工廠供配電技術(shù)電子教案第7章2課件

1、變壓器的空載無(wú)功損耗Qo可用下式近似計(jì)算：（7-2）式中：I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值，SL7型變壓器的Io%可查附表7-4。變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗QN可由下式近似計(jì)算（7-3）式中：Uk%為變壓器的短路電壓（阻抗電壓UZ）占額定電壓的百分值，SL7型變壓器的Uk%可查附表7-4。 要使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷Sec.T下，就必須滿足變壓器單位容量的有功損耗換算值P/S為最小值的條件。令d(P/S)/dS=0,可得變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為（7-4）變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷與變壓器額定容量之比，稱為變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)或經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率，用Kec.T表示，即（7-5）一般電力變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為50%左右

2、。 對(duì)于新型節(jié)能變壓器，經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率比舊型號(hào)小。若按此原則選擇變壓器，則使初次投資加大，基本電費(fèi)也增多。因此變壓器容量的選擇要多方面綜合考慮，負(fù)荷率大致在70%左右比較適合我國(guó)國(guó)情。例7-1試計(jì)算SL7-500/10型變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率。解 查附表7-4得SL7-500/10型變壓器的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)：PO=1.08kW, PK=6.9kW,IO%=2.1,UK%=4。由式（7-2）得QO0.021500kV.A=10.5kvar由式（7-3）得QN0.04500kV.A=20kvar取Kq=0.1，由式（7-5）得此型號(hào)變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為：因此變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為：Sec.T=Kec.T

3、SN=0.49500kV.A=245kV.A(2)兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷假如變電所有兩臺(tái)同型號(hào)同容量（SN）的變壓器，變電所的總負(fù)荷為S。一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，由式（7-1）求得其在負(fù)荷為S 時(shí)的有功損耗換算值為PP0KqQ0+(Pk+KqQN)(S/SN)2 兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行 時(shí)，每臺(tái)承擔(dān)負(fù)荷為S/2，因此由式（7-1）求得兩臺(tái)變壓器的有功損耗換算值為：P2(P0KqQ0)+2(Pk+KqQN) (S/2SN)2 將以上兩式P與S的函數(shù)關(guān)系繪成如圖7-9所示兩條曲線，兩條曲相交于A點(diǎn)，圖7-9 兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的變壓器負(fù)荷,就是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷，用SCr

4、表示。當(dāng)S=SScr時(shí)，因PP,故宜于一臺(tái)運(yùn)行。當(dāng)S=SScr時(shí)，因PP，故宜于兩臺(tái)運(yùn)行。當(dāng)S=Scr時(shí)，則PP，即由此可求得兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)的臨界負(fù)荷為： （7-6）如果是n臺(tái)同型號(hào)同容量的變壓器，則n與n-1臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為： （7-7） 例7-2 某廠變電所裝有兩臺(tái)SL7-500/10型變壓器，試計(jì)算此變電所變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷值。解 可利用例7-1的同型變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)，代入式（7-6）求得此變電所兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為（取Kq=0.1）因此，當(dāng)負(fù)荷S346kV.A時(shí)，宜于一臺(tái)運(yùn)行；當(dāng)負(fù)荷S346kV.A時(shí)，宜于兩臺(tái)運(yùn)行。7.2.3采用人工補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)工廠中

5、由于有大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等感性負(fù)載，還有感性的電力變壓器，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時(shí)，則需考慮增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。移相電容器就是一種常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置。移相電容器與同步補(bǔ)償機(jī)相比，因無(wú)旋轉(zhuǎn)部分，所以它具有安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便以及有功損耗?。ㄒ话慵s占無(wú)功容量的0.3%0.5%）等優(yōu)點(diǎn)。所以，在電力系統(tǒng)中，尤其是在工業(yè)企業(yè)的供電電網(wǎng)中，得到了十分廣泛的應(yīng)用。移相電容器的缺點(diǎn)是，使用壽命短，損壞后不便修復(fù)。另外，移相電容器的無(wú)功出力與電壓的平方成正比。這樣當(dāng)系統(tǒng)電壓降低，需要更

6、多的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償以提高系統(tǒng)電壓時(shí)，而電容器卻因電壓低而降低了出力。反之，若系統(tǒng)不需要補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)，電容器仍然作為電容性無(wú)功功率向電網(wǎng)補(bǔ)償，使負(fù)載電壓過(guò)分地提高，這也是它的一個(gè)缺點(diǎn)。1、并聯(lián)電容器的接線無(wú)功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器大多采用形接線，只是少數(shù)容量較大的高壓電容器組除外。而低壓并聯(lián)電容器絕大多數(shù)是做成三相的，且內(nèi)部已接成三角形。三個(gè)電容為C的電容器接成形，容量為Qc()=3CU2，式中U為三相線路的線電壓。如果三個(gè)電容為c的電容器接成Y形，則容量為QC（Y）=3CU2，式中U為三相線路的相電壓， 由于 ，因此QC（）=3QC（Y）。這是并聯(lián)電容器采用接線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。另外電容器采用接線時(shí)，

7、任一電容器斷線，三相線路仍得到無(wú)功補(bǔ)償；而采用Y接線，一相斷線時(shí)，斷線的那一相將失去無(wú)功補(bǔ)償。 但是也必須指出，電容器采用接線時(shí)，任一電容器擊穿短路時(shí)，將造成三相線路的兩相短路，短路電流很大，有可能引起電容器爆炸。這對(duì)高壓電容器特別危險(xiǎn)。如果電容器采用Y形接線，情況就完全不同。圖7-10a為電容器Y接線時(shí)正常工作的電流分布，圖7-10 b為電容器Y接線時(shí)而a相電容器擊穿短路時(shí)的電流分布和相量圖a) 正常時(shí)的電流分布 b) A相電容器擊穿短路時(shí)的電流分布和相量圖圖7-10 三相線路中電容器Y聯(lián)時(shí)的電流分布電容器正常工作時(shí)（圖7-10a）（圖7-8）式中，XC=1/C；U為相電壓當(dāng)A 相電容器擊穿

8、短路時(shí)（圖7-10b）（圖7-9）由上式可知，電容器采用Y形接線，在其中一相電容器擊穿短路時(shí)，其短路電流僅為正常工作電流的3倍，因此相對(duì)比較安全.所以GB50053-199410KV以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高壓電容器組宜接成中性點(diǎn)不接地星形，容量較小時(shí)（450kvar及以下）宜按成三角形。低壓電容器組應(yīng)接成三角形。 2、并聯(lián)容器的裝設(shè)位置并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和單獨(dú)就地補(bǔ)償三種方式，如圖7-11所示。圖7-11并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置和補(bǔ)償效果（1）高壓集中補(bǔ)償高壓集中補(bǔ)償是將高壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變配電所的610kV母線上。這種補(bǔ)償方式只能

9、補(bǔ)償610KV母線以前線路上的無(wú)功功率，而母線后的廠內(nèi)線路的無(wú)功功率得不到補(bǔ)償，所以這種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)效果較后兩種補(bǔ)償方式差。但這種補(bǔ)償方式的初投資較少，便于集中運(yùn)行維護(hù)，而且能對(duì)工廠高壓側(cè)的無(wú)功功率進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償，以滿足工廠總功率因數(shù)的要求，所以這種補(bǔ)償方式在一些大中型工廠中應(yīng)用相當(dāng)普遍。圖7-12是接在變配電所610kV母線上的集中補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器組接線圖。這里的電容器組采用聯(lián)結(jié)，裝在成套電容器柜內(nèi)。為了防止電容器擊穿時(shí)引起相間短路，所以形接線的各邊， 均接有高壓熔斷保護(hù)。由于電容器從電網(wǎng)上切除時(shí)有殘余電壓，殘余電壓最高可達(dá)電網(wǎng)電壓的峰值，這對(duì)人身是很危險(xiǎn)的，因此必須裝設(shè)放電裝置。圖7

10、-12中的電壓互感器TV一次繞組就是用來(lái)放電的。為了確?？煽糠烹姡娙萜鹘M的放電回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)。圖7-12 高壓集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M接線圖按GB50053-1994規(guī)定，室內(nèi)高壓電容器裝置宜設(shè)置在單獨(dú)房間內(nèi)。當(dāng)電容器組容量較小時(shí)，可設(shè)置在高壓配電室內(nèi)，但與高壓電容配電裝置的距離不應(yīng)小于1.5m。（2）低壓集中補(bǔ)償?shù)蛪杭醒a(bǔ)償是將低壓電容器集中裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上。這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償變電所低壓母線以前包括變壓器及其前面高壓線路和電力系統(tǒng)的無(wú)功功率。由于這種補(bǔ)償方式能使變電所主變壓器的視在功率減小，從而可選較小容量的主變壓器，因此比較經(jīng)濟(jì)。特別是供電部門對(duì)工廠的電費(fèi)制度通常實(shí)行的

11、是兩部電費(fèi)制（一部分是按每月實(shí)際用電量計(jì)算電量，稱為電度電費(fèi)，另一部分是按裝用的變壓器容量計(jì)算電費(fèi)，稱為基本電費(fèi)），主變壓器容量減小，基本電費(fèi)就減少了，可使工廠的電費(fèi)開支減少，所以這種補(bǔ)償方式在工廠中應(yīng)用非常普遍。 低壓電容器柜一般可安裝在低壓配電室內(nèi)，與低壓配電屏并列裝設(shè)；只在電容器柜較多時(shí)才需考慮單設(shè)一房間。圖7-13是低壓集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M接線圖。這種低壓電容器組，都采用聯(lián)結(jié)，通常利用200V、1525W的白熾燈的燈絲電阻來(lái)放電（也有專用的放電電阻來(lái)放電的），這些放電白熾燈同時(shí)作為電容器組正常運(yùn)行的指示燈。圖7-13低壓集中補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M接線圖（3）單獨(dú)就地補(bǔ)償單獨(dú)就地補(bǔ)償，又稱個(gè)別補(bǔ)償

12、或分散補(bǔ)償，是將并聯(lián)電容器組裝設(shè)在需進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)母鱾€(gè)用電設(shè)備旁邊。這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位以前的所有高低壓線路和變壓器中的無(wú)功功率，所以其補(bǔ)償范圍最大，補(bǔ)償效果最好，應(yīng)予優(yōu)先采用。但是這種補(bǔ)償方式總的投資較大，且電容器組在被補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備停止工作時(shí)，它也將一并被切除，因此其利用率較低。 這種單獨(dú)就地補(bǔ)償方式特別適于負(fù)荷平穩(wěn)、經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)而容量又大的設(shè)備如大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、高頻電爐等采用，也適用于容量雖小但數(shù)量多且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備如熒光燈等采用。對(duì)于供電系統(tǒng)中高壓側(cè)和低壓側(cè)基本無(wú)功功率的補(bǔ)償，仍宜采用高壓集中補(bǔ)償和低壓集中補(bǔ)償?shù)姆绞健?圖7-14是直接接在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旁的單獨(dú)就地補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙?/p>

13、器組接線圖。這種電容器組通常就利用用電設(shè)備本身的繞組電阻來(lái)放電。在工廠供電系統(tǒng)工程中，實(shí)際上多是綜合應(yīng)用上述各種補(bǔ)償方式，以求經(jīng)濟(jì)合理地達(dá)到總的無(wú)功補(bǔ)償要求，使工廠電源進(jìn)線處在最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不低于規(guī)定值，高壓進(jìn)線時(shí)一般不得低于0.9。 圖7-14 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旁就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)牡蛪弘娙萜鹘M接線圖3、并聯(lián)電容器的控制與保護(hù)（1）并聯(lián)電容器的控制并聯(lián)電容器有手動(dòng)投切和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種控制方式手動(dòng)投切的并聯(lián)電容器采用手動(dòng)投切，具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，但不便調(diào)節(jié)容量，更不能按負(fù)荷變動(dòng)情況進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到理想的補(bǔ)償要求。具有下列情況之一時(shí)，宜采用手動(dòng)投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置：a）補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o(wú)功功率的電容

14、器組；b）補(bǔ)償常年穩(wěn)定的無(wú)功功率的電容器組；c）長(zhǎng)期投入運(yùn)行的變壓器或變配電所內(nèi)投切次數(shù)較少的高壓電動(dòng)機(jī)及高壓電容器組。對(duì)集中補(bǔ)償?shù)母邏弘娙萜鹘M，采用高壓斷路器進(jìn)行手動(dòng)投切，如圖7-12所示。對(duì)集中補(bǔ)償?shù)牡蛪喝萜鹘M，可按補(bǔ)償容量分組投切。圖7-15a是利用接觸器進(jìn)行分組投切的電容器組。圖7-15b是利用低壓斷路器進(jìn)行分組投切的電容器組。對(duì)單獨(dú)就地補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M，如圖7-14所示，利用控制用電設(shè)備的斷路器或接觸器進(jìn)行手動(dòng)投切。自動(dòng)調(diào)節(jié)的并聯(lián)電容器具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的并聯(lián)電容器組，稱為無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。采用自動(dòng)補(bǔ)償裝置可以按負(fù)荷變動(dòng)情況適時(shí)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，達(dá)到較理想的無(wú)功補(bǔ)償要求；但其投資較大，且維修

15、比較麻煩，因此凡可不用自動(dòng)補(bǔ)償或采用自動(dòng)補(bǔ)償效果不大的場(chǎng)合，均不必裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)償裝置。具有下列情況之一時(shí)，宜裝設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置：a）為避免過(guò)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)；b）為避免輕載時(shí)電壓過(guò)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)；c）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)荷的情況下的電壓偏差允許值時(shí)。由于高壓電容器采用自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)對(duì)電容器組回路中的切換元件要求較高，價(jià)格較貴，且維護(hù)檢修比較困難，因此當(dāng)補(bǔ)償效果相同或相近時(shí)，宜優(yōu)先選用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。(a)-利用接觸器分組投切；(b)-利用低壓斷路器分組投切圖7-15手動(dòng)投切的低壓電空器組圖7-16 低壓

16、無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理電路低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的原理電路如圖7-16所示，電路圖中的功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器按電力負(fù)荷的變化及功率因數(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中接觸器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0.95以上，而又不致過(guò)補(bǔ)償。（2）并聯(lián)電容器的保護(hù)并聯(lián)電容器保護(hù)的一般要求并聯(lián)電容器的主要故障形式是短路故障，它可造成電網(wǎng)的相間短路。對(duì)于低壓并聯(lián)電容器和容量不超過(guò)450kvar的高壓并聯(lián)電容器，可裝設(shè)熔斷器作為相間短路保護(hù)。對(duì)于容量較大的高壓并聯(lián)電容器組，則需采用高壓斷路器控制，并裝設(shè)瞬時(shí)或短延時(shí)過(guò)電流保護(hù)作為相間短路保護(hù)。如果電容器組

17、裝設(shè)在含有大型整流設(shè)備或電弧爐等“諧波源”的電網(wǎng)上時(shí)，電容器組宜裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。電容器對(duì)于電壓十分敏感，一般規(guī)定電網(wǎng)電壓不得超過(guò)電容器額定電壓10%。因此凡電容器安裝處的電網(wǎng)電壓可能超過(guò)其額定電壓10%時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)裝置可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。并聯(lián)電容器短路保護(hù)的整定）熔斷器保護(hù)的整定采用熔斷器來(lái)保護(hù)并聯(lián)電容器時(shí)，按GB50227-1995并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，其熔體額定電流IN。.FE不應(yīng)小于電容器額定電流IN。C的1.43部，并不宜大于其額定電流的1.55倍，而按IEC規(guī)定，不宜大于其額定電流的1.65倍，因此?。篒N.FE=（1

18、.431.65）IN.C (7-10) )電流繼電器的整定采用電流繼電器作相間短路保護(hù)時(shí)，電流繼電器的動(dòng)作電流IOP應(yīng)按下式計(jì)算：（7-11）式中，Krel為保護(hù)裝置的可靠系數(shù)，取22.5；Kw為保護(hù)裝置的接線系數(shù)，相電流接線為1；Ki為電流互感器的電流比，考慮到電容器的合閘涌流，互感器一次額定電流宜選為電容器組額定電流的1.52倍。 ）保護(hù)靈敏度的檢驗(yàn)并聯(lián)電容器過(guò)電流保護(hù)的靈敏度，應(yīng)按電容器端子上在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路的條件來(lái)檢驗(yàn)，即（7-12）式中，I（2）k.min為在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下電容器端子上的兩相短路電流。 4、并聯(lián)電容器的運(yùn)行維護(hù)（1）并聯(lián)電容器的投入和切除并聯(lián)電容器

19、在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是否投入，主要視供電系統(tǒng)的功率因數(shù)或電壓是否符合要求而定。如果功率因數(shù)過(guò)低或電壓過(guò)低時(shí)，則應(yīng)投入電容器或增加電容器投入量。并聯(lián)電容器是否切除或部分切除，也主要視系統(tǒng)的功率因數(shù)或電壓情況而定。如果變配電所母線電壓偏高（如超過(guò)電容器額定電壓10%）時(shí)，則應(yīng)將電容器切除或部分切除。當(dāng)發(fā)生下列情況之一時(shí)，應(yīng)立即切除電容器：電容器爆炸；接頭嚴(yán)重過(guò)熱；套管閃絡(luò)放電；電容器噴油或起火；環(huán)境溫度超過(guò)40。如果變配電所停電，也應(yīng)切除電容器，以免突然來(lái)電時(shí)，母線電壓過(guò)高，使電容器擊穿。在切除電容器時(shí)，須從儀表指示或指示燈來(lái)檢查其放電回路是否完好。電容器組從電網(wǎng)切除后，應(yīng)立即通過(guò)放電回路放電。按

20、GB50053-1994規(guī)定，高壓電容器放電時(shí)間應(yīng)不短于5min，低壓電容器放電時(shí)間應(yīng)不短于1min。為確保人身安全，人體接觸電容器之前，還應(yīng)采用短接導(dǎo)線將所有電容器兩端直接短接放電。 （2）并聯(lián)電容器的維護(hù)并聯(lián)電容器在正常運(yùn)行中，值班員應(yīng)定期檢視其電壓、電流和室溫等，并檢查其外部，看看有無(wú)漏油、噴油、外殼膨脹等現(xiàn)象，有無(wú)放電聲響或放電痕跡，接頭有無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，放電回路是否完好，指示燈是否指示正常等。對(duì)裝有通風(fēng)裝置的電容器室，還應(yīng)檢查通風(fēng)裝置各部分是否完好。本章小結(jié)在供用電過(guò)程中，必須特別注意用電安全。人們常說(shuō)的觸電一般是指電流流過(guò)人體，對(duì)人體造成傷害，也叫做電擊。決定觸電傷害程度的因素主要有兩個(gè)：觸電電流的大小和觸電時(shí)間的長(zhǎng)短?？梢杂糜|電流和觸電時(shí)間