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1、第九章 节电,9.1 节电的意义和途径9.2 工厂用电的功率因数9.3 变压器的节电9.4 电动机的节电9.5 功率因数的电容补偿,9.1 节电的意义和途径,华南理工大学 电力学院 程小华,9.1.1 节电的意义9.1.2 节电的一般途径,9.1.1 节电的意义,0 概述1 缓和电力供需矛盾2 提高电能使用的经济效益3 加速工艺、设备的改造，促进技术进步,0 概述,随着工农业生产的不断发展，机械化、自动化程度的不断提高，对电能的需求量在迅速增加。电力工业尽管发展很快，仍满足不了工农业和人民生活的需求。一些地区存在着程度不同的缺电情况。缺电的原因，除了发电装机容量不足外，还存在着一次能源供应量不
2、能满足发电需要，以及普通存在着的电能使用不合理与浪费的现象。为了缓和目前电力供应紧张的局面，应坚持开源与节流并重的方针，并应把节电放在优先地位。节电是我国发展国民经济必须长期坚持的方针。节电的意义主要有以下几方面：,1 缓和电力供需矛盾,在全国范围内，普遍开展节约用电活动，可使有限的能源，用于更多的生产部门，为社会创造更多的财富。,2 提高电能使用的经济效益,节约用电，既可减少电费开支，降低产品的成本，又可为国家、工厂企业积累更多的资金，有利于扩大再生产。,3 加速工艺、设备的改造，促进技术进步,节约用电工作的不断深入开展，必将促进对落后设备、落后工艺的革新、改造和挖潜。从而在一定条件下，大大
3、提高生产能力，也将大幅度地降低电能损耗。总之，节约用电是一项不投资或少投资，就能取得很大经济效益的工作，对于国民经济的发展，具有十分重要的意义。,9.1.2 节电的一般途径,0 概述1 建立科学的定额管理制度2 提高全厂电能利用率3 实行计划用电，并利用工业余热发电供热,0 概述,节约用电是一项涉及面很广的社会工作，应充分利用一切宣传手段，广泛宣传节约用电的意义和方法。工厂供电系统的节约用电一般有以下途径。,1 建立科学的定额管理制度,制定用电定额，是实现科学管理的一项基础工作，也是挖掘节电潜力的一项主要措施。抓定额管理，要从用电大户及耗电大的产品入手，逐步积累经验，普遍进行考核。企业下达定额
4、要落实到车间、班组和机台，并充分利用经济杠杆作用，鼓励和调动群众节电的积极性，切实做到节能受奖、奖惩分明。,2 提高全厂电能利用率,所谓电能利用率，指工厂全部有效电能，与总消耗电能(全厂供给的电能)之比，即：,2 续1,供给电能与有效电能的差值，即损耗的电能。在损耗电能中，包括设备损耗与管理损耗。设备损耗是电能在输送、转换、传递和作功过程中，为了克服电、机械和其他原因造成的阻力，而在电气设备和生产机械中损耗的电能。设备性能差，能源转换传递次数多，造成的设备损耗就大。管理损耗是由于管理不当造成的电能损耗，包括操作水平低，工艺参数不合理，工序间不协调以及管理不善等原因造成的产量下降，产品报废，发生
5、事故和生产各环节能量浪费(跑、冒、滴、漏)等引起的电能损耗。,2 续2,同时，重视和设法提高电能利用率，不仅可有效地达到节约用电的目的，而且可促使工厂企业的管理等各方面得到改善，做到优质、高产、低耗。,3 实行计划用电，并利用工业余热发电供热,实行计划供用电，不仅是缓解我国当前能源紧张情况的必要措施，也是促进国民经济全面发展应长期坚持的方针。工厂供电系统，厂内各车间用电均要按计划，并通过计量，严格考核。对非生产用电，要严加管理，防止浪费。在有条件的工厂，尽可能利用工业余热发电以解决电力供应不足，或直接利用一次能源供热，以减少能源转换中的能量损耗。,9.2 工厂用电的功率因数,华南理工大学 电力
6、学院 程小华,9.2.1 功率因数的基本概念9.2.2 改善功率因数的方法,9.2.1 功率因数的基本概念,华南理工大学 电力学院 程小华,1 无功功率与有功功率2 功率因数对供电系统的影响3 工厂常用的功率因数计算方法,1 无功功率与有功功率,供电系统中的用电设备，多数是利用磁场工作。例如，变压器、电动机，等。磁场所具有的能量是由电源供给的，但是变压器和电动机在能量转换过程中所建立的交变磁场，在一个周期内，吸收、释放的功率相等，它们只是与电源之间进行能量的互换，并没有消耗能量。这种功率称之为感性无功功率。这类设备称为感性负荷。电容也不消耗能量，电容的功率称为容性无功功率。相应的设备称为容性负
7、荷，例如并接于电网的电容器等。,1 续1,功率因数 交流电路中电压和电流之间相位差角(功率因数角)的余弦，叫做功率因数，在数值上，是有功功率与视在功率之比，即cos=PS。功率因数的大小与用户负荷性质有关。在一定有功功率条件下，当用户所需感性无功功率愈大时，其cos值愈小。,2 低功率因数对供电系统的影响,华南理工大学 电力学院 程小华,1)增加供电系统的设备容量和投资 2)增大线路和变压器的功率和电能损耗，增加年运行费用 3)增大线路和变压器电压损失，降低电压质量,2续1：1)增加供电系统的设备容量和投资,华南理工大学 电力学院 程小华,由图可见：P为常数时，当用户所需Q愈大，其S也愈大。为
8、满足用户用电需要，供电线路导线截面和变压器容量也愈大，因而增加供电系统的设备投资。,2续2：2)增大线路和变压器的功率和电能损耗，增加年运行费用,华南理工大学 电力学院 程小华,线路和变压器的功率损耗的大小，与其通过的电流平方成正比。如果cos小，在P一定时则I大，功率损耗和电能损耗也随之增大。即,2续3：3)增大线路和变压器电压损失，降低电压质量,华南理工大学 电力学院 程小华,在电网中，配电线路的电抗约比电阻大24倍，变压器的电抗为电阻的5l0倍，所以无功功率的增大，必然使电网电压损失随之增加，供电电压质量下降。,2续4,华南理工大学 电力学院 程小华,由以上分析可以看出，无功功率的增大，
9、使cos降低，无论对供电系统和工厂内部都是不利的。因此，改善功率因数，是电业部门和工厂企业都应重视的问题。,3 工厂常用的功率因数计算方法,华南理工大学 电力学院 程小华,0）概述1）瞬时功率因数2）月平均功率因数3）自然功率因数4）总功率因数,3 续1：0）概述,华南理工大学 电力学院 程小华,用电负荷的功率因数，一般是随着负荷的性质的变化及电压的波动而变动的。在讨论改善功率因数的措施之前，首先对工厂常用的功率因数的定义及计算方法简介如下。,3 续2：1）瞬时功率因数,瞬时功率因数是用户某一时刻的实际功率因数值。其值可由功率因数表(又叫相位表)随时直接读出，或者根据电流表、电压表和有功功率表
10、在同一瞬时的读数，按下式计算求得：,3 续3：,观察瞬时功率因数的变化情况，可以帮助分析及判断工厂或车间无功功率的变化规律，以便采取相应的补偿措施，并为今后进行同类设计提供参考资料。,3 续4：2）月平均功率因数,指某一月内功率因数的平均值。它实际是加权平均值，又称月加权平均功率因数。可由有功电度表及无功电度表的月积累数字计算求得：,3 续5,华南理工大学 电力学院 程小华,月平均功率因数是电业部门调整收费标准的依据。如有的地区电力系统，功率因数以0.9为界，对cos低于0.9的部门实行罚款。,3续6：3）自然功率因数,华南理工大学 电力学院 程小华,自然功率因数是指用电设备在没有安装专门的人
11、工补偿装置（电容器、调相机）情况下的功率因数。自然功率因数分瞬时值和月平均值两种。,3 续7：4）总功率因数,华南理工大学 电力学院 程小华,工厂装人工补偿装置后的功率因数称为总功率因数。它也分为瞬时值和月平均值两种。,9.2.2 改善功率因数的方法,华南理工大学 电力学院 程小华,1 提高自然功率因数2 采用人工补偿,1 提高自然功率因数,华南理工大学 电力学院 程小华,合理选择和使用电气设备，减少用电设备本身所吸收的无功功率，即提高自然功率因数，是改善功率因数的基本措施。电动机、变压器等感性负荷是吸收无功功率最多的用电设备，选用的容量愈大，吸收无功功率愈大。如果这些设备经常处于空载或轻载运
12、行，功率因数和设备效率都会降低，这是不经济的。所以，要避免大马拉小车。,2 采用人工补偿,华南理工大学 电力学院 程小华,装设静电电容器、调相机等设备，供给用电设备所需的无功功率，以提高全厂总功率因数的方法，称为功率因数的人工补偿。目前，在工厂、企业内广泛采用加装静电电容器的人工补偿方式。,9.3 变压器的节电,华南理工大学 电力学院 程小华,9.3.1 有关经济运行的基本概念 9.3.2 变压器的效率、经济负荷系数,9.3.1 有关经济运行的基本概念,华南理工大学 电力学院 程小华,1 经济运行2 无功功率经济当量-无功当量,1 经济运行,华南理工大学 电力学院 程小华,电力网的经济运行，通
13、常指使整个系统中的有功功率损耗最小，能获得最佳经济效益的运行方式。工厂变电所中变压器的经济运行，是使变压器总的有功损耗最小的运行。,2 无功功率经济当量-无功当量,华南理工大学 电力学院 程小华,静态、片面来看，整个系统中的有功损耗等于各设备有功损耗之和。动态、全面来看，整个系统中的有功损耗，不仅与各设备的有功损耗有关，而且与各设备的无功损耗有关。因为：无功损耗的增大，必然伴随着电流的增大，而电流的增大，势必导致I2Rt（哀方阿梯）即有功损耗的增大。,2 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,为了计算设备无功损耗在系统中引起的有功损耗的增加，引入无功功率经济当量这一概念，简称无功经济当量，或无
14、功当量。无功经济当量也代表了由于装设人工无功补偿设备所得的经济效益。它的物理意义是：每补偿1kvar无功功率，在系统中引起有功损耗减少的数值。即：,2 续2,华南理工大学 电力学院 程小华,2 续3,华南理工大学 电力学院 程小华,无功经济当量的大小，与系统的容量、结构及计算点的具体位置等因素有关。距离电源愈远的工厂变电所，无功当量愈大，亦即装设无功补偿装备后所得经济效益愈高。通常，工厂变电所的无功当量kq为0.020.1，其中由发电机母线直接送至工厂变电所的，无功当量kq取为0.020.04；经两级变压的可取0.050.07，经三级变压的可取0.080.1。,9.3.2 变压器的效率、经济负
15、荷系数,华南理工大学 电力学院 程小华,1 变压器效率定义式2 经济负荷系数-变压器效率最高时的负荷系数,1 变压器效率定义式（简称 变效定义式）,华南理工大学 电力学院 程小华,变压器输出功率与输入功率之比，称为变压器的效率。如不计无功影响时，变压器效率可以用百分数表示如下：,2 经济负荷系数-变压器效率最高时的负荷系数,华南理工大学 电力学院 程小华,变压器实际容量与额定容量之比称为变压器的负荷系数。在铁损与铜损相等时，变压器效率达到最大值，此时的负荷系数，称为经济负荷系数。一般配电变压器负荷系数约为0.40.7时，变压器的效率最高。,9.4 电动机的节电,华南理工大学 电力学院 程小华,
16、9.4.1 原则 9.4.2 提高电动机效率的措施,9.4.1 原则,华南理工大学 电力学院 程小华,在工业用电动机中，异步电动机是使用最多的一种。所以本节分析以异步电功机为主。电动机节电的原则是：容量与负载相适应。即：不要大马拉小车，也不要小马拉大车。,9.4.2 提高电动机效率的措施,华南理工大学 电力学院 程小华,措施一：选容量-合理选择马达容量。一般异步电动机的额定效率和额定功率因数，按负荷系数在75-100的范围内设计。所以电动机额定输出功率的选择，应为负荷功率的1.10-1.15倍为宜。如果电动机经常在低负荷下运行，即所谓“大马拉小车”，不仅设备容量浪费，而且电动机的效率和功率因数
17、都随之变坏，电能损耗增加，经济效益降低。,9.4.2 提高电动机效率的措施,华南理工大学 电力学院 程小华,措施一：选容量-合理选择马达容量。措施二：改电压-改变供电电压措施三：限空转-限制异步电动机空转时间措施四：提高电动机的检修质量措施五：提高机组的传动效率,措施二：改电压-改变供电电压,对于轻负荷的电动机，适当降低电压，则电动机的转矩减少，输出功率降低。但由于电压降低，空载电流减小，铁损减少，因而电动机功率因数和效率基本维持不变。对于中小型异步电动机(容量3kW)，当负荷低到50以下时，常采用改变电动机定子绕组接线(由接线改为Y接线)的方法，使电动机降压运行。从而减少了电动机无功功率需用
18、量，提高了功率因数，达到节约电能的目的。电动机其他降压运行的方法，还有用自耦变压器降压；用调压器调压；用电抗器或电容器降压，改变电动机绕组接线法等等。,措施三：限空转-限制异步电动机空转时间,电动机空载运行时其输出功率为零。但是此时铁损、机械损耗仍然存在，也即仍在消耗无功功率和有功功率。而在各种机械的生产过程中空载间断时间又是不可避免的。因此，对于工厂中空载运行持续时间较长的电动机，应及时停下，或对每台电动机规定开停及运行时间表，以减少空载运行造成的电能浪费。尤其对于开停频繁的工作机械，最好应用程序控制装置，进行合理管理。,措施四：提高电动机的检修质量,电动机检修质量的好、坏，对工厂自然功率因
19、数的影响很大。在修理电动机时，应准确按照电动机的各项额定数据进行，否则将增加无功功率的需要量，从而使功率因数恶化，例如若每相匝数比原匝数减少，则无功需要量增大（这是因为：据4.44fN公式，每相匝数少了，每极磁通就会多，励磁磁势就会大，由于每相匝数少，从而励磁电流更加大。）；空气隙加大无功需要量也将增加。（这是因为：气隙大了，磁阻增加了，从而磁势增加了，励磁电流增加了。）,措施五：提高机组的传动效率,提高机组的传动效率是基本的节能措施。因为一台低效率的生产传动机构，即使应用高效率的电动机，受益也是不大的。,9.5 功率因数的电容补偿,华南理工大学 电力学院 程小华,9.5.1 电容器并联补偿原
20、理 9.5.2 电容器容量的选择9.5.3 电容器接线方式的选择9.5.4 电容器的补偿方式,9.5.1 电容器并联补偿原理,华南理工大学 电力学院 程小华,电容器对负载电流有移相降幅作用-并联电容器使总的负载电流相位移动，幅值降低。,9.5.1 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,顺便指出，在电力系统中也常采用串联补偿。其作用与并联补偿不同。串联补偿，主要用于送电线路，将电容器与线路串联可以改变线路参数，从而减小线路的电压损失，提高末端电压水平和线路输送能力，并减少网络功率损耗和电能损耗。但在工厂企业内部采用较少。,9.5.2 电容器容量的选择,华南理工大学 电力学院 程小华,1 电容器容
21、量与电容值的关系2 电容器电流的计算3 补偿容量的计算4 对电动机进行个别补偿时电容器容量的计算,1 电容器容量与电容值的关系,电容器的基本特征是储存电荷。电容值C，是电容器的个参数，它的物理意义是表示储存电荷能力的大小。通常把在单位电压作用下，电容器极板上所储存的电荷量，称为该电容器的电容值C，即：C=q/U 式中 q电容器所储存的电荷量(C)；U电容器两端施加的电压(V)；C电容器电容值，单位法拉(F)。因(F)太大，所以通常用微法拉(F)或微微法(pF)进行计量。,1 续1,当电容器两端施以正弦交流电压U时，它发出的无功功率(或无功容量)Qc为：,1 续2：例题9-1,某台电容器型号为Y
22、Y0.4-12-l，电容量为239 F，频率50Hz，问该电容器实际容量是多少?,2 电容器电流的计算,华南理工大学 电力学院 程小华,2 续1,2 续2：例题9-2,有30台YY0.5-12-1型电容器，组成型接线，接于10.5kv母线上，求容量、电流。,3 补偿容量的计算,华南理工大学 电力学院 程小华,用电容器改善功率因数，可以获得经济效益。但是，电容性负荷过大，会引起电压升高，带来不良影响。所以，在用电容器进行无功功率补偿时，应适当选择电容器的安装容量。通常电容器的补偿容量可按下式确定：,3 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,3 续2,华南理工大学 电力学院 程小华,计算容量时，应
23、考虑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也不同于额定容量。电容器技术数据中的额定容量指额定电压下的无功容量，当电容器实际运行电压为U时，则电容器实际容量应按下式换算：,3 续3,华南理工大学 电力学院 程小华,3 续4,华南理工大学 电力学院 程小华,常把补偿前后的功因角正切差，称为补偿率。补偿率在选择计算时有表可查。,3 续5：例9-3,某用户为两班制生产，最大负荷月的有功用电量为75000度，无功用电量为69000度，问该户的月平均功率因数是多少？欲将功率因数提高到0.9，问需装电容器组的总容量应当是多少?,3 续6,4 对电动机进行个别补偿时电容器容量的计算,华南理工大
24、学 电力学院 程小华,当对电动机进行个别补偿时，其电容器容量的计算，应以电动机空载时补偿的功率因数接近1为宜。不能按电动机带负荷情况下计算补偿容量。因为，若带负荷时补偿至单位功因，则空载肘将会出现过补偿。此时电动机切断电源后，电容器放电供给电动机励磁，能使旋转着的电动机成为感应发电机，使电压超过额定电压数倍，对电动机和电容器的绝缘不利。所以，对于个别补偿的电动机，其补偿容量应用下式确定：,4 续1,华南理工大学 电力学院 程小华,9.5.3 电容器接线方式的选择,1 看额定电压2 看短路容量,1 看额定电压,三角形还是星形-看电压：电容器输出的无功容量分别与电容器的端电压平方和频率成正比。电网
25、电压如果高于电容器额定电压，电容器将过负荷运行；反之，电容器的输出容量将降低。所以，安装电容器时，应使它的端电压尽可能接近其额定电压。当单相电容器的额定电压与电网额定电压相同时，三相电容器组应采用三角形接线。采用星形接线，电容器输出容量将减小，显然不合适。,1 续1,当单相电容器的额定电压低于电网额定电压时，应采用星形接线，或几个电容器串联后，使每相电容器组的额定电压高于或等于电网额定电压，再接成三角形接线。,2 看短路容量,三角形还是星形-看短路容量：在短路容量较小的工厂变电所，多采用三角形接线。这是因为：电容器接成三角形时，任一电容器击穿短路时，将导致三相线路的两相短路，短路电流很大，有可
26、能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。因此短路容量大的变电所，不宜采用三角形接线。,9.5.4 电容器的补偿方式,华南理工大学 电力学院 程小华,原则：为了提高用户补偿装置的经济效益，减少无功功率的传送，应尽量就地配置。方式：电容器的补偿方式是指电容器的配置方式，有三种：1 高压集中配置2 低压成组配置3 个别配置,1 高压集中配置,华南理工大学 电力学院 程小华,将电容器组接在变(配)所6l 0kv高压母线上。电容器组的容量按变配所总的无功负荷来选择。这种补偿方式的电容器组，利用率较高，能够减少电网和用户变压器及供电线路的无功功率，但不能减少工厂内部配电网路的无功负荷。,2 低压成组配置,华南理工大学 电力学院 程小华,将电容器组分别安装在各车间低压配电盘的母线上。这样受电变压器及变配所至车间的线路，在无功负荷减少时都可以收到补偿效益，且运行维护方便。在中小型工厂中应用较普遍。,3 个别配置,华南理工大学 电力学院 程小华,将电容路直接安装在用电设备附近，一般和用电设备合用一套开关，与用电设备同时投入运行和断开。这种补偿的优点是补偿效果好，缺点是总投资大、电容器的利用率低。对于连续运行的用电设备且容量大时，所需补偿的无功负荷较大，一般采用个别补偿较为合适。,The End,
