功率因数与无功补偿.ppt

矿山供电技术 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 主讲人：张超 Ch2 矿山负荷计算 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 某机修车间某机修车间380V380V线路上有如下设备：线路上有如下设备：对焊机一台：对焊机一台：S SN N=42kVA,=42kVA,N N=60%=60%1010吨桥式起重机一台：吨桥式起重机一台：P PN N=39.6kW,=39.6kW,N N=40%=40%金属切削用三相电机：金属切削用三相电机：7.5kW 37.5kW 3台台,4kW 8,4kW 8台台;3kW 17;3kW 17台台 试求计算负荷。试求计算负荷。思路：思路：先确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间先确定负荷应用范围：小批生产，属于冷加工车间 先分组：对焊机一组；起重机一组；金属切削用电机一组。先分组：对焊机一组；起重机一组；金属切削用电机一组。每一组用需用系数法分别计算：容量；查表得每一组用需用系数法分别计算：容量；查表得KdKd和和coscos；计算计算 查表得多个组的同时系数，再计算查表得多个组的同时系数，再计算 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 四、功率因数与无功补偿四、功率因数与无功补偿 1）瞬时功率因数）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：率表、电流表和电压表的读数按下式求出：式中：式中：P功率表测出的三相功率读数（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（电压表测出的线电压读数（kV）；）；I电流表测出的相电流读数（电流表测出的相电流读数（A）。）。瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情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。况。1工厂的功率因数分类和计算工厂的功率因数分类和计算 瞬时功率因数瞬时功率因数 平均功率因数平均功率因数 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 2）平均功率因数）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。平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为其计算公式为 式中：式中：W某一时间内消耗的有功电能（某一时间内消耗的有功电能（kW h）；由有功）；由有功电度表读出。电度表读出。V某一时间内消耗的无功电能（某一时间内消耗的无功电能（kvar h）；由）；由无功电度表读出。无功电度表读出。我国电业部门每月向工业用户收取电费，规定电费要按我国电业部门每月向工业用户收取电费，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。业企业的功率因数。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 瞬时功率因数瞬时功率因数 平均功率因数平均功率因数 最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数 自然功率因数自然功率因数 总功率因数总功率因数 指运行中的工厂供用电系指运行中的工厂供用电系 统在某一时刻的功率因数值统在某一时刻的功率因数值 UIP3cosP 功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I 电流表测出的线电流读数。指某一规定时间段内指某一规定时间段内 功率因数的平均值功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时指配电系统运行在年最大负荷时 （计算负荷）的功率因数（计算负荷）的功率因数 22cosqPPWWWWP有功电度表读数；Wq无功电度表读数。3030cosSP P30工厂的有功计算负荷；S30工厂的视在计算负荷。指用电设备或工厂在没有安指用电设备或工厂在没有安 装人工补偿装置时的功率因数装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工指用电设备或工厂设置了人工 补偿后的功率因数补偿后的功率因数 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 2功率因数对供电系统的影响功率因数对供电系统的影响 产生原因：感应电动机和变压器以及大功率电力电子拖动设备产生原因：感应电动机和变压器以及大功率电力电子拖动设备 提高功率因数的好处：提高功率因数的好处：1.1.提高电力系统的供电能力：在发电和输、配电设备的安装提高电力系统的供电能力：在发电和输、配电设备的安装容量一定时，提高功率因数相应减少了无功，增加有功。容量一定时，提高功率因数相应减少了无功，增加有功。2.2.降低电网中的功率损耗降低电网中的功率损耗 3.3.减少电压损失减少电压损失 4.4.降低电能成本。降低电能成本。国家奖励企业提高功率因数，当企业功率因数太低时罚款。国家奖励企业提高功率因数，当企业功率因数太低时罚款。按照按照全国供用电规则全国供用电规则，企业功率因数一般要求不小于，企业功率因数一般要求不小于0.850.85-0.95,0.95,否则必须采取措施。否则必须采取措施。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 3功率因数的提高功率因数的提高 高压高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到装置的电力用户，功率因数应达到0.90.9以上，以上，其他用其他用户户功率因数应在功率因数应在0.850.85以上。以上。人工补偿无功功率人工补偿无功功率 提高自然功率因数提高自然功率因数 提高功率因数提高功率因数 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 提高功率因数的方法，即采用降低各用电设备所需的无功功提高功率因数的方法，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：率以改善其功率因数的措施，主要有：正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线；电力变压器不宜轻载运行；电力变压器不宜轻载运行；合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，限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；制电焊机、机床电动机等设备的空载运转；山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 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率因数仍不能达到供用电规则供用电规则所要求的数值所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。无功功率。人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：并联电容器补偿并联电容器补偿 同步电动机补偿同步电动机补偿 动态无功功率补偿动态无功功率补偿 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 并联电容器原理并联电容器原理 原理：原理：电感性负载电流滞后电网电压，而电容电感性负载电流滞后电网电压，而电容器的电流超前电网电压，这样就可以完全或部器的电流超前电网电压，这样就可以完全或部分抵消。减小功率因数角，提高功率因数。分抵消。减小功率因数角，提高功率因数。方法：方法：并联静电电容器并联静电电容器 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。内广泛应用的一种补偿装置。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系。为补偿后的功率因数角，为补偿前的功率因数角式中总的补偿容量为)tan(tan/tantantan tan22avCavCRCRCLRLRLPQPQRUCURUCUIIIIIIIII山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 电容器的补偿方式电容器的补偿方式 无功补偿应本着无功补偿应本着就近平衡就近平衡的原则，低压设备的无的原则，低压设备的无功功率宜在低压侧补偿，高压设备的无功功率应功功率宜在低压侧补偿，高压设备的无功功率应在高压侧补偿。在高压侧补偿。补偿装置应尽量靠近无功负荷。补偿装置应尽量靠近无功负荷。按照补偿电容器安装的位置，分为按照补偿电容器安装的位置，分为就地补偿就地补偿和和集集中补偿中补偿。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 补偿电容器的布置方式补偿电容器的布置方式 MMMMM高压集中补偿低压集中补偿分组集中补偿单独补偿山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 电容器的补偿方式电容器的补偿方式-就地补偿就地补偿 就地补偿：就地补偿：即对于容量较大、负荷平稳的用电设备，在即对于容量较大、负荷平稳的用电设备，在其附近按照其本身无功功率的需要装设电容器。其附近按照其本身无功功率的需要装设电容器。优点：优点：补偿效果最好补偿效果最好。能最大限度减少系统中流过的。能最大限度减少系统中流过的无功，使供电线路功率及能量损耗降低；线路的截面无功，使供电线路功率及能量损耗降低；线路的截面积减小；开关设备和变压器容量降低。积减小；开关设备和变压器容量降低。缺点：电容器将随着用电设备一同工作和停止，所以缺点：电容器将随着用电设备一同工作和停止，所以利用率较低、投资大、管理不方便；易受机械振动及利用率较低、投资大、管理不方便；易受机械振动及其他环节条件的影响。其他环节条件的影响。对大容量感应电动机而言，补偿容量应按照轻负荷时电对大容量感应电动机而言，补偿容量应按照轻负荷时电机所需要的无功功率计算，以免轻负荷时出现过补偿。机所需要的无功功率计算，以免轻负荷时出现过补偿。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 电容器的补偿方式电容器的补偿方式-集中补偿集中补偿 集中补偿：集中补偿：将电容器集中装设在变电所的母线上，以专用将电容器集中装设在变电所的母线上，以专用的开关控制。的开关控制。优点：和就地补偿相比，所需电容器总容量较少，即优点：和就地补偿相比，所需电容器总容量较少，即电容器的利用率较高。电容器的利用率较高。缺点：缺点：补偿效果稍差补偿效果稍差。具体分为：分组集中补偿、低压集中补偿和高压集中补偿。具体分为：分组集中补偿、低压集中补偿和高压集中补偿。低压集中补偿：补偿低压集中补偿：补偿6(10)kV6(10)kV变压器低压侧的无功功率。变压器低压侧的无功功率。高压集中补偿：主要补偿高压用电设备的无功功率和高压集中补偿：主要补偿高压用电设备的无功功率和6(10)kV6(10)kV变压器的无功损耗。变压器的无功损耗。但从提高电源进线的功率因数来看，仅在高压侧补偿也能但从提高电源进线的功率因数来看，仅在高压侧补偿也能满足要求，但满足要求，但高压侧补偿只能节约电源至高压侧补偿只能节约电源至6(10)kV6(10)kV 变电所变电所的导体截面的导体截面，而设置在，而设置在低压侧低压侧除具有上述优点外，还能除具有上述优点外，还能提提高高6(10)kV6(10)kV 变压器的负荷能力变压器的负荷能力。山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电气工程系 5补偿容量和补偿后计算负荷的计算补偿容量和补偿后计算负荷的计算 （1 1）补偿容量的计算）补偿容量的计算 (2)(2)补偿后计算负荷的计算补偿后计算负荷的计算 )tantan2130（PQCcCqQn 确定电容器的个数确定电容器的个数 CQQQ30/30补偿后总的无功计算负荷为补偿后总的无功计算负荷为 2302302/30230/30)(CQQPQPS补偿后的视在计算负荷为补偿后的视在计算负荷为 补偿前后对应的功率因数角正切值补偿前后对应的功率因数角正切值 山东科技大学自动化学院电气工程系山东科技大学自动化学院电