供配电技术（第4版）（微课版）课件 项目1-3 认识供配电技术、计算负荷和短路电流、选择供配电一次设备

供配电技术项目一认识供配电技术内容：电力系统和供配电系统的概念，电力系统

的额定电压、电力系统中性点的运行方式、

电能的质量指标和电力负荷等基本知识。重点：电力系统额定电压的确定和中性点的运行

方式分析。项目概述一、供配电技术的发展概况自20世纪初发明三相交流电以来，国内外供配电技术便朝着高电压、大容量、远距离、较高自动化的目标不断发展，20世纪后半叶发展尤其迅速。20世纪70~80年代，前苏联、美国、意大利、日本、巴西、加拿大等国家先后开展了特高压交流输电技术的试验研究或工程实践。一、供配电技术的发展概况一、供配电技术的发展概况世界范围内储备的特高压输电技术大都集中在上世纪80年代以前，当时没有一个特高压工程实现全电压、满负荷、全工况长期运行。目前，世界上已运行的直流输电工程的最高电压为±1100kV。从1980年起，前苏联开始建设连接西伯利亚、哈萨克斯坦和乌拉尔联合电网的1150kV交流输电工程。苏联解体后，送端电源未能按预定目标建设，1994年起降压运行。日本为解决输电走廊紧张、实现大规模输电，从1992年共建有1000kV同杆并架线路427公里。由于其电力需求增长减缓，核电建设计划推迟，目前一直按500kV降压运行。中国的电力事业起步虽然比西方国家晚了80年，但新中国的电力事业发展迅猛，在建国后的70多年时间内，电力工业以及供配电技术都取得了突破性的进展。火电优化水平为断提高水电开发力度不断加大电网建设持续加强，电力环保成绩显著，电力装备技术不断提高，多项技术已经达到国际先进水平。我国电力发展战略：西电东送、南北互供，全国联网目前我国已经形成了华北、东北、华中、华东、西北、南方、川渝七个跨省电网，还有山东、福建、新疆、海南、西藏5个独立省（自治区）网，实际运行证明，区域电网格局能够满足我国能源和电力的发展需求，能够满足用电增长的要求。二、中国电网的发展格局作为世界首个1000kV特高压交流工程，晋东南—南阳—荆门交流特高压试验示范工程已经快10岁了。该工程最大限度发挥了电网资源调配作用。冬季枯水季节，湖北通过特高压接受北方火电输入，夏季丰水季节，又通过特高压将西南四川富余水电送到华北电网，缓解了山东等地的缺电状况，南北互济，水火交融，实现了电网资源的优化配置。目前，我国电力工业已经开始进入四个发展的新阶段截止2022年底，全国全口径发电装机容量达26亿千瓦左右，其中非化石能源发电装机容量占总发电量50%，比2021年底提高3个百分点。目前，我国电力工业已先后超过法国日本德国加拿大德国英国俄罗斯美国我国电力工业的跨越式发展已经跃升世界第一位我国西部、北部地区能源资源丰富，实施大规模“西电东送”、“北电南送”是我国能源发展的重大战略。但大规模送电需要大容量输电通道，发展特高压输电技术，就是建设实施这一重大战略的电力高速公路。我国东中部地区经济发达，用电基数大、比重高，但一次能源资源匮乏，土地和环保空间有限，保障电力供应的压力较大。电力在经济发展中起着极其重要的支撑保障作用如果没有特高压工程的远距离输送，西部地区清洁能源就无法外送，当地的经济发展无从谈起；如果没有特高压工程实现能源资源大范围优化配置，单单依靠分布式能源，东部地区僧多粥少的电力供应局面也将无法妥善解决。通过特高压工程，综合利用效率高、排放治理效果好据测算，“十三五”期间，包括特高压工程在内的电网工程规划总投资2.38万亿元，带动电源投资3万亿元，合计约5.4万亿元，年均拉动GDP增长超过0.8个百分点。我国供配电技术的发展，必然拉动国家经济增长国家电网公司掌握了具有自主知识产权的特高压输电技术，成功中标巴西美丽山水电特高压直流的一期与二期项目，实现了我国特高压技术、装备、工程总承包和生产运营成套“走出去”。目前，国家电网已累计建成“八交十直”特高压工程，2022年我国核准进度提速，计划开工“10交3直”特高压工程，“十四五”期间，国网规划建设特高压工程“24交14直”，涉及线路3.3万公里，变电容量超过3.3亿千伏安。“拉闸限电”已成为历史名词。三、

供配电的要求和课程任务安全安全性指标指电能供应、分配和使用过程中，不能发生人身事故和设备事故。可靠优质经济可靠性指标为99.9%。一般指全年平均供电时间应占全年时间的百分比。优质性指标主要指供电电压和频率能否满足用户对电能质量的要求。经济性指标主要期望供配电系统技术合理、投资少、运行费用低，尽可能地节约电能等。我国对供配电系统的要求主要体现在八字方针本课程的任务主要讲述35kV及以下供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生初步掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。任务一供配电技术基础知识【任务陈述】学习供配电技术，就应首先了解供配电技术的一些基本知识和基本问题，为后面各项目及其任务的学习打下基础。理解本任务中关于电力系统的组成以及各部分功能，理解供配电系统与电力系统的区别和联系，正确识别各类变电站的功能，理解电力系统中各环节的额定电压对系统正常运行的重要性，并能在理解的基础上形成一定的技能，并能运用此技能设计或确定电力系统中各环节和设备的额定电压。一、

电力系统我国电力发展的基本方针是：提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电建设，适度发展天然气发电，鼓励新能源和可再生能源发电，带动装备工业发展，深化体制改革。此方针指导下的4个鲜明特点：1.自动化水平逐步提高，安全性和可靠性得到充分重视2.经济、高效和环保。3.结构调整力度继续加大。4.技术进步和产业升级步伐进一步加快。【知识准备】电力系统=发电厂+变电站+输电线路+电力用户电能是最重要、最方便的能源。电力系统是生产输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。

电力系统的相关知识发电厂将一次能源转换成电能，发电厂的形式包括火力发电厂目前，火力发电厂的装机容量最大，火力发电利用燃煤（石油、天然气）在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水变成具有一定高温、一定高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动发电机转子运转发出电能。火力发电厂通常建在能源附近。

生产过程：化学能热能机械能电能1.发电厂

生产过程：水能机械能电能水力发电厂(站)水力发电厂将水的位能转换成电能。利用水流的落差驱动水轮机转动，带动发电机转子运转发出电能。水力发电厂通常建在高山峡谷地带或水库旁边。核电站利用原子能在反应堆的核裂变释放的核能，将水转换成一定高温、一定高压的汽体，打入汽轮机的叶片，推动汽轮机转动，带动与汽轮机同轴的发电机旋转发出电能。

生产过程：原子能机械能电能风力发电站在大力提倡绿色能源的今天，绿色能源发电已成为现实潮汐发电站太阳能发电站地热能发电站非化石的绿色能源发电目前已达到总发电量的50%变电站的功能是接收电能、变换电压和分配电能变电站分有升压变电站和降压变电站。发电厂中变电站的任务是实现电能的远距离输送，采用升压变电站；从发电厂到用户进行的多次变电和配电，均为降压变电站。2.变电站电力线路将发电厂、变电站和电能用户连接起来构成系统电能用户又称电力负荷，是接收、使用和消耗电能的群体供配电系统是电力系统的重要组成部分供配电系统结构框图总降压变电站是用户电能供应的枢纽。它将高压输电线上送来的35~220kV的供电电压降为6~10kV的配电电压，供给高压变电站、车间变电站或高压电气设备。输电线路35~220kV6~10kV高压输电线路总降压变电站低压配电线路厂区办公楼高压配电站高压配电线路低压配电站高压电动机高压设备0.38/0.22kV车间变电站0.38/0.22kV住宅楼群商场0.38/0.22kV二、供配电系统供配电系统是电力系统的重要组成部分供配电系统结构框图高压配电站集中接收6~10kV电压，再分配到附近各变电站、箱变和高压用电设备。输电线路35~220kV6~10kV高压输电线路总降压变电站低压配电线路厂区办公楼高压配电站高压配电线路低压配电站高压电动机高压设备0.38/0.22kV车间变电站0.38/0.22kV住宅楼群商场0.38/0.22kV供配电系统是电力系统的重要组成部分供配电系统结构框图配电线路分为6~10kV高压配电线路和220/380V的低压配电线路。高压配电线路将高压变电站、车间变电站与用电设备连接起来。低压配电线路将低压配电站和低压配电用户连接起来。输电线路35~220kV6~10kV高压输电线路总降压变电站低压配电线路厂区办公楼高压配电站高压配电线路低压配电站高压电动机高压设备0.38/0.22kV车间变电站0.38/0.22kV住宅楼群商场0.38/0.22kV供配电系统是电力系统的重要组成部分供配电系统结构框图车间变电站、低压配电站或箱变，都是将6~10kV的配电电压降为大多用户使用的220/380V的电压，供给低压电气设备使用。输电线路35~220kV6~10kV高压输电线路总降压变电站低压配电线路厂区办公楼高压配电站高压配电线路低压配电站高压电动机高压设备0.38/0.22kV车间变电站0.38/0.22kV住宅楼群商场0.38/0.22kV供配电系统是电力系统的重要组成部分供配电系统结构框图电气设备包括高压电气设备和低压电气设备，低压电气设备又分有动力设备、实验或检测用设备以及照明设备等。输电线路35~220kV6~10kV高压输电线路总降压变电站低压配电线路厂区办公楼高压配电站高压配电线路低压配电站高压电动机高压设备0.38/0.22kV车间变电站0.38/0.22kV住宅楼群商场0.38/0.22kV电力系统的额定电压只能使用国家规定的额定电压。主要有0.38kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等。1.电网线路的额定电压：只能选用国家规定的系统标称电压，它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压2.用电设备的额定电压：与同级电网（线路）的额定电压相同。3.发电机的额定电压：考虑到电网电压的波动和输电线路的损耗，发电机的额定电压通常为线路额定电压的105%。三、电力系统的额定电压电力系统的额定电压只能使用国家规定的额定电压。主要有0.38kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等。4.电力变压器的额定电压：一次侧相当于用电设备，其额定电压与发电机的额定电压相同，为线路电压的105%；额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压电力变压器二次侧相当于电源，其额定电压应比它所连接的线路电压高5%，若线路较长，应高于10%。三、电力系统的额定电压［任务实施］已知图示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。发电机的额定电压为：UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV解：变压器1T的一次侧额定电压为：U1N.1T=UN.G=6.3kV1T的二次侧额定电压为：U2N.1T=1.1UN.2WL=121kV1T额定值：6.3/121kV提问：变压器2T的额定电压？2T额定值：110/10.5kV稳态：指电力系统正常的、变化相对较慢的运行状态；稳态和暂态的本质区别为：前者的运行参数与时间无关，其特性可用代数方程来描述；后者的运行参数与时间有关，其特性要用微分方程来描述。电力系统的运行状态分为稳态和暂态两种情况暂态：指电力系统非正常的、变化较大的运行状态。任务二中性点运行方式电力系统的中性点是指星接变压器或发电机的中性点。电力系统的中性点运行方式一、中性点直接接地方式中性点直接接地方式就是把电源中性点直接与“地”相接，我国110kV及以上电压等级的电力系统均属于这种大接地电流系统。优点：中性点直接接地系统，始终保持对地电压为零，当发生接地故障时，其它非故障相电压不会升高，因此用电设备的相对地绝缘可只需要按照相电压考虑，从而降低设备和电网造价，系统电压越高，经济效果越显著。缺点：短路大接地电流对通讯系统造成的干扰影响较大。220/380V低压供电系统通常采用中性点直接接地。当一相发生短路故障时，不会影响其余相的正常工作，从而提高了单相用电设备运行的可靠性。二、中性点不接地方式中性点不接地系统适用于10kV架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。该接地方式在运行中若发生单相接地故障，流过故障点电流仅为电网对地电容中通过的电流，其值是正常运行的单相对地电容电流的3倍，称为小接地电流系统。优点：中性点不接地系统由于故障时接地电流很小，瞬时故障一般可自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，故可带故障连续供电2小时，供电的可靠性相对提高。缺点：中性点不接地方式的中性点绝缘在发生弧光接地时，电弧的反复熄灭与重燃，相当于电容反复充电。由于对地电容中的能量不能释放，可造成电压升高，从而对设备绝缘造成威胁。三、中性点经消弧线圈接地方式利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。利用对消弧线圈无载分接开关的操作，使其在一定范围内达到过补偿运行，从而实现减小接地电流的目的。相对提高了供电可靠性。中性点经消弧线圈接地的电力系统也属于小接地电流系统。在各级电压网络中，当单相接地故障时，通过故障点总的电容电流超过下列数值时，必须尽快安装消弧线圈：①对3kV～6kV电网，故障点总电容电流超过30A；②对10kV电网，故障点总电容电流超过20A；③对22kV～66kV电网，故障点总电容电流超过10A。［任务实施］分析中性点情况某10kV电网，架空线路总长度l1为70km，电缆线路总长度l2为16km，试分析此中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时的接地电容电流，并分析和判断该系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。分析：中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压和电容电流将发生明显变化。其中线电压不变而故障相对地电压升高到原来相电压的1.732倍，即升至为线电压的数值，由此造成故障相对地电容电流的相应增大，此时接地点的电流是正常运行单相对地电容的3倍。由于：该10kV电网如果故障点总电容电流小于30A时，因此该系统的中性点不需要安装消弧线圈。任务总结电力系统中性点的运行方式与多种因素有关，我国采用的运行方式主要有中性点直接接地系统，称为大电流接地系统。大电流系统发生单相接地故障时，因短路电流大，应使保护装置动作跳闸，切除接地故障。另外还有中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统，它们均称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地事故时，三个线电压不变，但会使非故障相对地电压升高为线电压，因此规定带故障运行不得超过2小时。任务三电能质量指标【任务陈述】电能质量指标是以频率、电压和波形来衡量的。电能质量直接影响工农业等各方面电能用户的工作质量，同时也影响电力系统自身设备的效率和安全。学习本任务，需了解电能质量对电能用户的影响，认知电压质量指标以及电压偏差、电压波动、闪变及三相电压不平衡等诸多概念，理解电压质量指标对保证电能质量、促进工农业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化等方面的重要意义。1.电压偏差一、电压质量指标电压偏差是实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，一般以百分数表示。即：电压质量可分为幅值与波形两个方面。通常以电压偏差、电压波动与闪变、电压正弦波畸变率、负序电压系数来衡量。电力系统电能质量的指标是指电压、频率和波形的质量1.电压偏差式中：U是实际电压；UN是系统标称电压；ΔU%是电压偏差百分数。任务三电能质量指标【任务陈述】电能质量指标是以频率、电压和波形来衡量的。电能质量直接影响工农业等各方面电能用户的工作质量，同时也影响电力系统自身设备的效率和安全。学习本任务，需了解电能质量对电能用户的影响，认知电压质量指标以及电压偏差、电压波动、闪变及三相电压不平衡等诸多概念，理解电压质量指标对保证电能质量、促进工农业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化等方面的重要意义。GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》规定了我国供电电压偏差的限值，如下表：系统标称电压（kV）供电电压偏差的限值（%）≧35的三相供电线电压正、负偏差绝对值这和≦10≦20的三相供电线电压±70.22单相供电相电压+7，-10正常运行情况下，用电设备端子电压偏差限值应符合下表要求：名称电压偏差的限值（%）电动机±5照明一般工作场所±5远离变电所的小面积一般工作场所+5，-10应急照明、道路照明和警卫照明+5，-10①就地进行无功功率补偿感性负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，是产生电压偏差的根源，及时调整补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。电压偏差的改善措施②调整同步电动机的励磁电流：调整后可使同步电动机产生超前或滞后的无功功率，使网络负荷的功率因数得到改善，达到调整电压偏差的目的。③采用有载调压变压器：是最经济有效地措施之一。电压在某一段时间内急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动；周期性电压急剧变化引起电源光通量急剧波动而造成人的视觉感官不舒适的现象，称为闪变。电压波动和闪变是由电弧炉、轧钢机、电弧焊等波动负荷引起的。电压波动和闪变的限制措施①采用单独回路供电；②降低共用配电线路阻抗；③提高供电电压；④增加短路容量；⑤采用静止型无功功率补偿装置。2.电压波动和闪变当三相交流系统中的电压不平衡时，会引起旋转电机的附加发热和振动，使变压器容量得不到充分利用，对通信系统也会产生干扰。①电力系统的公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。低压系统零序电压不平衡度限值暂不作规定，但各相电压必须满足GB/T12325的要求。3.三相电压不平衡《电能质量三相电压不平衡》中规定：②接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不得超过2.6%。频率偏差是指供电的实际频率与电网额定频率的差值。方法：增大或减小电力系统中发电机的有功功率。我国电网的标准频率为50Hz，称作工频。频率偏差一般不超过±0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不得超过±0.2Hz；当系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz.频率偏差改善的措施二、频率质量指标波形的质量指标是以谐波电压含有率、间谐波电压含有率和电压波形畸变率来衡量的。公用电网谐波电压（相电压）限值（GB/T14549-1993）电网额定电压(kV)电压总谐波畸变率(%)各次谐波电压含有率(%)奇次偶次0.385.04.02.05.104.03.21.635.663.02.41.21102.01.60.8间谐波电压含有率限值%（GB/T124337-2009）电压等级频率（Hz）<100100~8001kV及以下0.20.51kV以上0.160.4三、波形质量指标①就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量。②调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，产生超前或滞后的无功功率，以达到改善系统功率因数和调整电压偏差的目的。③正确选择有载或无载调压变压器的分接头（开关），以保证设备端电压稳定。④尽量使系统的三相负荷平衡，以降低电压偏差。⑤采用电抗值最小的高低压配电线路方案。架空线路的电抗约为0.4

/km；电缆线路的电抗约为0.08

/km。条件许可下，应尽量优先采用电缆线路供电。四、提高电能质量的措施工矿企业抑制电压波动的措施有以下几项①对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。②减小系统阻抗。使系统电压损耗减小，从而减小负载变化时引起的电压波动。③在变、配电所配电线路出口加装限流电抗器，以限制线路故障时的短路电流，减小电压的涉及范围。④对大型感应电动机进行个别补偿，使其在整个负荷范围内保持良好的功率因数。⑤在低压供配电系统中采用电力稳压器稳压，确保用电设备的正常运行。［任务实施］分析电压正弦波畸变造成原因某大型钢铁厂在工作中经常出现电压波动和电压闪变，由此检测出电压发生了正弦波畸变，试分析电压正弦波畸变造成的原因，并提出解决方案。分析：由于大型钢铁厂具有炼钢炉、轧钢机等具有冲击或波动的较大功率负荷，当这些设备发生波动负荷时，就会引起电压的快速变动从而偏离额定值，即发生电压波动，当这些电压波动虽然仍在正常的电压变化限度以内，但如果产生了10Hz左右照明闪烁，就会造成人的视觉感官不舒适，则发生了电压闪变。显然，该大型钢铁厂发生的电压波动和电压闪变的主要原因来自于炼钢炉、轧钢机等工业用电负荷。对电压波动与闪变的影响，首选的解决办法是采用电力电子技术，用快速无功补偿器消除电源的闪变，使电压中工频以外的分量降低。本章介绍了电力系统和供配电系统的概念；讲述了电能的质量指标和电力负荷；重点讨论了电力系统中各种电力设备的额定电压，电力系统的中性点运行方式。1.

电力系统是指由

、

、

和

组成的整体。2.

工厂供配电系统由

、

、

、

和

组成。3.

电力系统中性点的运行方式有

、

、

和

4种。4.

电能质量指标是指

、

和

的质量。5.

电力负荷按工作制可分为：

、

和

3类；按对供电可靠性要求可分为：

、

和

3类。小结习题练习END重在理解项目二计算负荷和短路电流内容：电力负荷的概念，负荷曲线，负荷的设备容量，负荷的计算方法，功率损耗和电能损耗，尖峰电流以及功率因数和无功功率补偿。短路计算基础，无限大功率电源供电系统三相短路分析，无限大功率电源供电系统三相短路电流的计算，短路电流的效应。难点：掌握负荷设备容量的计算，需要系数法负荷的计算方法，掌握功率因数的计算和无功功率补偿计算。无限大功率电源供电系统的三相短路分析和对短路电流效应的理解，掌握标幺制法。项目概述任务一电力负荷和负荷曲线【任务陈述】为了保证供电的可靠性及电能质量，尽量减小供配电系统的损失，搞好供配电系统的调度，供配电系统常常把电力负荷曲线作为考虑和安排生产的依据，作为供配电系统的工作人员，有必要也必须掌握负荷曲线。通过本任务，希望学习者能够初步了解常用电力负荷的用途及特点，熟悉企业用电设备的工作制以及负荷分类，理解日负荷曲线、年负荷曲线的绘制方法以及二者的区别和联系，掌握正确阅读两种负荷曲线的技能；理解与负荷曲线有关的几个物理量。一、

电力负荷的概念【知识准备】1.常用电力负荷的用途及特点工厂的拖动用电动机工业用电炉电焊类设备工厂照明设备企业常用电力负荷通常分为4种类型：2.企业用电设备的工作制（1）连续工作制负荷：指长时间连续工作的用电设备，如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。（2）短时工作制负荷：指工作时间短、停歇时间长的用电设备。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等。（3）反复短时工作制负荷：指时而工作、时而停歇、反复运行的设备。如起重机、电梯、电焊机等。此类负荷可用负荷持续率ε表示：式中，tw为工作时间，t0为停歇时间，T为工作周期。二、按对供电可靠性要求对负荷的分类1.一级负荷：指中断供电将在经济上造成重大损失或人身伤亡，具有重大政治、经济影响的用电单位正常工作时的负荷。2.二级负荷：指中断供电将在经济上造成较大损失或影响较重要的用电单位正常工作时的负荷。3.三级负荷：指非连续生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电单位及民用建筑的用电负荷。一级负荷不允许断电，通常由两个独立电源供电；二级负荷通常采用两回电路供电；三级负荷对供电电源没有特殊要求。负荷曲线反映了电力用户用电的特点和规律。在负荷曲线中通常用纵坐标表示负荷大小，用横坐标表示对应负荷变动的时间。负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形三、

负荷曲线及相关物理量1.日负荷曲线日负荷曲线表示负荷在一昼夜(24h)的变动情况。（参看课本图2-1）P/kW100809060507030204010t/h8412201624市政及居民用电日负荷曲线0日负荷曲线的特点：1.电力负荷是变化的，不等于额定功

率；2.电力负荷的变化是有规律的。2.年负荷曲线年负荷曲线表示负荷全年(8760h)的变动情况。P/kW500040004500300025003500150010002000500南方某用户的年持续负荷曲线t/h2000100030006000400070000500080008760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。图中是南方某用户的年持续负荷曲线。在南方，近似认为冬季165天，夏季200天。其中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为：T1=200t1+165t2P1T1注意：日负荷曲线是按时间的先后顺序绘制的，而年持续负荷曲线则是按负荷的大小和累计时间绘制的。3.负荷曲线的有关物理量（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时南方某用户的年持续负荷曲线年最大负荷Pmax指全年中负荷最大的工作班内30分钟平均功率的最大值，常用P30表示。假设企业总是按年最大负荷Pmax持续工作，经过了Tmax时间所消耗的电能，恰好等于企业全年实际消耗的电能Wa。即年最大负荷利用小时：PmaxP/kWt/h08760Tmax年最大负荷利用小时Tmax与企业类型及生产班制有较大关系：一班制企业

Tmax≈1800h～2500h；两班制企业

Tmax≈3500h～4500h；三班制企业Tmax≈5000h～7000h；居民用户的Tmax≈1200h～2800h。（2）平均负荷和负荷系数①平均负荷：指电力负荷在一定时间内消耗的功率平均值。如在t时间段内消耗的电能为Wt，则t时间的平均负荷为：利用负荷曲线求平均负荷的方法如图示。南方某用户的年持续负荷曲线PavP/kWt/h08760②负荷系数：指年平均负荷Pav与年最大负荷Pmax的比值，即：显然，负荷系数的大小反映了负荷曲线波动的程度。对单台用电设备，负荷系数等于设备的实际计算负荷容量和额定负荷容量的比值，即：［任务实施］由图2.1所示的日负荷曲线中读出最大功率，估算出平均功率。读图与估算：由图2.1可直接读出最大功率为500kW。而平均功率则根据图（b）中每个阶梯平台所对应功率值的总和除以阶梯平台数即可，即：因此，估算出日平均功率为233.6kW。（270＋200＋150＋100＋130＋170＋240＋300＋380＋370＋340＋290＋270＋290＋300＋320＋380＋400＋440＋500＋450＋400＋350＋300＋280）/25＝233.6kW任务总结1.企业电力负荷是指企业耗用电能的用电设备，有连续运行工作制、短时工作制和断续周期工作制3类。按供电可靠性要求对电力负荷可划分为3级：一级负荷中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位正常工作；二级负荷中断供电将影响重要用电单位的正常工作；不属于一级和二级负荷的均为三级负荷，三级负荷对供电电源无特殊要求。

2.负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的一种图形。与负荷相关的物理量有年最大负荷、年最大负荷利用小时数、平均负荷和负荷系数等，这些均为很重要的概念，应搞清楚它们的物理意义。。任务二电力负荷的计算【任务陈述】为了使供配电系统在正常条件下可靠地运行，必须正确选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等，这就需要对电力负荷进行计算，即确定计算负荷。通过本任务，学习者首先应了解工厂电力负荷的主要组成——生产加工机械的各种拖动设备，理解并掌握各种类型设备容量的确定及工作制；了解并熟悉计算负荷的估算法及适用场合；牢固掌握需要系数法对工厂计算负荷的确定；理解单相负荷的计算方法，掌握全厂计算负荷的确定。用电设备铭牌上的额定功率PN，经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe表示。2.设备容量的确定（1）长期工作制和短时工作制的用电设备（2）反复短时工作制的用电设备其设备容量就是该设备的额定功率，即：Pe=PN设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。1.设备容量的定义一、

设备容量及其确定式中：T是工作周期；tw

是工作周期内的工作时间；

t0

是工作周期内的停歇时间。一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比称为负荷持续率，用来表示断续周期工作制的设备，用“ε”表示。负荷持续率（暂载率）的概念起重电动机的标准负荷持续率有15%、25%、40%、60%四种；电焊设备的标准负荷持续率有50%、65%、75%、100%四种。同一设备在不同负荷持续率下工作时，其输出功率不同，因此计算设备容量时，必须先转换到一个统一的ε下。不同负荷持续率下，功率的换算公式为：式中：PN

是设备额定有功功率；εN是额定负荷持续率；cosφN是额定功率因数。常用设备的换算要求1.电焊机和电焊机组2.起重机（吊车电动机）式中：PN

是设备额定有功功率；εN是额定负荷持续率；ε25%是其值为25%的负荷持续率，用0.25计算。不用镇流器的照明设备，设备容量等于其额定功率，即：常用设备的换算要求3.照明设备式中：Kb1

是镇流器的功率损耗系数，普通荧光灯镇流器取1.25；节能型镇流器取1.09~1.1；电子镇流器取1.1；高压纳灯和金属卤化物灯取1.14~1.16。用镇流器的照明设备，设备容量包括镇流器中的功率损失，因此：照明设备的设备容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，即：式中：ρ是建筑物的单位面积照明容量【W/m2】；S为建筑物的面积【m2】。二、计算负荷的概念及估算法计算负荷是按照发热条件选择的电气设备的人为假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的最大热效应相等。根据计算负荷选择的导体或电器，在运行中的最高温升不得超过导体或电器的温升允许值。1.计算负荷的概念设有一电阻R的导体，在某一时间内通过一变动负荷，其最高温升达到

值，如果这一导体在相同时间内通过一个不变的负荷，最高温升也达到

值，那么这个不变负荷就称为变动负荷的计算负荷，即计算负荷与实际变动负荷的最高温升是等值的。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缆的选择是否经济合理。工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，在实践中总结出了各种负荷的计算方法，常用的有估算法、需要系数法、利用系数法、二项式法和单相负荷计算等。工程上为了取值和表达方便，一般把最大负荷

Pmax称为计算负荷PC=P30，作为按发热条件选择电气设备的主要依据。

供电线路上只连接一台用电设备时：

对白炽灯、电热设备、电炉变压器等：线路的计算负荷可按设备容量来确定，此时求单台电动机的计算负荷公式为：式中：PN【kW】是设备的额定功率；ηN是设备额定容量时的效率。计算负荷在数值上就等于其额定功率，即：2.估算法做设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较且缺乏准确的用电负荷资料时，按估算法计算比较方便。（1）单位产品耗电量法若已知某车间或企业的年产量m和每一产品的单位耗电量ω，则企业全年电能Wa=ωm。有功计算负荷为：式中：Tmax是年最大负荷利用小时数。（2）负荷密度法若已知车间生产面积S【m2】和负荷密度指标ρ【kW/m2】时，车间平均负荷为：车间低压负荷估算指标车间类别负荷密度【kW/m2】铸钢车间（不包括电弧炉）0.055~0.06焊接车间0.04铸铁车间0.06金工车间0.1木工车间0.66煤气站0.09~0.13锅炉房0.15~0.2压缩空气站0.15~0.2车间计算负荷为：三、

需要系数法设某组设备有多台电动机，额定总容量为Pe，由于该组电动机实际上并不都同时运行，且运行的电动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路存在功率损耗，因此这组电动机的有功计算负荷应为：式中：KΣ是用电设备组的同时系数；KL是负荷系数；ηWL是线路平均效率；ηN是用电设备的额定效率。可见，所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值关系，为此引进需要系数的概念。用电设备的需要系数：1.需要系数的含义有功计算负荷为2.三相用电设备组的计算负荷无功计算负荷为视在计算负荷为计算电流为式中：Kd是用电设备组的需要系数；Pe是设备容量；tanφ是设备功

率因数角的正切值。用电设备组的需要系数可参看课本表2-2。例已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总设备容量为120kW。试求其计算负荷。查表2-2中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得Kd=0.16~0.2（取0.18计算），cosφ=0.5，tanφ=1.73。解：根据单相用电设备的计算负荷公式可得：（1）单相用电设备组的计算负荷（2）干线上用电设备组的计算负荷确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电站低压母线上的计算负荷时，考虑到干线上各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，应将干线上各用电设备组的计算负荷相加后再乘以一个相应最大负荷的同时系数KΣ。其中有功同时系数为KΣP，无功同时系数为KΣq。工程上一般取KΣp=0.75~1；KΣq=0.9~0.97。如果确定车间变电站低压母线上的计算负荷时，应以车间用电设备为范围进行分组。同时系数可取为：KΣp=0.8~0.9；KΣq=0.85~0.95。如果是用车间干线计算负荷相加后求出低压母线计算负荷时，此时的同时系数取值范围：KΣP=0.9~0.95；KΣQ=0.93~0.97。求干线上用电设备或多条干线总计算负荷时，总有功计算负荷为：干线上用电设备或多条干线总计算负荷的总无功计算负荷为：干线上用电设备或多条干线总视在计算负荷为：干线上用电设备或多条干线总的计算电流为：某机修车间的380V线路上接有金属切削机床电动机15kW1台，11kW3台，7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.5kW4台；电阻炉2kW1台。试求该线路的计算负荷（设同时系数KΣP、KΣq均为0.9）。解例以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为一组，共分冷加工机床、通风机和电阻炉3组，分别计算。冷加工机床：查表2-2可得：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tanφ1=1.73；通风机组：查表2-2可得：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tanφ2=0.75电阻炉：因只有一台，所以计算负荷等于电阻炉的容量，即：以车间为范围，总有功计算负荷为：总视在计算负荷为：总无功计算负荷为：总计算电流为：某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数K∑p、K∑Q均为0.9）。

解练习以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为一组，共分成以下3组。先求出各用电设备组的计算负荷。①冷加工电动机组。查表2-2可得：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，因此②通风机组。查表2-2可得：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75,因此③只有一台电阻炉，所以计算负荷等于电阻炉的容量，即：以车间为范围，已知同时系数K∑p、K∑Q均为0.9，则车间计算总有功计算负荷为

总无功计算负荷为总视在计算负荷为总的计算电流为

用此电流即可选择这条380V导线的截面及型号。二项式系数法适合于计算设备台数不多，而且各台设备容量相差较大的车间干线和配电箱的计算负荷，计算相对简便。但应用局限性大。

利用系数法求计算负荷，是以概率论为基础，因此计算过程较为繁琐，适合于计算机计算，目前没有得到普遍应用。需要系数法比较简便，因此在工程实际中得到了广泛应用，特别适用于计算全厂和大型车间及车间变电站的计算负荷。在低压配电线路的负荷计算中，如果用电设备台数少且功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小而存在误差。应用需要系数法计算负荷时，需要系数Kd的选择原则：设备台数多时可取较小值；台数少时应取较大值。四、

单相负荷的计算★现代建筑中的用电设备从供电的形式上可分为单相和三相两大类。单相：单相电动机、电热设备、电焊机和各种形式的家用电器设备。三相：电动机为动力的各种设备。例如给水泵、集中式

空调机、电梯等。★供电形式为三相供电系统时，根据设计规范中有关条款的规定，必须将单相用电设备平均地分配到各个单相中。然后才能进行对连接有单相用电设备的三相供电系统的负荷计算。★按在三相供电系统中连接单相设备功率和三相设备功率的比例来制定。

单相用电设备等效三相计算负荷的确定1.如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则

不论单相设备如何连接，均可作为三相平衡负荷对待。2.单相设备接于相电压时，在尽量使三相负荷均衡分后，取

最大负荷相所接的单相设备容量乘以3，便可求得其等效

三相设备容量。3.单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量PN

单台设备时2~3台设备时单相设备的设备容量最大单相负荷设备的设备容量5.

等效三相有功总计算负荷等于最大有功负荷相的有功

计算负荷的3倍；等效三相总无功计算负荷等于最大

无功负荷相的无功计算负荷的3倍。4.

单相设备分别接于线电压和相电压时，首先应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，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷。特别注意的是：最大相的有功计算负荷和最大相的无功计算负荷不一定在同一相上。某220/380V三相四线制线路上，装有220V单相电热干燥箱6台、单相电加热器2台和380V单相电焊机6台。在线路上的连接情况为：电热干燥箱2台20kW接于A相，1台30kW接于B相，3台10kW接于C相；电加热器2台20kW分别接于B相和C相；电焊机3台21kVA(ε=100%，cosφN=0.7)接于AB相，2台28kVA(ε=100%，cosφN=0.8)接于BC相，1台46kW(ε=60%，cosφN=0.75)接于CA相。试求该线路的计算负荷。解例1.电热干燥箱及电加热器的各相计算负荷查表2-2可得：电加热器Kd=0.7，cosφ=1，tanφ=0；A相：B相：C相：2.电焊机的各相计算负荷①接于各线电压电焊机的设备容量AB、BC相电焊机ε=100%的视在功率为：因CA相电焊机ε=100%的设备容量：CA相电焊机换算至ε=100%的视在功率为：②各线电压的电焊机设备容量换算为接于各相电压的设备容量A相设备容量：先计算出接于各线电压电焊机的功率因数角分别为：B相设备容量：C相设备容量：③.电焊机的各相计算负荷查表2-2可得：电焊机Kd=0.35A相：B相：C相：3.各相总的计算负荷（取同时系数为0.95）A相：B相：C相：4.总的等效三相计算负荷总等效三相计算负荷为：B相的有功计算负荷最大，有：五、

工厂照明负荷的确定

工厂电气照明负荷也是电力负荷的一部分。良好的照明环境是保证工厂安全生产、提高劳动生产率、提高产品质量、改善职工劳动环境、保障职工身体健康的重要方面。

工厂的电气照明设计，一般应根据生产的性质、厂房自然条件等因素选择合适的光源和灯具，进行合理的布置，使工作场所的照明度达到规定的要求。1.照明容量的确定①白炽灯、碘钨灯等不用镇流器的照明设备，容量通常指灯头的额定功率，即：Pe=PN②荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯需用镇流器的照明设备，其容量包括镇流器中的功率损失，所以一般略高于灯头的额定功率，即：Pe=1.1PN③照明设备的额定容量还可按建筑物的单位面积容量法估算，即：PN=ωS/1000其中ω—建筑物单位面积的照明容量，单位为W/m2；

S—建筑物面积，单位是m22.照明计算负荷的确定照明设备通常都是单相负荷，在设计安装时应将它们均匀地分配到三相上，力求减少三相负荷不平衡状况。负荷计算公式应用需要系数法。表2-3照明设备组的需要系数及功率因数光源类别需要系数Kd功率因数cosφ白炽灯荧光灯高压汞灯高压纳灯金属卤化物灯生产车间办公室0.8~110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61变配电所、仓库0.5~0.710.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61生活区宿舍0.6~0.810.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61室外110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61已知某开关电器制造厂用电设备总容量为4500kW，试估算该厂的计算负荷。解例查表2-3取Kd为0.35，cosφ=0.75，则tanφ≈0.882，得

P30=KdPe=0.35×4500=1575kW

Q30=P30tanφ=1575×0.882≈1386kvar六、

全厂计算负荷的确定确定工厂负荷的计算方法很多，常用的逐级计算法确定工厂计算负荷的原则和步骤如下：♦将用电设备分类，采用需要系数法确定各用电设备组的计算负荷；♦根据全厂供配电系统图，从用电设备朝电源方向逐级确定各级的计算负荷；♦在配电点处要考虑同时系数；♦在变压器的安装处要考虑变压器的损耗；♦工厂电力线路较短时，可不计电力线路损耗；♦在并联电容器安装处应考虑无功补偿容量。图示为某工厂的供配电系统示意图。以此图为例，讨论如何应用逐级计算法来计算图中各点的计算负荷和工厂的计算负荷。abca1a2a3a4abc①②③④⑤⑥⑦②②④⑤……1.供给单台用电设备的支线的计算负荷确定计算目的：用于选择①处的开关设备和导线截面。因为是给一台设备供电，此时需要系数Kd=1/ηN，则：①式中：Pe为单台用电设备的容量，ηN为单台用电设备的额定效率，tanφN为单台用电设备的额定功率因数角的正切值。2.用电设备组计算负荷的确定②计算目的：用于选择②处车间配电干线及

干线上的电气设备。式中：Kd为该用电设备组的需要系数；PeΣ为该用电设备组各设备容量之和；tanφ为该用电设备组的功率因数角的正切值；UN为用电设备的额定电压。用电设备组是指用电设备性质相同的一组设备（至少2~3台以上）。计算负荷需按下式计算：3.车间干线或多组用电设备组的计算负荷确定③式中：KΣp为有功负荷的同时系数，通常取0.85~0.95；KΣq为无功负荷的同时系数，通常取0.9~0.97；ΣPC2为各组用电设备的有功计算负荷之和；

ΣQC2为各组用电设备的无功计算负荷之和。

计算目的：用于选择③处车间变电站低压干线及

其干线上的开关设备。如果该干线上有多组用电设备，各用电设备组的最大负荷不一定同时出现，所以负荷计算时要计入同时系数，计算公式为：4.车间变电站或建筑物变电站低压母线的计算负荷确定④此处：KΣp取0.90~0.95；KΣq取0.93~0.97；ΣPC3为各干线上的有功计算负荷之和；

ΣQC3为各干线上的无功计算负荷之和。

计算目的：用于选择④处车间变电站或建筑物变电

站的变压器容量以及低压母线的截面。考虑到每根干线上的最大负荷不一定同时出现，要计入同时系数，计算公式为：5.车间变电站或建筑物变电站高压母线的计算负荷确定⑤此处变压器损耗可按经验公式（2-33）计算。

计算目的：用于选择⑤处高压配电线及配电线上

的电气设备。因为用户低压线距不长，功率损耗可不考虑，但变压器损耗需考虑，计算公式为：6.总降压变电站二次侧的计算负荷确定⑥计算目的：用于选择⑥处总降压变电站的变压器

容量以及配压母线的截面。把总降压变电站二次侧各出线的计算负荷相加并乘以同时系数，可得计算公式为：式中：KΣp和KΣq均可取0.9~0.97。

7.总降压变电站高压侧的计算负荷确定计算目的：用于选择⑦处开关设备和导线截面。把总降压变电站一次侧的计算负荷加上变压器的损耗，可得用户的总计算负荷，公式如下：⑦某企业35/10kV的总降压变电站，分别供电给1#~4#10kV车间变电主及3台10kV空气压缩机高压电动机，如图示。其中，1#变电所负荷有：机加工车间有冷加工机床功率共342kW，通风机18kW、电焊机81kW（60%）、吊车87.5kW（40%）、照明5.4kW（荧光灯，电子镇流器），办公大楼照明（荧光灯，电子镇流器）12.6kW、空调126kW，科研设计大楼照明（荧光灯，电子镇流器）21.6kW、空调180kW，室外照明（高压纳灯，节能型电感镇流器）10kW，2#~4#车间变电所的计算负荷分别为：PC2=720kW，QC2=550kvar；PC3=650kW，QC3=446kvar；PC4=568kW，QC4=420kvar。高压电动机的每台容量为355kW。试计算该用户总计算负荷（忽略线损）。例①③④例题供电系统图⑦②⑥⑤空调压缩机P=355kW……35kV照明5.4kW室外照明10kWM1#主变35kV2#主变10kV1#车间变电站2#车间变电站3#车间变电站4#车间变电站P=355kWMP=355kWM电焊机81kWε=60%吊车87.5kWε=40%通风机18kW冷加工机床342kW0.38/0.22kV照明空调12.6kW126kW办公大楼照明空调21.6kW180kW科研设计大楼④④练习：课本P43页2-21［任务实施］用需要系数法求车间的计算负荷。解：某机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机15kW的1台，7.5kW的2台，4kW的1台，2kW的8台；另接通风机1.2kW的2台；电阻炉2kW的1台。试求计算负荷。设同时系数K∑P=K∑Q

=0.9。以车间为范围，将工作性质、需要系数相近的用电设备合为一组，共分成以下3组。先求出各用电设备组的计算负荷。以下参看课本任务总结计算负荷为半小时的平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”。确定计算负荷的方法有多种，当需要进行方案比较而缺乏准确的用电负荷资料时，用估算法较为方便；需要系数法是目前世界各国普遍确定计算负荷的方法，适用于求多组三相用电设备的计算负荷，在进行全厂负荷计算时，通常采用需要系数法逐级进行计算。任务三电能损耗和无功功率补偿【任务陈述】工厂供电系统中的线路和变压器由于常年运行，其电能损耗相当大，直接关系到供电系统的经济效益问题。供配电技术人员应了解和掌握线路的电能损耗和变压器的电能损耗是如何造成的，理解降低供电系统电能损耗的相关知识和技能，重点掌握线路功率因数的提高及无功功率的补偿方法。一、线路的电能损耗供配电系统的线路上全年的电能损耗用ΔW表示，其计算公式：τ与Tmax之间的关系如下图示。ττ与Tmax的关系可用公式表达为：Tmax当cosφ=1，且线路电压不变时，全年的电能损耗为：变压器的电能损耗包括两个部分：铁损耗和铜损耗。上式表明：只要外施电压和频率不变，铁损所引起的电能损耗也固定不变，且近似于空载损耗ΔP0。由式可知，由变压器铜损引起的电能损耗，与变压器负荷率KL的平方成正比，且近似于短路损耗ΔPk。二、

变压器的电能损耗因此，变压器全年的电能损耗为：变压器的铁损耗是不变损耗；铜损耗是随负荷变动的可变损耗三、

工厂的功率因数和无功功率补偿1.工厂的功率因数瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可间接测量，即由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出：平均功率因数又称为加权平均功率因数，按下式计算：式中：Wa是某时间内消耗的有功电能；Wr是某时间内消耗的无功电能。我国电业部门每月向工业用户收取的电费，规定要按月平均功率因数的高低来调整。（1）

瞬时功率因数（2）

平均功率因数最大负荷时功率因数是指计算负荷时的功率因数。计算公式为：（3）

最大负荷时的功率因数例某机械加工厂全年用电量为：有功电能500万度，感性无功电能240万度，容性无功电能80万度，试计算该厂的年平均计算负荷和平均功率因数。解车间年平均负荷为：平均功率因数为：练习某企业35kV总降压变电站10kV侧计算负荷为：1#车间720kW+j510kvar；2#车间580kW+j400kvar；3#车间630kW+j490kvar；

4#车间475kW+j335kvar。（KaL=0.76；

KrL=0.82，忽略线损）试求：该企业的计算负荷及平均功率因数。解平均功率因数为：10kV侧计算负荷：（同时系数取：KΣp=KΣq=0.9）交流供配电线路中，大多数为感性负荷，致使功率因数偏低。当有功功率为一定值时，cos

愈小、

角愈大，其视在功率就愈大，因而供电线路中的电流就大，线路的损失随之增大，不经济。2.功率因数对供配电系统的影响供电设备的供电能力是用视在功率S来衡量的。当供电设备的容量一定时，如果用户负载的功率因数过低，其无功功率就会过大，致使供电设备输出的有功功率减小，显然降低了供电设备的供电能力。国家标准GB/T3485-1998《评价企业合理用电技术导则》中规定：在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9，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。我国供电部门规定，用户凡功率因数低于规定值时，均予以罚款；若功率因数高于规定值时，予以奖励。即采用“高奖低罚”的原则。3.电力电容器电力系统中采取把电力电容器并接在负荷或供电设备上运行，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力正好由电容器“发出”的无功电力供给，从而起到无功补偿作用。电力线路两端并联电力电容器，线路上就可避免无功电力的输送，以达到减少线路能量损耗、减小线路电压降，提高系统有功出力的效益，因此，电力电容器是提高电力系统功率因数的一种重要的电气设备。电力电容器在电力系统中的作用是“发出”无功电力（1）提高自然功率因数4.无功功率的补偿自然补偿法的核心思想是避免感性设备的空载减少其轻载①合理选择电动机的容量，使其接近满载运转。②对实际负载不超过额定容量40％的电动机，应更换为小容量的电动机。③合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运转。④正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为75%～80％比较合适）。对于负载率低于30％变压器，应予以更换。⑤对于负荷率在0.6～0.9的绕线式电动机，必要时可以使其同步化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。方法：无功功率的人工补偿法基本原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。（2）人工补偿法人工补偿法必须是欠补偿。因为一旦过补偿，反送无功将会引起电网电压升高，从而造成对电网的污染，严重时甚至会造成电网崩溃。人工补偿的主要方法有：①在变电所内利用并联电力电容器组，可以提高线路的功率因数。②采用同步电动机提高功率因数是一种比较经济实用的方法。③对于容量大的冲击性负荷，一般应采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置来提高线路和设备的功率因数。④并联电容器补偿1.并联电容器的型号由文字和数字两部分组成。参看课本P36页补偿容量和电容器台数的确定在变电所6~10kV高压母线上进行人工补偿时，一般采用固定补偿，即补偿电容器不随负荷变化投入或切除。在变电所0.38kV母线上进行补偿时，都采用自动补偿，即根据cosφ测量值按功率因数设定值，自动投入或切除电容器。某变电站的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。如果要使其平均功率因数提高到0.9，问若在10kV侧固定补偿，需要装设多大容量的并联电容器?如果采用BWF10.5-40-1型电容器(QN.C＝40kvar)，需装设多少个?解例需补偿的容量为：需装设的电容器个数：练习某工具厂全年消耗的电能Wa=2500万度，Wr=2100万度，供电电压为10kV。其平均有功功率和平均功率因数是多少？欲将功率因数提高到0.9，需BFM11-50-1型并联电容器多少台？解平均功率因数为：平均有功功率为：考虑到三相平衡分配，应装设21台并联电容器，每相7台，实际补偿容量为1050kvar。并联电容器的装设与控制1.并联电容器的接线并联补偿的电力电容器大多采用三角形接线。2.并联电容器的装设地点①高压集中补偿：将电容器组集中装设在变电站的6～10kV母线上。补偿范围最小，经济效果较差。但装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。②低压集中补偿：电容器集中装设在变电站0.38kV低压母线上，低压电容器补偿屏安装在低压配电室。补偿范围大，比较经济，运行维护安全方便。

③单独就地补偿：将电容器装设功率因数较低的设备旁。补偿范围最大，效果最好。但投资较大，电容器的利用率较低。补偿后用户的负荷计算和功率因数计算1.补偿后的负荷计算若补偿装置装设地点在变压器一次侧，补偿后的计算负荷为：若补偿装置装设地点在变压器二次侧，补偿后的计算负荷为：补偿后，总的视在计算负荷为：2.补偿后功率因数的计算固定补偿一般计算平均功率因数，计算公式为：自动补偿一般计算最大功率因数，计算公式为：由此可以看出，在变电站低压侧装设了无功补偿装置后，低压侧总的视在功率减小，变电所变压器的容量也减小，功率因数得到了提高。［任务实施］提高工厂变电站的功率因数已知某工厂的有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800kvar。为使工厂的功率因数不低于0.9，现要在工厂变电站低压侧装设并联电容器组进行无功功率补偿，则需装设多少补偿容量的并联电容器？假设补偿前工厂变电站主变压器的容量选择为1

250kV，则补偿后工厂变电站主变压器的容量有何变化？解：①补偿前的变压器容量为

kvar变电站的二次侧功率因数为：②按相关规定，补偿后变电站高压侧的功率因数不应低于0.9，即：≥0.9。考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取0.92。因此，在低压侧需要装设的并联电容器容量为：取530kvar。③变电站低压侧的视在计算负荷为：④补偿后变压器的功率损耗为变电站高压侧的计算负荷为：补偿后的实际功率因数为：无功功率补偿前后进行比较，得：即补偿后主变压器的容量减少了450kV·A。由此可以看出，在变电站低压侧装设了无功功率补偿装置后，低压侧总的视在功率减小，变电站主变压器的容量也减小，功率因数得到提高。任务总结当电流流经工厂供配电系统时，会产生功率损耗和电能损耗。在进行负荷计算时要计及功率损耗；在提高供配电系统运行经济性时，要降低电能损耗。另外，功率因数太低对工厂供配电系统有不良影响，因此需要提高功率因数。提高功率因数的主要措施是采取人工补偿，而工厂中多采用并联电容器进行补偿。任务四尖峰电流的计算【任务陈述】尖峰电流Ipk是指单台或多台用电设备持续1～2s的短时最大负荷电流。尖峰电流通常是由于电动机起动、电压波动等引起的。其与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，而尖峰电流则比计算电流大得多。

计算尖峰电流的目的是选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置，计算电压波动及检验电动机自起动条件等。通过本任务的学习，掌握单台用电设备及多台用电设备尖峰电流的计算方法和相关技能。一、单台用电设备尖峰电流的计算尖峰电流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。尖峰电流是由于电动机启动、电压波动等原因引起的，比计算电流大得多。尖峰电流就是用电设备的启动电流，即

：

计算尖峰电流的目的是选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自启动条件等。式中，Ist为用电设备组中启动电流；Kst为用电设备启动电流倍数（鼠笼式电动机一般取5~7；绕线式电动机一般为2~3；直流电动机通常为1.7；电焊变压器一般为3或稍大）；IN为用电设备的额定电流。多台用电设备的线路上，其尖峰电流应按照下式计算

：

二、

多台用电设备尖峰电流计算式中，INi为将启动电流与额定电流之差最大的那台设备除外的其它n-1台设备额定电流之和；KΣ为同时系数，一般取0.7~1；Istmax是用电设备组启动电流与额定电流二者差值最大的启动电流。例有380V配电干线，给三台电动机供电，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求该配电线路的尖峰电流。解最大差值电流是第1台电动机，35-5=30A，所以最大启动电流为：Istmax=35A；INi=4+10=14，取同时系数KΣ=0.9。该