第6章 工厂的节约用电

第六章 工厂的节约用电
第四节 功率因数的人工补偿 如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因 数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求时，则需考虑人工无功功 率补偿的方式。功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系如图 所示。在负荷需要的有功功率P不变的条件下，无功功率由Q减小到Q’, 视在功率减小，相应的负载电流也减小，这将使系统的电能损耗和电 压损耗相应的降低，从而提高了电网的传输能力，既节约了电能，又 提高了电压质量。 无功补偿设备主要有同步补偿机和 并联电力电容器，只有在经过技术经济 比较，确认采用同步电动机作为无功补 偿装置合理时，才可采用同步电动机。
负荷率：电网的平均有功负荷与最高有功负荷的比率。 Kp=Pp/Pmax×100% 式中： Kp--日负荷率 Pp--日平均有功负荷 Pmax--日最高有 功负荷 负荷率是一个小于1的数，它是衡量用电均衡程度的指标，从经 济运行角度考虑，负荷率愈接近1，表明电气设备的利用率愈高，有利 于降损节能。 电网负荷率与系统有功负荷高峰低谷有关。电网负荷率高表明该 地区负荷峰谷差较小，负荷比较平均，电网负荷率低说明该地区峰谷差 异较大，需要削峰填谷，使各时段负荷变化减小。调整负荷，提高负荷 率，不仅使用电单位的用电达到经济合理， 而且也为整个电网的安全经 济运行创造了条件。
SecT S N
P0 K q Q0
PK K q QN
变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压器的经济负荷系数或经 济负荷率，用Kec.T或用β表示。
K ecT
SecT SN
P0 K q Q0 PK K q QN
一般电力变压器的经济负荷率约为50%左右。
（2）对负荷不足的电动机降低外加电压的办法提高功率因数。如对 负荷轻的感应电动机的定子绕组由三角形改接为星形或将定子绕组分段 改接。 （3）限制感应电动机的空负荷运行。 （4）提高电动机的检修质量。 2. 正确选择变压器容量，提高其负荷率，其负荷率在75%~80%较合适。 3.采用同步电动机提高自然功率因数 采用提高自然功率因数的方法是一种最经济有效的方法。但是，如 果变压器带有容量大的季节性负荷，合理选择变压器容量就比较困难。 例如中央空调系统，单机容量都比较大，从几十千瓦到上百千瓦，而空 调的使用有季节性，若只选择一台变压器对全局供电，为使空调工作时 变压器不过载，变压器容量只能选得较大，而当空调不工作时，变压器 就工作在轻载状态，功率因数就会显著降低。对于这种情况，单靠提高 自然功率因数的办法满足不了对功率因数的要求，必须采用人工补偿的 方法来提高功率因数。
就企业的无功功率而言，一般感应电动机占70%，变压器占20%，线路占
10%。由此可见，电动机和变压器消耗的无功功率大，自然功率因数比较 低，特别是在空载运行时功率因数更低。
为了降低无功功率消耗，提高自然功率因数，通常可采取下列措施：
1.合理选择电动机的大小 （1）以小容量电动机代替负荷不足的大容量电动机，避免大 马拉小车，及时更换负载率小于40%的电动机。
例1、试计算S9-630/10型变压器的经济负荷和经济负荷率。 解 查附录表得S9-630/10型变压器的有关技术数据：△P0=1.2kW， △PK=6.2kW， I0%=0.9，UK%=4.5。 计算得 △Q0≈630×0.009kvar=5.67kvar 计算得 △QN≈630×0.045kvar=28.35kvar 取Kq=0.1，得此型号变压器的经济负荷率为
变压器在负荷为S时的综合有功损耗为
S 2 S 2 P P Kq QT P0 PK ( ) Kq Q0 Kq QN ( ) T SN SN
即：
式中:Δ PT为变压器的有功损耗（kW）；
S 2 P P0 K q Q0 (PK K q QN )( ) SN
负载系数
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第二节 工厂的功率因数及对供电系统的影响
（一）功率因数的概念
1、概念 有功功率与视在功率之比称为功率因数，用λ 表示。 在线性电路中，功率因数等于电压与电流相位差的余弦，即：
P S cos
功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程 度和用电管理水平的一项重要指标。
S cr S N n(n 1)
P0 K q Q0
PK K q QN
例题：某车间变电所装有两台S9-800／10型配电变压器(Dynll联结)， 试计算其经济运行的临界负荷值。 解：查相关表得S9-800/10型变压器的有关技术数据：△P0=1.4kW， △PK=7.5kW， I0%=2.5，UK%=5。 将S9-800／10型变压器的技术数据，代入公式即得判别此两台变压器 经济运行的临界负荷(取Kq=0.1)为：
P2 100% 2 2 P1 P0 PK K q Q0 K q Q N P2 100% 2 P1 P0 P K
效率特性 效率η 也随负载率的变化而变化的关系 通常最高效率位于 β =0.5∽0.6之间 最佳负荷率为 50% ∽60%
I2 I2N
因此变压器的经济负荷为 Sec.T=Kec.T×SN=0.44×630kVA=277.2kVA
2、两台变压器经济运行的临界负荷计算 两台同型号同规格的变压器，每台额定容量为SN，总负荷为S0， 临界负荷Scr
S cr S N 2
P0 K q Q0
PK K q QN
当S0＜Scr时，宜于一台变压器运行； 当S0＞Scr时，宜于两台变压器运行。 如果是n台同型号同规格的变压器，判别n台与n-1台经济运行的 临界负荷为：
Δ QT为变压器的无功损耗（kvar）； Δ P0为变压器的空载有功损耗（kW）; Δ PK为变压器的短路有功损耗（kW）; Δ Q0为变压器空载时的无功损耗（kvar）； Δ QN为变压器额定负荷时的无功损耗（kvar）； SN为变压器的额定容量（kVA）。
其中：变压器的空载无功损耗ΔQ0近似计算
（二）工厂的功率因数对供电系统的影响
影响主要表现在以下两个方面：
(1)在输送的有功功率相同的情况下，较低的功率因数将导致系统电流
增加。系统电流增加将产生以下后果： ①增加供配电系统中变压器、线缆、母线、开关、互感器等供电设 备的容量，从而增加系统的投资成本； ②增加供配电系统的功率损耗，从而增加系统的运行成本； ③增加电压损失，使调压困难并降低供电质量，电气设备运行条件 变差。
I0 % Q0 SN 100
额定负荷时的无功损耗△QN近似计算
UK % QN SN 100
式中：I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值， UK%为变压器的短路电压百分比。
1、一台变压器运行的经济负荷计算 要使变压器运行在经济负荷(Sec.T)下，就应满足变压器单位容量的 综合有功损耗△P/S为最小值的条件。令d(△P/S)/dS=0，可得变压器的 经济负荷为
（一）电能节约的意义
电能应用极为广泛，能源问题是我国也是当今世界各国面临的一 个严重问题，由于电能能创造比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工 业产值，因此多节约lkWh的电能，就能为国家多创造若干财富。 （二）工厂中与节约电能密切相关的技术指标 1、电力要素（负荷率）
2、电量（单位产品的耗电定额、变配电设备及线路的电能损耗）
第六章 工厂的节约用电
第一节 工厂企业中的电能节约
第二节 工厂的功率因数及对供电系统的影响
第三节 提高自然功率因数
第四节 功率因数的人工补偿
第六章 工厂的节约用电
本章主要内容： 节约电能的意义 节约电能必须采取的一些基本措施 电力变压器的经济运行
提高工厂供电系统功率因数
第六章
工厂的节约用电
第一节 工厂企业中的电能节约
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（四） 电力变压器的经济运行 经济运行：能使电力系统的有功损耗最小、经济效益最佳的一种运行方 式。电力变压器经济运行是指电力变压器运行时降低有功功率损耗，提 高效率，获得最佳经济效益的运行方式。 电力系统的有功损耗，不仅与设备的有功损耗有关，而且与设备的 无功损耗有关，因为无功功率的存在，将使系统中的电流增大，从而使 电力系统的有功损耗增加。为了计算设备的无功损耗在电力系统中引起 的有功损耗增加量，引入一个换算系数，即无功功率经济当量,其表示 电力系统中每减少lkvar的无功功率，相当于电力系统所减少的有功功 率损耗数，对工厂变配电所来说，无功功率经济当量Kq=0.02～0.15(平 均取0.1)。 因此，变压器的有功损耗加上变压器的无功损耗所换算的等效有 功损耗，就称为变压器综合有功损耗（有功损耗换算值）。
(2)由于在低功率因数情况下，变压器输出有功功率减少，系统输送的
有功成份减少，无功成份增加，降低了供电设备的有效利用率。 （3）对电力系统的发电设备而言，无功电流增大，转子的去磁效应增
加，电压降低，过度增大激磁电流，使转子绕组的温升超过允许范围。
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第三节 提高自然功率因数 提高功率因数的方法分为提高自然功率因数和功率因数的人工补偿。 自然功率因数是指用电设备自身所具有的功率因数，其高低与设备的 负荷率有关。 在企业中，有许多电感性的电气设备，如变压器、电动机等。据统计，
cos Pc / Sc
我国电力工业部规定：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供 电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，一般应达到下列规定： 100KVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、 中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。农业用电，功 率因数为0.80及以上。
Scr S N
1.4 0.1 20 2 800 2 616 KVA PK K q QN 7.5 0.1 40
P0 K q Q0
因此当负荷S<615kVA时，宜于一台运行；当负荷S>615kVA 时，则宜于两台并列运行
3、变压器的效率
η P2 P2 P2 100% 100% 100% P1 P2 ΔP P2 Pcu Fe ＋P
3、功率因数
（三）工厂电能节约的一般措施
1、加强工厂供用电系统的科学管理 1）加强能源管理，建立和健全管理机构和制度；
2）实行计划供用电，提高能源利用率； 3）实行负荷调整，“削峰填谷”，提高供电能力； 4）实行经济运行方式，全面降来自百度文库系统能耗；
5）加强运行维护，提高设备的检修质量；
2、搞好工厂供用电系统的技术改造 1）逐步更新淘汰现有低效高耗能的供用电设备； 2）改造现有不合理的供配电系统，降低线路损耗； 3）选用高效节能产品，合理选择供用电设备容量，提高设备负荷率； 4）改革落后工艺，改进操作方法； 5）采用无功补偿设备，人工提高功率因数(一般规定功率因数不得低 于0.9) 。
2、工厂的功率因数 （1）瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表(相位表)直接测量， 亦可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出(间接测量)：
cos P /( 3IU)
瞬时功率因数用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的 变化情况，以便采取适当的补偿措施。
（2）加权平均功率因数
“加权平均”是相对于“算术平均”而言的，它是考虑各自“权重” （权数）情况下的平均数。 举例：A产品10件，每件10元；B产品8件，每件12元。计算A、B产品 的平均价格： 1、算术平均数：（10+12）/2＝11元 2、加权平均数：（10×10+8×12）/（10+12）＝8.91元 这个地方，“数量”就是各自的权重。
按下式计算：
cos W p / W p2 Wq2 1 / 1 (Wq / WP ) 2
式中， W p 为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； q为 W 某一时间内消耗的无功电能，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，就规定电费要按月加权平 均功率因数的高低来调整，进行经济核算。在实际应用中使用最广泛。 （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，按下式计算：