工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算

第2章電力負(fù)荷及其計(jì)算本章主要內(nèi)容：電力負(fù)荷有關(guān)概念用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷、工廠計(jì)算負(fù)荷尖峰電流及其計(jì)算工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!功率損耗與電能損耗供電線路的功率損耗

在實(shí)際工作中，常根據(jù)計(jì)算負(fù)荷來(lái)求線路的功率損耗，即最大功率損耗，故三相線路的有功功率損耗△PL和無(wú)功功率損耗△QL可分別按下式計(jì)算：

式中Ica——線路中的計(jì)算電流，A；R——線路每相電阻Ω，等于單位長(zhǎng)度的電阻R0乘以長(zhǎng)度L；X——線路每相電抗Ω，等于單位長(zhǎng)度的電抗X0乘以長(zhǎng)度L。

2工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!上式如用線路的計(jì)算功率Pca、Qca及Sca表示時(shí)，則式中UN——三相供電線路的額定電壓，kV。3工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!

由于有載損耗與變壓器負(fù)荷電流的平方成正比，所以變壓器在計(jì)算負(fù)荷Sca下的有功功率損耗△PT為：

式中Sca——變壓器低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，kVA；SNT——變壓器額定容量，kVA；

△P0——變壓器空載有功損耗，kW；

△Pk——變壓器有功短路損耗，kW。

4工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!供電系統(tǒng)的電能損耗1．供電線路年電能損耗的計(jì)算式中——按計(jì)算負(fù)荷求得的線路最大功率損耗；——年最大負(fù)荷損耗時(shí)間（小時(shí)數(shù)）。τ的含義是：線路連續(xù)通過計(jì)算負(fù)荷所產(chǎn)生的電能損耗與實(shí)際負(fù)荷在全年內(nèi)所產(chǎn)生的電能損耗恰好相等所需要的時(shí)間，稱為年最大負(fù)荷損耗時(shí)間，它與Tmax·a以及功率因數(shù)有關(guān)。5工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!企業(yè)年電能需要量

企業(yè)年電能需要量也就是企業(yè)在一年內(nèi)所消耗的電能，它是企業(yè)供電設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。若已知企業(yè)的年負(fù)荷曲線如圖所示，則負(fù)荷曲線下的面積即為企業(yè)有功年電能需要量Wa。

但實(shí)際上，負(fù)荷隨時(shí)都在變動(dòng)，通常用一個(gè)等值的矩形面積來(lái)代替負(fù)荷曲線下的面積。返回目錄6工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!（2）平均功率因數(shù)

平均功率因數(shù)指某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。其計(jì)算公式為式中：

Wp----某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kW·h）；由有功電度表讀出。 Wq----某一時(shí)間內(nèi)消耗的無(wú)功電能（kvar·h）；由無(wú)功電度表讀出。

我國(guó)電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取電費(fèi)，就規(guī)定電費(fèi)要按月平均功率因數(shù)來(lái)調(diào)整。上式用以計(jì)算已投入生產(chǎn)的工業(yè)企業(yè)的功率因數(shù)。7工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!（3）最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)

最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)指在年最大負(fù)荷（即計(jì)算負(fù)荷）時(shí)的功率因數(shù)。根據(jù)功率因數(shù)的定義可以分別寫出：

式中：P30——全企業(yè)的有功功率計(jì)算負(fù)荷，kW；Q30——全企業(yè)的無(wú)功功率計(jì)算負(fù)荷，kvar；S30——全企業(yè)的視在計(jì)算負(fù)荷，kVA。8工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響（1）系統(tǒng)中輸送的總電流增加，使得供電系統(tǒng)中的電氣元件，容量增大，從而使工廠內(nèi)部的啟動(dòng)控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表等規(guī)格尺寸增大，因而增大了初投資費(fèi)用。（2）增加電力網(wǎng)中輸電線路上的有功功率損耗和電能損耗。（3）線路的電壓損耗增大。影響負(fù)荷端的異步電動(dòng)機(jī)及其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。（4）使電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備容量不能充分利用。

綜上可知,電力系統(tǒng)功率因數(shù)的高低是十分重要的問題，因此，必須設(shè)法提高電力網(wǎng)中各種有關(guān)部分的功率因數(shù)。目前供電部門實(shí)行按功率因數(shù)征收電費(fèi)，因此功率因數(shù)的高低也是供電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

9工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!（2）人工補(bǔ)償無(wú)功功率

當(dāng)采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法后，功率因數(shù)仍不能達(dá)到《供用電規(guī)則》所要求的數(shù)值時(shí)，就需要設(shè)置專門的無(wú)功補(bǔ)償電源，人工補(bǔ)償無(wú)功功率。人工補(bǔ)償無(wú)功功率的方法主要有以下三種：并聯(lián)電容器補(bǔ)償同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償10工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!根據(jù)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》規(guī)定，用戶在當(dāng)?shù)仄髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，100kVA及以上的高壓用戶不得低于0.9，其他電力用戶不得低于0.85，并按規(guī)定予以獎(jiǎng)懲。補(bǔ)償原理是：增加補(bǔ)償電容(P未變)→Q30↓→S30和cosφ↓→I30↓11工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!

在計(jì)算補(bǔ)償用電力電容器容量和個(gè)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到實(shí)際運(yùn)行電壓可能與額定電壓不同，電容器能補(bǔ)償?shù)膶?shí)際容量將低于額定容量，此時(shí)需對(duì)額定容量作修正：式中：QN－－電容器銘牌上的額定容量，kvar； Qe－－電容器在實(shí)際運(yùn)行電壓下的容量，kvar； UN－－電容器的額定電壓，kV; U－－電容器的實(shí)際運(yùn)行電壓，kV。例如將YY10.5-10-1型高壓電容器用在６kV的工廠變電所中作無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，則每個(gè)電容器的無(wú)功容量由額定值10kvar降低為：顯然除了在不得已的情況下，這種降壓使用的做法應(yīng)避免。12工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!

三相電容器，通常在其內(nèi)部接成三角形，單相電容器的電壓，若與網(wǎng)絡(luò)額定電壓相等時(shí)則應(yīng)將電容器接成三角形接線，只有當(dāng)電容器的電壓低于運(yùn)行電壓時(shí)，才接成星形接線。

相同的電容器，接成三角形接線，因電容器上所加電壓為線電壓，所補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量則是星形接線的三倍。若是補(bǔ)償容量相同，采用三角形接線比星形接線可節(jié)約電容值三分二，因此在實(shí)際工作中，電容器組多接成三角形接線。13工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!例2-6

某工廠的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。根據(jù)規(guī)定應(yīng)將平均功率因數(shù)提高到0.9（在10kV側(cè)固定補(bǔ)償），如果采用BWF-10.5-40-1型并聯(lián)電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？并計(jì)算補(bǔ)償后的實(shí)際平均功率因數(shù)。（取平均負(fù)荷系數(shù)α=0.75）解tan1=tan(arccos0.67)=1.108 tan2=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=Pav（tan1-tan2） =0.75×2400×(1.108-0.484)=1122.66(kvar)n=Qc/Qc1=1122.66/40≈30(個(gè))，每相裝設(shè)10個(gè)。此時(shí)的實(shí)際補(bǔ)償容量為30×40=1200(kvar)，所以補(bǔ)償后實(shí)際平均功率因數(shù)為14工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!2.5尖峰電流（peakcurrent）的計(jì)算一、概念

1、尖峰電流Ipk：指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。一般取起動(dòng)電流的周期分量，但在校驗(yàn)瞬時(shí)動(dòng)作元件時(shí)，還應(yīng)考慮起動(dòng)電流的非周期分量。2、計(jì)算尖峰電流的目的：選擇熔斷器、整定低壓斷路器（自動(dòng)開關(guān)）和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。二、尖峰電流Ipk的計(jì)算

1、給單臺(tái)用電設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）供電的支線（subline）尖峰電流計(jì)算Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)（可查樣本或銘牌，對(duì)籠型電動(dòng)機(jī)一般為5~7，對(duì)繞線型電動(dòng)機(jī)一般為2~3，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)一般為1.7，對(duì)電焊變壓器一般為3或稍大）。15工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗包括有功功率損耗△PT和無(wú)功功率損耗△QT。變壓器的有功功率損耗由兩部分組成： 一部分是變壓器在額定電壓UN時(shí)不變的空載損耗△P0，也就是鐵損△PFe；另一部分是隨負(fù)荷而變化的繞組損耗，即有載損耗△Pl，也就是銅損△PCu。變壓器的短路損耗△Pk可認(rèn)為是額定電流下的銅損△PCu·N。16工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!變壓器的無(wú)功功率損耗也由兩部分組成：

一部分是變壓器空載時(shí)不變的無(wú)功損耗△Q0，另一部分是隨著變壓器負(fù)荷而變化在繞組中產(chǎn)生的無(wú)功損耗。所以變壓器在計(jì)算負(fù)荷Sca下的無(wú)功功率損耗△QT為：式中——變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗，kvar；——變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗，kvar；——變壓器空載電流的百分值；——變壓器阻抗電壓的百分值。

17工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2.變壓器年電能損耗的計(jì)算

變壓器空載不變的功率損耗所引起的年電能損耗與接電時(shí)間Ton（近似取8760h）有關(guān)，即：

△WT0=△P0Ton 隨負(fù)荷而變化的有載功率損耗所引起的年電能損耗為：

變壓器總的年電能損耗為：18工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!(四)功率因數(shù)與無(wú)功功率補(bǔ)償1.工廠功率因數(shù)（1）瞬時(shí)功率因數(shù)

瞬時(shí)功率因數(shù)由功率因數(shù)表或相位表直接讀出，或由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：式中：P——功率表測(cè)出的三相功率讀數(shù)（kW）； U——電壓表測(cè)出的線電壓讀數(shù)（kV）； I——電流表測(cè)出的相電流讀數(shù)（A）。

瞬時(shí)功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無(wú)功功率的變化情況。19工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!

對(duì)于正在進(jìn)行設(shè)計(jì)的工業(yè)企業(yè)則采用下述的計(jì)算方法：式中：

Pca----全企業(yè)的有功功率計(jì)算負(fù)荷，kW； Qca----全企業(yè)的無(wú)功功率計(jì)算負(fù)荷，kvar； α----有功負(fù)荷系數(shù)，一般為0.7~0.75； β----無(wú)功負(fù)荷系數(shù)，一般為0.76~0.82。

20工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!第二章電力負(fù)荷及短路計(jì)算瞬時(shí)功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指運(yùn)行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時(shí)刻的功率因數(shù)值

P——功率表測(cè)出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測(cè)出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測(cè)出的線電流讀數(shù)。

指某一規(guī)定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值指配電系統(tǒng)運(yùn)行在年最大負(fù)荷時(shí)（計(jì)算負(fù)荷）的功率因數(shù)WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無(wú)功電度表讀數(shù)。

P30——工廠的有功計(jì)算負(fù)荷；S30——工廠的視在計(jì)算負(fù)荷。

指用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補(bǔ)償裝置時(shí)的功率因數(shù)

指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)21工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!2.功率因數(shù)的改善（1）提高自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)的方法，即采用降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率以改善其功率因數(shù)的措施，主要有：

①正確選用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量，使其接近滿載運(yùn)行； ②更換輕負(fù)荷感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或者改變輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的接線； ③電力變壓器不宜輕載運(yùn)行； ④合理安排和調(diào)整工藝流程，改善電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，限制電焊機(jī)、機(jī)床電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的空載運(yùn)轉(zhuǎn)； ⑤使用無(wú)電壓運(yùn)行的電磁開關(guān)。

22工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!2．無(wú)功功率補(bǔ)償

人工補(bǔ)償無(wú)功功率提高自然功率因數(shù)提高功率因數(shù)23工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!

用靜電電容器（或稱移相電容器、電力電容器）作無(wú)功補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，是目前工業(yè)企業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用的一種補(bǔ)償裝置。電力電容器的補(bǔ)償容量可用下式確定Qc=Q30-Q30’=P30（tan-tan’）式中：P30——有功計(jì)算負(fù)荷，kW； tan、tan’——補(bǔ)償前、后平均功率因數(shù)角的正切值。24工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!

在確定總補(bǔ)償容量Qc之后，就可根據(jù)所選并聯(lián)電容器單只容量Qc1決定并聯(lián)電容器的個(gè)數(shù)：n=Qc/Qc1

由上式計(jì)算所得的數(shù)值對(duì)三相電容器應(yīng)取相近偏大的整數(shù)。若為單相電容器,則應(yīng)取3的整數(shù)倍,以便三相均衡分配。25工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)! 用戶處的靜電電容器補(bǔ)償方式可分個(gè)別補(bǔ)償、分組（分散）補(bǔ)償和集中補(bǔ)償三種。個(gè)別補(bǔ)償將電容器直接安裝在吸取無(wú)功功率的用電設(shè)備附近；分組（分散）補(bǔ)償將電容器組分散安裝在各車間配電母線上；集中補(bǔ)償指電容器組集中安裝在總降壓變電所二次側(cè)（6~10kV側(cè)）或變配電所的一次側(cè)或二次側(cè)（6~10kV或38