負(fù)荷計(jì)算及無功補(bǔ)償

第三章負(fù)荷計(jì)算及無功補(bǔ)償廣東省唯美建筑陶瓷有限公司劉建川3．1負(fù)荷曲線與計(jì)算負(fù)荷負(fù)荷曲線(loadcurve)是指用于表達(dá)電力負(fù)荷隨時(shí)間變化情況的函數(shù)曲線。在直角坐標(biāo)糸中,縱坐標(biāo)表示負(fù)荷(有功功率和無功功率)值，橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間(一般以小時(shí)為單位)日負(fù)荷曲線年負(fù)荷曲線年每日最大負(fù)荷曲線年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3．1．2計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個(gè)假定負(fù)荷，其物理量含義是計(jì)算負(fù)荷所產(chǎn)生的恒定溫升等于實(shí)際變化負(fù)荷所產(chǎn)生的最高溫升。通常將以半小時(shí)平均負(fù)荷依據(jù)所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計(jì)算負(fù)荷，并把它作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。3．2用電設(shè)備額定容量的確定3．2．1用電設(shè)備的一作方式(1)連續(xù)工作方式在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備任何部份溫升不超過最高允許值，負(fù)荷比較穩(wěn)定。(2)短時(shí)運(yùn)行工作制(3)斷續(xù)工作制用電設(shè)備以斷續(xù)方式反復(fù)進(jìn)行工作，其工作時(shí)間與停歇時(shí)間相互交替。取一個(gè)工作時(shí)間內(nèi)的工作時(shí)間與工作周期的百分比值，稱為暫載率，即暫載率亦稱為負(fù)荷持續(xù)率或接電率。根據(jù)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，重復(fù)短暫負(fù)荷下電氣設(shè)備的額定工作周期為lOmin。吊車電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為15%、25%、40%、60%四種，電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率為50%、65%、75%、100%，其中草藥100%為自動(dòng)焊機(jī)的暫載率。3．2．2用電設(shè)備額定容量的計(jì)算長期工作和短時(shí)工作制的設(shè)備容量等于其銘牌一的額定功率，在實(shí)際的計(jì)算中，少量的短時(shí)工作制負(fù)荷可忽略不計(jì)。重復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量①吊車機(jī)組用電動(dòng)機(jī)的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到暫載率為￡=25%時(shí)的額定功率，若不等于25%,要進(jìn)行換算，公式為：Pe二Pn打占％二2PngnPe為換算到￡=25%時(shí)的電動(dòng)機(jī)的設(shè)備容量￡N為銘牌暫載率Pn為換算前的電動(dòng)機(jī)銘牌額定功率注意：電葫蘆、起重機(jī)、行車等都可以用電動(dòng)機(jī)考慮Q電焊機(jī)及電焊裝置的設(shè)備容量統(tǒng)一換算到￡=100%時(shí)的額定功率。若不等于銘牌暫載率不等于100%，應(yīng)進(jìn)行換算，公式為：于100%，應(yīng)進(jìn)行換算，公式為：P=P曠=Sco?enPe：換算到100%時(shí)電焊機(jī)或電焊裝置的設(shè)備容量Pn：換算前的交流電焊機(jī)的額定功率Sn：換算前的交流電焊機(jī)的額定視在功率￡N：在Sn與Pn相對(duì)應(yīng)的銘牌暫載率cos。：在Sn時(shí)的額定功率因數(shù)（3）電爐變壓器的設(shè)備容量是指在額定功率因數(shù)下的額定功率Pe=Pn=Sncos。（4）照明設(shè)備的設(shè)備容量白熾燈、碘鎢燈設(shè)備容量就等于燈泡上檣注的額定功率；熒光燈還要考慮鎮(zhèn)流器的功率損耗（約為燈管功率的20%），其容量應(yīng)為燈管額定容量的120%；高壓水銀燈亦要考慮鎮(zhèn)器的功率損耗（約為燈泡功率的10%）；（5）不對(duì)稱單相負(fù)荷的設(shè)備容量應(yīng)力求將單相設(shè)備均勻分配到三相上，減少三相不對(duì)稱情況。設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，在計(jì)算范圍內(nèi)，單相用電設(shè)備的總?cè)萘咳绮怀^三相用電設(shè)備總?cè)萘康?5%時(shí)，可按三相對(duì)稱分配，如超過15%，則設(shè)備容量Pe應(yīng)按3倍相負(fù)荷的原則進(jìn)行換算。設(shè)備接于相電壓和線電壓時(shí)，設(shè)備容量Pe的換算接于相電壓時(shí)：Pe=3*Pe?mOPe：等效三相設(shè)備容量Pe?m。：最大負(fù)荷所接的單相設(shè)備容量接于線電壓時(shí)：Pe=、孤?lPe：接于同一線電壓的單相設(shè)備容量3．3負(fù)荷計(jì)算的方法目前常用的方法是需要糸數(shù)法、二項(xiàng)式法和利用糸數(shù)法。前兩種方法用得比較多。需要糸數(shù)法適用于計(jì)算變、配電所的負(fù)荷；二項(xiàng)式法適用于低壓配電支干線和配電箱的計(jì)算。（1）需要糸數(shù)法需要糸數(shù)法考慮了以下的幾個(gè)因素kn:同時(shí)使用糸數(shù)KL：負(fù)荷糸數(shù)n:線路供電效率WLn：用電設(shè)備的在實(shí)際運(yùn)行功率時(shí)的平均效率實(shí)際上，Kd一般用測(cè)量統(tǒng)主來確定（2）二項(xiàng)式法3．3．1需要糸數(shù)法（1） 單臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷①有功負(fù)荷考慮到單臺(tái)用電設(shè)備也有滿載運(yùn)行的時(shí)候，其計(jì)算負(fù)荷P =CA?LnQ無功容量計(jì)算的目的：用于選擇分支線一的開關(guān)設(shè)備（2） 用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷①有功計(jì)算負(fù)荷一個(gè)車間內(nèi)有很多的用電設(shè)備，在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，要將用電設(shè)備按需要糸數(shù)表上的分類方法詳細(xì)分成若干組，然后進(jìn)行設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算Kd：用電設(shè)備組上的需要糸數(shù)工Pe：用電設(shè)備組上的總?cè)萘恐蚎無功計(jì)算負(fù)荷③視在計(jì)算負(fù)荷（3） 確定車間配電干線及其上的開關(guān)設(shè)備當(dāng)車間配電線上有多個(gè)用電設(shè)備時(shí)，需將該干線上的用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷相加，然后乘以最大負(fù)荷同時(shí)糸數(shù)，即得該配電干線的計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷，亦采用同樣的方法。°1總有功功率計(jì)算負(fù)荷P二K工PTOC\o"1-5"\h\zCA3 為 CA2°總無功功率計(jì)算負(fù)荷Q二K工QCA3 為 CA2°總視在功率計(jì)算負(fù)荷s*P2 +Q2CA3*CA3 CA3K：最大負(fù)荷時(shí)的同時(shí)利用糸數(shù)計(jì)算目的：用于選擇車間配電干線上的開關(guān)設(shè)備，或者用于低壓母線的選擇及車間變電所電力變壓器容量的選擇如果在變電所的低壓母線上并聯(lián)有無功功率補(bǔ)償?shù)撵o電電容器組，其容量為QC3,當(dāng)計(jì)算Qca3時(shí)，要減去無功功率容量。即Q二K工Q-QCA3 為 CA2C3（4） 確定車間變壓器的高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷將車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷加上車間變壓器的功率損耗，即可得其高壓側(cè)負(fù)荷。PCA4、QCA4、SCA4:變壓器高壓側(cè)的有功、無功、視在功率的計(jì)算負(fù)荷巴2,AQT2：變壓器的有功損耗和無功損耗但是，在計(jì)算負(fù)荷時(shí)，車間變壓器尚未選出，無法根據(jù)變壓器的有功損耗與無功損耗的理論公式進(jìn)行計(jì)算，因此，一般按下列經(jīng)驗(yàn)到式進(jìn)行估算。對(duì)SL7、S7、S9、S10等低損耗電力變壓器：估算目的：用于選擇車間變電所中高壓配電線上及其上的開關(guān)設(shè)備（5） 確定全車間變電所中高壓母線上的計(jì)算負(fù)荷若車間變電所的高壓母線上接有多臺(tái)變壓器和高壓用電設(shè)備時(shí)，將車間各變壓器高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及高壓用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷相加，即得車間變電所高壓母線上的計(jì)算負(fù)荷。其中，P4M、Q4M為中間高壓用電設(shè)備的有功及無功功率。（6） 確定總降壓變電所高壓母線上的計(jì)算負(fù)荷確定總降壓變電所6—10KV母線上的高壓出線計(jì)算負(fù)荷PCA6時(shí)，應(yīng)將計(jì)算負(fù)荷PCA5加上供配電線路中的功率損耗。但由于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)范圍不大，且高壓線路中的電流較小，故在高壓配電線路中中功率損耗較小，在負(fù)荷計(jì)算中可忽略不計(jì)。故有計(jì)算目的：用于選擇總降壓變電所出線及其上的開關(guān)設(shè)備（7） 確定總降壓變電所低壓側(cè)母的計(jì)算負(fù)荷將總降壓變電所6—10KV出線上的計(jì)算負(fù)荷（PCA6,QCA6）分別相加后，乘以各自最大負(fù)荷的同時(shí)糸數(shù)K^，就可以求得總降壓變電所低壓側(cè)母線上的計(jì)算負(fù)荷。如果根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，決定在總降壓變電所6—10KV二次母線側(cè)采用電力電容器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，則在計(jì)算總無功功率qCA7時(shí)，應(yīng)減去補(bǔ)償設(shè)備的容量qC7計(jì)算目的：用于計(jì)算總降壓變電所低壓母線以及選擇總降壓變電所主變壓器容量。（8）確定全廠總計(jì)算負(fù)荷將總降壓變電所低壓側(cè)母線上的計(jì)算負(fù)荷（PCA7,QCA7）加上主變壓器的功率損耗（^PT1，Aqt1）,即可求得全廠總計(jì)算負(fù)荷計(jì)算目的：全廠總計(jì)算負(fù)荷的數(shù)值可作為向供電部門申請(qǐng)全廠用電的依據(jù)，并作為資料進(jìn)行高壓供電線路的電氣計(jì)算，選擇高壓進(jìn)線導(dǎo)線及進(jìn)線開并設(shè)備。此外，沿可求得全廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)和需要糸數(shù)的計(jì)算值需要糸數(shù)法由于簡單易行，為設(shè)計(jì)人員普遍接受，是目前通用的求取計(jì)算負(fù)荷的方法。但這種方法的缺點(diǎn)是將需要糸數(shù)KD看作與負(fù)荷群中設(shè)備多少及設(shè)備容量懸殊情況都無關(guān)的固定值，這是不嚴(yán)格的。事實(shí)上，只有設(shè)備數(shù)量足夠多，總?cè)萘孔銐虼?，且無特大型用電設(shè)備時(shí)，KD才能趨于穩(wěn)定。比較適合全廠或大型變電所的計(jì)算負(fù)荷。3.3.2二項(xiàng)式法二項(xiàng)式法是考慮一定數(shù)量大容量用電設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷的影響而得出的方法。（1）基本公式Pca=bPe+cPx計(jì)算負(fù)荷Pca由bPe+cPx兩項(xiàng)組成，故稱為二項(xiàng)式法。式中，bPe表示用電設(shè)備的平均功率，其中Pe用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?，其?jì)算方法用前面的需要糸數(shù)法；cPx為表示用電設(shè)備組中x臺(tái)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的附加負(fù)荷，其中Px是x臺(tái)最大容量的設(shè)備總?cè)萘?；b,c為二項(xiàng)式糸數(shù)。Qca,Sca的與前述需要糸數(shù)計(jì)算方法相同。必須注意：按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷時(shí)，如果設(shè)備總臺(tái)數(shù)n少于附錄表中的最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)x的2倍（即nv2x）時(shí)，其最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)x宜適當(dāng)取小，建議為x=n/2，且按“四舍五入"法修約規(guī)則取整數(shù)。如時(shí)用電設(shè)備組只有1—2臺(tái)設(shè)備時(shí)，就可認(rèn)為Pca=Pe。對(duì)于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)，則Pca二P/n，PNNN為電動(dòng)機(jī)的額定容量，n為效率。在設(shè)備臺(tái)數(shù)少時(shí)，cos。也適當(dāng)取大。（2）多組用電設(shè)備負(fù)荷的確定采用二項(xiàng)式法確定多組用電設(shè)備總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，亦應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)糸數(shù)。但不是計(jì)入一個(gè)同時(shí)糸數(shù)，而是在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負(fù)荷cPx,再加上各組的平均負(fù)荷bPe，由此求得其總的有功計(jì)算負(fù)荷，即總的無功計(jì)算負(fù)荷為Qca=工bPetan申+（cPx）maxtan申max總的視在計(jì)算負(fù)荷式中：cPx為各組用電設(shè)備中附加負(fù)荷最大的一組附加負(fù)荷，這是考慮到多個(gè)用電設(shè)備組中，各組大容量用電設(shè)備不可能同時(shí)出現(xiàn)的緣故。工bPe為各組的平均負(fù)荷bPe的總和。Tan。為各用電設(shè)備組的功率因數(shù)的正切值。tan0max為最大附加負(fù)荷（cPx）max的設(shè)備組的平均功率因數(shù)角的正切值。由于二式項(xiàng)法不僅考慮了用電設(shè)備最大負(fù)荷時(shí)的平均功率，而且考慮了少數(shù)容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)對(duì)總計(jì)算負(fù)荷的額外影響，所以該法比較適用于確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別很大的低壓干線和分支線的計(jì)算負(fù)荷。但是二項(xiàng)式法計(jì)算糸數(shù)b,c,x的值，缺乏充分的理論依據(jù)，而且這些系數(shù)，只適用于機(jī)械加工工業(yè)，其它行業(yè)的這方面數(shù)據(jù)缺乏，從使其應(yīng)用受到一定局限。3．4功率損耗與電能損耗3．4．1供電線路的功率損耗在實(shí)際中，常根據(jù)計(jì)算負(fù)荷來求線路的功率損耗，即最大功率損耗，故三相線路的有功功率損耗厶PL和無功功率損耗AQl可分別按下列計(jì)算上式如果用線路的計(jì)算功率表示時(shí)3．4．2變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗包含有功功率損耗厶PT和無功功率損耗AQt。有功損耗由兩部分組成：一部分是變壓器在額定電壓時(shí)不變的空載損耗AP。，也就是鐵損APfe，另一部分是隨負(fù)荷變化的繞組損耗，即有載損耗^片，也就是銅損AP。變壓器的短路損耗APK可以認(rèn)為是額定電流下的銅1 cu K損厶Pcu?n。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)荷下的有功損耗為式中：△PK為變壓器的有功短路損耗△P0為變壓器空載損耗SCA為變壓器低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷SNT為變壓器的額定容量變壓器的無功功率損耗也由兩部份組成：一部份是變壓器空載時(shí)不變的無功損耗△Q0，另一部份是隨著變壓器負(fù)荷而變化在繞組中產(chǎn)生的無功損耗。所以變壓器在計(jì)算負(fù)荷下的無功功率損耗為式中：I%AQ=S圧是變壓器空載時(shí)的無功損耗0NT100AQ=SUk%是變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無功損耗NNT100I0%是變壓器的空載電流的百分值uK%為變壓器阻抗電壓的百分值3．5變電所中變壓器的臺(tái)數(shù)與容量的選擇3．5．1變電所中變壓器的臺(tái)數(shù)與容量的選擇3．5．2企業(yè)總降變電所主變壓器的選擇3．5．3變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行3．6功率因數(shù)與無功功率補(bǔ)償3．6．1功率因數(shù)的計(jì)算（1）瞬時(shí)功率因數(shù)3．6．2功率因數(shù)對(duì)供電糸統(tǒng)的影響在供電糸統(tǒng)中輸送的有功功率不變的情況下，無功功率增大，即功率因數(shù)下降，會(huì)出現(xiàn)如下情況：1） 增加叫力網(wǎng)中輸電線路上的有功功率損耗和無功損耗增加。2） 糸統(tǒng)中的總電流會(huì)增加3） 功率因數(shù)過低會(huì)使線路的電壓損耗增大。4） 使電力糸統(tǒng)的電氣容量不能充分利用。3．6．3功率因數(shù)的改善1、 提高自然功率因數(shù)1）正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量；2）電力變壓器不宜輕載運(yùn)行，變壓器在負(fù)荷率為60%以上運(yùn)行才經(jīng)濟(jì)，一般在75-80%時(shí)比較合適；3）合理安排和調(diào)整工藝；4）選用無電壓運(yùn)行的電磁開關(guān)。2、 人工補(bǔ)償無