工廠供電負(fù)荷計算與無功功率補償演示

（優(yōu)選）工廠供電負(fù)荷計算與無功功率補償目前一頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第一節(jié)概述一、計算負(fù)荷的概念

載流導(dǎo)體溫升曲線二、用電設(shè)備工作制及設(shè)備容量的計算

計算負(fù)荷是根據(jù)已知的用電設(shè)備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷，作為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件的依據(jù)。

1.長期連續(xù)運行工作制指工作時間內(nèi)能達(dá)到穩(wěn)定溫升的用電設(shè)備。該類設(shè)備不允許過載運行（只允許短時過載）。(一)用電設(shè)備工作制目前二頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁

3.斷續(xù)周期工作制指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設(shè)備。工作時間內(nèi)也達(dá)不到穩(wěn)定溫升，允許過載運行。工作時間停歇時間指工作時間很短，停歇時間相當(dāng)長的用電設(shè)備，工作時間內(nèi)達(dá)不到穩(wěn)定溫升。允許過載運行。斷續(xù)周期工作制設(shè)備容量P與其負(fù)荷持續(xù)率ε密切相關(guān)，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原則（同一周期內(nèi)）求得其關(guān)系式：用負(fù)荷持續(xù)率表征其工作特性

(二)設(shè)備容量的計算

長期連續(xù)工作制和短時工作制的設(shè)備容量Pe，就取所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的銘牌額定容量PN之和。2.短時運行工作制目前三頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁規(guī)定負(fù)荷持續(xù)率25％或100％銘牌負(fù)荷持續(xù)率銘牌容量等效容量則得：（1）電焊機組要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到下,則

（2）吊車電動機組當(dāng)采用需要系數(shù)法計算負(fù)荷時，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到下,則當(dāng)采用利用系數(shù)法計算負(fù)荷時，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到下。目前四頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點三、負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動情況的圖形。一班制工廠日有功負(fù)荷曲線繪制負(fù)荷曲線采用的時間間隔△t為30min。求確定計算負(fù)荷的有關(guān)系數(shù)，一般是依據(jù)用電設(shè)備組最大負(fù)荷工作班的負(fù)荷曲線。目前五頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負(fù)荷實際上與年最大負(fù)荷是基本相當(dāng)?shù)?。所以計算?fù)荷也可以認(rèn)為就是年最大負(fù)荷，即Pc=Pm＝P30。

年負(fù)荷曲線年最大負(fù)荷Pm——全年中有代表性的最大負(fù)荷班的半小時最大負(fù)荷。目前六頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁年平均負(fù)荷Pav——電力負(fù)荷在全年時間內(nèi)平均耗用的功率，即全年時間內(nèi)耗用的電能

負(fù)荷曲線填充系數(shù)，亦稱負(fù)荷率或負(fù)荷系數(shù)，即

目前七頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點四、確定計算負(fù)荷的系數(shù)1.需要系數(shù)Kd需要系數(shù)定義為：設(shè)備容量

Kd值的相關(guān)因素：用電設(shè)備組中設(shè)備的負(fù)荷率；設(shè)備的平均效率；設(shè)備的同時利用系數(shù)；電源線路的效率。

Kd值只能靠測量統(tǒng)計確定。

利用系數(shù)定義為：

2.利用系數(shù)Ku

Ku可查附錄表5PePm目前八頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁3.附加系數(shù)KaKa值與設(shè)備容量差別程度、設(shè)備臺數(shù)和利用系數(shù)有關(guān)。

為便于分析比較，從導(dǎo)體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用電設(shè)備需歸算為同一容量的用電設(shè)備，于是可得到其等效臺數(shù)neq為：附加系數(shù)定義為：

根據(jù)利用系數(shù)Ku和等效臺數(shù)neq查附錄表6，可得到附加系數(shù)Ka值。目前九頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax是假設(shè)電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pm持續(xù)運行時，在此時間內(nèi)電力負(fù)荷所耗用的電能恰與電力負(fù)荷全年實際耗用的電能相同。4.年最大負(fù)荷利用小時數(shù)目前十頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第二節(jié)三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷

的確定

一、單位容量法

在進(jìn)行供電工程方案設(shè)計階段，可采用單位容量法確定計算負(fù)荷。二、需要系數(shù)法1.單位產(chǎn)品耗電量法2.單位面積負(fù)荷密度法（一）一組用電設(shè)備的計算負(fù)荷按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的基本公式為

有功計算負(fù)荷（kW）

無功計算負(fù)荷（kvar）

視在計算負(fù)荷（kVA）

計算電流（A）

目前十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點例2-1解此機床組電動機的總?cè)萘繛?/p>

例2-1已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算負(fù)荷Pc、Qc、Sc和Ic。

查附錄表1“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機”項得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6Pc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kW

=146kW目前十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負(fù)荷時，可結(jié)合具體情況對其有功和無功計算負(fù)荷計入一個同時系數(shù)K∑。續(xù)上頁注意：總的視在計算負(fù)荷和計算電流不能用各組的視在計算負(fù)荷或計算電流之和乘以K∑來計算。

(二)多組三相用電設(shè)備的計算負(fù)荷Pc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci

,Qci目前十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點例2-2某380V線路上，接有水泵電動機（15kW以下）30臺共205kW，另有通風(fēng)機25臺共45kW，電焊機3臺共10.5kW（ε=65%）。試確定線路上總的計算負(fù)荷。

例2-2解先求各組用電設(shè)備的計算負(fù)荷Q

c1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵電動機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此

2.通風(fēng)機組查附錄表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此

Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW目前十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁3.電焊機組查附錄表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。

Pc3=0.35×8.46kW=2.96kW

Pc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar總計算負(fù)荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97

）為

Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2AQc3=2.96kW×2.68=7.94kvar在ε＝100%下的設(shè)備容量：Pe=10.5

=8.46kW。目前十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點三、利用系數(shù)法1.求用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷：

2.求平均利用系數(shù)及等效設(shè)備臺數(shù)：

3.根據(jù)Ku與neq查附錄表6，得出附加系數(shù)Ka。4.利用下列公式求出總計算負(fù)荷：目前十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點例2-3已知某機修車間的金屬切削機床組，擁有電壓380V的三相電動機22kW2臺，7.5kW6臺，4kW12臺，1.5kW6臺。試用利用系數(shù)法來確定機床組的計算負(fù)荷。例2-3解1．用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷

Q

av＝Pavtanφ機床電動機

查附錄表5得Ku=0.12，tanφ=1.73,因此

2.

平均利用系數(shù)

因只有1組用電設(shè)備，故Ku.av＝Ku＝0.12Pav=K

uPe

3．用電設(shè)備的有效臺數(shù)

（取14）＝0.12×146kW=17.52kW＝17.52kW×1.73=30.34kvar目前十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁4．計算負(fù)荷及計算電流

利用Ku.av=0.12及neq=14查附錄表6，通過插值求得Ka=2。＝2×17.52kW＝35.04kW

＝2×30.34kvar＝60.68kvar目前十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第三節(jié)單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷

的確定如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量15%時，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再進(jìn)行負(fù)荷計算。

1.接于相電壓的單相設(shè)備容量換算

2.接于同一線電壓的單相設(shè)備容量換算

3.單相設(shè)備接于不同線電壓時的負(fù)荷計算應(yīng)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；分相計算各相的設(shè)備容量，并按需要系數(shù)法計算其計算負(fù)荷；總的等效三相計算負(fù)荷為其最大有功負(fù)荷相的計算負(fù)荷的3倍。

4.單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時的負(fù)荷計算目前十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第四節(jié)尖峰電流的計算尖峰電流是指只持續(xù)1～2s的短時最大負(fù)荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護(hù)裝置等。單臺用電設(shè)備（如電動機）的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即

接有多臺用電設(shè)備的線路，只考慮一臺設(shè)備起動時的尖峰電流，按下列公式計算式中，Ist.max為起動電流最大的一臺設(shè)備的起動電流；Ic(n-1)為除起動設(shè)備以外的線路計算電流。Ipk＝Ist＝kstIN.M

目前二十頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第五節(jié)無功功率補償一、功率因數(shù)定義1．瞬時功率因數(shù)

監(jiān)測負(fù)荷用。2．平均功率因數(shù)調(diào)整電費用。3．最大負(fù)荷時的功率因數(shù)確定需要無功補償容量用。目前二十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點二、無功補償容量的確定

QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C穩(wěn)態(tài)無功功率補償設(shè)備，主要有同步補償機和并聯(lián)電容器（自愈式）。三、無功補償裝置的選擇低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負(fù)荷變化相應(yīng)自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補償容量QN.C確定后可根據(jù)選定的單組容量qNC來選擇：動態(tài)無功功率補償設(shè)備（SVC）用于急劇變動的沖擊負(fù)荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機等的無功補償。目前二十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點四、無功補償裝置的裝設(shè)位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補償、低壓集中補償和分散就地補償（個別補償）。目前二十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點例2－3某用戶10kV變電所低壓計算負(fù)荷為800kW＋580kvar。若欲使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92，則需在低壓側(cè)進(jìn)行補償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。例2-3解：（1）求補償前的視在計算負(fù)荷及功率因數(shù)

（2）確定無功補償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar目前二十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補償后的視在計算負(fù)荷減少118.8kVA。目前二十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷一、供電系統(tǒng)的功率損耗（一）電力線路的功率損耗有功損耗（kW）無功損耗（kvar）（二）電力變壓器的功率損耗

有功損耗X=x0l

R=r0l

無功損耗簡化公式：ΔPT≈0.01Sc；ΔQT≈0.05Sc。目前二十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點例2-4某工廠有一個35/10kV總降壓變電所，分別供電給1?！?＃車間變電所及4臺冷卻水泵用的高壓電動機（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母線上接有2700kvar無功補償電容器組。已知1?！?＃車間變電所10kV側(cè)計算負(fù)荷分別為：1＃為1430kW＋j1230kvar；2＃為1350kW＋j1200kvar；3＃為1260kW＋j1030kvar；4＃為960kW＋j750kvar。試計算該總降壓變電所35kV側(cè)計算負(fù)荷及功率因數(shù)大?。ㄈ∑=0.9）。

例2-4解：（1）求10kV母線計算負(fù)荷1＃車間變電所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃車間變電所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃車間變電所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃車間變電所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高壓電動機組Pc5＝Kd

PN=0.8×4×300kW＝960kW

Qc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar

10kV母線計算負(fù)荷

=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kW目前二十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點如下圖，變電所低壓母線的視在計算負(fù)荷為變電所高壓側(cè)計算負(fù)荷為低壓母線的計算負(fù)荷加上變壓器的損耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT二、供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷一般采用逐級計算法由用電設(shè)備處逐步向電源進(jìn)線側(cè)計算。各級計算點的選取，一般為各級配電箱（屏）的出線和進(jìn)線、變電所低壓出線、變壓器低壓母線、高壓進(jìn)線等處。目前二十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁（2）求35kV側(cè)計算負(fù)荷變壓器損耗ΔPT≈0.01Sc＝0.01×5638＝56.38kWΔQT≈0.05Sc＝0.05×5638＝281.9kvar＝0.9×(1230+1200+1030+750+720)－2700＝1737kvar35kV側(cè)計算負(fù)荷

Pc.1=Pc.2+ΔPT＝5364+56.38＝5420.4kW

Qc.1=Qc.2+ΔQT＝1737+281.9＝2018.9kvar

目前二十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約一、年電能需要量的計算年有功電能消耗量(kWh)

Wp=αPcTa

α取0.7～0.75二、供電系統(tǒng)的電能損耗變壓器全年電能損耗為

ΔWa=ΔWa1+ΔWa2

≈ΔP0×8760+ΔPkKL2τ

年無功電能消耗量(kvarh)

Wq=βQcTa

β取0.76～0.82

線路上全年電能損耗為

ΔWa=3I2cRWLτ

年最大負(fù)荷損耗小時τ與年最大負(fù)荷利用小時Tmax有一定關(guān)系，如圖所示。目前三十頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁用戶供電系統(tǒng)的電能節(jié)約主要從降低用電設(shè)備的能耗和供電系統(tǒng)的能耗兩方面著手，提高能源利用率。三、電能節(jié)約的技術(shù)措施供電系統(tǒng)的能耗主要為變壓器及線路的能耗，可采?。哼x用高效節(jié)能變壓器，更新淘汰低效高耗能產(chǎn)品；合理選擇電力變壓器容量及數(shù)量，實行經(jīng)濟運行方式；改造現(xiàn)有不合理的供配電系統(tǒng)，降低線路損耗；改善系統(tǒng)功率因數(shù)，進(jìn)一步降低系統(tǒng)功率損耗。用電設(shè)備的能耗可下述技術(shù)措施降低：通過改造原有的設(shè)備，提高效率及性能；采用新技術(shù)，選用高效節(jié)能設(shè)備；改進(jìn)操作方法，改革落后的生產(chǎn)工藝；提高設(shè)備的運行維護(hù)檢修水平等。

（一）電能節(jié)約的一般措施

目前三十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁

1．單臺變壓器的經(jīng)濟運行（二）電力變壓器的經(jīng)濟運行變壓器經(jīng)濟運行的條件是：傳輸單位kVA負(fù)荷所消耗的有功功率損耗歸算值最小。

2．兩臺變壓器的經(jīng)濟運行目前三十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點本章小結(jié)本章是分析供電系統(tǒng)和進(jìn)行供電設(shè)計計算的基礎(chǔ)。本章首先簡介了負(fù)荷計算的有關(guān)基本知識;然后著重講述了用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定方法，介紹線路尖峰電流的計算;接著講述了供電系統(tǒng)無功補償、總計算負(fù)荷的確定及電能節(jié)約。本章重點：三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷確定方法。本章難點：利用系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組的計算負(fù)荷。教學(xué)基本要求：了解單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定方法、電能節(jié)約的技術(shù)措施；理解用電設(shè)備工作制、確定計算負(fù)荷的系數(shù)；掌握三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定方法、尖峰電流的計算方法、無功功率補償容量的確定與無功功率補償裝置的選擇、供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷確定方法。目前三十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點思考題與習(xí)題解答提示

2-1提示：參見教材P18。2-2提示：參見教材P19。

2-3提示：參見教材P18和P21～P22。

2-4提示：參見教材P26。

2-5提示：參見教材P28和P18。

2-6提示：參見教材P31。

2-7提示：參見教材P39。

2-8提示：第一步求各組用電設(shè)備的計算負(fù)荷，對行車，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到，對點焊機，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到；第二步計算總計算負(fù)荷（可取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）。目前三十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁

2-9提示：采用利用系數(shù)法（步驟參見例2-3）分別計算兩組用電設(shè)備的計算負(fù)荷，然后進(jìn)行比較，從而說明設(shè)備容量組成不同對最大負(fù)荷的影響。

2-10提示：先將各相所接的單相設(shè)備容量大致相同（不能只接在一相上），然后將其等效成1臺三相設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷計算。

2-11提示：計算單元和整棟樓的計算負(fù)荷時，都將其當(dāng)成一組用電設(shè)備，然后按附錄表3選取Kd值，。

2-12提示：（1）確定補償容量時，采用低壓側(cè)計算負(fù)荷代入公式計算，取。（2）確定高壓側(cè)計算負(fù)荷時，變壓器損耗可按經(jīng)驗公式估算。

2-13提示：根據(jù)教材P39圖2-9查出τ值，代入公式計算即可。目前三十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點自測題一、填空題1．計算電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負(fù)荷電流，而尖峰電流是指線路中持續(xù)時間

的最大負(fù)荷電流。按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件應(yīng)采用

，而整定過電流保護(hù)動作電流則采用

。

2．并聯(lián)電容器的補償方式分為三種:

、

、和

。由于電力負(fù)荷的變動性，低壓并聯(lián)電容器組的投切方式一般采用

方式。

3．計算負(fù)荷是根據(jù)已知用電設(shè)備組

確定的，預(yù)期不變的

假想負(fù)荷。用來作為按

條件選擇供電系統(tǒng)元件的依據(jù)。

目前三十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十三點續(xù)上頁二、計算題

1．某用戶10/0.38kV變電所供電給5個回路：1?；芈稰N=230kW，Kd=0.2，cosφ＝0.6；2?；芈稰N=800kW，Kd=0.4，cosφ＝0.7；3?；芈稰N=720kW，Kd=0.5，cosφ＝0.8；4?；芈稰N=540kW，Kd=0.5，cosφ＝0.7；5?；芈酚嬎阖?fù)荷150kW+j120kvar。