供配电技术 第6章 负荷计算和设备的选择与校验.pdf

供配色技木#6夺负荷计算和设备的 选择与校验第6专发物封算彳。德备的”与彼馨F 一 学习目标电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。它们分属于工农业、企业、人民生活等方面的各种电力用户。交通运输、科学研究和第6专发物封算彳。德备g”与彼馨 不一学习目标负荷曲线就是指在某一段时间内用电设备有功、无功负 荷随时间变化的图形，分别构成有功负荷曲线（尸）和无功 负荷曲线（2）。常用的是有功负荷曲线。每类负荷曲线按 时间坐标长短的不同，分有日负荷曲线、年负荷曲线等I i负荷曲线对变电所、发电厂和电力系统的运行有重要意 义。它是变电所负荷控制，发电厂安排日发电计划，确定 电力系统运行方式和主变压器、发电机组等设备检修计划、以及制变电所、发电厂扩建新建规划的依据。第6专发物封算彳。德备的选舛与横提F 一 学习目标供配电系统中的电气设备，均需依据正常工作条件、环境 条件及安装条件进行选择，部分设备还需依据故障情况下的 短路电流进行动、热稳定度校验，同时要求工作安全可靠，运行空护方便，投资经济合理。本章对读者提出的要求是：I 了解）工厂电力负荷对供电的要求 一丁 二项式法确定计算负荷工厂供电系统的功率损耗及电能损耗单台和多台用电设备尖峰电流的计算短路的后果及短路的形式选择电气设备的一般条件电气设计内容的程序、要求和深度侍v第6专 发物封算彳。德备的选播与横提 学习目标/L _L-匕 _熟悉J 单相设备等效三相负荷的计算工厂年电能消耗量的计算方法供配电系统短路的原因掌握）按需要系数法确定计算负荷的方法工厂计算负荷的确定用欧姆法进行短路计算和采用标幺法进行短路计算的方法 各类电气设备的选择和校验方法运用所学知识设计较为简单的工厂供配电系统第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.1工厂的电力系朝夕发府旗6.1.1工厂用电设备的工作制连续运行工作制设备ill短时工作制设备in断续周期工作制设备ill能长期连续运行，每次连续工作时间 超过8小时，运行时负荷比较稳定。如 照明设备、电动扶梯、空调风机、电 炉等。这类设备的工作时间较短，停歇时间 较长。如：金属切削用的辅助机械（龙 门刨横梁升降电动机、刀架快速移动 装置）、水闸用电动机等。_这类设备的工作呈周期性，时而工作 时而停歇，如此反复，且工作时间与 博歇时间有一定比例。如起重机、电 焊机、电梯等。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提 负荷持续率（暂载率）通常用一个工作周期内工作时间 占整个周期的百分比来表示负荷持续率g（或称暂载率），其计算公式如下：=-xlOO%=-xlOO%T/%式中：T一工作周 期；t一工作周期内的工作时间；而一工作周期内的停歇时间。起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。同一设备在不同暂载率下工作时，其输出功率不同，因此计算设备容量时，必之 不同 负荷持续率下，翦先转换到一个统一的下。功率的换算公式为：77P1=、2 P2 V J-T尸D侍 A第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.1.2负荷曲线1.负荷曲线的类型与绘制方法负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的一种图形，反 映了电力用户用电的特点和规律。在负荷曲线中通常用纵 坐标表示负荷大小，横坐标表示对应负荷变动的时间。负荷曲线可根据需要绘制成不同的类型。如按所表示负 荷变动的时间可分为日、月、年或工作班的负荷曲线，按 负荷范围可分为全厂的、车间的或某设备的负荷曲线；按 负荷的功率性质可分为有功和无功负荷曲线等。日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（024h）变化情况。日 负荷曲线可用测量的方法绘制。it a第6章 系杨H售彳口照备的修播与横提1.负荷曲线的类型与绘制方法以某个监测点为参考点，在24h 中各个时刻记录有功功率表的读 数，逐点绘制成如右图所示折线 形状的折线形负荷曲线。通过接在供电线路上的电度表,每隔一定的时间间隔（一般为半 小时）将其读数记录下来，求出 0.5h的平均功率，再依次将这些 点画在坐标上，把这些点连成如 右图所示阶梯状的阶梯形负荷曲 线。负荷曲线时间间隔取的愈短，曲线愈能反映负荷的实际变化 情况。日负荷曲线与横坐标所包围的面积代表全日消耗的电能第6专 发物封算彳。德备的选播与横提年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负 荷持续时间（全年按8760h计）的关系。年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能 消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。1 第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.负荷曲线的有关物理量 Z年最大负荷和年最大负荷利用户虫-丫小时数指全年中负荷最大的工作 班内30分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分 钟最大负荷P30 o假设企业总是按年最大负荷持 续工作，经过了时间所消耗的电 能，恰好等于企业全年实际所消 耗的电能，即右图中虚线与两坐 标轴所包围的面积等于剖面线部 分的面积。则这个假想时间就称 为年最大伊荷利用小B寸数。由此年最大负荷利用小时 数与工厂类型及生产班可查阅有关参考资料或 到相同类型的厂矿企业 去调查收集。iM你A可得出j=也第6季 发扬H舞4口径备的（1拜专横变2.负荷曲线的有关物理量平均负荷和负荷系数平均负荷是指电力负荷在一定 时间内消耗功率的平均值。如在，时间内消耗的电能为吗,贝时间 的平均负荷为：wP=丛 av/利用年负荷曲线求年平均负荷如右上图所示。图中剖面线 部分为年负荷曲线所包围的面积，也就是全年电能的消耗量。另外再作一条虚线与两坐标轴所包围的面积与剖面线部分的 面积相等，则图中就是年平均负荷。年平均负荷与最大负荷的比值称为负荷率为：姓=4Pmax 第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.2电力发杨的计算B 6.2.1计算负荷的概念计算负荷定义：按照发热条件选择电气设备的一个人为假 想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的最大 热效应相等。根据计算负荷选择的导体或电器，在运行中的最高温升不 超过导体或电器的温升允许值。计算负荷的物理意义：设有一电阻K的导体，在某一时间内通过一变动负荷，其 最高温升达到2值，如果这一导体在相同时间内通过一个不 变的负荷，最高温升也达到2值，那么这个不变负荷就称为 变动负荷的“计算负荷，即计算负荷与实际变动负荷 的最高温升是等值的。我,管 a第6季发将H算4口德备的煌拜与横提工程上为了取值和表达方便，一般把半小时平均负荷所 绘制的负荷曲线上的“最大负荷称为计算负荷。作为按 发 士力 攵Mfc+Rii 几幺nn.n n 供电线路上只连接一台用电设备时：线路的计算负荷可按设备容量来确定，此时求单台电动机 的计算负荷公式为：d30=式中：Pn用电设备的额定功率，单位kW；心用电设备额定容量时的效率。对白炽灯、电热设备、电炉变压器等：计算负荷在数值上就等于其额定功率，即：A。=心第6专 发物封算彳。德备的选播与横提需要系数是按照车间以上的 负荷情况来确定的，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，适用于低压配电支干线 和配电箱的负荷计算。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.2.2按需要系数法确定计算负荷1.需要系数的含义设某组设备有几台电动机，其额定总容量为外，由于该组电动 机实际上不一定都同时运行，而且运行的电动机也不可能都满负 荷，同时设备本身及配电线路也有功率损耗，因此这组电动机的 有功计算负荷应为NWL上式中，n是指用电设备的输出与输入容量之间具有的平均效 率；因用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数匹；用电 设备本身及配电线路有功率损耗，所以引入一个线路平均效率WL；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入一个同时系数叫。用电设备的需要系数：44 NWL第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.三相用电设备计算负荷的基本公式有功计算负荷为 乙。二KJ。无功计算负荷为。30 二40处。视在计算负荷为 邑。=，理+Q；。=%/cos(p计算电流/30=S30/V3L/nit 祭 a第6专 发物封算彳。德备的选播与横提单组用电设备组的计算负荷卷号已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动 机30台，其总的设备容量为120kW。试求其计算负荷。qj；查表6-1中的小批生产的金属冷加工机床电动机项，可 得K ac，TTHa/、_ x_i“T BKi1%。=储乙=0.18X120=21.6kW-L73 于7HQ30=P30tg 9=21.6x1.73=37.37kvarS30=P301 cos.=21.6/0.5=43.2kVA4。=$3。/=,3；65.6AV3x0.38城一 a第6专 发物封算彳。德备的选播与横提多组用电设备组的计算负荷在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备 的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K,其 中有功同时系数为K，无功同时系数为Klq,应用范围Kp确定车间变电所低压线路最大负荷冷加工车间0.70.8热加工车间0.70.9动力站0.87.0确定配电所母线的最大负荷负荷小于5000kW0.97.0计算负荷小于5000lOOOOkW0.85计算负荷大于lOOOOkW0.8侍v第6专 发物封算彳。德备的选播与横提多组用电设备组的计算负荷例某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台 中 共50kW,其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机L2kW2台；电阻炉1台2kW。试求 计算负荷（设同时系数K%、Kq均为0.9）。以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为一组，共分成以下3组。先求出各用电设备组的计算负荷。冷加工电动机组。查表6-1可得：Kdl=0.2,cos（pi=0.5,tg%=L73,因止匕I 仆熊园=0.2x50=10kWQ301=Ao 四。i=10 x1.73=17.3kvar第6专 发物封算彳。德备的选播与横提通风机组。查表6-1可得：Kd2=0.8,cos(p2=08,tgq)2=075因此鸟02=Kd2 a2=0.8X2.4=1.92kWQ302=巴02%夕2=1-92x0.75=1,44kvar只有一台电阻炉，所以计算负荷等于电阻炉的容量，即：403=%=2kW Q303=0以车间为范围，已知同时系数K、Kq均为0.9，则车间计算总有功计算负荷为月 二际纸。】=0.9x(10+1.92+2)T2.5kW总无功计算负荷为。30=K2QEQ301=09x(17.3+1.44+0)。16.9kvar 总视在计算负荷为=,12.52+16.92 4.02kVA 总的计算电流为金=4=W-31.9AV3t/N 1.732x0.38用此电流即可选择这条380V导线的截面及型号。i第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.2.3按二项式法确定计算负荷R应用场合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。基本公式式中仄C为二项、式系数，根据设备 名称、类型、台数表6-1选取o用电设备组的设信总百 J/指用电设备中X台 容量最大的设备容 墓之和。当用电设备组的设备总台数 2x时，则最大容量设备台数取x=/2,且按舍五入法取整，当只有一台设备时，可认为PPe；tg0为设备功率因数角的正切值。00，S30,八的计算公式与需要系数法的相同。第6季 发扬耕簿彳。德备的世拜与检雄 对12台用电设备fT =1,=0,P30=pe|对用电设备组有功计算负荷的求取直接应用式(6.17)，其余的 计算负荷与需要系数法相同。对多组用电设备要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在 各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷，再加上各组 平均负荷，求出设备组的总计算负荷。总的有功计算负荷为：W=Z(D,+(cR)max总的无功计算负荷为：禽=2屿tai!。),+(cRLx max第6专 发物封算彳。德备的选播与横提创某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台 共50kW,其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机L2kW2台；电阻炉1台2kW。用二 项式法求计算负荷(设同时系数K%、K，q均为0.9)。J：金属切削机床电动机组 查表6-1,取b=0.14,5=0.4,a=5,cos(pi=0.5,tg(pi=1.73,x=5,则(bPe)x=0.14x 50=7kW(cPx)x=0.4(7.5x 2+4x 2+2.2x l)=10.08kWKp通风机组查表6-1,取b2=0.65,c2=0.25,cos(p2=0*8,tg(p2=0.75,n=2 2x,取勺=11/2=1,贝!J(bPe)2=0.65x 2.4=1.56kW(cPx)2=0.25x 1.2=0.3kW电阻炉(bPe)3=2kW(cPx)3=0第6专 发物封算彳。德备的选播与横提显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(CP，)最大，故总计算负荷为：A。=Z(0),+(*)max=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW。30=常效+(叱)max 火。max=(7x1.73+1.56x0.75+0)+10.08x1.73 30.72k varS30=70+030=a/20.642+30.722=37.01kVA/=噌J=。56.2A30 43Un 1.732x0.38与用需要系数法的计算结果相比较，按二项式法计算的结 果比按需要系数法计算的结果大得多。可见，二项式法更适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提单相用电设备等效三相计算负荷的确定现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三 相两大类。单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家 用电器设备。三相：电动机为动力的各种设备例如给水泵、集中式空 调机、电梯等。供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款 的规定必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统负 荷计算。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提单相用电设备组确定计算负荷的原则按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功 率的比例来制定。如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的 15%，则不论单相设备如何连接，均可作为三相平 衡负荷对待。单相设备接于相电压时，在尽量使三相负荷均衡分 配后，取最大负荷相所接的单相设备容量乘以3，便 可求得其等效三相设备容量。单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量心 单台设备时 pq=殳备？设备容展）公公；口攵口升 p-2p 最大负荷单相设23 口 I攵田盯 iQ I备的盲盲百量 Jn A&发扬封算德备的选播与横提单相用电设备组确定计算负荷的原则单相设备分别接于线电压和相电压时，首先应将接于 线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容 量，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。而总 的等效三相有功计算负荷就是最大有功负荷相的有功 计算负荷的3倍。总的等效三相无功计算负荷就是最大 无功负荷相的无功计算负荷的3倍。特别注意的是：最 大相的有功计算负荷和最大相的无功计算负荷不一定 在同一相上。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.2.4工厂电气照明负荷的确定工厂电气照明负荷也 是电力负荷的一部分。良好的照明环境是保证 工厂安全生产、提高劳 动生产率、提高产品质 量、改善职工劳动环境、保障职工身体健康的重要方面。工厂的电气照明设计，一般应根据生产的性质、厂房自然条件等因素选择合适的光源和灯具，进行合理的布置，使工 作场所的照明度达到规定的要求。发扬封算德备的选播与横提1.照明容量的确定白炽灯、碘铝灯等不用镇流器的照明设备，容量通 常指灯头的额定功率，即：Pe=PN荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯需用镇流器的照 明设备，其容量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：Pe=l.lPN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：Pe=QS/1000其中一建筑物单位面积的照明容量，单位为W/m2;S 建筑物面积，单位是m2第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.照明计算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。负荷计算公式应用需要系数法。表6-2 照明设备组的需要系数及功率因数光源类别需要系数功率因数cos(p白炽灯荧光灯身压汞灯悬I压纳灯金属卤化物灯生产车间办 公室0.8-110.9(0.55)0.450.650.450.40 0.61变配电所、仓库050710.9(0.55)0.45-0.650.450.40 0.61生活区宿舍060810.9(0.55)0.45-0.650.450.40 0.61室外110.9(0.55)0.45-0.650.450.40 0.611i；广i你i.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(即可求得全厂的有功计算负荷，即：？30=叫乙，其中叫是 全厂需要系数值。表6-3 全厂负荷的需要系数及功率因数工厂类别需要系数 Kd功率因数 cos(p工厂类别需要系数功率因数 cos(p汽轮机制造厂0.380.88石油机械制造厂0.450.78锅炉制造厂0.270.73电线电缆制造厂0.350.73柴油机制造厂0.320.74开关电器制造厂0.350.75重型机床制厂0.320.71橡胶厂0.50.72仪器仪表制造厂0.370.81通用机械厂0.40.72电机制造厂0.330.81第6专 发物封算彳。德备的选播与横提例已知某开关电器制造厂用电设备总容量为4500kW,试 估算该厂的计算负荷。y J；，查表6-3取(为0.35,cos(p=0.75,贝Utan(p=0.882,得P30=JTdPe=0.35x 4500=1575kW209803O=P3Otan(p=1575x 0.8821386kvarS30。3188A邑0=+Q；o=V15752+13862-2098kVA30-a/3C7.-1.732x0.38发扬封算德备的选播与横提2.用逐级推算法计算全厂的计算负荷工厂变压 器出线工厂输电、推嫁褊J从负荷端开始，逐级上推到电源 进线端。车间低压变 压器高压侧,车间低压变 压器由残J用电设备组;No.2 Na3第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.用逐级推算法计算全厂的计算负荷2305是图示所有出线上的计算负荷马06等 之和，再乘上同时系数星；由于马04要考 虑线路WL2的损耗，因此鸟04=鸟05+APWL2；鸟03由鸟04等几条高压配电线路上 计算负荷之和乘以一个同时系数/而得；?302还要考虑变压器的损耗，因此马02=?303+刈11+刈；。301由2302等几条局压 配电线路上计算负荷之和乘以一个同时系 数/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。幽级推理法不意图第6专发杼计簿彳口该备的已持与检提2.用逐级推算法计算全厂的计算负荷/I；二力：，电力变压器的功率损耗，在一般1懦的负荷计算中，可采用简化公式 跚w删跚来近似计算,如：有功功率损耗：t=0.015530无功功率损耗：AQT=0.06530式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷，它是选择 变压器的基本依据。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提3.按年产量和年产值估算全厂的计算负荷已知全厂的年产量A或年产值B,就可根据全厂的单位产量耗电量a或单位产值耗电量b,求出全厂的全年耗 电量W=Aa=Bb求出全年耗电量后，即可根据下式求出全厂的有功计算负荷为Z)_ _a.30 一不一 max式中的是工厂的年最大负荷利用小时。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提如何将单相负 荷简便地换算 为三相负荷？什么叫计算负荷？为什么计算负荷通常采用半小时最大负荷？正确确定计算负荷有何意义?需要系数 的含义是什 么？确定计算负荷的需要系数法 和二项式法各有什么特点？各适用哪些场合？O Oo你能回答吗?第6车 发物计算夕口德备的修建与横球5,已知线电压为380V的三相供电线路供电给35台小批 量生产的冷加工机床电动机，总容量为85kW,其中较 大容量的电动机有7.5kWl台，4kW3台，3kW12台。试 分别用需要系数法和二项式系数法确定其计算负荷。6.有一个机修车间，有冷加工机床30台，设备总容量 为150kW,电焊机5台，共15.5kW,利用率只有65%,通风机4台，共4.8kW,车间采用380/220V线路供电，第6季 发物封舞彳口径备的（1特与检提6.3工厂供电冬饯的电能损构及无功补偿在考虑变配电系统总计算负荷时，除了用电负荷所消耗的 电功率以外，变配电系统本身还要损耗一部分电功率，这是 因为供配电系统的电气设备和线路上存在着阻抗，当有电流 通过时，则会产生相应的损耗。供配电系统中产生损耗较大 的设备是变压器和输电线路。这部分功率损耗也是由变配电 系统提供的。因此，要计入其计算负荷中。6.3.1 线路的电能损耗线路上全年的电能损耗用AW表示，其计算公式为：|AWa=3IRwLT式中电流是通过线路的计算电流；Awl是线路每相的电阻 值；工是一个假想的时间，与7max和cusP有关。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提t的物理含义：当线路或 变压器中以最大计算电流流 过T小时后所产生的电能损 耗，恰与全年流过实际变化 的电流时所产生的电能损耗 相等。T与Tmax之间的关系如左 图示。T与Tmax的关系可用 公式表达为：T2 maxT=-8760当cos(p=l,且线路电压不变时，全年的电能损耗为：第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.3.2 变压器的电能损耗变压器的电能损耗包括两个部分：一是由铁损引起的电能损耗：%=A&x 8760。A%x 8760上式表明：只要外施电压和频率不变，铁损所引起的电能损耗 也固定不变，且近似于空载损耗AP。二是由铜损引起的电能损耗：Wa2=APcu/32TAPk/32T由式可知，由变压器铜损引起的电能损耗，与变压器负荷率0 的平方成正比，且近似于短路损耗“心因此，变压器全年的电能损耗为：AW”AWal+A%7。乂 8760+第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.3.3 工厂的功率因数和无功补偿B1.工厂的功率因数瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可间接测量，即由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：pCOS(P=平均功率因数平均功率因数又称为加权平均功率因数，按下式计算:c%二 W+Wq?11+(式中是某一时间内消耗的有功电能；叫是某一时间内消耗的无 功电能。我国电业部门每月向工业用户收取的电费，规定要按月 平均功率因数的高低来调整。q 2p第6净 发杨H等彳口照备的（1播与彼提最大负荷时的功率因数最大负荷时功率因数指在年最大负荷时的功率因数。可按下式计算：D$302.功率因数对供配电系统的影响一般交流供电线路中，大多数为电感性负载，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，coscp愈小（P角愈大），其视在功率就愈 大，因而供电线路中的电流大，线路的损失（电压和有效功率损 耗）随之增大，不经济。供电设备（电源）的供电能力（容量）是用视在功率S来表示的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无 功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减少，于是降低 了供电设备的供电能力。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.功率因数对供配电系统的影响当用电设备的有功功率一定时，功率因数愈低，其供电线路的 电流愈大，线路的电力损耗随之增加。功率因数低，通过线路的电流就大，线路电压降亦随之增加，从而影响用电设备的正常运转。发电机发出的功率是有限的，当无功功率增加时，有功功率下 降，发电机的效率降低。国家标准GB/T3485.1998评价企业合理用电技术导则中规 定：在企业最大负荷时的功率因数应不低于09,凡功率因数未 达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设 备。为鼓励提高功率因数，供电部门规定，凡功率因数低于规 定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖 励，即采用高奖低罚的原则。我,管 a第6专 发物封算彳。德备的选播与横提3.电力电容器二、H第6专 发物封算彳。德备的选播与横提电力电容器在电力系统中的作用由于电力系统中许多设备不仅要消耗有功功率，设备本身的电感 损失也要消耗无功功率，使系统的功率因数降低。如果把能发 出无功电力的电力电容器并接在负荷或供电设备上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力正好由电容器发出”的 无功电力供给，从而起到无功补偿作用，这就是电力电容器在电 力系统中的主要作用。在电力线路两端并联上移相电容器，线路 上就可避免无功电力的输送，以达到减少线路能量损耗、减小线 路电压降，提高系统有功出力的效益，因此，移相电容器是提高 电力系统功率因数的一种重要的电力设备。A第6d1P发扬封算德备的选播与横提电力电容器部分型号表示表6-4 电力电容器部分型号表示A1第一位 字母含义第二位 字母含义第三位 字母含义AB标准D充氮单相F复合介质Y移相用W户外式C串联用油浸S水冷J均压T可调O耦合L氯化联苯浸渍C冲击放电L滤波用B薄膜M脉冲用D一般接地F防护用R电容式R电热uL LA1W9ISV”i A第6专 发物封算彳。德备的选播与横提4.调相机调相机在电力系统中的作用大量的异步电动机和变压器需汲取大量的无功功率以供其励磁 之用，造成电网功率因数降低，致使发电机和输配电设备的作用 不能充分发挥，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至 影响输电的稳定性。为此，在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的 功率因数。根据电网负载情况的不同，适当调节调相机的励磁电 流，可改变调相机汲取的无功功率，使电网的功率因数接近于1。此外,在长距离输电线路中，线路电压降随负载情况的不同而发生 变化，如果在输电线的受电端装一台调相机，在电网负载加重时，让其过励运行，减少输电线中滞后的无功电流分量，从而可减少 线路压降；在输电线轻载的情况下，让其欠励运行，吸收滞后的 无功电流，可防止电网电压上升，从而维持电网的电压在一定的 水平上。同步调相机还有提高电力系统稳定性的作用。-11，匚管 A第6专 发物封算彳。德备的选播与横提调相机与电容器的比较a.静电电容器的最大优点是损耗小、效率高，损耗约占本身容 量的0.3%-0.5%,调相机的有功功率损耗为额定容量的1.5%r5.5%b.电容器设备费与总容量几乎无关，调相机则不然，当容量较 大时，其单位造价比较低，而容量减小时，单位造价偏高。c.补偿方式上，调相机只能在负荷中心使用，静电电容器既可 以集中使用，又可以分散使用。d.调相机最大优点是装设励磁装置，能得到均匀调压，既能发 出无功功率又能吸收无功功率；电容器可用分级调压，当网络电 压降低时输出功率急剧下降e.调相机装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统的电压，从而达到提高系统稳定性的目的；电力电容器对系统稳定性不起 作用。f.调相机维护工作量大，电容器维护量小。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提调相机与电容器的比较a.静电电容器的最大优点是损耗小、效率高，损耗约占本身容 量的0.3%-0.5%,调相机的有功功率损耗为额定容量的1.5%r5.5%b.电容器设备费与总容量几乎无关，调相机则不然，当容量较 大时，其单位造价比较低，而容量减小时，单位造价偏高。c.补偿方式上，调相机只能在负荷中心使用，静电电容器既可 以集中使用，又可以分散使用。d.调相机最大优点是装设励磁装置，能得到均匀调压，既能发 出无功功率又能吸收无功功率；电容器可用分级调压，当网络电 压降低时输出功率急剧下降e.调相机装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统的电压，从而达到提高系统稳定性的目的；电力电容器对系统稳定性不起 作用。f.调相机维护工作量大，电容器维护量小。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提5.无功功率的补偿提高自然功率因数a.合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。b.对实际负载不超过额定容量40%的电动机，应更换为小容 量的电动机。c.合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限 制感应电动机空载运转。d.正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为75%80%比较合适）。对于负载率低于30%变压器，应予以 更换。e.对于负荷率在0609的绕线式电动机，必要时可以使其同 步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。it A第6章 发扬H簿彳口径备的（1播与栽变5.无功功率的补偿人工补偿法a.使用同步电动机在过激磁方式呈现容性时运转，其功率因 数超前0.8 0.9时，向供电系统输出无功功率，用来补偿用感 性电设备所需要的无功功率。此补偿方法因同步机构造复杂，价格较贵，维护麻烦，只适用于大型工厂，一般企业不宜采用。b.利用同步调相机作为无功功率电源，用来补偿所需要的无功 功率。同步调相机是轴上不带机械负载的同步电动机。调节 同步调相机的激磁电流的大小，可以改变其输出无功功率的 大小，从而提高功率因数。这种方法目前已经很少使用。c.采用静电电容器补偿。当将电容器C与感性负载并联，以提 高线路的功率因数。这是目前用户、企业内广泛采用的一种补 偿方式。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提5.无功功率的补偿动态无功功率补偿法 在现代工业生产中，有一些容量很大的冲击性负荷（如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等），他们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢无法满足要求。因此必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，晶闸管励磁的快速 响应式同步补偿机等。目前已投入到工业运行的静止动态无功补偿装置有：可控 饱和电抗器式静补装置；自饱和电抗器式静补装置；晶闸管 控制电抗器式静补装置；晶闸管开关电容器式静补装置；强 迫换流逆变式静补装置；高阻抗变压器式静补装置等。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提创如某变电站的计算负荷为2400kW,平均功率因数为067。,如果要使其平均功率因数提高到09,问若在10kV侧固定补 偿，需要补偿的容量为多少?如果采用BWF-10.5-1型电容器(Qr=40kvar),需装设多少个？tg(px=/g(arccos0.67)=1.1080tg(p2=(arccos0.9)=0.4843需补偿的容量为：Qc=4vQg0火。2)=0.75 义 2400 x(1.1080-0.4843)=1122.66左 var需装设的电容器个数:N=Q/q=112266kvar/40kvar=28第6专 发物封算彳。德备的选播与横提考虑三相均衡分配，应装设30台，每相10台，此时并联电容器的实际值为30 x 40kvar=1200kvaro补偿后的实际功率为：cos0=&=0cY0.75x240aW7(0.75x240()2+(0.75x2400 xl.l080-12002m=0.91第6专 发物封算彳。德备的选播与横提,空曳些箜皂二赢年最大负荷损 厂耗小时？它与年最大 AV负荷利用小时的区别）（在哪里？了 Kr（提高功率因数AoCvt.h/进行无功功率补八J 1之&/（偿有什么意义？、）匕库1 翳偿有哪些y（XA1厂7么叫平均功 乂率因数和最大负 X 荷时功率因数？、己各如何计算，各 1有何用途？/你能回答吗？gA第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.4成4电傥的御缪尖峰电流/pk是指单台或多台用电设备持续12秒的短时最 大负荷电流。尖峰电流是由于电动机起动、电压波动等原因 引起的，比计算电流大的多。计算尖峰电流的目的是选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。6.4.1 单台用电设备尖峰电流的计算 尖峰电流就是用电设备的起动电流，即，pk-KJn式中，4为用电设备的起动电流；人为用电设备的额定电 流；K$t为用电设备的起动电流倍数。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.4.2 多台用电设备尖峰电流的计算 多台用电设备的线路上，其尖峰电流应按正下式计算一1/pk-火三 Z Ni+Islmaxi=l或者/pk 30+(/st/N)max式中，4max为用电设备组中起动电流与额定电流之差 为最大的那台设备的起动电流；（4人）max为用电设备 组中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电 流与额定电流电流之和；修；为上述*1台设备的同时系数，其值按台数多少选取，一般为0.71；4为全部设备投入运行时线路的计算电-/ILo葡卜阳LUi会第6专 发物封算彳。德备的选播与横提短路计算步骤有名单位制法略讲标幺制法短路容量法（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 国表。选择短基准容量、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 出其他短路参数；歹y 渔路计后/会第6章 发扬封簿彳口径备的世拜与检提6.5.2短路电流的计算概述10kV(4)380V在计算电路图上将短路计算所需考虑的各元件额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计 算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接下来要按所选择的 短路计算点绘出等效电路图，如上图所示。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提短路等效电路示意图工厂供电系统通常把电力系统当作无限大容量电源，短路电路 一般只采用阻抗串、并联的方法进行化简。对简化电路求出其等 效总阻抗，最后计算短路电流和短路容量。短路计算中有关物理量的单位：电流为kA；电压为kV；短路 容量和断流容量单位为MVA；设备容量单位为kW或kVA；阻抗 单位为。等。如果采用工程上常用的单位来计算，则应注意所用 公式中各物理量单位的换算系数。:重:能tb第6专 发物封算彳。德备的选播与横提6.5.3采用欧姆法进行短路计算欧姆法即有名单位制法。因其短路计算中的阻抗都采用有名 单位“欧姆而得名。在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值可按下式计算：/_ U c _ U cI k-二|z J&+x：式中Uc是短路点的短路计算电压，也称为平均额定电压。由 于线路首端短路时其短路最为严重，因此按线路首端电压考虑,即短路计算电压取为比线路额定电压Un高5%。在高电压的短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一 般可只计电抗，不计电阻。在计算低压侧短路时，也只有当短 路电路的电阻大于电抗的三分之一时才需考虑电阻。第6专 发物封算彳。德备的选播与横提不计电阻时，三相短路电流的周期分量有效值为:八3）二葭r k.国三相短路容量为：S）=痴）1.电力系统的阻抗电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。电力 系统的电抗由电力系统变电所高压馈电线出口断路器的断流容 量来估算，可看作是电力系统的极限短路容量Sk,因此 电力系统的电抗：Xs=U9soe式中，取是高压馈电线的短路计算电压，S或是系统出口断 路器的断流容量，如只有开断电流心的数据，则断流容量：第6专 发物封算彳。德备的选播与横提2.电力变压器的阻抗R变压器的短路损耗 M。31 汨。3(Sn/Jc)2Rt=(Sn/Uc)2Rt由短路损耗可近似地求出变压器的电阻:变压器的短路电压Uk%=(73/Xr/c)X100。(SnXt/Uc2)x100由短路电压可近似地求出变压器的电抗：心X向所吗)式中、Sn、APks 4%均可从相关手册或产品样本查阅。-H第6专 发物封算彳。德备的选播与横提3.电力线路的阻抗线路的电阻Awl可由导线、电缆的单位长度电阻凡)值求得I Rwl=Ri线路的电抗*VL可由导线、电缆的单位长度电抗X。值求得阶 式中与、X。是分别为导线、电缆单位长度的电阻和电抗，层线路长度。均可从相关手册或产品样本查阅。求出短路电路中各元件的阻抗后，就化简了短路电路，求出其总阻抗，