1、第二章 负荷计算主要内容v负荷曲线及计算负荷v负荷计算的常用方法v功率因数v无功补偿v变压器的选择第二章 负荷计算负荷计算目的v 企业用电总量v 选择各级变压器的容量v 架空线和电缆的截面积v 继电保护整定v 电器设备型号v 选择无功补偿装置负荷曲线v 电力系统中，用电设备所需的电功率称为电力负荷，简称为负荷。v电功率分为有功、无功和视在功率。v供电部门分配的负荷指标是每小时平均有功功率。v负荷曲线（load curve）是指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）。 v年最大负荷Pmax（平均最
2、大负荷）年最大负荷Pmax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最大负荷P30。v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Pav=W/t 年平均负荷：Pav=Wa/8760 负荷计算的几个物理量v规定取“半小时平均负荷”的原因：v一般中小截面导体的发热时间常数为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 3=31030（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
3、线的最高温升。负荷计算的几个物理量负荷曲线v反映负荷变化情况v曲线所包围的面积为用电负荷v为用电决策提供依据v曲线分类有多种有功，无功等梯形，平滑形日，季度，年图2-1 日有功曲线负荷计算常用的方法需用系数法二项系数法需用系数法求计算负荷v需用系数：用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。v根据用电设备额定容量及需用系数，计算实际负荷的方法，称为需用系数法。设备额定容量的确定用电设备按其工作方式可分为三种： （1）连续运行工作制（长期工作制）：长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，负荷比较稳定。负荷功率：等于铭牌下的额定功率（2）短时运行工作制（短暂工作制）：工作时间短，停歇时间
4、长。负荷功率：等于铭牌下的额定功率。 （3）断续运行工作制（重复短暂工作制） 周期性地工作，如此反复进行工作时间一般不超过10min 矿山通风机、压风机、水泵、提升机、照明等绞车、电动车 等吊车、电焊机 等用电设备实际负荷的计算 ndecaPKPtanPQcaca 单台用电设备的计算负荷单台用电设备的计算负荷单台用电设备的需用系数 wldeKK0负荷系数：用电设备不一定满负荷系数：用电设备不一定满负荷运行，此系数表示用电设备负荷运行，此系数表示用电设备实际功率与其额定功率之比；实际功率与其额定功率之比；用电设备组在实际功率时的效用电设备组在实际功率时的效率率线路供电效率一般取线路供电效率一般取
5、0.95用电设备实际负荷的计算v成组用电设备的计算负荷NdecaPKPwmcadetanPQwmcacacosPSn21nn2211wnPPPcosPcosPcosPcos 成组用电设备的需用系数wnwlsideKKK0该用电设备组的同时系数该用电设备组的同时系数该用电设备组的负荷系数该用电设备组的负荷系数线路供电效率线路供电效率同时工作设备的加权平均效率同时工作设备的加权平均效率n21nn2211wnPPPPPP 对需用系数法的评价v简单：只用一个公式v方便：查表v准确：Kd来自于多年的经验积累v明确：物理意义明确v适用范围广：基本各种情况都适用v特例：存在单台大容量电动机时会有一定误差，可
6、考虑用二项系数法。变电所总负荷的计算与变压器的选择v按需用系数法确定计算负荷总容量、需用系数 Pca、Qca为各组用电设备的有功、为各组用电设备的有功、无功计算负荷之和无功计算负荷之和Ksp、Ksq为考虑各组用电设备最大负为考虑各组用电设备最大负荷不同时出现的有功、无功组间荷不同时出现的有功、无功组间最大负荷同时系数，一般有功负最大负荷同时系数，一般有功负荷取荷取0.85-0.95，无功负荷取，无功负荷取0.9-0.97.P、Q、S为干线或变电所二次母为干线或变电所二次母线的总有功、无功、视在计算负线的总有功、无功、视在计算负荷。荷。cadePKPcasqQKQ22QPS变压器台数及容量的确定
7、1、主变压器台数的确定v具有一二类负荷的变电所： 两台： 矿山负荷的80% v大多数属于三类负荷的变电所： 1台（备用电源）。变压器台数及容量的确定2、变电所主变压器容量的确定 v两台变压器同时工作： v两台，一台工作，一台备用。 actpactpTNSKcosPKSacTNSSacTNSS25. 115. 1变压器的损耗计算v包括；有功功率损耗、无功功率损耗。v、变压器的有功功率损耗（1）空载损耗（铁损）：与变压器的负荷无关。可由空载实验测定。（2）铜损：与负荷电流（或功率）的平方成正比。由短路实验测得。有功损耗： 2TNTiTPPP变压器的损耗计算v变压器的无功功率损耗v（1）励磁电流造成
8、的损耗，与负荷无关。与励磁电流（或近似地与空载电流）成正比。v（2）负荷电流造成的损耗，与负荷电流（或功率）的平方成正比。202100%100%TNZTNTNTiTSuSIQQQ变压器的损耗计算v如果缺少参数，变压器的功率损耗可估算如下：v有功功率损耗： PT= 0.02Pcav无功功率损耗：QT=0.1Qca变压器经济运行分析v无功功率经济当量的概念v（1）定义：无功功率经济当量Kec，电力系统每输送1kvar的无功功率，在系统中所产生的有功功率损耗的千瓦数v（2）有关因素：Kec与输电距离、电压变换次数等因素有关。v（3）参考值：对于发电机直配用户 Kec=0.020.04；对于经两级变压
9、的用户 Kec=0.050.07；对于经三级以上变压的用户；Kec=0.080.15。（1）瞬时功率因数v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）。v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供电系统功率因数的改善（2）平均功率因数v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： W某一时间内消耗的有功电能（kWh）；由有功电度表读出。 V某一时间内消耗的无功电能（kvarh）；由无功电度表读出
10、。v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。 222)(11cosWVVWW供电系统功率因数的改善（3）自然功率因数v凡未装设人工补偿装置时的功率因数。（4）总功率因数v设置人工补偿装置后的功率因数。功率因数低的原因：感应电动机和变压器以及大功率电力电子拖动设备等提高功率因数的意义（1）提高电力系统的供电能力。在发电和输、配电的安装容量一定时，提高功率因数，相应减少无功功率的供给，电力系统输出的有功功率可以增加，增大了电力系统的供电能力。（2）降低输电线路功率损耗（3）减少线路的电压损耗（4）降低电能成本提高功率因数的意
11、义提高功率因数的意义国家奖励企业提高功率因数，功率因数太低时罚款，按照全国供用电规则，企业功率因数一般要求不小于0.85-0.95，否则必须采取措施。提高功率因数的方法v高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上人工补偿无功功率人工补偿无功功率提高自然功率因数提高自然功率因数提高功率因数数提高功率因数数（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： 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载行； 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； 电力变压
12、器不宜轻载运行； 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； 提高功率因数的方法提高功率因数的方法（2）人工补偿无功功率v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。v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动态无功功率补偿 并联电容器原理v原理：电感性负载电流滞后电网电压，而电容器的电流超前电网电压，这样就可以完全或部分抵消。减小功率因数角，提高功率因数。v方法：并联静电电容器v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
13、高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。功率因数的人工补偿补偿容量的确定Qc=Pav（tan1-tan2）=Pca（tan1-tan2）式中：Pca最大有功计算负荷，kW； 平均有功负荷系数； tan1、tan2补偿前、后平均功率因数角的正切值。电容器（柜）台数的确定v电容器的台数N：v每相所需电容器台数为 n = N / 3v因为电容器一般分成两组，分别接在变电所6（10）kV的两段母线上，所以n应取与计算值相等或稍大的偶数。 2NCNCCUUQQN单独补偿单独补偿分组补偿分组补偿集中补偿集中补偿电容器的补偿方式电容器的补偿方式-单独单独补偿：即对个别功率因数特别不好的大容量电气
14、设备及所需无功补偿容量较大的负荷，或由较长线路供电的电气设备进行单独补偿。优点：补偿效果最好。缺点：电容器将随着用电设备一同工作和停止，所以利用率较低、投资大、管理不方便。电容器的补偿方式-分组分组补偿：将全部电容器分别安装于功率因数较低的各配电用户的高压侧母线上。优点：电容器的利用率比单独就地补偿方式高，能减少高压电源线路和变压器中的无功负荷。缺点：不能减少干线和分支线的无功负荷，操作不够方便，初期投资较大。电容器的补偿方式-集中集中补偿：将电容器集中装设在企业总变电所的母线上，以专用的开关控制。优点：电容器的利用率较高，管理方便，能够减少电源线路和变电所主变压器的无功负荷。缺点：不能减少低
15、压网络和高压配出线的无功负荷，需另外建设专门房间。工矿企业目前多采用集中补偿方式。电容器的接线方式v接线方式分为三角形接线和星形接线三角形接线：当电容器额定电压按电网的线电压选择时，应采用三角形接线。星形接线：当电容器额定电压低于电网的线电压时，应采用星形接线。电容器的接线方式相同的电容器，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三分二，因此在实际工作中，电容器组多接成三角形接线。 若某一电容器内部击穿，当电容器采用三角形接线时，就形成了相间短路故障，有可能引起电容器膨胀、爆炸、使事故扩大；当采用星形
16、接线当某一电容器击穿时，不形成相间短路故障。静电电容器运行中的注意事项温度：静电电容器的周围空气极限温度是-40 C +40C，因此电容器室应有良好的通风，当周围空气温度达到35 C时，便应将电容器从电网中切除。电压：电容器对电压比较敏感，当电压升高而且超过电容器的额定电压时，很容易使电介质击穿，因此，在运行中应严格监视加在电容器上的电压。当线路电压降低时，电容器的输出功率随之下降，从而使电网所需无功功率加大，进一步使电压质量变坏。残压：电容器从电网上切断时，由于残余电荷的影响，接线端上有电压且其值和没有断开时一样，因此对电容器要求装设专用的放电设备。 保证1分钟内电容器组的残压在65V以下。1kV以上的电容器组用电压互感器做为放电设备，1kV以下的电容器组可用电阻或者白炽灯做为放电设备。
