工厂供配电技术PPT课件第二章 电力负荷计算及功率补偿.ppt

第二章 电力负荷计算及功率补偿,2.1 电力负荷和负荷曲线2.2 负荷统计、计算的方法2.3 企业负荷的确定与变压器的选择2.4 功率补偿技术,2.1 电力负荷和负荷曲线,2.1.1 负荷的基本概念2.1.2 用电设备的额定容量 2.1.3 负荷曲线的绘制和用途,2.1.1 负荷的基本概念,学习内容：1.什么是负荷？2.为什么负荷计算？3.电力负荷的类型4.负荷等级及供电要求,“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。,什么是负荷？,供电系统电气设备选择（导线、开关、变压器等）继电保护整定选择仪表量程安排供电方案及系统运行方式,为什么要进行负荷计算？,按用途可分为：照明负荷和动力负荷按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷（民用电）电力负荷（设备）按工作制的分类长期连续工作制短时工作制 这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长。断续周期工作制,3.电力负荷的类型,工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。1）一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者；或政治、经济上将造成重大损失者。在一级负荷中，特别重要的负荷是指在中断供电时 将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷。,4.负荷等级及供电要求,2）二级负荷 二级负荷为中断供电将在政治、经济 上造成较大损失者，3）三级负荷 三级负荷为一般的电力负荷.负荷供电要求 1）一级负荷对供电电源的要求 要求应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。对一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。,常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。2）二级负荷对供电电源的要求 要求做到当发生电力变压 器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。3）三级负荷对供电电源的要求 对供电电源无特殊要求,学习内容：设备容量的定义 为什么要换算设备容量？设备容量换算方法,2.1.2 用电设备的额定容量,设备的銘牌额定功率PN经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe来表示。注意：设备容量与设备额定功率的概念及不同点,1 设备容量的定义,目的：负荷统计计算；困难：设备种类不同；设备工作制不同；,2 为什么要换算设备容量？,生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电热设备；照明设备。,工厂常用用电设备类型,生产机械的拖动设备,电焊和电镀设备,电焊设备,电焊机的工作特点是：（1）工作方式呈一定的周期性，工作时间和停歇时间相互交替。（2）功率较大。（3）功率因数很低。（4）一般电焊机的配置不稳定，经常移动。,电镀设备的工作特点是：（1）工作方式是长期连续工作的。（2）供电采用直流电源，需要晶闸管整流设备。（3）容量较大，功率因数较低。,电镀的作用：防止腐蚀，增加美观，提高零件的耐磨性或导电性等，如镀铜、镀铬。,电镀设备,电热设备,电热设备的工作特点是：（1）工作方式为长期连续工作方式。（2）电力装置一般属二级或三级负荷。（3）功率因数都较高，小型的电热设备可达到1。,照明设备,常用照明设备白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。,照明设备的工作特点：（1）工作方式属长期连续工作方式。（2）除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外，其它类型的灯具功率因数均较低。（3）照明负荷为单相负荷，单个照明设备容量较小。,4 工厂用电设备的工作制,长期连续工作制设备,短时工作制设备,反复短时工作制设备,能长期连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行时负荷比较稳定。如：照明设备、电动扶梯、空调风机、电炉等。,这类设备的工作时间较短，停歇时间较长。如：金属切削用的辅助机械(龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置)、水闸用电动机等。,这类设备的工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，且工作时间与停歇时间有一定比例。如起重机、电焊机、电梯等,（21）,起重电动机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。电焊设备的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。,通常用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比来表示负荷持续率（或称暂载率）,负荷持续率,工作时间,停歇时间,同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的下。,断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系,5 设备容量的确定,1.长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 2.反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。,对起重电动机应统一换算到=25%，换算公式为：,（32）,起重电动机,换算后设备容量,（换算前）设备铬牌额定功率,设备铬牌暂载率,对电焊机设备，应统一换算到=100%，换算公式为：,（3-3）,电焊机设备,设备铬牌额定容量,设备铬牌功率因数,2.1.3 负荷曲线绘制与用途,1 什么是负荷曲线？电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势的数学手段：可用来预测负荷变化趋势。2 负荷曲线用途确定系统运行方式安排供电计划安排设备检修计划,（1）按负荷性质分有功负荷曲线无功负荷曲线（2)按负荷变动的时间分日负荷曲线(24h)年负荷曲线（8760h,3 负荷分类,4 日负荷曲线的绘制,24小时内负荷随时间的变化，随季节、地区不同而变绘制的方法（1）以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。,（2）通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔（一般为半小时）将其读数记录下来，求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。,日负荷曲线的绘制,负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小（功率kW、kvar）。,日有功负荷曲线,依点连成的负荷曲线,梯形负荷曲线,年负荷曲线又分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。反映一年内逐月（或逐日）电力系统最大负荷的变化。年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，仅按全年的负荷变化，按不同负荷值在年内累计持续时间重新排列组成。,5 年负荷曲线,年负荷曲线,年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时间（全年按8760h计）的关系。,年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘制的。,年最大负荷Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷，它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax假设负荷按最大负荷Pmax持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。,6 负荷曲线特征量,平均负荷Pav和年平均负荷,平均负荷就是负荷在一定时间t内平均消耗的功率,年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。,负荷系数:负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav,与其最大负荷Pmax的比值，即,2.2 负荷计算的方法,2.2.1 概述 计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。,2.2.1 概述,负荷计算:是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。,PC-负荷的有功计算负荷 QC-负荷的无功计算负荷SC-负荷的视在计算负荷 IC-负荷的计算电流,在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S,视在功率等于网络端钮处电流、电压有效值的乘积，而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作，外电路需传给网络的能量或该网络的容量。因此，在实际中，通常是用额定电压和额定电流来设计和使用用电设备的，用视在功率来标示它的容量。S=3UI视在功率的单位为伏安或千伏 安，,有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率，比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。,无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如：40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。,需要系数法,二项式系数法,需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。,二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。,负荷计算方法,负荷计算统计方法,由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数，用Kd表示。,需要系数Kd,2.2.2 需要系数法,需要系数法,需要系数,用电设备组所有设备容量之和,每组用电设备的设备容量,需要系数法需要系数,需要系数,同时系数K：并非供电范围内的所有用电设备都会同时投入使用,负荷系数KL：并非投入使用的所有电气设备任何时候都会满载运行,电气设备的平均效率e：电气设备额定功率与输入功率不一定相等,线路的平均效率W1：考虑直接向电气设备配电的配电线路上的功率损耗后，电气设备输入功率与系统向设备提供的功率不一定相同,注：工程实际中，很难通过Kd的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表求得其经验值,需要系数法求解的几个问题,（1）对12台用电设备宜取(2)用电设备组的计算负荷 有功计算负荷：无功计算负荷：,需要系数法求解的几个问题,视在计算负荷：计算电流：,表 各用电设备组的需要系数Kd及功率因数,需要系数法求解的几个问题,(3)多组用电设备的计算负荷 总的有功计算负荷：总的无功计算负荷：,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。,需要系数法求解的几个问题,总的视在计算负荷：总的计算电流：,在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。,例 2-1,某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA，），车间有吊车1台11kW，），试计算此车间的计算负荷。,解：（1）金属切削机床组的计算负荷 查表3.2取需要系数和功率因数为：,所以，有,（2）电焊机组的计算负荷查表 取需要系数和功率因数为：,（3）吊车组的计算负荷查表取需要系数和功率因数为,（4）全车间的总计算负荷 根据表3.3，取同时系数，所以全车间的计算负荷为：,一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW，其中较大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机1.2kW2台；电阻炉1台2kW。试求计算负荷（设同时系数Kp、Kq均为0.9）。,例 2-2,解:(1)冷加工机床：查表可得Kd1=0.2，cos1=0.5，tg1=1.73 Pca1=Kd1Pe1=0.250=10kW Qca1=Pc1tg1=101.73=17.3kvar(2)通风机：Kd2=0.8，cos2=0.8，tg2=0.75 Pca2=Kd2Pe2=0.82.4=1.92kW Qca2=Pc2tg2=1.920.75=1.44kvar,(3)电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量 Pca3=Pe3=2kW Qca3=0(4)车间计算负荷：Pca=Kp(Pca1+Pca2+Pca3)=0.9(10+1.92+2)=12.53,2.2.3 二项式法确定计算负荷,当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的 计算负荷时，采用二项式法。对于同一工作制的单组用电设备，二项式系数法 的基本公式为:,但是必须注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n2x时，则x 宜相应取小一些，建议取为x=n/2如果用电设备组只有12台设备时，就可认为P30=Pe，即 b=1、c=0。,2.2.4 单相用电设备组计算负荷的确定,1、概述当有多台单相用电设备时，应将它们均匀地分接到三相上，使三相负荷尽可能均衡。规定，在计算范围内，单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时，可按三相负荷对称分配考虑，如单相用电设备容量大于三相用电设备总容量的15%时，则单相设备容量应换算成等效三相设备容量，再于三相设备容量相加。单相设备较多的线路中，不论单相设备接于线电压还是相电压，只要三相负荷不平衡，Pe 应按3倍最大相负荷进行换算，以满足安全运行。,2、单相设备组等效三项负荷计算 单相用电设备应尽可能均衡分配在三相线路上。（单相设备的总容量不超过三相设备的15否则：（一）单相用电设备仅接于相电压 Pe=3 Pe.max（二）单相用电设备仅接于线电压,(三)单相设备分别接于线电压和相电压时 首先将接于线电压的设备换算为接于相电压，然后分相计算各相的设备容量和计算负荷，总的等效三相有功计算负荷就是最大有功计算负荷相的有功计算负荷的倍，总的等效三相无功计算负荷就是对应最大有功负荷相的无功计算负荷的倍，最后再按公式计算出S30和I30。,2.3 企业负荷的确定与变压器的选择,2.3.1、供电线路的功率损耗 式中 R 线路每相电阻 X 线路每相电抗,2.3.2、变压器的功率损耗式中 铁心损耗(铁耗)；绕组损耗(铜耗)；空载损耗；短路损耗。,式中:变压器空载无功损耗 变压器在额定负荷下,消耗在 一、二次绕组电抗上的无功 损耗。变压器空载电流占额定电 流的百分比。变压器短路电压占额定电 压的百分比。变压器负荷率,在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损耗可按下式近似计算：,2.3.3、供配电系统年电能损耗线路年平均损耗变压器年平均损耗,最大负荷损耗小时数。其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电流 流过 小时后所产生的电能损耗，等于实际变化电流时的电能损耗。,全厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备的基本依据，也是计算工厂的功率因数和无功补偿容量的基本依据。,2.3.4 全厂计算负荷的确定,确定全厂计算负荷的方法,需要系数法,按年产量或年产值估算法,逐级计算法,将全厂用电设备的总容量（不含备用设备的容量）乘以全厂需要系数，即得到全厂有功计算负荷。,有功计算负荷,无功计算负荷,视在计算负荷,计算电流,确定全厂计算负荷的公式为：,1.按需要系数法确定工厂计算负荷,工厂的年产量A乘以单位产品耗电量a，可得工厂全年的需电量：,2.按年产量或年产值估算工厂的计算负荷,各类工厂的单位产品耗电量a，可查有关设计手册。在求出工厂的年耗电量后，即可求出全厂的有功计算负荷：,为全厂的年最大负荷利用小时数,其他、的计算，与上述需要系数法相同,1）按年产量估算工厂的计算负荷,工厂的年产值B乘以单位产值耗电量b，可得工厂全年的需电量：,各类工厂的单位产值耗电量b，可查有关设计手册。在求出工厂的年耗电量后，即可求出全厂的有功计算负荷：,为全厂的年最大负荷利用小时数,其他、的计算，与上述需要系数法相同,2）按年产值估算工厂的计算负荷,3.按逐级计算法确定工厂计算负荷,在确定全厂计算负荷时，应从用电末端开始逐步向上推算至电源进线端。,逐级计算法示意图,P30.5应为其所在出线上的计算负荷P30.6之和，再乘以同时系数K。,P30.3由P30.4等几条干线上计算负荷之和乘以一个同时系数K而得到,1 用户总负荷计算,总负荷计算原则：求各用电设备的设备容量 用需要系数法逐级计算 在配电点要考虑同时系数 PC=KP*PCi QC=KQ*QCi,在变压器的安装处要考虑变压器的损耗 PC2=PC1+PT QC2=QC1+QT 线路中的损耗原则可不考虑 在并联电容安装处，要考虑补偿容量,计算目的：用于选择其开关设备和导线截面 注意事项：首先确定不同工作制和计及工作效率的设备 容量。计算负荷为：,(1)根据负荷分布确定供电系统(2)供给单台用电设备的支线的计算负荷确定,总负荷计算的步骤,(3)用电设备组计算负荷的确定 计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电气设备。注意事项：不计设备备用容量。计算负荷为：,(4)车间变电所低压母线计算负荷的确定 计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。注意事项：减去无功补偿容量 需要选用同时系数 计算负荷为：,(5)车间变电所高压母线的计算负荷确定 计算目的：依次选择高压配电线及其上的电气设备。注意事项：计入变压器损耗；估算法的应用。计算负荷为：,(6)总降变电所低压侧母线的计算负荷确定 计算目的：选主变压器及母线等设备。注意事项：计入线路损耗；减去无功补偿容量。计算负荷为：,(7)总降变电所高压侧的计算负荷确定（总负荷）计算负荷为：,(8)最后，求得最大负荷时的功率因数和需要系数的计算值,注意：是针对负荷群制定的，对于单台设备，不存在需要稀疏。设备台数越多，越准确；在查表取用需要系数时，注意负荷群的划分；,计算负荷 就是用户向供电部门提供的最大有功负荷（全厂总容量），作为申请用电之用。功率因素可供判断是否进行无功补偿。需要系数用来和现有手册作比对。,2.3.5 尖峰电流及计算,尖峰电流(peak current)是指单台或多台用电设备持续时间1s2s的短时最大负荷电流。它是由于电动机起动、电压波动等原因引起的，它与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大得多。计算尖峰电流的目的是选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置，计算电压波动及检验电动机自起动条件等。,一、给单台用电设备供电的支线尖峰电流计算,单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流(starting current)，因此尖峰电流为 式中 用电设备的起动电流；用电设备的额定电流；用电设备的起动电流倍数(可查产品样本或铭牌，对笼型电动机一般为57，对绕线转子电动机一般为23，直流电动机一般为17，对电焊变压器一般为3或稍大)。,二、给多台用电设备供电的干线尖峰电流计算,引至多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算：或 式中 和 分别为用电设备中起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流及其起动电流与额定电流之差；将起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外 的其他n-1台设备的额定电流之和；上述n-1台的同时系数，按台数多少选取，一般为 0.71；全部设备投入运行时线路的计算电流。,尖峰电流及其计算,【例2.6】有一条380V配电干线，给3台电动机供电。已知=5A，=4A，=10A，=35A,=16A，=3，求该配电线路的尖峰电流。解：=35A5A=30A=16A4A=12A=310A10A=20A可见，=30A，则=35A，取=0.9，因此该线路的尖峰电流为=0.9(4+10)A+35A=47.6A,什么是功率因素？,2.4.功率因素及补偿技术,2 功率因数降低后，无功功率增加，将带来以下不良后果：增加输电线路上的电能损耗设备容量不能充分利用线路电压损耗增大。,3 国家相关规定：我国有关规程规定（100kv及以上）高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其它工厂则不得低于0.85。目前，供电部门征收电费，将用户的功率因数高低作为一项重要的经济指标,4 功率因数的确定,工厂电力供应在设计阶段要根据设计计算的功率因数和供电局指定的功率因数提出为提高功率因数所用的补偿装置类型和容量。设计阶段应用的功率因数:不同用电设备在最大负荷工作班测定利用系数时取得的。即 式中 某组用电设备在最大负荷工作班内的有功电能消耗量；某组用电设备在最大负荷工作班内的无功电能消耗量。,5 功率因数的确定,对于多组用电设备或全厂自然功率因数正切的均权平均值，在设计阶段可以按下式计算：设工厂的自然功率因数均权平均正切值为，供电部门要求的功率因数正切值为，则补偿容量可按下式计算：式中-求得的全厂最大负荷工作班的平均功率。或式中，称为无功补偿率，或比补偿容量。无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由 提高到 所需要的无功补偿容量千乏值。,如某一企业的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67，有功负荷系数为0.75。要使其平均功率因数提高到0.9(在10kV侧固定补偿)，问需要装设多大容量的并联电容器？如果采用BWF10.5401型电容器，需装设多少个？解：=tan(arccos0.67)=1.1080=tan(arccos0.9)=0.4843=0.752400(1.10800.4843)=1122.66kvar=1122.66/40=28 考虑到三相均衡分配，应装设30个，每相10个，此时并联电容器的实际补偿容量为3040=1200kvar，此时的实际平均功率因数为=0.91,满足要求。,（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：瞬时功率数是用来了解和分析工厂在生产过程中无功功率变化的情况，以便采取适当的补偿措施。,1）工厂的功率因数,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）。,功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力。,瞬时功率因数是用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率变化的情况，以便采取适当的补偿措施。,（2）平均功率因数-又称加权平均功率因数 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：Wp-某一时间内消耗的有功电能（kWh）；由有功电度表读出。Wq-某一时间内消耗的无功电能（kvarh）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。若平均功率因数高于规定值，可减收电费，反之要加收电费，以鼓励用户设法提高平均功率因数。,（3）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：规程规定：100kVA及以上高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其他电力用户和工厂不得低于0.85。若达不到上述规定，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿,2)提高功率因数的方法 功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数，然后再进行人工补偿。（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,主要措施有：,1)合理选择电动机的规格、型号；,2)防止电动机空载运行；,3)保证电动机的检修质量；,4)合理选择变压器的容量；,5)交流接触器的节电运行,（2）人工补偿功率因数 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,并联电容器人工补偿 采用并联电力电容器的方法来补偿无功功率，从而提高功率因数,是目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置。它具有下列优点:,有功损耗小，约为0.25%0.5%，而同步 调相机约为1.5%3%；无旋转部分，运行维护方便；可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点；个别电容器损坏不影响整个装置运行；短路时，同步调相机增加短路电流，增大了用户开关的断流容量，电容器无此缺点。,缺点：如只能有级调节，而不能随无功变化进行平滑的自动调节，当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。,同步电动机补偿,过去，由于同步电动机的励磁装置是同轴的直流电机，其价格高，维修麻烦，所以同步电动机应用不广。,在满足生产工艺的要求下，选用同步电动机，通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数。,随着半导体变流技术的发展，励磁装置已比较成熟，因此采用同步电动机补偿是一种比较经济实用的方法。,动态无功功率补偿,在现代工业生产中，有一些容量很大的冲击性负荷(如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等)，它们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢无法满足要求。因此，必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置。,目前已投入到工业运行的静止动态无功功率补偿装置有：,可控饱和电抗器式静补装置,自饱和电抗器式静补装置,晶闸管控制电抗器式静补装置,晶闸管开关电容器式静补装置,并联电容器的接线,(3)并联电容器的装设与控制,对单相电容器：若电容器的额定电压与三相网络的额定电压相同，应将其接成形；若电容器的额定电压低于三相网络额定电压，应将其接成Y形。电容器采用形接线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿，而采用Y形接线时，一相电容器断线时，断线相将失去无功补偿。,并联补偿的电力电容器大多采用形接线，对于低压(0.5kV以下)并联电容器，因为大多是做成三相的，故其内部已接成形。,当电容器采用形接线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸，这对高压电容器特别危险。电容器采用Y形接线时，在其中的一相电容器发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，运行相对比较安全。GB50053-199410kV及以下变电所设计规范规定：高压电容器组宜接成中性点不接地丫形，容量较小时(450kvar及以下)宜接成形；低压电容器组应接成形。,并联电容器的接线,并联电容器的装设地点,按并联电力电容器在用户供配电系统中的装设位置，并联电容器的补偿方式有3种，即高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿(个别补偿)，如图2.2所示。,图2.2并联电容器在工厂供配电系统中的装设位置和补偿效果,高压集中补偿 高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所的610kV母线上。该补偿方式只能补偿总降压变电所的610kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿。补偿范围最小，经济效果较后两种补偿方式差。由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较 少。且总降压变电所610kV母线停电机会少，因此电容器 利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用相当普遍。,如上图所示为接在变配电所610kV母线上的集中补偿的并联电容器的接线图。采用的是形接线，并选用成套的高压电容器柜。FU是为防止电容器击穿时引起相间短路的高压熔断器保护。电压互感器TV作为电容器的放电装置。,图2.3 高压集中补偿电容器组的接线,由于电容器从电网上切除时会有残余电压，其值高达电网电压的峰值，对人身很危险。所以须装设放电装置。为确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关。,低压集中补偿 低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。该补偿方式只能补偿车间变电所低压母线前变压器和高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用相当普遍。,如左图所示为低压集中补偿的电容器组的接线。电容器也采用形接线，和高压集中补偿不同的是，放电装置为放电电阻或220V，1525 W的白炽灯的灯丝电阻。如果用白炽灯放电的话，白炽灯还可起指示电容器组是否正常运行的作用。,图3.3 低压集中补偿电容器组的接线,单独就地补偿 单独就地补偿(个别补偿或分散补偿)是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组。该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好。投资较大，而且如果被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率较低。同时存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件影响等缺点。所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合。,如左图所示为直接接在感应电动机旁的单独就地补偿的低压电容器组的接线。其放电装置通常为用电设备本身的绕组电阻。,图3.4感应电动机旁就地补偿的低压电容器组的接线,并联电容器的控制方式是控制并联电容器的投切，有固定控制方式和自动控制方式两种。固定控制方式是并联电容器不随负荷的变化而投入或切除。自动控制方式是并联电容器的投切随着负荷的变化而变化，且按某个参量进行分组投切控制。,并联电容器的控制方式,1)按功率因数进行控制,2)按负荷电流进行控制,3)按受电端的无功功率进行控制,自动控制方式：,并联电容器主要故障形式是短路故障，它可造成相间短路。对于低压电容器和容量不超过400kvar高压电容器，可装设熔断器来作电容器的相间保护；对于容量较大的高压电容器，则需要采用高压断路器控制，装设瞬时或短延时的过电流继电保护来作相间保护。,并联电容器的保护,工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功补偿装置。,4）无功功率补偿,图3.5 无功功率补偿原理图,假设功率因数由 提高到，在有功功率 不变的条件下，无功功率由 减小到，视在功率将由 减小到。,右图表示了功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。,相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低。节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。,由下图可知，要使功率因数由 提高到，必须加装无功补偿装置（并联电容器），则无功功率补偿的容量为：,为无功补偿率,在确定了总的补偿容量后，可根据所选并联电容器的单个容量 来确定电容器的个数，即：,对于单相电容器，n 应取3的倍数，以便三相均衡分配,图3.5 无功功率补偿原理图,无功补偿率是表示要使1kW的有功功率由 提高到 所需要的无功补偿容量kvar值,补偿前：补偿后：,4 最大负荷时功率因数-由计算负荷计算,用途：统计备查,5 月平均功率因数-由平均功率计算,补偿前,补偿后,用途：用户供电系统设计补偿容量,6 均权功率因数-由消耗的电能计算,用途：电力公司调整电费,补偿后,补偿前,例 某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。根据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？并计算补偿后的实际平均功率因数。解 tan1=tan(arccos0.67)=1.108tan2=tan(arccos0.9)=0.484Qc=Pav（tan1-tan2）=2400(1.108-0.484)=1497.6(kvar)n=Qc/Qc1=1497.6/4039(个)，每相装设13个。此时的实际补偿容量为3940=1560(kvar)，所以补偿后实际平均功率因数为,5）无功补偿后的工厂计算负荷,当无功补偿设备装设位置确定后，根据无功补偿原理，无功补偿设备实际上是对装设点以前的无功功率进行补偿。因此，在确定无功补偿设备装设点以前的计算负荷时，应扣除无功补偿容量。,补偿后的总的视在计算负荷为,补偿后的总计算电流为：,补偿后的总的无功计算负荷为：,例 某厂拟建一降压变电所，装设一台10/0.4kV的主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW，无功计算负荷为800kvar。为了使工厂变电所高压侧的功率因数不低于0.9，如在低压侧装设并联电容器进行补偿，需要装设多少补偿容量？补偿后工厂变电所高压侧的计算负荷为多少？在变压器容量选择上有何变化？,解：,(1)补偿前变压器容量和功率因数,变压器低压侧视在计算负荷为：,因此未考虑无功补偿时，主变压器容量可选为1250kVA,低压侧的功率因数为：,变压器的功率损耗为：,高压侧的计算负荷为：,高压侧的功率因数为：,如果在变压器低压侧装设电容器进行补偿，而要求高压侧功率因数不低于0.9时，由于一般变压器的无功功率损耗大于有功功率损耗，低压侧功率因数一般不得低于0.92。,(2)无功补偿容量,取 0.92，现低压侧功率因数,因此要使变电所低压侧功率因数由0.63提高到0.92，需在低压侧补偿的无功容量为：,取,(3)补偿后重新选择变压器容量,补偿后低压侧的视在计算负荷为：,因此无功功率补偿后的主变压器容量可选为800kVA,(4)补偿后高压侧的计算负荷和功率因数,补偿后变压器的功率损耗为：,补偿后变电所高压侧的计算负荷为：,补偿后工厂变电所高压侧的功率因数为：,满足相关规定的要求,(5)无功补偿前后的比较,无功补偿后，主变压器的容量由1250kVA减少到了800kVA，减少了450kVA。不仅减少了投资，而且减少了电费的支出，提高了功率因数。我国供电企业对工业用户是实行的“两部电费制”：一部分叫基本电费，按所装用的主变压器容量来计费，规定每月按kVA容量大小交纳电费。另一部分叫电能电费，按每月实际耗用的电能kWh来计算电费，并且要根据月平均功率因数的高低乘上一个调整系数。,5.全厂计算负荷确定实例,以某涤纶厂为例说明全厂计算负荷确定的步骤。负荷情况及计算负荷的确定见下表,冷冻车间：,计算步骤如下：,其余车间计算过程相同。,由于,工厂变电所变压器低压侧的计算负荷为：,欲将功率因数从0.802提高到0.93，低压侧所需的补偿容量为：,补偿后的计算负荷为,变压器的损耗为：,全厂高压侧计算负荷为：,补偿后工厂功率因数为：,