負(fù)荷計算與無功功率補(bǔ)償

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,潔明過濾系統(tǒng),*,第二章,負(fù)荷計算,與 無功功率補(bǔ)償,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷確實(shí)定,重點(diǎn),第三節(jié) 單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷確實(shí)定,第四節(jié) 尖峰電流的計算重點(diǎn),第五節(jié)無功功率補(bǔ)償重點(diǎn),第六節(jié)供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷重點(diǎn),第七節(jié)供電系統(tǒng)的電能節(jié)約,第一節(jié) 概 述,一、計算負(fù)荷的概念,載流導(dǎo)體溫升曲線,二、用電設(shè)備工作制及設(shè)備容量的計算,計算負(fù)荷是根據(jù)的用電設(shè)備容量按一定統(tǒng)計方法確定的，預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷，作

2、為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)各元件的依據(jù)。,1.長期連續(xù)運(yùn)行工作制,指工作時間內(nèi)能到達(dá)穩(wěn)定溫升的用電設(shè)備。,該類設(shè)備不允許過載運(yùn)行只允許短時過載。,(一)用電設(shè)備工作制,續(xù)上頁,3.,斷續(xù)周期工作制,指有規(guī)律性的，時而工作、時而停歇的用電設(shè)備。工作時間內(nèi)也達(dá)不到穩(wěn)定溫升，允許過載運(yùn)行。,工作時間,停歇時間,指工作時間很短，停歇時間相當(dāng)長的用電設(shè)備，工作時間內(nèi)達(dá)不到穩(wěn)定溫升。允許過載運(yùn)行。,斷續(xù)周期工作制設(shè)備容量P與其負(fù)荷持續(xù)率密切相關(guān)，對供電系統(tǒng)而言，按發(fā)熱等效原那么同一周期內(nèi)求得其關(guān)系式：,用負(fù)荷持續(xù)率表征其工作特性,(二)設(shè)備容量的計算,長期連續(xù)工作制和短時工作制的設(shè)備容量Pe，就取所有設(shè)備不

3、含備用設(shè)備的銘牌額定容量PN之和。,2.短時運(yùn)行工作制,續(xù)上頁,規(guī)定負(fù)荷持續(xù)率,25或100,銘牌負(fù)荷持續(xù)率,銘牌容量,等效容量,那么得：,（1）電焊機(jī)組要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到 下,則,（2）吊車電動機(jī)組 當(dāng)采用需要系數(shù)法計算負(fù)荷時，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到 下,則,當(dāng)采用利用系數(shù)法計算負(fù)荷時，要求設(shè)備容量統(tǒng)一換算到,下。,三、負(fù)荷曲線,負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動情況的圖形。,一班制工廠日有功負(fù)荷曲線,繪制負(fù)荷曲線采用的時間間隔,t,為,30,min,。,求確定計算負(fù)荷的有關(guān)系數(shù)，一般是依據(jù)用電設(shè)備組最大負(fù)荷工作班的負(fù)荷曲線。,續(xù)上頁,從發(fā)熱等效的觀點(diǎn)來看，計算負(fù)荷實(shí)際上與年最大負(fù)荷是根本

4、相當(dāng)?shù)?。所以計算?fù)荷也可以認(rèn)為就是年最大負(fù)荷，即Pc=PmP30。,年負(fù)荷曲線,年最大負(fù)荷,Pm,全年中有代表性的最大負(fù)荷班的半小時最大負(fù)荷。,續(xù)上頁,年平均負(fù)荷,P,av,電力負(fù)荷在全年時間內(nèi)平均耗用的功率，即,全年時間內(nèi)耗用的電能,負(fù)荷曲線填充系數(shù)，亦稱負(fù)荷率或負(fù)荷系數(shù)，即,四、確定計算負(fù)荷的系數(shù),1.需要系數(shù),K,d,需要系數(shù)定義為：,設(shè)備容量,K,d,值的相關(guān)因素：用電設(shè)備組中設(shè)備的負(fù)荷率；,設(shè)備的平均效率；,設(shè)備的同時利用系數(shù)；,電源線路的效率。,K,d,值,只能靠測量統(tǒng)計確定。,利用系數(shù)定義為：,2.,利用系數(shù),K,u,K,u,可查附錄表,5,P,e,P,m,續(xù)上頁,3.附加系數(shù),

5、K,a,Ka值與設(shè)備容量差異程度、設(shè)備臺數(shù)和利用系數(shù)有關(guān)。,為便于分析比較，從導(dǎo)體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用電設(shè)備需歸算為同一容量的用電設(shè)備，于是可得到其等效臺數(shù)neq為：,附加系數(shù)定義為：,根據(jù)利用系數(shù),K,u,和等效臺數(shù),n,eq,查附錄表,6,，可得到附加系數(shù),K,a,值。,續(xù)上頁,年最大負(fù)荷利用小時數(shù),T,max,是假設(shè)電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷,P,m,持續(xù)運(yùn)行時，在此時間內(nèi)電力負(fù)荷所耗用的電能恰與電力負(fù)荷全年實(shí)際耗用的電能相同。,4.年最大負(fù)荷利用小時數(shù),第二節(jié)三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷 確實(shí)定,一、單位容量法,在進(jìn)行供電工程方案設(shè)計階段，可采用單位容量法確定計算負(fù)荷。,二、需要系數(shù)法,1

6、.單位產(chǎn)品耗電量法,2.,單位面積負(fù)荷密度法,一一組用電設(shè)備的計算負(fù)荷,按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的根本公式為,有功計算負(fù)荷kW,無功計算負(fù)荷kvar,視在計算負(fù)荷kVA,計算電流A,例,2-1,解此機(jī)床組電動機(jī)的總?cè)萘繛?例2-1某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有電壓380V的三相電動機(jī)22kW2臺，kW6臺，4kW12臺，kW6臺。試用需要系數(shù)法確定其計算負(fù)荷Pc、Qc、Sc和Ic。,查附錄表1“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)項(xiàng)得Kd、。因此可得,P,e,22 kW27.5 kW64kW121.5kW6,P,c,=K,d,P,e,=146 kW,在確定低壓干線上或低壓母線上的計算

7、負(fù)荷時，可結(jié)合具體情況對其有功和無功計算負(fù)荷計入一個同時系數(shù),K,。,續(xù)上頁,注意：總的視在計算負(fù)荷和計算電流不能用各組的視在計算負(fù)荷,或計算電流之和乘以,K,來計算。,(二)多組三相用電設(shè)備的計算負(fù)荷,P,c,Q,c,S,c,I,c,P,c1,Q,c1,P,c2,Q,c2,P,c,i,Q,c,i,例2-2 某380V線路上，接有水泵電動機(jī)15kW以下30臺共205kW，另有通風(fēng)機(jī)25臺共45kW，電焊機(jī)3臺共kW=65%。試確定線路上總的計算負(fù)荷。,例,2-2,解先求各組用電設(shè)備的計算負(fù)荷,Q,c1,P,c1,tan 164kW0.75=123kvar,1水泵電動機(jī)組查附錄表1得Kd(取，因

8、此,2.通風(fēng)機(jī)組查附錄表1得Kd取，,因此,P,c2,=0.845kW=36kW,Q,c2,=36kW0.75=27kvar,P,c1,=,K,d1,P,e1,0.8205kW=164kW,續(xù)上頁,3.,電焊機(jī)組查附錄表,1,得,K,d,，,tan=2.68。,P,c3,P,c,Q,c,總計算負(fù)荷取Kp0.95，Kq0.97 為,S,c,=246.26kVA,I,c,=246.26kVA/(,0.38kV)=374.2A,Q,c3,在,100%,下的設(shè)備容量：,P,e,=10.5,=8.46kW,。,三、利用系數(shù)法,1.求用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷：,2.求平均利用系數(shù)及等效設(shè)備臺數(shù)：,

9、3.,根據(jù),K,u,與,n,eq,查附錄表6，得出附加系數(shù),K,a,。,4.利用以下公式求出總計算負(fù)荷：,例2-3某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有電壓380V的三相電動機(jī)22kW2臺，kW6臺，4kW12臺，kW6臺。試用利用系數(shù)法來確定機(jī)床組的計算負(fù)荷。,例,2-3,解,1,用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷,Q,av,P,av,tan,機(jī)床電動機(jī),查附錄表,5,得,K,u,，,因此,2.,平均利用系數(shù),因只有,1,組用電設(shè)備，故,K,K,u,P,av,=,K,u,P,e,3,用電設(shè)備的有效臺數(shù),取14,續(xù)上頁,4,計算負(fù)荷及計算電流,利用,K,及,n,eq,=14,查附錄表,6,，通過插值求

10、得,K,a,=2,。,2,17.52,kW,2,30.34,kvar,60.68kvar,第三節(jié) 單相用電設(shè)備組計算負(fù)荷 確實(shí)定,如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量15%時，那么應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再進(jìn)行負(fù)荷計算。,1.,接于相電壓的單相設(shè)備容量換算,2.,接于,同一,線電壓的單相設(shè)備容量換算,3.,單相設(shè)備接于,不同,線電壓時的負(fù)荷計算,應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量；,分相計算各相的設(shè)備容量，并按需要系數(shù)法計算其計算負(fù)荷；,總的等效三相計算負(fù)荷為其最大有功負(fù)荷相的計算負(fù)荷的3倍。,4.,單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時的負(fù)荷計算,第四節(jié) 尖峰電流的

11、計算,尖峰電流是指只持續(xù),12,s,的短時最大負(fù)荷電流，它用來計算電壓波動、選擇熔斷器和低壓斷路器及整定繼電保護(hù)裝置等。,單臺用電設(shè)備如電動機(jī)的尖峰電流Ipk，就是其起動電流Ist，即,接有多臺用電設(shè)備的線路，只考慮一臺設(shè)備起動時的尖峰電流，按以下公式計算,式中，,I,為起動電流最大的一臺設(shè)備的起動電流；,I,c(n-1),為除起動設(shè)備以外的線路計算電流。,I,pk,I,st,k,st,I,第五節(jié) 無功功率補(bǔ)償,一,、,功率因數(shù)定義,1,瞬時功率因數(shù),監(jiān)測負(fù)荷用。,2,平均功率因數(shù),調(diào)整電費(fèi)用。,3,最大負(fù)荷時的功率因數(shù),確定需要無功補(bǔ)償容量用。,22,2024/9/30,無功功率補(bǔ)償,一、功

12、率因數(shù)低的不良影響,1,使供電網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電能損耗增大。,2,使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓損失增大，影響負(fù)荷端的電壓質(zhì)量。,3,使供配電設(shè)備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。,4使發(fā)電機(jī)的出力下降，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電本錢提高。,因?yàn)楣β室驍?shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時，系統(tǒng)中輸送的總電流越大，從而使輸電線路上的功率損耗和電能損耗增加。,由于發(fā)電機(jī)、變壓器都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下不允許超過額定值，根據(jù) ，功率因數(shù)越低，輸出的有功功率越小，使設(shè)備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力。,當(dāng)有功功率保持不變時，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)越大，端電壓越

13、低，發(fā)電機(jī)就達(dá)不到預(yù)定的出力。,由于 ，當(dāng),P,、,R,、,X,一定時，功率因數(shù)越低，,Q,越大，則 越大。,23,2024/9/30,提高功率因數(shù)的方法,提高自然功率因數(shù)的方法,不加任何補(bǔ)償設(shè)備，采取措施減少供電系統(tǒng)中無功功率的需要量，稱為提高自然功率因數(shù)。,用小容量的電動機(jī)代替負(fù)荷缺乏的大容量電動機(jī)。,正確選用感應(yīng)電動機(jī)的型號和容量。,當(dāng)電動機(jī)的負(fù)荷系數(shù) KL70%時，可以不換；當(dāng) KL40%時，必須換小電機(jī)；當(dāng)40%KL 70%時，那么需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再進(jìn)行更換。,降低感應(yīng)電動機(jī)的端電壓就降低了感應(yīng)電動機(jī)的無功功率需要量，從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。,對負(fù)荷缺乏的電動機(jī)可用降低外加電壓

14、的方法提高功率因數(shù)。,24,2024/9/30,定子繞組的匝數(shù)不能減少。,所以,限制感應(yīng)電動機(jī)的空載運(yùn)行。,提高感應(yīng)電動機(jī)的檢修質(zhì)量。,氣隙,不能增加。,當(dāng)變壓器的負(fù)荷系數(shù),K,L,30%,時，應(yīng)考慮換小容量的變壓器。,合理使用變壓器。,感應(yīng)電動機(jī)同步化運(yùn)行。,同步電動機(jī)過勵磁下可向電網(wǎng)送入無功功率，從而改善功率因數(shù)。,25,2024/9/30,2,提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法,穩(wěn)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備,采用并聯(lián)電容器,無功自動補(bǔ)償裝置,采用同步補(bǔ)償機(jī),優(yōu)點(diǎn)：與同步補(bǔ)償機(jī)相比，因無旋轉(zhuǎn)局部，具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功功率損耗小及組裝靈活、擴(kuò)充方便等優(yōu)點(diǎn)，因此是目前工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償設(shè)備。

15、,實(shí)質(zhì)上是空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流可以起到補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率的作用。由于它為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，安裝和運(yùn)行維修都相當(dāng)復(fù)雜，所以在企業(yè)供配電系統(tǒng)中很少應(yīng)用。,按晝夜時間劃分進(jìn)行控制,根據(jù)全天24小時無功負(fù)荷的變化曲線，按時間程序投入或切除補(bǔ)償電容器。其特點(diǎn)是控制設(shè)備簡單、操作方便，并可以防止無功功率倒送向電網(wǎng)，適用于負(fù)荷比較穩(wěn)定，無功負(fù)荷變化有規(guī)律的場合。,26,2024/9/30,按母線電壓的上下進(jìn)行控制,按無功功率的大小進(jìn)行控制,起動元件采用低電壓和過電壓兩個繼電器，當(dāng)母線電壓低于低電壓繼電器的整定值時，電容器自動投入；當(dāng)母線電壓高于過電壓繼電器的整定值時，電容器自動切除。,起動元件是一

16、個無功功率檢測器，當(dāng)無功檢測器測出的無功功率值大于上限給定值時，電容器自動投入；反之，當(dāng)無功檢測器測出的無功功率值小于下限給定值時，電容器自動切除。,按功率因數(shù)的大小進(jìn)行控制,起動元件是一個相位檢測器，通過檢測一個線電壓和一個線電流的相位來得出系統(tǒng)當(dāng)前的功率因數(shù)值，假設(shè)此功率因數(shù)值小于下限給定值，電容器自動投入；反之，假設(shè)此功率因數(shù)值大于上限給定值，那么電容器自動切除。,二、無功補(bǔ)償容量確實(shí)定,Q,=,Q,c,Q,c,P,c,(tan-tan,),Q,N.C,穩(wěn)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備，主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器自愈式。,三、無功補(bǔ)償裝置的選擇,低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負(fù)荷變化相應(yīng)自動循環(huán)投切的電容器組數(shù)，在無功補(bǔ)償容量,Q,確定后可根據(jù)選定的單組容量,q,NC,來選擇：,動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備SVC用于急劇變動的沖擊負(fù)荷如煉鋼電弧爐、軋鋼機(jī)等的無功補(bǔ)償。,四、無功補(bǔ)償裝置的裝設(shè)位置,在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償個別補(bǔ)償。,例23 某用戶10kV變電所低壓計算負(fù)荷為800kW580kvar。假設(shè)欲使低壓側(cè)功率因數(shù)到達(dá)，那么需在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器