负荷计算及无功补偿

1、第三章负荷计算及无功补偿广东省唯美建筑陶瓷有限公司 刘建川3. 1负荷曲线与计算负荷负荷曲线(load curve)是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。 在直角坐标糸中，纵坐标表示负荷(有功功率和无功功率)值，横坐标表示对应 的时间(一般以小时为单位)日负荷曲线年负荷曲线年每日最大负荷曲线年最大负荷和年最大负荷利用小时数3. 1. 2计算负荷计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理量含义是计算 负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。 通常将以半小时平 均负荷依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发 热条件选择电气设备的依据。3.

2、2用电设备额定容量的确定3. 2. 1用电设备的一作方式(1) 连续工作方式在规定的环境温度下连续运行，设备任何部份温升不超过最高允许值，负荷比较稳定。(2) 短时运行工作制(3) 断续工作制用电设备以断续方式反复进行工作， 其工作时间与停歇时间相互交替。取一 个工作时间内的工作时间与工作周期的百分比值，称为暂载率，即，丄*100% %100%Tt t0暂载率亦称为负荷持续率或接电率。根据国家技术标准规定，重复短暂负荷 下电气设备的额定工作周期为10min。吊车电动机的标准暂载率为15%、25%、 40%、60%四种，电焊设备的标准暂载率为 50%、65%、75%、100%，其中草药 100%

3、为自动焊机的暂载率。3. 2. 2用电设备额定容量的计算(1) 长期工作和短时工作制的设备容量等于其铭牌一的额定功率，在实际的计算中，少量的短时工作制负荷可忽略 不计。(2) 重复短时工作制的设备容量 吊车机组用电动机的设备容量统一换算到暂载率为& =25%时的额定功率，若不等于25%，要进行换算，公式为:Pe为换算到£ =25%时的电动机的设备容量& N为铭牌暂载率Pn为换算前的电动机铭牌额定功率注意：电葫芦、起重机、行车等都可以用电动机考虑 电焊机及电焊装置的设备容量统一换算到 & =100%时的额定功率。若不等 于铭牌暂载率不等于100% ,应进行换算，

4、公式为：Pe：换算到100%时电焊机或电焊装置的设备容量Pn：换算前的交流电焊机的额定功率Sn：换算前的交流电焊机的额定视在功率& n：在Sn与Pn相对应的铭牌暂载率cos：在Sn时的额定功率因数(3 )电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率Pe=P n=Sn co(4) 照明设备的设备容量白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上檣注的额定功率；荧光灯还要考虑镇流器的功率损耗(约为灯管功率的20%),其容量应为灯管额定容量的120%;高压水银灯亦要考虑镇器的功率损耗(约为灯泡功率的10%);(5) 不对称单相负荷的设备容量应力求将单相设备均匀分配到三相上， 减少三相不对称情况。设

5、计规程规定， 在计算范围内，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，如超过15%，则设备容量Pe应按3倍相负荷的原则进行换 算。设备接于相电压和线电压时，设备容量 Pe的换算接于相电压时：Pe=3*Pe?mPe：等效三相设备容量Pe?m：最大负荷所接的单相设备容量接于线电压时：Pe=.3PelPe：接于同一线电压的单相设备容量 3. 3负荷计算的方法目前常用的方法是需要糸数法、二项式法和利用糸数法。前两种方法用得比 较多。需要糸数法适用于计算变、配电所的负荷；二项式法适用于低压配电支干线和配电箱的计算。(1)需要糸数法需要糸数法考虑了以下的几个因素Kgn n

6、WLK :同时使用糸数Kl :负荷糸数WL :线路供电效率:用电设备的在实际运行功率时的平均效率实际上，Kd 一般用测量统主来确定(2)二项式法PCe =bPe cPx3. 3. 1需要糸数法(1)单台用电设备的计算负荷有功负荷考虑到单台用电设备也有满载运行的时候，其计算负荷P CA .L无功容量Qa 丄二 FCa<L tan计算的目的：用于选择分支线一的开关设备(2)用电设备的计算负荷有功计算负荷一个车间内有很多的用电设备，在进行负荷计算时，要将用电设备按需要糸 数表上的分类方法详细分成若干组，然后进行设备组的负荷计算FCA = Kd 二 PeKd :用电设备组上的需要糸数 x Pe

7、:用电设备组上的总容量之和无功计算负荷Qa2 = I"Ca2 tan 视在计算负荷SCA吆CA*2二 R/cos(3) 确定车间配电干线及其上的开关设备当车间配电线上有多个用电设备时， 需将该干线上的用电设备组的计算负荷 相加，然后乘以最大负荷同时糸数，即得该配电干线的计算负荷。计算变电所低 压母线上的计算负荷，亦采用同样的方法。总有功功率计算负荷 FCa3二K、FCa2Q总无功功率计算负荷 QCA3 - KJQCA2总视在功率计算负荷 Sca3二,P2CA3 - Q2CA3K:最大负荷时的同时利用糸数计算目的：用于选择车间配电干线上的开关设备，或者用于低压母线的选择 及车间变电所电

8、力变压器容量的选择如果在变电所的低压母线上并联有无功功率补偿的静电电容器组，其容量为QC3，当计算QCA3时，要减去无功功率容量。即 QcA3 =心、QcA2 - Qc3(4) 确定车间变压器的高压侧的计算负荷将车间变电所低压母线上的计算负荷加上车间变压器的功率损耗，即可得其高压侧负荷。FCa4 二 FCA3 * -PT 2QcA4 = Qa3 °Qt24PCA4、QCA4、ScA4 :变压器高压侧的有功、无功、视在功率的计算负荷厶Pf2,厶Qt2 :变压器的有功损耗和无功损耗但是，在计算负荷时，车间变压器尚未选出，无法根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

9、下列经验到式进行估算。对SL7、S7、S9、S10等低损耗电力变压器：2 = 0.015Sda3Qt2 =0.06Sca3估算目的：用于选择车间变电所中高压配电线上及其上的开关设备(5) 确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷若车间变电所的高压母线上接有多台变压器和高压用电设备时，将车间各变压器高压侧计算负荷及高压用电设备计算负荷相加， 即得车间变电所高压母线上 的计算负荷。FCA5 FCA4 ' Rm其中，P4M、Q4M为中间高压用电设备的有功及无功功率。(6) 确定总降压变电所高压母线上的计算负荷确定总降压变电所6 10KV母线上的高压出线计算负荷 PCA6时，应将计算负荷PCA5

10、加上供配电线路中的功率损耗。但由于工业企业厂区内范围不大，且 高压线路中的电流较小，故在高压配电线路中中功率损耗较小， 在负荷计算中可 忽略不计。故有FCa6 = FcA5SCA - SCA5计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备（7）确定总降压变电所低压侧母的计算负荷将总降压变电所6 10KV出线上的计算负荷（Pca6，Qca6）分别相加后，乘以各自最大负荷的同时糸数 K2,就可以求得总降压变电所低压侧母线上的计算 负荷。如果根据经济比较结果，决定在总降压变电所6 10KV二次母线侧采用电力电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率CCA7时，应减去补偿设备的容 量CC7P：A7

11、 = K.l_ p：A6QcA7 =' Q CA6 -Qc7SCA = P CA7 ' Q CA7计算目的：用于计算总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器 容量。（8）确定全厂总计算负荷将总降压变电所低压侧母线上的计算负荷（PCA7，QCA7）加上主变压器的功 率损耗（ Pti， Qti），即可求得全厂总计算负荷QCA8 二 QCA7 '一 QT1&A8 二.P CA82CA8计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据, 并作为资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开并设备。此外，沿可求得全厂最大负荷时的功率因数和

12、需要糸数的计算值COS ；：-FCASCA8Kd (ca)=Pca8v Pe需要糸数法由于简单易行，为设计人员普遍接受，是目前通用的求取计算负 荷的方法。但这种方法的缺点是将需要糸数 Kd看作与负荷群中设备多少及设备 容量悬殊情况都无关的固定值，这是不严格的。事实上，只有设备数量足够多， 总容量足够大，且无特大型用电设备时，Kd才能趋于稳定。比较适合全厂或大型变电所的计算负荷。332二项式法二项式法是考虑一定数量大容量用电设备对计算负荷的影响而得出的方法。(1) 基本公式Pca=bPe+cPx计算负荷Pca由bPe+cPx两项组成，故称为二项式法。式中，bPe表示用电 设备的平均功率，其中Pe

13、用电设备组的设备总容量，其计算方法用前面的需要 糸数法；cPx为表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负 荷，其中Px是x台最大容量的设备总容量；b,c为二项式糸数。Qca,Sca的与前述需要糸数计算方法相同。必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表中的 最大容量设备台数x的2倍(即n<2x)时，其最大容量设备台数x宜适当取小， 建议为x=n/2,且按“四舍五入”法修约规则取整数。如时用电设备组只有1 2台设备时，就可认为Pca=Pe对于单台电动机， 则Pca二PN / ，Pn为电动机的额定容量，n为效率。在设备台数少时，cos也 适当取大。(2)

14、多组用电设备负荷的确定采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时， 亦应考虑各组用电设备的 最大负荷不同时出现糸数。但不是计入一个同时糸数，而是在各组用电设备中取 其中一组最大的附加负荷cPx，再加上各组的平均负荷bPe,由此求得其总的有 功计算负荷，即Pca = v (bPe) (cPx) max总的无功计算负荷为Qca 八 bPeta亠(cPx)max tan : max总的视在计算负荷Sea - P2ca Q2ca式中：cPx为各组用电设备中附加负荷最大的一组附加负荷，这是考虑到多 个用电设备组中，各组大容量用电设备不可能同时出现的缘故。艺bPe为各组的平均负荷bPe的总和。Tan为各用

15、电设备组的功率因数的正切值。tanmax为最大附加负荷(cPx)max的设备组的平均功率因数角的正切值。由于二式项法不仅考虑了用电设备最大负荷时的平均功率，而且考虑了少数 容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以该法比较适用于确定设备台数较少而容量差别很大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式法计算糸数b,c,x的值，缺乏充分的理论依据，而且这些系数，只适用于机械加工工 业，其它行业的这方面数据缺乏，从使其应用受到一定局限。3. 4功率损耗与电能损耗3. 4. 1供电线路的功率损耗在实际中，常根据计算负荷来求线路的功率损耗，即最大功率损耗，故三相 线路的有功功率损耗 Pl和无功功

16、率损耗厶Ql可分别按下列计算2.R =31 2caR*10：Ql =3I2caX*10上式如果用线路的计算功率表示时2P ca3Pl = 22 R 10U2nCOS2P2ca-Ql22U2nCOS2 :X*103. 4. 2变压器的功率损耗变压器的功率损耗包含有功功率损耗厶 Pt和无功功率损耗厶Qt。有功损耗 由两部分组成：一部分是变压器在额定电压时不变的空载损耗 P。，也就是铁损 Pfe，另一部分是随负荷变化的绕组损耗，即有载损耗 Pi，也就是铜损 Pcu< 变压器的短路损耗 Pk可以认为是额定电流下的铜损厶Pcu?n。由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比，所以变压器在计算负荷下的

17、有功损耗为Pt式中： Pk为变压器的有功短路损耗 P0为变压器空载损耗Sca为变压器低压侧的计算负荷 Snt为变压器的额定容量变压器的无功功率损耗也由两部份组成：一部份是变压器空载时不变的无功 损耗 Q0，另一部份是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗。所以变压器在计算负荷下的无功功率损耗为g心（巻他熔號（豊）2式中：=Snt"%是变压器空载时的无功损耗100Pn二Snt U%是变压器额定负荷时的无功损耗100I。是变压器的空载电流的百分值Uk%为变压器阻抗电压的百分值3. 5变电所中变压器的台数与容量的选择3. 5. 1变电所中变压器的台数与容量的选择3. 5. 2企业总降变

18、电所主变压器的选择3. 5. 3变压器的经济运行 3. 6功率因数与无功功率补偿3. 6. 1功率因数的计算(1)瞬时功率因数PC 0 S =血I3. 6. 2功率因数对供电糸统的影响在供电糸统中输送的有功功率不变的情况下，无功功率增大，即功率因数下降，会出现如下情况：1) 增加叫力网中输电线路上的有功功率损耗和无功损耗增加。2) 糸统中的总电流会增加3) 功率因数过低会使线路的电压损耗增大。4) 使电力糸统的电气容量不能充分利用。3. 6. 3功率因数的改善1、提高自然功率因数1)正确选用异步电动机的型号和容量；2)电力变压器不宜轻载运行，变压 器在负荷率为60%以上运行才经济，一般在75-80%时比较合适；3)合理安排和 调整工艺；4)选用无电压运行的电磁开关。2、人工补偿无功功率1)