负荷计算及无功补偿

式中：P ——最大有功计算负荷，kW； 式中：Pca——最大有功计算负荷，kW； α——月平均有功负荷系数； ——月平均有功负荷系数； tanϕ1、tanϕ2——补偿前、后平均功率因数角的正切值。 ——补偿前、后平均功率因数角的正切值。
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在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
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2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
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
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用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
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。 变化情况。
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（2）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 1 Wa cosϕwm = = 2 2
Wa +Wr
Wr 2 1+ ( ) Wa 式中： Wa----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度 ----某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；由有功电度 表读出。
综上可知, 综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题， 因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。目前 供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是 供电系统的一项重要的经济指标。
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2.4.6.3 功率因数的改善
（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：
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三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电 三相电容器，通常在其内部接成三角形，单相电 容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容器 接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压 时，才接成星形接线。 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 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。
2.4 功率因数与无功功率补偿
2.4.1 功率因数的计算
（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： P cosϕ = 3 UI
式中：P——功率表测出的三相功率读数（kW）； 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）； ——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）。 ——电流表测出的相电流读数（A
Wr----某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；由无功电度 ----某一时间内消耗的无功电能（kvar·h）；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。上式用以计算已投 入生产的工业企业的功率因数。
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对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算 方法：
=
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0.75×2400 (0.75× 2400)2 + (0.75× 2400×1.108 −1200)2
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= 0.91
① 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行； ② 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线； ③ 电力变压器不宜轻载运行； ④ 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； ⑤ 使用无电压运行的电磁开关。
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（2） 人工补偿无功功率
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》 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。
12Βιβλιοθήκη 例3.6.1 某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。根 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 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。（取平均负荷系数α=0.75） 后的实际平均功率因数。（取平均负荷系数α=0.75） 解 tanϕ1=tan(arccos0.67)=1.108 tanϕ2=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2） =0.75×2400×(1.108-0.484)=1122.66(kvar) (1.108n= Qc / Qc1=1122.66/40≈30(个)，每相装设10个。 =1122.66/40≈30( ，每相装设10个。 此时的实际补偿容量为30 40=1200(kvar)，所以补偿后实际平均 此时的实际补偿容量为30×40=1200(kvar)，所以补偿后实际平均 功率因数为 P αP av ca cosϕav = = Sav (αP )2 + (αP tanϕ1 − Qc )2 ca ca
P αP 1 av ca cosϕav = = = 2 2 Sav βQca 2 (αP ) + (βQca ) ca 1+ ( ) αP ca
式中： Pca----全企业的有功功率计算负荷，kW； ----全企业的有功功率计算负荷，kW； Qca----全企业的无功功率计算负荷，kvar； ----全企业的无功功率计算负荷，kvar； α----有功负荷系数，一般为0.7~0.75； ----有功负荷系数，一般为0.7~0.75； β----无功负荷系数，一般为0.76~0.82。 ----无功负荷系数，一般为0.76~0.82。
6 2 Qe =10× ( ) = 3.27(k var) 10.5
显然除了在不得已的情况下，这种降压使用的做法应避免。
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在确定总补偿容量Q 在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并联电 容器单只容量Q 容器单只容量Qc1决定并联电容器的个数： n=Qc/Qc1 由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏 大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍, 大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便三 相均衡分配。 相均衡分配。
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用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、分 组（分散）补偿和集中补偿三种。 个别补偿 将电容器直接安装在吸取无功功率的用电 设备附近； 分组（分散）补偿 将电容器组分散安装在各车间配 电母线上； 集中补偿 指电容器组集中安装在总降压变电所二次 侧（6~10kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧 侧（6~10kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧 （6~10kV或380V侧）。 6~10kV或380V侧）。 在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数 补偿到规定标准。 补偿到规定标准。
式中：Q －－电容器铭牌上的额定容量，kvar； 式中：QN－－电容器铭牌上的额定容量，kvar； Qe－－电容器在实际运行电压下的容量，kvar； －－电容器在实际运行电压下的容量，kvar； kvar UN－－电容器的额定电压，kV; －－电容器的额定电压，kV; U－－电容器的实际运行电压，kV。 －－电容器的实际运行电压，kV。 例如将YY10.5-10- 型高压电容器用在６kV的工厂变电所中作无功补偿设 例如将YY10.5-10-1型高压电容器用在６kV的工厂变电所中作无功补偿设 备，则每个电容器的无功容量由额定值10kvar降低为： 备，则每个电容器的无功容量由额定值10kvar降低为：
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（3）最大负荷时的功率因数 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：
P P ca ca = cosϕca = 2 Sca P2 + Qca ca
式中： Pca——全企业的有功功率计算负荷，kW； ——全企业的有功功率计算负荷，kW； Qca——全企业的无功功率计算负荷，kvar； ——全企业的无功功率计算负荷，kvar； ——全企业的视在计算负荷，kVA。 Sca——全企业的视在计算负荷，kVA。