電力工程基礎(chǔ)第三版孫麗華主編第二章課件

2023/2/4河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院1河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院22023/2/4第2章負(fù)荷計算與無功功率補(bǔ)償2.3功率損耗和電能損耗計算2.1概述2.2

計算負(fù)荷的確定2.4企業(yè)計算負(fù)荷的確定2.5功率因數(shù)與無功功率補(bǔ)償2.6尖峰電流的計算河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院32023/2/4級別停電影響供電方式一級人身傷亡，重大設(shè)備損壞，政治、經(jīng)濟(jì)上重大損失兩個獨(dú)立電源供電二級設(shè)備局部損壞大量減產(chǎn)，政治、經(jīng)濟(jì)造成較大損失雙回路供電三級不屬于一級、二級的負(fù)荷無特殊要求

一、電力負(fù)荷的分級2.1概述河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院42023/2/4

二、用電設(shè)備的工作制及設(shè)備容量的計算

暫載率（負(fù)荷持續(xù)率）：指設(shè)備工作時間與工作周期的百分比值，即連續(xù)運(yùn)行工作制（長期工作制）短時運(yùn)行工作制（短時工作制）斷續(xù)周期工作制（反復(fù)短時工作制）1．用電設(shè)備的工作制

起重設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有15%、25%、40%和60%電焊設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%和100%河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院52023/2/42．設(shè)備容量Pe的計算連續(xù)運(yùn)行工作制：斷續(xù)周期工作制：其設(shè)備容量是指換算到統(tǒng)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(jìn)行換算?！嗪颖笨萍即髮W(xué)電氣工程學(xué)院62023/2/4起重設(shè)備：指統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率，即電焊設(shè)備：指統(tǒng)一換算到ε=100%時的額定功率，即

三、負(fù)荷曲線按性質(zhì)分：有功負(fù)荷曲線、無功負(fù)荷曲線；按負(fù)荷持續(xù)時間分：年負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、日負(fù)荷曲線、工作班負(fù)荷曲線等。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院72023/2/41.日有功負(fù)荷曲線2.年有功負(fù)荷曲線年最大負(fù)荷曲線（運(yùn)行年負(fù)荷曲線）圖2-2年最大負(fù)荷曲線圖2-1日有功負(fù)荷曲線a）折線圖b）梯形圖河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院82023/2/4

取冬季為213天，夏季為152天，則圖中功率P1所占時間為：圖2-3全年時間負(fù)荷曲線的繪制a）冬季典型日負(fù)荷曲線b）夏季典型日負(fù)荷曲線c）全年時間負(fù)荷曲線全年時間負(fù)荷曲線（年負(fù)荷持續(xù)曲線）河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院92023/2/4

四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量1．年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時數(shù)年最大負(fù)荷Pmax

：指全年中消耗電能最多的半小時的平均功率，即年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax：在此時間內(nèi)，用戶以年最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能恰好等于全年實(shí)際消耗的電能。可見：年負(fù)荷曲線越平坦，Tmax越大；年負(fù)荷曲線越陡，Tmax越小。圖2-4年最大負(fù)荷與年最大負(fù)荷利用小時數(shù)河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院102023/2/42．平均負(fù)荷與負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷Pav：電力負(fù)荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率，即負(fù)荷系數(shù)

KL：平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，即年平均負(fù)荷:KL越大，負(fù)荷曲線越平坦，負(fù)荷波動越小。圖2-5年平均負(fù)荷河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院112023/2/43．需要系數(shù)和利用系數(shù)需要系數(shù)Kd：負(fù)荷曲線中的最大負(fù)荷與用電設(shè)備額定容量的比值，即利用系數(shù)Ku：負(fù)荷曲線中的平均負(fù)荷與用電設(shè)備額容量的比值，即河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院122023/2/4計算負(fù)荷的定義：根據(jù)用電設(shè)備安裝容量確定的、用以按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時所使用的一個假想負(fù)荷，用Pc（或Qc、Sc

、Ic

）表示。

通常把根據(jù)半小時平均負(fù)荷所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計算負(fù)荷，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，因此一般中小截面導(dǎo)體的發(fā)熱時間常數(shù)τ為10min以上，而導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時間大約為3τ～4τ，即載流導(dǎo)體大約經(jīng)半小時（30min）后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值

一、概述2.2計算負(fù)荷的確定河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院132023/2/4目的：選擇電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等意義：估算過高，使設(shè)備和導(dǎo)線選擇偏大，投資大；估算過低，使設(shè)備和導(dǎo)線選擇偏小，運(yùn)行時過熱，加快絕緣老化，降低使用壽命，增大電能損耗，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。方法：需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法等。二、三相用電設(shè)備組的負(fù)荷計算確定用電設(shè)備組的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮以下因素：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院142023/2/4各用電設(shè)備在工作時，不一定全部在滿負(fù)荷下運(yùn)行，因此應(yīng)考慮一個負(fù)荷系數(shù)

;各用電設(shè)備的平均效率;

線路的供電效率。

因此，用電設(shè)備組的需要系數(shù)可表示為各用電設(shè)備因工作情況不同，可能不同時工作，因此應(yīng)考慮一個同時使用系數(shù)

;河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院152023/2/4需要系數(shù)，查表2-1說明：P30

、Q30、S30的單位分別為kW、kvar、kVA單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定用電設(shè)備組的設(shè)備容量河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院162023/2/4

當(dāng)車間配電干線上有多組用電設(shè)備時，各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)，此時應(yīng)計入一個同時系數(shù)。同時系數(shù)，取0.85~0.95多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院172023/2/4電力負(fù)荷計算表序號用電設(shè)備名稱臺數(shù)設(shè)備容量/kWKdcos

tan計算負(fù)荷銘牌值換算值P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1金屬切削機(jī)床組3085850.160.51.7313.623.532通風(fēng)機(jī)組3550.850.850.624.252.6353吊車組133.7950.150.51.730.5690.984小計349393.79518.41924.149負(fù)荷總計（）16.5824.4329.5244.85例2-1（P33）河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院182023/2/4對需要系數(shù)法的評價公式簡單，計算方便；需要系數(shù)法的數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，查取方便；Kd是針對負(fù)荷群而言的，設(shè)備臺較越多計算越準(zhǔn)確（否則計算誤差較大，應(yīng)采用二項(xiàng)式系數(shù)法）；將Kd看成常數(shù)，適用于求全廠或大型車間變電所的計算負(fù)荷。三、單相用電設(shè)備組的負(fù)荷計算單相設(shè)備接于相電壓時：

單相設(shè)備接于同一線電壓時：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院192023/2/4A相:B相:C相:

然后分相計算各相的設(shè)備容量，則最大負(fù)荷相的3倍即為總的等效三相設(shè)備容量。一般情況：應(yīng)先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：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院202023/2/4

一、功率損耗1．線路的功率損耗2.3功率損耗與電能損耗計算等邊三角形排列：水平等距離排列：而x1與導(dǎo)線之間的幾何均距有關(guān)。其中:圖2-6三相導(dǎo)線的布置方式a）等邊三角形布置b）水平等距布置河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院212023/2/4２．變壓器的功率損耗鐵心中的有功功率損耗，即鐵損（不變損耗）變壓器的空載損耗可認(rèn)為就是鐵耗，即有功功率損耗消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗，即銅耗（可變損耗）：與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比。

變壓器的短路損耗可認(rèn)為就是額定負(fù)載下的銅耗，則任意負(fù)載下的銅耗為：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院222023/2/4所以式中，為變壓器的負(fù)荷率。用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的無功功率損耗：與負(fù)荷大小無關(guān)，用來表征。無功功率損耗所以河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院232023/2/4消耗在一、二次線圈電抗上的無功功率損耗：與負(fù)荷電流的平方成正比，用來表征。

所以——額定負(fù)載下的損耗近似公式：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院242023/2/4

二、電能損耗1．線路的電能損耗：τ的含義：在此時間內(nèi)，線路持續(xù)通過計算電流所（I30）產(chǎn)生的電能損耗與實(shí)際負(fù)荷電流在全年內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗相等。圖2-7τ與Tmax關(guān)系曲線年最大負(fù)荷損耗小時數(shù)河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院252023/2/42．變壓器的電能損耗由變壓器鐵損引起的電能損耗：由變壓器銅損引起的電能損耗：因此，變壓器全年的電能損耗為河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院262023/2/4

三、線損率的計算1.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。包括理論線損和管理線損兩部分。2.線損率：指線損電量占電網(wǎng)供電量的百分?jǐn)?shù)，即河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院272023/2/42.4企業(yè)計算負(fù)荷的確定圖2-8負(fù)荷計算用供電系統(tǒng)逐級計算法：從企業(yè)的用電端開始，逐級上推，直至求出電源進(jìn)線端的計算負(fù)荷為止。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院282023/2/4用電設(shè)備組的計算負(fù)荷（圖2-8中的1點(diǎn)）車間變壓器低壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的2點(diǎn)）變電所低壓母線上所裝靜電電容器的容量或河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院292023/2/4車間變壓器高壓側(cè)的計算負(fù)荷（圖2-8中的3點(diǎn)）

注意：若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(jìn)行計算，即河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院302023/2/4車間變電所高壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的4點(diǎn)）總降壓變電所出線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的5點(diǎn)）河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院312023/2/4總降壓變電所低壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的6點(diǎn)）企業(yè)總計算負(fù)荷（圖2-8中的7點(diǎn)）或高壓電容器的補(bǔ)償容量河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院322023/2/4一、功率因數(shù)的計算瞬時功率因數(shù)：

由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或按下式求出：

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：均權(quán)功率因數(shù)：2.5功率因數(shù)與無功功率補(bǔ)償河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院332023/2/4

指在年最大負(fù)荷（即計算負(fù)荷）時的功率因數(shù)，即最大負(fù)荷時的功率因數(shù)：

我國供電部門每月向工業(yè)用戶收取電費(fèi)，就是按月均權(quán)功率因數(shù)的高低來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因數(shù)不應(yīng)低于0.9，其他電力用戶的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.85。注意：在供電設(shè)計中考慮無功補(bǔ)償時，嚴(yán)格地講，應(yīng)按均權(quán)功率因數(shù)否滿足要求來計算，但為簡便起見，常按最大負(fù)荷時的功率因數(shù)來計算補(bǔ)償容量。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院342023/2/4二、無功功率補(bǔ)償使供電網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電能損耗增大。使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓損失增大，影響負(fù)荷端的電壓質(zhì)量。使供配電設(shè)備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。使發(fā)電機(jī)的出力下降，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電成本提高。功率因數(shù)低的不良影響：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院352023/2/4

提高自然功率因數(shù)的方法用小容量的電動機(jī)代替負(fù)荷不足的大容量電動機(jī)。正確選用感應(yīng)電動機(jī)的型號和容量。

當(dāng)電動機(jī)的負(fù)荷系數(shù)KL＞70%時，可以不換；當(dāng)KL＜40%時，必須換小電機(jī)；當(dāng)40%＜KL＜70%時，則需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再進(jìn)行更換。降低感應(yīng)電動機(jī)的端電壓就降低了感應(yīng)電動機(jī)的無功功率需要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。對負(fù)荷不足的電動機(jī)可用降低外加電壓的辦法提高功率因數(shù)。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院362023/2/4定子繞組的匝數(shù)不能減少。所以限制感應(yīng)電動機(jī)的空載運(yùn)行。提高感應(yīng)電動機(jī)的檢修質(zhì)量。當(dāng)變壓器的負(fù)荷系數(shù)KL＜30%時，應(yīng)考慮換小容量的變壓器。氣隙δ不能增加。合理使用變壓器。感應(yīng)電動機(jī)同步化運(yùn)行。同步電動機(jī)過勵磁下可向電網(wǎng)送入無功功率，從而改善功率因數(shù)。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院372023/2/42．提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法穩(wěn)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備采用并聯(lián)電容器采用同步補(bǔ)償機(jī)優(yōu)點(diǎn)：與同步補(bǔ)償機(jī)相比，因無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功功率損耗小及組裝靈活、擴(kuò)充方便等優(yōu)點(diǎn)，因此是目前工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償設(shè)備。實(shí)質(zhì)上是空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流可以起到補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率的作用。由于它為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，安裝和運(yùn)行維修都相當(dāng)復(fù)雜，所以在企業(yè)供配電系統(tǒng)中很少應(yīng)用。河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院382023/2/4投切方式：手動、自動（無功自動補(bǔ)償裝置）；控制方式：按母線電壓的高低、無功功率的大小、功率因數(shù)的大小等進(jìn)行控制；電容器組數(shù)：4、6、8、10、12等；電容器分組應(yīng)滿足以下條件：分組電容器投切時，不應(yīng)產(chǎn)生諧振；適當(dāng)減少分組組數(shù)和加大分組容量；應(yīng)與配套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)相適應(yīng)；滿足電壓偏移的允許范圍。動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備——靜補(bǔ)裝置（SVC）河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院392023/2/4靜補(bǔ)裝置由可控的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，電容器發(fā)出無功功率，可控電抗器吸收無功功率。它可以迅速地按照負(fù)荷的變動情況改變無功功率的大小和方向，具有響應(yīng)速度快、平滑調(diào)節(jié)性能好、補(bǔ)償效率高、維修方便及諧波、噪聲、損耗均小等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于沖擊性負(fù)荷的無功補(bǔ)償。三、電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟韴D2-9電容器無功補(bǔ)償原理圖在R、L電路中并聯(lián)電容器C后：河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院402023/2/4欠補(bǔ)償：補(bǔ)償后電流落后電壓四、電容器的接線方式與裝設(shè)位置1．電容器的接線方式低壓電容器組一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，但容量較?。?50kvar及以下）時可接成三角形。由于，而，因此電容器接成三角形時的容為采用星形接線時的3倍。采用三角形接線時，一電容器斷線，三相線路仍能得到無功補(bǔ)償；而采用星形接線時，一相電容器斷線，該相將失去補(bǔ)償，造成三相負(fù)荷不平衡。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；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。過補(bǔ)償：補(bǔ)償后電流超前電壓注意：一般都不采用過補(bǔ)償