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1、项目四 负荷计算与无功功率补偿,任务1负荷曲线与计算负荷 任务2计算负荷的确定 任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高 任务4全厂负荷计算示例,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,一、负荷曲线 1.负荷曲线的绘制及其类型 所谓负荷是指用电设备和线路中通过的电流或功率。工厂里用电设备的工作状态有轻有重、时通时断，它们的负荷总是时大时小地变化着。我们把电力负荷随时间变化情况的图形称为负荷曲线。画在直角坐标上纵坐标表示负荷，横坐标表示对应于负荷变化的时间。 负荷曲线按所反映的对象不同可分为全厂的、车间的或某类设备的负荷曲线;按负荷性质可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线;按所表示的时间可分为日负荷曲线和年
2、负荷曲线。 日负荷曲线表示一日24 h内负荷变化的情况，根据变电所中的有功功率表用测量的方法绘制。为便于计算，日负荷曲线多绘成梯形，横坐标一般按半小时分格，如图4一1所示。,返回,下一页,任务1负荷曲线与计算负荷,工厂的年负荷曲线分为两种，一种是把一年中用电负荷按值由大到小，依次从左向右排列，并按照各负荷持续时间绘出阶梯形年负荷曲线。这种年负荷曲线反映了工厂全年负荷变动与负荷持续时间的关系，称为年负荷持续时间曲线。 另一种年负荷曲线，是按全年每日最大负荷绘制的。横坐标依次以全年12个月份的日期来分格，称为年每日最大负荷曲线。 绘制负荷曲线是比较费时和困难的，在工程中一般不直接绘制年负荷曲线，而
3、常根据典型负荷曲线得到特性参数并进行理论计算。,下一页,返回,上一页,任务1负荷曲线与计算负荷,2.与负荷曲线有关的特性参数 (1)年最大负荷Pmax。年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内(为防止偶然性，这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2 3次)30min平均功率的最大值，因此年最大负荷有时候也称30min最大负荷P30。无功最大负荷记作Qmax或Q30。 (2)平均负荷。电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值称为平均负荷，记作PaV。如一定时间t内消耗的电能与时间t的比值为该段时间t的平均负荷，即,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,(3)需要系数Kd。用电设备组有功最大
4、负荷Pmax与该组用电设备容量的总和Pe之比，称为该用电设备组的需用系数，即 需要系数与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关。各种用电设备组的需要系数如表4一1所示。,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,(4)年最大负荷利用小时Tmax。年最大负荷利用小时是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能等于该电力负荷全年实际消耗的电能，如图4一2所示。 二、计算负荷 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择电气设备和导线的负荷值，称为计算负荷。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。求得计算负荷的过程，就是负荷计算。其目的在于在供电
5、系统设计中，经济合理地选择变压器容量、各种电气设备型号规格及线路导线、电缆截面等，以便实现安全可靠的供电。,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,三、用电设备的工作制及其设备容量的确定 1.用电设备的工作制 工厂的用电设备其工作制可分为长期工作制、短时工作制和反复短时工作制三类。不同工作制的用电设备，其工作情况不相同，引起的温升也不一样。在负荷计算时，要确定其设备容量，必须将各种用电设备就工作制加以分类。 (1)长期工作制。长期工作制的用电设备运行时间连续且较长，负荷比较稳定，其温升足可以达到稳定温升，如通风机、水泵、空气压缩机、搅拌机、电炉和照明灯等。,上一页,下一页,返回,任务1
6、负荷曲线与计算负荷,(2)短时工作制。短时工作制的用电设备工作时间很短，温升尚未达到稳定值就已停止，而停歇时间相对较长，足以使用电设备冷却到周围环境温度，如机床上的某些辅助电动机等。 (3)反复短时工作制。反复短时工作制的用电设备时而工作，时而停歇，如此反复运行，其工作时间t与停歇叶间t。交替出现，且都比较短，二者之和即工作周期不超过10 min，如电焊机和吊车电动机等。反复短时工作制的设备可用负载持续率来表征其工作性质。,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,2.用电设备容量的确定 在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率PN ，由于用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的
7、额定功率直接相加，必须将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。确定各种用电设备的设备容量Pe的方法如下。 (1)长期工作制和短时工作制的用电设备，设备容量就是铭牌额定功率，即,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,(2)反复短时工作制的电动机，额定功率应统一换算到负载持续率为25%的设备容量P具体换算关系为 (3)电焊机及电焊变压器的设备容量，是将额定容量换算到负载持续率 =100%时的有功功率，其换算关系为,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,(4)电炉变压器的设备容量是指额定功率因数时
8、的有功功率，即 白炽灯、碘钨灯的设备容量为灯泡额定功率。 荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失，其设备容量应为灯管额定功率的1. 2倍。 高压水银荧光灯也要考虑镇流器中的功率损失，设备容量应为灯泡额定功率的1. 1倍。 金属卤化物灯采用镇流器时也要考虑镇流器中的功率损失，其设备容量应为灯泡额定功率的1. 1倍。,上一页,下一页,返回,任务1负荷曲线与计算负荷,(6)不对称单相负荷的设备容量。当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，在设计范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时，可按三相对称分配考虑，如单相用电设备不对称容量
9、大于三相用电设备总容量的15%时，则设备容量P。应按3倍最大相负荷的原则进行换算。 当单相设备接在相电压，设备容量Pe的计算式为:,上一页,返回,任务2计算负荷的确定,一、单台用电设备计算负荷的确定 对长期连续工作的单台用电设备，其设备容量就是计算负荷。其计算负荷和计算电流按下式计算:,下一页,返回,任务2计算负荷的确定,二、用电设备组计算负荷的确定 采用需要系数法确定用电设备组的计算负荷时，将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类型，查出相应的需要系数Kd(见表4一1)，然后按下列公式求出该用电设备组的计算负荷和计算电流:,上一页,下一页,返回,任务2计算负荷的确定,三、配电干线
10、或车间变电所低压母线上计算负荷的确定 配电干线或车间变电所低压母线上拥有多组用电设备，确定多组用电设备计算负荷时，考虑到各组用电设备的最大负荷不同量出现的因素，将干线上或低压母线上各用电设备组的有功和无功计算负荷分别相加，然后乘以同时系数。因此多组用电设备的计算负荷和计算电流按下式计算:,上一页,下一页,返回,任务2计算负荷的确定,四、单相用电设备组计算负荷的确定 工业企业中除三相设备外还有各种单相设备，如电灯、电焊机等。单相设备接在三相线路中，无论接于相电压还是接于线电压，要尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。只要三相负荷不平衡，应该以最大负荷相有功计算负荷的3倍作为等效三相有功计算负
11、荷，以更好地满足三相线路中所选设备和导线安全运行的要求。 1.单相设备均接于相电压时计算负荷的确定 先分相计算各相的计算负荷，等效三相计算负荷Pca就是最大负荷相计算负荷的3倍。,上一页,下一页,返回,任务2计算负荷的确定,2.单相设备均接于线电压时计算负荷的确定 分别计算出各线间的计算负荷后，取较大的两项数据进行计算。 3.单相设备分别接于线电压和相电压时计算负荷的确定 先分别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，之后分相计算各相的计算负荷，总的等效三相计算负荷就是最大负荷相计算的3倍。 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的换算公式如下:,上一页,返回,任务3
12、电力系统的功率损耗及功率因数的提高,一、供电线路的有功及无功功率损耗 有功功率损耗是电流通过线路电阻所产生的，无功功率损耗是电流通过线路电抗所产生的，可按下式计算: 二、变压器的有功及无功功率损耗,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,三、提高功率因数的意义 我国规定高压供电的工业企业功率因数应达到0. 9以上，其他用户在0. 85以上。但在工业企业中用电设备以感性负载居多，要消耗大量无功功率，使得企业功率因数偏低，这将造成一系列不良影响如下。 (1)降低发电机的输出功率，使发电设备效率降低，发电成本提高。 (2)降低变电、输电设施的供电能力。 (3)网络功率损耗增加。 (4
13、)加大线路中的电压损失，降低电压质量，使用电设备运行条件恶化。 因此，提高企业功率因数可达到节约电能和提高供电质量的目的，不仅对本企业，甚至对整个电力系统的经济运行有重大意义。,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,四、提高功率因数的方法 针对工业企业中无功功率主要消耗在电动机、变压器上的特点，为提高自然功率因数，常采用以下措施。 (1)合理选择电动机的型号、规格和容量，使其接近满载运行。 (2)降低轻载感应电动机定子绕组电压。 (3)调整和改革生产工艺流程。 (4)提高电动机的检修质量。 (5)合理选择变压器容量，改善变压器的运行方式。 (6)绕线型感应电动机同步化
14、运行。 (7)电磁开关无电压运行。,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,提高自然功率因数，不需采用附加的无功补偿设备，而是采用各种技术措施减少供用电设备中无功功率的消耗量，不需额外投资使功率因数提高，因此优先考虑。 单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应当装设无功功率因数补偿装置进一步提高企业的功率因数。进行无功功率人工补偿的设备，主要有同步补偿机和并联电容器。同步补偿机是一种专用来改善功率因数的同步电动机，通过调节其励磁电流以起到补偿系统无功功率的作用。并联电容器称移相电容器，是一种专用来改善功率因数的电力电容器。并联电容器与同步补偿机相比，由于并联电容器
15、无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩建方便等特点，在一般工厂供电系统中应用最为普遍。,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,五、功率因数计算 1.瞬时功率因数 瞬时功率因数用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，方便采取适当的补偿措施。它可由功率因数表测得，或由功率表、电流表和电压表读数按下式求出。,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,2.平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内功率因数的平均值，也称均权功率因数。对已经进行生产的企业，平均功率因数为 3.最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率
16、因数是指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数。根据功率因数的定义有,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,六、采用并联电容器补偿 并联电容器补偿可按下式计算: 在确定了总的补偿量Qc后，可以根据所选并联电容器的单个容量ac来确定电容器的个数: 由上式计算所得的电容器个数，对于单相电容器来说，应取相近的3的整数倍，以便三相均衡分配。 另外，实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，要对额定容量作如下修订:,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,七、并联电容器的补偿方式 在工业企业采用并联电容器来提高功率因数时，按照电容器的装设地点不同，补偿方式有以下三种。 1.单独补偿 电容器直接安装在用电设备附近，一般对个别功率因数特别不好的大容量感应电动机进行单独补偿。 2.分组补偿 电容器组分设在功率因数较低的车间变电站高压母线上。这种补偿方式能减少这些车间以上配电系统内无功功率引起的损耗。,上一页,下一页,返回,任务3电力系统的功率损耗及功率因数的提高,3.集中补偿 电容器组集中装设在企业总降压变电
