第2章20131127

1、第二章第二章 電力負(fù)荷計(jì)算電力負(fù)荷計(jì)算電力工程基礎(chǔ)電力工程基礎(chǔ)南京理工大學(xué)南京理工大學(xué)電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5第二章第二章 電力負(fù)荷計(jì)算電力負(fù)荷計(jì)算2.1 電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線2.2 計(jì)算負(fù)荷的意義計(jì)算負(fù)荷的意義2.3 確定計(jì)算負(fù)荷的方法確定計(jì)算負(fù)荷的方法2.4 尖峰電流的計(jì)算尖峰電流的計(jì)算2.5 無功功率補(bǔ)償無功功率補(bǔ)償電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5u電力負(fù)荷（電力負(fù)荷（electric power load）又稱又稱電力負(fù)載電力負(fù)載，有兩種含義：，有兩種含義：（1）指耗用電能的指耗用電能的用電設(shè)備或用戶用電設(shè)備或用戶

2、，如說重要負(fù)荷、一般負(fù)荷、，如說重要負(fù)荷、一般負(fù)荷、動力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。動力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。（2）指用電設(shè)備或用戶耗用的指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流功率或電流大小，如說輕負(fù)荷大小，如說輕負(fù)荷（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。等。電力負(fù)荷的具體含義視具體情況而定。電力負(fù)荷的具體含義視具體情況而定。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 一、電力負(fù)荷的分級及供電要求一、電力負(fù)荷的分級及供電要求 供電方式供電方式:由兩個(gè)由兩個(gè)獨(dú)立電源獨(dú)立電源供電；設(shè)應(yīng)急電源供電；設(shè)應(yīng)急電源1一級負(fù)荷一級負(fù)荷

3、：中斷供電將可能造成：中斷供電將可能造成人身傷亡人身傷亡；或造成重大；或造成重大設(shè)備損壞，重大產(chǎn)品報(bào)廢，產(chǎn)生設(shè)備損壞，重大產(chǎn)品報(bào)廢，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失重大的經(jīng)濟(jì)損失；或在；或在政治政治造成重大影響造成重大影響。2二級負(fù)荷二級負(fù)荷：中斷供電將造成主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品報(bào)：中斷供電將造成主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品報(bào)廢，重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失。廢，重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)，或在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失。 供電方式供電方式:由由雙回路雙回路供電供電3三級負(fù)荷三級負(fù)荷：所有不屬于一、二級負(fù)荷的電力負(fù)荷。：所有不屬于一、二級負(fù)荷的電力負(fù)荷。 供電方式供電方式:對供電電源無特殊要求。對供電電源無

4、特殊要求。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 二、用電設(shè)備的工作制二、用電設(shè)備的工作制 1連續(xù)運(yùn)行工作制（長期工作制）連續(xù)運(yùn)行工作制（長期工作制）：這類工作制的設(shè)備在這類工作制的設(shè)備在長期連續(xù)負(fù)荷下運(yùn)行，且運(yùn)行時(shí)間長到足以使之達(dá)到熱平衡長期連續(xù)負(fù)荷下運(yùn)行，且運(yùn)行時(shí)間長到足以使之達(dá)到熱平衡狀態(tài)狀態(tài) 。 2短時(shí)運(yùn)行工作制（短時(shí)工作制）短時(shí)運(yùn)行工作制（短時(shí)工作制）：這類工作制的設(shè)備在這類工作制的設(shè)備在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短（短于達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間），恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短（短于達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間），而停歇時(shí)間長（長到足以使設(shè)備溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫而停歇時(shí)間長（長到足以使

5、設(shè)備溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫度）。度）。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-53斷續(xù)周期工作制（反復(fù)短時(shí)工作制）斷續(xù)周期工作制（反復(fù)短時(shí)工作制）：這類工作制的設(shè)這類工作制的設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，而工作周備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，而工作周期一般不超過期一般不超過10min，無論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達(dá)，無論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達(dá)到熱平衡到熱平衡 。暫載率（負(fù)荷持續(xù)率）：暫載率（負(fù)荷持續(xù)率）：指設(shè)備工作時(shí)間與工作周期的指設(shè)備工作時(shí)間與工作周期的百分比值，即百分比值，即%100%1000tttTt吊車：吊車：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有標(biāo)準(zhǔn)暫載率

6、有15%、25%、40%和和60%四種四種 電焊機(jī)：電焊機(jī)：標(biāo)準(zhǔn)暫載率有標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%和和100%四種四種 二、用電設(shè)備的工作制二、用電設(shè)備的工作制 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 三、負(fù)荷曲線三、負(fù)荷曲線1負(fù)荷曲線的分類負(fù)荷曲線的分類按性質(zhì)分：按性質(zhì)分：有功負(fù)荷曲線有功負(fù)荷曲線和和無功負(fù)荷曲線無功負(fù)荷曲線 按負(fù)荷持續(xù)時(shí)間分：按負(fù)荷持續(xù)時(shí)間分：日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線和、月負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線年負(fù)荷曲線2負(fù)荷曲線的繪制負(fù)荷曲線的繪制 日負(fù)荷曲線（圖日負(fù)荷曲線（圖2.1） ：逐點(diǎn)描繪法、梯形曲線法：逐點(diǎn)描繪法、梯形曲線法年負(fù)荷曲線：年負(fù)荷曲線

7、：年最大負(fù)荷曲線（圖年最大負(fù)荷曲線（圖2.3 ）：）：或稱運(yùn)行年負(fù)荷曲線?；蚍Q運(yùn)行年負(fù)荷曲線。圖圖2.3 年最大負(fù)荷曲線年最大負(fù)荷曲線電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5圖圖2.1 日有功負(fù)荷曲線日有功負(fù)荷曲線a）折線圖）折線圖 b）梯形圖）梯形圖作用：作用：電力系統(tǒng)調(diào)度電力系統(tǒng)調(diào)度部門用于安排部門用于安排發(fā)電發(fā)電計(jì)劃計(jì)劃 ;電力系統(tǒng)計(jì)劃部門電力系統(tǒng)計(jì)劃部門用于進(jìn)用于進(jìn) 行電力系統(tǒng)的行電力系統(tǒng)的電力電量平衡電力電量平衡和確定運(yùn)行方式和確定運(yùn)行方式(如調(diào)峰如調(diào)峰 容量容量、調(diào)壓和無功調(diào)壓和無功補(bǔ)償補(bǔ)償方式等方式等)以及進(jìn)行以及進(jìn)行安全分析安全分析 。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)2

8、01320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5取夏季為取夏季為200天，冬季為天，冬季為165天，則圖中功率天，則圖中功率P1所占時(shí)間為：所占時(shí)間為： 圖圖2.2 全年時(shí)間負(fù)荷曲線的繪制全年時(shí)間負(fù)荷曲線的繪制a）夏季典型日負(fù)荷曲線）夏季典型日負(fù)荷曲線 b）冬季典型日負(fù)荷曲線）冬季典型日負(fù)荷曲線 c）全年時(shí)間負(fù)荷曲線）全年時(shí)間負(fù)荷曲線全年時(shí)間負(fù)荷曲線（圖全年時(shí)間負(fù)荷曲線（圖2.2 ）：或稱年負(fù)荷持續(xù)曲線。）：或稱年負(fù)荷持續(xù)曲線。111222() 200200165TttTtt電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理

9、量四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量1年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大負(fù)荷年最大負(fù)荷Pmax ：指全年中消耗電能最多的半小時(shí)的平均指全年中消耗電能最多的半小時(shí)的平均功率，即功率，即 30maxPP年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax在此時(shí)間內(nèi)，用戶以年最大負(fù)荷在此時(shí)間內(nèi)，用戶以年最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能恰好等于持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能恰好等于全年實(shí)際消耗的電能，如圖全年實(shí)際消耗的電能，如圖2.4所所示。示。 max87600maxmaxdPtpPWTa可見：年負(fù)荷曲線越平坦，可見：年負(fù)荷曲線越平坦，Tmax越大；年負(fù)荷曲線越陡，越大；年負(fù)荷曲線越陡，T

10、max越小。越小。圖圖2.4 年最大負(fù)荷與年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大負(fù)荷與年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量四、與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量1年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-52平均負(fù)荷與負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷與負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷平均負(fù)荷Pav：在一定時(shí)間在一定時(shí)間t內(nèi)消耗的平均功率，即內(nèi)消耗的平均功率，即 tWPtav負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷系數(shù) KL：平均負(fù)荷與最大平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，即負(fù)荷的比值，即maxavPPKL年平均負(fù)荷為（圖年平均負(fù)荷為（圖2.5

11、）:8760avaWP可見，可見，KL越大，負(fù)荷曲線越平坦，負(fù)荷波動越小。越大，負(fù)荷曲線越平坦，負(fù)荷波動越小。圖圖2.5 年平均負(fù)荷年平均負(fù)荷電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算負(fù)荷： 通過負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用以按發(fā)熱條件選通過負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用以按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備的一個(gè)擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備的一個(gè)假想的持續(xù)負(fù)荷值假想的持續(xù)負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷，稱為計(jì)算負(fù)荷，用用Pc（和（和Qc 、Sc 、 Ic ）表示。）表示。30maxPPPc通常把根據(jù)通常把根據(jù)半小時(shí)平均負(fù)荷半小時(shí)平均負(fù)荷所所繪制的負(fù)荷曲線上的繪制的負(fù)荷曲線上的 “最大負(fù)最大負(fù)荷荷”稱為計(jì)

12、算負(fù)荷，并作為稱為計(jì)算負(fù)荷，并作為按按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，因此因此一般中小截面導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)一般中小截面導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)為為10min以上，而導(dǎo)體通過電流達(dá)到以上，而導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為34，即載，即載流導(dǎo)體大約經(jīng)半小時(shí)（流導(dǎo)體大約經(jīng)半小時(shí)（30min）后可）后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值達(dá)到穩(wěn)定溫升值 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5max30eedPPKPPaveuPKP3二項(xiàng)式系數(shù)二項(xiàng)式系數(shù)b、c。1需要系數(shù)需要系數(shù)Kd：負(fù)荷曲線中的負(fù)荷曲線中的最大有功計(jì)算負(fù)荷最大有功計(jì)算負(fù)荷Pmax與與全部全部用電

13、設(shè)備設(shè)備容量用電設(shè)備設(shè)備容量之比值，即之比值，即 2利用系數(shù)利用系數(shù)Ku：負(fù)荷曲線中的平均計(jì)算負(fù)荷負(fù)荷曲線中的平均計(jì)算負(fù)荷Pav與全部用電與全部用電設(shè)備的設(shè)備容量之比值，即設(shè)備的設(shè)備容量之比值，即 常用的幾個(gè)系數(shù)常用的幾個(gè)系數(shù)30LdeeeWLK KPK PP 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 一、概述一、概述 求計(jì)算負(fù)荷的方法有：需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法、利求計(jì)算負(fù)荷的方法有：需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法、利用系數(shù)法和用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電量法單位產(chǎn)品耗電量法等。等。 二、按需要系數(shù)確定計(jì)算負(fù)荷二、按需要系數(shù)確定計(jì)算負(fù)荷1設(shè)備容量設(shè)備容量Pe的確定的確定對長期工作制和短時(shí)

14、工作制的用電設(shè)備：對長期工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備：對反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備：其設(shè)備容量是指換算到統(tǒng)對反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備：其設(shè)備容量是指換算到統(tǒng)一暫載率下的額定功率。一暫載率下的額定功率。 折算方法：按同一周期等效發(fā)熱條件進(jìn)行換算。折算方法：按同一周期等效發(fā)熱條件進(jìn)行換算。30dePK PNePP電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 吊車電動機(jī)組（包括電葫蘆、起重機(jī)、行車等吊車電動機(jī)組（包括電葫蘆、起重機(jī)、行車等 ）的設(shè)備容）的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到量：指統(tǒng)一換算到=25%時(shí)的額定功率（時(shí)的額定功率（kW），即），即21QI RtRQItQ，當(dāng) 、一定時(shí)，同同一一

15、周周期期的的而而tIPNNNNeePPPP NN25NN2PPPe1P因因此此電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 電焊機(jī)及電焊變壓器的設(shè)備容量電焊機(jī)及電焊變壓器的設(shè)備容量：指統(tǒng)一換算到指統(tǒng)一換算到=100%時(shí)的額定功率（時(shí)的額定功率（kW），即），即 NNNNN100NNcosSPPPe照明設(shè)備的設(shè)備容量：照明設(shè)備的設(shè)備容量： 白熾燈、碘鎢燈的設(shè)備容量：等于燈泡上標(biāo)注的額定功率；白熾燈、碘鎢燈的設(shè)備容量：等于燈泡上標(biāo)注的額定功率； 熒光燈應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的熒光燈應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的20%），），其設(shè)備容量應(yīng)為燈管額定功率的其設(shè)備容

16、量應(yīng)為燈管額定功率的1.2倍；倍； 高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損高壓水銀熒光燈和金屬鹵化物燈也應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器中的功率損失（約為燈泡功率的失（約為燈泡功率的10%），其設(shè)備容量可取燈管額定功率），其設(shè)備容量可取燈管額定功率的的1.1倍。倍。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-52單臺用電設(shè)備單臺用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷對長期連續(xù)工作的單臺用電設(shè)備：對長期連續(xù)工作的單臺用電設(shè)備： ePP30對需要計(jì)及效率的單臺用電設(shè)備（如電動機(jī)）：對需要計(jì)及效率的單臺用電設(shè)備（如電動機(jī)）： ePP303用電設(shè)備組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷NedUSIQPSPQPK

17、P3tan303023023030303030式中，式中，P30 、 Q30、 S30的單位分別為的單位分別為kW、kvar、kVA；Kd為需為需要系數(shù)，查附錄表要系數(shù)，查附錄表1。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5需要系數(shù)需要系數(shù)Kd的意義的意義 各用電設(shè)備因工作情況不同，可能不同時(shí)工作，因此應(yīng)考各用電設(shè)備因工作情況不同，可能不同時(shí)工作，因此應(yīng)考慮一個(gè)同時(shí)使用系數(shù)慮一個(gè)同時(shí)使用系數(shù) ; ;K 各用電設(shè)備在工作時(shí)，不一定全部在滿負(fù)荷下運(yùn)行，因此各用電設(shè)備在工作時(shí)，不一定全部在滿負(fù)荷下運(yùn)行，因此應(yīng)考慮一個(gè)負(fù)荷系數(shù)應(yīng)考慮

18、一個(gè)負(fù)荷系數(shù) ; ;LK 各用電設(shè)備各用電設(shè)備的平均效率的平均效率 ; e 線路的供電效率線路的供電效率 。 WLedeWLeLPKPKKP30WLeLdKKK因此，用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷為因此，用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷為:電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5例例2.1 已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有380V的三相電的三相電動機(jī)動機(jī)7.5kW3臺，臺，4kW8臺，臺，3kW17臺，臺，1.5kW10臺。試用需要系數(shù)臺。試用需要系數(shù)法求其計(jì)算負(fù)荷。法求其計(jì)算負(fù)荷。 解：此機(jī)床組電動機(jī)的總?cè)萘繛榻猓捍藱C(jī)床組電動機(jī)的總?cè)萘繛椴楦戒洷聿楦戒洷?中

19、中“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)”項(xiàng)，得項(xiàng)，得 （?。ㄈ?.16），）， 。因此可求得因此可求得7.5kW 34kW 83kW 17 1.5kW 10120.5kWeP 0.16 0.2dK cos0.5,tan1.73電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5有功計(jì)算負(fù)荷有功計(jì)算負(fù)荷無功計(jì)算負(fù)荷無功計(jì)算負(fù)荷視在計(jì)算負(fù)荷視在計(jì)算負(fù)荷計(jì)算電流計(jì)算電流300.16 120.5=19.28kWP 3019.28 1.73=33.35kvarQ3019.28=38.56kVA0.5S3038.56=58.59A30.38I電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)20132

20、0132022-5-52.多組用電設(shè)備多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷3030.3030.2230303030303piqiNPKPQKQSPQISU 當(dāng)車間配電干線上有多組用電設(shè)備時(shí)，各組用電設(shè)備的最當(dāng)車間配電干線上有多組用電設(shè)備時(shí)，各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)計(jì)入一個(gè)大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)同時(shí)系數(shù)。0.80 0.90pK0.85 0.95qK0.85 0.95pK0.90 0.97qK對車間干線，取對車間干線，取0.90 0.95pK0.90 0.97qK對低壓母線，分如下兩種情況：對低壓母線，分如下兩種情況：（1）由用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，?。┯?/p>

21、用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，?。?）由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，?。┯绍囬g干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，取電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5/kWePcostan30/kWP30/kvarQ30/kVAS30/AI0.950.97pqKK序號用電設(shè)備組名稱臺數(shù)n容量需要系數(shù)Kd計(jì)算負(fù)荷1金屬切削機(jī)床205031017.32通風(fēng)機(jī)52.41.83電阻爐120.7101.40車間總計(jì)235513.819.113

22、.118.522.734.5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 二、按二項(xiàng)式系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷二、按二項(xiàng)式系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷1對同一工作制的單組用電設(shè)備對同一工作制的單組用電設(shè)備303030223030303030tan3xeNPcPbPQPSPQISU式中，式中，b、c為二項(xiàng)式系數(shù)，可查附錄表為二項(xiàng)式系數(shù)，可查附錄表1； 為由為由x臺容量臺容量最大用電設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的最大用電設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)增加的附加負(fù)荷附加負(fù)荷（kW）；）； 為為該用電設(shè)備組的該用電設(shè)備組的平均負(fù)荷（平均負(fù)荷（kW）。）。 ebPxcP電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程

23、基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-52對不同工作制的多組用電設(shè)備對不同工作制的多組用電設(shè)備30max30max223030303030N()()tan(tan3xexmaxePcPbPQcPbPSPQISU（）式中，式中， 為各用電設(shè)備組附加負(fù)荷為各用電設(shè)備組附加負(fù)荷 中的最大中的最大值；值； 為各用電設(shè)備組平均負(fù)荷的總和；為各用電設(shè)備組平均負(fù)荷的總和； 為與為與 對應(yīng)的功率因數(shù)角的正切值；對應(yīng)的功率因數(shù)角的正切值； 為各用電設(shè)備組為各用電設(shè)備組對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值。對應(yīng)的功率因數(shù)的正切值。maxxcP（）ebP（）tanmaxmaxxcP（）tanxcP例例2.3 已知某機(jī)修車

24、間的金屬切削機(jī)床組，擁有已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，擁有380V的三相電動機(jī)的三相電動機(jī)7.5kW3臺，臺，4kW8臺，臺，3kW17臺，臺，1.5kW10臺。試用二項(xiàng)式法求其計(jì)算負(fù)荷。臺。試用二項(xiàng)式法求其計(jì)算負(fù)荷。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5尖峰電流：尖峰電流：持續(xù)持續(xù)12s的短時(shí)最大負(fù)荷電流，主要由的短時(shí)最大負(fù)荷電流，主要由用電設(shè)用電設(shè) 備起動所備起動所引起。引起。尖峰電流尖峰電流主要用來主要用來計(jì)算電壓波動計(jì)算電壓波動、選擇熔斷器選擇熔斷器和和

25、自動開自動開關(guān)關(guān)等電氣設(shè)備，也用來等電氣設(shè)備，也用來整定繼電保護(hù)裝置整定繼電保護(hù)裝置和和校驗(yàn)電動機(jī)的校驗(yàn)電動機(jī)的自啟動條件自啟動條件等。等。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 一、單臺用電設(shè)備的尖峰電流一、單臺用電設(shè)備的尖峰電流單臺用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動電流，即單臺用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動電流，即NststpkIKII 二、多臺用電設(shè)備不同時(shí)啟動時(shí)的尖峰電流二、多臺用電設(shè)備不同時(shí)啟動時(shí)的尖峰電流max.11.stniiNpkIIKImax30)NstpkIIII（或或 式中，和式中，和分別為用電設(shè)備中啟分別為用電設(shè)備中啟動電流與額定電流動電流與額定電流之差最大

26、之差最大的那臺設(shè)備的啟動電流及其啟動電流與額定電流之差；的那臺設(shè)備的啟動電流及其啟動電流與額定電流之差； max.stImax)NstII （鼠籠型電機(jī)：鼠籠型電機(jī)：57；繞線型電機(jī)：繞線型電機(jī)：23；直流電機(jī)：直流電機(jī)：1.52。 為同時(shí)系數(shù)，取為同時(shí)系數(shù)，取0.7-1；K電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 三、用電設(shè)備同時(shí)自啟動的尖峰電流三、用電設(shè)備同時(shí)自啟動的尖峰電流如果有一組用電設(shè)備需同時(shí)參與自啟動，則其尖峰電流等如果有一組用電設(shè)備需同時(shí)參與自啟動，則其尖峰電流等于所有用電設(shè)備的啟動電流之和，即于所有用電設(shè)備的啟動電流之和，即niiNistpkIKI1.)(ist

27、K.iNI.式中，式中，n為參與自為參與自啟啟動的用電設(shè)備臺數(shù)；動的用電設(shè)備臺數(shù)； 和和為分別對為分別對應(yīng)于第應(yīng)于第i臺用電設(shè)備的起啟電流倍數(shù)和額定電流。臺用電設(shè)備的起啟電流倍數(shù)和額定電流。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5一、功率因數(shù)低的不良影響一、功率因數(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。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。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。使供配電設(shè)備的容量不

28、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)電成本提高。使發(fā)電機(jī)的出力下降，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電成本提高。因?yàn)楣β室驍?shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時(shí)，系統(tǒng)中輸送的因?yàn)楣β室驍?shù)越低，在保證輸送同樣的有功功率時(shí)，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?？傠娏髟酱?，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)允許超過額定值，根據(jù) ，功率因數(shù)越低，輸出的有功，功率因數(shù)越低，輸出的有功功率越小，使設(shè)備的

29、容量不能得到充分利用，降低了供電能力。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。cos3UIP 當(dāng)有功功率保持不變時(shí)，功率因數(shù)越低，無功電流越大，對發(fā)電機(jī)當(dāng)有功功率保持不變時(shí)，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，端電壓越低，發(fā)電機(jī)就達(dá)不到預(yù)定的出力。轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)越大，端電壓越低，發(fā)電機(jī)就達(dá)不到預(yù)定的出力。 由于由于 ，當(dāng)，當(dāng)P、R、X 一定時(shí)，功率因數(shù)越低，一定時(shí)，功率因數(shù)越低，Q越越大，則大，則 越大。越大。 UNUQXPRU電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 可由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或可由功率因數(shù)表（相位表）直接讀出，或由

30、電壓表、電流表和功率表在同一時(shí)刻的讀數(shù)按下式求出：由電壓表、電流表和功率表在同一時(shí)刻的讀數(shù)按下式求出： 二、功率因數(shù)的計(jì)算二、功率因數(shù)的計(jì)算1. 瞬時(shí)功率因數(shù)：瞬時(shí)功率因數(shù)： UIP3cos指某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。指某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)，功率因數(shù)的平均值。其計(jì)算公式為：其計(jì)算公式為：2. 均權(quán)功率因數(shù)：均權(quán)功率因數(shù)： 22cosqpPavWWW瞬時(shí)功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的情況。瞬時(shí)功率因數(shù)值代表某一瞬間狀態(tài)的無功功率的情況。 式中，式中， Wp為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；）；Wq為同一為同一時(shí)間內(nèi)消耗的無功電能（時(shí)間內(nèi)消耗的無功電能（k

31、varh）。）。 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5 指在年最大負(fù)荷（即計(jì)算負(fù)荷）指在年最大負(fù)荷（即計(jì)算負(fù)荷）時(shí)的功率因數(shù)。其計(jì)算公式為：時(shí)的功率因數(shù)。其計(jì)算公式為：3. 最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)：最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)： 3030cosSP注意：注意：在供電設(shè)計(jì)中考慮無功補(bǔ)償時(shí)，嚴(yán)格地講，應(yīng)按均權(quán)功在供電設(shè)計(jì)中考慮無功補(bǔ)償時(shí)，嚴(yán)格地講，應(yīng)按均權(quán)功率因數(shù)是否滿足要求來計(jì)算，但為簡便起見，常按率因數(shù)是否滿足要求來計(jì)算，但為簡便起見，常按最大負(fù)荷時(shí)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)的功率因數(shù)來計(jì)算補(bǔ)償容量。來計(jì)算補(bǔ)償容量。 我國供電部門每月向工業(yè)用戶收取電費(fèi)，就是按月均權(quán)功我國供電部門每月向工業(yè)

32、用戶收取電費(fèi)，就是按月均權(quán)功率因數(shù)的高低來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因率因數(shù)的高低來調(diào)整的。并規(guī)定：高壓供電的用戶，其功率因數(shù)不應(yīng)低于數(shù)不應(yīng)低于0.9，其他電力用戶的功率因數(shù)不應(yīng)低于其他電力用戶的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.85。若達(dá)若達(dá)不到以上要求，應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)償，否則要加收電費(fèi)。不到以上要求，應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)償，否則要加收電費(fèi)。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5三、提高功率因數(shù)的方法三、提高功率因數(shù)的方法 提高自然功率因數(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

33、功率因數(shù)。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)荷不足的大容量電動機(jī)。用小容量的電動機(jī)代替負(fù)荷不足的大容量電動機(jī)。n 正確選用感應(yīng)電動機(jī)的型號和容量正確選用感應(yīng)電動機(jī)的型號和容量 當(dāng)電動機(jī)的負(fù)荷系數(shù)當(dāng)電動機(jī)的負(fù)荷系數(shù) KL70%時(shí)，可以不換；當(dāng)時(shí)，可以不換；當(dāng) KL40%時(shí)，必須換小電機(jī)；當(dāng)時(shí)，必須換小電機(jī)；當(dāng)40% KL 70%時(shí)，則需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)時(shí)，則需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再進(jìn)行更換。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，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)。從而可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。對負(fù)荷

34、不足的電動機(jī)可用降低外加電壓的辦法提高功率因?qū)ω?fù)荷不足的電動機(jī)可用降低外加電壓的辦法提高功率因數(shù)。數(shù)。114.44dpmUEfWkQ電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5定子繞組的匝數(shù)不能減少。定子繞組的匝數(shù)不能減少。114.44dpmUEfW kQ所以所以降低增加增加減小cos01IWm降低增加降低下降增加增加cos2(021mmmmmXUIWfXR）n 限制感應(yīng)電動機(jī)的空載運(yùn)行限制感應(yīng)電動機(jī)的空載運(yùn)行n 提高感應(yīng)電動機(jī)的檢修質(zhì)量提高感應(yīng)電動機(jī)的檢修質(zhì)量變壓器的負(fù)荷系數(shù)在變壓器的負(fù)荷系數(shù)在60%以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，其最佳負(fù)荷系數(shù)為以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，其最佳負(fù)荷系數(shù)為75%8

35、0%，因此變壓器不宜輕載運(yùn)行。一般當(dāng)變壓器的負(fù)荷系數(shù)因此變壓器不宜輕載運(yùn)行。一般當(dāng)變壓器的負(fù)荷系數(shù) KL30%時(shí)，才考慮換小時(shí)，才考慮換小容量的變壓器。容量的變壓器。對負(fù)荷率不大于對負(fù)荷率不大于0.7及最大負(fù)荷不大于及最大負(fù)荷不大于90%的繞線式異步電動機(jī)，必要時(shí)可使其同的繞線式異步電動機(jī)，必要時(shí)可使其同步化運(yùn)行。即當(dāng)繞線式異步電動機(jī)起動完畢后，向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵磁，步化運(yùn)行。即當(dāng)繞線式異步電動機(jī)起動完畢后，向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵磁，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動機(jī)牽入同步運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)與同步電動機(jī)一樣，在過勵磁產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動機(jī)牽入同步運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)與同步電動機(jī)一樣，在過勵磁下，電動機(jī)

36、可向電網(wǎng)送入無功功率，從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。下，電動機(jī)可向電網(wǎng)送入無功功率，從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。氣隙氣隙不能增加。不能增加。n 合理使用變壓器合理使用變壓器n 感應(yīng)電動機(jī)同步化運(yùn)行感應(yīng)電動機(jī)同步化運(yùn)行 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-52提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法采用移相電容器（即靜電電容器）采用移相電容器（即靜電電容器） 采用同步電動機(jī)采用同步電動機(jī)采用同步調(diào)相機(jī)采用同步調(diào)相機(jī) 靜電電容器具有重量輕、安裝方便、投資小、故障范圍小、有功功率損耗靜電電容器具有重量輕、安裝方便、投資小、故障范圍小、有功功率損耗小、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)企業(yè)中應(yīng)

37、用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置。小、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置。調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的勵磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，就能向電網(wǎng)輸調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的勵磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，就能向電網(wǎng)輸送無功功率，因而能提高企業(yè)的功率因數(shù)。送無功功率，因而能提高企業(yè)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，專門向電網(wǎng)輸送無功功率，同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，專門向電網(wǎng)輸送無功功率，大容量的同步調(diào)相機(jī)主要裝設(shè)在電力系統(tǒng)的區(qū)域性變電所，作為該地區(qū)的大容量的同步調(diào)相機(jī)主要裝設(shè)在電力系統(tǒng)的區(qū)域性變電所，作為該地區(qū)的無功補(bǔ)償電源，用于提高該地區(qū)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量。無功

38、補(bǔ)償電源，用于提高該地區(qū)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5四、電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟硭?、電容器并?lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?在工業(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設(shè)備的等值電路可視為電阻在工業(yè)企業(yè)中，絕大部分電氣設(shè)備的等值電路可視為電阻R和電感和電感L的串聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為：的串聯(lián)電路，其功率因數(shù)可表示為： SPQPPXRRL2222cos當(dāng)在當(dāng)在R、L電路中并聯(lián)接入電容器電路中并聯(lián)接入電容器C后，如圖后，如圖2-8a）所示）所示，回路電流為：回路電流為： CRLIII&圖圖2-8 電容器無功補(bǔ)償原理圖電容器無功補(bǔ)償原理圖電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)20132013

39、2022-5-5欠補(bǔ)償欠補(bǔ)償 ：補(bǔ)償后電流：補(bǔ)償后電流 落后電壓落后電壓 ，如圖，如圖2-8b）所示。）所示。 IU過補(bǔ)償過補(bǔ)償 ：補(bǔ)償后電流：補(bǔ)償后電流 超前電壓超前電壓 ，如圖，如圖2-8c）所示。）所示。 IU一般都不采用過補(bǔ)償，因?yàn)檫@將引起變壓一般都不采用過補(bǔ)償，因?yàn)檫@將引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，會增大電容器本身器二次側(cè)電壓的升高，會增大電容器本身的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，的損耗，使溫升增大，電容器壽命降低，同時(shí)還會使線路上的電能損耗增加。同時(shí)還會使線路上的電能損耗增加。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5五、電容器的補(bǔ)償方式五、電容器的補(bǔ)償方式1電容器

40、的接線方式電容器的接線方式低壓電容器一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，低壓電容器一般接成三角形。高壓電容器組宜接成星形，但容量較?。ǖ萘枯^?。?50kvar及以下）時(shí)可接成三角形。及以下）時(shí)可接成三角形。 n由于，而，因此電容器接成三角形時(shí)的容量為采用星由于，而，因此電容器接成三角形時(shí)的容量為采用星形接線時(shí)的形接線時(shí)的3倍倍 。n若電容器采用三角形接線，一電容器斷線時(shí)，三相線路仍能得到無功補(bǔ)償；而采若電容器采用三角形接線，一電容器斷線時(shí)，三相線路仍能得到無功補(bǔ)償；而采用星形接線時(shí)，一相電容器斷線，該相將失去無功補(bǔ)償，造成三相負(fù)荷不平衡。用星形接線時(shí)，一相電容器斷線，該相將失去無功補(bǔ)償，

41、造成三相負(fù)荷不平衡。n但是，電容器采用三角形接線時(shí)，任一電容器擊穿將造成兩相短路，有可能發(fā)生但是，電容器采用三角形接線時(shí)，任一電容器擊穿將造成兩相短路，有可能發(fā)生電容器爆炸電容器爆炸 ；而采用星形接線時(shí)，若一相電容器擊穿，短路電流數(shù)值相對較小。；而采用星形接線時(shí)，若一相電容器擊穿，短路電流數(shù)值相對較小。因此星形接線較之三角形接線安全多了。因此星形接線較之三角形接線安全多了。 2CUQCUU3CQ電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-52電容器的裝設(shè)位置（補(bǔ)償方式）電容器的裝設(shè)位置（補(bǔ)償方式）高壓集中補(bǔ)償：高壓集中補(bǔ)償：將高壓電容器組集中安裝在企業(yè)或地方總將高壓電容器組集中安裝在

42、企業(yè)或地方總降壓變電所降壓變電所610kV母線上。母線上。低壓分組補(bǔ)償：低壓分組補(bǔ)償：將低壓電容器組分散安裝在各車間變電所將低壓電容器組分散安裝在各車間變電所低壓母線上。低壓母線上。個(gè)別補(bǔ)償：個(gè)別補(bǔ)償：將電容器組直接安裝在需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)母鲗㈦娙萜鹘M直接安裝在需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)母鱾€(gè)用電設(shè)備附近。個(gè)用電設(shè)備附近。電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)201320132022-5-5必須指出：必須指出：電容器從電網(wǎng)上切除后有殘余電壓，其最高可達(dá)電容器從電網(wǎng)上切除后有殘余電壓，其最高可達(dá)電網(wǎng)電壓的峰值。所以電容器組應(yīng)裝設(shè)電網(wǎng)電壓的峰值。所以電容器組應(yīng)裝設(shè)放電裝置放電裝置，且其放電，且其放電回路中回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)設(shè)備不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)設(shè)備，以免放電回路斷開，