第二章負荷計算與無功功率補償

2負荷計算與無功功率補償2.1計算負荷2.9無功功率的補償2.2設(shè)備功率2.3需要系數(shù)法確定計算負荷2.4單位面積法確定計算負荷2.5單相負荷的計算2.6季節(jié)負荷的計算2.7沖擊負荷的計算2.8能量損耗計算2.11典型建筑工程的負荷計算2.1.1負荷曲線和計算負荷的概念

表示電力負荷在一定時間內(nèi)的平均功率隨時間變化情況的圖形稱為負荷曲線。2.1計算負荷

縱坐標：有功功率負荷曲線

無功功率負荷曲線 橫坐標：日負荷曲線月負荷曲線年負荷曲線負荷曲線所包圍的面積代表負荷在某個時間段內(nèi)的電能需要量（用電量）。日有功負荷曲線a)依點連成的負荷曲線b)梯形負荷曲線年負荷曲線a)年負荷持續(xù)時間曲線b)年每日最大負荷曲線

計算負荷：按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假定負荷，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)應(yīng)相等。負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷。計算負荷是作為按發(fā)熱條件選擇配電變壓器、開關(guān)設(shè)備及導線、電纜截面的依據(jù)，并用來計算電壓損失和功率損耗。在工程上亦可作為電能消耗量及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。2.1.2計算負荷

2.2.1不同工作制用電設(shè)備的設(shè)備功率

1.長期連續(xù)工作制：等于額定功率，kW。2.短時工作制設(shè)備的設(shè)備容量為零。2.2設(shè)備功率3反復短時工作制：換算到暫載率％＝25％時的額定功率（kW），即——換算到％＝25％時電動機設(shè)備容量；——銘牌暫載率，以百分值代入公式；——電動機的銘牌額定功率，kW。電焊機及電焊設(shè)備：算到暫載率％＝100％時的額定功率，即——換算到％＝100％時電焊設(shè)備的設(shè)備容量；——銘牌暫載率，以百分值代入公式；——直流電焊機的銘牌額定功率，kW；——交流電焊機的銘牌額定視在功率，kVA；——電焊設(shè)備的銘牌額定功率因數(shù)。

2.2.2照明設(shè)備的設(shè)備容量 1）白熾燈、碘鎢燈設(shè)備容量等于燈泡上標出的額定功率，kW。 2）帶鎮(zhèn)流器的熒光燈的設(shè)備容量為1.25倍的額定功率，kW，電子型起動的熒光燈的設(shè)備容量等于熒光燈燈管的額定功率。3）高強氣體放電燈其設(shè)備容量為1.1倍的額定功率，kW。1.消防設(shè)備的供電消防負荷與非消防負荷不能共用供電回路的問題。消防電梯與普通電梯不能合用供電回路；消防防排煙風機與普通風機不能合用供電回路；消防水泵與生活水泵不能合用供電回路等。2.2.4消防負荷2.3需要系數(shù)法確定計算負荷2.3.1需要系數(shù)

1．定義

需要系數(shù)是表示配電系統(tǒng)中所有用電設(shè)備同時使用的程度。通常其值小于1。

3.負荷系數(shù)：反映在最大負荷時，正在工作運行的用電設(shè)備的實際需要的設(shè)備容量與正在運行的用電設(shè)備總設(shè)備容量的比值。

2.同時工作系數(shù)：反映在最大負荷時，正在工作運行的用電設(shè)備的設(shè)備容量與全部用電設(shè)備總設(shè)備容量的比值。.

4.平均效率：用電設(shè)備的功率損耗。5.線路效率：線路的功率損耗。

綜合考慮上述因素后，需要系數(shù)表示為2.3.2用電設(shè)備組的計算負荷1．單組用電設(shè)備計算負荷

設(shè)備組中設(shè)備數(shù)量在3臺以上，要考慮需要系數(shù)，有功計算負荷

──給出的需用系數(shù)；──單臺電氣設(shè)備的設(shè)備容量，kW。設(shè)備數(shù)量在3臺以下，需要系數(shù)為1。

無功計算負荷──給出的正切值tg；──有功計算負荷，kW。設(shè)備容量

計算電流

──系統(tǒng)的額定電壓，kV。功率因數(shù)2．多組用電設(shè)備的計算負荷

將各用電設(shè)備組計算負荷按有功功率和無功功率分別相加，引入同時工作系數(shù)。在0.8～0.9之間，變電站取0.85～1。在0.93～0.97之間，變電站取0.95～1?！纠磕耻囬g用電設(shè)備如下：（1）電焊機25臺，功率分別為：3.0kVA×8；8kVA×6；16kVA×5；30kVA×2；180kVA×2；200kVA×2；

（2）風機：50臺，功率均為2.2kW；（3）機床：66臺，功率分別為：7.5kW×30；15kW×30；30kW×2；45kW×2；90kW×2；（4）吊車：2臺，分別為15kW，22kW，解本車間的總配電計算負荷分別計算如下：

（1）電焊機（2）風機：（3）機床：（4）吊車：（5）本車間的總配電計算負荷，2.3.3配電干線和配電所的計算負荷1.配電低壓干線的計算負荷將各用電設(shè)備組計算負荷按有功功率和無功功率分別相加即可得到低壓干線的計算負荷。

2.低壓母線的計算負荷考慮到各干線最大負荷不可能同時出現(xiàn)，在確定低壓母線的計算負荷時應(yīng)引入一個同時工作系數(shù)。將各低壓干線的有功、無功計算負荷相加。

3.10kV輸電線路、母線及高壓進線計算負荷的確定10kV輸電線路、母線及高壓進線的計算負荷只需在低壓母線負荷的基礎(chǔ)上考慮相應(yīng)配電變壓器或降壓變壓器、線路的功率損耗及同時工作系數(shù)后確定。2.4單位面積法確定計算負荷

2.4.1單位面積功率法（負荷密度法）

——負荷密度（W/m2或VA/m2）；

——建筑面積（m2）2.4.2單位指標法

——單位指標（W/床或W/戶）；

——核算單位的數(shù)量；單相負荷應(yīng)盡可能均勻分配在三相上。當計算范圍內(nèi)單相用電設(shè)備容量之和小于總設(shè)備容量的15%時，可按三相平衡負荷計算。2.5.1單相負荷接在相電壓──三個相負荷中最大的相負荷，kW。

2.5.2線負荷

1.接于同一線電壓時

——單相設(shè)備的容量（kW）2.5單相負荷的計算

2．接于不同線電壓時的三相設(shè)備容量設(shè)接于3個線電壓的設(shè)備容量分別為、、

3.有的單相設(shè)備接于線電壓，有的單相設(shè)備接于相電壓時2.6季節(jié)負荷的計算

季節(jié)性負荷如冬季采暖和夏季空調(diào)，應(yīng)取較大值計入正常的負荷計算。2.7沖擊負荷的計算

臨時性負荷不應(yīng)計入正常的負荷計算中。變壓器、開關(guān)及供電線路等不得超過其短時過負荷允許值（包括變壓器的短時過載能力）。

電動機的瞬時起動沖擊負荷不計入正常的負荷計算中。但應(yīng)校驗此沖擊負荷對變壓器、線路、開關(guān)的保護設(shè)備是否能準確動作。

1．給單臺用電設(shè)備供電的支線沖擊電流計算

沖擊電流就是用電設(shè)備的起動電流

——起動電流（A）；

——額定電流（A）；

——起動電流倍數(shù)

鼠籠型5～7，繞線型2～3直流1.7，電焊變壓器3或稍大）。

2．給多臺用電設(shè)備供電的干線沖擊電流計算——起動電流最大設(shè)備的起動電流（A）；

——起動電流最大設(shè)備的起動電流與額定電流之差（A）；

——除了起動電流最大的那臺設(shè)備外，其他臺設(shè)備的額定電流之和（A）；

——同時系數(shù)O.7～1；

——全部設(shè)備投入運行時線路的計算電流（A）。2.8能量損耗計算2.8.1線路的功率損耗

有功損耗

無功損耗

2.8.2電力變壓器的功率損耗

有功損耗——變壓器的計算負荷，kVA；——變壓器的額定容量，kVA；——變壓器的空載有功損耗，kW；——變壓器的短路有功損耗，kW；無功損耗——變壓器的空載無功損耗，kW；——變壓器的短路無功損耗，kW；——變壓器空載電流百分比；——變壓器短路電壓百分比；

功率因數(shù)低造成的危害

1．降低了供電設(shè)備（電源）的供電能力2．增加供電系統(tǒng)的有功損耗3．供電線路的電壓降增大4.發(fā)電機效率降低2.9無功功率補償

100kVA及以上高壓供電的電力客戶，在高峰負荷時的功率因數(shù)不宜低于0.95；其他電力客戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)不宜低于0.90；農(nóng)業(yè)用電功率因數(shù)不宜低于0.85。2.9.1功率因數(shù)的要求

瞬時功率因數(shù)

平均功率因數(shù)有月平均和年平均功率因數(shù)。最大功率因數(shù)是最大計算負荷與最大計算容量的比值確定的，即

1．提高自然功率因數(shù)的方法

（1）合理選擇電動機的容量，接近滿載運轉(zhuǎn)。（2）負載率小于40％的電動機，換電動機。（3）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（75％～80％合適）。（5）負荷率在0.6～0.9的繞線式電動機，可使其同步化，向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。2.9.2功率因數(shù)的補償方法2．人工補償改善功率因數(shù) （1）同步電動機在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，功率因數(shù)超前0.8～0.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率。（2）利用同步調(diào)相機作為無功功率電源。（3）采用靜電電容器補償。

1.固定補償容量——有功計算負荷，kW；——補償前計算負荷的功率因數(shù)角的正切值；——補償后功率因數(shù)角的正切值；——無功功率補償率。2.9.3補償容量的計算

2.自動補償容量

4.補償后無功計算負荷和計算容量會發(fā)生變化。3.電容器容量電容器的數(shù)量應(yīng)該是3的倍數(shù)。采用三角形接線。

1．就地補償：對設(shè)備。

2．集中補償：變電所內(nèi)集中補償。電容器組應(yīng)采用循環(huán)自動投切運行方式。

2.9.4補償方式

2.9.5移相電容器的接線

1.并聯(lián)補償——△形接線。

2.低壓——三相，內(nèi)部已接成△形。

例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，，試計算此車間的設(shè)備容量。

2.11典型建筑工程的負荷計算解：（1）金屬切削機床的設(shè)備容量

（2）電焊機的設(shè)備容量（3）吊車的設(shè)備容量（4）車間的設(shè)備總?cè)萘繛椋豪?某機修車間有:冷加工機床50臺，共310kW

，長期工作制

Kd=0.2，cosф=0.5；橋式吊車