第2章 负荷计算及无功补偿(2)

12.2.3.1利用系数法确定计算负荷用利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，然后算出结果。一、用电设备组在最大负荷班内的平均负荷：有功功率exavPkPtanavavPQ无功功率式中：Pe为用电设备组的设备功率；Kx为用电设备组在最大负荷班内的利用系数；tan为用电设备组的功率因数角对应的正切值；2二、负荷估算法在工业企业或商住建筑的前期规划、可行性研究或初步设计阶段，还难以获得负荷计算所需要的基本数据，此时，多采用负荷估算的方法来初步估计用户的计算负荷。1、单位产品耗电量法工业企业的年耗电量与年产量直接相关。对于生产同类产品但产地和规模不同的车间或工厂，生产单台产品的耗电量具有统计规律上的相似性。表2-1列出了部分产品的单位产品耗电量的统计平均值。nWamaxTWPaca3式中，ω为单位产品耗电量；n为年产品数或年产量；Tmax为该类工厂的年最大负荷利用小时数；Wa为企业年电能需要量；Pca为计算负荷；2、负荷密度法对于具有相同功能、用途和档次的商住建筑，尽管建筑的规模不同，但单位建筑面积上的负荷密度具有统计规律上的相似性。表2-2列出了当前情况下各类建筑物的负荷密度和需要系数。APca式中，ρ为同类建筑的负荷密度指标，A为已知建筑面积。4三、尖锋电流的确定对于不同性质的负荷，其尖锋电流的计算公式是不同的。1、单台计算机、电弧炉或电焊变压器的支线：其尖锋电流为：ArjfKII式中Ir为电动机、电弧炉或电焊变压器一次侧额定电流；K为起动电流倍数，即起动电流与额定电流之比，笼型电动机可达7倍左右，绕线转子电动机一般不大于2倍，直流电动机为1.5～2，单台电弧炉为3，弧焊变压器和弧焊整流器为小于或等于2.1，电阻焊机为1，闪光对焊机为2。52、接有多台电动机的配电线路，只考虑一台电动机起动时的尖锋电流为：CrjfIKIImax式中KIrmax为起动电流为最大的一台电动机的起动电流；IC/为除起动电动机以外的配电线路计算电流；两台及以上设备的电动机有可能同时起到时，尖锋电流根据实际情况确定。6四、企业年电能消耗量计算1、用年平均负荷来确定企业年电能消耗量用年平均负荷和实际工作小时数计算；kvarhWkWhrnncaavncaavyTQTPWavav.式中为年平均有功、无功负荷系数，av应采用同类企业的多年累积的统计数据，当缺乏此数据时，作为估算值一般取0.7～0.75，av值取0.76～0.82；7Tn为年实际工作小时数，一班制可取1860h,两班制可取3720h,三班制可取5580h。2、单位产品耗电量kvarhtanWkWhWryyyWm企业年有功电能量企业年无功电能量式中ω为单位产品耗电量，由工艺设计提供或参考现有积累资料；m为产品年产量；tanφ为企业年平均功率因数角的正切值82.4功率损耗与电能损耗2.4.1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：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。kWRIPcaL,10332var,10332kXIQcaL9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。kWRUPRUQPRUSPNcaNcacaNcaL,10cos101032223222322var,10cos101032223222322kXUPXUQPXUSQNcaNcacaNcaL102.4.2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。11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。kWSSPPPPPNTcaklT,20012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。2020100%100%NTcakNTNTcaNTSSUISSSQQQNTSIQ100%00NTkNSUQ100%%0I%kU132.4.3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。LcaNcaNLPdtPPUPdtPURPdtW876002223287600222387600cos10cos10LP876002dtPPca142.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：22876002287600NTcakcaNTcakNTkTlSSPdtSSSSPdtSSPW20NTcakonTSSPTPW152.3.5变电所中变压器台数与容量的选择2.3.5.1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。16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。172.3.5.2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。182.3.5.3变压器的经济运行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求得：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。200NTNrkrSSQKPQKPP19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S；当两台变压器同时并列运行时，每台承担负荷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。20两条曲线交于n点，它所对应的负荷称为变压器经济运行的临界负荷Scr。当crSSS时，因PP，故宜选用一台运行；当crSSS时，因PP，故宜选用两台运行；当S=Scr时，因△PI=△PII，即为经济运行的临界负荷值。21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：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。NrkrNTcrQKPQKPnnSS00)1(返回目录222.4功率因数与无功功率补偿2.4.1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：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。UIP3cos23（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：Wa----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度表读出。Wr----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。222)(11cosarraawm24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。222)(11)()(coscacacacacaavavavPQQPPSP25（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：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；Sca——全企业的视在计算负荷，kVA。22coscacacacacacaQPPSP262.4.6.2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。272.4.6.3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。28（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