系數(shù)，一般都是通過查表求得其經(jīng)驗值,建筑工地常用用電設(shè)備組的

15、需要系數(shù)及功率因數(shù),需要系數(shù)法求解的幾個問題,（1）對12臺用電設(shè)備宜取 (2) 用電設(shè)備組的計算負荷 有功計算負荷： （2-9） 無功計算負荷： （2-10）,需要系數(shù)法求解的幾個問題,視在計算負荷： （2-11） 計算電流： （2-12）,需要系數(shù)法求解的幾個問題,(3) 多組用電設(shè)備的計算負荷 總的有功計算負荷： （2-13） 總的無功計算負荷： （2-14）,需要系數(shù)法求解的幾個問題,總的視在計算負荷： （2-15） 總的計算電流： （2-16）,在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不會同時出現(xiàn)的因素，計入一個同時系數(shù)K。,表3.3 同時系數(shù)K,例2-2（接例2

16、1）,某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380V電焊機2臺（每臺容量20kVA， ），車間有吊車1臺11kW， ），試計算此車間的計算負荷。,解：（1）金屬切削機床組的計算負荷 查表2.2取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：,所以，有,（2）電焊機組的計算負荷 查表2.2 取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：,（3）吊車組的計算負荷 查表2.2取需要系數(shù)和功率因數(shù)為,（4）全車間的總計算負荷 根據(jù)表2.3，取同時系數(shù) ，所以全車間的計算負荷為：,某機修車間380V線路上有如下設(shè)備： 對焊機一臺：SN=42kVA, N=60%,cos

17、=0.62 10噸橋式起重機一臺：PN=39.6kW,N=40% 金屬切削用三相電機：7.5kW 3臺, 4kW 8 臺;3kW 17臺 試求計算負荷。,作業(yè),應(yīng)用場合 在計算設(shè)備臺數(shù)不多，而且各臺設(shè)備容量相差較大的車間干線和配電箱的計算負荷時宜采用二項式系數(shù)法。 基本公式,（3-17）,2.2.3 二項式法,b 、c二項式系數(shù)，根據(jù)設(shè)備名稱、類型、臺數(shù)查表3.2選取,指用電設(shè)備中x臺容量最大的設(shè)備容量之和,用電設(shè)備組的平均負荷,用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?指用電設(shè)備中x 臺容量最大的設(shè)備投入運行時增加的附加負荷。,Q30，S30，I30的計算公式與前述需要系數(shù)法相同。,二項式法求解的幾個問題：,

18、（1）對12臺用電設(shè)備 （2）用電設(shè)備組 有功計算負荷的求取直接應(yīng)用式（3-17），其余的計算負荷與需要系數(shù)法相同。,二項式法求解的幾個問題：,（3）多組用電設(shè)備 要考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負荷，再加上各組平均負荷，求出設(shè)備組的總計算負荷。,總的有功計算負荷為： （2-18） 總的無功計算負荷為： （2-19）,各組中最大的一組附加負荷,最大附加負荷所在設(shè)備組的對應(yīng)的值,用二項式法計算例2.1車間的金屬切削機床組的計算負荷。 解：查表2.2取二項式系數(shù),所以,例2-3,如果用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù)n2x，則最大容量設(shè)備臺數(shù)取x=n/2，且按

19、四舍五入修約規(guī)則取整數(shù)。,某380V線路上接有下列設(shè)備： 冷加工機床，27.5kW， 36 kW，252.6 kW； 電加熱設(shè)備，36kW； 吊車組，110.5kW，25； 電焊機，122kVA，60，cos0.6； 電焊機，28.85kVA，100，cos0.6； 試用二項式法確定該線路上的計算負荷。,例2-4,解：確定分組，各組中設(shè)備功率。 第一組：冷加工機床組 查表得，x5，c0.4，b0.14，cos0.5，tan1.73。 bPe-1=0.14（27.536252.6）13.72kW cPx-1=0.4(27.5+36)=13.20kW,第二組：電加熱設(shè)備 查表得， c0，b0.7，

20、cos1，tan0。 bPe-2=0.71812.60kW cPx-2=0 第三組：吊車組 查表得，x3，c0.2，b0.06，cos0.5， tan1.73。 bPe-3=0.0610.500.63kW cPx-3=0.210.50=2.1kW,第四組：電焊機設(shè)備組 查表得，c0，b0.35，cos0.6，tan1.33。 因為P ， bPe-4=0.35（P4+P5） 0.35 7.29 cPx-4=0,因為第一組中的cPx-1值最大，所以有功計算功率 Pc（bPe-1bPe-2bPe-3bPe-4）(cPx)max 49.92kW Qc（bPe-1tan1+ bPe-2tan2+ bPe

21、-3tan3+ bPe-4tan4）+(cPx)max tanmax=60.66kvar,現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三相兩大類。 單相：單相電動機、電熱設(shè)備、電焊機和各種形式的家用電器設(shè)備。 三相：電動機為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空調(diào)機、電梯等。 當(dāng)供電形式為三相供電系統(tǒng)時，根據(jù)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條款的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個單相中。然后才能進行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負荷計算。,2.2.4 單相用電設(shè)備的負荷計算,單相用電設(shè)備組確定計算負荷的原則,按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功率的比例來制定。 在某個計算范圍內(nèi)，當(dāng)單相設(shè)備功率的

22、總?cè)萘啃∮谌嘣O(shè)備功率總?cè)萘康?5時，認為單相設(shè)備功率就相當(dāng)于三相設(shè)備功率。 單相設(shè)備功率的總?cè)萘看笥谌嘣O(shè)備功率總?cè)萘康?5時。這時三相供電系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，必須將單相用電設(shè)備功率換算成等效的三相設(shè)備功率，然后進行三相計算負荷的確定。,民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：,單相負荷應(yīng)均勻分配到三相上。 當(dāng)單相負荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負荷總?cè)萘康?5時，全部按三相對稱負荷計算； 當(dāng)超過15時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相對稱負荷相加。,單相用電設(shè)備接于相電壓時的三相等效負荷,單相設(shè)備視在功率S 最大的一相的功率因數(shù)為cos,單相用電設(shè)備接于線電壓時的三相等效負荷,線間負荷，也稱

23、之為線間設(shè)備。用電設(shè)備接于線電壓是指該設(shè)備連接在三相供電系統(tǒng)中的兩相之間，電壓為380v的用電設(shè)備。例如：單臺380V的電焊機等。,假設(shè)P12P23P31，則等效三相負荷：,應(yīng)先將線間負荷換算為相間負荷，然后各相負荷分別相加，選取最大相負荷乘3倍作為等效三相負荷。 線間負荷換算為相間負荷的方法： 換算系數(shù)法,注意：最大單相的有功計算負荷和無功計算負荷不一定在同一相上。,既有線間負荷又有相間負荷時的三相等效負荷,線間負荷換算為相間負荷的功率換算系數(shù)換算系數(shù)法,接于AB、BC、CA相間的有功負荷(kw),換算為A、B、C相的有功負荷(kw),換算系數(shù),換算為A、B、C相的無功負荷(kvar),例2

24、-5 如圖2-7所示220 /380V三相四線制線路上，接有220V單相電熱干燥箱4臺，其中2臺10kW接于A相，1臺30kW接于B相，1臺20kW接于C相。此外接有380V單相對焊機4臺，其中2臺14kW（=100）接于AB相間，1臺20kW（=100）接于BC間，1臺30kW（ =60）接于CA相間。試求此線路的計算負荷。,解： (1) 電熱干燥箱的各相計算負荷 查附錄表1得 因此只需計算其有功計算負荷： A相 B相 C相 (2) 對焊機的各相計算負荷 先將接于CA相間的30kW（=60%）換算至=100% 的容量， 即 查附錄表1得 再由表2-3查得 時的功率換算系數(shù),因此各相的有功和無

25、功設(shè)備容量為 A相 B相 C相,各相的有功和無功計算負荷為 A相 B相 C相,(3) 各相總的有功和無功計算負荷 A相 B相 C相,(4) 總的等效三相計算負荷 因B相的有功計算負荷最大，故取B相計算其等效三相計算負荷，由此可得 以上計算也可列成單相負荷計算表文獻10，限于篇幅， 從略。,線間負荷換算為相間負荷的功率換算系數(shù),2.2.5 全廠計算負荷的確定,1用需要系數(shù)法計算全廠計算負荷,在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘康臈l件下，乘以一個工廠的需要系數(shù)即可求得全廠的有功計算負荷，即,（3-20）,全廠的需要系數(shù)值，查表3.4選取。,表2.4 全廠負荷的需要系數(shù)及功率因數(shù),2用逐級推算法計算全廠的計算負

26、荷,由用電設(shè)備組開始，逐級向電源方向推算的方法，在經(jīng)過變壓器和較長的線路時，應(yīng)加上變壓器和線路的損耗。,企業(yè)負荷確定的步驟,從負荷端開始，逐級上推到電源進線端。 用電設(shè)備組 車間低壓變壓器出線 車間低壓變壓器高壓側(cè) 企業(yè)變壓器出線 企業(yè)進線,P30.5= K5 P30.6i P30.4=P30.5+PwL2 P30.3= K3 P30.4i P30.2=P30.3+PT+PwL1 P30.1= K1 P30.2i,圖2.4 逐級推算法示意圖,在計算負荷時，車間變壓器尚未選出，無法根據(jù)變壓器的有功損耗與無功損耗的理論公式進行計算，一般按經(jīng)驗公式估算：,有功功率損耗： （2-21） 無功功率損耗：

27、 （2-22）,變壓器低壓母線上的計算負荷,3按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計算負荷,單位數(shù)量，單位為人數(shù)、床數(shù)、產(chǎn)品數(shù)量等,單位用電指標(biāo)，單位為kW人kW床、kw產(chǎn)品等,負荷密度指標(biāo),計算范圍的使用面積，單位為m2,工廠的年最大負荷利用小時,2.3 供配電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗,2.3.1 概述 2.3.2 供電線路的功率損耗 2.3.3 變壓器的功率損耗,3.3.1 概述,在考慮變配電系統(tǒng)總計算負荷時，除了用電負荷所消耗的電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，（供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當(dāng)有電流通過時，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大的設(shè)備是變壓器和線路。

28、）這部分電功率也是由變配電系統(tǒng)提供的。因此，要計入變配電系統(tǒng)的計算負荷中。,年最大負荷損耗小時數(shù)max （年最大負荷利用小時數(shù)Tmax ）,定義：對于供配電系統(tǒng)中全年的電能損耗量Wa，若一直以計算負荷來消耗，需max時間就可將其全部消耗完。即系統(tǒng)通過max時間的計算電流所損耗掉的電能，與系統(tǒng)在全年實際運行時間內(nèi)通過實際電流所損耗掉的電能相同。 max也是一個假想的時間。,最大負荷損耗小時物理意義,假如線路負荷維持在Pca，則在內(nèi)的電能損耗，恰好等于實際負荷全年在線路上產(chǎn)生的電能損耗。 為一個假想時間。 與Tmax和cos有關(guān)：,max 、Tmax、負荷的功率因數(shù)cos之間的關(guān)系,2.3.2 供

29、電線路的功率損耗,三相線路中的有功和無功損耗為 其中， R=rl，l為線路長度，r為單位線路長度的電阻值； X=xl，l為線路長度，x為單位線路長度的電抗值；,線路上的有功損耗，單位為kW,線路上的無功損耗，單位為kvar,線路上的計算電流，單位為A,每相線路的電阻，單位為,每相線路的電抗，單位為,問題？,如果用線路的計算功率Pc、Qc、Sc表示，供電線路的功率損耗的表達式。,線路上的年有功電能損耗,由于供電系統(tǒng)的線路一般不長，且多采用電纜供電，阻抗較小，所以線路上的功率損耗往往忽略不計。,3.3.3 變壓器的功率損耗和電能損耗,變壓器的有功損耗 變壓器鐵耗、磁滯損耗和渦流損耗等構(gòu)成的空載有功

30、損耗； 變壓器繞組電阻通過電流時產(chǎn)生的銅耗，也稱負載有功損耗，它與變壓器的二次負荷大小有關(guān)，當(dāng)變壓器滿載時，其銅耗近似等于變壓器短路損耗。,變壓器的最大有功損耗,變壓器空載有功損耗，單位為kw,變壓器的額定視在功率單位為kVA,變壓器短路有功損耗，單位為kw,變壓器上通過的計算視在功率。單位為 kVA,變壓器的無功損耗,是由變壓器鐵心磁化產(chǎn)生的空載無功損耗，與勵磁電流大小有關(guān)，近似等于空載電流產(chǎn)生的損耗；,變壓器空載電流占額定電流的百分值?？梢酝ㄟ^手冊查到（空載電流）,另一部分是變壓器繞組電抗通過電流時產(chǎn)生的無功損耗，也稱負載無功損耗。與變壓器的二次負荷大小有關(guān)，當(dāng)變壓器滿載時，其負載無功損耗

31、近似等于變壓器短路時繞組上的無功損耗。,變壓器短路電壓占額定電壓的百分值?？梢酝ㄟ^手冊查到（阻抗電壓）,變壓器的最大無功損耗,非額定負載情況下，負載無功損耗，與負載率的平方成正比。,P0、Pk、Ic、 Ur均可在產(chǎn)品目錄中查出。,變壓器的年有功電能損耗,空載有功電能損耗,負載有功電能損耗,變壓器的全年工作時間，單位為h,2.4功率因數(shù)計算與無功功率補償,2.4.1 功率因數(shù)的分類和計算 2.4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響 2.4.3 功率因數(shù)的改善措施 2.4.4 并聯(lián)電容器補償功率因數(shù),2.4.1 功率因數(shù)的分類和計算,瞬時功率因數(shù),平均功率因數(shù),最大負荷時功率因數(shù),自然功率因數(shù),總功率因

32、數(shù),指運行中的工廠供用電系 統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值,P 功率表測出的三相有功功率讀數(shù)； U電壓表測出的線電壓讀數(shù)； I 電流表測出的線電流讀數(shù)。,指某一規(guī)定時間段內(nèi) 功率因數(shù)的平均值,指配電系統(tǒng)運行在年最大負荷時 （計算負荷）的功率因數(shù),P30工廠的有功計算負荷； S30工廠的視在計算負荷。,指用電設(shè)備或工廠在沒有安 裝人工補償裝置時的功率因數(shù),指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工 補償后的功率因數(shù),瞬時功率因數(shù),指運行中的工廠供用電系 統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值,P 功率表測出的三相有功功率讀數(shù)； U電壓表測出的線電壓讀數(shù)； I 電流表測出的線電流讀數(shù)。,平均功率因數(shù),指某一規(guī)定時間段內(nèi) 功率因數(shù)的平

33、均值,WP有功電度表讀數(shù)； Wq無功電度表讀數(shù)。,最大負荷時功率因數(shù),指配電系統(tǒng)運行在年最大負荷時 （計算負荷）的功率因數(shù),P30工廠的有功計算負荷； S30工廠的視在計算負荷。,自然功率因數(shù),總功率因數(shù),指用電設(shè)備或工廠在沒有安 裝人工補償裝置時的功率因數(shù),指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工 補償后的功率因數(shù),一般交流供電線路中，大多數(shù)為電感性負載，致使功率因數(shù)偏低。當(dāng)有功功率為一定值時，cos愈?。ń怯螅湟曉诠β示陀?，因而供電線路中的電流大，線路的損失（電壓和有效功率損耗）隨之增大，不經(jīng)濟。,2.4.2 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響,1降低了供電設(shè)備（電源）的供電能力,供電設(shè)備（電源）的供電能

34、力（容量）是用視在功率S來表示的。當(dāng)供電設(shè)備的容量一定時，如果用戶負載的功率因數(shù)過低，其無功功率就會過大，致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少，于是降低了供電設(shè)備的供電能力。,當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。,2增加供電系統(tǒng)的有功損耗,3供電線路的電壓降增大,功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。,4. 降低發(fā)電機的效率,發(fā)電機發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率增加時，有功功率下降，發(fā)電機的效率降低。,（1）高壓供電的用電單位，功率因數(shù)一般規(guī)定為0.9以上； （2）其他電力用戶，功率因數(shù)為0.85以上。

35、（3）對新建的工業(yè)企業(yè)用戶，功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定按0.95設(shè)計。 （4）對農(nóng)業(yè)用電單位，要求功率因數(shù)在0.8以上。,民用及一般工業(yè)建筑的功率因數(shù)指標(biāo),人工補償無功功率,提高自然功率因數(shù),提高功率因數(shù),2.4.3 功率因數(shù)的改善措施,提高自然功率因數(shù)的方法,（1）合理選擇電動機的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。 （2）對實際負載不超過額定容量40的電動機，應(yīng)更換為小容量的電動機。 （3）合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)方式，限制感應(yīng)電動機空載運轉(zhuǎn)。,（4）正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負載率（一般為7580比較合適）。對于負載率低于30變壓器，應(yīng)予以更換。 （5）對于負荷率在0.60.9的繞線

36、式電動機，必要時可以使其同步化，這時電動機可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。,部分電動機功率因數(shù),S9系列三相油浸自冷式銅線低損耗電力變壓器額定負載時損耗數(shù)據(jù),S9型環(huán)氧澆注干式變壓器額定負載時損耗數(shù)據(jù),（1）采用同步電動機補償，使用同步電動機在過激磁（over excited）方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.80.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。因而，提高了用戶的功率因數(shù)。,人工補償改善功率因數(shù),（2）利用同步調(diào)相機作為無功功率電源（發(fā)電機），用來補償所需要的無功功率。同步調(diào)相機是軸上不帶機械負載的同步電動機。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的激磁電流的大小，可以改變其輸

37、出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。 以上兩種補償方式，因同步電動機構(gòu)造復(fù)雜，價格較貴，控制維護較麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。,（3）采用靜電電容器補償 當(dāng)將電容器C與感性負載（用電設(shè)備）并聯(lián)。目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補償方法,思考,采用并聯(lián)電容器補償有哪些效果？,2.4.4 并聯(lián)電容器補償功率因數(shù),采用并聯(lián)電容器補償是目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補償方法，也叫移相電容器靜止無功補償。它具有有功損耗小、運行維護方便、補償容量增減方便、個別電容器的損壞不影響整體使用等特點，但不能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。,靜電電容器特點,1）價格較便宜。 2）有功功率損耗小，一般每100kva

38、r低于0.30.4kW。 3）沒有旋轉(zhuǎn)部分，易于安裝，便于維護。 4）可隨供電系統(tǒng)中無功功率容量的需要，可以較方便地增加或減少C的大小。 5）只能有級調(diào)節(jié)，而不能隨著無功功率的變化，進行無級調(diào)節(jié)。,并聯(lián)電容器原理,并聯(lián)電容器提高cos的原理圖,補償有三種情況 欠補償 為全補償 過補償 在實際工程設(shè)計及應(yīng)用中，總是采用欠補償，把功率因數(shù)提高到0.90. 95。,并聯(lián)電容器的容量選擇,電容器（柜）臺數(shù)的確定,在提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)時，應(yīng)選擇并聯(lián)電容器。電容器的臺數(shù)N應(yīng)按下式計算：,總的無功補償容量,單臺電容器的容量,注：當(dāng)電容器為單相電容器時，除了保證補償容量以外，為維持三相平衡，還應(yīng)保證電容器

39、臺數(shù)為3的倍數(shù)。,由于電容器的實際補償容量與其端電壓的平方成正比（Q=CUc2）,電容器的實際運行電壓,電容器的額定電壓,電容器的額定容量,部分低壓并聯(lián)電容器參數(shù),部分高壓并聯(lián)電容器參數(shù),例2-6 某廠擬建一降壓變電所，裝設(shè)一臺主變壓器。已知變電所低壓側(cè)有功計算負荷為650kW，無功計算負荷為800 kvar。為了使工廠變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于0.9，如在低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器進行補償時，需裝設(shè)多少補償容量？并問補償前后工廠變電所所選主變壓器容量有何變化？ 解：(1) 補償前應(yīng)選變壓器的容量和功率因數(shù) 變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為:,主變壓器容量的選擇條件為SNT S30(2)，因此在未進行

40、無功補償時，主變壓器容量應(yīng)選為1250kVA（參看附錄表5）。 這時變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為:,(2) 無功補償容量 按規(guī)定變電所高壓側(cè)的 ，考慮到變壓器的無功功率損耗QT 遠大于其有功損耗PT ，一般 ，因此在變壓器低壓側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里取 。 要使低壓側(cè)功率因數(shù)由0.63提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為:,取,(3) 補償后的變壓器容量和功率因數(shù) 補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為： 因此補償后變壓器容量可改選為800kVA，比補償前容量減少450kVA。 變壓器的功率損耗為：,變電所高壓側(cè)的計算負荷為： 補償后工廠的功率因數(shù)為： ，滿足要求。 由此例可以看出，采用無功補償來提高功率因數(shù)能使工廠取得可觀的經(jīng)濟效果。,無功功率補償位置,并