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1、第1页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院22022/9/17第第2章章 负荷计算与无功功率补偿负荷计算与无功功率补偿n2.1 电力负荷与负荷曲线n2.2 计算负荷的确定n2.3 功率损耗与电能损耗计算n2.4 企业计算负荷的确定n2.5 无功功率补偿n2.6 尖峰电流的计算第2页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院32022/9/17 二、电力负荷的分级二、电力负荷的分级供电方式供电方式:由两个由两个独立电源独立电源供电供电。1一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产一级负荷：中断供
2、电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。品报废，或在政治、经济上造成重大损失。2二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。供电方式供电方式:由由双回路双回路供电供电。2.1 电力负荷与负荷曲线电力负荷与负荷曲线 一、负荷计算的目的及意义一、负荷计算的目的及意义 计算负荷是计算负荷是选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等额定参选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等额定参数的依据。数的依据。第3页，共51页
3、，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院42022/9/17 三、负荷曲线三、负荷曲线1负荷曲线的分类负荷曲线的分类按性质分：按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线有功负荷曲线和无功负荷曲线 按负荷持续时间分：日负荷曲线和年负荷曲线按负荷持续时间分：日负荷曲线和年负荷曲线2负荷曲线的绘制负荷曲线的绘制 日负荷曲线（日负荷曲线（图图2-1）：逐点描绘法、梯形曲线法：逐点描绘法、梯形曲线法年负荷曲线：年负荷曲线：年最大负荷曲线（年最大负荷曲线（图图2-2）：或称运行年负荷曲线。）：或称运行年负荷曲线。3三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。三级负荷：所有不属于
4、一、二级负荷的电力负荷。供电方式供电方式:对供电电源无特殊要求。对供电电源无特殊要求。第4页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院52022/9/17图图2-1 日有功负荷曲线日有功负荷曲线a）折线图）折线图 b）梯形图）梯形图图图2-2 年最大负荷曲线年最大负荷曲线第5页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院62022/9/17取冬季为取冬季为213天，夏季为天，夏季为152天，则图中功率天，则图中功率P1所占时间为：所占时间为：图图2-3 全年时间负荷曲线的绘制全年时间负荷曲线的绘制a）冬季典型日负
5、荷曲线）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线）全年时间负荷曲线全年时间负荷曲线（图全年时间负荷曲线（图2-3）：或称年负荷持续曲线。）：或称年负荷持续曲线。第6页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院72022/9/17 四、与负荷曲线有关的物理量四、与负荷曲线有关的物理量1年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷和年最大负荷利用小时数年最大负荷年最大负荷Pmax：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即率，即 年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tmax：
6、在此在此时间内，用户以年最大负荷持续运时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，如图消耗的电能，如图2-4所示。所示。可见：年负荷曲线越平坦，可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。越小。图图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数年最大负荷与年最大负荷利用小时数第7页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院82022/9/172平均负荷与负荷系数平均负荷与负荷系数平均负荷平均负荷Pav：电力负荷在一定时间电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率
7、，即内平均消耗的功率，即 负荷系数负荷系数 KL：平均负荷与最大负荷的比平均负荷与最大负荷的比值，即值，即年平均负荷为（图年平均负荷为（图2-5）:KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。图图2-5 年平均负荷年平均负荷第8页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院92022/9/173需要系数和利用系数需要系数和利用系数 需要系数需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功计算负荷负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用与全部用电设备额定功率电设备额定功率 之比值，即之比值，即 利用系数利用系数Ku：负荷曲线中的平均计
8、算负荷负荷曲线中的平均计算负荷Pav与全部用电设与全部用电设备额定功率备额定功率 之比值，即之比值，即 第9页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院102022/9/17 通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择导体和电气设备的一个假想的持续负荷值，称为计算负荷，用气设备的一个假想的持续负荷值，称为计算负荷，用Pc（或（或Qc、Sc、Ic）表示。）表示。通常把根据通常把根据半小时平均负荷半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的所绘制的负荷曲线上的“最大负荷最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择
9、电气设备的依据，因此称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约 为3 4，即 载 流 导 体 大 约 经 半 小 时（30min）后可达到稳定温升值 4计算负荷计算负荷第10页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院112022/9/17 一、概述一、概述 求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系求计算负荷的方法有：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等。数法和单位产品耗电量法等。2.2 计算负荷的确定计算负荷的确定 二、用电
10、设备的工作制及设备容量的计算二、用电设备的工作制及设备容量的计算 暂载率（负荷持续率）：暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比指设备工作时间与工作周期的百分比值，即值，即连续运行工作制（长期工作制）连续运行工作制（长期工作制）短时运行工作制（短时工作制）短时运行工作制（短时工作制）断续周期工作制（反复短时工作制）断续周期工作制（反复短时工作制）1用电设备的工作制用电设备的工作制 第11页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院122022/9/172设备容量设备容量Pe的确定的确定对长期工作制的用电设备：对长期工作制的用电设备：对反复
11、短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统一暂载对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。率下的额定功率。折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。吊车：标准暂载率有吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和和60%四种四种 电焊机：标准暂载率有电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和和100%四种四种第12页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院132022/9/17吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等吊车电动机组（包括电葫芦、起重机、行车等）的设备容量：指统一）的
12、设备容量：指统一换算到换算到=25%时的额定功率（时的额定功率（kW），即），即 第13页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院142022/9/17电焊机及电焊变压器的设备容量电焊机及电焊变压器的设备容量：指统一换算到指统一换算到=100%时的额时的额定功率（定功率（kW），即），即 照明设备的设备容量：照明设备的设备容量：白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；白炽灯、碘钨灯的设备容量：等于灯泡上标注的额定功率；荧光灯应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的荧光灯应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的20%），其设），其设备容量应
13、为灯管额定功率的备容量应为灯管额定功率的1.2倍；倍；高压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损失（约高压水银荧光灯和金属卤化物灯也应考虑镇流器中的功率损失（约为灯泡功率的为灯泡功率的10%），其设备容量可取灯管额定功率的），其设备容量可取灯管额定功率的1.1倍。倍。第14页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院152022/9/17单相负荷的设备容量：单相负荷的设备容量：当单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的当单相用电设备的总容量不超过三相用电设备总容量的15%时，时，其设备容量可直接按三相平衡负荷考虑；当超过其设备容量可直接
14、按三相平衡负荷考虑；当超过15%时，应将其换时，应将其换算为等效的三相设备容量，再同三相用电设备一起进行三相负荷计算。换算算为等效的三相设备容量，再同三相用电设备一起进行三相负荷计算。换算方法如下：方法如下：单相设备接于相电压时：单相设备接于相电压时：单相设备接于单相设备接于同一线电压时：同一线电压时：式中，式中，为为等效三相等效三相设备设备容量容量（kW）；为为最大最大负负荷相所荷相所接的接的单单相相设备设备容量（容量（kW）。）。式中，式中，为为接于同一接于同一线电压线电压的的单单相相设备设备容量容量（kW）。）。第15页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技
15、大学电气信息学院162022/9/17一般情况：应先将接于线电压的单相设备容量换算为接于相一般情况：应先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，换算公式如下：电压的设备容量，换算公式如下：A相相:B相相:C相相:然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总的等效倍即为总的等效三相设备容量。三相设备容量。第16页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院172022/9/17三、单台用电设备的负荷计算三、单台用电设备的负荷计算对长期连续工作的单台用电设备：对长期连续工作的单台用电设备：对需要
16、计及效率的单台用电设备（如电动机）：对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：四、用电设备组的负荷计算四、用电设备组的负荷计算1需要系数法需要系数法确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素：确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下几种因素：各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数虑一个同时使用系数 ;各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数应考虑一个负荷系数 ;第17页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技
17、大学电气信息学院182022/9/17各用电设备各用电设备的平均效率的平均效率 ;线路的供电效率线路的供电效率 。因此，一个用电设备组的需要系数可表示为因此，一个用电设备组的需要系数可表示为 单组用电设备计算负荷的确定单组用电设备计算负荷的确定说明：说明：P30、Q30、S30的单位分别为的单位分别为kW、kvar、kVA2第18页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院192022/9/17多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定式中，式中，为同时系数为同时系数，一般取，一般取0.850.95。当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电
18、设备的最大当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数同时系数。第19页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院202022/9/17电电力力负负荷荷计计算表算表序号用电设备名称台数设备容量/kWKdcos tan计算负荷铭牌值换算值P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1金属切削机床组3085850.160.51.7313.623.532通风机组3550.850.850.624.252.6353吊车组133.7950.150.51.730.5690.984小计
19、349393.79518.41924.149负荷总计（）16.5824.4329.5244.85例例2-1（P31）第20页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院212022/9/17 2.二项式系数法二项式系数法单组用电设备计算负荷的确定单组用电设备计算负荷的确定 由x台容量最大用电设备投入运行时增加的附加负荷用电设备组的平均负荷第21页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院222022/9/17多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定各用电设备组附加负荷中的最大值各用电设备组平均负荷的总
20、和第22页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院232022/9/17例例2-2（P33）电电力力负负荷荷计计算表算表与例与例2-1（S30=29.52kVA，I30=44.85A）比较可知，比较可知，按二项式计算的结按二项式计算的结果比按需要系数法计算的结果要大。果比按需要系数法计算的结果要大。序号用电设备名称设备台数设备容量二项式系数costans计算负荷P30/kW总台数大容量台数/kW/kWbc1切削机床3058537.50.140.40.51.7311.9+15=26.92通风机组350.650.250.80.753.25+1.25=4.
21、53吊车组13（=40%）3.795(=25%）0.060.20.51.730.228+0.759=0.987负荷总计P30=30.38kW Q30=49.37kvar S30=57.97kVA I30=88.1A第23页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院242022/9/17 一、功率损耗一、功率损耗1线路的功率损耗线路的功率损耗2.3 功率损耗与电能损耗计算功率损耗与电能损耗计算等边三角形排列：等边三角形排列：水平等距离排列：水平等距离排列：而而x1与导线之间的几何均距有关。与导线之间的几何均距有关。其中其中:图图2-6 三相导线的布置方式
22、三相导线的布置方式a）等边三角形布置）等边三角形布置 b）水平等距布置）水平等距布置第24页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院252022/9/17变压器的功率损耗变压器的功率损耗铁心中的有功功率损耗，即铁损铁心中的有功功率损耗，即铁损 （不变损耗）（不变损耗）变压器的空载损耗变压器的空载损耗 可认为就是铁耗，即可认为就是铁耗，即 n有功功率损耗有功功率损耗 消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗 :与负荷电流（或功率）的平方成正比。与负荷电流（或功率）的平方成正比。可变损耗可变损耗 变压器
23、的短路损耗变压器的短路损耗 可认为就是额定负载下的铜耗，则可认为就是额定负载下的铜耗，则任意负载下的铜耗为：任意负载下的铜耗为：第25页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院262022/9/17所以所以n无功功率损耗无功功率损耗 所以所以 式中，式中，为变压器的为变压器的负荷率负荷率；S30为变压器的计算负荷为变压器的计算负荷（kVA）；）；SN为变压器的额定容量（为变压器的额定容量（kVA）。）。用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗 ：只：只与电网的电压有关，与负荷大小无关，可用与电网的电压有关，
24、与负荷大小无关，可用 来表征。来表征。第26页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院272022/9/17所以所以 额额定定负载负载下的下的损损耗耗近似公式：近似公式：消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗 ：与负荷：与负荷电流（或功率）的平方成正比，可用电流（或功率）的平方成正比，可用 来表征。来表征。第27页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院282022/9/17 二、电能损耗二、电能损耗1线路的电能损耗线路的电能损耗：的含义：在此时间内，线路持的含义：在此
25、时间内，线路持续通过计算电流所（续通过计算电流所（I30）产生）产生的电能损耗与实际负荷电流的电能损耗与实际负荷电流在全年内所产生的电能损耗在全年内所产生的电能损耗相等。相等。图图2-7 与与Tmax关系曲线关系曲线式中，式中，为为年最大负荷损耗小年最大负荷损耗小时数时数，它，它与与与与Tmax x以及以及cos 有有关，如图关，如图2-7所示。所示。第28页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院292022/9/172变压器的电能损耗变压器的电能损耗 由变压器铁损引起的电能损耗：由变压器铁损引起的电能损耗：由变压器铜损引起的电能损耗：由变压器铜损
26、引起的电能损耗：因此，变压器全年的电能损耗为因此，变压器全年的电能损耗为第29页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院302022/9/17 三、线损率的计算三、线损率的计算1.线损：线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。损和管理线损两部分。2.线损率：线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即指线损电量占电网供电量的百分数，即实际线损率：实际线损
27、率：理论线损率：理论线损率：第30页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院312022/9/172.4 企业计算负荷的确定企业计算负荷的确定 一、按逐级计算法确定企业的计算负荷一、按逐级计算法确定企业的计算负荷 逐逐级计级计算法是指从企算法是指从企业业的用的用电电端开始，逐端开始，逐级级上推，直至求出上推，直至求出电电源源进线进线端的端的计计算算负负荷荷为为止。止。一般工业企业的供电系统图如图一般工业企业的供电系统图如图2-8所示：所示：图图2-8 负荷计算用供电系统负荷计算用供电系统第31页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息
28、学院河北科技大学电气信息学院322022/9/171.用电设备组的计算负荷（用电设备组的计算负荷（图图2-8中的中的1点点）2车间变压器低压母线上的计算负荷（车间变压器低压母线上的计算负荷（图图2-8中的中的2点点）注意：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，其容量为组，其容量为 ，则，则第32页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院332022/9/173.车间变压器高压侧的计算负荷（车间变压器高压侧的计算负荷（图图2-8中的中的3点点）注意：注意：若求计算负荷时车间变压器的容量和型
29、号尚未确定，变压器的功若求计算负荷时车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即率损耗可按近似公式进行计算，即 对对SL7、S9、SC9等低损耗变压器：等低损耗变压器：对对SJL1等变压器：等变压器：第33页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院342022/9/174.车间车间变电所高压母线上的计算负荷变电所高压母线上的计算负荷（图图2-8中的中的4点点）5.总降压变电所出线上的计算负荷总降压变电所出线上的计算负荷（图图2-8中的中的5点点）由于工业企业厂区范围不大，高压线路中的功率损耗较小，在负荷计算由于工业企业厂区
30、范围不大，高压线路中的功率损耗较小，在负荷计算中可以忽略不计，所以有中可以忽略不计，所以有 第34页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院352022/9/176.总降压变电所低压母线上的计算负荷总降压变电所低压母线上的计算负荷（图图2-8中的中的6点点）注意：注意：如果在总降压变电所如果在总降压变电所610kV二次母线侧采用高压电容二次母线侧采用高压电容器进行无功补偿，其容量为器进行无功补偿，其容量为 ，则，则7.企业总计算负荷企业总计算负荷（图图2-8中的中的7点点）第35页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大
31、学电气信息学院362022/9/17 二、按需要系数法确定企业的计算负荷二、按需要系数法确定企业的计算负荷 式中，式中，Kd为企业的需要系数，查表为企业的需要系数，查表2-4；为；为全厂用电设备全厂用电设备的总容量（不包括备用设备容量）。的总容量（不包括备用设备容量）。三、按年产量估算企业的计算负荷三、按年产量估算企业的计算负荷 将企业年产量将企业年产量A乘以单位产品耗电量乘以单位产品耗电量a，即可得到企业全年的耗电，即可得到企业全年的耗电量：量：则企业的有功计算负荷为：则企业的有功计算负荷为：第36页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院3720
32、22/9/172.5 无功功率补偿无功功率补偿一、功率因数低的不良影响一、功率因数低的不良影响1使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。2使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。3使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。4使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时
33、，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据许超过额定值，根据 ，功率因数越低，输出的有功功率越小，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机
34、就达不到预定的出力。应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。由于由于 ，当，当P、R、X 一定时，功率因数越低，一定时，功率因数越低，Q越大，越大，则则 越大。越大。第37页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院382022/9/17二、功率因数的计算二、功率因数的计算1.瞬时功率因数：瞬时功率因数：可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公指某一规定时间内，功率因数
35、的平均值。其计算公式为：式为：2.均权功率因数：均权功率因数：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。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。式中，式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能（为某一时间内消耗的有功电能（kWh）；）；Wq为同一时间内消为同一时间内消耗的无功电能（耗的无功电能（kvarh）。）。第38页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院392022/9/17 指在年最大负荷（即计算负荷）时的指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。其计算公式为：功率因数。其计算公式为：3.最大负荷时的功率因数：最大负荷时的功率
36、因数：注意：注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否满足要求来计算，但为简便起见，常按满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数来计算补偿来计算补偿容量。容量。我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达不到以上要求，若达不
37、到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。应进行人工补偿，否则要加收电费。第39页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院402022/9/17三、提高功率因数的方法三、提高功率因数的方法1.提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法 不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。称为提高自然功率因数。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。n正确选用感应电动机的型号和容量。正确选用感应电动机的型号和容量。当
38、电动机的负荷系数当电动机的负荷系数 KL70%时，可以不换；当时，可以不换；当 KL40%时，时，必须换小电机；当必须换小电机；当40%KL 70%时，则需经过技术经济比较后时，则需经过技术经济比较后再进行更换。再进行更换。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。从而可提高系统的功率因数。对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。第40页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院4120
39、22/9/17定子绕组的匝数不能减少。定子绕组的匝数不能减少。所以所以n限制感应电动机的空载运行。限制感应电动机的空载运行。n提高感应电动机的检修质量。提高感应电动机的检修质量。气隙气隙不能增加。不能增加。当变压器的负荷系数当变压器的负荷系数 KL30%时，应考虑换小容量的变压器。时，应考虑换小容量的变压器。n合理使用变压器。合理使用变压器。n感应电动机同步化运行感应电动机同步化运行 。同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。第41页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院4
40、22022/9/172提高功率因数的补偿法提高功率因数的补偿法n稳态无功功率补偿设备稳态无功功率补偿设备 采用并联电容器采用并联电容器无功自动补偿装置无功自动补偿装置 采用同步补偿机采用同步补偿机 优点：与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组优点：与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。实质上是空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率实质上是空载运行的同步
41、电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。中很少应用。按昼夜时间划分进行控制按昼夜时间划分进行控制 根据全天根据全天24小时无功负荷的变化曲线，按时间程序投入或切除补偿电容器。其特点是控制设备简单、小时无功负荷的变化曲线，按时间程序投入或切除补偿电容器。其特点是控制设备简单、操作方便，并可以防止无功功率倒送向电网，适用于负荷比较稳定，无功负荷变化有规律的场合。操作方便，并可以防止无功功率倒送向电网，适用于负荷比较稳定，无功负荷变化有
42、规律的场合。第42页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院432022/9/17按母线电压的高低进行控制按母线电压的高低进行控制 按无功功率的大小进行控制按无功功率的大小进行控制 起动元件采用低电压和过电压两个继电器，当母线电压低于低电压继电器的整定起动元件采用低电压和过电压两个继电器，当母线电压低于低电压继电器的整定值时，电容器自动投入；当母线电压高于过电压继电器的整定值时，电容器自动值时，电容器自动投入；当母线电压高于过电压继电器的整定值时，电容器自动切除。切除。起动元件是一个无功功率检测器，当无功检测器测出的无功功率值大于上限给定值时，电容起
43、动元件是一个无功功率检测器，当无功检测器测出的无功功率值大于上限给定值时，电容器自动投入；反之，当无功检测器测出的无功功率值小于下限给定值时，电容器自动切除。器自动投入；反之，当无功检测器测出的无功功率值小于下限给定值时，电容器自动切除。按功率因数的大小进行控制按功率因数的大小进行控制 起动元件是一个相位检测器，通过检测一个线电压和一个线电流的相位来得出系统当前起动元件是一个相位检测器，通过检测一个线电压和一个线电流的相位来得出系统当前的功率因数值，若此功率因数值小于下限给定值，电容器自动投入；反之，若此功率因的功率因数值，若此功率因数值小于下限给定值，电容器自动投入；反之，若此功率因数值大于
44、上限给定值，则电容器自动切除。数值大于上限给定值，则电容器自动切除。第43页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院442022/9/17n动态无功功率补偿设备动态无功功率补偿设备 静补装置（静补装置（SVC）动态无功功率补偿设备又称为动态无功功率补偿设备又称为“静止型无功功率自动补偿装置静止型无功功率自动补偿装置”，简称，简称“静补装置静补装置”（SVC），具有响应速度快、平滑调节性能好、），具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此应用补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此应用越来越广泛
45、。越来越广泛。静止型无功功率自动补偿装置由可控的可调电抗器与电容器并静止型无功功率自动补偿装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器可发出无功功率，可控电抗器可吸收无功功率。它联组成，电容器可发出无功功率，可控电抗器可吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，调节可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，调节或稳定系统的运行电压，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。或稳定系统的运行电压，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿。第44页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院452022/9/17四、电容器并联补偿的工作
46、原理四、电容器并联补偿的工作原理 在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻在工业企业中，绝大部分电气设备的等值电路可视为电阻R和电感和电感L的串联电路，其功率因数可表示为：的串联电路，其功率因数可表示为：当在当在R、L电路中并联接入电容器电路中并联接入电容器C后，如图后，如图2-9a）所示）所示，回路，回路电流为：电流为：图图2-9 电容器无功补偿原理图电容器无功补偿原理图第45页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院462022/9/17 可见，并联电容器后可见，并联电容器后 与与 之间的夹角变小了，因此，供之间的夹角变小了，因此，供电
47、回路的功率因数提高了。电回路的功率因数提高了。欠补偿欠补偿：补偿后电流：补偿后电流 落后电压落后电压 ，如图如图2-9b）所示。所示。过补偿过补偿：补偿后电流：补偿后电流 超前电压超前电压 ，如图如图2-9c）所示。所示。五、电容器的接线方式与装设位置五、电容器的接线方式与装设位置一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。1电容器的接线方式电容器的接线方式低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较低压电容器一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（小（450kvar及以下
48、）时可接成三角形。及以下）时可接成三角形。n由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星由于，而，因此电容器接成三角形时的容量为采用星形接线时的形接线时的3倍倍。n若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采若电容器采用三角形接线，一电容器断线时，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去无功补偿，造成三相负荷不平衡。n但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸电
49、容器爆炸；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。因此星形接线较之三角形接线安全多了。第46页，共51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院472022/9/172电容器的装设位置（补偿方式）电容器的装设位置（补偿方式）高压集中补偿：高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所将高压电容器组集中安装在企业或地方总降压变电所610kV母线上。母线上。图图2-10 并联电容器的装设位置与补偿区并联电容器的装设位置与补偿区第47页，共
50、51页，编辑于2022年，星期一河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院482022/9/17低压成组补偿低压成组补偿：将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母将低压电容器组分散安装在各车间变电所低压母线上。线上。分散就地补偿分散就地补偿（个别补偿）：（个别补偿）：将电容器组直接安装在需要进行无功将电容器组直接安装在需要进行无功补偿的各个用电设备附近。补偿的各个用电设备附近。必须指出：必须指出：电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电电容器从电网上切除后有残余电压，其最高可达电网电压的峰值。所以电容器组应装设压的峰值。所以电容器组应装设放电装置放电装置，且其放电回路中，且其放