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1、供配電技術(shù) 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 電力負(fù)荷包括異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、各類電弧爐、 整流裝臵、電解裝臵、制冷制熱設(shè)備、電子儀器和照明設(shè) 施等。它們分屬于工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、交通運(yùn)輸、科學(xué)研究和 人民生活等方面的各種電力用戶。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 負(fù)荷曲線就是指在某一段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備有功、無功負(fù) 荷隨時(shí)間變化的圖形，分別構(gòu)成有功負(fù)荷曲線（ P）和無功 負(fù)荷曲線（ Q）。常用的是有功負(fù)荷曲線。每類負(fù)荷曲線按 時(shí)間坐標(biāo)長短的不同，分有日負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等 負(fù)荷曲線對變電所、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的運(yùn)行有重要意 義。它是變電所負(fù)荷控制，發(fā)

2、電廠安排日發(fā)電計(jì)劃，確定 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和主變壓器、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備檢修計(jì)劃 以及制變電所、發(fā)電廠擴(kuò)建新建規(guī)劃的依據(jù)。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 工廠電力負(fù)荷對供電的要求 供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，均需依據(jù)正常工作條件、環(huán)境 條件及安裝條件進(jìn)行選擇，部分設(shè)備還需依據(jù)故障情況下的 短路電流進(jìn)行動、熱穩(wěn)定度校驗(yàn)，同時(shí)要求工作安全可靠， 運(yùn)行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。本章對讀者提出的要求是： 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗及電能損耗 二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷 單臺和多臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 短路的后果及短路的形式 選擇電氣設(shè)備的一般條件 了解 電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的程序、要求和深度 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6

3、章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 單相設(shè)備等效三相負(fù)荷的計(jì)算 供配電系統(tǒng)短路的原因 工廠年電能消耗量的計(jì)算方法 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷的方法 用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算和采用標(biāo)幺法進(jìn)行短路計(jì)算的方法 工廠計(jì)算負(fù)荷的確定 各類電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)方法 運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)較為簡單的工廠供配電系統(tǒng) 熟悉 掌握 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.1 工廠的電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線 6.1.1 工廠用電設(shè)備的工作制 連續(xù)運(yùn)行工作制設(shè)備 短時(shí)工作制設(shè)備 斷續(xù)周期工作制設(shè)備 能長期連續(xù)運(yùn)行 ， 每次連續(xù)工作時(shí)間 超過 8小時(shí) ， 運(yùn)行時(shí)負(fù)荷比較穩(wěn)定 。 如： 照明設(shè)備 、 電動扶梯 、 空調(diào)風(fēng)機(jī) 、 電

4、 爐等 。 這類設(shè)備的工作時(shí)間較短 ， 停歇時(shí)間 較長 。 如：金屬切削用的輔助機(jī)械 (龍 門刨橫梁升降電動機(jī) 、 刀架快速移動 裝置 )、 水閘用電動機(jī)等 。 這類設(shè)備的工作呈周期性 ， 時(shí)而工作 時(shí)而停歇 ， 如此反復(fù) ， 且工作時(shí)間與 停歇時(shí)間有一定比例 。 如起重機(jī) 、 電 焊機(jī) 、 電梯等 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) %10 0%10 0 0 tt tTt 式中： T 工作周期； t 工作周期內(nèi)的工作時(shí)間； t0 工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。 起重電動機(jī) 的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有 15%、 25%、 40%、 60%四種。 電焊設(shè)備 的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有 50%、 65%、 75%、 100

5、%四種。 同一設(shè)備在不同暫載率下工作時(shí)，其輸出功率不同，因此 計(jì)算設(shè)備容量時(shí)，必須先轉(zhuǎn)換到一個(gè)統(tǒng)一的 下。 不同負(fù)荷持續(xù)率下，功率的換算公式為： 通常用一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間占整個(gè)周期的百分比來 表示負(fù)荷持續(xù)率 （或稱暫載率），其計(jì)算公式如下： 負(fù)荷持續(xù)率（暫載率） 2 1 2 1 PP 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.1.2 負(fù)荷曲線 1. 負(fù)荷曲線的類型與繪制方法 負(fù)荷曲線是表示電力負(fù)荷隨時(shí)間變動情況的一種圖形，反 映了電力用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律。在負(fù)荷曲線中通常用縱 坐標(biāo)表示負(fù)荷大小，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)負(fù)荷變動的時(shí)間。 負(fù)荷曲線可根據(jù)需要繪制成不同的類型。如按所表示負(fù) 荷變動的時(shí)間可

6、分為日、月、年或工作班的負(fù)荷曲線，按 負(fù)荷范圍可分為全廠的、車間的或某設(shè)備的負(fù)荷曲線；按 負(fù)荷的功率性質(zhì) 可分為有功和無功負(fù)荷曲線等。 日負(fù)荷曲線表示負(fù)荷在一晝夜間（ 024h）變化情況。日 負(fù)荷曲線可用測量的方法繪制。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 1. 負(fù)荷曲線的類型與繪制方法 以某個(gè)監(jiān)測點(diǎn)為參考點(diǎn)，在 24h 中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀 數(shù)，逐點(diǎn)繪制成如右圖所示折線 形狀的折線形負(fù)荷曲線。 通過接在供電線路上的電度表， 每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半 小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來，求出 0.5h的平均功率，再依次將這些 點(diǎn)畫在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成如 右圖所示階梯狀的階梯形負(fù)荷曲 線。

7、負(fù)荷曲線時(shí)間間隔取的愈短，曲線愈能反映負(fù)荷的實(shí)際變化 情況。日負(fù)荷曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表全日消耗的電能 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，反映了全年負(fù)荷變動與對應(yīng)的負(fù) 荷持續(xù)時(shí)間（全年按 8760h計(jì)）的關(guān)系。 年每日最大負(fù)荷曲線，反映了全年當(dāng)中不同時(shí)段的電能 消耗水平，是按全年每日的最大半小時(shí)平均負(fù)荷來繪制的。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量 年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用 小時(shí)數(shù)指全年中負(fù)荷最大的工作 班內(nèi) 30分鐘平均功率的最大值， 因此年最大負(fù)荷有時(shí)也稱為 30分 鐘最大負(fù)荷 P30 。 假設(shè)企業(yè)總是按年最大負(fù)荷持 續(xù)工作，經(jīng)過

8、了時(shí)間所消耗的電 能，恰好等于企業(yè)全年實(shí)際所消 耗的電能，即右圖中虛線與兩坐 標(biāo)軸所包圍的面積等于剖面線部 分的面積。則這個(gè)假想時(shí)間就稱 為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。由此 可得出 年最大負(fù)荷利用小時(shí) 數(shù)與工廠類型及生產(chǎn)班 制有較大關(guān)系，其數(shù)值 可查閱有關(guān)參考資料或 到相同類型的廠礦企業(yè) 去調(diào)查收集。 m a x a m a x P WT 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量 平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù) 平均負(fù)荷是指電力負(fù)荷在一定 時(shí)間內(nèi)消耗功率的平均值。如在 t 時(shí)間內(nèi)消耗的電能為 Wt，則 t時(shí)間 的平均負(fù)荷為： 利用年負(fù)荷曲線求年平均負(fù)荷如右上圖所示。圖中剖面線 部分為年負(fù)荷

9、曲線所包圍的面積，也就是全年電能的消耗量。 另外再作一條虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積與剖面線部分的 面積相等，則圖中就是年平均負(fù)荷。 年平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值稱為負(fù)荷率為： t WP av t m a xp Pk av L 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 你能回答嗎？ 負(fù)荷曲線分 有哪幾種類 型？ 與負(fù)荷曲線有 關(guān)的物理量有 哪些？ 何謂負(fù)荷 曲線？ 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2 電力負(fù)荷的計(jì)算 計(jì)算負(fù)荷定義： 按照發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個(gè)人為假 想負(fù)荷，計(jì)算負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實(shí)際變動負(fù)荷產(chǎn)生的最大 熱效應(yīng)相等。 根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的導(dǎo)體或電器，在運(yùn)行中的最高溫升不 超過

10、導(dǎo)體或電器的溫升允許值。 6.2.1 計(jì)算負(fù)荷的概念 計(jì)算負(fù)荷的物理意義： 設(shè)有一電阻 R的導(dǎo)體，在某一時(shí)間內(nèi)通過一變動負(fù)荷，其 最高溫升達(dá)到 值，如果這一導(dǎo)體在相同時(shí)間內(nèi)通過一個(gè)不 變的負(fù)荷，最高溫升也達(dá)到 值，那么這個(gè)不變負(fù)荷就稱為 變動負(fù)荷的“計(jì)算負(fù)荷”，即“計(jì)算負(fù)荷”與實(shí)際變動負(fù)荷 的最高溫升是等值的。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 工程上為了 取值和表達(dá)方便， 一般把半小時(shí)平均負(fù)荷所 繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計(jì)算負(fù)荷。作為按 發(fā) 熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，即： Pc Pmax 供電線路上只連接一臺用電設(shè)備時(shí)： 線路的計(jì)算負(fù)荷可按設(shè)備容量來確定，此時(shí)求單臺電動機(jī) 的計(jì)

11、算負(fù)荷公式為： 式中： PN用電設(shè)備的額定功率，單位 kW； N用電設(shè)備額定容量時(shí)的效率。 對白熾燈、電熱設(shè)備、電爐變壓器等： 計(jì)算負(fù)荷在數(shù)值上就等于其額定功率，即： NPP 30 N NPP 30 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 需要 系數(shù)法 二項(xiàng)式 系數(shù)法 需要系數(shù)是按照車間以上的 負(fù)荷情況來確定的，適用于 變、配電所的負(fù)荷計(jì)算。 二項(xiàng)式系數(shù)法考慮了用電設(shè) 備中幾臺功率較大的設(shè)備， 工作時(shí)對負(fù)荷影響的附加功 率，適用于低壓配電支干線 和配電箱的負(fù)荷計(jì)算。 負(fù)荷計(jì) 算方法 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2.2 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 設(shè)某組設(shè)備有幾臺電動機(jī)，其額定總?cè)萘繛?/p>

12、 PN，由于該組電動 機(jī)實(shí)際上不一定都同時(shí)運(yùn)行，而且運(yùn)行的電動機(jī)也不可能都滿負(fù) 荷，同時(shí)設(shè)備本身及配電線路也有功率損耗，因此這組電動機(jī)的 有功計(jì)算負(fù)荷應(yīng)為 1. 需要系數(shù)的含義 e WLN L 30 P KKP 上式中， N是指用電設(shè)備的輸出與輸入容量之間具有的平均效 率；因用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運(yùn)行，因此引入負(fù)荷系數(shù) KL；用電 設(shè)備本身及配電線路有功率損耗，所以引入一個(gè)線路平均效率 WL； 用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時(shí)運(yùn)行，故引入一個(gè)同時(shí)系數(shù) K。 用電設(shè)備的需要系數(shù)： WLN L e 30 d KK P PK 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 有功計(jì)算負(fù)荷為 2. 三相用電設(shè)備計(jì)算負(fù)

13、荷的基本公式 ed30 PKP 無功計(jì)算負(fù)荷為 視在計(jì)算負(fù)荷為 計(jì)算電流 tgPQ 3030 c o s/3023023030 PQPS N3030 3/ USI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 單組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組 ， 有電壓為 380V的電動 機(jī) 30臺 ， 其總的設(shè)備容量為 120kW。 試求其計(jì)算負(fù)荷 。 查表 6-1中的 “ 小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī) ” 項(xiàng) ， 可 得 Kd=0.160.2（ 取 0.18計(jì)算 ） ， cos=0.5， tg=1.73， 于是 kW6.211 2 018.0ed30 PKP k v a r37.3773

14、.16.213030 tgPQ k V A2.435.0/6.21c o s/3030 PS A6.6538.03 2.433/ N3030 USI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備 的最大負(fù)荷不會同時(shí)出現(xiàn)的因素，計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù) K，其 中有功同時(shí)系數(shù)為 KP，無功同時(shí)系數(shù)為 KQ， 應(yīng)用范圍 KP 確定車間變電所低壓線路最大負(fù)荷 冷加工車間 熱加工車間 動力站 0.70.8 0.70.9 0.81.0 確定配電所母線的最大負(fù)荷 負(fù)荷小于 5000kW 計(jì)算負(fù)荷小于 500010000kW 計(jì)算負(fù)荷大于 100

15、00kW 0.91.0 0.85 0.8 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 某機(jī)修車間的 380V線路上 ， 接有金屬切削機(jī)床電動機(jī) 20臺 共 50kW， 其中較大容量電動機(jī)有 7.5kW2臺 ， 4kW2臺 ， 2.2kW8臺；另接通風(fēng)機(jī) 1.2kW2臺；電阻爐 1臺 2kW。 試求 計(jì)算負(fù)荷 （ 設(shè)同時(shí)系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9） 。 以車間為范圍 ， 將工作性質(zhì) 、 需要系數(shù)相近的用電設(shè)備合為 一組 ， 共分成以下 3組 。 先求出各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 。 冷加工電動機(jī)組。查表 6-1可得： Kd1=0.2， cos1=0.5， tg1=1.73，因

16、此 kW10502.0113 0 1 ed PKP k v a r3.1773.1101301301 tgPQ 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 通風(fēng)機(jī)組。查表 6-1可得： Kd2=0.8， cos2=0.8， tg2=0.75 因此 kW92.14.28.0e2d2302 PKP k v a r44.175.092.12302302 tgPQ 只有一臺電阻爐，所以計(jì)算負(fù)荷等于電阻爐的容量，即 ： kW2e33 0 3 PP 0303 Q 以車間為范圍，已知同時(shí)系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9，則車間計(jì)算 總有功計(jì)算負(fù)荷為 總無功計(jì)算負(fù)荷為 總視在計(jì)算負(fù)荷為 總的計(jì)算電流為 用此電流即可選

17、擇這條 380V導(dǎo)線的截面及型號。 kW5.12)292.110(9.030iP30 PKP k v a r9.16)044.13.17(9.030iQ30 QKQ k V A02.219.165.12 2223023030 QPs A9.3138.07 3 2.1 02.213 N 30 30 U SI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2.3 按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷 應(yīng)用場合 在計(jì)算設(shè)備臺數(shù)不多 ， 而且各臺設(shè)備容量相差較大的車間 干線和配電箱的計(jì)算負(fù)荷時(shí)宜采用二項(xiàng)式系數(shù)法 。 基本公式 xe30 cPbPP 式中 b、 c為二項(xiàng) 式系數(shù) ， 根據(jù)設(shè)備 名稱 、 類型 、 臺數(shù) 查

18、表 6-1選取 。 指用電設(shè)備中 x臺 容量最大的設(shè)備容 量之和 。 用電設(shè)備組的設(shè) 備總?cè)萘?當(dāng)用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù) n 2x時(shí) ， 則最大容量設(shè)備臺 數(shù)取 x=n/2， 且按 “ 四舍五入 ” 法取整 ， 當(dāng)只有一臺設(shè)備時(shí) ， 可認(rèn)為 Pc=Pe； tg為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值 。 Q30， S30， I30的計(jì)算公式與需要系數(shù)法的相同 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 對 12臺用電設(shè)備 對用電設(shè)備組 有功計(jì)算負(fù)荷的求取直接應(yīng)用式 （ 6.17） ， 其余的 計(jì)算負(fù)荷與需要系數(shù)法相同 。 ePP 30 ， 0 1 cb 對多組用電設(shè)備 要考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因

19、素。在 各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負(fù)荷，再加上各組 平均負(fù)荷，求出設(shè)備組的總計(jì)算負(fù)荷。 總的有功計(jì)算負(fù)荷為 ： 總的無功計(jì)算負(fù)荷為： m a x30 )()( xie cPbPP m a xm a x30 t a n)()t a n( xie cPbPQ 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 某機(jī)修車間的 380V線路上 ， 接有金屬切削機(jī)床電動機(jī) 20臺 共 50kW， 其中較大容量電動機(jī)有 7.5kW2臺 ， 4kW2臺 ， 2.2kW8臺；另接通風(fēng)機(jī) 1.2kW2臺；電阻爐 1臺 2kW。 用二 項(xiàng)式法 求計(jì)算負(fù)荷 （ 設(shè)同時(shí)系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9） 。 金屬切削機(jī)床電動

20、機(jī)組 查表 6-1，取 b1=0.14， c1=0.4， x1=5， cos1=0.5， tg1= 1.73， x=5，則 (bPe)1=0.14 50=7kW (cPx)1=0.4(7.5 2+4 2+2.2 1)=10.08kW 通風(fēng)機(jī)組 查表 6-1，取 b2=0.65， c2=0.25， cos2=0.8， tg2=0.75， n=2 2x，取 x2=n/2=1，則 (bPe)2=0.65 2.4=1.56kW (cPx)2=0.25 1.2=0.3kW 電阻爐 (bPe)3=2kW (cPx)3=0 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負(fù)荷 (cP

21、x)1最大， 故總計(jì)算負(fù)荷為： 與用需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果相比較，按二項(xiàng)式法計(jì)算的結(jié) 果比按需要系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果大得多?？梢?，二項(xiàng)式法更適 用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。 kW64.2008.10)256.17()()( m a x30 xie cPbPP v a rk72.30 73.108.10)075.056.173.17( )()( m a xm a x30 tgcPtgbPQ xix k V A01.3772.3064.20 2223023030 QPS A2.5638.07 3 2.1 01.373 3030 NU SI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 單相用電設(shè)備等效

22、三相計(jì)算負(fù)荷的確定 現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三 相兩大類。 單相： 單相電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)和各種形式的家 用電器設(shè)備。 三相： 電動機(jī)為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空 調(diào)機(jī)、電梯等。 供電形式為三相供電系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)條款 的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個(gè)單相中。 然后才能進(jìn)行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負(fù) 荷計(jì)算。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 單相用電設(shè)備組確定計(jì)算負(fù)荷的原則 按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功 率的比例來制定。 如果單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?15%，則不論單相設(shè)備如何連接，均可作為三

23、相平 衡負(fù)荷對待。 單相設(shè)備接于相電壓時(shí)，在盡量使三相負(fù)荷均衡分 配后，取最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量乘以 3，便 可求得其等效三相設(shè)備容量。 單相設(shè)備接于線電壓時(shí)，其等效三相設(shè)備容量 Pe 單臺設(shè)備時(shí) 23臺設(shè)備時(shí) ee 3 PP m a xee 3 PP 單相設(shè)備的設(shè)備容量 最大負(fù)荷單相設(shè) 備的設(shè)備容量 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 單相用電設(shè)備組確定計(jì)算負(fù)荷的原則 單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時(shí)，首先應(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，然后分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷。而總 的等效三相有功計(jì)算負(fù)荷就是最大有功負(fù)荷相的有功 計(jì)算負(fù)荷的 3倍。總的等效三

24、相無功計(jì)算負(fù)荷就是最大 無功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷的 3倍。 特別注意的是： 最 大相的有功計(jì)算負(fù)荷和最大相的無功計(jì)算負(fù)荷不一定 在同一相上。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2.4 工廠電氣照明負(fù)荷的確定 工廠電氣照明負(fù)荷也 是電力負(fù)荷的一部分。 良好的照明環(huán)境是保證 工廠安全生產(chǎn)、提高勞 動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì) 量、改善職工勞動環(huán)境、 保障職工身體健康的重 要方面。 工廠的電氣照明設(shè)計(jì)，一般應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的性質(zhì)、廠房自然 條件等因素選擇合適的光源和燈具，進(jìn)行合理的布置，使工 作場所的照明度達(dá)到規(guī)定的要求。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 1. 照明容量的確定 白熾燈、碘鎢燈等不用鎮(zhèn)

25、流器的照明設(shè)備，容量通 常指燈頭的額定功率，即： Pe=PN 熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈需用鎮(zhèn)流器的照 明設(shè)備，其容量包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，所以一般 略高于燈頭的額定功率，即： Pe=1.1PN 照明設(shè)備的額定容量還可按建筑物的單位面積容量 法估算，即： Pe=S/1000 其中 建筑物單位面積的照明容量，單位為 W/m2； S 建筑物面積，單位是 m2 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2. 照明計(jì)算負(fù)荷的確定 照明設(shè)備通常都是單相負(fù)荷，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)將它們均勻地分 配到三相上，力求減少三相負(fù)荷不平衡狀況。負(fù)荷計(jì)算公式應(yīng)用 需要系數(shù)法。 表 6-2 照明設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)

26、光源類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 白熾燈 熒光燈 高壓汞燈 高壓納燈 金屬鹵化物燈 生產(chǎn)車間辦 公室 0.81 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 變配電所、 倉庫 0.50.7 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 生活區(qū)宿舍 0.60.8 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 室外 1 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.2.5 全廠計(jì)算負(fù)荷的確定 1用需要系數(shù)法計(jì)算全廠計(jì)算負(fù)

27、荷 在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘?Pe的條件下，乘以一個(gè)工廠的需要 系數(shù) Kd即可求得全廠的有功計(jì)算負(fù)荷，即： P30=KdPe ，其中 Kd是 全廠需要系數(shù)值。 表 6-3 全廠負(fù)荷的需要系數(shù)及功率因數(shù) 工廠類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 工廠類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 汽輪機(jī)制造廠 0.38 0.88 石油機(jī)械制造廠 0.45 0.78 鍋爐制造廠 0.27 0.73 電線電纜制造廠 0.35 0.73 柴油機(jī)制造廠 0.32 0.74 開關(guān)電器制造廠 0.35 0.75 重型機(jī)床制廠 0.32 0.71 橡膠廠 0.5 0.72 儀器儀表制造廠 0.37 0.81 通用機(jī)

28、械廠 0.4 0.72 電機(jī)制造廠 0.33 0.81 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 已知某開關(guān)電器制造廠用電設(shè)備總?cè)萘繛?4500kW， 試 估算該廠的計(jì)算負(fù)荷 。 查表 6-3取 Kd為 0.35， cos=0.75，則 tan=0.882，得 P30=KdPe=0.35 4500=1575kW Q30=P30tan=1575 0.8821386kvar k V A209813861575 2223023030 QPS A3 1 8 838.07 3 2.1 2 0 9 83 3030 NU SI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷 從負(fù)荷端開始

29、， 逐級上推到電源 進(jìn)線端。 用電設(shè)備組 車間低壓變 壓器出線 車間低壓變 壓器高壓側(cè) 工廠變壓 器出線 工廠輸電 進(jìn)線端 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷 P305是圖示所有出線上的計(jì)算負(fù)荷 P306等 之和，再乘上同時(shí)系數(shù) K；由于 P304要考 慮線路 WL2的損耗，因此 P304= P305+ PWL2； P303由 P304等幾條高壓配電線路上 計(jì)算負(fù)荷之和乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù) K而得； P302還要考慮變壓器的損耗，因此 P302= P303+PWL1 +PT； P301由 P302等幾條高壓 配電線路上計(jì)算負(fù)荷之和乘以一個(gè)同時(shí)系 數(shù) K而得。 對

30、中小型工廠來說，廠內(nèi)高低壓配電線 路一般不長，其功率損耗可略去不計(jì)。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷 電力變壓器的功率損耗 ， 在一般 的負(fù)荷計(jì)算中 ， 可采用簡化公式 來近似計(jì)算 ， 如： 有功功率損耗： 無功功率損耗： 式中 S30為變壓器二次側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷，它是選擇 變壓器的基本依據(jù)。 30T 0 1 5.0 SP 30T 06.0 SQ 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 3按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計(jì)算負(fù)荷 已知全廠的年產(chǎn)量 A或年產(chǎn)值 B，就可根據(jù)全廠的單 位產(chǎn)量耗電量 a或單位產(chǎn)值耗電量 b，求出全廠的全年耗 電量 Wa=Aa=Bb 求

31、出全年耗電量后，即可根據(jù)下式求出全廠的有功計(jì) 算負(fù)荷為 式中的 Tmax是工廠的年最大負(fù)荷利用小時(shí)。 m a x 30 T WP a 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 你能回答嗎？ 確定計(jì)算負(fù)荷的需要系數(shù)法 和二項(xiàng)式法各有什么特點(diǎn)？ 各適用哪些場合？ 什么叫計(jì)算負(fù)荷？ 為什么計(jì)算負(fù)荷通 常采用半小時(shí)最大 負(fù)荷？正確確定計(jì) 算負(fù)荷有何意義？ 如何將單相負(fù) 荷簡便地?fù)Q算 為三相負(fù)荷？ 需要系數(shù) 的含義是什 么？ 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 5已知線電壓為 380V的三相供電線路供電給 35臺小批 量生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動機(jī)，總?cè)萘繛?85kW，其中較 大容量的電動機(jī)有 7.5kW1臺，

32、 4kW3臺， 3kW12臺。試 分別 用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法確定其計(jì)算負(fù)荷。 6有一個(gè)機(jī)修車間，有冷加工機(jī)床 30臺，設(shè)備總?cè)萘?為 150kW，電焊機(jī) 5臺，共 15.5kW，利用率只有 65%， 通風(fēng)機(jī) 4臺，共 4.8kW，車間采用 380/220V線路供電， 試確定該車間的計(jì)算負(fù)荷。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.3 工廠供電系統(tǒng)的電能損耗及無功補(bǔ)償 在考慮變配電系統(tǒng)總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，除了用電負(fù)荷所消耗的 電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，這是 因?yàn)?供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當(dāng)有電流 通過時(shí)，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大 的設(shè)

33、備是變壓器和輸電線路。 這部分功率損耗也是由變配電 系統(tǒng)提供的。因此，要計(jì)入其計(jì)算負(fù)荷中。 6.3.1 線路的電能損耗 線路上全年的電能損耗用 W表示，其計(jì)算公式為： 式中電流是通過線路的計(jì)算電流； RWL是線路每相的電阻 值； 是一個(gè)假想的時(shí)間， 與 Tmax和 cos有關(guān)。 wL2303 RIW a 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 的物理含義：當(dāng)線路或 變壓器中以最大計(jì)算電流流 過 小時(shí)后所產(chǎn)生的電能損 耗，恰與全年流過實(shí)際變化 的電流時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗 相等。 與 Tmax之間的關(guān)系如左 圖示。 與 Tmax的關(guān)系可用 公式表達(dá)為： 8760 2 maxT 當(dāng) cos=1，且線路電

34、壓不變時(shí)，全年的電能損耗為 ： 8 7 6 03 2 m a x wL 2 30 TRIW a 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.3.2 變壓器的電能損耗 變壓器的電能損耗包括兩個(gè)部分： 一是由鐵損引起的電能損耗： 87608760 0Fe1 PPW a 上式表明： 只要外施電壓和頻率不變，鐵損所引起的電能損耗 也固定不變，且近似于空載損耗 P0。 二是由銅損引起的電能損耗： 2k2cu2 PPW a 由式可知，由變壓器銅損引起的電能損耗，與變壓器負(fù)荷率 的平方成正比，且近似于短路損耗 Pk。 因此， 變壓器全年的電能損耗為： 20a21 8760 kaa PPWWW 第 6章 負(fù)荷計(jì)

35、算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.3.3 工廠的功率因數(shù)和無功補(bǔ)償 1.工廠的功率因數(shù) 瞬時(shí)功率因數(shù) 瞬時(shí)功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由 功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出： UI P 3c o s 平均功率因數(shù) 平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù) ， 按下式計(jì)算： 2 p q 2 q 2 P P )(1 1c o s W WWW W 式中 WP是某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能； Wq是某一時(shí)間內(nèi)消耗的無 功電能 。 我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費(fèi) ， 規(guī)定要按月 平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù) 最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)指在年

36、最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù) 。 可按下式計(jì) 算： 30 30c o s S P 2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 一般交流供電線路中 ， 大多數(shù)為電感性負(fù)載 ， 致使功率因數(shù)偏低 。 當(dāng)有功功率為一定值時(shí) ， cos愈小 （ 角愈大 ） ， 其視在功率就愈 大 ， 因而供電線路中的電流大 ， 線路的損失 （ 電壓和有效功率損 耗 ） 隨之增大 ， 不經(jīng)濟(jì) 。 供電設(shè)備 （ 電源 ） 的供電能力 （ 容量 ） 是用視在功率 S來表示的 。 當(dāng)供電設(shè)備的容量一定時(shí) ， 如果用戶負(fù)載的功率因數(shù)過低 ， 其無 功功率就會過大 ， 致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少 ， 于是降低 了供電設(shè)備的供電能力 。 第 6

37、章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時(shí)，功率因數(shù)愈低，其供電線路的 電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。 功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加， 從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率增加時(shí)，有功功率下 降，發(fā)電機(jī)的效率降低。 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3485-1998 評價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則 中規(guī) 定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)不低于 0.9，凡功率因數(shù)未 達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè) 備”。為鼓勵(lì)提高功率因數(shù)，供電部門規(guī)定，凡功率因數(shù)低于規(guī) 定值時(shí)，將予以罰款，相反，功

38、率因數(shù)高于規(guī)定值時(shí)，將得到獎(jiǎng) 勵(lì)，即采用“高獎(jiǎng)低罰”的原則。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 3. 電力電容器 變電所內(nèi)的并聯(lián)電力電容器組 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用 由于電力系統(tǒng)中許多設(shè)備不僅要消耗有功功率 ， 設(shè)備本身的電感 損失也要消耗無功功率 ， 使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低 。 如果把能 “ 發(fā) 出 ” 無功電力的電力電容器并接在負(fù)荷或供電設(shè)備上運(yùn)行 ， 那么 ， 負(fù)荷或供電設(shè)備要 “ 吸收 ” 的無功電力正好由電容器 “ 發(fā)出 ” 的 無功電力供給 ， 從而起到無功補(bǔ)償作用 ， 這就是電力電容器在電 力系統(tǒng)中的主要作用 。 在電力線路兩端并聯(lián)上

39、移相電容器 ， 線路 上就可避免無功電力的輸送 ， 以達(dá)到減少線路能量損耗 、 減小線 路電壓降 ， 提高系統(tǒng)有功出力的效益 ， 因此 ， 移相電容器是提高 電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一種重要的電力設(shè)備 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 電力電容器部分型號表示 表 6-4 電力電容器部分型號表示 第一位 字母 含義 第二位 字母 含義 第三位 字母 含義 B 標(biāo)準(zhǔn) D 充氮單相 F 復(fù)合介質(zhì) Y 移相用 W 戶外式 C 串聯(lián)用 Y 油浸 S 水冷 J 均壓 T 可調(diào) O 耦合 L 氯化聯(lián)苯浸漬 C 沖擊放電 L 濾波用 B 薄膜 M 脈沖用 D 一般接地 F 防護(hù)用 R 電容式 R 電熱 第

40、6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 4. 調(diào)相機(jī) 調(diào)相機(jī)在 電力系統(tǒng)中的作用 大量的異步電動機(jī)和變壓器需汲取大量的無功功率以供其勵(lì)磁 之用 ， 造成電網(wǎng)功率因數(shù)降低 ， 致使發(fā)電機(jī)和輸配電設(shè)備的作用 不能充分發(fā)揮 ， 線路損耗和電壓損失增大 ， 輸電質(zhì)量變壞 ， 甚至 影響輸電的穩(wěn)定性 。 為此 ， 在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)一些同步調(diào)相機(jī) ， 用于改善電網(wǎng)的 功率因數(shù) 。 根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載情況的不同 ， 適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁電 流 ， 可改變調(diào)相機(jī)汲取的無功功率 ， 使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于 1。 此外 ,在長距離輸電線路中 ， 線路電壓降隨負(fù)載情況的不同而發(fā)生 變化 ， 如果在輸電線的受電端裝一臺調(diào)相機(jī)

41、， 在電網(wǎng)負(fù)載加重時(shí) ， 讓其過勵(lì)運(yùn)行 ， 減少輸電線中滯后的無功電流分量 ， 從而可減少 線路壓降；在輸電線輕載的情況下 ， 讓其欠勵(lì)運(yùn)行 ， 吸收滯后的 無功電流 ， 可防止電網(wǎng)電壓上升 ， 從而維持電網(wǎng)的電壓在一定的 水平上 。 同步調(diào)相機(jī)還有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 調(diào)相機(jī)與電容器的比較 a. 靜電電容器的最大優(yōu)點(diǎn)是損耗小、效率高，損耗約占本身容 量的 0.3% 0.5%，調(diào)相機(jī)的有功功率損耗為額定容量的 1.5% 5.5%。 b. 電容器設(shè)備費(fèi)與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機(jī)則不然，當(dāng)容量較 大時(shí)，其單位造價(jià)比較低，而容量減小時(shí)，單位造價(jià)偏高。 c.

42、 補(bǔ)償方式上，調(diào)相機(jī)只能在負(fù)荷中心使用，靜電電容器既可 以集中使用，又可以分散使用。 d. 調(diào)相機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是裝設(shè)勵(lì)磁裝臵，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā) 出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電 壓降低時(shí)輸出功率急劇下降，。 e. 調(diào)相機(jī)裝有自動勵(lì)磁裝臵，在故障時(shí)能保持電力系統(tǒng)的電壓， 從而達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起 作用。 f. 調(diào)相機(jī)維護(hù)工作量大，電容器維護(hù)量小。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 調(diào)相機(jī)與電容器的比較 a. 靜電電容器的最大優(yōu)點(diǎn)是損耗小、效率高，損耗約占本身容 量的 0.3% 0.5%，調(diào)相機(jī)的有功功率損耗為額定容量的 1.5% 5.

43、5%。 b. 電容器設(shè)備費(fèi)與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機(jī)則不然，當(dāng)容量較 大時(shí)，其單位造價(jià)比較低，而容量減小時(shí)，單位造價(jià)偏高。 c. 補(bǔ)償方式上，調(diào)相機(jī)只能在負(fù)荷中心使用，靜電電容器既可 以集中使用，又可以分散使用。 d. 調(diào)相機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是裝設(shè)勵(lì)磁裝臵，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā) 出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電 壓降低時(shí)輸出功率急劇下降，。 e. 調(diào)相機(jī)裝有自動勵(lì)磁裝臵，在故障時(shí)能保持電力系統(tǒng)的電壓， 從而達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起 作用。 f. 調(diào)相機(jī)維護(hù)工作量大，電容器維護(hù)量小。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 5. 無功功率的補(bǔ)償 提高自然

44、功率因數(shù) a.合理選擇電動機(jī)的容量，使其接近滿載運(yùn)轉(zhuǎn)。 b.對實(shí)際負(fù)載不超過額定容量 40的電動機(jī)，應(yīng)更換為小容 量的電動機(jī)。 c.合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，限 制感應(yīng)電動機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。 d.正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)載率（一般為 75 80比較合適）。對于負(fù)載率低于 30變壓器，應(yīng)予以 更換。 e.對于負(fù)荷率在 0.6 0.9的繞線式電動機(jī)，必要時(shí)可以使其同 步化，這時(shí)電動機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 5. 無功功率的補(bǔ)償 人工補(bǔ)償法 a. 使用同步電動機(jī)在過激磁方式呈現(xiàn)容性時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，其功率因 數(shù)超前 0.8 0.9時(shí)，向供

45、電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補(bǔ)償用感 性電設(shè)備所需要的無功功率。 此補(bǔ)償方法因同步機(jī)構(gòu)造復(fù)雜， 價(jià)格較貴，維護(hù)麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。 b.利用同步調(diào)相機(jī)作為無功功率電源，用來補(bǔ)償所需要的無功 功率。同步調(diào)相機(jī)是軸上不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。調(diào)節(jié) 同步調(diào)相機(jī)的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的 大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少使用。 c. 采用靜電電容器補(bǔ)償。當(dāng)將電容器 C與感性負(fù)載并聯(lián)，以提 高線路的功率因數(shù)。 這是目前用戶、企業(yè)內(nèi)廣泛采用的一種補(bǔ) 償方式。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 5. 無功功率的補(bǔ)償 動態(tài)無功功率補(bǔ)償法 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一

46、些容量很大的沖擊性負(fù)荷（如煉 鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機(jī)等），他們使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重波動， 功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝臵響應(yīng)太慢無 法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補(bǔ) 償裝臵，如晶閘管開關(guān)快速切換電容器，晶閘管勵(lì)磁的快速 響應(yīng)式同步補(bǔ)償機(jī)等。 目前已投入到工業(yè)運(yùn)行的靜止動態(tài)無功補(bǔ)償裝臵有：可控 飽和電抗器式靜補(bǔ)裝臵；自飽和電抗器式靜補(bǔ)裝臵；晶閘管 控制電抗器式靜補(bǔ)裝臵；晶閘管開關(guān)電容器式靜補(bǔ)裝臵；強(qiáng) 迫換流逆變式靜補(bǔ)裝臵；高阻抗變壓器式靜補(bǔ)裝臵等。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 如某變電站的計(jì)算負(fù)荷為 2400kW， 平均功率因數(shù)為 0.67。 如果要使其平均

47、功率因數(shù)提高到 0.9， 問若在 10kV側(cè)固定補(bǔ) 償 ， 需要補(bǔ)償?shù)娜萘繛槎嗌??如果采用 BWF-10.5-1型電容器 (Qr 40kvar)， 需裝設(shè)多少個(gè) ? 需補(bǔ)償?shù)娜萘繛?： 1 0 8 0.1)67.0( a r c c o s1 tgtg 4843.0)9.0( a r c c o s2 tgtg v a r66.1 1 2 2 )4 8 4 3.01 0 8 0.1(2 4 0 075.0 )( 21 k tgtgPQ avc 28v a r40v a r /66.1 1 2 2/ kkqQN c 需裝設(shè)的電容器個(gè)數(shù) ： 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 考慮三相均衡分配

48、 ， 應(yīng)裝設(shè) 30臺 ， 每相 10臺 ， 此時(shí)并 聯(lián)電容器的實(shí)際值為 30 40kvar 1200kvar。 補(bǔ)償后的實(shí)際功率為： 91.0 )12001080.1240075.0()240075.0( 240075.0 )( c os 22 2 1 2 k V A kW QtgPP P S P cav av av av av 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 你能回答嗎？ 何謂年最大負(fù)荷損 耗小時(shí)？它與年最大 負(fù)荷利用小時(shí)的區(qū)別 在哪里？ 提高功率因數(shù) 進(jìn)行無功功率補(bǔ) 償有什么意義？ 無功補(bǔ)償有哪些 方法？ 什么叫平均功 率因數(shù)和最大負(fù) 荷時(shí)功率因數(shù)？ 各如何計(jì)算，各 有何用途？ 第

49、6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.4 尖峰電流的計(jì)算 尖峰電流 Ipk是指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù) 12秒的短時(shí)最 大負(fù)荷電流。尖峰電流是由于電動機(jī)起動、電壓波動等原因 引起的，比計(jì)算電流大的多。 計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼 電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動及檢驗(yàn)電動機(jī)自起動條件等。 6.4.1 單臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 尖峰電流就是用電設(shè)備的起動電流，即 Ipk = Ist = KstIN 式中， Ist為用電設(shè)備的起動電流； IN為用電設(shè)備的額定電 流； Kst為用電設(shè)備的起動電流倍數(shù) 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.4.2 多臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算 多

50、臺用電設(shè)備的線路上，其尖峰電流應(yīng)按正下式計(jì)算 m a xNi 1 1 pk st n i IIKI 或者 m a xNst30pk )( IIII 式中， Istmax為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差 為最大的那臺設(shè)備的起動電流；（ Ist IN） max為用電設(shè)備 組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電 流與額定電流電流之和； K為上述 n1臺設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選 取，一般為 0.71； Ic為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電 流。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 有 380V配電干線，給三臺電動機(jī)供電，已知 IN1 =5A， IN2 =4A， IN3 =10

51、A， Ist1 =35A， Ist2 =16A， Kst3=3，求 該配電線路的尖峰電流。 Ist1 IN1=355=30A Ist2 IN2=164=12A Ist3 IN3= Kst3IN3IN3=3 1010=20A 可見，（ IstIN） max=30A，則 Istmax=35A， 取 K=0.9，因此該線路的尖峰電流為 Ipk= K（ IN2 +IN3） + Istmax =0.9 （ 4+10） +35=47.6A 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 什么叫尖峰 電流？尖峰電 流的計(jì)算有什 么用處？ 有一條 380V的三 相輸電線路，供電 給表 6-5所示 4臺電動 機(jī)，試計(jì)算這

52、條輸 電線路的尖峰電流 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.5 短路故障和短路電流計(jì)算 6.5.1 短路故障的原因和種類 1. 短路故障的原因 設(shè)備或裝臵存在隱患 。 如絕緣材料 陳舊老化 、 絕緣機(jī)械損傷 、 設(shè)備缺陷 未發(fā)現(xiàn)和消除 、 設(shè)計(jì)安裝有誤等 。 運(yùn)行 、 維護(hù)不當(dāng) 。 如不遵守操作規(guī) 程 ， 技術(shù)水平低 ， 管理不善等 。 雷擊 ， 特大洪水 、 大風(fēng) 、 冰雪 、 塌方 等引起的線路倒桿 、 斷線 ， 鳥 ， 鼠 、 蛇 等小動物跨接裸導(dǎo)體等自然災(zāi)害 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2. 短路故障的種類 單相短路 短路電流僅在故障相中流過，故障相電壓 下降，

53、非故障相電壓會升高。 二相短路 短路回路中流過很大的短路電流，電壓和 電流的對稱性被破壞。 二相短路接地 短路回路中流過很大的短路電流 ，故障相 電壓為零。 三相短路 三相電路中都流過很大的短路電流，短路 時(shí)電壓和電流保持對稱 ，短路點(diǎn)電壓為零。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 3. 短路的危害 大電流產(chǎn)生巨大電動力，造成機(jī)械損壞（動穩(wěn)定）； 燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）； 電網(wǎng)大面積電壓下降； 破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定； 影響電力系統(tǒng)通訊 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 2003年 8月 14日美國大停電 美國東部 (EDT)時(shí)間 2003年 8月 14日 16:11開始 （北京時(shí)間 8月

54、15日晨 4:11），美國東北部和加拿大東 部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故 紐約 : 交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地 隧道里、冒酷熱步行回家 停電影響 美國： 俄亥俄州、密歇根州、紐約州、 馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、 賓夕法尼亞州、佛蒙特州（ 8個(gè)州） 加拿大：安大略省、魁北克?。?2個(gè)省） 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 短路計(jì)算的目的 為確保設(shè)備在短路情況下不致破壞，減輕短路危 害和防止故障擴(kuò)大，必須事先對短路電流進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算短路電流的具體目的是： 選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備； 進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的選型與整定

55、計(jì)算； 分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電 流的措施； 確定電力線路對通信線路的影響等。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 4. 短路計(jì)算方法簡介 短路計(jì)算方法 有名單位制法 標(biāo)幺制法 短路容量法 如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其 他電氣參數(shù)用有名 值表示 ， 稱為有名 單位制法 。 低壓系 統(tǒng)的短路電流計(jì)算 通常采用這種方法 ， 簡單明了 。 如果各種電氣設(shè)備的電 阻和電抗及其他電氣參 數(shù)用相對值表示 ， 稱為 標(biāo)幺值法 。 這種計(jì)算方 法通常用于高壓系統(tǒng) 。 如果各種電氣設(shè) 備的電阻和電抗 及其他電氣參數(shù) 用短路容量表示 ， 稱為短路容量法 。 這種方法比較適 用于高壓系統(tǒng)

56、。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 短路計(jì)算步驟 有名單位制法 標(biāo)幺制法 短路容量法 繪制短路回路等效 電路；計(jì)算短路回 路中各元件的阻抗 值；求等效阻抗 ， 化簡電路；計(jì)算三 相短路電流周期分 量有效值及其他短 路參數(shù)；列短路計(jì) 算表 。 略講 選擇短基準(zhǔn)容量 、 基 準(zhǔn)電壓 、 計(jì)算短路點(diǎn) 的基準(zhǔn)電流；繪制短 路回路的等效電路； 計(jì)算短路回路中各元 件的電抗標(biāo)幺值；求 總電抗標(biāo)幺值 ， 化簡 電路；計(jì)算三相短路 電流周期分量有效值 及其他短路參數(shù)；列 短路計(jì)算表 。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.5.2 短路電流的計(jì)算概述 在計(jì)算電路圖上將短路計(jì)算所需考慮的各元件額定參

57、數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計(jì) 算點(diǎn)，短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣 元件有最大可能的短路電流通過。接下來要按所選擇的 短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖， 如上圖所示。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 工廠供電系統(tǒng)通常把電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，短路電路 一般只采用阻抗串、并聯(lián)的方法進(jìn)行化簡。對簡化電路求出其等 效總阻抗，最后計(jì)算短路電流和短路容量。 短路計(jì)算中有關(guān)物理量的單位：電流為 kA；電壓為 kV；短路 容量和斷流容量單位為 MVA；設(shè)備容量單位為 kW或 kVA；阻抗 單位為 等。如果采用工程上常用的單位來計(jì)算，則應(yīng)注意所用 公式中各物理量單位的換算系數(shù)

58、。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.5.3 采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算 歐姆法即有名單位制法。因其短路計(jì)算中的阻抗都采用有名 單位“歐姆”而得名。在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)， 其三相短路電流周期分量有效值可按下式計(jì)算： 22 ( 3 ) k 33 XR U Z UI CC 式中 UC是短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，也稱為平均額定電壓。由 于線路首端短路時(shí)其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮， 即短路計(jì)算電壓取為比線路額定電壓 UN高 5%。 在高電壓的短路計(jì)算中，通常總電抗遠(yuǎn)比總電阻大，所以一 般可只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。在計(jì)算低壓側(cè)短路時(shí)，也只有當(dāng)短 路電路的電阻大于電抗的三分之一時(shí)才需考

59、慮電阻。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 1. 電力系統(tǒng)的阻抗 電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，一般不予考慮。電力 系統(tǒng)的電抗由電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口斷路器的斷流容 量 SOC來估算， SOC可看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量 Sk，因此 電力系統(tǒng)的電抗： XS UC2/SOC 式中， UC是高壓饋電線的短路計(jì)算電壓， SOC是系統(tǒng)出口斷 路器的斷流容量，如只有開斷電流 IOC的數(shù)據(jù)，則斷流容量 ： 不計(jì)電阻時(shí)，三相短路電流的周期分量有效值為： X UI C 3 ( 3 ) k 三相短路容量為： )3( 3 )k 3 kC IUS NOCOC 3 UIS 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選

60、擇與校驗(yàn) 2. 電力變壓器的阻抗 式中 UC、 SN、 Pk、 Uk%均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。 變壓器的短路損耗 TCNTCNTNk RUSRUSRIP 222 )/()3/(33 由短路損耗可近似地求出變壓器的電阻： 22 )/( NCkT SUPR 變壓器的短路電壓 由短路電壓可近似地求出變壓器的電抗： 100)/(100)/3(% 2 CTNCTNk UXSUXIU )/(1 0 0% 2 NCkT SUUX 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 3. 電力線路的阻抗 求出短路電路中各元件的阻抗后，就化簡了短路電路， 求出其總阻抗，然后 可 計(jì)算短路電流周期分量 線路的電阻 RWL

61、可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電阻 R0值求得 lRR OWL 線路的電抗 XWL可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電抗 X0值求得 式中 R0、 X0是分別為導(dǎo)線、電纜單位長度的電阻和電抗， l是線路長度。均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。 lXX OWL )3(kI 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 3. 電力線路的阻抗 必須注意：在計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有 電力變壓器，則電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路 點(diǎn)的短路計(jì)算電壓。阻抗等效換算的條件是元件的功率損 耗不變。阻抗換算的公式為 2 )/( CC UURR 2 )/( CC UUXX 式中， R、 X和 UC為換算前元件的電阻、電抗和元

62、件所 在處的短路計(jì)算電壓； R、 X和 UC為換算后元件的電阻、 電抗和短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 6.5.4 采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算 電壓 kV，電流 kA，容量 kVA，電阻 和 電 抗 等 物理量均可用標(biāo)幺值表示 。標(biāo)幺值無量綱。 按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算，通常先選定基準(zhǔn)容量 Sd和基 準(zhǔn)電壓 Ud。工程設(shè)計(jì)中通常取基準(zhǔn)容量 Sd=100MVA；通常 取元件所在處的短路計(jì)算電壓為基準(zhǔn)電壓，即取 Ud= Uc 則基準(zhǔn)電流 Id和基準(zhǔn)電抗 Xd可按下述公式計(jì)算： 標(biāo)幺值 (相對值 ) 有名值 (有單位的物理量 ) 基準(zhǔn)值 (與有名值同單位的物理量 ) c d

63、 d d d 33 U S U SI c d d d d 33 I U I UX 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 線路的額定電壓和基準(zhǔn)電壓（ kV） 額定電壓 0.38 6 10 35 110 220 500 基準(zhǔn)電壓 0.4 6.3 10.5 37 115 230 550 假設(shè)短路發(fā)生在 4WL，選基準(zhǔn)容量為 Sd，各級基準(zhǔn)電壓分別 為 Ud1=Uav1， Ud2=Uav2， Ud3=Uav3， Ud4=Uav4，則線路 1WL的電 抗 X1WL歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級的電抗 X1WL為 1WL的標(biāo)幺值電抗為 2 a v 3 a v 42 a v 2 a v 32 a v 1 a v

64、2 1 W L1 W L )()()( U U U U U UXX 2 d1 d 1 W L2 a v 1 d 1 W L2 d4 d 1 W L d 1 W L* 1 W L U SX U SX U SX Z XX 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式 上述分析表明：變壓器的變比標(biāo)幺值等于 1，這種近似估算 法避免了多級電壓系統(tǒng)中阻抗的換算，使得計(jì)算簡單、結(jié)果清 晰。這也是采用標(biāo)幺制法計(jì)算短路電流具有的突出優(yōu)點(diǎn)。 2 d1 d 1 W L2 a v 1 d 1 W L2 d4 d 1 W L d 1 W L* 1 W L U SX U SX U SX Z XX

65、電力變壓器的電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式 電力線路的電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式 oc d d 2 c oc 2 c d S* S / / S S SU SU X XX N d d 2 c N 2 c d T* T 1 0 0 % / / 1 0 0 % S SU SU SUU X XX kk 2 d 0 d 2 c 0 d wl* wl / cU SLX SU LX X XX 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值求出以后，即可根據(jù)其 電路圖進(jìn)行電路化簡，計(jì)算其總電抗標(biāo)幺值。由于各元件電抗 相對值與短路計(jì)算點(diǎn)的電壓無關(guān)，因此不需要進(jìn)行電壓換算， 這一點(diǎn)也是標(biāo)幺制法的優(yōu)越之處。 無

66、限大容量電源系統(tǒng)的概念 無限大容量電源系統(tǒng) 是指其容量相對于一個(gè)工廠（或任意一 個(gè)電力用戶）的用電設(shè)備容量大得多的電力系統(tǒng)，以致饋電用 戶的線路上無論如何變動甚至發(fā)生短路時(shí)， 系統(tǒng)變電站饋電母 線上的電壓能始終維持基本不變 。 在實(shí)際應(yīng)用中，為了簡化短路計(jì)算，通常把內(nèi)阻抗小于短路 回路總阻抗 10%的電源或系統(tǒng)均作為無窮大容量電源進(jìn)行分析。 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 無限大容量 系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值 *2 d * )3( k 1 333 XU S U S X U XX UI c d c cc 無限大容量 系統(tǒng) 三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值 * cd * d )3( k)*3( k 1 3/ 3/ XUS XUS I II cd 三相短路容量的計(jì)算公式 *d*dc( 3 )kc( 3 )k /33 XSXIUIUS 第 6章 負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 試用標(biāo)幺制法計(jì)算下圖所示供電系統(tǒng)中 k-1點(diǎn)和 k-2點(diǎn)的三 相短路電流和短路容量 。 確定基準(zhǔn)值 kA50.55.10732.1 1003 c1 d d1 U SI kA1 4 44.07 3 2.1 1 0