电力工程基础之电力负荷计算概述

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1、第二章第二章 电力负荷计算电力负荷计算电力工程基础电力工程基础南京理工大学南京理工大学电气工程基础电气工程基础20112011第二章第二章 电力负荷计算电力负荷计算2.1 电力负荷与负荷曲线电力负荷与负荷曲线2.2 计算负荷的意义计算负荷的意义2.3 确定计算负荷的方法确定计算负荷的方法2.4 尖峰电流的计算尖峰电流的计算2.5 无功功率补偿无功功率补偿7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.1 电力负荷与负荷曲线u电力负荷（电力负荷（electric power load）又称又称电力负载电力负载，有两种含义：，有两种含义：一一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷

2、、一般负荷、是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。动力负荷、照明负荷等。另一种另一种是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。电力负荷的具体含义视具体情况而定。 7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 一、电力负荷的分级及供电要求一、电力负荷的分级及供电要求 供电方式供电方式:由两个由两个独立电源独立电源供电；设应急电源供电；设

3、应急电源。1一级负荷一级负荷：中断供电将可能造成：中断供电将可能造成人身伤亡人身伤亡；或造成重大设；或造成重大设备损坏，重大产品报废，产生备损坏，重大产品报废，产生重大的经济损失重大的经济损失；或在；或在政治造政治造成重大影响成重大影响。2二级负荷二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。 供电方式供电方式:由由双回路双回路供电供电。3三级负荷三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。 供电方式供电方式:对供

4、电电源无特殊要求。对供电电源无特殊要求。 2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 二、用电设备的工作制二、用电设备的工作制 1连续运行工作制（长期工作制）连续运行工作制（长期工作制）：这类工作制的设备在长这类工作制的设备在长期连续负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状期连续负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态态 。 2短时运行工作制（短时工作制）短时运行工作制（短时工作制）：这类工作制的设备在这类工作制的设备在恒定负荷下运动的时间短（短于达到热平衡所需的时间），恒定负荷下运动的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长

5、到足以使设备温度冷却到周围介质的温而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度）。度）。 2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120113断续周期工作制（反复短时工作制）断续周期工作制（反复短时工作制）：这类工作制的设这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡到热平衡 。暂载率（负荷持续率）：暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百指设备工作时间与工作周期

6、的百分比值，即分比值，即吊车：标准暂载率有吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和和60%四种四种 电焊机：标准暂载率有电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和和100%四种四种 二、用电设备的工作制二、用电设备的工作制 2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 三、负荷曲线三、负荷曲线1负荷曲线的分类负荷曲线的分类按性质分：按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线有功负荷曲线和无功负荷曲线 按负荷持续时间分：按负荷持续时间分：日负荷曲线日负荷曲线、月负荷曲线和、月负荷曲线和年负荷曲线年负荷曲线2负荷曲线的绘制负荷曲线的绘制 2.1 电力负荷与负荷

7、曲线日负荷曲线（日负荷曲线（图图2.1） ：逐点描绘法逐点描绘法、梯形曲线法梯形曲线法年负荷曲线：年负荷曲线：年最大负荷曲线（图年最大负荷曲线（图2.3 ）：）：或称运行年负荷曲线。或称运行年负荷曲线。图图2.3 年最大负荷曲线年最大负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011图图2.1 日有功负荷曲线日有功负荷曲线a）折线图）折线图 b）梯形图）梯形图2.1 电力负荷与负荷曲线作用：作用：电力系统调度电力系统调度部门用于安排部门用于安排发电发电计划计划 ;电力系统计划部门用电力系统计划部门用于进于进 行电力系统的行电力系统的电力电量平衡电力电量平衡和确定运行方式和确定运

8、行方式(如调峰如调峰 容量容量、调、调压和无功压和无功补偿补偿方式等方式等)以及进行以及进行安全分析安全分析 ;7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011取夏季为取夏季为200天，冬季为天，冬季为165天，则图中功率天，则图中功率P1所占时间为：所占时间为： 图图2.2 全年时间负荷曲线的绘制全年时间负荷曲线的绘制a）夏季典型日负荷曲线）夏季典型日负荷曲线 b）冬季典型日负荷曲线）冬季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线）全年时间负荷曲线2.1 电力负荷与负荷曲线全年时间负荷曲线（全年时间负荷曲线（图图2.2 ）：或称年

9、负荷持续曲线。）：或称年负荷持续曲线。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 四、与负荷曲线有关的物理量四、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和年最大负荷利用小时数年最大负荷年最大负荷Pmax ：指全年中消耗电能最多的半小时的平均指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即功率，即 年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，如图全年实际消耗的电能，如图2.4所所示。示。 可见：年负荷曲线越平坦，可见：年负荷

10、曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。越小。图图2.4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数年最大负荷与年最大负荷利用小时数2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 四、与负荷曲线有关的物理量四、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和年最大负荷利用小时数2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112平均负荷与负荷系数平均负荷与负荷系数平均负荷平均负荷Pav：在一定时间在一定时间t内消耗的平均功率，即内消耗的平均功率，即 负荷系数负荷系数 KL：平

11、均负荷与最大平均负荷与最大负荷的比值，即负荷的比值，即年平均负荷为（图年平均负荷为（图2.5）:可见，可见，KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。图图2.5 年平均负荷年平均负荷2.1 电力负荷与负荷曲线7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011计算负荷：计算负荷： 通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电气设备的一个择导体和电气设备的一个假想的持续负荷值假想的持续负荷值，称为计算负荷，称为计算负荷，用用Pc（和（和Qc 、Sc 、 Ic ）表示。）表示。通常把根据通常把根据半小时平均负

12、荷半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的所绘制的负荷曲线上的 “最大最大负荷负荷”称为计算负荷，并作为称为计算负荷，并作为按按发热条件选择电气设备的依据发热条件选择电气设备的依据，因此因此2.2 计算负荷的意义一一般般中中小小截截面面导导体体的的发发热热时时间间常常数数为为10min以以上上，而而导导体体通通过过电电流流达达到到稳稳定定温温升升的的时时间间大大约约为为34，即即载载流流导导体体大大约约经经半半小小时时（30min）后后可可达到稳定温升值达到稳定温升值 7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120113二项式系数二项式系数b、c。1需要系数需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功

13、计算负荷负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部与全部用电设备设备容量之比值，即用电设备设备容量之比值，即 2利用系数利用系数Ku：负荷曲线中的平均计算负荷负荷曲线中的平均计算负荷Pav与全部用电与全部用电设备的设备容量之比值，即设备的设备容量之比值，即 2.2 计算负荷的意义常用的几个系数常用的几个系数7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 一、概述一、概述 求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和用系数法和单位产品耗电量法单位产品耗电量法等。等。 二、按需要系数确定计算负荷二、按需要系数确定计算负荷1设

14、备容量设备容量Pe的确定的确定对长期工作制和短时工作制的用电设备：对长期工作制和短时工作制的用电设备：对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。一暂载率下的额定功率。 2.3 确定计算负荷的方法折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容）的设备容量：指统一换算到量：指统一换算到=25%时的额定功率（时的额定功率（kW），即），

15、即 2.3 确定计算负荷的方法7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011电焊机及电焊变压器的设备容量电焊机及电焊变压器的设备容量：指统一换算到指统一换算到=100%时时的额定功率（的额定功率（kW），即），即 照明设备的设备容量：照明设备的设备容量：白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；荧光灯应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的荧光灯应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的20%），），其设备容量应为灯管额定功率的其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍；倍；高压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损高

16、压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的失（约为灯泡功率的10%），其设备容量可取灯管额定功率），其设备容量可取灯管额定功率的的1.1倍。倍。 2.3 确定计算负荷的方法7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112单台用电设备单台用电设备的计算负荷的计算负荷对长期连续工作的单台用电设备：对长期连续工作的单台用电设备： 对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）： 3用电设备组用电设备组的计算负荷的计算负荷式中，式中，P30 、 Q30、 S30的单位分别为的单位分别为kW、kvar、kVA；Kd为需为需要系数，

17、查附录表要系数，查附录表1。2.3 确定计算负荷的方法7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011需要系数需要系数Kd的意义的意义各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考考虑一个同时使用系数虑一个同时使用系数 ; ;各用电设备各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此因此应应考虑一个负荷系数考虑一个负荷系数 ; ;各用电设备各用电设备的平均效率的平均效率 ; 线路的供电效率线路的供电效率 。 因此，用电设备组的计算负荷为因

18、此，用电设备组的计算负荷为:2.3 确定计算负荷的方法7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011例例2.1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电的三相电动机动机7.5kW3台，台，4kW8台，台，3kW17台，台，1.5kW10台。试用需要系数台。试用需要系数法求其计算负荷。法求其计算负荷。 解：此机床组电动机的总容量为解：此机床组电动机的总容量为查附录表查附录表1中中“小批生产的金属冷加工机床电动机小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得项，得 （取（取0.16），）， 。因此可求得因此可求得7/28/2024电气工程基础电气

19、工程基础20112011有功计算负荷有功计算负荷无功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷视在计算负荷计算电流计算电流7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.多组用电设备多组用电设备的计算负荷的计算负荷 当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最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，此时应计入一个大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数同时系数。2.3 确定计算负荷的方法对车间干线，取对车间干线，取对对低低压压母母线线，分如下两种情况：，分如下两种情况：（1）由用）由用电设备组计电设备组计算算负负荷直接相加来荷直接相加来计计算算时时，取，取

20、（2）由）由车间车间干干线计线计算算负负荷直接相加来荷直接相加来计计算算时时，取，取7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.3 确定计算负荷的方法 二、按二项式系数法确定计算负荷二、按二项式系数法确定计算负荷1对同一工作制的单组用电设备对同一工作制的单组用电设备式中，式中，b、c为二项式系数，可查附录表为二项式系数，可查附录表1； 为由为由x台容量台容量最大用电设备投入运行时增加的最大用电设备投入运行

21、时增加的附加负荷附加负荷（kW）；）； 为为该用电设备组的该用电设备组的平均负荷（平均负荷（kW）。）。 xcP7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112对不同工作制的多组用电设备对不同工作制的多组用电设备2.3 确定计算负荷的方法式中，式中， 为各用电设备组附加负荷为各用电设备组附加负荷 中的最中的最大值；大值； 为各用电设备组平均负荷的总和；为各用电设备组平均负荷的总和； 为为与与 对应的功率因数角的正切值；对应的功率因数角的正切值； 为各用电设备组为各用电设备组对应的功率因数的正切值。对应的功率因数的正切值。xc

22、P7/28/2024例例2.3 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机的三相电动机7.5kW3台，台，4kW8台，台，3kW17台，台，1.5kW10台。试用二项式法求其计算负荷。台。试用二项式法求其计算负荷。 7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/20247/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.4 尖峰电流的计算尖峰电流：尖峰电流：持续持续12s的短时最大负荷电流，主要由的短时最大负荷电流，主要由用电设用电设 备起动备起动所引起。

23、所引起。尖峰电流尖峰电流主要用来主要用来计算电压波动计算电压波动、选择熔断器选择熔断器和和自动开关自动开关 等电气设备，也用来等电气设备，也用来整定继电保护装置整定继电保护装置和和校验电校验电 动机的自启动条件动机的自启动条件等。等。 7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 一、单台用电设备的尖峰电流一、单台用电设备的尖峰电流单台用电设备的尖峰电流就是其启动电流，即单台用电设备的尖峰电流就是其启动电流，即 二、多台用电设备不同时启动时的尖峰电流二、多台用电设备不同时启动时的尖峰电流或或 式中，和式中，和分别为用电设备中分别为用电设备中启启动电流与额定电流动电流与额定电流之差

24、最大之差最大的那台设备的启动电流及其启动电流与额定电流之差；的那台设备的启动电流及其启动电流与额定电流之差； 2.4 尖峰电流的计算鼠笼型电机：鼠笼型电机：57；绕线型电机：绕线型电机：23；直流电机：直流电机：1.52。 为同时系数，取为同时系数，取0.7-1；7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 三、用电设备同时自启动的尖峰电流三、用电设备同时自启动的尖峰电流如果有一组用电设备需同时参与自启动，则其尖峰电流等如果有一组用电设备需同时参与自启动，则其尖峰电流等于所有用电设备的启动电流之和，即于所有用电设备的启动电流之和，即式中，式中，n为参与自为参与自启启动的用电设备台

25、数；动的用电设备台数； 和和为分别对为分别对应于第应于第i台用电设备的起启电流倍数和额定电流。台用电设备的起启电流倍数和额定电流。2.4 尖峰电流的计算7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.5 无功功率补偿一、功率因数低的不良影响一、功率因数低的不良影响1使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。2使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。3使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。使供配电设备的容量不能得到充分利用

26、，降低了供电能力。4使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。 由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据许超过额定值，根据 ，功率因数越低，输出的有功功，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到

27、充分利用，降低了供电能力。率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。 由于由于 ，当，当P、R、X 一定时，功率因数越低，一定时，功率因数越低，Q越大，则越大，则 越大。越大。 7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011 可由功率因数表（相位表）直接读出，或可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式

28、求出：由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出： 2.5 无功功率补偿二、功率因数的计算二、功率因数的计算1. 瞬时功率因数：瞬时功率因数： 指某一规定时间内，功率因数的平均值。指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：其计算公式为：2. 均权功率因数：均权功率因数： 瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的情况。瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的情况。 式中，式中， Wp为某一时间内消耗的有功电能（为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；）；Wq为同一为同一时间内消耗的无功电能（时间内消耗的无功电能（kvarh）。）。 7/28/2024电气工程基础电气工程基础20

29、1120112.5 无功功率补偿 指在年最大负荷（即计算负荷）指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。其计算公式为：时的功率因数。其计算公式为：3. 最大负荷时的功率因数：最大负荷时的功率因数： 注意：注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按率因数是否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时最大负荷时的功率因数的功率因数来计算补偿容量。来计算补偿容量。 我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功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

30、压供电的用户，其功率因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数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011三、提高功率因数的方法三、提高功率因数的方法2.5 无功功率补偿1. 提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法 不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。需要量，称为提高自然功

31、率因数。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。n正确选用感应电动机的型号和容量正确选用感应电动机的型号和容量 当电动机的负荷系数当电动机的负荷系数 KL70%时，可以不换；当时，可以不换；当 KL40%时，必须换小电机；当时，必须换小电机；当40% KL 70%时，则需经过技术经时，则需经过技术经济比较后再进行更换。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，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。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

32、高功率因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。数。7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功功率补偿n限制感应电动机的空载运行限制感应电动机的空载运行n提高感应电动机的检修质量提高感应电动机的检修质量n合理使用变压器合理使用变压器n感应电动机同步化运行感应电动机同步化运行 7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功功率补偿2提高功率因数的补偿法提高功率因数的补偿法采用移相电容器（即静电电容器）采用移相电容器（即静电电容器） 采用同步电动机采用同步电动机采用同步调相机采用同步调相机 静电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故

33、障范围小、有功功率损耗静电电容器具有重量轻、安装方便、投资小、故障范围小、有功功率损耗小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿装置。小、易于维护等优点，是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿装置。调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就能向电网输调节同步电动机的励磁电流，使其在超前功率因数下运行，就能向电网输送无功功率，因而能提高企业的功率因数。送无功功率，因而能提高企业的功率因数。同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率，同步调相机实质上是空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率，大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性变电所，作为该

34、地区的大容量的同步调相机主要装设在电力系统的区域性变电所，作为该地区的无功补偿电源，用于提高该地区的功率因数和电压质量。无功补偿电源，用于提高该地区的功率因数和电压质量。7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功功率补偿四、电容器并联补偿的工作原理四、电容器并联补偿的工作原理 在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻R和电感和电感L的串联电路，其功率因数可表示为：的串联电路，其功率因数可表示为： 当在当在R、L电路中并联接入电容器电路中并联接入电容器C后，如图后，如图2-8a）所示）所示，回路电流为：回路电

35、流为： 图图2-8 电容器无功补偿原理图电容器无功补偿原理图7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功功率补偿欠补偿欠补偿 ：补偿后电流：补偿后电流 落后电压落后电压 ，如图如图2-8b）所示。所示。 过补偿过补偿 ：补偿后电流：补偿后电流 超前电压超前电压 ，如图如图2-8c）所示。所示。 一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器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。会使线路上的电能损耗增加

36、。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011五、电容器的补偿方式五、电容器的补偿方式1电容器的接线方式电容器的接线方式低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。及以下）时可接成三角形。 n由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的形接线时的3倍倍 。n若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时

37、，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。n但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸电容器爆炸 ；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。因此星形接线较之三角形接线安全多了。 2.7 无功功率补偿7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112电容器的装设位置（补偿方式）电容器

38、的装设位置（补偿方式）高压集中补偿：高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在企业或地方总将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所降压变电所610kV母线上。母线上。低压分组补偿：低压分组补偿：将低压电容器组分散安装在各车间变电所将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。低压母线上。个别补偿：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。个用电设备附近。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011必须指出：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

39、。所以电容器组应装设电网电压的峰值。所以电容器组应装设放电装置放电装置，且其放电，且其放电回路中回路中不得装设熔断器或开关设备不得装设熔断器或开关设备，以免放电回路断开，危，以免放电回路断开，危及人身安全。及人身安全。对对高高压压电电容容器器，通通常常利利用用母母线线上上电电压压互互感感器器的的一一次次绕绕组组来来放放电电；对对分分散散补补偿偿的的低低压压电电容容器器组组，通通常常采采用用白白炽炽灯灯的的灯灯丝丝电电阻阻来来放放电电；对对就就地地补补偿偿的的低低压压电电容容器器组组，通通常常利用用电设备本身的绕组来放电。利用用电设备本身的绕组来放电。2.7 无功功率补偿2电容器的装设位置（补偿

40、方式）电容器的装设位置（补偿方式）7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功功率补偿六、补偿容量的计算六、补偿容量的计算电容器的补偿容量可用下式确定（图电容器的补偿容量可用下式确定（图2.8）:式中，式中，P30为最大有功计算负荷（为最大有功计算负荷（kW）；）； 和和 分别为补偿前、后的功率因分别为补偿前、后的功率因数角的正切值；数角的正切值； 称为补偿称为补偿率或比补偿功率（率或比补偿功率（kvar/kW） 。图图2.8 功率因数与无功功功率因数与无功功率和视在功率的关系率和视在功率的关系QC7/28/2024电气工程基础电气工程基础201120112.7 无功

41、功率补偿在确定了总的补偿容量在确定了总的补偿容量QC时，就可根据所选电容器的单个容时，就可根据所选电容器的单个容量量 qC来确定电容器的个数来确定电容器的个数n，即，即 由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数；由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数；对对单相单相电容器，则应取电容器，则应取3的整数倍的整数倍，以便三相均衡分配。，以便三相均衡分配。应考虑以下两个问题：应考虑以下两个问题：当电容器的额定电压与实际运行电压不相符时，电容器的实当电容器的额定电压与实际运行电压不相符时，电容器的实际补偿容量应按下式进行换算：际补偿容量应按下式进行换算： 7/28/2024P320

42、 附录表附录表87/28/2024电气工程基础电气工程基础201120117/28/2024（3）补偿补偿后的后的变压变压器容量和功率因数器容量和功率因数补偿补偿后后变电变电所低所低压侧压侧的的视视在在计计算算负负荷荷为为因此主因此主变压变压器容量可改器容量可改为为800kVA。比。比补偿补偿前容量减少前容量减少450kVA。变压变压器的功率器的功率损损耗耗为为变压变压器高器高压侧压侧的的计计算算负负荷荷为为补偿补偿后的功率因数后的功率因数为为这这一功率因数一功率因数满满足足规规定（定（0.9）要求。）要求。由此例可以看出，采用无功由此例可以看出，采用无功补偿补偿来提高功率因数能使工厂取得可来提高功率因数能使工厂取得可观观的的经济经济效果效果。7/28/2024电气工程基础电气工程基础20112011第二章第二章 作业作业P35-P36:思考题：2-1 、2-2、2-3、2-4、2-9、2-10、2-11计算题：2-13、2-15、2-197/28/2024