工厂供配电技术电子教案第7章-2课件.ppt
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1、 变压器的空载无功损耗变压器的空载无功损耗Qo可用下式近似计可用下式近似计算:算:(7-2)式中:式中:I0%为变压器空载电流占额定电流的百为变压器空载电流占额定电流的百分值,分值,SL7型变压器的型变压器的Io%可查附表可查附表7-4。NSIQ100%00 变压器额定负荷时的无功损耗变压器额定负荷时的无功损耗QN可由下可由下式近似计算式近似计算(7-3)式中:式中:Uk%为变压器的短路电压(阻抗电为变压器的短路电压(阻抗电压压UZ)占额定电压的百分值,)占额定电压的百分值,SL7型变压型变压器的器的Uk%可查附表可查附表7-4。NKNSUQ100%要使变压器运行在经济负荷要使变压器运行在经济
2、负荷Sec.T下,就必下,就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值须满足变压器单位容量的有功损耗换算值P/S为最小值的条件。令为最小值的条件。令d(P/S)/dS=0,可可得变压器的经济负荷为得变压器的经济负荷为(7-4)NqKqNTecQKPQKPSS00.变压器经济负荷与变压器额定容量之比,变压器经济负荷与变压器额定容量之比,称为变压器的经济负荷系数或经济负荷率,称为变压器的经济负荷系数或经济负荷率,用用Kec.T表示,即表示,即(7-5)一般电力变压器的经济负荷率为一般电力变压器的经济负荷率为50%左右。左右。NTecNqKqTecSSQKPQKPK.00.对于新型节能变压器,经济负荷率
3、对于新型节能变压器,经济负荷率比旧型号小。若按此原则选择变压比旧型号小。若按此原则选择变压器,则使初次投资加大,基本电费器,则使初次投资加大,基本电费也增多。因此变压器容量的选择要也增多。因此变压器容量的选择要多方面综合考虑,负荷率大致在多方面综合考虑,负荷率大致在70%左右比较适合我国国情。左右比较适合我国国情。例例7-1试计算试计算SL7-500/10型变压器的经济型变压器的经济负荷和经济负荷率。负荷和经济负荷率。解解 查附表查附表7-4得得SL7-500/10型变压器的有关型变压器的有关技术数据:技术数据:PO=1.08kW,PK=6.9kW,IO%=2.1,UK%=4。由式由式(7-2
4、)得得QO0.021500kV.A=10.5kvar 由式由式(7-3)得得QN0.04500kV.A=20kvar 取取Kq=0.1,由式,由式(7-5)得此型号变压器的得此型号变压器的经济负荷率为:经济负荷率为:因此变压器的经济负荷为:因此变压器的经济负荷为:Sec.T=Kec.TSN=0.49500kV.A=245kV.A%4949.0201.09.65.101.008.100.NqKqTecQKPQKPK(2)两台变压器经济运行的临界负荷两台变压器经济运行的临界负荷 假如变电所有两台同型号同容量(假如变电所有两台同型号同容量(SN)的)的变压器,变电所的总负荷为变压器,变电所的总负荷为
5、S。一台变压器单独运行时,由式(一台变压器单独运行时,由式(7-1)求)求得其在负荷为得其在负荷为S 时的有功损耗换算值为时的有功损耗换算值为 PP0KqQ0+(Pk+KqQN)(S/SN)2 两台变压器并列运行两台变压器并列运行 时,每台承担负荷时,每台承担负荷为为S/2,因此由式(,因此由式(7-1)求得两台变压)求得两台变压器的有功损耗换算值为:器的有功损耗换算值为:P2(P0KqQ0)+2(Pk+KqQN)(S/2SN)2 将以上两式将以上两式P与与S的函数关系绘成如图的函数关系绘成如图7-9所示两条曲线,两条曲相交于所示两条曲线,两条曲相交于A点点,图图7-9 两台变压器经济运行的临
6、界负荷两台变压器经济运行的临界负荷 A点所对应的变压器负荷点所对应的变压器负荷,就是变压器经济就是变压器经济运行的临界负荷,用运行的临界负荷,用SCr表示。表示。当当S=SScr时,因时,因PP,故宜于一故宜于一台运行。台运行。当当S=SScr时,因时,因PP,故宜,故宜于两台运行。于两台运行。当当S=Scr时,则时,则PP,即,即200200)2)(2)(2)(NNqKqNNqkqSSQKPQKPSSQKPQKP 由此可求得两台变压器经济的临界负荷为:由此可求得两台变压器经济的临界负荷为:(7-6)如果是如果是n台同型号同容量的变压器,则台同型号同容量的变压器,则n与与n-1台变压器经济运行
7、的临界负荷为:台变压器经济运行的临界负荷为:(7-7)NqKqNcrQKPQKPSS002NqKqNcrQKPQKPnnSS00)1(例例7-2 某厂变电所装有两台某厂变电所装有两台SL7-500/10型型变压器,试计算此变电所变压器经济运行变压器,试计算此变电所变压器经济运行的临界负荷值。的临界负荷值。解解 可利用例可利用例7-1的同型变压器技术数据,的同型变压器技术数据,代入式(代入式(7-6)求得此变电所两台变压器经)求得此变电所两台变压器经济运行的临界负荷为(取济运行的临界负荷为(取Kq=0.1)因此,当负荷因此,当负荷S346kV.A时,宜于一台运时,宜于一台运行;当负荷行;当负荷S
8、346kV.A时,宜于两台运行。时,宜于两台运行。AKVScr346201.09.65.101.008.12500 7.2.3采用人工补偿装置提高功率因数采用人工补偿装置提高功率因数 工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载,还有感电弧炉及气体放电灯等感性负载,还有感性的电力变压器,从而使功率因数降低。性的电力变压器,从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下,尚达能、提高其自然功率因数的情况下,尚达不到规定的工厂功率因数要求时,则需考不到规定的工厂功
9、率因数要求时,则需考虑增设无功功率补偿装置。移相电容器就虑增设无功功率补偿装置。移相电容器就是一种常用的无功补偿装置。是一种常用的无功补偿装置。移相电容器与同步补偿机相比,因无移相电容器与同步补偿机相比,因无旋转部分,所以它具有安装简单、运旋转部分,所以它具有安装简单、运行维护方便以及有功损耗小(一般约行维护方便以及有功损耗小(一般约占无功容量的占无功容量的0.3%0.5%)等优点。)等优点。所以,在电力系统中,尤其是在工业所以,在电力系统中,尤其是在工业企业的供电电网中,得到了十分广泛企业的供电电网中,得到了十分广泛的应用。的应用。移相电容器的缺点是,使用寿命短,移相电容器的缺点是,使用寿命
10、短,损坏后不便修复。另外,移相电容器损坏后不便修复。另外,移相电容器的无功出力与电压的平方成正比。这的无功出力与电压的平方成正比。这样当系统电压降低,需要更多的无功样当系统电压降低,需要更多的无功功率进行补偿以提高系统电压时,而功率进行补偿以提高系统电压时,而电容器却因电压低而降低了出力。反电容器却因电压低而降低了出力。反之,若系统不需要补偿无功功率时,之,若系统不需要补偿无功功率时,电容器仍然作为电容性无功功率向电电容器仍然作为电容性无功功率向电网补偿,使负载电压过分地提高,这网补偿,使负载电压过分地提高,这也是它的一个缺点。也是它的一个缺点。1、并联电容器的接线、并联电容器的接线 无功补偿
11、的并联电容器大多采用无功补偿的并联电容器大多采用形接线,形接线,只是少数容量较大的高压电容器组除外。只是少数容量较大的高压电容器组除外。而低压并联电容器绝大多数是做成三相的,而低压并联电容器绝大多数是做成三相的,且内部已接成三角形。且内部已接成三角形。三个电容为三个电容为C的电容器接成的电容器接成形,容量为形,容量为Qc()=3CU2,式中,式中U为三相线路的线电为三相线路的线电压。如果三个电容为压。如果三个电容为c的电容器接成的电容器接成Y形,形,则容量为则容量为QC(Y)=3CU2,式中,式中U为为三相线路的相电压,三相线路的相电压,由于由于 ,因此,因此QC()=3QC(Y)。这是并联电
12、容器采用这是并联电容器采用接线的一个优点。接线的一个优点。另外电容器采用另外电容器采用接线时,任一电容器断接线时,任一电容器断线,三相线路仍得到无功补偿;而采用线,三相线路仍得到无功补偿;而采用Y接接线,一相断线时,断线的那一相将失去无线,一相断线时,断线的那一相将失去无功补偿。功补偿。UU3 但是也必须指出,电容器采用但是也必须指出,电容器采用接线接线时,任一电容器击穿短路时,将造成时,任一电容器击穿短路时,将造成三相线路的两相短路,短路电流很大,三相线路的两相短路,短路电流很大,有可能引起电容器爆炸。这对高压电有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。如果电容器采用容器特别危险。如果电
13、容器采用Y形接形接线,情况就完全不同。图线,情况就完全不同。图7-10a为电容为电容器器Y接线时正常工作的电流分布,图接线时正常工作的电流分布,图7-10 b为电容器为电容器Y接线时而接线时而a相电容器击相电容器击穿短路时的电流分布和相量图穿短路时的电流分布和相量图a)正常时的电流分布正常时的电流分布 b)A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图相电容器击穿短路时的电流分布和相量图 图图7-10 三相线路中电容器三相线路中电容器Y联时的电流分布联时的电流分布 电容器正常工作时(图电容器正常工作时(图7-10a)(图(图7-8)式中,式中,XC=1/C;U为相电压为相电压CCBAXUIII/当当A
14、 相电容器击穿短路时(图相电容器击穿短路时(图7-10b)(图(图7-9)由上式可知,电容器采用由上式可知,电容器采用Y形接线,在其中形接线,在其中一相电容器击穿短路时,其短路电流仅为一相电容器击穿短路时,其短路电流仅为正常工作电流的正常工作电流的3倍,因此相对比较安全倍,因此相对比较安全.所所以以GB50053-199410KV以下变电所设计以下变电所设计规范规范规定:高压电容器组宜接成中性点规定:高压电容器组宜接成中性点不接地星形,容量较小时(不接地星形,容量较小时(450kvar及以下)及以下)宜按成三角形。低压电容器组应接成三角宜按成三角形。低压电容器组应接成三角形。形。ACCABBA
15、IXUXUII3333 2、并联容器的装设位置、并联容器的装设位置 并联电容器在供电系统中的装设位置,有并联电容器在供电系统中的装设位置,有高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿三种方式,如图补偿三种方式,如图7-11所示。所示。图图7-11并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果并联电容器在供电系统中的装设位置和补偿效果(1)高压集中补偿)高压集中补偿 高压集中补偿是将高压电容器组集中装设高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的在工厂变配电所的610kV母线上。这种母线上。这种补偿方式只能补偿补偿方式只能补偿610KV母线以前线路母线以前线
16、路上的无功功率,而母线后的厂内线路的无上的无功功率,而母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿,所以这种补偿方式的功功率得不到补偿,所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。但这种补经济效果较后两种补偿方式差。但这种补偿方式的初投资较少,便于集中运行维护,偿方式的初投资较少,便于集中运行维护,而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿,以满足工厂总功率因数的要的无功补偿,以满足工厂总功率因数的要求,所以这种补偿方式在一些大中型工厂求,所以这种补偿方式在一些大中型工厂中应用相当普遍。中应用相当普遍。图图7-12是接在变配电所是接在变配电所610kV母线母线
17、上的集中补偿的并联电容器组接线图。上的集中补偿的并联电容器组接线图。这里的电容器组采用这里的电容器组采用联结,装在成联结,装在成套电容器柜内。为了防止电容器击穿套电容器柜内。为了防止电容器击穿时引起相间短路,所以时引起相间短路,所以形接线的各形接线的各边,边,均接有高压熔断保护。均接有高压熔断保护。由于电容器从电网上切除时有残余电压,由于电容器从电网上切除时有残余电压,残余电压最高可达电网电压的峰值,这对残余电压最高可达电网电压的峰值,这对人身是很危险的,因此必须装设放电装置。人身是很危险的,因此必须装设放电装置。图图7-12中的电压互感器中的电压互感器TV一次绕组就是用一次绕组就是用来放电的
18、。为了确保可靠放电,电容器组来放电的。为了确保可靠放电,电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关。的放电回路中不得装设熔断器或开关。图图7-12 高压集中补偿的电容器组接线图高压集中补偿的电容器组接线图 按按GB50053-1994规定,室内高压电规定,室内高压电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器组容量较小时,可设置在高压配容器组容量较小时,可设置在高压配电室内,但与高压电容配电装置的距电室内,但与高压电容配电装置的距离不应小于离不应小于1.5m。(2)低压集中补偿)低压集中补偿低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车
19、间变电所的低压母线上。这种补偿方式能补偿变电所低压所的低压母线上。这种补偿方式能补偿变电所低压母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统母线以前包括变压器及其前面高压线路和电力系统的无功功率。由于这种补偿方式能使变电所主变压的无功功率。由于这种补偿方式能使变电所主变压器的视在功率减小,从而可选较小容量的主变压器,器的视在功率减小,从而可选较小容量的主变压器,因此比较经济。特别是供电部门对工厂的电费制度因此比较经济。特别是供电部门对工厂的电费制度通常实行的是两部电费制(一部分是按每月实际用通常实行的是两部电费制(一部分是按每月实际用电量计算电量,称为电度电费,另一部分是按装用电量计算电量,称为
20、电度电费,另一部分是按装用的变压器容量计算电费,称为基本电费),主变压的变压器容量计算电费,称为基本电费),主变压器容量减小,基本电费就减少了,可使工厂的电费器容量减小,基本电费就减少了,可使工厂的电费开支减少,所以这种补偿方式在工厂中应用非常普开支减少,所以这种补偿方式在工厂中应用非常普遍。遍。低压电容器柜一般可安装在低压配电室内,低压电容器柜一般可安装在低压配电室内,与低压配电屏并列装设;只在电容器柜较与低压配电屏并列装设;只在电容器柜较多时才需考虑单设一房间。多时才需考虑单设一房间。图图7-13是低压集中补偿的电容器组接线图。是低压集中补偿的电容器组接线图。这种低压电容器组,都采用这种低
21、压电容器组,都采用联结,通常联结,通常利用利用200V、1525W的白炽灯的灯丝电阻的白炽灯的灯丝电阻来放电(也有专用的放电电阻来放电的),来放电(也有专用的放电电阻来放电的),这些放电白炽灯同时作为电容器组正常运这些放电白炽灯同时作为电容器组正常运行的指示灯。行的指示灯。图图7-13低压集中补偿低压集中补偿的电容器组接线图的电容器组接线图(3)单独就地补偿)单独就地补偿 单独就地补偿,又称个别补偿或分散补偿,单独就地补偿,又称个别补偿或分散补偿,是将并联电容器组装设在需进行无功补偿是将并联电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿
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