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1、 第四章 负荷分级及负荷计算 第一节 负荷分级及供电要求1-1 电力负荷分级的原则1-2 民用建筑电力负荷分级原则1-3 负荷的供电要求 第二节 负荷计算2-1 负荷计算的内容2-2 负荷计算方法的选取2-3 变压器、供电线路功率损耗的计算2-4 变压器容量和台数的选择2-5 变压器绕组结线的选择2-6 无功补偿2-7 尖锋电流计算2-8 高压电动机功率损耗计算2-9 年电能需要量计算 第三节 负荷计算的工程示例3-1 全厂用电负荷计算示例示例。3-2 “注册电气工程师考试辅导教材及复习题解”一书中第2、4章复习题的11题题解。 第四章 负荷分级及负荷计算 负荷分级及负荷计算是民用建筑电气设计
2、中的重要内容，是确定供配电系统的主要依据。 第一节 负荷分级及供电要求1-1 电力负荷分级的原则（GB 50052-95供配电系统设计规范） 电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定： 1、符合下列情况之一时，应为一级负荷： （1）中断供电将造成人身伤亡时。 （2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 （3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆
3、、大型体育馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。 在一级负荷中，发中断供电将发生中毒、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，应视为特别重要的负荷。 2、符合下列情况之一时，应为二级负荷： （1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 （2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 3、不属于一级和二级负荷者应为三级负
4、荷。1-2 民用建筑电力负荷分级的原则（JGJ/T 166-92民用建筑电气设计规范） 电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。 1、一级负荷 （1）中断供电将造成人身伤亡者。 （2）中断供电将造成重大政治影响者。 （3）中断供电将造成重大经济损失者。 （4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。 对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。 中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络
5、正常工作，或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。 2、二级负荷（1）中断供电将造成较大政治影响者。（2）中断供电将造成较大经济损失者。（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。3、三级负荷不属于一级和二级的负荷。1-3 负荷的供电要求1、一级负荷对供电电源的要求 一级负荷的供电电源应符合下列规定：（1）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。（2）一级负荷容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源。如一级负荷容量不大时，应优先采用从电力系统或临近单位取得第二低压电源，亦可采用应急发电机组，如一级负荷仅为照明或电话站负荷时，宜
6、采用蓄电池组作为备用电源。2、一级负荷中特别重要负荷对供电电源的要求一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。（1）常用应急电源的种类常用的应急电源可有下列几种：1）独立于正常电源的发电机组。2）供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路。3）蓄电池。4）干电池。（2）应急电源种类的选择根据允许的中断供电时间可分别选择下列应急电源：1）允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。2）自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间时，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。3）允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用
7、蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。当设置柴油发电机组时，除向一级负荷中特别重要负荷供电外，还应向消防用电负荷供电。规范规定了一级负荷应由两个电源供电，而且不能同时损坏。因此只有满足这个条件，才可能维持其中一个电源继续供电，这是必须满足的要求。两个电源可一用一备，亦可同时工作，各供一部分负荷。规范对一级负荷中特别重要负荷的供电要求作了规定，除应由两个电源供电外，还必须增设应急电源。为了保证对一级负荷中特别重要负荷的供电可靠性，尽量减少应急电源的容量，所以严禁将其他负荷接入应急电源系统。工程设计中，对于其他专业提出的特别重要负荷，应仔细研究。应急
8、电源类型的选择，应根据一级负荷中特别重要负荷的容量，允许中断供电的时间，以及要求的电源为交流或直流等条件来进行。由于蓄电池装置供电稳定、可靠、几乎无切换时间、投资较小，故凡允许停电时间为毫秒级，且容量不大的特别重要负荷，可采用直流电源者，应由蓄电池装置作为应急电源。若特别重要负荷要求交流电源供电，允许停电时间为毫秒级，且容量不大的，可采用静止型不间断供电装置。若特别重要负荷中有需驱动的电动机负荷，起动电流冲击负荷较大的，又允许停电时间为毫秒级，可采用柴油机不间断供电装置系统。若特别重要负荷中有需驱动的电动机负荷，起动电流冲击负荷较大，但允许停电时间为15s以上的可采用快速自起动的柴油发电机组，
9、这是考虑快速自起动的柴油发电机组一般自起动时间为10s左右，加上继电保护时间，总计不大于15s。对于带有自动投入装置的独立于正常电源的专门馈电线路，是考虑自投装置的动作时间，故适用于允许中断供电时间大于自动装置自投动作时间者。3、二级负荷的供电要求二级负荷的供电系统，宜由两回路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。（对二级负荷的供电方式，其停电影响还是比较大的，故有条件时宜由两回线路供电，供电变压器亦宜选两台。只有当负荷
10、较小或地区供电条件困难时，才允许由一回6KV及以上的专用架线或电缆供电。当线路自配电所引出来后采用电缆时，必须采用两根电缆，其每根电缆应能承受的二级负荷为100%，且互为热备用。）4、三级负荷的供电要求三级负荷对供电无特殊要求。 第二节 负荷计算2-1 负荷计算的内容负荷计算的内容包括设备功率计算，计算负荷，尖锋电流，一级、二级负荷，季节性负荷，火灾情况下的负荷等计算。1、 设备功率计算用电设备额定功率或额定容量，也称为安装功率、安装容量，是指用电设备铭牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续下的设备功率。（1） 用电设备工作制：工作制是电机承受负载情况的说明
11、，包括起动、电制动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和顺序。电动机的工作制可以分为10类（S1S10）。 一般工作制分为连续工作制（长期工作制）、短时工作制及断续周期工作制。在工程上，主要是起重机和电焊机两种用电设备，通常用负载持续率表示在工作周期内工作时间的长短，负载持续率又称暂载率（JC%）。起重机标准的负载持续率有15%、25%、40%、60%四种。电焊机标准的负载持续率有50%、65%、75%、100%四种。 （2）不同工作制用电设备功率计算： 1）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率； 2) 短时工作制和断续周期工作制电动机设备功率计算 当采用需要系数法和二项式法计算时，是将额
12、定功率统一换算到负载持续率25%时的有功功率。Pe= (4-1)式中 Pe换算到JC25时电动机的设备功率（kW）； PN换算前电动机铭牌额定功率（kW）； JCN对应PN的负载持续率，用百分数表示。 3) 电焊机设备功率计算电焊机设备功率计算是指额定功率统一换算到负载持续率为100%时的有功功率。 (4-2)式中 Pe换算到JC100时电焊机的设备功率（kW）； PN换算前电焊机铭牌额定功率（kW）； SN换算前电焊机铭牌额定视在功率（kVA）； C0S电焊机的功率因数。（3）照明用电设备设备功率计算 照明用电设备的设备功为：1） 白炽灯、高压卤钨灯的设备功率是指灯泡标出的额定功率；2） 低
13、压卤钨灯的设备功率除灯泡功率外，还应考虑变压器的功率损耗；3） 气体放电灯、金属卤化物灯的设备功率除灯泡功率外，还应考虑镇流器的功率损耗（熒光灯带电感镇流器时加20%；带电子镇流器时加10%。高效节能的金卤灯等镇流器加8%）。（4）整流器的设备功率 整流器的设备功率是指额定直流输出功率。 （5）成组用电设备的设备功率 成组用电设备的设备功率，不应包括备用设备的设备功率。（6）单相负荷的设备功率 单相负荷应均衡分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。等效三相负荷可按下列方
14、法计算：1） 仅有相负荷时的设备功率只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。2） 仅有线负荷时的设备功率只有线负荷时，等效三相负荷为：单台时取线间负荷的倍；多台时取最大线间负荷的倍加次大线间负荷的（3-）倍。其计算方法证明如下：所以： （4-3） 3）既有相负荷又有线负荷时的设备功率 既有相负荷又有线负荷时，应先将线间负荷换算为相负荷，然后各相负荷分别相加，选取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。 通常单相用电设备，既有接于相电压又有接于线电压的，其等效三相负荷设备容量的计算应分为两部计算。首先将接于线电压的单相负荷换算为接于相电压的单相负荷。其各相负荷计算如下： （4-4）式中 Pab、
15、Pbc、Pca接于ab、bc、ca线间电压的单相用电设备功率（kW）； Pa、Pb、Pc、Qa、Qb、Qc换算为a、b、c相的有功负荷（kW）和无功负荷 （kVA）； p(ab)a、p(ab)b、p(bc)b、p(bc)c、p(ca)c、p(ca)a及q(ab)a、q(ab)b、q(bc)b、q(bc)c、q(ca)c、q(ca)a均为无功换算系数，其值可查表4-1 换算系数 表4-1换算系数 负荷功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.0p(ab)a、p(bc)b、p(ca)c1.271.171.00.890.840.80.720.640.5p(ab)b、p(bc)c
16、、p(ca)a-0.27-0.171.00.110.160.20.280.360.5q(ab)a、q(bc)b、q(ca)c1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.29q(ab)b、q(bc)c、q(ca)a1.631.441.160.960.880.80.670.530.29 然后，将各相负荷相加，选出最大相负荷，取其3倍即为等效三相负荷。如Pa为最大相总负荷，同样，等效三相无功功率也按上述原则分别求算，则： （4-5） （7）在进行用电单位总的设备功率和计算负荷时，一般不将消防泵、喷淋泵、正压送风机等消防用电负荷计算在内，仅考虑平时与火灾兼用的消防用电设备，如
17、常明的应急照明与疏散指示、疏散标志和地下室的进风机、排风机及消防电梯与其井底的排水泵等。但当消防用电的设备计算功率大于火灾时可能同时切除的一般电力及照明的计算功率时，应考虑消防设备的负荷，并进行用电单位总的设备功率和负荷计算。 2、计算负荷 计算负荷：作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上为方便计，亦可作为电能消耗量及无功补偿的计算依据。 计算负荷即半小时最大负荷。 计算负荷为某一假想的持续性负荷，此负荷的热效应与实际变动的负荷所产生的最大热效应相等。 一般中小型截面的导线，其发热时间常数（T）一般为10分钟以上，实验证明，这些导线达到稳定温升的
18、时间约为34倍的时间常数，即为30分钟左右。所以只有持续时间在30分钟以上的负荷，才有可能构成导体的最高温升。为了计算方法一致，对按温升选择的供电元件，即导线、电缆、变压器、开关电器均采用半小时的最大负荷作为计算负荷，以及确定网路电压损失的数值。 3、尖锋电流计算 尖锋电流：用以校验电压波动和选择保护电器，以及电动机自起动的条件。 尖锋电流是指单台或一组用电设备持续ls左右的最大负荷电流，一般取起动电流的周期分量作为尖锋电流。 4、一级、二级负荷计算 一级、二级负荷：用以确定备用电源或应急电源的容量。 计算一级、二级负荷按照满足全部一级负荷及二级负荷的要求确定备用电源的容量。 计算一级负荷中特
19、别重要负荷和消防负荷确定应急电源容量。 在计算柴油发电机容量时，应按发生火灾时，消防用电的计算负荷加上在火灾时仍然需要工作的一级负荷中特别重要负荷来计算总的计算负荷，依此选择柴油发电机的容量。 5、季节性负荷计算 季节性负荷：从经济运行条件出发，用以考虑变压器的台数和容量。 分别计算冬季采暖负荷与夏季制冷负荷。 6、火灾情况下负荷计算 建筑物的火灾可能发生在市电供电时，也可能发生在柴油发电机供电时。一般发生火灾时的消防负荷按整个工程消防电梯、消防应急照明加上消防负荷最大的一个防火分区发生火灾所使用的消防用电设备，来计算火灾情况下消防用电设备的计算负荷。 单台变压器供电按发生火灾或两台变压器供电
20、按一台变压器工作时发生火灾，把消防用电设备的计算负荷加上未切除的一般负荷来计算总的计算负荷，依此校验变压器的过载能力。2-2 负荷计算方法的选取 目前，我国的设计部门负荷计算方法大概有以下几种：需要系数法、二项式法、利用系数法和单位指标法。单位指标法又分为单位电耗法和单位面积功率法（也称负荷密度法）。 需要系数法确定计算负荷比较简便，得到了广泛采用，其适用于初步设计和施工图设计中，当前民用建筑工程的负荷计算，一般均采用需要系数法及负荷密度法。 二项式法适用于用电设备台数较少、各台设备容量相差悬殊的情况，加之二项法已有的系数都是工厂的，所以二项式法在民用建筑中实际使用不多，仅作为电气负荷计算的辅
21、助方法。 利用系数法是以概率论结合实测系数为依据，虽然计算结果比较接近实际负荷，但计算过程烦琐，而且当前所有系数都是工厂的，所以很少采用。 1、负荷计算方法选取的原则 在方案阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。 在初步设计及施工图设计阶段，总体上采用需要系数法进行负荷计算时，对某些部分的负荷仍然可以局部采用单位指标法。例如：精装修部分的照明负荷、写字间的插座负荷、宾馆客房的负荷等。 对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法（按单位面积功率法或按单位耗电法计算）。 2、需要系数法的适用范围 用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于
22、干线，车间变配电所和全厂负荷的主要计算方法。 3、需要系数的物理意义 用电设备组的需要系数Kd的意义，即确定成组用电设备的计算负荷时，应考虑成组用电设备在运行时可能出现的情况。 （1）各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，所以在负荷计算时要考虑一个同时使用系数K，以反映在最大负荷时，工作着的用电设备的设备容量与全部用电设备总设备容量的比值。 （2）各用电设备工作时，未必全在满负荷情况下运行，所以在负荷计算时要考虑一个负载系数K1d，以反映在最大负荷时，工作着的用电设备实际所需的功率与这些用电设备总设备的比值。 （3）各用电设备在工作时都要产生功率损耗，所以负荷计算时要考虑一个用电设备组的平
23、均效率av。 （4）给用电设备组供电的线路在输送功率时要产生线路功率损耗，所以还要考虑一个线路的效率1。 （5）加工条件和工人操作水平也是影响用电设备取用功率的因素，采用工作系数Kw来表示。 根据用电设备组运行时上述情况，则其计算负荷应为： Pca= (4-6) 从上式可知，需要系数Kd是包含上述几个影响计算负荷的因素。计算这些因素是既复杂又困难，所以通常根据实测，而将所有影响计算负荷的因素综合成一个需要系数Kd。（需要系数一般查有关设计手册及设计标准中的需要系数表取得）。4、用电设备组的计算负荷用电设备组，是由工艺性质相同，需要系数相近的一些设备合并成组的用电设备。在民用建筑中，根据具体情况
24、将用电设备分成若干组。再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为： （4-7）式中 Pca、Qca、Sca该用电设备组的有功、无功、视在计算负荷（Kw、kvar、kVA）； Pe该用电设备组的设备功率（kW）； U N额定电压（kV）； Ica该用电设备组的计算电流（A）； Kd该用电设备组的需要系数。5、变电所低压母线或配电干线的计算负荷 在变电所低压母线或配电干线上常有多个用电设备组同时工作，各用电设备组的最大负荷 也并非同时出现，故在计算变电所低压母线或配电干线的计算负荷时，应再计入一个同时系数Kp、Kq 。 （4-8） 式中 Pca、Qca、Sca、Ica变电所低压母线或配电干线上
25、的有功、无功、视在计算 负荷、计算电流（Kw、kvar、kVA、A）； Kp、Kq有功负荷、无功负荷的同时系数，分别取0.80.9、0.930.97； m变电所低压母线或配电干线上所接的用电设备组数； K di、tgi、Pei对应某用电设备组的需要系数、功率因数角正切、总设备功率（kW）； U N额定电压（kV）。6、变电所高压母线的计算负荷变电所低压母线上的计算负荷加上变压器的功率损耗，即为变电所高压母线上的计算负荷。变压器功率损耗的计算见公式（4-9）、（4-10）。7、配电所或总降压变电所低压母线、高压母线的计算负荷配电所或总降压变电所的计算负荷，为各变电所有功、无功计算负荷之和再乘以同
26、时系数。35kV总降压变电所低压母线的计算负荷为各配变电所计算负荷加上线路的功率损耗后再乘以同时系数。35kV总降压变电所低压母线计算负荷加上主变压器的功率损耗作为35kV总降压变电所高压母线的计算负荷。线路功率损耗的计算按本文公式（4-11）与（4-12）进行计算。2-3 变压器、供电线路功率损耗的计算 1变压器功率损耗的计算 变压器的功率损耗，包括有功功率损耗PT和无功功率损耗QT。有功损耗又分为空载损耗和负载损耗两部分。空载损耗又称铁损，它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功功率损耗，因为主磁通只与外加电压和频率有关，当外加电压U和频率f为恒定时，铁损也为常数，与负荷大小无关。负载损耗又称铜
27、损，它是变压器负荷电流在一次、二次绕组的电阻中产生的有功功率损耗，其值与负载电流平方成正比。同样无功功率损耗也由两部分组成，一部分是变压器空载时，由产生主磁通的励磁电流所造成的无功功率损耗，另一部分是由变压器负载电流在一、二次绕组电抗上产生的无功功率损耗。Ps、Qs是通过短路试验测得，P0、Q0是由空载试验测得，由制造厂提供。 （4-9）式中 PT、QT变压器的有功功率损耗（kW）、无功功率损耗（kvar）； P0、Q0变压器的空载有功功率损耗（kW）、空载无功功率损耗（kvar）； Ps、Qs变压器负载有功功率（kW）、负载无功功率（kvar），即变压器的短路有功功率损耗和无功功率损耗。 S
28、ca 计算视在功率（KVA）； SNT 变压器的额定容量（KVA）。变压器的功率损耗可用下式概略计算。 （4-10）式中 I0%变压器空载电流占额定电流的百分数； Uz%变压器阻抗电压占额定电压的百分数。 PT变压器的有功功率损耗（kW）； QT变压器的无功功率损耗（kvar）。2供电线路功率损耗的计算 供电线路的有功功率损耗、无功功率损耗可安下式计算： （4-11）式中 Pl、Ql线路的有功功率损耗（kW），无功功率损耗（kvar）；R、X每组线路电阻、电抗。R、X可按下式计算： （4-12） 式中 r0、x0线路单位长度的交流电阻和电抗；（/km）； l线路计算长度（km）。2-4 变压器
29、容量和台数的选择 变压器的容量和台数，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。 1、35kV变电所主变压器选择 （1）在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装一台主变压器。 （2）装有二台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 （3）具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。 2、10kV变电所配电变压器的选择 （1）当符合
30、下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器： 1）有大量一级或二级负荷。2）季节性负荷变化较大。3）集中负荷较大。（2）装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。（3）变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大，负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。（4）当属下列情况之一时，可设专用变压器：1）如动力和照明共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。一般情况下，动力和照明宜共用变压器。2）冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击性负荷专用变压器。3）出于功能需要的某
31、些特殊设备（如容量较大的X光机等）宜设专用变压器。 4）当季节性的负荷容量较大时（如大型民用建筑中的冷冻机组等负荷）可设专用变压器。 （5）变压器的容量应满足大型电动机及其他冲击负荷的起动要求。2-5 变压器绕组结线的选择 1、三相变压器有星形、角形、曲折形等连接方式，其表示方法见表4.2。 变压器绕组连接方式 表4.2 类别及连接方式高 压中、低压单相三相星形三相三角形三相曲折形有中性线时IYDZYN、ZNiydzyn、zn 不同绕组间电压相位差，即相位移为30的倍数，故有0、1、2，11共12个组别。通常绕组的绕向相同，端子和相别标志一致，联结组别仅为0和11两种，中、低压绕组连接组标号有
32、Y、Yn0（或Y、Yn12）与D、Yn11。 2、下列情况下宜选用D、Yn11变压器。 （1）当单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压侧绕组额定电流的25%时，应选用D，Yn11结线组别三相配电变压器。 （2）为了控制各类非线性用电设备所产生的谐波引起的电网电压正弦波形畸变率，35kV/0.4kV、10kV/0.4kV双绕组变压器宜选用D，Yn11结线组别的三相配电变压器。即可限制三次谐波的含量。 （3）当需要提高单相短路电流值，确保单相保护动作灵敏度。2-6 无功补偿 无功补偿是供配电系统设计中的一个重要问题。1、 提高功率因数的意义 在用电设备中按功率因数划分，可以有以下三类：电阻性
33、负荷、电感性负荷、电容性负荷。在用电设备中绝大部分为感性负荷。使得用电单位功率因数小于1。功率因数降低以后，将带来以下不良后果： （1）使电力系统内电气设备的容量不能充分利用，因发电机和变压器额定电流是一定的，在正常情况下是不允许超过的，功率因数降低，则有功出力将降低，使设备容量不能得到充分利用。 （2）由于功率因数降低，如若传输同样的有功功率，就要增大电流，而输电线路和变压器的功率损耗和电能损耗也随之增加。 （3）功率因数过低，线路上电流增大，电压损耗也将增大，使用电设备的电压就要下降，影响异步电动机和其他用电设备的正常运行。 为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发变电设备的容量，减小
34、供电线路的截面，节省有色金属，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，必须提高用电单位的功率因数。按照供电营业规则规定：高压供电用户功率因数为0.9以上，低压供电用户功率因数在0.85以上。 2、提高自然功率因数的措施 供配电设计中应正确选择电动机、变压器的容量，降低线路感抗。当工艺条件适当时，宜采用同步电动机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数的措施。 用电单位中，70%80%是异步电动机，异步电动机的功率因数和效率在70%负载率到满载时最高，在额定负载时cos约为0.850.9。而在空载和轻载时，功率因数和效率都要降低，空载时cos只有0.20.3。因此正
35、确使用电动机，使其额定容量与负载相匹配，对改善自然功率因数意义重大。 电力变压器的功率因数不仅与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关。若变压器满载运行，一次侧功率因数比二次侧降低了3%5%左右，若变压器轻载运行，当负荷率小于0.6时，一次侧功率因数就显著下降，为了充分利用设备和提高功率因数，变压器不作轻载运行。 另外，对间歇工作制的设备如电焊机，选用带内藏空载延时切除的装置。 3、无功补偿装置的设置和容量（1）无功补偿装置当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。当经过技术经济比较，确认采用同步电动机作为无功补偿装置合理时，可采用同步电动机
36、。（2）电力电容器补偿、控制及安装方式的原则1）采用并联电力电容器作为人工无功补偿装置时。为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡补偿，即低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿，高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在环境正常的车间内低压电容器宜分散补偿；高压电容器组宜在配、变电所内集中装设。2）补偿电容器组的投切方式分为手动和自动两种。对于补偿低压基本无功功率的电容器组以及常年稳定的无功功率和投切次数较少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或在轻载时电压过高，造成某些用
37、电设备损坏等，宜采用自动投切。在采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。3）无功自动补偿的调节方式：以节能为主进行补偿者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主进行补偿者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。4）电容器分组时，应符合下列要求： 分组电容器投切时，不应产生谐振； 适当减少分组组数和加大分组容量； 应与配套设备的技术参数相适应； 应满足电压波动的允许条件。5）高压电容器组宜串联适当参数的电抗器，低压电容器组宜加大投切容量或采用专用投切接触器，以减少合闸冲击电流。受用电设备谐波含量影响较大的，线路
38、上装设电容器组时，电抗器宜串联。4、无功补偿容量计算无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定。工程上多数采用无功补偿计算方法确定补偿容量，计算公式如下：QC=Pca（tg1-tg2） （4-13）或 QC=pcaqc （4-14）式中 QC人工补偿的无功功率，kvar； Pca有功计算负荷（kW）； tg1补偿前用电单位自然功率因数角正切； tg2补偿后用电单位功率因数角正切值； qc无功功率补偿率，kvar/kW。（见表4-3）这里说明两点：功率因数是指用电单位与供电部门产权分界点的功率因数，对于高压供电的用电单位来讲，也就是高压侧的功率因数。因此，在计算补偿容量时，应考虑变压器的
39、无功功率损耗。要求cos按不低于0.9考虑。功率因数是用电单位最大负荷时的功率因数。不需再考虑有功和无功功率的负荷系数。 无功功率补偿率qc （单位：kvar/kW ） 表4-3补偿前cos1补 偿 后 cos20.850.880.900.920.940.950.960.970.500.550.600.650.680.700.720.750.780.800.810.820.851.1120.8990.7140.5490.4580.4010.3440.2620.1820.1300.1040.0780.1920.9790.7940.6290.5380.4810.4240.3420.2620.210
40、0.1840.1580.0801.2481.0350.8500.6850.5940.5370.4800.3980.3180.2660.2400.2140.1361.3061.0930.9080.7430.6520.5950.5380.4560.3760.3240.2980.2720.1941.3691.1560.9710.8060.7150.6580.6010.5190.4390.3870.3610.3350.2571.4041.1911.0060.8410.7500.6930.6360.5540.4740.4220.3960.3700.2921.4421.2281.0430.8780.788
41、0.7290.6720.5910.5120.4590.4330.4070.3291.4811.2681.0830.9180.8280.7690.7120.6310.5520.4990.4830.4470.3692-7 尖锋电流计算 尖锋电流是指持续1s左右的最大负荷电流，一般取起动电流的周期分量。用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，整定保护装置，检验电动机的起动条件。 1单台用电设备尖锋电流计算 Ipk=Ist=KstIN （4-15）式中 IN 用电设备的额定电流，A； It用电设备的起动电流，A； Ipk用电设备的尖锋电流，A； Kst用电设备的起动电流倍数。 笼型电动机为57，绕线式电动机为23，直流电动机为1.7，电焊变压器为3或稍大。 2多台用电设备尖锋电流计算 （4-16）式中Ist.max用电设备中起动电流最大的那台设备的起动电流，A；除起动电流最大的那台设备外，其他用电设备的额定电流之和，A； 3自起动电动机组尖锋电流计算 对于自起动电动机组，其尖锋
