大型工厂供电系统的设计
需要系数法的计算公式
计算负荷 有功（K w） 无功（Kvar） 视在（KVA） 电流（A） 计算负荷 有功（K w）` 无功（Kvar） 视在（KVA） 电流（A） 计算公式 适用条件 ePQSI30?Kdp 已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因数，求其计算负荷。 30?P30tanφ 30?P30/cosφ N30?S30/3U 适用条件 计算公式 PQ30?K?K?p??p?230pP30.I 已求出各设备组或各单位的有功和无功计算负荷后，求总的计算负荷。 3030.iSI30?P?S?Q230 3030/3UNpUKKPeE—设备组或单位的设备容量，不记备用设备容量。 —设备额定电压。 —需要系数 d?p\\?K?q\\K—有功和无功符荷同时系数。 P30.i?30.i—设备组的有功和无功计算负荷。 （1）对反复短时工作制设备，其容量必须按规定的负荷持续率进行换算 （2）用电设备组、车间和工厂的需要系数参见有关表格。 （3）由设备组计算车间配电干线时，可取：K ?P=0.85—0.95,K?q=0.9—0.95。
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3.1.3 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表 序 号 用电或车间单位名称(千瓦) 设备 容量 计算负荷 KX COSΦ TgΦ Pjs (千瓦) Qs (千乏) Sjs 备注 (千伏安) K∑ (1) NO1变电所 1 制条车间 2 纺纱车间 3 软水站 340 340 86.1 0.8 0.8 0.65 0.3 0.3 0.6 0.3 0.8 0.75 0.8 0.75 272 272 204 204 41.98 12.95 340 340 69.96 17.03 0.8 0.75 55.97 0.65 1.17 11.07 4 锻工车间 36.9 5 机修车间 296.2 6 7 8 托儿所 幼儿园 仓 库 小 计 12.8 37.96 1035 0.5 1.73 88.86 153.7 0.6 1.33 7.68 10.21 13.33 576.16 177.7 12.8 22.78 0.9 866.43 0.5 1.17 11.39 3.38 4.19 6.89 647.1 (2)NO2变电所 1 2 3 4 5 6 织造车间 染整车间 浴 室 理发室 食 堂 独身宿舍 小 计 525 490 0.8 0.8 0.8 0.75 0.8 0.75 1 -- 420 392 1.504 15.47 16 315 294 --- 11.6 --- 558.54 525 490 1.504 19.34 16 946.62 1.88 0.8 20.63 0.75 0.8 0.75 20 0.8 1 -- 951.8 3.56 3.96 2.03 760.48 (3)NO3变电所 1 2 3 4 6 锅炉房 水泵房 化验室 卸油泵房 小 计 151 118 50 28 0.75 0.8 0.75 0.8 0.75 0.8 0.75 0.8 0.75 0.75 0.75 0.75 2.7 113.3 88.5 37.5 21 234.2 84.94 66.375 28.125 15.75 175.67 141.56 110.625 46.875 26.25 292.79 312.3 2.7 2.88
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3.2 功率因数补偿计算
3.2.1 功率因数对供电系统的影响
在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。
功率因数的降低产生的不良影响：(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。
无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单 位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。
3.2.2 功率因数的补偿
供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据《全国供用电规则》的规定，本设计要求用户的功率因数cos??0.9。
供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。
补偿容量可按下式确定：
QC?P30(tan?1?tan?2)??qC.P30
n?QC?qC
式中
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tan?1——补偿前自然平均功率因数cos?1对应的正切值； tan?2——补偿后自然平均功率因数cos?2对应的正切值； ?qC——补偿率 kvar/kW
P30——设计时求得的平均负荷，单位为 KW； qC ——单个电容器的容量 kvar n ——并联电容器的个数
补偿前各变电所功率因数如下表所示： 序 号 COSΦ NO.1 0.66 NO.2 0.79 NO.3 0.8 设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式，其特点是能补偿低压母线以前的无功功率，可是变压器的无功功率得到补偿，从而有可能建交变压器容量，且运行维护也较方便。适用于中小型工厂或车间变电所低压侧基本无功功率的补偿。
并联电容器采用我国生产的BW 0.4—14—3系列静电电容器，其单台静电电容器能够发出的无功功率少，qC=14 kvar ，容易组成所需的补偿容量，并且安装拆卸方便，对于放电电阻采用6只 220V 25W白炽灯泡星形连接，即可满足要求，但必须注意以下特点：(1)静电电容器的周围空气极限温度是-40℃—40℃，因此电容器室应有良好的通风，当周围空气温度达到35时，应将电容器从电网中切除；(2)电容器对电压较敏感，运行时要严格监视其电压；(3)电容器从电网上切除时，电容器上有残余电量，危及工作人员安全，必须加接放电电阻。
经查表得 NO.1 0.71 459.4 33 NO.2 0.38 289 21 NO.3 0.33 77.3 6 ?qC，根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数，列于下表：
?qC QC n
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补偿后各变电所的计算负荷如下表所示： 序 号 NO.1 NO.2 NO.3 有功（千瓦） 647.07 760.48 234.23 计算负荷 无功（千乏） 275.65 323.96 99.78 视在（千伏安） 703.34 826.61 254.60 功率因数 COSΦ 0.92 0.92 0.92 3.3 变压器的选择
3.3.1变压器台数的确定
工厂总降压变电所变压器的容量与于台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及对供电可靠性的要求，同时应考虑工厂发展规划等因素并于电气主结线的选择统筹安排，应力求变电所的电气主结线简单，运行方便，供电可靠，节约电能与减少投资。变压器台数多则供电可靠性高，但设备投资也大，运行费用也要增加。因此，在能满足可靠性要求时，变压器台数越少越好，对不重要负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的一级负荷供电时，皆选用一台变压器。
设计中由于工厂属于二级负荷，且各变电所总计算负荷均小于1250 KVA，所以各变电所变压器都只选用一台就可以了。 3.3.2 变压器容量的选择
当选用一台变压器的时候，容量的选择应遵循下面的公式：
SN.T?S30
SN.T—单台变压器容量 S30—变电所总的计算负荷
3.3.3 变压器损耗
SL等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算：
有功（KW） ?PT
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?0.015SN.T无功（Kvar）?QT?0.06SN.T