《工厂供电技术》-项目四 负荷统计

用电设备的铭牌上都标有额定功率，要统计车间总负荷或工厂总负荷并不是把各用电设备的额定功率直接相加，这是由于各用电设备并不一定同时运行，所以要按需要系数法确定总负荷。相关知识一、负荷曲线负荷曲线是用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷(有功功率或无功功率)值，横坐标表示对应的时间(一般以小时为单位)。1.负荷曲线的分类按负荷的功率性质分:可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线;任务一负荷计算下一页按所表示的负荷变动的时间分:可分为日负荷、月负荷和年负荷曲线。

图4-1是某一班制工厂的日有功负荷曲线，其中图(a)是依点连接而成的折线负荷曲线，图(b)是绘成的梯形负荷曲线。为便于计算，负荷曲线多绘成梯形，即假定在每个时间间隔中，负荷是保持其平均值不变的，横坐标一般按半小时分格，确定“半小时最大负荷”。年负荷曲线是根据一年中具有代表性的冬日负荷曲线和夏日负荷曲线绘制而成。夏日和冬日在全年中的天数，视当地的地理位置和气温情况而定。例如在我国北方，可近似认为夏日165天，冬日200天;而在我国南方，可近似认为夏日200天，冬日165天;如绘制南方某厂的年负荷曲线，绘制时从冬夏日负荷曲线上的最大负荷开始，依次任务一负荷计算下一页上一页任务一负荷计算按阶梯减小到最小负荷，并按阶梯作水平虚线，水平虚线通过冬日负荷曲线所对应的时间乘以165，水平虚线通过夏日负荷曲线所对应的时间乘以200。将两个时间相加，即为年负荷曲线上横坐标所对应的时间。如在年负荷曲线上P1所占的时间T1=200(t1+t1‘),P2在年负荷曲线上所占的时间T2=200t2+165t2’，这种年负荷曲线反映了工厂全年变动与负荷持续时间的关系，所以也称为年负荷持续时间曲线，如图4-2。2.年最大负荷和年最大负荷利用小时数(1)年最大负荷只、月年最大负荷只、月就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时下一页上一页任务一负荷计算最大负荷P30。

(2)年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax(或P30)持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。图4-3所示。

图4-3为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。年最大负荷利用小时数是反映电力负荷特征的一个重要参数。它与工厂类型及生产班制有明显的关系。一般情况下，一班制工厂Tmax≈1800~3000h;两班制工厂Tmax≈3500~4500N;三班制工厂下一页上一页Tmax≈5000~7000N。3.平均负荷Pav平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值，即 (4-1)如图4-4年平均负荷为Pav的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴包围的面积，即全年实际消耗的电能Wa (4-2)4.计算负荷和意义下一页上一页任务一负荷计算通常将以半小时平均负荷为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，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。规定取“半小时平均负荷”的原因:一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3τ=3×10=30(min)，如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器下一页上一页任务一负荷计算容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。二、用电设备额定容量的确定1.用电设备的工作方式用电设备按其工作方式可分为三种:连续运行工作制(长期工作制);短时运行工作制(短暂工作制);断续运行工作制(重复短暂工作制)。

(1)连续运行工作制(长期工作制)在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。它的功率就等于其铭牌上的额定功率。下一页上一页任务一负荷计算下一页上一页任务一负荷计算

(2)短时运行工作制(短暂工作制)用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机(如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机)及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。一般按铭牌上额定功率确定。但是，如果该设备在正常情况下不适用，只是在事故或检修时使用，那么，支线负荷按额定功率确定，干线上负荷可以不考虑。若该设备功率较大，影响干线上配电设备选择，则应给予适当考虑。

(3)断续运行工作制(重复短暂工作制)用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间(t)与停歇时间(t0)相互交替。工作时间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，通常用暂载率二表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为ξ: (4-3)式中t,t0——工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T0。

2.用电设备额定容量的计算在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接任务一负荷计算下一页上一页相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。

(1)长期工作制和短时工作制的设备容量 (4-4)

(2)重复短暂工作制的设备容量①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ξ=25%时的额定功率(kW)，若其ξN不等于25%时应进行换算，公式为: (4-5)任务一负荷计算下一页上一页式中:Pe——换算到ξ=25%时电动机的设备容量(kw); ξN——铭牌暂载率; PN——换算前电动机的额定功率; ξ——换算的暂载率，即ξ=25%②电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ξ=100%时的额定功率(kW)。若其铭牌暂载率ξN不等于100%时，应进行换算，公式为: (4-6)下一页上一页任务一负荷计算

εN——与Pv、SN相对应铭牌暂载率;cosφ——在SN时的功率因数(3)电炉变压器的设备容量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(kW)，即 (4-7)式中:SN——电炉变压器的额定视在功率(kVA);cosφN——电炉变压器的额定功率因数

(4)照明设备的设备容量①白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率(kW);下一页上一页任务一负荷计算②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失(约为灯管功率的20%)，其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍(kW);③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍((kW);④金属卤化物灯采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%)，故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW)。

(5)不对称单相负荷的设备容量当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定，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，可按三相对称下一页上一页任务一负荷计算分配考虑，如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时，则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算。当单相设备接于相电压，设备容量Pe的计算如下: (4-8)式中:Pe——等效三相设备容量;Pemφ——最大负荷所接的单相设备容量。当单相设备接于线电压时 (4-9)式中:Pel——接于同一线电压的单相设备容量。

[例4-1]一台电焊机其额定功率为30kW，负荷持续率为60%;任务一负荷计算下一页上一页一起重机其额定功率为39.6kW，负荷持续率为40%。试分别确定其设备功率。

[解](1)电焊机类设备统一换算到ε=100%，所以设备功率为(2)起重机类设备统一换算到ε=25%，所以设备功率为三、需要系数法计算负荷计算的常用计算方法有:需要系数法、二项式法。需要系数法用于变、配电所的计算;二项式法用于低压配电线路的计算。下一页上一页任务一负荷计算1.用电设备的需要系数用电设备往往不是满负荷运行，实际负荷容量常小于其额定容量;一组用电设备中，所有用电设备也不可能同时运行;同时工作的设备，最大负荷出现的时间也不相同。因此，用电设备组的实际负荷总容量总是小于其额定容量之和。我们将用电设备组实际负荷总容量与其额定容量之和的比值称为需要系数。根据用电设备的额定容量和需要系数，计算实际负荷容量的方法称为需要系数法。一组用电设备的需用系数可由下式确定: (4-10)下一页上一页任务一负荷计算式中:K∑——设备组同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部用电设备总额定容量之比;KL——负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比;ηw1线路供电效率;η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质、工艺特点、加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定，可查表4-1~表4-6。上述各种因素可供设计入员在变动的系数范围内选用时参考。任务一负荷计算下一页上一页2.用电设备的计算负荷 (4-11)如图4-4所示总降压变电所计算负荷的方法由负荷端逐级向电源端进行计算。1)单台用电设备的计算负荷(1)有功计算负荷 (4-12)式中:Pe——换算到统一暂载率下的电动机的额定容量;η——用电设备在额定负载下的的效率;ηw1——线路效率，一般取0.9~0.95;任务一负荷计算下一页上一页 KL——负荷系数 (4-13)P——用电设备的实际负荷。(2)无功计算负荷: (4-14)式中:—用电设备功率因数角。计算目的:用于选择分支线导线及其上的开关设备。

2)用电设备组的计算负荷

(1)有功计算负荷: (4-15)下一页上一页任务一负荷计算任务一负荷计算Kd——用电设备组的需要系数，可查表4-1~4-6;∑Pe——用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。(2)无功计算负荷: (4-16)tanφ值可查表4-1~4-6。(3)视在计算负荷:计算目的:用于选择各组配电干线及其上的开关设备。当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值;设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。下一页上一页任务一负荷计算当一条线路内的用电设备的台数较小(n<3台)时，一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷，或者采用较大的Kd值(0.85~1)。

3)确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷

(1)总有功计算负荷: (4-17)(2)总无功计算负荷: (4-18)(3)总视在计算负荷: -车间变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷; —各用电设备组的有功、无功计算负荷的总和;K∑—最大负荷时的同时系数。考虑各用电设备组的最大计算负荷下一页上一页任务一负荷计算不会同时出现而引人的系数。K∑的范围值可查表4-1~4-6。注意:当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc3，则当计算Qca3时，要减去无功补偿容量，即计算目的:用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。

4)确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷 (4-19) (4-20) ——车间变电所中变压器高压侧的有功、无功下一页上一页任务一负荷计算及视在计算负荷(kW,kvar及kVA); ——变压器的有功损耗与无功损耗(kW,kvar)。计算目的:用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备在计算负荷时，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，因此一般按下列经验公式估算:

对SJL1等型电力变压器: (4-21)对SL7,S7,S9,S10等低损耗型电力变压器: (4-22)下一页上一页下一页任务一负荷计算式中:Sca3——变压器低压母线上的计算负荷(kVA)。

5)确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷 (4-23)P4m、Q4m——车间高压用电设备的有功及无功计算负荷。计算目的:用于车间变电所高压母线的选择。6)确定总降压变电所出线上的计算负荷 (4-24) ——高压线路功率损耗，由于一般工厂范围不大，线路上一页任务一负荷计算功率损耗小，故可忽略不计。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线的计算负荷 (4-25)注意:如果在总降压变电所6~10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿，则在计算总无功功率Qca7时，应减去补偿设备的容量Qca7，即Qca7=K∑(Qca6-Qca7)。计算目的:用于选择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下一页上一页 (4-26)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，并作为原始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关设备。

[例4-2]一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW;另接通风机3台共SkW;电葫芦一个共3kW(s=40%)。试计算负荷。

[解]

冷加工电动机组:查表4-1可得Kd=0.16~0.2(取0.2),cosφ=0.5,tanφ=1.73，因此任务一负荷计算下一页上一页任务一负荷计算通风机组:查表4-1可得Kd=0.7~0.8(取0.8),cosφ=0.8,tanφ=1.75，因此电葫芦:由于是单台设备，可取Kd=1，查表4-1可得cosφ=0.5,tanφ=1.73，因此下一页上一页任务一负荷计算取同时系数Ks为0.9，因此总计算负荷为下一页上一页任务一负荷计算四、二项式法计算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提出的计算方法。数台大功率设备工作时对负荷的附加功率，会使计算结果偏大，一般用于低压配电干线和配电箱的负荷计算。1.二项式法的基本公式是 (4-27)计算负荷Pca由bPe+cPx两项组成。式中，b和c为二项式系数可查表4-7;式中，bPe表示用电设备的平均功率，其中Pe是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法中所述;cPx表示用电设备组中x台容量大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px是x台下一页上一页最大容量的设备总容量。其余的计算负荷Qca、Sca的求法与前述需要系数法的计算相同。必须注意:按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于表4-7中规定的最大容量设备台数第的2倍(即n<2x)时，其最大容量设备台数宜适当取小，建议取为x=n/2，且按“四舍五人”修约规则取整数。例如某机床电动机组只有7台时，则其x=7/2~4。如果用电设备组只有1~2台设备时，就可认为Pea=Pe。对于单台电动机，则Pea=PN/η，式中PN为电动机额定容量，η为其额定效率。在设备台数较少时，coscp也应适当取大。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均功率，任务一负荷计算下一页上一页任务一负荷计算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，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数h,c和x的值，缺乏充分的理论根据，而且这些系数，也只适用于机械加工工业，其他行业的这方面数据缺乏，从而使其应用受到一定局限。2.多组用电设备计算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，也应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。但不是计入一个同时系数，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，即下一页上一页任务一负荷计算总的有功计算负荷为:

总的无功计算负荷为:

总的视在计算负荷为:式中:(cPax)max——各组用电设备中的一组最大的计算值(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);∑bPe——各组的平均负荷bPe的总和;tanφ——各用电设备组的功率因数角的正切值;tanφmax——最大附加负荷(cPx)max的设备组的平均功率因数角的正切值。为了简化和统一，按二项式法计算多组设备总的计算负荷时，下一页上一页任务一负荷计算也不论各组设备台数多少，各组计算系数b、c，x和cosφ等均按表4-7所列数值。

[例4-3]一机修车间的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7.5kW1台，4kW3台，2.2kW7台;另接通风机2台共3kW;电阻炉1台2kW，用二项式法求计算负荷。

[解]金属切削机床组查表4-7，取b=0.14,c=0.4,cosφ=0.8,tanφ=0.75下一页上一页任务一负荷计算2.通风机组查表4-7，取故3.电阻炉查表4-7，取故以上各组设备中，附加负荷以cPx(n)为最大。因此，总计算负荷为下一页上一页任务一负荷计算任务实施统计某大型矿井地面低压总负荷根据到现场收集地面低压电力负荷原始资料表4-8，把计算负荷结果填写在表4-9中。下一页上一页评价总结根据到现场收集“地面低压电力负荷原始资料”表，结合所填写的“总负荷统计表4-10”表和收获体会进行评议，并填写成绩评议表。任务一负荷计算返回上一页根据需要系数法或二项式法把负荷求出，还不能以此结果来选择变压器，因为还要考虑线路损耗、变压器损耗。相关知识一、功率损耗与电能损耗功率损耗(1)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: (4-28)任务二变电所中变压器选择下一页任务二变电所中变压器选择式中:Ica——线路中的计算电流，A;R——线路每相电阻几，等于单位长度的电阻R。乘以长度LV；

X——线路每相电抗SL,等于单位长度的电抗X。乘以长度L。上式如用线路的计算功率Pca、Qca及Sca表示时，则 (4-29)式中:UN——三相供电线路的额定电压，kV。下一页上一页任务二变电所中变压器选择下一页上一页

(2)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U、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△P1，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△PCuN。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: (4-30)式中:Sca——变压器低压侧的计算负荷，kVA;任务二变电所中变压器选择

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。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S。下的无功功率损耗△QT，为: (4-31)下一页上一页任务二变电所中变压器选择式中: ——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，kvarI0%——变压器空载电流的百分值;Uk%I0%——变压器阻抗电压的百分值。2.供电系统的电能损耗(1)供电线路年电能损耗的计算下一页上一页任务二变电所中变压器选择 (4-32)式中ΔPL——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)。

T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以及功率因数有关。下一页上一页任务二变电所中变压器选择

(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: (4-33)随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗为: (4-34)变压器总的年电能损耗为: (4-35)下一页上一页下一页上一页任务二变电所中变压器选择

(3)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4-5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。二、变电所中变压器台数与容量的选择1.车间变电所变压器台数与容量的选择对于一般生产车间，尽量装设一台变压器，其额定容量应大于用电设备的总计算负荷，且应有适当富裕容量。对于有一、二级负荷的车间，要求两个电源供电时，应选用两台下一页上一页任务二变电所中变压器选择变压器，每台变压器容量应能承担全部一、二级负荷的供电。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电所出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，亦可只选用一台变压器。对于随季节变动较大的负荷，为了使运行经济，减少变压器空载损耗，也宜采用两台变压器，以便在低谷负荷时，切除一台。凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独投入运行时，必须能满足变电所总计算负荷70%的需要和一、二级负荷的需要。2.企业总降变电所主变压器的选择对第三级负荷供电的总降变电所，或者有少量一、二级负荷，但可由邻近企业取得备用电源时，可只装设一台主变压器;其额定容量任务二变电所中变压器选择应大于企业全部车间变电所计算负荷的总和，并考虑15%~25%的富裕。当企业中一、二级负荷占全部负荷比重较大时，应装设两台主变压器，两台主变压器之间互为备用。当一台出现事故或检修时，另一台能承担全部一、二级负荷。对于随季节变动较大的负荷，为了使运行经济，减少变压器空载损耗，也宜采用两台变压器，以便在低谷负荷时，切除一台。凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独投入运行时，必须能满足变电所总计算负荷70%的需要和一、二级负荷的需要。3.变压器的经济运行下一页上一页任务二变电所中变压器选择所谓变压器的经济运行，是指变压器在功率损耗最小的情况下的运行方式。这样使电能损耗最小，运行费用最低。如果把无功损耗归算为有功损耗，则变压器在实际负荷S下，其总的功率损耗可由下式 (4-36)式中:Kr为无功功率经济当量。它的意义是指供电系统中每增加1kvar的无功损耗，相当于有功损耗增加的千瓦数，此值通常取0.06~0.1kW/kvar。现假设变电所有两台同型号同容量的变压器，当其中一台变压器运行时，它承担所有的负荷义当两台变压器同时并列运行时，每台承担下一页上一页任务二变电所中变压器选择负荷S/2。求出两种运行方案归算以后的功率损耗，并分别绘出随负荷而变化的曲线。两条曲线交于n点，它所对应的负荷称为变压器经济运行的临界负荷Scr，如图4-6。事故或检修时，另一台能承担全部一、二级负荷。同理，如果变电所装设同容量多台变压器，根据n台和n+1台两种运行方式总有功损耗相等的原则，可求出其临界负荷值: (4-37)显然，实际负荷小于Scr应取n台运行，大于Scr则取n+1台运行。任务实施下一页上一页任务二变电所中变压器选择地面变电所中变压器的选择根据到现场收集地面低压电力负荷原始资料，把选择的变压器填写在表4-11中。评价总结根据变压器的选择表4-11和收获体会进行评议，并填写成绩评议表4-12。返回上一页任务三功率因数的补偿提高功率因数，可以充分利用现有的变电、输电和配电设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高供电效率，因而具有显著的经济效益。为此，我国电力部门实行电费奖惩制度，一般对于功率因数>0.9的用户给予奖励，而对功率因数<0.9的用户给予罚款。相关知识一、功率因数的计算

(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: (4-38)下一页任务三功率因数的补偿式中: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——电流表测出的线电流读数(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。

(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 (4-39)式中:Wa——某一时间内消耗的有功电能(kWh);由有功电度表读出。

Wr——某一时间内消耗的无功电能(kvarh;由无功电度表读出。下一页上一页我国电业部门每月向工业用户收取电费，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。对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法: (4-40)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。

(3)最大负荷时的功率因数任务三功率因数的补偿下一页上一页任务三功率因数的补偿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 (4-41)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，kvarSca——全企业的视在计算负荷，kVA。二、提高功率因数的意义由于工矿企业使用大量的感应电动机和变压器等用电设备，因此供电系统除供给有功功率外，还需供给大量的无功功率，为此必须下一页上一页提高工矿企业用户的功率因数，减少对电源系统的无功功率需求量。提高功率因数有下列实际意义:(1)提高电力系统的供电能力。在发、输、配电设备容量一定的情况下，用户的功率因数越高，则无功功率越小，所需视在功率就越小，这样同样容量的供、配电设备，可向更多的用户提供电能。

(2)减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。用户的功率因数越高，在同样有功功率的情况下，线路中的电流就越小，因而网络上电压损失也越小，用电设备的端电压就越高。

(3)减少供电网络的电能损耗。在线路电压和输送的有功功率一定的情况下，功率因数越高，电流就越小，则网络中的电能损耗就越少。任务三功率因数的补偿下一页上一页任务三功率因数的补偿三、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。

(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，下一页上一页任务三功率因数的补偿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、同步电动机补偿和动态无功功率补偿。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 (4-42)式中:Pca——最大有功计算负荷，kW;α——月平均有功负荷系数;tanφ1、tanφ2——补偿前、后平均功率因数角的正切值。下一页上一页任务三功率因数的补偿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: (4-43)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:下一页上一页任务三功率因数的补偿显然除了在不得已的情况下使用外，这种降压使用的做法应避免。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: (4-44)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。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，只有当电容器的下一页上一页任务三功率因数的补偿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的三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。用户处的静电电容器补偿方式可分为个别补偿、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380V侧)。下一页上一页任务三功率因数的补偿在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数补偿到规定标准。

[例4-4]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a=0.75)[解]每相装设10个。此时的实际补偿容量为30x40=1200(kvar)，下一页上一页任务三功率因数的补偿所以补偿后实际平均功率因数四、提高功率因数的方法

1)提高负荷的自然功率因数通过采取各种技术措施及改进用电设备的运行情况来提高负荷的功率因数的方法称为提高负荷的自然功率因数。下一页上一页任务三功率因数的补偿提高自然功率因数的方法有:(1)正确选择并合理使用电动机，使其不轻载或空载运行。在条件允许时尽量选用笼型异步电动机。

(2)合理选择变压器容量，适当调整其运行方式，尽量避免变压器空载或轻载运行。

(3)对于容量较大，且不需调速的电动机(如矿井通风机)，尽量选用同步电动机，并使其运行于过激状态。因为同步电动机运行于过激状态时呈容性负载，能补偿线路上其他感性负载的无功功率。

2)人工补偿法提高功率因数若自然功率因数不能满足要求，应采用人工补偿法来提高功率因数。下一页上一页下一页上一页任务三功率因数的补偿目前工矿企业广泛采用并联电容器进行无功功率的补偿。设人工补偿前有功功率为P∑，无功功率为Q∑，则补偿前后的功率三角形如图4-7所示。图中φNAT，为补偿前的自然功率因数角。当电容器的补偿容量为Qc时，补偿后总的无功功率为Qac=Q∑-QC，补偿后的功率因数角为φac。可见φac<φNAT，使功率因数cos(得到了提高，补偿后的视在功率Sac也明显减小，即Sac<S∑。五、电容器的选择1.电容器补偿容量的计算设补偿前负荷的有功功率为P∑，功率因数角为φNAT，补偿后功率因数角要求达到φac，则电容器所需补偿容量Qc为任务三功率因数的补偿 (4-45)2.电容器台数的确定电容器的额定电压应当与接入的电网电压相适应，由于电容器实际补偿容量与其工作电压的平方成正比，因而电容器台数可按下式计算: (4-46)每相所需电容器台数为 (4-47)式中:αnc——单台电容器的额定容量，kvar;Uw——电容器的实际工作电压，KV;下一页上一页任务三功率因数的补偿UNC——电容器的额定电压，KV。由于电容器一般分为两组，分别接在两段母线上，因而n应取与计算值相等或稍大的偶数。当选择电容柜时，因为电容柜中电容器已接成三相，所以只需使柜的总数为偶数即可。3.电容器的补偿方式和接线方式

1)电容器的补偿方式电容器的补偿方式有三种:单独就地补偿、分散补偿和集中补偿。

(1)单独就地补偿方式。单独就地补偿方式是将补偿电容器直接与要补偿的设备并联，并共用一套开关设备进行控制。这种补偿方式适用于长时运行的所需补偿容量较大的设备，或者由较长线路供电的设备。下一页上一页任务三功率因数的补偿

(2)分散补偿是将电容器装设在各配电用户(如各车间变电所)的母线上。电容器视技术经济比较情况，既可装在配电变压器高压侧也可装在低压侧，或采用高低压混合补偿方式。这种补偿方式适用于用电负荷分散的工矿企业。

(3)集中补偿方式。集中补偿就是将电容器集中装设在工矿企业总变电所的6kV~10kV高压母线上，用专用开关控制。这种补偿方式电容器利用率高，管理方便，适用于负荷较为集中的工矿企业。

2)补偿电容器的接线方式当电容器组采用三角形接线时，若某一电容器内部击穿会造成相间短路故障，有可能引起电容器爆炸。下一页上一页任务三功率因数的补偿而星形接线时，当某一电容器被击穿时，故障电流仅为电容器组额定电流的3倍，不会形成相间短路故障。因而GB50227-95《并联电容器装置设计规范》中规定:高压电容器组宜采用单星形接线或双星形接线。在中性点非直接接地的电网中，星形接线电容器组的中性点不应接地。低压电容器或电容器组，可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线方式。电容器组还应单独装设控制、保护和放电设备。电容器与电网断开后，电容器中仍有残余电压，该电压最高可达电网的峰值电压，危及人身安全。因而GB50227-95中规定:电容器组的放电装置，应能满足电容器组脱开电源后，在Ss内将电容器组上的剩余电压降至50V及以下。上一页下一页任务三功率因数的补偿另外，当人体接触电容器前还必须用导线将电容器两端短接以确保人身安全。高压电容器组放电设备一般采用电压互感器。单独补偿方式的电容器组由于与用电设备直接相连，所以不需要另外装设放电设备。任务实施日光灯电路功率因数的提高按设计电路图安装并接线，经老师检查后方可送电。评价总结根据操作、填写表4-13,4-14和收获体会进行评议，并填写成绩评议表4-15。返回上一页任务四导线的选择根据需要系数法或二项式法把负荷求出，还不能以此结果来选择导线，在导线安装后和运行中，还要考虑发热、电压损耗和外力等影响。相关知识一、室内线路导线截面选择选择导线一般考虑三个因素:长期工作电流、机械强度和线路电压降在允许范围内。

(1)根据长期工作允许电流选择导线截面。由于导线存在电阻，当电流通过电阻时会发热，如果超过一定限度，其绝缘物会老化、损坏，甚至发生电火灾。所以，根据导线敷设方式不同、环境温度不同，导线允许载流量也不同。通常把允许通过的最大电流值称为安全载流量。下一页任务四导线的选择在选择导线时，可依据用电负荷，参照导线规格型号及敷设方式来选择导线截面。

(2)根据外力选择导线截面。导线安装后和运行中，要受到外力的影响。导线本身自重和不同的敷设方式使导线受到不同的张力，如果导线不能承受张力作用，会造成断线事故。在选择导线时必须考虑导线截面。

(3)根据电压损失选择导线截面。照明用户，由变压器低压侧至线路末端，电压损失应小于6%n;在正常情况下，电动机端电压与其额定电压不得相差士5%按照以上条件选择导线截面的结果，在同样负载电流下可能得出不同截面数据。此时，应选择其中最大的截面。导线与用电设备接连，通过导线的电流应大于用电设备的额定电流。下一页上一页任务四导线的选择实际电流与导线安全载流相近时，考虑到安全及负载可能变化，应选择大一规格级别的导线。实际应用时可查表4-16、表4-17、表4-18。二、架空线路导线截面的选择架空线路普遍采用裸铝绞线或钢芯铝绞线，导线规格应根据线路的计算负荷电流按安全载流量选用。架空导线最小截面积的规定裸钢绞线为6mm2，裸铝绞线为16mm2。如果采用单股裸铜线时，其最大截面积不应超过16mm2;裸铝导线不允许采用单股导线，也不允许把多股裸铝绞线拆开成小股使用。导线和电缆截面的选择原则有:1)按发热条件选择导线截面下一页上一页任务四导线的选择通过导线的电流过大，温度升高。所以导线温度不能超过允许温度，规定导线允许载流量是环境温度25℃，如果所采用的导线的允许温度不是环境温度25℃，则导线允许载流量应考虑温度修正系数K1。 (4-48)修正后导线允许载流量 (4-49)式中:Ia1——导线、电缆的长期工作电流;I30——线路计算电流;θa1——导线的允许温度;θ0——导线敷设的环境温度。下一页上一页任务四导线的选择裸导线的允许温度为70℃，电缆的允许温度与电压等级有关。

如果多根电缆并排直接埋于土中，由于电缆间相互影响，使散热条件变坏，其允许载流量应修正，乘以并排修正系数Kp和因土壤的热阻系数不同引起的修正系数Ktr，具体数值可查表4-19、表4-20。在选择为重复短时、短时工作制负荷供电的导线截面时，为充分利用导线负载能力，根据经验一般作如下处理:(1)对重复短时工作制负荷截面6m耐及以下铜线，截面小于或等于10m耐的铝线，按长期工作制计算。截面大于6m耐的铜线，截面大于10m耐的铝线，工作周期不超过下一页上一页任务四导线的选择10min时，导线允许载流量为

，ε为暂载率。(2)对短时工作制负荷工作时间不超过4min，按重复短时工作负荷计算;工作时间超过4min，或停歇时间不足以使导体冷却到周围环境温度时，按长期工作制计算。

2)保证电压质量，电压损失应低于允许值在没有特殊调压措施的网络中，除合理选用变压器分接头外，常常按按允许电压损失选择适当的导线截面，一般线路的电压损失不允许超过5%UN。

(1)电压损失和电压偏移下一页上一页任务四导线的选择电压损失是指线路始末两端电压的数值差，用△U表示。 (4-50)

(2)电压偏移是指线路中任一点的实际电压与线路额定电压的数值差，用Δ表示。 (4-51)

(3)线路电