第二章　负荷计算与无功功率补偿

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1、第二章　负荷计算与无功功率补偿本章提要：本章首先简介负荷计算的有关基本知识，然后着重讲述用电设备组计算负荷的确定方法，介绍线路尖峰电流的计算，接着讲述供电系统无功补偿、总计算负荷的确定及电能节约。本章是分析供电系统和进行供电设计计算的基础。本章重点：三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。本章难点：利用系数法确定三相用电设备组的计算负荷。教学基本要求：了解单相用电设备组计算负荷的确定方法、电能节约的技术措施；理解用电设备工作制、确定计

2、算负荷的系数；掌握三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。第一节　概述一、计算负荷概念供电系统要能可靠地正常运行，就必须使其元件包括电力变压器、电器、电线电缆等满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统各环节的电力负荷进行统计计算。通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值，称为计算负荷。按计算负荷选择的电力变压器、电器、电线电缆，如以最大负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而

3、也不会影响其使用寿命。计算负荷是供电设计计算的基本依据。如果计算负荷确定过大，将使设备和导线选择偏大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线选择偏小，造成运行时过热，增加电能损耗和电压损失，甚至有可能使设备和导线烧毁，造成事故。可见，正确计算电力负荷具有重要意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。二、用

4、电设备工作制及设备容量的计算电器载流导体的发热与用电设备的工作制关系较大，因为在不同的工作制下，导体发热的条件是不同的。(一)用电设备的工作制1．长期连续工作制这类设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、水泵、空气压缩机、电动扶梯、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷虽然变动较大，但大多也是长期连续工作的。由于导体通过额定电流达到稳定温升的时间大约为（3~4）τ、τ为发热时间常数，而截面在16mm2以上的导体的τ均在10min以上，也就是载流导体大约经30min后可达到稳定的温升值，因此41长期连续工作制的用电设备在工作时间内

5、，电器载流导体能达到稳定的温升。1．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，如机床上的某些辅助电动机(如进给电动机、升降电动机等)。短时工作制的用电设备在工作时间内，电器载流导体不会达到稳定的温升，断电后却能完全冷却。2．断续周期工作制这类设备周期性地工作－停歇－工作，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，如电焊机和起重机械。断续周期工作制的用电设备在工作时间内，电器载流导体也不会达到稳定的温升，停歇时间也不会完全冷却，在工作循环期间内温升会逐渐升高并最终达到稳定值。断续周期工作制的设备，可用负荷持续率

6、（又称暂载率）来表征其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε来表示，即式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；to为工作周期内的停歇时间。(二)设备容量的计算1．长期连续工作制和短时工作制的设备容量　这两类设备组的设备容量Pe，就取所有设备（不含备用设备）的铭牌额定容量PN之和。2．断续周期工作制的设备容量　同一断续周期工作制设备，在不同的负荷持续率下工作时，其输出功率是不同的。在进行负荷计算时，要求将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下。例如某设备在铭牌

7、下的额定容量为PN，那么该设备在统一下的设备容量Pe是多少呢？这就需要进行“等效”换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换算。假设设备的内阻为R，则电流I通过设备在t时间内产生的热量为I2Rt。因此在R不变而产生的热量又相等的条件下，。又电压相同时，设备容量,因此。而同一周期的负荷持续率。由此可得，即设备容量与负荷持续率的平方根值成反比，因此（1）电焊机组　要求设备容量统一换算到下,则（2-1）式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量，前者为有功容量，后者为视在容量；41为铭牌容量对应的负荷持续率。（2）吊车电动机组当采用需要系数

8、法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下,则（2-2）式中,为对应的负荷持续率。当采用利用系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下，则（2-3）三、负荷曲线调查研究表明相同性质的用电设备组，其用电规律也是大致相同的。设计中的供电系统用电设备组计算负荷的确定，就可以利用现有的负荷曲线及其有关