工廠供電第2章

第二章負(fù)荷計算與無功功率補償2.3供配電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗2.1電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線2.2

計算負(fù)荷的確定2.4全廠計算負(fù)荷的確定2.5工廠的功率因數(shù)與無功功率補償2.6尖峰電流的計算2021/5/92河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2.1電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線

一、電力負(fù)荷的分級供電方式:由兩個獨立電源供電。1．一級負(fù)荷：中斷供電將造成人身傷亡，重大設(shè)備損壞，重大產(chǎn)品報廢，或在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失。2．二級負(fù)荷：中斷供電將造成主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品報廢，重點企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失。供電方式:由雙回路供電。3．三級負(fù)荷：所有不屬于一、二級負(fù)荷的電力負(fù)荷。供電方式:對供電電源無特殊要求。

2021/5/93河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院二、負(fù)荷曲線1．負(fù)荷曲線的分類按性質(zhì)分：有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線

按負(fù)荷持續(xù)時間分：日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線2．負(fù)荷曲線的繪制日負(fù)荷曲線：逐點描繪法、梯形曲線法圖2-1日有功負(fù)荷曲線a）折線圖b）梯形圖2021/5/94河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院年負(fù)荷曲線：年最大負(fù)荷曲線：或稱運行年負(fù)荷曲線。全年時間負(fù)荷曲線：或稱年負(fù)荷持續(xù)曲線。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)荷曲線圖2-2年最大負(fù)荷曲線2021/5/95河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

三、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)運行所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能?？梢姡耗曦?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)2021/5/96河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2．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)荷為（圖2-5）: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2021/5/97河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院3．需要系數(shù)和利用系數(shù)需要系數(shù)Kd：負(fù)荷曲線中的最大有功計算負(fù)荷Pmax與全部用電設(shè)備額定功率之比值，即利用系數(shù)Ku：負(fù)荷曲線中的平均計算負(fù)荷Pav與全部用電設(shè)備額定功率之比值，即2021/5/98河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

一、概述2.2計算負(fù)荷的確定

計算負(fù)荷是根據(jù)已知的用電設(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2021/5/99河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

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)運行工作制（長期工作制）短時運行工作制（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

求計算負(fù)荷的方法有：需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法等。

計算負(fù)荷是選擇電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等額定參數(shù)的依據(jù)。2021/5/910河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2．設(shè)備容量Pe的確定對長期工作制的用電設(shè)備：對反復(fù)短時工作制的用電設(shè)備：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。吊車：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有15%、25%、40%和60%四種電焊機：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%和100%四種2021/5/911河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院吊車電動機組（包括電葫蘆、起重機、行車等）的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到ε=25%時的額定功率（kW），即∴2021/5/912河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院電焊機及電焊變壓器的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到ε=100%時的額定功率（kW），即 照明設(shè)備的設(shè)備容量：白熾燈、碘鎢燈的設(shè)備容量：等于燈泡上標(biāo)注的額定功率；熒光燈應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的20%），其設(shè)備容量應(yīng)為燈管額定功率的1.2倍；高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），其設(shè)備容量可取燈管額定功率的1.1倍。2021/5/913河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院單相負(fù)荷的設(shè)備容量：當(dāng)單相用電設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相用電設(shè)備總?cè)萘康?5%時，其設(shè)備容量可直接按三相平衡負(fù)荷考慮；當(dāng)超過15%時，應(yīng)將其換算為等效的三相設(shè)備容量，再同三相用電設(shè)備一起進(jìn)行三相負(fù)荷計算。換算方法如下：單相設(shè)備接于相電壓時：

單相設(shè)備接于同一線電壓時：式中，為等效三相設(shè)備容量（kW）；為最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量（kW）。式中，為接于同一線電壓的單相設(shè)備容量（kW）。2021/5/914河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院一般情況：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，換算公式如下：A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。2021/5/915河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院三、單臺用電設(shè)備的負(fù)荷計算對長期連續(xù)工作的單臺用電設(shè)備：對需要計及效率的單臺用電設(shè)備（如電動機）：四、用電設(shè)備組的負(fù)荷計算1．需要系數(shù)法確定用電設(shè)備組的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮以下幾種因素：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)

;各用電設(shè)備在工作時，不一定全部在滿負(fù)荷下運行，因此應(yīng)考慮一個負(fù)荷系數(shù)

;對單臺反復(fù)短時工作制的用電設(shè)備：2021/5/916河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院各用電設(shè)備的平均效率;

線路的供電效率。

因此，一個用電設(shè)備組的需要系數(shù)可表示為單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定說明：P30

、Q30、S30的單位分別為kW、kvar、kVA2021/5/917河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定式中，為同時系數(shù)，一般取0.85~0.95

。

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)。2021/5/918河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院電力負(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金屬切削機床組3085850.160.51.7313.623.532通風(fēng)機組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用需要系數(shù)法確定某機械加工車間的計算負(fù)荷。2021/5/919河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

2.二項式系數(shù)法單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定由x臺容量最大用電設(shè)備投入運行時增加的附加負(fù)荷用電設(shè)備組的平均負(fù)荷2021/5/920河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定各用電設(shè)備組附加負(fù)荷中的最大值各用電設(shè)備組平均負(fù)荷的總和2021/5/921河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院例2-2用二項式系數(shù)法確定例2-1的計算負(fù)荷。電力負(fù)荷計算表與例2-1（S30=29.52kVA，I30=44.85A）比較可知，按二項式計算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果要大。序號用電設(shè)備名稱設(shè)備臺數(shù)設(shè)備容量二項式系數(shù)costans計算負(fù)荷P30/kW總臺數(shù)大容量臺數(shù)/kW/kWbc1切削機床3058537.50.140.40.51.7311.9+15=26.92通風(fēng)機組350.650.250.80.753.25+1.25=4.53吊車組13（ε=40%）3.795(ε=25%）0.060.20.51.730.228+0.759=0.987負(fù)荷總計P30=30.38kWQ30=49.37kvarS30=57.97kVAI30=88.1A2021/5/922河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

一、供配電系統(tǒng)的功率損耗1．線路的功率損耗2.3供配電系統(tǒng)的功率損耗和電能損耗等邊三角形排列：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2021/5/923河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院２．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:與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比?！勺儞p耗

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：2021/5/924河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院所以無功功率損耗所以式中，為變壓器的負(fù)荷率；S30為變壓器的計算負(fù)荷（kVA）；SN為變壓器的額定容量（kVA）。用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的無功功率損耗：只與電網(wǎng)的電壓有關(guān)，與負(fù)荷大小無關(guān)，可用來表征。2021/5/925河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院所以——額定負(fù)載下的損耗近似公式：消耗在一、二次線圈電阻上的有功功率損耗：與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比，可用來表征。

2021/5/926河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

二、供配電系統(tǒng)的電能損耗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)系曲線式中，τ為年最大負(fù)荷損耗小時數(shù)，它與Tmax以及cos有關(guān)。2021/5/927河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2．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2021/5/928河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2.4全廠計算負(fù)荷的確定

一、按逐級計算法確定企業(yè)的計算負(fù)荷

逐級計算法是指從企業(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。一般工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)圖如圖2-8所示：圖2-8負(fù)荷計算用供電系統(tǒng)2021/5/929河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院1.用電設(shè)備組的計算負(fù)荷（圖2-8中的1點）2．車間變壓器低壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的2點）注意：當(dāng)變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器組，其容量為，則2021/5/930河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院3.車間變壓器高壓側(cè)的計算負(fù)荷（圖2-8中的3點）

注意：若求計算負(fù)荷時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，即對SL7、S9、SC9等低損耗變壓器：對SJL1等變壓器：2021/5/931河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院4.車間變電所高壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的4點）5.總降壓變電所出線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的5點）

由于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)范圍不大，高壓線路中的功率損耗較小，在負(fù)荷計算中可以忽略不計，所以有2021/5/932河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院6.總降壓變電所低壓母線上的計算負(fù)荷（圖2-8中的6點）注意：如果在總降壓變電所6～10kV二次母線側(cè)采用高壓電容器進(jìn)行無功補償，其容量為，則7.企業(yè)總計算負(fù)荷（圖2-8中的7點）2021/5/933河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

二、按需要系數(shù)法確定企業(yè)的計算負(fù)荷

式中，Kd為企業(yè)的需要系數(shù)，查表2-4；為全廠用電設(shè)備的總?cè)萘浚ú话▊溆迷O(shè)備容量）。

三、按年產(chǎn)量估算企業(yè)的計算負(fù)荷將企業(yè)年產(chǎn)量A乘以單位產(chǎn)品耗電量a，即可得到企業(yè)全年的耗電量：則企業(yè)的有功計算負(fù)荷為：2021/5/934河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院2.5工廠的功率因數(shù)與無功功率補償一、工廠的功率因數(shù)1.瞬時功率因數(shù)：

可由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或由電壓表、電流表和功率表在同一時刻的讀數(shù)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：2.均權(quán)功率因數(shù)：瞬時功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的變化情況。式中，Wp為某一時間內(nèi)消耗的有功電能（kW·h）；Wq為同一時間內(nèi)消耗的無功電能（kvar·h）。2021/5/935河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

指在年最大負(fù)荷（即計算負(fù)荷）時的功率因數(shù)。其計算公式為：3.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，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。若達(dá)不到以上要求，應(yīng)進(jìn)行人工補償，否則要加收電費。注意：在供電設(shè)計中考慮無功補償時，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)來計算補償容量。2021/5/936河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院使供電網(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。因為功率因數(shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時，系統(tǒng)中輸送的總電流越大，從而使輸電線路上的功率損耗和電能損耗增加。

由于，當(dāng)P、R、X

一定時，功率因數(shù)越低，Q越大，則越大。二、無功功率補償功率因數(shù)低的不良影響：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。由于發(fā)電機、變壓器都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下不允許超過額定值，根據(jù)，功率因數(shù)越低，輸出的有功功率越小，使設(shè)備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。2021/5/937河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院使發(fā)電機的出力下降，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電成本提高。當(dāng)有功功率保持不變時，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)越大，端電壓越低，發(fā)電機就達(dá)不到預(yù)定的出力。

提高自然功率因數(shù)的方法（一）提高功率因數(shù)的方法用小容量的電動機代替負(fù)荷不足的大容量電動機。正確選用感應(yīng)電動機的型號和容量。

當(dāng)電動機的負(fù)荷系數(shù)KL＞70%時，可以不換；當(dāng)KL＜40%時，必須換小電機；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。2021/5/938河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院降低感應(yīng)電動機的端電壓就降低了感應(yīng)電動機的無功功率需要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。對負(fù)荷不足的電動機可用降低外加電壓的辦法提高功率因數(shù)。定子繞組的匝數(shù)不能減少。所以限制感應(yīng)電動機的空載運行。提高感應(yīng)電動機的檢修質(zhì)量。氣隙δ不能增加。2021/5/939河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院當(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。合理使用變壓器。感應(yīng)電動機同步化運行。同步電動機過勵磁下可向電網(wǎng)送入無功功率，從而改善功率因數(shù)。2．提高功率因數(shù)的補償法穩(wěn)態(tài)無功功率補償設(shè)備采用并聯(lián)電容器——無功自動補償裝置采用同步補償機優(yōu)點：與同步補償機相比，因無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡單、運行維護(hù)方便、有功功率損耗小及組裝靈活、擴(kuò)充方便等優(yōu)點，因此是目前工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的無功補償設(shè)備。實質(zhì)上是空載運行的同步電動機，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流可以起到補償系統(tǒng)無功功率的作用。由于它為旋轉(zhuǎn)機械，安裝和運行維修都相當(dāng)復(fù)雜，所以在企業(yè)供配電系統(tǒng)中很少應(yīng)用。2021/5/940河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院動態(tài)無功功率補償設(shè)備——靜補裝置（SVC）

動態(tài)無功功率補償設(shè)備又稱為“靜止型無功功率自動補償裝置”，簡稱“靜補裝置”（SVC），具有響應(yīng)速度快、平滑調(diào)節(jié)性能好、補償效率高、維修方便及諧波、噪聲、損耗均小等優(yōu)點，因此應(yīng)用越來越廣泛。

靜止型無功功率自動補償裝置由可控的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，電容器可發(fā)出無功功率，可控電抗器可吸收無功功率。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，調(diào)節(jié)或穩(wěn)定系統(tǒng)的運行電壓，尤其適用于沖擊性負(fù)荷的無功補償。2021/5/941河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院（二）電容器并聯(lián)補償?shù)墓ぷ髟?/p>

在工業(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設(shè)備的等值電路可視為電阻R和電感L的串聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為：當(dāng)在R、L電路中并聯(lián)接入電容器C后，如圖2-9a）所示，回路電流為：圖2-9電容器無功補償原理圖2021/5/942河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院

可見，并聯(lián)電容器后與之間的夾角變小了，因此，供電回路的功率因數(shù)提高了。欠補償：補償后電流落后電壓，如圖2-9b）所示。過補償：補償后電流超前電壓，如圖2-9c）所示。（三）電容器的接線方式與裝設(shè)位置一般都不采用過補償，因為這將引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，會增大電容器本身的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，同時還會使線路上的電能損耗增加。1．電容器的接線方式低壓電容器一般接成三角形。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量為采用星形接線時的3倍。若電容器采用三角形接線，一電容