工厂电力负荷及其计算

第2章电力负荷及其计算本章主要内容：电力负荷有关概念用电设备组计算负荷、工厂计算负荷尖峰电流及其计算工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第1页!功率损耗与电能损耗供电线路的功率损耗

在实际工作中，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和无功功率损耗△QL可分别按下式计算：

式中Ica——线路中的计算电流，A；R——线路每相电阻Ω，等于单位长度的电阻R0乘以长度L；X——线路每相电抗Ω，等于单位长度的电抗X0乘以长度L。

2工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第2页!上式如用线路的计算功率Pca、Qca及Sca表示时，则式中UN——三相供电线路的额定电压，kV。3工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第3页!

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Sca下的有功功率损耗△PT为：

式中Sca——变压器低压侧的计算负荷，kVA；SNT——变压器额定容量，kVA；

△P0——变压器空载有功损耗，kW；

△Pk——变压器有功短路损耗，kW。

4工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第4页!供电系统的电能损耗1．供电线路年电能损耗的计算式中——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）。τ的含义是：线路连续通过计算负荷所产生的电能损耗与实际负荷在全年内所产生的电能损耗恰好相等所需要的时间，称为年最大负荷损耗时间，它与Tmax·a以及功率因数有关。5工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第5页!企业年电能需要量

企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的电能，它是企业供电设计的重要指标之一。若已知企业的年负荷曲线如图所示，则负荷曲线下的面积即为企业有功年电能需要量Wa。

但实际上，负荷随时都在变动，通常用一个等值的矩形面积来代替负荷曲线下的面积。返回目录6工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第6页!（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。其计算公式为式中：

Wp----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度表读出。 Wq----某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；由无功电度表读出。

我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数。7工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第7页!（3）最大负荷时的功率因数

最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分别写出：

式中：P30——全企业的有功功率计算负荷，kW；Q30——全企业的无功功率计算负荷，kvar；S30——全企业的视在计算负荷，kVA。8工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第8页!功率因数对供电系统的影响（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。（2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。（3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行。（4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。

综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，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的经济指标。

9工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第9页!（2）人工补偿无功功率

当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：并联电容器补偿同步电动机补偿动态无功功率补偿10工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第10页!根据《供电营业规则》规定，用户在当地企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kVA及以上的高压用户不得低于0.9，其他电力用户不得低于0.85，并按规定予以奖惩。补偿原理是：增加补偿电容(P未变)→Q30↓→S30和cosφ↓→I30↓11工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第11页!

在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑到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，此时需对额定容量作修正：式中：QN－－电容器铭牌上的额定容量，kvar； Qe－－电容器在实际运行电压下的容量，kvar； UN－－电容器的额定电压，kV; U－－电容器的实际运行电压，kV。例如将YY10.5-10-1型高压电容器用在６kV的工厂变电所中作无功补偿设备，则每个电容器的无功容量由额定值10kvar降低为：显然除了在不得已的情况下，这种降压使用的做法应避免。12工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第12页!

三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压时，才接成星形接线。

相同的电容器，接成三角形接线，因电容器上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线的三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。13工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第13页!例2-6

某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。根据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？并计算补偿后的实际平均功率因数。（取平均负荷系数α=0.75）解tan1=tan(arccos0.67)=1.108 tan2=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=Pav（tan1-tan2） =0.75×2400×(1.108-0.484)=1122.66(kvar)n=Qc/Qc1=1122.66/40≈30(个)，每相装设10个。此时的实际补偿容量为30×40=1200(kvar)，所以补偿后实际平均功率因数为14工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第14页!2.5尖峰电流（peakcurrent）的计算一、概念

1、尖峰电流Ipk：指单台或多台用电设备持续1~2秒的短时最大负荷电流。一般取起动电流的周期分量，但在校验瞬时动作元件时，还应考虑起动电流的非周期分量。2、计算尖峰电流的目的：选择熔断器、整定低压断路器（自动开关）和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。二、尖峰电流Ipk的计算

1、给单台用电设备（电动机）供电的支线（subline）尖峰电流计算Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist为用电设备的起动电流；IN为用电设备的额定电流；Kst为用电设备的起动电流倍数（可查样本或铭牌，对笼型电动机一般为5~7，对绕线型电动机一般为2~3，对直流电动机一般为1.7，对电焊变压器一般为3或稍大）。15工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第15页!变压器的功率损耗

变压器的功率损耗包括有功功率损耗△PT和无功功率损耗△QT。变压器的有功功率损耗由两部分组成： 一部分是变压器在额定电压UN时不变的空载损耗△P0，也就是铁损△PFe；另一部分是随负荷而变化的绕组损耗，即有载损耗△Pl，也就是铜损△PCu。变压器的短路损耗△Pk可认为是额定电流下的铜损△PCu·N。16工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第16页!变压器的无功功率损耗也由两部分组成：

一部分是变压器空载时不变的无功损耗△Q0，另一部分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Sca下的无功功率损耗△QT为：式中——变压器空载时的无功损耗，kvar；——变压器额定负荷时的无功损耗，kvar；——变压器空载电流的百分值；——变压器阻抗电压的百分值。

17工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第17页!2.变压器年电能损耗的计算

变压器空载不变的功率损耗所引起的年电能损耗与接电时间Ton（近似取8760h）有关，即：

△WT0=△P0Ton 随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗为：

变压器总的年电能损耗为：18工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第18页!(四)功率因数与无功功率补偿1.工厂功率因数（1）瞬时功率因数

瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：P——功率表测出的三相功率读数（kW）； U——电压表测出的线电压读数（kV）； I——电流表测出的相电流读数（A）。

瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。19工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第19页!

对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法：式中：

Pca----全企业的有功功率计算负荷，kW； Qca----全企业的无功功率计算负荷，kvar； α----有功负荷系数，一般为0.7~0.75； β----无功负荷系数，一般为0.76~0.82。

20工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第20页!第二章电力负荷及短路计算瞬时功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数自然功率因数总功率因数指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值

P——功率表测出的三相有功功率读数；U——电压表测出的线电压读数；I——电流表测出的线电流读数。

指某一规定时间段内功率因数的平均值指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数WP——有功电度表读数；Wq——无功电度表读数。

P30——工厂的有功计算负荷；S30——工厂的视在计算负荷。

指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数

指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数21工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第21页!2.功率因数的改善（1）提高自然功率因数

提高自然功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要有：

①正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行； ②更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； ③电力变压器不宜轻载运行； ④合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； ⑤使用无电压运行的电磁开关。

22工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第22页!2．无功功率补偿

人工补偿无功功率提高自然功率因数提高功率因数23工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第23页!

用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。电力电容器的补偿容量可用下式确定Qc=Q30-Q30’=P30（tan-tan’）式中：P30——有功计算负荷，kW； tan、tan’——补偿前、后平均功率因数角的正切值。24工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第24页!

在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并联电容器单只容量Qc1决定并联电容器的个数：n=Qc/Qc1

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。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便三相均衡分配。25工厂电力负荷及其计算共28页，您现在浏览的是第25页! 用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分组（分散）补偿和集中补偿三种。个别补偿将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近；分组（分散）补偿将电容器组分散安装在各车间配电母线上；集中补偿指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧（6~10kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧（6~10kV或38