第2章 電力負(fù)荷

1、 第第2 2章章 電力負(fù)荷電力負(fù)荷2.1 2.1 概概 述述 電力負(fù)荷又稱為電力負(fù)載，其具體含義視其使用的場(chǎng)合而定。 一是指“電力用戶”，即耗用電能的用電設(shè)備或用電單位，如重要負(fù)荷、不重要負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。 二是指“電能消耗”，即用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流的量值，如輕負(fù)荷（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。 2.1.1 2.1.1 分類分類1.1.按對(duì)供電可靠性的要求按對(duì)供電可靠性的要求 可以分為三級(jí)。詳見第1章“1.2.5 供電可靠性”。2. 2. 按工作制分類按工作制分類 （1）連續(xù)工作制負(fù)荷 即長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的用電設(shè)備。特點(diǎn)是負(fù)荷比較穩(wěn)定，連

2、續(xù)工作的時(shí)間足以使其達(dá)到熱平衡狀態(tài)，其溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度。一般用電設(shè)備都屬于這類工作制，如泵類、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電爐、運(yùn)輸設(shè)備、照明設(shè)備等。 （2）短時(shí)工作制負(fù)荷 在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短（短于達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間），而停歇時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)到足以使設(shè)備各溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫度）的用電設(shè)備。此類負(fù)荷在用電設(shè)備中占比例很小，如機(jī)床刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)、排汚泵電動(dòng)機(jī)等。 （3）反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷 時(shí)而工作(工作時(shí)升溫達(dá)不到穩(wěn)定溫度)，時(shí)而停歇(停歇時(shí)降溫也達(dá)不到環(huán)境溫度)，工作周期一般不超過10min，反復(fù)運(yùn)行的設(shè)備。其運(yùn)行特點(diǎn)是均不足以使設(shè)備達(dá)到熱平衡，如起重機(jī)、電焊機(jī)、電冰箱等。 1）暫載率。反復(fù)短時(shí)工

3、作制的負(fù)荷可用暫載率，或稱為負(fù)荷持續(xù)率 來(lái)度量： 0100%100%ttTtt 式中，T為工作周期；t為工作周期內(nèi)的工作時(shí)間；t0為工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。(2-1) 2） 的換算,如斷續(xù)周期工作制設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行的 并非標(biāo)稱持續(xù)率（即銘牌持續(xù)率） ，其實(shí)際運(yùn)行的功率 應(yīng)由其標(biāo)稱功率（即銘牌額定功率） 換算得來(lái)。 按同一周期內(nèi)等效發(fā)熱的原則：電流I通過設(shè)備電阻R 在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為0.24 ，得 ；同一電壓的設(shè)備功率 ，因此 ；根據(jù)式（2-1） ，故設(shè)備功率與負(fù)荷持續(xù)率的平方根值成反比： 即設(shè)備在 持續(xù)率下的功率為 ，換算到持續(xù)率下的設(shè)備功率 為： NePNP2I Rt1ItPI1PItt1P

4、ePNPNNeNPP(2-2) 電焊機(jī)常取100%： （2-3） 吊車常?。?（2-4）100%NeNNNPPP225%NeNNNPPP3 3. . 按工作特性分類按工作特性分類 可分成如金屬切削機(jī)床組、通風(fēng)機(jī)組、整流設(shè)備組、電熱設(shè)備組等不同類型的用電設(shè)備組。一般認(rèn)為，每個(gè)設(shè)備組內(nèi)各設(shè)備的用電規(guī)律一致，不同工廠同類設(shè)備組也相近。但不同國(guó)家技術(shù)水平不一致，故同一設(shè)備組用電規(guī)律彼此有差異，而分類方式則國(guó)際通用。a）折線法表示 b）梯形法表示圖2-1 日有功負(fù)荷曲線 圖2-1中曲線和橫坐標(biāo)間的面積表示當(dāng)時(shí)消耗的電能。2.1.2 2.1.2 負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線 負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)情況的一種

5、繪在直角坐標(biāo)紙上(縱坐標(biāo)表示負(fù)荷的有功功率或無(wú)功功率值，橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間)的圖形曲線，它直觀地反映了負(fù)荷用電的規(guī)律和特點(diǎn)。1. 1. 日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線 它反映用電負(fù)荷一晝夜（24h）的變化情況，有兩種繪制方法。 1）折線法：將24h各時(shí)刻有功功率表讀數(shù)逐點(diǎn)連成折線，如圖2-1a所示。 2）梯形法：將各時(shí)間間隔（一般為半個(gè)小時(shí)）電能表記數(shù)連成階梯形曲線，如圖2-1b所示。2. 2. 年負(fù)荷曲線年負(fù)荷曲線 它反映用電負(fù)荷全年（365d24h/d=8760h）的變化情況。它分為如下兩種形式. 1）年運(yùn)行負(fù)荷曲線：按全年每日的最大負(fù)荷（通常取每日最大負(fù)荷的半小時(shí)平均值）繪制，橫坐標(biāo)依次以全年1

6、2月的固定日期來(lái)分格，稱為年每日最大負(fù)荷曲線，如圖2-2所示。擁有多臺(tái)變壓器的變電所，為降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，可以此確定一年中的不同時(shí)期投入運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)，即確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式。圖2-2所示負(fù)荷在1/6（即6月1日）1/10左右（尤其1/8）耗能最多，而1/121/3耗能最少，全年耗能差別不大。 2）年持續(xù)負(fù)荷曲線：借助于有代表性的冬季和夏季日負(fù)荷曲線繪出。夏季和冬季在全年中占的天數(shù)取決于地理位置和氣候。一般我國(guó)北方近似為夏季165天、冬季200天，而南方近似為夏季200天、冬季165天。南方某廠的年持續(xù)負(fù)荷曲線，如圖2-3所示。其負(fù)荷P1在年負(fù)荷曲線上僅夏季有兩時(shí)段，所占的

7、時(shí)間為 ；而負(fù)荷P2在年負(fù)荷曲線上夏、冬各一時(shí)間段， 所占時(shí)間為，余類推。圖2-2 年每日最大負(fù)荷曲線示例111200()Ttt222200165Ttt 兩曲線區(qū)別在于：年運(yùn)行負(fù)荷曲線按時(shí)間先后繪制，年持續(xù)負(fù)荷曲線按負(fù)荷大小和累積時(shí)間繪制。 a)夏季日負(fù)荷曲線 b)冬季日負(fù)荷曲線 c)年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線 圖2-3 年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線的繪制2.1.3 2.1.3 度量度量 各種負(fù)荷曲線直觀地反映電力負(fù)荷變動(dòng)的情況，通過對(duì)負(fù)荷曲線的分析，可更深入地掌握負(fù)荷變動(dòng)的規(guī)律，并從中獲得一些對(duì)設(shè)計(jì)和運(yùn)行有關(guān)的物理量。1. 1. 年最大負(fù)荷年最大負(fù)荷 一年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時(shí)的平均功率為年

8、最大負(fù)荷 ，也稱半小時(shí)最大負(fù)荷 ，見圖2-1。為排除偶然性，此最大工作班消耗電能最大的半小時(shí)，全年應(yīng)至少出現(xiàn)23次。2. 2. 平均負(fù)荷平均負(fù)荷 是電力負(fù)荷在一定時(shí)間t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時(shí)間t內(nèi)的平均消耗功率，即maxPmaxP30PavPavPtavWPt （2-5）式中, Wt為時(shí)間t內(nèi)消耗的電能量。 1）日有功平均負(fù)荷，如圖2-1所示。 2）年平均負(fù)荷 按全年（365D24h/D=8760h）消耗的電能 來(lái)計(jì)算，如圖2-4所示，即：avPaW8760aavWPh（2-6）3 3. .負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷系數(shù) 負(fù)荷系數(shù)是平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比，又稱為負(fù)荷率。它表征負(fù)荷曲線波動(dòng)、起

9、伏的程度，它越接近1越平坦，故又稱為負(fù)荷填充系數(shù)。一般說(shuō)來(lái)，應(yīng)盡量提高負(fù)荷系數(shù)，以充分發(fā)揮供電設(shè)備的供電能力，提高系統(tǒng)的供電效率。它又分兩種度量。 （1） 有功負(fù)荷系數(shù)maxavPP（2-7）通常取0.70.75。 （2）無(wú)功負(fù)荷系數(shù)maxav（2-8） 通常為0.760.82。 式（2-7）、（2-8）中 、 、 、 ，依次為有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷平均值及最大值。maxQavPavQmaxP4 4. . 計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷 與同時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷熱效應(yīng)相等的假想持續(xù)負(fù)荷 即為計(jì)算負(fù)荷。供配電工程中繪制的負(fù)荷曲線上的最大負(fù)荷 （即半小時(shí)平均負(fù)荷），就是這個(gè)假想負(fù)荷，即 。它也是以半小時(shí)時(shí)間間隔測(cè)繪的

10、折線、梯形的負(fù)荷曲線上反映的最大值，即 ，故 ，參見圖2-1。cPmaxPmaxcPP3max0PP30cPP 以半小時(shí)為時(shí)間間隔是因?qū)Ь€要通過額定電流（34） 的時(shí)間才達(dá)到穩(wěn)定溫升（ 為對(duì)應(yīng)的該導(dǎo)線截面的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)），最小截面導(dǎo)線的 約10min，它的3倍即30min(更大截面的導(dǎo)線達(dá)到熱平衡更短)。 5.5.年最大負(fù)荷利用小時(shí)年最大負(fù)荷利用小時(shí) 年最大負(fù)荷利用小時(shí) 是電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷 (或 ）持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能與該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能相等的假想時(shí)間，又稱為年最大負(fù)荷使用時(shí)間，如圖2-4所示。30P000maxTmaxP30P圖2-4 年最大負(fù)荷、年最大負(fù)荷利用小時(shí)與年平均負(fù)荷

11、示意圖 年最大負(fù)荷利用小時(shí)按下式計(jì)算： maxmaxaWTP（2-9）式中， 為全年消耗的電能量。aW 年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映電力負(fù)荷特征的一個(gè)重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯關(guān)系。如一班制工廠Tmax18003000h，兩班制工廠Tmax35004800h，三班制工廠Tmax50007000h。2.2 2.2 設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算 計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如負(fù)荷確定過大，將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜選得過大，造成浪費(fèi)。如負(fù)荷確定過小，又將使電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷運(yùn)行，不僅增加電能損耗，更危險(xiǎn)的是過熱將導(dǎo)致設(shè)備和導(dǎo)線絕緣過早老化

12、甚至燒毀，從而引發(fā)火災(zāi)。 負(fù)荷變化情況復(fù)雜，影響因素很多。雖各類負(fù)荷有一定的規(guī)律可循，但仍難準(zhǔn)確確定計(jì)算負(fù)荷的大小。實(shí)際負(fù)荷與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織、生產(chǎn)者的技能及能源的供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)，也并非一成不變，因此負(fù)荷計(jì)算只能力求接近實(shí)際。 用電設(shè)備負(fù)荷計(jì)算是分部進(jìn)行的，用電設(shè)備組負(fù)荷的計(jì)算是整個(gè)環(huán)節(jié)中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其中尤以三相設(shè)備組最為基礎(chǔ)。2.2.1 2.2.1 三相用電設(shè)備組三相用電設(shè)備組 普遍采用確定三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的方法是，需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和功率密度法。需要系數(shù)法是國(guó)際上通用的確定計(jì)算負(fù)荷最簡(jiǎn)便、實(shí)用的方法。原用的二項(xiàng)式法的應(yīng)用局限性較大，誤差也大，漸趨淘汰

13、。利用系數(shù)法將取代二項(xiàng)式法而被廣泛應(yīng)用。功率密度法多用于設(shè)備組，更多是對(duì)整個(gè)負(fù)荷用電的估算。1. 1. 需要系數(shù)法需要系數(shù)法 (1)基本公式 如前述，用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷 ，也用 表示。而用電設(shè)備組的設(shè)備容量 是指用電設(shè)備組（除備用設(shè)備以外）所有的額定容量 之和，即 30PjsPePNPeNPP （2-10） 它們之間的關(guān)系按實(shí)際分析為： 30eeWLKPP （2-11） 式中： 為考慮設(shè)備組所有設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)性的同時(shí)系數(shù)； 為考慮每臺(tái)設(shè)備因被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的滿載程度而對(duì)輸入功率利用程度的負(fù)荷系數(shù)； 為各設(shè)備運(yùn)行的效率； 為線路傳輸?shù)男?。?定義為需要系

14、數(shù) ，則由式(2-11)得：KdKeWLeWLK30dePKP（2-12）（2）計(jì)算步驟 1）求各設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷 查附表(2-1)得到各設(shè)備組對(duì)應(yīng)的需要系數(shù) ，再按式(2-12)分別求出其有功計(jì)算荷 。 需要系數(shù)與用電設(shè)備組的類別和工作狀態(tài)(工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備效率和線路損耗)關(guān)系極大，且與操作人員的技能及生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)。因此計(jì)算時(shí)先要正確判斷用電設(shè)備組的類別，且應(yīng)盡可能地查找當(dāng)前現(xiàn)行資料，并最好根據(jù)實(shí)際情況加以修正。 2）求各設(shè)備組其余的計(jì)算負(fù)荷。求出有功計(jì)算負(fù)荷 后，按下列各式分別求出其余的計(jì)算負(fù)荷：30PdK30P30P3030tanQP 無(wú)功計(jì)算負(fù)荷： （2-13）式

15、中， 為對(duì)應(yīng)于用電設(shè)備組 的正切值。tancos視在計(jì)算負(fù)荷： 3）求各設(shè)備組的計(jì)算電流。3030cosPS（2-14）式中， 為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。cos 對(duì)于設(shè)備組：30303NSIU（2-15）式中， 為用電設(shè)備組的額定電壓。NU 對(duì)于單臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)：其計(jì)算電流即為其額定電流：303cosNNNPIIU式中， 為單臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)的效率。（2-16） 4）確定多組用電設(shè)備共同的總計(jì)算負(fù)荷。此時(shí)應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素，對(duì)其有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷分別計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)（又稱為參差系數(shù)或綜合系數(shù)） 和 。 總的有功計(jì)算負(fù)荷為： 總的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷為： 總的視在計(jì)算負(fù)荷為：pKq

16、K30301nipPKP30301qinQKQ22303030SPQ（2-17）(2-18) （2-19）總的計(jì)算電流為：30303NSIU（2-20） 式中， 、 依次為1n組(所有設(shè)備組)的有功 、 無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和，常簡(jiǎn)化為和。301inP301inQ30P30Q0.85 0.95pK對(duì)車間干線： ； 由用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加計(jì)算時(shí)?。?； ；0.90 0.97qK對(duì)低壓母線：0.80 0.90pK0.85 0.95qK 由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)?。?； ；0.90 0.95pK0.93 0.97qK（3）注意事項(xiàng) 1）負(fù)荷計(jì)算中常用的單位為：有功功率kW；無(wú)功功率kvar

17、；視在功率kVA；電流A；電壓kV。 2）計(jì)算多組設(shè)備總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，為簡(jiǎn)化和統(tǒng)一，一般不因設(shè)備臺(tái)數(shù)多少修改查表得到的參數(shù)值。 3）求多組設(shè)備計(jì)算負(fù)荷和電流時(shí)，由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流一般不能用各組視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來(lái)計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷也不能按式（2-14）計(jì)算，而應(yīng)按式（2-19）計(jì)算。2.2.利用系數(shù)法利用系數(shù)法 利用系數(shù)法以概率論為理論基礎(chǔ)。用利用系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷時(shí)，不論計(jì)算范圍大小，都必須求出該計(jì)算范圍內(nèi)用電設(shè)備有效臺(tái)數(shù)及最大系數(shù)，然后算出結(jié)果。 （1）基本計(jì)算式 1）利用系數(shù) 是用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班消耗的設(shè)備功率的利用系數(shù)，于是用電

18、設(shè)備組在最大負(fù)荷工作班消耗的平均負(fù)荷的有功功率 及無(wú)功功率 分別為 lKavPavQleavPK P（kW）（2-21）tanavavQP（kVar ) (2-22) 式中， 為用電設(shè)備組的有功功率（kW）， = ；為用電設(shè)備組的各單臺(tái)設(shè)備的有功功率 （kW）; 為用電設(shè)備組的功率因數(shù)角對(duì)應(yīng)的正切值。epep1niNiPNPtan 2）多組用電設(shè)備組的利用系數(shù)lavK 按式（2-21）推得平均利用系數(shù)avlavlePKKP（2-23） 式中， 為各用電設(shè)備組平均有功功率之和（kW）； 為各用電設(shè)備組的有功功率之和（kW）。avPeP 對(duì)于單組設(shè)備:llavlavK PePKKPePe（2-24

19、） 3）用電設(shè)備的有效臺(tái)數(shù) 。 是從等效發(fā)熱的角度將不同設(shè)備功率和工作制的用電設(shè)備臺(tái)數(shù)換算為相同設(shè)備功率和工作制的等效值，故eqneqn2222111()NNNniiiieiieqnnPPPPn（2-25） 式中， 為用電設(shè)備組各單臺(tái)用電設(shè)備的有功功率（kW），如設(shè)備有效臺(tái)數(shù)為4臺(tái)及以上,且最大一臺(tái)設(shè)備功率 與最小一臺(tái)設(shè)備功率 的比值m 時(shí)， 。 4）附加系數(shù) 。它表達(dá)的類型相同，總?cè)萘肯嗤M成各設(shè)備容量臺(tái)數(shù)不完全相同的負(fù)荷曲線上計(jì)算負(fù)荷與平均功率的差異，實(shí)值是修正后的利用系數(shù)。根據(jù) 及 查表可得對(duì)應(yīng) 值。故計(jì)算負(fù)荷按下列式計(jì)算。NiPmaxNePminNeP3nneqmKeqnlavKmK

20、 有功功率： （kW）無(wú)功功率： （kVar）mcavPKP(2-26)(2-27)mavcQKQ視在功率： （kVA ）(2-28)計(jì)算電流： （A）22cccSPQ3nccSIU(2-29) 式中， 為額定電壓（kV）； 為最大系數(shù)。nUmK（2）計(jì)算步驟 由設(shè)備組查表得對(duì)應(yīng)的利用系數(shù) ,按式（2-21） 與該設(shè)備組設(shè)備功率 之乘積即該用電設(shè)備的 。 以各用電設(shè)備的 及 ,根據(jù)式（2-23）求得平均利用系數(shù) (單組用電設(shè)備 即 )。 根據(jù)式（2-25），求出用電設(shè)備組有效臺(tái)數(shù) 。 根據(jù) 及 查表得用電設(shè)備組附加系數(shù)Km。 根據(jù)式（2-26）（2-29）求出計(jì)算負(fù)荷各相應(yīng)值。3 3. .比功

21、率法比功率法 按功率均分的理想化假設(shè)，以單位產(chǎn)量或單位面積上的功率求取總功率的方法稱為比功率法，又稱為功率密度法，這是用于估算的粗略方法。lKlKePavPavPePlavKlKlavKeqnlavKeqn 因供配電系統(tǒng)中用電負(fù)荷一般都是三相負(fù)荷占絕大多數(shù)，所以在設(shè)計(jì)任務(wù)書或初步設(shè)計(jì)階段，尤其是方案對(duì)比時(shí)，估算法不僅用于純?nèi)?，也可以用于系統(tǒng)負(fù)荷的估算。根據(jù)對(duì)象不同，有如下兩種估算方法。 （1）單位產(chǎn)品耗電估算法 適用于已知工礦企業(yè)的生產(chǎn)量n及每一單位產(chǎn)品電能消耗量w, 先求出企業(yè)年電能需要量 nW 則最大有功功率為nWwn(2-30)nmmWPT（2-31） 國(guó)家推行節(jié)能降耗政策以來(lái)，各行業(yè)

22、、企業(yè)工藝更新、設(shè)備換代，原有的“單產(chǎn)電耗數(shù)據(jù)”多已過時(shí)，新的數(shù)據(jù)尚無(wú)權(quán)威提供，目前較難實(shí)施。 (2) 單位面積耗電估算法(又稱為負(fù)荷密度法) 適用于工礦企業(yè)及民用建筑,尤其是照明負(fù)荷的估算。已知用電負(fù)荷的使用面積S（ ）和負(fù)荷密度指標(biāo) 時(shí)，則平均負(fù)荷為： 2mm2(/)kW mavPS （2-32） 根據(jù)有關(guān)節(jié)能規(guī)范精神“單位面積耗電量法”將過渡到從節(jié)能限耗角度出發(fā)的“單位指標(biāo)耗電量法”，而單位指標(biāo)又分為現(xiàn)行（上限）值及（未來(lái)）目標(biāo)值。.2 單相用電設(shè)備組單相用電設(shè)備組 供配電系統(tǒng)中，廣泛使用三相設(shè)備外，還有如照明、電熱、電焊這些單相設(shè)備。首先，應(yīng)盡可能地將單相設(shè)備均勻分布在

23、三相，以使三相負(fù)荷保持平衡。 單相負(fù)荷的計(jì)算處理原則為：三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相總?cè)萘康?5%時(shí)，單相設(shè)備按三相負(fù)荷平衡計(jì)算；三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘砍^總?cè)萘康?5%時(shí)，應(yīng)把單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再算出三相等效計(jì)算負(fù)荷。單相設(shè)備組等效為三相設(shè)備容量的計(jì)算又分為3種情況。1.1.單相設(shè)備接于相電壓?jiǎn)蜗嘣O(shè)備接于相電壓 三相等效計(jì)算負(fù)荷為最大負(fù)荷相所接單相設(shè)備容量 的3倍： （2-33）2 2. .單相設(shè)備接于線電壓?jiǎn)蜗嘣O(shè)備接于線電壓 （1）接于同一線電壓 由于容量 為的單相設(shè)備接在線電壓上產(chǎn)生的電流 ，應(yīng)與等效三相設(shè)備容量 產(chǎn)生的電流 相等，因此其等效三相設(shè)備容量為：

24、(cos )eIPUeP/( 3cos )eIPU（2-34） （2）接于不同線電壓 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)備容量的換算公式為： W相: U相: V相:e WWU WWUVW WVWe WWU WWUVW WVWPpPpPQqPqPe UUV UUVWU UWUe UUV UUVWU UWUPpPpPQqPqPe VVW VVWUV VUVe VVW VVWUV VUVPpPpPQqPqP（2-35）（2-36）（2-37） 式中， 、 、 依次為接于WU、UV、VW相間的有功設(shè)備容量； 、 、 依次為換算為W、U、V相的有功設(shè)備容量； 、 、 依次為換算為W、U、V相

25、的無(wú)功設(shè)備容量； 、 、依次為接于WU、UV、VW相間的有功/無(wú)功設(shè)備容量換算為W、U、V相的有功/無(wú)功設(shè)備容量的換算系數(shù)，如下表所示。WU WqWU Wpe VQe UQe WQe VPe UPe WPVWPUVPWUP 相間負(fù)荷換算為相負(fù)荷的功率換算系數(shù) 3.3.單相設(shè)備有的接于線電壓、有的接于相電壓?jiǎn)蜗嘣O(shè)備有的接于線電壓、有的接于相電壓 將接于線電壓的單相設(shè)備容量按式（2-35)(2-37）換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分別計(jì)算各相的設(shè)備容量，再按式（2-34）等效為三相容量。2.3 2.3 損損 耗耗 電流流過電力線路和變壓器時(shí)，一般都會(huì)產(chǎn)生功率和電能的損耗。 2.3.1 2.3.1

26、 線路線路 因線路具有電阻和電抗，所以其功率損耗包括有功和無(wú)功兩部分。 （1）有功功率損耗 由電流流過線路電阻引起，其計(jì)算式為：2330310WLWLPI R（2-38） 式中， 為線路的計(jì)算電流（A）； 為線路每相的電阻（ ） ， ，L為線路單位長(zhǎng)度的電阻(/km)，L為線路的計(jì)算長(zhǎng)度（km）。30IWLR0WLRR L0R （2）無(wú)功功率損耗 由電流流過線路電抗引起，其計(jì)算式為： 2330310WLWLQI X（2-39） 式中， 為線路的計(jì)算電流（A）； 為線路每相的電抗（ ）， ， 為線路單位長(zhǎng)度的電抗（ ）（一般對(duì)架空線路其值為0.4 左右，對(duì)電纜線路其值為0.08 左右）；L為線路

27、的計(jì)算長(zhǎng)度（km）。30IWLX0WLXX L0X/km/km/km 可通過查表得到。但是查 不僅要根據(jù)導(dǎo)線（或電纜）截面，還要根據(jù)導(dǎo)線間的幾何均距。其幾何均距是三相線路各相導(dǎo)線間距離的幾何平均值。如圖2-5a所示A、B、C三相線路，其線間幾何均距為：0X0X3123avaa a a（2-40） 如導(dǎo)線為等邊三角形排列（圖2-5b），則 3avaa a aa 如導(dǎo)線為水平等距排列（圖2-5c），則33221.26avaaa aaaa)一般情況 b)等邊三角形排列 c)水平等距排列圖2-5 三相線路的線間距離2.3.2 2.3.2 變壓器變壓器 變壓器同樣具有電阻和電抗,所以其功率損耗也包括有功

28、功率損耗和無(wú)功功率損耗兩部分。1. 有功功率損耗有功功率損耗 1）鐵損 是變壓器主磁通在鐵心中產(chǎn)生的有功損耗。變壓器空載時(shí)的損耗為空載損耗，由鐵損和一次繞組中的有功損耗產(chǎn)生?？蛰d電流 很小，在一次繞組中產(chǎn)生的有功功率損耗也很小，可忽略不計(jì)，故空載損耗 可認(rèn)為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗，可由變壓器空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定。變壓器主磁通只與外加電壓有關(guān)。當(dāng)外加電壓和頻率恒定時(shí)，鐵損與負(fù)荷無(wú)關(guān)，是定值。 FeP0I0P 2）銅損 是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比。變壓器負(fù)載試驗(yàn)（原稱短路試驗(yàn)）時(shí)，一次側(cè)施加的電壓 很小，鐵心的主磁通很小，在鐵心中

29、產(chǎn)生的有功功率損耗可略去不計(jì)，故變壓器的負(fù)載損耗PK可近似為變壓器在額定電流下的銅損 ，則可由變壓器負(fù)載試驗(yàn)測(cè)得。因此變壓器的有功功率損耗為：CuPkU.Cu NP20TkPPP 223030.0TFeCuFeCu NkNNSSPPPPPPPSS 或 （2-42） 式中， 為變壓器的額定容量； 為變壓器的計(jì)算負(fù)荷； 為變壓器的負(fù)荷率（ = ）； 為變壓器空載損耗； 為變壓器短路損耗。NS30S30/NSS0PKP2.2.無(wú)功功率損耗無(wú)功功率損耗 1）勵(lì)磁損耗 是變壓器空載時(shí)，產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流造成的無(wú)功功率損耗。它和繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)，其值與勵(lì)磁電流（或近似與空載電流）成正比，即0Q0

30、Q0%100NIS（2-43）式中， 為變壓器空載電流占額定電流的百分值。0%I 2） 電抗損耗 是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組電抗上所產(chǎn)生的無(wú)功功率損耗，其值也與電流的平方成正比。因變壓器繞組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，故近似認(rèn)為其在額定電流時(shí)的值與阻抗電壓成正比，即0Q%100kNNUQS（2-44） 式中， 為變壓器的阻抗電壓百分值（近似為變壓器短路電壓與額定電壓的百分比）。%kU因此，變壓器的無(wú)功功率損耗為 或300022030%100100TNKNNNISUSQQQQQSSS 20%100100KTNIUQS（2-45）（2-46） 以上（2-41）（2-46）各式中， 、 、 和 均可由變

31、壓器產(chǎn)品資料中查得。0PkP0%I%kU 在負(fù)荷計(jì)算中，低損耗電力變壓器的功率損耗，還可按下列簡(jiǎn)化公式粗略估算：有功功率損耗 （2-47）無(wú)功功率損耗 （2-48）300.015TPS300.06TQS2.3.3 2.3.3 電能損耗電能損耗 供配電系統(tǒng)中的線路和變壓器常年持續(xù)運(yùn)行，其電能損耗相當(dāng)可觀，直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)設(shè)法降低。1 1. . 年最大負(fù)荷損耗小時(shí)年最大負(fù)荷損耗小時(shí) 是線路或變壓器中流過最大計(jì)算電流 ，產(chǎn)生相等于全年流過實(shí)際變化電流時(shí)的電能損耗的假想時(shí)間，它與年最大負(fù)荷利用小時(shí) 和負(fù)荷功率因數(shù)有一定關(guān)系。圖2-6為不同功率因數(shù)下的 與 和負(fù)荷功率因數(shù)的關(guān)系曲線。30

32、ImaxTmaxT圖2-6 - 關(guān)系曲線maxT 當(dāng) ，且線路電壓不變時(shí) （2-49）cos12max8760T2. 2. 線路的電能損耗線路的電能損耗 線路上全年的電能損耗 按下式計(jì)算aW2303aWLWIR（2-50） 式中， 為通過線路的計(jì)算電流； 為線路每相的電阻；為年最大負(fù)荷損耗小時(shí)。3 3. . 變壓器的電能損耗變壓器的電能損耗 1）鐵損 引起的電能損耗只要外施電壓和頻率不變，就固定不變。 近似地等于其空載損耗 ，因此其全年電能損耗為30IWLRFePFeP0P087608760FFeeWPP （2-51） 2）銅損 引起的電能損耗與負(fù)荷電流（或功率）平方成正比，即與變壓器負(fù)荷率

33、的平方成正比。而 近似地等于其短路損耗 ，因此其全年電能損耗為CuPCuPkP22CukCuWPP （2-52） 式中， 為變壓器的年最大負(fù)荷損耗小時(shí)。 變壓器全年的電能損耗為 （2-53）208760FeCakuWWPPW 4.4.全廠的電能消耗全廠的電能消耗 年電能消耗量除前述可用其年產(chǎn)量和單產(chǎn)耗電量估算外，可用其有功和無(wú)功計(jì)算負(fù)荷 和 按下式較精確的計(jì)算。30P30Q年有功電能消耗量： （2-54）.30p aaWP T 年無(wú)功電能消耗量：（2-55）.30q aaWQ T 式中， 為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.70.75； 為年平均無(wú)功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.760.82； 為年實(shí)際工作

34、小時(shí)數(shù)，一班制可取2300h，兩班制可取4600h，三班制可取6900h。aT#2.4 #2.4 尖峰電流尖峰電流 尖峰電流 指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)12s的短時(shí)最大負(fù)荷電流。它是由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、電壓波動(dòng)等原因引起的。計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、斷路器和繼電保護(hù)裝置，以及計(jì)算電壓波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)力作用下的穩(wěn)定性。kpI 給單臺(tái)用電設(shè)備供電的支線的尖峰電流即用電設(shè)備的起動(dòng)電流： 2.4.1 2.4.1 單臺(tái)用電設(shè)備單臺(tái)用電設(shè)備NpkststIIK I（2-56） 式中： 為設(shè)備額定電流； 為設(shè)備起動(dòng)電流； 為設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)，籠型電動(dòng)機(jī)為57，繞線型電動(dòng)機(jī)為23，直流電動(dòng)機(jī)為1.7，電焊變壓

35、器為3或稍大（詳查樣本或銘牌）。NIstIstK2.4.2 2.4.2 多臺(tái)用電設(shè)備多臺(tái)用電設(shè)備 給多臺(tái)用電設(shè)備供電的干線尖峰電流：1.max1nN istipkIKII（2-57） 或： （2-58）30max()pkstNIIII 式中， 、 分別為用電設(shè)備中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流及起動(dòng)電流與額定電流之差； 起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備除外的其他n-1臺(tái)設(shè)備的額定電流之和； 為n-1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，按臺(tái)數(shù)多少選取，一般為0.71； 為全部設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流（所有設(shè)備額定電流之和乘同時(shí)系數(shù) ）。maxstImax()stNII.11NniiIK

36、30IK 例2-1：某線路供給5臺(tái)電動(dòng)機(jī)見下表，請(qǐng)計(jì)算此線路的尖峰電流。 例2-1條件解： 起動(dòng)與額定電流差為： M1：42.0-8.3=33.7（A） M2：193.2-27.6=165.6（A） M3：60.0-9.9=50.1（A） M4：197.0-35.8=161.2（A） M5：40.6-5.8=34.8（A） 可見電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)電流與額定電流差最大 (M4起動(dòng)電流最大，但它與額定電流差次之)。 設(shè) =0.9，由式（2-57）得：或由式（2-58）得： K0.9(8.39.935.85.8)193.2247( )pKIA(8.327.69.935.85.8)(193.227.6)2

37、53( )pKIA 分析：前者略小，因前項(xiàng)乘以同時(shí)系數(shù)0.9所致，在工程誤差范圍內(nèi)。2.5 2.5 功率因數(shù)功率因數(shù) 2.5.1 2.5.1 度量度量 功率因數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)重要電氣參數(shù)。它隨負(fù)荷和電源電壓的變動(dòng)而變動(dòng)，因此它的度量也就有多種方法。1.1.瞬時(shí)功率因數(shù)瞬時(shí)功率因數(shù) 它是針對(duì)某一時(shí)刻的功率因數(shù)值。用于觀察功率因數(shù)的變化，即了解和分析用戶或設(shè)備在用電過程中無(wú)功功率的變化狀況，以便采取相應(yīng)補(bǔ)償措施，以及為日后進(jìn)行設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)?？捎晒β室驍?shù)表（相位表）直接測(cè)量，也可用在同一時(shí)刻測(cè)得的有功功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式計(jì)算： 式中，P為功率表

38、測(cè)出的三相功率讀數(shù)（kW）；U為電壓表測(cè)出的線電壓的讀數(shù)（kV）；I為電流表測(cè)出的線電流讀數(shù)（A）。2.2.平均功率因數(shù)平均功率因數(shù) 某段時(shí)間內(nèi)功率因數(shù)的平均值，也稱為加權(quán)平均功率因數(shù)、均權(quán)平均功率因數(shù)。供電部門根據(jù)月平均功率因數(shù)調(diào)整用戶的電費(fèi)電價(jià)。平均功率因數(shù)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增加一定比例的電費(fèi)；而高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，減少一定比例的電費(fèi)。以此經(jīng)濟(jì)杠桿鼓勵(lì)用戶提高功率因數(shù)，達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目的。cos3PUI（2-59）（1）由消耗的電能計(jì)算 22222221cos1aavaavaaraavavrrWPWtQWWWWWtPtW 式中， 為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kWh），由有功電度表讀數(shù)得

39、出； 為某一時(shí)間內(nèi)消耗的無(wú)功電能（kvar.h），由無(wú)功電度表讀數(shù)得出。 若用戶在電費(fèi)計(jì)量點(diǎn)裝設(shè)感性和容性的無(wú)功電度表來(lái)分別計(jì)量感性無(wú)功電能（ ）和容性無(wú)功電能（ ），則按以下公式計(jì)算： （2-61）aWrWrLWrcW22cosaavarLrcWWWW（2-60）（2）由計(jì)算負(fù)荷計(jì)算 （2-62） 2221cos()()1avavcccccavPPSQPPQ 式中， 為有功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.70.75）； 為無(wú)功負(fù)荷系數(shù)（一般為0.760.82）。3. 3. 最大負(fù)荷的功率因數(shù)最大負(fù)荷的功率因數(shù) 它是年最大負(fù)荷（計(jì)算負(fù)荷）時(shí)的功率因數(shù)。供電營(yíng)業(yè)規(guī)則規(guī)定：用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷

40、時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：“100kV.A及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購(gòu)轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上。農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為0.80”此時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)視為最大負(fù)荷的功率因數(shù)。其計(jì)算式為：3030cosPS（2-63）2.5.2 2.5.2 影響影響 供配電系統(tǒng)輸送同樣的有功功率時(shí)，若系統(tǒng)功率因數(shù)過低，伴隨輸送的無(wú)功功率將過大，主要會(huì)產(chǎn)生如下影響。 1）設(shè)備及供電線路的有功功率損耗增大。由于無(wú)功損耗的增大而引起的總電流的增加，使得系統(tǒng)中有功功率損耗增加。 2）電壓損失增大。系統(tǒng)總電流增大，正比于系統(tǒng)中流過的電流的電壓損失增加，使得調(diào)壓困

41、難、電壓偏低，這對(duì)于生產(chǎn)和生活將造成很大的損失。 3）電氣元件容量增大。系統(tǒng)中輸送的總電流增加，使得各電氣元件（如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線）容量增大，從而使工廠內(nèi)部的起動(dòng)控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表等規(guī)格尺寸增大，導(dǎo)致初投資增大。 4）發(fā)電設(shè)備出力降低。無(wú)功電流的增大，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過允許范圍，為保證轉(zhuǎn)子繞組的正常工作，發(fā)電機(jī)就不能達(dá)到預(yù)定的出力。2.5.3 2.5.3 改善措施改善措施1.無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑?供配電系統(tǒng)中有大量的電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、氣體放電燈及串電抗器的電弧爐等感性負(fù)荷，從而使系統(tǒng)感性無(wú)功大，至使功率因數(shù)低。要提高功率因數(shù)，必須投

42、入容性無(wú)功，以抵消部分感性無(wú)功，使總的無(wú)功功率減小，這作法就是無(wú)功功率補(bǔ)償。圖2-7形象地反映這一過程。 投入容性無(wú)功 ，使系統(tǒng)感性無(wú)功由 減小到 ，即使功率因數(shù)角從 減到 ，也就是使功率因數(shù)由 提高到 。此時(shí)系統(tǒng)有功功率仍為 不變，而視在功率由 減小到 。此時(shí)補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功容量為： （2-64）CQ30Q30Qcoscos30P30S30S303030(tantan)CQQQP或：30CcQq P （2-65） 式中， 稱為無(wú)功補(bǔ)償率，或比補(bǔ)償容量。它表示要使1kW的有功功率由 提高到 所需要的無(wú)功補(bǔ)償容量的kvar值，其單位為“kvar/kW” 。 tantancqcoscos圖2-7 功

43、率因數(shù)的提高與無(wú)功功率、視在功率的變化2. 2. 具體措施具體措施 （1）提高自然功率因數(shù) 不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，采取減小供電系統(tǒng)自身無(wú)功功率的措施，即提高自然功率因數(shù)。它不需要增加投資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。 1）正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量； 2）減少電動(dòng)機(jī)的空載或輕載運(yùn)行狀況； 3）保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量； 4）合理選擇變壓器的容量； 5）交流接觸器節(jié)電運(yùn)行。 （2）并聯(lián)電力電容器補(bǔ)償 這是應(yīng)用最為廣泛的提高系統(tǒng)功率因數(shù)的主要方式。 1)特點(diǎn)。 有功損耗小，約為0.25%0.5%，而同步調(diào)相機(jī)約為1.5%3%。 無(wú)旋轉(zhuǎn)部分，運(yùn)行維護(hù)方便。 機(jī)動(dòng)靈活，可按系統(tǒng)需要，增加或減少安裝容量

44、和改變安裝地點(diǎn)。 獨(dú)立性強(qiáng)，個(gè)別電容器損壞不影響整個(gè)裝置運(yùn)行。 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式在短路時(shí)，同步調(diào)相機(jī)將增加短路電流，增大用戶開關(guān)的斷流容量，而電容補(bǔ)償無(wú)此動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)。 只能有級(jí)調(diào)節(jié)，而不能隨無(wú)功變化進(jìn)行平滑連續(xù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 油浸電容器當(dāng)通風(fēng)不良及運(yùn)行溫度過高時(shí)易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障，目前已普遍采用金屬化電容器，無(wú)此擔(dān)憂。 2）并聯(lián)電容器。 型號(hào)：并聯(lián)電容器的型號(hào)由文字和數(shù)字兩部分組成，型號(hào)各部分所表示的意義如下。 接線：并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜鞔蠖嘧龀扇?，低壓?.5kV以下）并聯(lián)電容器其內(nèi)部接成三角形。 保護(hù)：并聯(lián)電容器的主要故障形式是短路。對(duì)于低壓電容器和容量不超過450kvar的

45、高壓電容器，可用熔斷器作為相間短路保護(hù)；對(duì)于容量較大的高壓電容器組，則需用高壓斷路器，設(shè)瞬時(shí)或短延時(shí)過電流保護(hù)作為相間短路保護(hù)。 電容器對(duì)電壓敏感，一般規(guī)定電網(wǎng)電壓不得超過電容器額定電壓的10%。故凡電容器安裝處的電網(wǎng)電壓可能超過其額定電壓10%時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)裝置。低壓無(wú)功功率補(bǔ)償配電屏（柜）內(nèi)并聯(lián)于電力電容器旁的避雷器，即為實(shí)現(xiàn)此保護(hù)功能。 3）補(bǔ)償方式。 高壓集中補(bǔ)償。將高壓電容器組集中裝設(shè)在總降壓變電所的10（6）kV母線上。它只能補(bǔ)償總降壓變電所的10（6）kV母線前的供配電系統(tǒng)的無(wú)功功率，而對(duì)無(wú)功功率在此后的供配電系統(tǒng)中引起的損耗無(wú)法補(bǔ)償，因此補(bǔ)償范圍最小，經(jīng)濟(jì)效果較差。但由于

46、裝設(shè)集中，運(yùn)行條件較好，維護(hù)管理方便，投資較少，且總降壓變電所10（6）kV母線停電機(jī)會(huì)少，因此電容器利用率高。這種方式在一些大中型企業(yè)和大的民用用電用戶中應(yīng)用相當(dāng)普遍。圖2-8為接在變配電所10（6）kV母線上的高壓集中補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)線圖。電容器是形接線，裝入成套的高壓電容器柜。FU是為防電容器擊穿時(shí)引起相間短路的高壓熔斷器，電壓互感器TV作為電容器的放電裝置。圖2-8 高壓集中補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)線 低壓集中補(bǔ)償。將低壓電容器集中裝設(shè)在車間變電所或建筑物變電所的低壓母線上。它只能補(bǔ)償車間變電所或建筑物變電所低壓母線前變壓器和高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無(wú)功功率，對(duì)變電所低壓母線后的設(shè)備則不起作用。但其補(bǔ)償范圍比

47、高壓集中補(bǔ)償更大，且該補(bǔ)償方式能使變壓器的視在功率減小，從而使變壓器的容量選得較小，因此較經(jīng)濟(jì)。這種補(bǔ)償多以低壓配電屏這種成套方式實(shí)施。這種低壓電容器補(bǔ)償屏一般安裝在低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)安全方便。該補(bǔ)償方式在用戶中應(yīng)用相當(dāng)普遍。圖2-9為低壓集中補(bǔ)償?shù)慕泳€。電容器也采用形接線，和高壓集中補(bǔ)償不同的是，放電裝置為放電電阻或220V、1525W的白熾燈的燈絲電阻。如果用白熾燈放電，白熾燈還可起指示電容器組正常運(yùn)行與否的作用。圖2-9 低壓集中補(bǔ)償?shù)慕泳€ 高壓、低壓的就地補(bǔ)償。它是在個(gè)別功率因數(shù)較低的高壓、低壓設(shè)備旁裝設(shè)補(bǔ)償電容器的單獨(dú)就地補(bǔ)償，亦稱個(gè)別補(bǔ)償或分散補(bǔ)償。該方式能補(bǔ)償安裝部位以前的所

48、有設(shè)備，因此補(bǔ)償范圍最大，效果最好。 但投資較大，且如果被補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備停止運(yùn)行，電容器組也同時(shí)被切除，電容器的利用率較低。同時(shí)小容量電容器單價(jià)高，電容器易受到機(jī)械震動(dòng)及其他環(huán)境條件影響。所以這種補(bǔ)償方式適用長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、無(wú)功功率需要較大、或距電源較遠(yuǎn)、不便于實(shí)現(xiàn)其他補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。一般工廠企業(yè)高、低壓大電動(dòng)機(jī)采用這種方式。圖2-10為直接在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旁的單獨(dú)就地補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)線，其放電裝置通常為用電設(shè)備本身繞組的電阻。圖2-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旁就地補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)線 實(shí)際應(yīng)用中，若能將多種補(bǔ)償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局，將取得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，采用并聯(lián)電容器作無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，宜就地平衡補(bǔ)償。低壓部分的無(wú)功功率宜

49、由低壓電容器補(bǔ)償；高壓部分的無(wú)功功率宜由高壓電容器補(bǔ)償；負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無(wú)功功率宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。補(bǔ)償基本無(wú)功功率的電容器組宜在變配電所內(nèi)集中補(bǔ)償。在正常環(huán)境的車間內(nèi)，低壓電容器宜分散補(bǔ)償。 上述4種方式裝設(shè)位置及補(bǔ)償范圍如圖2-11所示。 4）補(bǔ)償?shù)目刂品绞健?手動(dòng)投切。方式簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、便于維護(hù)，但不能按負(fù)荷變動(dòng)情況及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償而達(dá)到理想的補(bǔ)償要求。下列情況可采用手動(dòng)投切： 補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o(wú)功功率的電容器組； 常年穩(wěn)定的無(wú)功功率； 長(zhǎng)期投入運(yùn)行的變壓器或變配電所內(nèi)投切次數(shù)較少的高壓電容器組。圖2-11 電力電容無(wú)功補(bǔ)償4種方式的裝設(shè)位置及補(bǔ)償范圍 圖2-12為手動(dòng)投切控制的示例，投切

50、控制元件如改用斷路器，更方便對(duì)電容器組進(jìn)行保護(hù)，但費(fèi)用較高，尤其是不如接觸器可用按鈕在控制屏點(diǎn)動(dòng)操作方便。 圖2-12 手動(dòng)投切控制無(wú)功補(bǔ)償 自動(dòng)投切。采用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償控制裝置，按負(fù)荷變動(dòng)情況進(jìn)行補(bǔ)償控制。可達(dá)到比較理想的無(wú)功補(bǔ)償要求，但是投資較大，且維修比較麻煩。下列情況宜裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置： 為避免過補(bǔ)償，裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)； 為避免輕載時(shí)電壓過高，造成某些用電設(shè)備損壞而裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)； 只有裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置才能滿足在各種運(yùn)行負(fù)荷情況下的電壓偏差允許值時(shí)。 低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理電路如圖2-13。電路中的功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器按電力負(fù)荷的變動(dòng)及功率

51、因數(shù)的高低，以一定的時(shí)間間隔（1015s）自動(dòng)控制各組電容器回路接觸器KM的投切，使電網(wǎng)的無(wú)功功率自動(dòng)得到補(bǔ)償，保持功率因數(shù)在事先設(shè)定值，而不會(huì)過補(bǔ)償、或欠補(bǔ)償。圖2-13 低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理電路 浮動(dòng)式控制。將上述兩種方式有機(jī)組合，便成為目前應(yīng)用廣泛，又相對(duì)合理的浮動(dòng)式補(bǔ)償控制方式。 手動(dòng)投切：控制投切系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定部分。 自動(dòng)投切：控制投切系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)钠溆嗖▌?dòng)變化部分。 電氣成套設(shè)備實(shí)際運(yùn)用中常將手動(dòng)投切設(shè)計(jì)為n1面補(bǔ)償屏，自動(dòng)投切設(shè)計(jì)為1面補(bǔ)償屏，組合使用。 （3）同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償 專門用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率的同步電機(jī)稱為同步調(diào)相機(jī)，在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性

52、或感性無(wú)功功率。它通過改變勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的無(wú)功功率的容性或感性性質(zhì)及無(wú)功功率的大小，以改善供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因此損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。雖隨著晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展、勵(lì)磁裝置大幅度改進(jìn)，但價(jià)格昂貴及響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，仍使這種旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的補(bǔ)償方式日漸為靜止補(bǔ)償裝置所代替。 （4）靜止式無(wú)功功率補(bǔ)償 “靜止”是相對(duì)于上述旋轉(zhuǎn)式同步調(diào)相機(jī)而言。傳統(tǒng)的電力電容器無(wú)功功率補(bǔ)償方式是分級(jí)階梯式調(diào)節(jié)，阻抗固定，響應(yīng)速度慢，不能滿足對(duì)波動(dòng)頻繁的無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊?，也就是不能?shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，使用晶閘管控制的靜止型無(wú)功補(bǔ)償

53、裝置日漸成為高要求、大功率無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)闹匾侄巍?1）靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置SVC。 晶閘管控制電抗器TCR的基本結(jié)構(gòu)為兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)分成兩段的電抗器相串聯(lián)后并聯(lián)到電網(wǎng)，相當(dāng)于交流調(diào)壓的電感負(fù)載。通過改變晶閘管的觸發(fā)延遲角來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通程度，從而改變這個(gè)“可控電感”從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率的程度。 晶閘管投切電容器TSC是兩個(gè)反向并聯(lián)采用整流半周控制的晶閘管，上串電抗器，下串電容器后并聯(lián)到電網(wǎng)，根據(jù)電網(wǎng)的無(wú)功功率需求來(lái)投切這些電容器。串聯(lián)電感對(duì)電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流起抑制作用。電路多組并接，就成為了有級(jí)調(diào)節(jié)的、發(fā)出容性無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器。 TCR+TSC為實(shí)現(xiàn)連續(xù)

54、可調(diào)的發(fā)出容性無(wú)功功率的能力，將TSC和TCR相結(jié)合，兼得二者功能。 2）靜止無(wú)功發(fā)生器SVG。將自換相橋式變流電路通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或直接控制其交流側(cè)電流，就可使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。SVG的調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬，且在采用多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后，可大大減少補(bǔ)償電流中的諧波分量，使用的電抗器和電容器容量遠(yuǎn)比SVC中使用的電抗器和電容器要小，這將大大縮小裝置的體積。2.6 2.6 系統(tǒng)負(fù)荷的計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷的計(jì)算 系統(tǒng)負(fù)荷的計(jì)算實(shí)際上是前述各節(jié)各種負(fù)荷計(jì)算方法的綜合運(yùn)用。從計(jì)算次序來(lái)說(shuō)是從末級(jí)（負(fù)

55、荷端）逐級(jí)向上到首級(jí)（電源端）的逐級(jí)倒算。下面以兩類例題分別介紹其計(jì)算的步驟及方法。2.6.1 2.6.1 工礦用電負(fù)荷工礦用電負(fù)荷1.1.求總降壓變電所的計(jì)算負(fù)荷求總降壓變電所的計(jì)算負(fù)荷 例2-2 寫出求圖2-14所示系統(tǒng)總降壓變電所的計(jì)算負(fù)荷的步驟及算式。圖2-14 例2-2條件解： 1）計(jì)算供給單臺(tái)用電設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷(圖中1點(diǎn)處的負(fù)荷)分別用下列方法： 斷續(xù)周期工作設(shè)備暫載率轉(zhuǎn)換，運(yùn)用式（2-2）（2-4）。 線電壓等效為相電壓，運(yùn)用式（2-35）（2-37）。 單相等效為三相，運(yùn)用式（2-33）。 設(shè)備效率轉(zhuǎn)換： （2-66） 式中：設(shè)備效率 查表可得，也可計(jì)算得到。 2）計(jì)算用

56、電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷(圖中2點(diǎn)處的負(fù)荷) 分別用下列方法： 需要系數(shù)法：運(yùn)用式（2-10）（2-20）。 利用系數(shù)法：運(yùn)用式（2-21）（2-29）。30NiPP 3）計(jì)算車間干線或多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷(圖中3點(diǎn)處的負(fù)荷P30.3)運(yùn)用式（2-17）（2-20），有功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù) 取0.850.95；無(wú)功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù) 取0.90.97。 4）計(jì)算車間變電所或建筑物變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷(圖中4點(diǎn)處的負(fù)荷P30.4)運(yùn)用式（2-17）（2-20），有功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù) 取0.900.95， 取0.930.97。 也有計(jì)算將3）、4）兩點(diǎn)合并，取此時(shí)的同時(shí)系數(shù)計(jì)算（下面計(jì)算實(shí)例即按此）。 5）

57、計(jì)算車間變電所或建筑物變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷(圖中5點(diǎn)處的負(fù)荷P30.5)先按式（2-42）及（2-46）計(jì)算出 的 及 ，再代入： qKPKPKqK1TTPTQ30 530 41TPPP30 530 41TQQQ（2-67） 6）計(jì)算總降壓變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷(圖中6點(diǎn)處的負(fù)荷 )若總降壓變電所到車間或建筑物的距離較長(zhǎng)，應(yīng)考慮線路的功率損耗。其功率損耗 ， 按式（2-38/39計(jì)算，再把總降壓變電所二次側(cè)各出線的計(jì)算負(fù)荷（已經(jīng)考慮了線路損耗）相加并乘以同時(shí)系數(shù)（有功、無(wú)功負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)可取0.80.97），即得企業(yè)總降壓變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，即： 30 6PwlPwlQ30 630 5

58、pwlPKP （P）30 630q5wlQKQ（Q）(2-68) 7）計(jì)算總降壓變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷（圖中7點(diǎn)處的負(fù)荷P ） 先按5）類似方法，先按式（2-42）及（2-46）計(jì)算出 的 及 ，再代入：30 71TTPTQ30 730 62TPPP 30 730 62TQQQ 2230 730 730 7SPQ30 730.73NSIU（2-69）2.求車間變電所的計(jì)算負(fù)荷 （1）例2-3 某中型化工廠的蒸發(fā)干燥車間設(shè)備裝機(jī)清單如下表所示，按需要系數(shù)法填寫負(fù)荷計(jì)算書，并附計(jì)算過程。 1）說(shuō)明。此例是一個(gè)將真實(shí)工程簡(jiǎn)化得出的綜合題，靈活變化后可適用于不少場(chǎng)合。也可取其中某部分，解決單項(xiàng)具體問題

59、。內(nèi)容包括： 用電設(shè)備容量的計(jì)算； 各設(shè)備組的需要系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算； 車間變電所級(jí)的低壓集中無(wú)功功率補(bǔ)償量的計(jì)算； 車間變電所變壓器選用及相關(guān)計(jì)算，即完成車間變電所向上一級(jí)供電部門需提交參數(shù)的計(jì)算； 按設(shè)計(jì)院使用的“負(fù)荷計(jì)算書”填寫全部結(jié)果。2）條件，如下表。 例2-3條件(車間設(shè)備裝機(jī)清單）（2）解例2-3 1）設(shè)備負(fù)荷的歸整。 電熱干燥箱：盡可能均分三相，設(shè)為如下分配方式。 220-W：10kW2 220-U：30kW 220-V：20kW 取功率最大相B，按式2-33： =330=90（kW） 焊機(jī)類：將暫載率統(tǒng)一化為該類標(biāo)準(zhǔn)值： 380-WU：14 kW2（FC=100%） 380-UV

60、：20 kW1（FC=100%） 380-VW：30 kW1（FC=60%） 僅需歸算，按式（2-3）： =30 =23.2（kW）303BPPVWPVWP 將其各自歸算到單相，按式（2-35）（2-37），并查表得: =0.89 （14 2）+0.11 23.2=27.5（kW） =0.11（142）+0.8920=20.9（kW） =0.11（201）+0.8923.3=22.8（kW） 取最大相（W相）折成三相功率，即： 計(jì)算負(fù)荷按式（2-33）： =327.5=82.5（kW） 有功按式（2-12）： =82.5 0.35=28.9（kW） 無(wú)功按式（2-13）： =2.68 28.9