第二章供配电的负荷计算优秀课件.ppt

第二章供配电的负荷计算第1页，本讲稿共95页本章主要学习以下几个内容电力负荷与负荷计算电力负荷的基本概念电力负荷的基本概念负荷计算的内容及目的负荷计算的内容及目的负荷曲线与计算负荷负荷曲线的基本概念、作用、分类负荷曲线的基本概念、作用、分类负荷曲线的绘制负荷曲线的绘制与负荷计算相关的几个物理量与负荷计算相关的几个物理量负荷计算的实用方法设备容量的计算方法设备容量的计算方法估算法估算法需要系数法求解计算负荷需要系数法求解计算负荷二项式法求解计算负荷二项式法求解计算负荷单相负荷的计算单相负荷的计算第二章第二章供配电的负荷计算供配电的负荷计算第2页，本讲稿共95页功率损耗与电能损耗的计算线路的功率损耗计算线路的功率损耗计算变压器损耗计算变压器损耗计算电能损耗计算电能损耗计算全厂负荷计算逐级计算方法逐级计算方法尖峰电流的计算尖峰电流的基本概念尖峰电流的基本概念尖峰电流的计算方法尖峰电流的计算方法功率因数和无功功率补偿第二章第二章供配电的负荷计算供配电的负荷计算第3页，本讲稿共95页第一节第一节电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算一、电力负荷与电量1电力负荷用电设备需用的电功率，简称负荷或功率区别：负荷与负载负荷是功率负载是耗电设备（耗电并能完成某种任务的装置、器件等）电力负荷（功率）有功功率（有功负荷）无功功率（无功负荷）能量消耗的实际功率；三相电路中表示为：实际上是储能元件与电源之间能量交换的功率，三相电路中表示为：第4页，本讲稿共95页第一节第一节电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算2电量用电设备所需用的电能数量，即功率在一段时间内的累积。有功电量用电设备所消耗的电能数量。单位：有功电度KWh无功电量用电设备与电源之间交换能量的多少。单位：无功电度KVarh第5页，本讲稿共95页第一节第一节电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算二、负荷计算的目的和内容1负荷计算的目的工厂用电设备工作时的实际负荷不等于设备额定负荷（安装容量）；在工厂供配电系统设计时，如果直接采用额定容量进行设计势必会造成浪费；应首先计算出全部设备的实际负荷。第6页，本讲稿共95页第一节第一节电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算2负荷计算的主要内容求计算负荷（需要负荷，假想负荷）：即正常工作时的实际最大负荷。目的是选择各级电压供电网络、变压器容量、电气设备的型号等；保证使其在通过正常最大工作电流时不至于过热而损坏（选择设备）求尖峰电流：目的是用于计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件等。（校验设备）求平均负荷：目的是计算全厂的电能需要量、电能损耗以及选择无功补偿容量等。（节能措施）第7页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷一负荷曲线表示一组用电设备的功率随时间变化功率随时间变化的图形，反映了用户用电的特点和规律特点和规律。纵轴为功率、横轴为时间。1日有功负荷曲线负荷在一昼夜间的变化情况主要采用折线形和阶梯形绘制方法意义：日有功曲线与时间轴之间所围成的面积为一天所消耗的有功电量。第8页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷2年持续负荷曲线年持续负荷曲线的绘制需要借助于一年中具有代表性代表性的夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线。夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定：北方冬季200天：4800h夏季165天：3960h南方夏季200天：4800h冬季165天：3960h第9页，本讲稿共95页A冬季代表日负荷曲线B夏季代表日负荷曲线C年持续负荷曲线第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷年持续负荷曲线的绘制方法：绘制夏季日负荷曲线和冬季日负荷曲线，并绘制年持续负荷的坐标系（注意横坐标最大值为365*24=8670h）从夏季负荷曲线和冬季负荷曲线中的最大功率开始，以功率递减的顺序，依次绘制到年持续负荷曲线坐标系中：第10页，本讲稿共95页A冬季代表日负荷曲线B夏季代表日负荷曲线C年持续负荷曲线第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷假定P1在A图上有t小时，则全年以P1运行的总小时数为200t若某功率同时出现在冬季和夏季的日负荷曲线上，则二者换算后时间相加。如图中P2同时出现在冬季和夏季的日负荷曲线上，则换算之后的总时间为：200t1+165t2第11页，本讲稿共95页年持续负荷曲线的意义年持续负荷曲线与横轴所包围的面积代表了用户全年消耗的总电能。注意日负荷曲线与年负荷曲线绘制的区别日负荷曲线是按照时间先后绘制，而年持续负荷曲线是按照负荷的大小和累积时间来绘制的。第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷第12页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷3负荷曲线作用负荷曲线能够直观的反映出用户的用电特点和规律：对于设计人员，获取资料有助于设计分析对于运行人员，可以合理的、有计划的安排用户、车间、班次或者大容量设备的用电时间等，从而降低负荷高峰、填补负荷低谷，这种“消峰填谷”的办法可以使得负荷曲线比较平坦，有利于节电。4特点电力负荷不等于设备的额定功率，而是设备实际消耗的功率负荷曲线是有规律的第13页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷二、与负荷计算相关的几个物理量1年最大负荷和最大负荷利用小时数负荷最大工作班：一年中最大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作班（去掉了偶然性）年最大负荷：全年中最大工作班内，半小时平均功率的最大值，也称30分钟最大负荷；表示为：或者年最大负荷利用小时Tmax物理意义：用户以全年最大负荷持续工作运行Tmax小时所消耗的电能等于全年实际消耗的电能。有功无功第14页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷Tmax用电负荷均衡性的标志，越大越均衡。第15页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷2平均负荷和负荷系数平均负荷电力用户一段时间内消耗功率的平均值表示为：全年的平均有功负荷为：负荷系数最大工作班内平均负荷与最大负荷之比，又称负荷率、负荷曲线填充系数有功负荷系数无功负荷系数第16页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷负荷系数用来表征负荷变化规律：值越大，曲线越平坦，负荷波动越小；一般：3需要系数和利用系数需要系数：（按最大值进行准备）利用系数：（按实际需要值进行评价）对于相同类型的工厂或车间具有相近的负荷系数、需要系数和利用系数，可以查表获得典型值。第17页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷三、计算负荷计算负荷等效负荷；按此负荷持续运行导体所产生的最高温升，与按照实际变动负荷导体所产生的最高温升相等。表示为：1用途及依据按发热条件选择导体和电气设备：当以计算负荷连续运行时，设备的发热温度不会超过其允许值。导体的发热时间常数T=10min；实验表明：导体到达恒定温升的时间约为3T4T；所以一般取30min来保证导体达到恒定温升。第18页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷2计算计算负荷要达到最高的恒定温升，故有：第19页，本讲稿共95页第二节第二节负荷曲线与计算负荷负荷曲线与计算负荷计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷选择的是否合理直接影响到电器以及导线电缆选择的经济性：过大会造成投资变大以及有色金属的浪费过小选择的电气设备长期处于过负荷运行状态之下，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化甚至烧毁。计算负荷情况复杂，影响因素诸多，难以精确计算；负荷是变化的；与设备的性能、生产组织、生产者的技能与能源供应的状况等多因素有关。计算负荷的方法较多：估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算等近似求解方法。本节主要介绍两种：需要系数法和二项式法。第20页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法一、设备容量的确定1用电设备的额定容量铭牌上标出的功率（或容量）PN2设备容量实际用电设备的实际工作性质决定了其并非一直工作在额定状态：三种工作制。因而在求多个用电设备的实际消耗功率时，不能直接将其额定功率直接相加得到总的电力负荷。将各种用电设备的额定功率换算成同一的标准工作条件下（统一标准工作制下）的额定功率，称之为设备功率（设备容量）Pe第21页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法3用电设备的工作制以及相对应的设备容量的计算连续工作制设备特点：恒定负荷下运行，且运行时间长至足以使之达到热平衡状态。设备功率计算：短时工作制设备特点：工作时间短，停歇时间长，工作时达不到热平衡状态，停歇时可达到热平衡状态设备功率计算：断续周期工作制设备（反复短时工作制）特点：反复周期性短时工作，工作或停歇都不足以达到设备的热平衡。如电焊机、吊车电动机等，工作周期一般小于10min额定负荷持续率：第22页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法设备功率计算：电焊机组：标准负荷持续率为：设备功率：其中，为设备额定参数吊车电动机：标准负荷持续率为：设备功率：其中，为设备额定参数第23页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法总结：周期短时工作的设备功率计算：需要将设备额定负荷持续率下的额定功率换算为标准负荷持续率下的设备功率。设备容量不是设备的计算负荷，实际上是换算到一定标准工作制下的额定负荷。实际中求解计算负荷的思路设备额定负荷持续率设备额定功率设备标准负荷持续率设备容量对应对应额定功率设备容量计算负荷第24页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法二、估算法单位产品耗电量法已知：年产量m；单位产品耗电量a，年最大负荷利用小时数Tmax，则企业全年电能Wa和有功计算负荷Pc为：负荷密度法已知车间生产面积S(m2)，负荷密度指标(KW/m2)，有功负荷系数KaL，则车间平均负荷Pav和车间计算负荷Pc为：第25页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法三、按需要系数法确定计算负荷设备分组：在所计算的范围内（如一条干线、一段母线、或一台变压器），所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量之和，两者之间存在比值关系，即需要系数：用电设备组特点需要系数相近工艺性质基本相同第26页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法具体含义需要系数是一个综合系数，与需要系数的定义相结合，它标志着用电设备投入时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。第27页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法1单个用电设备组的计算负荷其中：三相平衡负载该用电设备组的设备功率之和用电设备组的需要系数，可查表第28页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法例题：某车间有一冷加工车床组，共有电压为380V的电动机39台（其中3台10KW，8台4KW，18台3KW，10台1.5KW），试用需要系数法求该设备组的计算负荷。解：该用电设备组为连续工作制，故：查表得：第29页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法带入可得：通过以上例题可以看出：如果该车间只有此组负荷，计算得到的计算负荷实际上是该车间的低压进线的计算负荷。计算某一个设备组设备容量的方法，为多设备组的计算提供基础。第30页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法2多个用电设备组的计算负荷如图，在配电干线或者变压器低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，而考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现，引入同时系数1#用电设备组2#用电设备组m#用电设备组其中，分别为有功同时系数和无功同时系数，一般情况下相等。第31页，本讲稿共95页解:(1)冷加工机床：查附录表1可得Kd1=0.2，cos1=0.5，tg1=1.73Pc1=Kd1Pe1=0.250=10kWQc1=Pc1tg1=101.73=17.3kvar例题一机修车间的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1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数Kp、Kq均为0.9）。第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法第32页，本讲稿共95页(2)通风机：Kd2=0.8，cos2=0.8，tg2=0.75Pc2=Kd2Pe2=0.82.4=1.92kWQc2=Pc2tg2=1.920.75=1.44kvar第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法(3)电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0第33页，本讲稿共95页(4)车间计算负荷：第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法第34页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法注意无功补偿的特点：此时的低压母线上的有功计算负荷不变化无功补偿后：1#用电设备组2#用电设备组m#用电设备组节能下降I2R下降第35页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法注意几点：由于各用电设备组的功率因数不一定相同，总的视在功率计算负荷和计算电流不能利用各组的视在功率以及计算电流直接相加得到，应按照公式计算：查表获得的需要系数以及同时系数是长期积累的经验数据，一般认为与设备的数量以及设备之间的容量差距是否悬殊等因素无关，但这种处理方法不够全面，是有条件的：只有当设备台数较多、总容量够大、没有特殊的大型用电设备时，表中的需要系数才比较符合实际情况。算法适用对象：求用户、全厂、大型车间变电所的计算负荷；而在确定设备台数比较少的而且容量相差悬殊的分支干线的计算负荷时，通常采用二项式法。第36页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法四、按二项式法确定计算负荷二项式法考虑了设备的平均负荷，还考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷。计算负荷基本负荷：用电设备组的平均最大负荷附加负荷：考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响而计入的附加功率值第37页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法1单个用电设备组的计算负荷计算公式：其中设备组基本负荷该用电设备组的设备功率之和；设备功率计算方法同前附加负荷，为x台大容量设备的功率之和，可以查表获得二项式系数，与设备类型有关，可查表。第38页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法尖峰负荷产生的原因：大容量电动机在某一阶段内满载运行或者频繁同时启动第39页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法由计算得到的PC得：第40页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法2多个用电设备组的计算负荷依然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最大的附加负荷进行补偿。利用二项式法求解多个用电设备组的计算负荷的方法：第41页，本讲稿共95页第三节第三节计算负荷的实用计算方法计算负荷的实用计算方法注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备的总数n少于表中规定的最大容量设备台数x的2倍（即nP2P3时，则等效三相设备容量为：第48页，本讲稿共95页第四节第四节单相负荷的计算单相负荷的计算第49页，本讲稿共95页第四节第四节单相负荷的计算单相负荷的计算转换公式：注意：查表可见：无功换算系数同样如此无功率转换系数与功率因数有关功率转换都是通过有功功率转换而来的第50页，本讲稿共95页第四节第四节单相负荷的计算单相负荷的计算2将各相负荷相加，选出最大负荷，取其三倍作为等效三相负荷。即：无功等效负荷计算方法相同。第51页，本讲稿共95页第五节第五节尖峰电流的计算尖峰电流的计算尖峰电流：单台或者多台设备持续1-2秒的短时最大负荷电流；表示为：Ipk尖峰电流主要是由于大容量电动机的起动、电压波动等原因造成的。与计算电流的区别：计算电流半小时平均电流的最大值；来源于计算负荷尖峰电流持续1-2S的短时最大负荷电流，尖峰电流比计算电流大得多。尖峰电流的计算目的选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置（整定继电保护装置的动作时间）、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。第52页，本讲稿共95页第五节第五节尖峰电流的计算尖峰电流的计算一单台用电设备尖峰电流的计算实际上求给单台用电设备供电的支线尖峰电流：即：尖峰电流=设备的起动电流其中：Kst用电设备的起动电流倍数对于鼠笼型电动机一般为：57对于绕线型电动机一般为：23对于直流电机一般为1.7对于电焊变压器一般为：3第53页，本讲稿共95页第五节第五节尖峰电流的计算尖峰电流的计算二多台用电设备尖峰电流的计算实质求多台用电设备供电的干线尖峰电流只考虑其中一台用电设备启动，该设备启动电流的增加值最大，而其余用电设备达到最大负荷电流：第54页，本讲稿共95页第五节第五节尖峰电流的计算尖峰电流的计算例题：例题：有一380V配电干线，给三台电动机供电，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，Kst1=7，Kst2=4，Kst3=3，求该配电线路的尖峰电流，需要系数取0.15。解：解：Ist1IN1=Kst1IN1IN1=355=30AIst2IN2=Kst2IN2IN2=164=12AIst3IN3=Kst3IN3IN3=31010=20A可见，（IstIN）max=30A，则Istmax=35A，取K=0.9，因此该线路的尖峰电流为Ipk=Ic+（Ist-IN）max=0.15（5+4+10）+30=32.85A第55页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算电流流过配电线路和变压器时，势必会有功率和电能损耗。在进行用户或者全厂负荷计算时，应该计入这部分损耗。本节讲解线路以及变压器的功率损耗。第56页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算一供电线路的功率损耗参数意义：有功功率损耗；电流流过线路电阻引起的无功功率损耗；电流流过线路电抗引起的对于三相供配电线路：上式变换为：第57页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算注意：单位：利用计算电流求解，得到的功率损耗是最大功率损耗。：KW，Kvar，KVA：KV：A第58页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算二变压器的功率损耗变压器的两个实验：变压器一、二次绕组中存在电阻和电抗，变压器的功率损耗包含了有功功率损耗和无功功率损耗。变压器实验空载实验：短路实验：将高压侧开路，在低压侧上施加电压，使高压侧空载电压达到额定值。（测量铁（测量铁耗）耗）将低压侧短路，在高压侧上施加电压，使低压侧短路电流达到额定值。（测量铜耗）（测量铜耗）第59页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算1变压器有功功率损耗：空载损耗空载损耗短路损耗短路损耗铁损铜损铁损铜损主磁通在铁芯中的损耗（磁滞、涡流损耗）。主磁通由电压、频率决定。低压侧绕组中的有功损耗，电流很小，可忽略高压侧电压很小，铁芯中的主磁通也小，铁芯产生的损耗可忽略负荷电流在一二次绕组的电阻中产生的有功损耗与负荷电流的平方成正比。变压器的有功损耗为：空载有功功率损耗：额定负载下的铜损第60页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算2变压器无功功率损耗变压器无功功率损耗变压器无功功率损耗空载损耗短路损耗形成主磁通的励磁电流I0（I0%）产生的损耗；只与绕组电压有关，与负荷无关；其值与励磁电流（近似为空载电流）成正比。一二次绕组中产生的无功损耗，与电流（功率）的平方成正比。变压器的无功损耗为：第61页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算三供配电系统的年电能损耗（有功功率）由于实际中负荷随时间不断变化，变压器以及线路电能损耗难以精确计算，通常采用最大负荷损耗时间进行描述。的物理意义：当线路或变压器中流过计算电流小时后所产生的电能损耗与全年流过实际电流时线路所产生的损耗相等。最大负荷利用小时：最大负荷损耗小时：与Tmax之间与功率因数有关，注意定义中采用的是计算电流而不是视在计算负荷，主要是考虑到无功负荷的影响。第62页，本讲稿共95页第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算1线路电能损耗注意：采用计算电流进行求解，时间应该用最大损耗时间。与Tmax之间的关系如图所示相同的Tmax，当功率因数越大时，越小，即电能损耗越小。，有：第63页，本讲稿共95页2 变压器的电能损耗第六节第六节功率损耗与电能损耗的计算功率损耗与电能损耗的计算铁损引起的电能损耗铜损引起的电能损耗第64页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算确定用户的计算负荷是选择电源进线和一、二次设备的基本依据，是供配电设计的基础。根据用户的供配电系统图，从用电设备开始，朝电源方向逐级进行计算，最后求出用户总的计算负荷的方法逐级计算法。本节系统介绍逐级计算法确定用户计算负荷的步骤。第65页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算一供给单台用电设备的支线的计算负荷确定（如图中1点处）计算目的：用于选择其开关设备和导线截面计算负荷为：设备容量额定效率额定功率因数角正切第66页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算二用电设备组计算负荷的确定（如图2处）计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。计算负荷为：第67页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算三车间干线或多组用电设备的计算负荷确定（如图中3点处）计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。计算公式为：各组有功计算负荷之和：各组无功计算负荷之和第68页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算四车间变电所低压母线计算负荷的确定（如图中4点处）计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。计算公式：各干线有功计算负荷之和：各干线无功计算负荷之和第69页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算五车间变电所高压母线计算负荷的确定（如图中5点处）计算目的：以此选择高压配电线及其上的电气设备。计算公式：变压器损耗估算：变压器低压侧视在计算负荷第70页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算六总降压变电所低压侧计算负荷的确定（如图中6点处）计算目的：以此选择总降压变电所的变压器容量。计算公式：线路较长，需考虑线路损耗第71页，本讲稿共95页第七节第七节全厂负荷计算全厂负荷计算六总降压变电所高压侧计算负荷的确定（如图中7点处用户总计算负荷）计算目的：以此选择高压配电线及电气设备计算公式：第72页，本讲稿共95页1.瞬时功率因数：第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿一、功率因数的计算一、功率因数的计算 式中：P为功率表测出的三相功率读数（kW）；U为电压表测出的线电压的读数（kV）；I为电流表测出的线电流读数（A）。第73页，本讲稿共95页2.平均功率因数（1）由消耗的电能计算Wa为某一时间内消耗的有功电能（kWh）Wr为某一时间内消耗的无功电能（kVAh）第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿（2）由计算负荷计算KaL有功负荷系数（0.70.75）KrL无功负荷系数（0.760.82）第74页，本讲稿共95页3.最大负荷功率因数：第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第75页，本讲稿共95页二、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法1、功率因数对供电系统的影响系统中输送的总电流增加，因而增大了初投资费用。有功功率损耗增大总电流增大，电压下降，损失增加。电力系统的发电设备危害加大 第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第76页，本讲稿共95页2.提高功率因数的方法(1)提高自然功率因数自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿合理选择电动机的型号：在满足工艺要求的的情况下，尽量选择功率因数高的电动机防止电动机空载运行；合理选择电动机容量，最佳负载系数：0.60.8，避免大马拉小车保证电动机的检修质量合理选择变压器的容量：负荷率大于0.6交流接触器的节电运行第77页，本讲稿共95页(2)人工补偿功率因数并联电容器有功损耗小无旋转部分，运行维护方便可按照需要增加或减少安装容量，可改变安装地点个别电容器损坏不影响整个装置运行短路时不会增加短路电流。同步电动机补偿动态无功补偿第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第78页，本讲稿共95页三、并联电容器补偿并联电容器补偿1、并联电容器的型号并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示的意义如下：例如：BW0.4-12-1型即为单相户内型十二烷基苯浸渍的并联电容器，额定电压为0.4kV、容量为12kvar。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第79页，本讲稿共95页2.补偿容量和电容器台数的确定（1）采用固定补偿固定补偿补偿容量不随负荷变化投入或切除。一般在6-10KV高压母线上采用。Qcc=Pav（tgav1tgav2）=Pav*qCQcc为补偿容量；Pav为平均有功负荷，Pav=Pc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能；tgav1为补偿前平均功率因数角的正切值；tgav2为补偿后平均功率因数角的正切值；qC为补偿率，单位有功需补偿的无功功率。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第80页，本讲稿共95页Qcc=Pc（tg1tg2）确定并联电容器的容量后，根据产品目录可以选择并联电容器的型号规格，并确定电容器的补偿数量：式中，QcN为单个电容器的额定容量（kvar）第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿（2）采用自动补偿自动补偿根据功率因数的实测值，按照设定值，自动投入或切除电容器。在低压侧母线上采用。第81页，本讲稿共95页例题如某一工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。要使其平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），问需要装设多大容量的并联电容器？如果采用BWF-10.5-40-1型电容器，需装设多少个？解tgav1=tg(arccos0.67)=1.1080tg av2=tg(arccos0.9)=0.4843第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第82页，本讲稿共95页Qcc=Pav（tgav1tgav2）=0.752400(1.1080-0.4843)1122.66kvarn=Qcc/qcN=1122.66/40=28个考虑三相均衡分配，应装设30个，每相10个，此时并联电容器的实际值为3040=1200kvar，此时的实际平均功率因数为：满足要求。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第83页，本讲稿共95页四、并联电容器的装设与控制1.并联电容器的接线电容器和负载应该并联在三相供电系统中，如单相电容器的额定电压与电网额定电压相同时，应将电容器按联结。只有当电容器的额定电压低于电网额定电压时，才将电容器联结成Y。将同样的电容器按联结时其补偿容量是Y联结时的3倍。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿型联结时Y型联结时第84页，本讲稿共95页补偿装置的选择 目前广泛采用的补偿装置是静电电容器。在设计和运行时必须加以注意：静电电容器的周围空气极限温度是-40+40电容器对电压比较敏感电压的频率对静电电容器的输出也有影响电容器从电网上切断时，由于残余电荷的影响，接线 端上有电压且其值和没有断开时一样，以后渐渐自行 放电，直到放完为止，延续时间很长，危及到工作人 员的安全。因此对电容器要求断开后能自行放电。在选择补偿电容器的容量时，一定要考虑电容器的容 抗与供电系统阻抗的配合。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第85页，本讲稿共95页第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿2.并联电容器的装设地点(1)高压集中补偿高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在工厂变电所的610kV母线上。补偿范围小，运行维护方便，投资少，利用率高，大中企业用。(2)低压集中补偿低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。补偿范围中，经济，维护方便，用户普遍应用。第86页，本讲稿共95页第87页，本讲稿共95页(3)单独就地补偿单独就地补偿（个别补偿或分散补偿）是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组。补偿范围最大，效果最好，利用率低。3.并联电容器的控制方式并联电容器的投切是随着负荷的变化，以某个参量进行分组投切控制的，有：按功率因数进行控制；按负荷电流进行控制；按受电端的无功功率进行控制。第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第88页，本讲稿共95页五、补偿后全厂负荷和功率因数计算1.负荷计算若补偿装置装设地点在变压器一次侧，计算负荷为：若补偿装置装设地点在变压器二次侧，则还要考虑变压器的损耗：其中PT、QT为考虑了补偿容量Qcc后的变压器的有功功率和无功功率损耗。补偿后总的视在计算负荷为第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第89页，本讲稿共95页2.功率因数计算（1）固定补偿一般计算其平均功率因数，补偿后平均功率因数（2）自动补偿一般计算其最大负荷时的功率因数，补偿后功率因数为第八节第八节功率因数与无功功率补偿功率因数与无功功率补偿第90页，本讲稿共95页例题：有一工厂修建10/0.4kV的车间变电所，已知车间变电所低压侧的视在功率Sc1为800kVA，无功计算负荷Qc1为540kvar，现要求车间变电所高压侧功率因数不低于0.9，如果在低压侧装设自动补偿电容器，问补偿容量需多少？补偿后车间总的视在计算负荷（高压侧）降低了多少？解（1）补偿前低压侧的有功计算负荷第91页，本讲稿共95页低压侧的功率因数cos1=590.25/800=0.74变压器的功率损耗PT=0.015Sc=0.015800=12kWQT=0.06Sc=0.06800=48kvar变电所高压侧总的计算负荷为Pc2=Pc1+PT=590.25+12=602.25kWQc2=Qc1+QT=540+48=588kvar变电所高压侧的功率因数为cos=602.25/841.7=0.716第92页，本讲稿共95页(2)确定补偿容量现要求在高压侧不低于0.9，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92，来计算需补偿的容量Qcc=Pc1（tg1tg2）=590.25（tgarccos0.74tgarccos0.92）=285.03kvar查附录表2选BW0.4141型电容器，需要的个数为n=285.03/14=21个实际补偿容量为Qcc=2114=294kvar第93页，本讲稿共95页(3)补偿后变电所低压侧视在计算负荷此时变压器的功率损耗变电所高压侧总的计算负荷第94页，本讲稿共95页补偿前后视在计算负荷之差为：S=841.7663.84=177.86kVA变电所高压侧的功率因数符合要求。如果结果小于0.9，则需重新计算，同时把一开始的设定值0.92取大一点，到cos的值满足要求为止。通过上述计算可得：需补偿的容量为294kvar，补偿后车间变电所高压侧功率因数达到0.904，高压侧的总视在功率减少了177.86kVA。补偿前车间变电所变压器容量应选1000kVA，补偿后选800kVA即满足要求。第95页，本讲稿共95页