电力工程基础第3版 孙丽华第2章

*********制作孙丽华电力工程基础第2章负荷计算与无功功率补偿河北科技大学电气工程学院第2章负荷计算与无功功率补偿河北科技大学电气工程学院一、电力负荷的分级2.1概述河北科技大学电气工程学院二、用电设备的工作制及设备容量的计算暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比值，即　　 连续运行工作制（长期工作制） 短时运行工作制（短时工作制） 断续周期工作制（反复短时工作制）1．用电设备的工作制起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60%电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%河北科技大学电气工程学院2．设备容量Pe的计算 连续运行工作制： 断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。　折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。∴河北科技大学电气工程学院起重设备：指统一换算到ε=25%时的额定功率，即电焊设备：指统一换算到ε=100%时的额定功率，即 三、负荷曲线 按性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线； 按负荷持续时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线、工作班负荷曲线等。河北科技大学电气工程学院1.日有功负荷曲线2.年有功负荷曲线 年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）图2-1日有功负荷曲线a）折线图b）梯形图河北科技大学电气工程学院取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1所占时间为：图2-3全年时间负荷曲线的绘制a）冬季典型日负荷曲线b）夏季典型日负荷曲线c）全年时间负荷曲线 全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）河北科技大学电气工程学院四、与负荷曲线有关的物理量1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数 年最大负荷Pmax：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即 年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。图2-4年最大负荷与年最大负荷利用小时数河北科技大学电气工程学院2．平均负荷与负荷系数 平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，即 负荷系数KL：平均负荷与最大负荷的比值，即年平均负荷:KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。图2-5年平均负荷河北科技大学电气工程学院3．需要系数和利用系数 需要系数Kd：负荷曲线中的最大负荷与用电设备额定容量的比值，即 利用系数Ku：负荷曲线中的平均负荷与用电设备额容量的比值，即河北科技大学电气工程学院计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，用Pc（或Qc、Sc、Ic）表示。通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为3τ～4τ，即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值一、概述2.2计算负荷的确定河北科技大学电气工程学院 目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等 意义：估算过高，使设备和导线选择偏大，投资大；估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系统的正常运行。 方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等。二、三相用电设备组的负荷计算确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：河北科技大学电气工程学院因此，用电设备组的需要系数可表示为河北科技大学电气工程学院需要系数，查表2-1说明：P30、Q30、S30的单位分别为kW、kvar、kVA 单组用电设备计算负荷的确定用电设备组的设备容量河北科技大学电气工程学院当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数。同时系数，取0.85~0.95 多组用电设备计算负荷的确定河北科技大学电气工程学院电力负荷计算表例2-1（P33） 序号 用电设备名称 台数 设备容量/kW Kd cos tan 计算负荷 铭牌值 换算值 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 金属切削机床组 30 85 85 0.16 0.5 1.73 13.6 23.53 2 通风机组 3 5 5 0.85 0.85 0.62 4.25 2.635 3 吊车组 1 3 3.795 0.15 0.5 1.73 0.569 0.984 小计 34 93 93.795 18.419 24.149 负荷总计（　　　） 16.58 24.43 29.52 44.85河北科技大学电气工程学院 对需要系数法的评价 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 简单，计算方便； 需要系数法的数值比较完整和准确，查取方便； Kd是针对负荷群而言的，设备台较越多计算越准确（否则计算误差较大，应采用二项式系数法）； 将Kd看成常数，适用于求全厂或大型车间变电所的计算负荷。三、单相用电设备组的负荷计算单相设备接于相电压时：单相设备接于同一线电压时：河北科技大学电气工程学院A相:B相:C相:然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总的等效三相设备容量。一般情况：应先将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量：河北科技大学电气工程学院一、功率损耗1．线路的功率损耗2.3功率损耗与电能损耗计算 等边三角形排列： 水平等距离排列：而x1与导线之间的几何均距有关。其中:图2-6三相导线的布置方式a）等边三角形布置b）水平等距布置河北科技大学电气工程学院２．变压器的功率损耗有功功率损耗河北科技大学电气工程学院所以无功功率损耗所以河北科技大学电气工程学院所以——额定负载下的损耗近似公式：河北科技大学电气工程学院二、电能损耗1．线路的电能损耗：τ的含义：在此时间内，线路持续通过计算电流所（I30）产生的电能损耗与实际负荷电流在全年内所产生的电能损耗相等。图2-7τ与Tmax关系曲线年最大负荷损耗小时数河北科技大学电气工程学院2．变压器的电能损耗 由变压器铁损引起的电能损耗： 由变压器铜损引起的电能损耗：因此，变压器全年的电能损耗为河北科技大学电气工程学院三、线损率的计算1.线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。2.线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即河北科技大学电气工程学院2.4企业计算负荷的确定图2-8负荷计算用供电系统逐级计算法：从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。河北科技大学电气工程学院 用电设备组的计算负荷（图2-8中的1点） 车间变压器低压母线上的计算负荷（图2-8中的2点）变电所低压母线上所装静电电容器的容量或河北科技大学电气工程学院 车间变压器高压侧的计算负荷（图2-8中的3点）注意：若车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即河北科技大学电气工程学院 车间变电所高压母线上的计算负荷（图2-8中的4点） 总降压变电所出线上的计算负荷（图2-8中的5点）河北科技大学电气工程学院 总降压变电所低压母线上的计算负荷（图2-8中的6点） 企业总计算负荷（图2-8中的7点）或高压电容器的补偿容量河北科技大学电气工程学院一、功率因数的计算 瞬时功率因数：由功率因数表（相位表）直接读出，或按下式求出：指某一 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 时间内，功率因数的平均值。其计算公式为： 均权功率因数：2.5功率因数与无功功率补偿河北科技大学电气工程学院指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，即 最大负荷时的功率因数：我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。河北科技大学电气工程学院二、无功功率补偿 使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。 使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。 使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。 使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。 功率因数低的不良影响：河北科技大学电气工程学院 提高自然功率因数的方法 用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。正确选用感应电动机的型号和容量。当电动机的负荷系数KL＞70%时，可以不换；当KL＜40%时，必须换小电机；当40%＜KL＜70%时，则需经过技术经济比较后再进行更换。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。 对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。河北科技大学电气工程学院 定子绕组的匝数不能减少。所以限制感应电动机的空载运行。提高感应电动机的检修质量。当变压器的负荷系数KL＜30%时，应考虑换小容量的变压器。 气隙δ不能增加。合理使用变压器。感应电动机同步化运行。同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。河北科技大学电气工程学院2．提高功率因数的补偿法 稳态无功功率补偿设备 采用并联电容器 采用同步补偿机优点：与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。实质上是空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。河北科技大学电气工程学院 投切方式：手动、自动（无功自动补偿装置）； 控制方式：按母线电压的高低、无功功率的大小、功率因数的大小等进行控制； 电容器组数：4、6、8、10、12等； 电容器分组应满足以下条件： 分组电容器投切时，不应产生谐振； 适当减少分组组数和加大分组容量； 应与配套设备的技术参数相适应； 满足电压偏移的允许范围。 动态无功功率补偿设备——静补装置（SVC）河北科技大学电气工程学院静补装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器发出无功功率，可控电抗器吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。三、电容器并联补偿的工作原理图2-9电容器无功补偿原理图在R、L电路中并联电容器C后：河北科技大学电气工程学院四、电容器的接线方式与装设位置1．电容器的接线方式　　低压电容器组一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。注意：一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。河北科技大学电气工程学院2．电容器的装设位置（补偿方式）图2-10并联电容器的装设位置与补偿区 高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所6～10kV母线上。河北科技大学电气工程学院 低压成组补偿：将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。 分散就地补偿（个别补偿）：将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。必须指出：电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设放电装置，且其放电回路中不得装设熔断器或开关设备，以免放电回路断开，危及人身安全。对高压电容器，利用母线上电压互感器的一次绕组来放电；对分散补偿的低压电容器组，采用白炽灯的灯丝电阻来放电；对就地补偿的低压电容器组，利用用电设备本身的绕组来放电。河北科技大学电气工程学院五、补偿容量的计算 补偿容量:图2-11功率因数与无功功率和视在功率的关系补偿率（kvar/kW） 电容器的个数：注意：上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数；对单相电容器，则应取3的整数倍，以便三相均衡分配。　例2-2（P45）河北科技大学电气工程学院一、单台用电设备的尖峰电流二、多台用电设备的尖峰电流或2.6尖峰电流的计算　例2-3（P47）起动电流与额定电流之差最大的那台设备的起动电流河北科技大学电气工程学院