負荷計算及無功補償

第三章負荷計算及無功補償廣東省唯美建筑陶瓷有限公司劉建川3．1負荷曲線與計算負荷負荷曲線(loadcurve)是指用于表達電力負荷隨時間變化情況的函數(shù)曲線。在直角坐標糸中,縱坐標表示負荷(有功功率和無功功率)值，橫坐標表示對應的時間(一般以小時為單位)日負荷曲線年負荷曲線年每日最大負荷曲線年最大負荷和年最大負荷利用小時數(shù)3．1．2計算負荷計算負荷是按發(fā)熱條件選擇電氣設備的一個假定負荷，其物理量含義是計算負荷所產生的恒定溫升等于實際變化負荷所產生的最高溫升。通常將以半小時平均負荷依據(jù)所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷，并把它作為按發(fā)熱條件選擇電氣設備的依據(jù)。3．2用電設備額定容量的確定3．2．1用電設備的一作方式(1)連續(xù)工作方式在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運行，設備任何部份溫升不超過最高允許值，負荷比較穩(wěn)定。(2)短時運行工作制(3)斷續(xù)工作制用電設備以斷續(xù)方式反復進行工作，其工作時間與停歇時間相互交替。取一個工作時間內的工作時間與工作周期的百分比值，稱為暫載率，即暫載率亦稱為負荷持續(xù)率或接電率。根據(jù)國家技術標準規(guī)定，重復短暫負荷下電氣設備的額定工作周期為lOmin。吊車電動機的標準暫載率為15%、25%、40%、60%四種，電焊設備的標準暫載率為50%、65%、75%、100%，其中草藥100%為自動焊機的暫載率。3．2．2用電設備額定容量的計算長期工作和短時工作制的設備容量等于其銘牌一的額定功率，在實際的計算中，少量的短時工作制負荷可忽略不計。重復短時工作制的設備容量①吊車機組用電動機的設備容量統(tǒng)一換算到暫載率為￡=25%時的額定功率，若不等于25%,要進行換算，公式為：Pe二Pn打占％二2PngnPe為換算到￡=25%時的電動機的設備容量￡N為銘牌暫載率Pn為換算前的電動機銘牌額定功率注意：電葫蘆、起重機、行車等都可以用電動機考慮Q電焊機及電焊裝置的設備容量統(tǒng)一換算到￡=100%時的額定功率。若不等于銘牌暫載率不等于100%，應進行換算，公式為：于100%，應進行換算，公式為：P=P曠=Sco?enPe：換算到100%時電焊機或電焊裝置的設備容量Pn：換算前的交流電焊機的額定功率Sn：換算前的交流電焊機的額定視在功率￡N：在Sn與Pn相對應的銘牌暫載率cos。：在Sn時的額定功率因數(shù)（3）電爐變壓器的設備容量是指在額定功率因數(shù)下的額定功率Pe=Pn=Sncos。（4）照明設備的設備容量白熾燈、碘鎢燈設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）不對稱單相負荷的設備容量應力求將單相設備均勻分配到三相上，減少三相不對稱情況。設計規(guī)程規(guī)定，在計算范圍內，單相用電設備的總容量如不超過三相用電設備總容量的15%時，可按三相對稱分配，如超過15%，則設備容量Pe應按3倍相負荷的原則進行換算。設備接于相電壓和線電壓時，設備容量Pe的換算接于相電壓時：Pe=3*Pe?mOPe：等效三相設備容量Pe?m。：最大負荷所接的單相設備容量接于線電壓時：Pe=、孤?lPe：接于同一線電壓的單相設備容量3．3負荷計算的方法目前常用的方法是需要糸數(shù)法、二項式法和利用糸數(shù)法。前兩種方法用得比較多。需要糸數(shù)法適用于計算變、配電所的負荷；二項式法適用于低壓配電支干線和配電箱的計算。（1）需要糸數(shù)法需要糸數(shù)法考慮了以下的幾個因素kn:同時使用糸數(shù)KL：負荷糸數(shù)n:線路供電效率WLn：用電設備的在實際運行功率時的平均效率實際上，Kd一般用測量統(tǒng)主來確定（2）二項式法3．3．1需要糸數(shù)法（1） 單臺用電設備的計算負荷①有功負荷考慮到單臺用電設備也有滿載運行的時候，其計算負荷P =CA?LnQ無功容量計算的目的：用于選擇分支線一的開關設備（2） 用電設備的計算負荷①有功計算負荷一個車間內有很多的用電設備，在進行負荷計算時，要將用電設備按需要糸數(shù)表上的分類方法詳細分成若干組，然后進行設備組的負荷計算Kd：用電設備組上的需要糸數(shù)工Pe：用電設備組上的總容量之和Q無功計算負荷③視在計算負荷（3） 確定車間配電干線及其上的開關設備當車間配電線上有多個用電設備時，需將該干線上的用電設備組的計算負荷相加，然后乘以最大負荷同時糸數(shù)，即得該配電干線的計算負荷。計算變電所低壓母線上的計算負荷，亦采用同樣的方法?！?總有功功率計算負荷P二K工PTOC\o"1-5"\h\zCA3 為 CA2°總無功功率計算負荷Q二K工QCA3 為 CA2°總視在功率計算負荷s*P2 +Q2CA3*CA3 CA3K：最大負荷時的同時利用糸數(shù)計算目的：用于選擇車間配電干線上的開關設備，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)有無功功率補償?shù)撵o電電容器組，其容量為QC3,當計算Qca3時，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的計算負荷將車間變電所低壓母線上的計算負荷加上車間變壓器的功率損耗，即可得其高壓側負荷。PCA4、QCA4、SCA4:變壓器高壓側的有功、無功、視在功率的計算負荷巴2,AQT2：變壓器的有功損耗和無功損耗但是，在計算負荷時，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行計算，因此，一般按下列經驗到式進行估算。對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設備（5） 確定全車間變電所中高壓母線上的計算負荷若車間變電所的高壓母線上接有多臺變壓器和高壓用電設備時，將車間各變壓器高壓側計算負荷及高壓用電設備計算負荷相加，即得車間變電所高壓母線上的計算負荷。其中，P4M、Q4M為中間高壓用電設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算負荷確定總降壓變電所6—10KV母線上的高壓出線計算負荷PCA6時，應將計算負荷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，在負荷計算中可忽略不計。故有計算目的：用于選擇總降壓變電所出線及其上的開關設備（7） 確定總降壓變電所低壓側母的計算負荷將總降壓變電所6—10KV出線上的計算負荷（PCA6,QCA6）分別相加后，乘以各自最大負荷的同時糸數(shù)K^，就可以求得總降壓變電所低壓側母線上的計算負荷。如果根據(jù)經濟比較結果，決定在總降壓變電所6—10KV二次母線側采用電力電容器進行無功功率補償，則在計算總無功功率qCA7時，應減去補償設備的容量qC7計算目的：用于計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）確定全廠總計算負荷將總降壓變電所低壓側母線上的計算負荷（PCA7,QCA7）加上主變壓器的功率損耗（^PT1，Aqt1）,即可求得全廠總計算負荷計算目的：全廠總計算負荷的數(shù)值可作為向供電部門申請全廠用電的依據(jù)，并作為資料進行高壓供電線路的電氣計算，選擇高壓進線導線及進線開并設備。此外，沿可求得全廠最大負荷時的功率因數(shù)和需要糸數(shù)的計算值需要糸數(shù)法由于簡單易行，為設計人員普遍接受，是目前通用的求取計算負荷的方法。但這種方法的缺點是將需要糸數(shù)KD看作與負荷群中設備多少及設備容量懸殊情況都無關的固定值，這是不嚴格的。事實上，只有設備數(shù)量足夠多，總容量足夠大，且無特大型用電設備時，KD才能趨于穩(wěn)定。比較適合全廠或大型變電所的計算負荷。3.3.2二項式法二項式法是考慮一定數(shù)量大容量用電設備對計算負荷的影響而得出的方法。（1）基本公式Pca=bPe+cPx計算負荷Pca由bPe+cPx兩項組成，故稱為二項式法。式中，bPe表示用電設備的平均功率，其中Pe用電設備組的設備總容量，其計算方法用前面的需要糸數(shù)法；cPx為表示用電設備組中x臺容量最大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中Px是x臺最大容量的設備總容量；b,c為二項式糸數(shù)。Qca,Sca的與前述需要糸數(shù)計算方法相同。必須注意：按二項式法確定計算負荷時，如果設備總臺數(shù)n少于附錄表中的最大容量設備臺數(shù)x的2倍（即nv2x）時，其最大容量設備臺數(shù)x宜適當取小，建議為x=n/2，且按“四舍五入"法修約規(guī)則取整數(shù)。如時用電設備組只有1—2臺設備時，就可認為Pca=Pe。對于單臺電動機，則Pca二P/n，PNNN為電動機的額定容量，n為效率。在設備臺數(shù)少時，cos。也適當取大。（2）多組用電設備負荷的確定采用二項式法確定多組用電設備總的計算負荷時，亦應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)糸數(shù)。但不是計入一個同時糸數(shù)，而是在各組用電設備中取其中一組最大的附加負荷cPx,再加上各組的平均負荷bPe，由此求得其總的有功計算負荷，即總的無功計算負荷為Qca=工bPetan申+（cPx）maxtan申max總的視在計算負荷式中：cPx為各組用電設備中附加負荷最大的一組附加負荷，這是考慮到多個用電設備組中，各組大容量用電設備不可能同時出現(xiàn)的緣故。工bPe為各組的平均負荷bPe的總和。Tan。為各用電設備組的功率因數(shù)的正切值。tan0max為最大附加負荷（cPx）max的設備組的平均功率因數(shù)角的正切值。由于二式項法不僅考慮了用電設備最大負荷時的平均功率，而且考慮了少數(shù)容量最大的設備投入運行時對總計算負荷的額外影響，所以該法比較適用于確定設備臺數(shù)較少而容量差別很大的低壓干線和分支線的計算負荷。但是二項式法計算糸數(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際中，常根據(jù)計算負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可分別按下列計算上式如果用線路的計算功率表示時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不變的空載損耗AP。，也就是鐵損APfe，另一部分是隨負荷變化的繞組損耗，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荷電流的平方成正比，所以變壓器在計算負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為變壓器低壓側的計算負荷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不變的無功損耗△Q0，另一部份是隨著變壓器負荷而變化在繞組中產生的無功損耗。所以變壓器在計算負荷下的無功功率損耗為式中：I%AQ=S圧是變壓器空載時的無功損耗0NT100AQ=SUk%是變壓器額定負荷時的無功損耗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數(shù)與容量的選擇3．5．1變電所中變壓器的臺數(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變壓器的經濟運行3．6功率因數(shù)與無功功率補償3．6．1功率因數(shù)的計算（1）瞬時功率因數(shù)3．6．2功率因數(shù)對供電糸統(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，會出現(xiàn)如下情況：1） 增加叫力網中輸電線路上的有功功率損耗和無功損耗增加。2） 糸統(tǒng)中的總電流會增加3） 功率因數(shù)過低會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）正確選用異步電動機的型號和容量；2）電力變壓器不宜輕載運行，變壓器在負荷率為60%以上運行才經濟，一般在75-80%時比較合適；3）合理安排和調整工藝；4）選用無電壓運行的電磁開關。2、 人工補償無