供配电工程PPT第2章 电力负荷及其计算

1、供配电技术供配电技术2342 日负荷曲线日负荷曲线 日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（日负荷曲线表示负荷在一昼夜间（024h）变）变化情况。如图化情况。如图2-1。 日负荷曲线可用测量的方法日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法是：绘制。绘制的方法是：（1）以某个监测点为参考点，在）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线，见图曲线，见图2-1a。 （2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记

2、录下来，求出隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线，图的是阶梯形负荷曲线，图2-1b所示。所示。 53 年负荷曲线年负荷曲线 年负荷曲线反映负荷全年（年负荷曲线反映负荷全年（8760h）变动情况。）变动情况。如图如图2-2所示。所示。 年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；年持续年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成；年持续负荷曲线的绘制，要借助一年中

3、有代表性的冬季日负荷曲负荷曲线的绘制，要借助一年中有代表性的冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。通常用年持续负荷曲线来表示年负线和夏季日负荷曲线。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，绘制方法如图荷曲线，绘制方法如图2-2所示。所示。 其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况而定。一般在北方，近似认为冬季况而定。一般在北方，近似认为冬季200天，夏季天，夏季165天；天；在南方，近似认为冬季在南方，近似认为冬季165天，夏季天，夏季200天。图天。图2-2是南方是南方某用户的年负荷曲线，图中某用户的年负荷曲线，图中P1在年负荷曲线上所占的时

4、间在年负荷曲线上所占的时间计算为计算为T1=200t1+165t2。 6 注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负注意：日负荷曲线是按时间的先后绘制，而年负荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。荷曲线是按负荷的大小和累计时间绘制。 分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律，对供电设计人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来人员来说，可从中获得一些对设计有用的资料；对运行来说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量说，可合理地、有计划地安排用户、车间、班次或大容量设备的用电时间，降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种设备的用电时间，降低负荷高峰

5、，填补负荷低谷，这种“削峰填谷削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节的办法可使负荷曲线比较平坦，从而达到节电效果。电效果。 78910 下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷负荷Pmax就是年最大负荷，就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利为年最大负荷利用小时数。用小时数。11Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数。该值越大，则负荷越平稳。如果年最大负荷利用小时为则负荷越平稳。如果年最大负荷利用小时为8760h，说明负荷，说明负荷常年不变（实际不太可能）。常年不变（实际不太可能）。Tmax

6、与用户的性质和生产班制有关，例如一班制工厂，与用户的性质和生产班制有关，例如一班制工厂，Tmax约为约为18003000h，两班制工厂，两班制工厂，Tmax约为约为35004800h,三班制工厂，三班制工厂，Tmax约为约为50007000h，居民用户，居民用户Tmax约为约为12002800h。12表表2-2 某些企某些企业的年最大负业的年最大负荷利用小时数荷利用小时数 工厂类别工厂类别年最大负荷利用小时数（年最大负荷利用小时数（h）有功负荷有功负荷无功负荷无功负荷重型机械制造厂重型机械制造厂37704840机床厂机床厂43454750工具厂工具厂41404960滚珠轴承厂滚珠轴承厂5300

7、6130起动运输设备厂起动运输设备厂33003880汽车拖拉机厂汽车拖拉机厂49605240农业机械制造厂农业机械制造厂53304220仪器制造厂仪器制造厂30803180汽车修理厂汽车修理厂43703200131415负荷系数负荷系数 在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比。avmPPavmQQ一般工厂年负荷系数年平均值为：一般工厂年负荷系数年平均值为： =0.70.75 =0.760.8216 负荷系数又称负荷率或负荷填充系数，他表征负荷曲线不平负荷系数又称负荷率或负荷填充系数，他表征负荷曲线不平坦的程度，负荷系数越接近坦的程度，负荷系数越接近1，负

8、荷越平坦。，负荷越平坦。 所以用户应尽量提高负荷系数，从而充分发挥供电设备的供所以用户应尽量提高负荷系数，从而充分发挥供电设备的供电能力、提高供电效率。有时也用电能力、提高供电效率。有时也用表示有功负荷系数，用表示有功负荷系数，用表示无功负荷系数。表示无功负荷系数。 一般工厂一般工厂=0.70.75，=0.760.82 他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。他表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。 对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出对于单个用电设备或用电设备组，负荷系数是指设备的输出功率功率P和设备额定容量和设备额定容量PN之比值，即之比值，即LNPKP17计算负荷是供

9、电设计计算的基本依据，它是选择计算负荷是供电设计计算的基本依据，它是选择供电系统中各元件的依据，故非常重要。供电系统中各元件的依据，故非常重要。计算负荷的定义：计算负荷的定义： 通过负荷的统计计算求出的，用来通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择导体和电器设备的一个按发热条件选择导体和电器设备的一个假想负荷。以这个不变的假想负荷。以这个不变的“假想负荷假想负荷”持续运行所产生的热效应与实际运行的持续运行所产生的热效应与实际运行的变动的负荷所产生的最大热效应相等变动的负荷所产生的最大热效应相等18 计算负荷的数值与半小时最大负荷计算负荷的数值与半小时最大负荷P30基本相等，基本相等，所以用

10、所以用P30来来表示有功计算负荷（表示有功计算负荷（KW），无功计算负荷表示为），无功计算负荷表示为Q30 （Kvar），视在计算负荷表示为），视在计算负荷表示为S30 （KVA），），计算电流表示为计算电流表示为I30 （A）。）。 计算负荷的物理意义：设有一电阻为计算负荷的物理意义：设有一电阻为R的导体，的导体，在一定时间内通过一变动负荷，其最高温升达到在一定时间内通过一变动负荷，其最高温升达到值，如果这根导体在相同的时间内通过另一不变值，如果这根导体在相同的时间内通过另一不变负荷其最高温升也达到负荷其最高温升也达到值，则这个不变负荷就是值，则这个不变负荷就是该变动负荷的计算负荷，即计算负

11、荷和实际负荷该变动负荷的计算负荷，即计算负荷和实际负荷最高温升是等值的。最高温升是等值的。19 较大截面的导体发热时间常数往往大于较大截面的导体发热时间常数往往大于10min，30min还不能达到稳定温升。还不能达到稳定温升。20)142(30max30max30max30maxIIISSSQQQPPPdefdefcdefdefcdefdefcdefdefc22 计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电的确定是否合理，将直接影响到电器设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷不能定得太大，缆的选择是否经济合

12、理。计算负荷不能定得太大，否则选择的电器设备和导线电缆将会过大而造成投否则选择的电器设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费；计算负荷也不能定得过小，资和有色金属的浪费；计算负荷也不能定得过小，否则选择的电器设备和导线电缆将会长期处于过负否则选择的电器设备和导线电缆将会长期处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。早老化甚至烧毁。 返回目录23一、一、 用电设备的工作方式用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种：用电设备按其工作方式可分为三种： （1 1）连续运行工作制（长期工作制）连续运行工作制（长期工作

13、制） （2 2）短时运行工作制（短暂工作制）短时运行工作制（短暂工作制） （3 3）断续运行工作制（重复短暂工作制）断续运行工作制（重复短暂工作制） 242526%1000tttTt2728（1）长期工作制和短时工作制的设备容量）长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN（2）重复短暂工作制的设备容量）重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机（包括电葫芦、起重机、行车等 ）的设备容量统一换算到=25%时的额定功率（kW），若其N不等于25%时应进行换算，公式为: nNNNePPP2%2529NNNNNeSPPcos303132leePP3返回目录33一、计算负荷的估算一、计算负荷的估算1、

14、负荷密度法、负荷密度法 (kW) P0 单位面积的功率（负荷密度），单位面积的功率（负荷密度），W/m2 S 建筑面积，建筑面积， m2 P0的选取应综合考虑车间、建筑物的性质、负荷的性质的选取应综合考虑车间、建筑物的性质、负荷的性质（空调的形式、照明灯具的选择）等多方面的因素。如教（空调的形式、照明灯具的选择）等多方面的因素。如教学楼的学楼的P0=11 150301000P SP342、单位指标法、单位指标法 (kW) Pe 单位用电指标，单位用电指标，W/户、户、 W /人，人， W /床床 N 单位数量，如户数、人数、床数单位数量，如户数、人数、床数如上海地区普通住宅的单位指标为如上海地

15、区普通住宅的单位指标为46kW/户户301000eP NP35 3. 单位产品耗电量法单位产品耗电量法 若已知某车间或企业的年产量若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的和每一产品的单位耗电量单位耗电量a（见表（见表2-1），则企业全年电能），则企业全年电能Wa为：为： Wa=am 估算法实为指标法，在做设计任务书估算法实为指标法，在做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，按估算法计算比较方便。比较时，按估算法计算比较方便。 36表表2-1 各种产品的单位耗电量各种产品的单位耗电量产品名称产品名称单位单位单位产品耗电量单位产品耗电量（kWh）电动

16、机电动机kW14铸铁件铸铁件T300变压器变压器kVA2.5拖拉机拖拉机台台50008000汽车汽车辆辆15002500轴承轴承套套14并联电容器并联电容器kvar3电表电表只只737n需要系数需要系数需要系数考虑了以下的主要因素：式中 K同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； wl线路供电效率； 用电设备组在实际运行功率时的平均效率。wlLdKKK二、计算负荷的确定方法二、计算负荷的确定方法-需要系数法需要系数法383930.1ePP40

17、22303030SPQ30303NISU41422、多组用电设备组计算负荷的确定、多组用电设备组计算负荷的确定 P30 =Kp P3022303030SPQ30303NSIU Q30 =Kq Q30K 同时系数同时系数对于车间干线：对于车间干线：KP =0.850.95KQ =0.900.97对于低压母线对于低压母线：KP =0.900.95KQ =0.930.974345)(79. 34 . 0322%25kWPPPnNNNe)(99.2817.2401.16222)(2)()(kVAQPScacaca4628.9924.1716.01取=0.926.8617.7924负荷总计7.586.5

18、63.791.730.513.79（=25%）1电葫芦35340.750.80.853通风机组22017.3101.730.50.25020机床组1S30(kVA)Q30(kVar)P30(kW)计算负荷tancosKd设备容量（kW）台数用电设备组名称序号返回目录474849三、计算负荷的确定方法三、计算负荷的确定方法-二项式系数法二项式系数法5022303030SPQ30303NSIU二项式系数法确定计算负荷时，若设备二项式系数法确定计算负荷时，若设备总台数总台数n少于附录表中规定的最大容量设备台数少于附录表中规定的最大容量设备台数x的的2倍倍（ n 2x ），需修正），需修正x，建议取，

19、建议取x=n /2（四舍五入取整）。（四舍五入取整）。512、多组用电设备组计算负荷的确定、多组用电设备组计算负荷的确定30max()()neixiPbPcP30maxmax(tan)()tanneixiQbPcPtanmax 为最大的附加负荷为最大的附加负荷(cPx)max的设备组的平均的设备组的平均功率因数角功率因数角的正切值的正切值525354四、单相负荷计算四、单相负荷计算工厂里除了三相设备外，还有电焊机、电灯等单相设备。工厂里除了三相设备外，还有电焊机、电灯等单相设备。如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡来计算，如果单相设备总容量

20、超过三相设备总容量的15%，则应将单相设备换算为等效的三相设备容量，再与三相设备容量相加。 单相用电设备仅接于相电压单相用电设备仅接于相电压 等效三相负荷等效三相负荷 取最大相负荷的三倍取最大相负荷的三倍 Peq=3 Pm基本原则：单相用电设备应尽可能均衡基本原则：单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上。分配在三相线路上。55 电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率和电能损电流流过电力线路和变压器时，势必要引起功率和电能损耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。耗。在进行用户或全厂负荷计算时，应计入这部分损耗。 线路具有电阻和电抗，所以其功率损耗包括有功线路具有电阻和电抗，所以

21、其功率损耗包括有功和无功两部分和无功两部分 。562330310 ,WLWLPI RkW2330310 ,varWLWLQI Xk式中，式中，I30-线路的计算电流（线路的计算电流（A）； RWL-线路每相的电阻（线路每相的电阻（），），RWL=R0L，R0为线路为线路单位长度的电阻（单位长度的电阻（/km），），l-线路的计算长度（线路的计算长度（km）。）。 式中，式中，I30-线路的计算电流（线路的计算电流（A）；）； XWL-线路每相的电抗（线路每相的电抗（），），XWL =X0L，X0为线路单为线路单位长度的电抗（位长度的电抗（/km） 。 一般对架空线路，其值为一般对架空线路，其值

22、为0.4/km左右，对电缆线路，其值左右，对电缆线路，其值为为0.08/km左右，左右，L为线路的计算长度（为线路的计算长度（km）。）。 57 变压器同样具有电阻和电抗，所以其功率损耗也包括有功变压器同样具有电阻和电抗，所以其功率损耗也包括有功功率损耗功率损耗和无功功率损耗和无功功率损耗两部分。两部分。 (1)(1) 有功功率损耗有功功率损耗 变压器的有功功率损耗又由两部分组成：变压器的有功功率损耗又由两部分组成： 铁损铁损PFe 铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。变压器空铁损是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。变压器空载时的损耗为空载损耗，由铁损和一次绕组中的有功损耗产载时的损耗

23、为空载损耗，由铁损和一次绕组中的有功损耗产生，因空载电流生，因空载电流I0很小，在一次绕组中产生的有功功率损耗也很小，在一次绕组中产生的有功功率损耗也很小，可忽略不计，故空载损耗很小，可忽略不计，故空载损耗P0可认为就是铁损，所以可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。铁损又称为空载损耗。 变压器主磁通只与外加电压有关，当外加电压和频率恒定时，变压器主磁通只与外加电压有关，当外加电压和频率恒定时，铁损与负荷无关，是定值。铁损与负荷无关，是定值。 58 铜损铜损PCu 铜损是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的铜损是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流（或

24、功率）的平方成正比。变压有功损耗，其值与负荷电流（或功率）的平方成正比。变压器负载试验（旧称短路试验）时，一次侧施加的电压器负载试验（旧称短路试验）时，一次侧施加的电压Uk很小，很小，铁心中的主磁通很小，在铁芯中产生的有功功率损耗可略去铁心中的主磁通很小，在铁芯中产生的有功功率损耗可略去不计，故变压器的负载损耗不计，故变压器的负载损耗Pk可认为就是额定电流下的铜可认为就是额定电流下的铜损损PCu。 因此变压器的有功功率损耗为因此变压器的有功功率损耗为 230TFeCuNSPPPS2300KNSPPS59变压器的无功功率损耗也由两部分组成：变压器的无功功率损耗也由两部分组成： (2) 无功功率损

25、耗无功功率损耗 Q0，是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造，是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的。和绕组电压有关，与负荷无关。其值与励磁电流（或成的。和绕组电压有关，与负荷无关。其值与励磁电流（或近似与空载电流）成正比，即近似与空载电流）成正比，即 NTSIQ100%00式中，式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值。为变压器空载电流占额定电流的百分值。 60NTkNSUQ100% QN，是变压器负荷电流在一次、二次绕组电抗上所产生，是变压器负荷电流在一次、二次绕组电抗上所产生的无功功率损耗，其值也与电流的平方成正比。因变压器绕组的无功功率损耗，其值也与电流的平方成正比。

26、因变压器绕组的电抗远大于电阻，故可认为其在额定电流时的值与短路电压的电抗远大于电阻，故可认为其在额定电流时的值与短路电压（即阻抗电压）成正比，即（即阻抗电压）成正比，即 式中，式中，Uk%为变压器为变压器的短路电压百分值。的短路电压百分值。 因此，变压器的无功功率损耗为因此，变压器的无功功率损耗为 ：22300300%100100kTNNTNTNTSIUSQQQSSS 61 以上各式中，以上各式中，P0、Pk、I0%和和Uk%均可由变压器产品均可由变压器产品目录和附录表中查得。目录和附录表中查得。 在负荷计算中，变压器功率损耗也可按近在负荷计算中，变压器功率损耗也可按近似方法计算似方法计算 经

27、验公式：经验公式：300.015TPS300.06TQS62式中 PWL 按计算负荷求得的线路最大功率损耗；按计算负荷求得的线路最大功率损耗； 年最大负荷损耗时间（小时数）。年最大负荷损耗时间（小时数）。3876087602.22002238760302203010cos10cosWLa WLNNWLRWPdtP dtUPPdtUPP 28760030PdtP63当线路或变压器中以最大计算电流当线路或变压器中以最大计算电流I I3030流过流过小时后所产生小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗相等。损耗相等。可见

28、，。可见，是一个是一个假想时间，他与年最大负荷利用小时假想时间，他与年最大负荷利用小时T Tmaxmax和负荷功率因数有一和负荷功率因数有一定关系。如图定关系。如图2-52-5所示即为不同功率因数下的所示即为不同功率因数下的与与T Tmaxmax的关系。的关系。64图图2-5 -T-Tmax关系曲线关系曲线 222287608760303020030aTkkkNTNTNTSSSSWPdtPdtPSSSS 66230.0a TonkNTSWPTPS 2.08760a TkWPP 30NTSS变压器负荷率变压器负荷率672.5 工厂的计算负荷和年电能消耗量工厂的计算负荷和年电能消耗量一、一、 工厂

29、计算负荷的确定工厂计算负荷的确定 确定用户的计算负荷是选择电源进线和一、二次设备的确定用户的计算负荷是选择电源进线和一、二次设备的基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分，也是与电基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分，也是与电力部门签订用电协议的基本依据。力部门签订用电协议的基本依据。 确定等效三相设备容量用户计算负荷的方法很多，可确定等效三相设备容量用户计算负荷的方法很多，可根据不同的情况和要求采用不同的方法。在制定计划、初根据不同的情况和要求采用不同的方法。在制定计划、初步设计特别是方案估算时可用较粗略的方法，如估算法。步设计特别是方案估算时可用较粗略的方法，如估算法。在供电设计中进行

30、设备选择时则应进行较详细的负荷计算，在供电设计中进行设备选择时则应进行较详细的负荷计算，如逐级计算法。如逐级计算法。 (一一)逐级计算法：逐级计算法： 从用电设备开始，朝电源方向逐级计算，最后求出从用电设备开始，朝电源方向逐级计算，最后求出用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。 68(1)、首先按负荷的性质划分用电设备组；、首先按负荷的性质划分用电设备组；(2)、根据各组负荷的需要系数计算单组用电设备的计算负荷；、根据各组负荷的需要系数计算单组用电设备的计算负荷；(3)、考虑分支线路的导线损耗，计算出线路始端计算负荷；、考虑分支线路的导线损耗，计算出线路始

31、端计算负荷； （往往分支线路的长度比较短，所以这一步可忽略）（往往分支线路的长度比较短，所以这一步可忽略）(4)、考虑同时系数，计算多组用电设备的计算负荷；、考虑同时系数，计算多组用电设备的计算负荷；(5)、考虑配电干线的导线损耗，计算出干线始端的计算负荷；、考虑配电干线的导线损耗，计算出干线始端的计算负荷；(6)、考虑同时系数，计算低压母线上的计算负荷；、考虑同时系数，计算低压母线上的计算负荷；(7)、考虑变压器的损耗，计算出变压器高压侧的计算负荷；、考虑变压器的损耗，计算出变压器高压侧的计算负荷；(8)、考虑变压器高压侧输电线路的损耗，计算出变配电系统、考虑变压器高压侧输电线路的损耗，计算

32、出变配电系统总的计算负荷。总的计算负荷。 在各级负荷计算中，可用需要系数法或二项式法来计算，常在各级负荷计算中，可用需要系数法或二项式法来计算，常用的是需要系数法。用的是需要系数法。 计算步骤计算步骤：697030.1ePP712SPQ30.230.23NISU723、22303030SPQ30303NSIUK 同时系数同时系数对于车间干线：对于车间干线：KP =0.850.95KQ =0.900.97对于低压母线对于低压母线：KP =0.900.95KQ =0.930.9773 在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根据变压器在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根

33、据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算，因此一般按下列经验公式估算：下列经验公式估算：PT0.015S303 （kW） QT0.06S303 （kvar）742230 530 530 5SPQ75762230 730 730 7SPQ772230 830 830 8SPQ78返回目录79返回目录808182返回目录 用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机以及交流接触器等，他们都要从电网吸收大量无功电焊机以及交流接触器等，他们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场。除白

34、炽灯、电阻电热器等设备负荷电流来产生交变磁场。除白炽灯、电阻电热器等设备负荷的功率因数接近于的功率因数接近于1外，其他如电动机、变压器、电抗器等外，其他如电动机、变压器、电抗器等功率因数均小于功率因数均小于1。功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。 功率因数功率因数cos是反映在有功功率一定的条件下，取用无是反映在有功功率一定的条件下，取用无功功率的多少。取用的无功功率越多，则功率因数越低。功功率的多少。取用的无功功率越多，则功率因数越低。93UIP3cos 功率因数是随着负荷和电源电压的变动而变动的，因此该值的计功率因数是随着

35、负荷和电源电压的变动而变动的，因此该值的计算也就有多种方法。算也就有多种方法。 942221cos1 ()pqpqpWWWWW9530222303030301cos()()1 ()avavavPPSQPQP96303022303030cosPPSPQ97 综上可知综上可知, ,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，电力系统功率因数的高低是十分重要的问题， 因因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要

36、的经济指标统的一项重要的经济指标。 98 正是由于功率因数在供配电系统中影响很大，所以要求正是由于功率因数在供配电系统中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到一定的值，不能太低，太低就必须电力用户功率因数达到一定的值，不能太低，太低就必须进行补偿。进行补偿。 国家标准国家标准GB/T3485-1998评价企业合理用电评价企业合理用电技术导则技术导则中规定：中规定：“在企业最大负荷时的功率在企业最大负荷时的功率因数应不低于因数应不低于0.9，凡功率因数未达到上述规定的，凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”。 供电部门规定，

37、凡功率因数低于规定值时，将予供电部门规定，凡功率因数低于规定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖励，即采用奖励，即采用“高惩低罚高惩低罚”的原则。的原则。 99 自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，就是不添置任何补率因数。提高自然功率因数，就是不添置任何补偿设备，采用科学措施减少用电设备的无功功率偿设备，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。的需要量，使供配电系统总功率因数提高。 最理想最经济改善功率因数的方法。最理想最经济改善

38、功率因数的方法。 100101102a.a.当电网频率稳定时，他的转速稳定；当电网频率稳定时，他的转速稳定；b.b.转矩仅和电压的一次方成正比，电压波动时，转矩波转矩仅和电压的一次方成正比，电压波动时，转矩波动比异步电动机小；动比异步电动机小；c.c.便于制造低速电动机，可直接和生产机械连接，减少便于制造低速电动机，可直接和生产机械连接，减少损耗；损耗；d.铁芯损耗小，同步电动机效率比异步电动机效率高。铁芯损耗小，同步电动机效率比异步电动机效率高。 同步电动机补偿同步电动机补偿 在满足生产工艺的要求下，选用同步电动机，通过改变励磁电流在满足生产工艺的要求下，选用同步电动机，通过改变励磁电流来调

39、节和改善供配电系统的功率因数。过去，由于同步电机的励磁来调节和改善供配电系统的功率因数。过去，由于同步电机的励磁机是同轴的直流电机，其价格高，维修麻烦，所以同步电动机应用机是同轴的直流电机，其价格高，维修麻烦，所以同步电动机应用不广。现在随着半导体变流技术的发展，励磁装置已比较成熟，因不广。现在随着半导体变流技术的发展，励磁装置已比较成熟，因此采用同步电动机补偿是一种比较经济实用的方法。此采用同步电动机补偿是一种比较经济实用的方法。同步电动机与异步电动机相比有不少优点：同步电动机与异步电动机相比有不少优点：返回103 在现代工业生产中，有一些容量很大的冲击性负荷在现代工业生产中，有一些容量很大

40、的冲击性负荷（如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等），他们使电网电压（如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等），他们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢无法满足要求。因此必须采用大容量、高速的置响应太慢无法满足要求。因此必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机等。晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机等。 目前已投入到工业运行的静止动态无功补偿装置有：目前已投入到工业运行的静止动态无功补偿装置有：可控饱和电抗器式静补装

41、置；自饱和电抗器式静补装置；可控饱和电抗器式静补装置；自饱和电抗器式静补装置；晶闸管控制电抗器式静补装置；晶闸管开关电容器式静补晶闸管控制电抗器式静补装置；晶闸管开关电容器式静补装置；强迫换流逆变式静补装置；高阻抗变压器式静补装装置；强迫换流逆变式静补装置；高阻抗变压器式静补装置等置等 返回104并联电容器人工补偿并联电容器人工补偿 即采用并联电力电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率即采用并联电力电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率因数。因数。优优 点：点：a.有功损耗小，约为有功损耗小，约为0.25%0.5%，而同步调相机约为，而同步调相机约为1.5%3%。 b.无旋转部分，运行维护

42、方便。无旋转部分，运行维护方便。 c.可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点。可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点。 d.个别电容器损坏不影响整个装置运行。个别电容器损坏不影响整个装置运行。 e.短路时，同步调相机增加短路电流，增大了用户开关的断流容量，短路时，同步调相机增加短路电流，增大了用户开关的断流容量，电容器无此缺点。电容器无此缺点。 目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置。目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置。缺点：如只能有级调节，而不能随无功变化进行平滑的自动调节，缺点：如只能有级调节，而不能随无功变化进行平滑的自动调节，当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓

43、肚、爆炸等故障。当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。 105四、并联电容器补偿四、并联电容器补偿 （一）并联电容器的结线（一）并联电容器的结线 Why?3CCYQQ106（2）电容器采用三角形结线时，任一电容器断线，三相线路仍）电容器采用三角形结线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿，而采用星形结线时，一相电容断线时，断线相得到无功补偿，而采用星形结线时，一相电容断线时，断线相将失去无功补偿。将失去无功补偿。 电容器采用三角形结线优点电容器采用三角形结线优点 ：（1）同样的电容器，按三角形结线时其补偿容量将是星形结）同样的电容器，按三角形结线时其补偿容量将是星形结线的

44、线的3倍。倍。 电容器采用三角形结线缺点电容器采用三角形结线缺点 ： 当电容器采用三角形结线时，任一电容器击穿短路时，将造成三当电容器采用三角形结线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。 对高压电容器特别危险！对高压电容器特别危险！当电容器采用星形结线时，在其中的一相电容器当电容器采用星形结线时，在其中的一相电容器发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的流的3倍，运行相对比较安全！倍，运行相对比较安全！107图图2-7 2-7 三相线路中电容器星形

45、结线时的电流分布三相线路中电容器星形结线时的电流分布a) 正常电流的电流分布正常电流的电流分布 b) A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图相电容器击穿短路时的电流分布和相量图 GB500539410kV及以下变电所设计规范及以下变电所设计规范规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形。及以下）宜接成三角形。低压电容器组应接成三角形。低压电容器组应接成三角形。108（二）并联电容器的（二）并联电容器的补偿方式补偿方式 按并联电力电容器在用户供配电系统中的装设位置，并联电容按并联电力电容器在用户供

46、配电系统中的装设位置，并联电容器的补偿方式有三种，即高压集中补偿、低压集中补偿和单独就器的补偿方式有三种，即高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿（个别补偿）。地补偿（个别补偿）。 1 单独就地补偿单独就地补偿 单独就地补偿（个别补偿或分散补偿）是指将电容器直接安装在单独就地补偿（个别补偿或分散补偿）是指将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近。吸取无功功率的用电设备附近。 优点：该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围优点：该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好。最大，效果最好。 缺点：投资较大，电容器的利用率较低，管理维护不太方便。缺点：投资较

47、大，电容器的利用率较低，管理维护不太方便。适用于长期稳定运行，无适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他源较远，不便于实现其他补偿的场合。补偿的场合。109感应电动机旁就地感应电动机旁就地补偿的低压电容器补偿的低压电容器组的结线组的结线 1102 低压集中补偿低压集中补偿 低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所或建筑物低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压母线上。如图变电所的低压母线上。如图 该补偿方式只能补偿车间变电所或建筑物变电所低压母线前变电该补偿方式只能补偿车间变电所或建筑物变电所低压母线前变电器和

48、高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的器和高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。设备则不起补偿作用。 其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。视在功率减小从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。 低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。 如图如图2-10为低压集中补偿的电容器组的结线。为低压集中补偿的电容器组的结线。 兼备单独就地补偿

49、和高压兼备单独就地补偿和高压集中补偿的优点，广泛适集中补偿的优点，广泛适用于各种不同类型的厂矿用于各种不同类型的厂矿企业。企业。111低压集中补偿电容器组的结线低压集中补偿电容器组的结线 电容器采用三角形结线，电容器采用三角形结线，其放电装置为放电电阻或其放电装置为放电电阻或220V、1525W的白炽灯的白炽灯的灯丝电阻。如果用白炽的灯丝电阻。如果用白炽灯放电的话，白炽灯还可灯放电的话，白炽灯还可起指示电容器组是否正常起指示电容器组是否正常运行的作用。运行的作用。 1123 高压集中补偿高压集中补偿 高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降变电所的高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总

50、降变电所的610kV母线上。如图母线上。如图 该补偿方式只能补偿总降压变电所的该补偿方式只能补偿总降压变电所的610kV母线之前的供配电母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较前两系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较前两种补偿方式差。种补偿方式差。 但由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。且但由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。且总降压变电站总降压变电站610kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。母线

51、停电机会少，因此电容器利用率高。 适用于大中型企业适用于大中型企业113高压集中补偿电容器组的结线高压集中补偿电容器组的结线 114电容器从电网上切除时会有残余电电容器从电网上切除时会有残余电压，其值高达电网电压的峰值，对压，其值高达电网电压的峰值，对人身很危险。人身很危险。GB5005394规定：电容器组应装设放电装置，规定：电容器组应装设放电装置，使电容器两端的电压从峰值降到使电容器两端的电压从峰值降到50V所需的时所需的时间，高压电容器不应大于间，高压电容器不应大于5min，低压电容器不，低压电容器不应大于应大于1min。对高压电容器组，常利用电压互。对高压电容器组，常利用电压互感器（如

52、上图中的感器（如上图中的TV）的一次绕组来放电。）的一次绕组来放电。电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关，以确保可电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关，以确保可靠放电，保护人身安全。靠放电，保护人身安全。 115并联电容器在工厂供配电系统中的装设位置和补偿效果并联电容器在工厂供配电系统中的装设位置和补偿效果 116 在供电设计中，实际上采用的是这些补偿方式的综合，以求经济在供电设计中，实际上采用的是这些补偿方式的综合，以求经济合理得地提高功率因数。合理得地提高功率因数。 补偿方式的合理性主要从补偿范围的大小，补偿容量的利用率补偿方式的合理性主要从补偿范围的大小，补偿容量的利用率高低以及

53、电容器的运行条件和维护管理的方便等来衡量。高低以及电容器的运行条件和维护管理的方便等来衡量。117（四）并联电容器的控制方式（四）并联电容器的控制方式 并联电容器的控制方式是控制并联电容器的投切，有固定控制方并联电容器的控制方式是控制并联电容器的投切，有固定控制方式式自动自动控制方式两种。控制方式两种。 固定控制方式是并联电容器不随负荷变化投入或切除。固定控制方式是并联电容器不随负荷变化投入或切除。 自动自动控制方式是并联电容器的投切随着负荷的变化，按某个参量控制方式是并联电容器的投切随着负荷的变化，按某个参量进行分组投切控制进行分组投切控制 （）（） 按功率因数进行控制按功率因数进行控制 （

54、自动无功补偿屏）（自动无功补偿屏） 图图10-9 （）（） 按负荷电流进行控制按负荷电流进行控制 （）（） 按受电端的无功功率进行控制按受电端的无功功率进行控制 在供电设计中，一般采在供电设计中，一般采用按功率因数进行用按功率因数进行自动自动控制控制 118（五）补偿容量和电容器台数的确定（五）补偿容量和电容器台数的确定30Q30P30Q30S30SCQ303030tantancQQQP在确定了并联电在确定了并联电容器的容量后，容器的容量后，根据产品目录根据产品目录（见附录表（见附录表2）就）就可以选择并联电可以选择并联电容器的型号规格，容器的型号规格，并确定并联电容并确定并联电容器的数量器的

55、数量 ccNQnQQcN为单个电容器的额定容量（为单个电容器的额定容量（kvar） 对于由上式计算所得的数值，应取相近偏大的整数，如果是单对于由上式计算所得的数值，应取相近偏大的整数，如果是单相电容器，还应取为相电容器，还应取为3的倍数，以便三相均衡分配，实际工程中，的倍数，以便三相均衡分配，实际工程中，都选用成套电容器补偿柜（屏）。都选用成套电容器补偿柜（屏）。 （自动无功补偿屏） 图10-9 并联电容器的型号并联电容器的型号并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示的意义如下：的意义如下： 120BCMJ3型自愈式并联电

56、容器 121BCMJ自愈式低压并联电容器自愈式低压并联电容器 122BCMJ、BKMJ型自愈式低电压并联电容器型自愈式低电压并联电容器 123BCMJ、BKMJ型自愈式低电压并联电容器型自愈式低电压并联电容器 124125安装尺寸图安装尺寸图 126127128返回129130131补偿后用户的负荷计算和功率因数计算补偿后用户的负荷计算和功率因数计算 用户、车间或建筑物装设了无功补偿装置后，在确定补偿装置装设用户、车间或建筑物装设了无功补偿装置后，在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量。地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量。 3030CQQQ 22303030S

57、PQ132例26某厂拟建一座降压变电所，装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800kvar。为了使工厂（变电所高压侧）的功率因数不低于0.9，如果在低压侧装设并联电容器补偿时，需装设多少补偿容量？并问补偿前后工厂变电所所选主变压器的容量有何变化？解：（1）补偿前应选变压器容量及功率因数值变电所低压侧的视在计算负荷为2230(2)6508001031()SkVA变压器容量选择应满足的条件为S NTS 30(2)，因此未进行无功补偿时，变压器容量应选为1250 kVA（参看附录表8）。这时变电所低压侧的功率因数为 COS(2)=P30/S30=650/1031

58、=0.63133（2）无功补偿容量按规定，变电所高压侧的COS0.9，考虑到变压器的无功功率损耗QT远大于有功功率损耗PT，一般QT =(45) PT ，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略低于高压侧补偿后的功率因数0.90，这里取COS (2)0.92。要使低压侧功率因数由0.63提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量应为QC=650(tan arccos0.63 tan arccos0.92)=525 kvar取QC530 kvar 1343）补偿后的变压器容量和因数补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为因此补偿后变压器容量可选为800 kVA（参看附录表8）。变

59、压器的功率损耗为变电所高压侧的计算负荷为 2230(2)650(800530)704()SkVA30(2)30(2)0.0150.015 70410.6()0.060.06 70442.2()TTPSkWQSkVAR30(1)650 10.6661PkW30(1)(800530)42.2312QkVAR1352230(1)661312731SkV A无功补偿后，工厂的功率因数（最大负荷时）为这一功率因数满足规定（0.90）要求。（4）无功补偿前后比较主变压器容量在补偿后减少了450kVA，不仅会减少基本电费开支，而且由于提高了功率因数，还会减少电度电费开支30(1)30(1)cos/661/7

60、310.904PS1250800450NTNTSSkV A 13691. 0)1200108. 1240075. 0()240075. 0(240075. 0)tan()(cos22212ccacacaavavavQPPPSP返回目录137产生原因：电动机起动、电压波动等原因引起的产生原因：电动机起动、电压波动等原因引起的138IN用电设备的额定电流；用电设备的额定电流；Ist 用电设备的起动电流；用电设备的起动电流；Ipk 用电设备的起动倍数：笼型电动机用电设备的起动倍数：笼型电动机为为 57，绕线型电动机为，绕线型电动机为23，直流电动，直流电动 机为机为1.7，对电焊变压器一般为，对电焊