電力系統基本知識課題一任務1電力系統的組成任務2工廠供配電系統任務3電氣設備的類型及額定電壓任務1電力系統的組成任務目標◆

了解電力系統的基本組成，了解發電廠、變配電所、電力網、電能用戶的基本概念。◆

掌握電力網的分類及特點。◆

掌握電力負荷的分類及特點。◆

了解電力負荷對電能質量的要求。任務引入工廠及其他電能用戶所需的電能是由發電廠生產的，但發電廠往往建在能源基地附近或城市周邊，離用電負荷很遠，當電流在線路中流過時，會造成電壓降落（ΔU=IR）、功率損耗（P=I2R）。為了減少這些電壓降落和功率損耗，發電廠發出的電一定要經過發電廠內的升壓變壓器將電壓升高然后遠距離輸送，由

P=IU

可知，當輸送功率一定時，電壓越高電流越小。而電能用戶的用電電壓一般是低壓，因此高壓輸送的電能必須經降壓變壓器降壓，再分配到電能用戶，如圖所示。任務引入電能的傳輸與分配過程一、基本概念結合上圖、下圖可了解到電力系統的基本概念。相關知識電力系統、動力系統、電力網示意圖1.電力系統由發電廠、變配電所、電力線路與電能用戶等環節組成的電能生產與消費系統稱為電力系統。2.電力網電力系統中各種電壓等級的輸配電線路和變配電所所組成的部分，即電力系統中除發電廠及電能用戶以外的中間環節，稱為電力網。3.動力系統電力系統加上發電廠的動力部分所構成的整體稱為動力系統。二、電力系統的組成1.發電廠發電廠是將自然界蘊藏的各種一次能源如水力、煤炭、石油、天然氣、風力、地熱、太陽能和核能等，轉換為電能（二次能源）的特殊工廠。按其所用一次能源形式不同，發電廠可分為火力發電廠、水力發電站、核能發電站、風力發電場、潮汐發電站、地熱發電站、太陽能發電站等。根據發電廠的規模和供電范圍又可分為區域性發電廠、地方性發電廠以及熱電廠和企業自備發電廠等。（1）火力發電廠。火力發電廠簡稱火電廠，它是將煤、石油、天然氣等燃料儲存的化學能轉化為電能的電廠，如圖所示為火力發電廠外景，如圖所示為凝汽式火力發電廠生產過程。火力發電廠外景a）建在城市附近的電廠b）建在煤礦附近的坑口電廠凝汽式火力發電廠生產過程（2）水力發電站。水力發電站簡稱水電站，它是將江河水從上游流到下游時形成的位能（落差）轉化為電能的電廠。如圖所示為水力發電站生產過程。水力發電站生產過程（3）核能發電站。核能發電站簡稱核電站，它是將原子核裂變產生的原子能轉化為電能的電廠。如圖所示為核電站生產過程。核電站生產過程除以上三種主要能源外，其他一次能源也逐步得到開發或利用，如風力發電（如圖所示）、潮汐發電、地熱發電、太陽能發電、垃圾發電和沼氣發電等。其中風力發電發展迅速，截至2020年，我國風電裝機容量

22009萬千瓦，其中，海上風電裝機容量50萬千瓦以上，開工容量100萬千瓦以上。風力發電外景2.變電所變電所又稱變電站，其作用是接受電能、變換電壓和分配電能，如圖所示為某變電所外景。用于升高電壓的稱為升壓變電所（站），用于降低電壓的稱為降壓變電所（站）。根據在電力系統中所處的地位和作用，變電所可分為以下幾類。某變電所外景（1）樞紐變電站。樞紐變電站位于電力系統的樞紐點，電壓等級一般為500kV及以上，聯系多個發電電源，出線回路多，供應多個片區，變電容量大，是目前聯網式大電網運行的關鍵。（2）中間變電所。中間變電所位于系統主干環線或系統主要干線的接口處，電壓等級一般為220~330kV，匯集2~3個電源和若干線路，高壓側以穿越功率為主，同時降壓向地區用戶供電。（3）地區變電所。地區變電所是一個地區和一個中、小城市的主要變電所，電壓等級一般為220kV，通過變壓器降成110kV，向整個地區供電。（4）終端變電所。終端變電所是鄉、鎮、區級用電范圍的主要變電所，電壓等級一般為110kV，通過變壓器降成35kV、20kV和10kV等，向用戶變電所供電。（5）工廠變電所。工廠變電所是大、中型工廠的專用變電所，電壓等級一般為35~110kV，1~2個電源進線。（6）用戶變電所。用戶變電所位于配電線路的終端接近電能用戶負荷處，高壓側多為10kV，經降壓后直接向用戶供電。3.電力網電力網由變電站和不同電壓等級的輸電線路組成，其作用是輸送和分配電能。其類型有以下幾種。（1）按供電范圍、輸送功率和電壓等級可將電力網分為輸電網和配電網。1）輸電網。輸電網是以超高壓或特高壓的電壓等級將發電廠、樞紐變電站連接起來的高壓輸電網絡，所以又可稱為電力網中的主網架，電壓等級一般為500kV及以上，輸送功率大，供電范圍廣，主要作用為遠距離輸電和電網互聯，輸電線路長度可達幾百千米乃至上千千米。2）配電網。通常把電力系統中地區降壓變電所以后的部分，直接向用戶供電的網絡稱為配電網。（2）按接線方式可將電力網分為以下兩種。1）開式電網。用戶只能從單方向得到供電。2）閉式電網。用戶可從兩個或兩個以上方向得到供電。（3）按電壓高低可將電力網分為低壓網（1.2kV及以下）、中壓網（10~35kV）、高壓網（110~220kV）、超高壓網（330~750kV）和特高壓網（交流1000kV、直流800kV以上）幾種。從目前國家電力事業發展的基本趨勢來看，省際的輸電電壓將要普及1000kV特高壓，省內輸電電壓以750/500/220kV為主。下圖為變電所及電力網類型示意圖。變電所及電力網類型示意圖三、電力負荷1.電力負荷的類型電力負荷可按運行特性和供電可靠性進行分類。（1）按照電力負荷自身的運行特性可分為動力類負荷和照明類負荷兩類。1）動力類負荷。主要指工廠類負荷，其特點為三相、大功率、連續負荷，其用電總量目前仍是用電負荷的主流，約占總發電量的70%，廣泛地分布在各種工業企業和其他用電方式中。2）照明類負荷。一般是指辦公、教育、商住、娛樂以及居民生活等用電負荷。照明類負荷與動力類負荷應當說無本質上的區別，在照明類負荷的前端也更多地采用三相配電。（2）按電力負荷對供電可靠性的要求，通常分為三級。1）一級負荷。中斷對這類負荷的供電，就會造成人身傷亡事故、重大設備損壞、大量產品報廢、生產秩序被打亂且不能恢復，將在政治、經濟上造成重大影響及巨大損失。此類負荷很重要，為保證其供電的可靠性，通常設置兩路及以上相互獨立的電源供電。2）二級負荷。對這類負荷中斷供電，會造成大量減產、主要設備損壞、連續生產過程被打亂且需較長時間才能恢復、人民生活及公用事業受到影響，將在政治、經濟上造成較大損失。此類負荷也較重要，其重要程度次于一級負荷，二級負荷宜由雙回路電源進線供電。3）三級負荷。一般所有不屬于一、二級負荷者均為三級負荷。此類負荷短時停電不會造成嚴重后果，如工廠附屬車間、小城鎮、小加工廠以及一些機關、學校、住宅小區等。三級負荷屬不重要負荷，對供電電源無特殊要求，通常采用單回路電源進線供電。2.電力負荷對電能質量的要求所謂電能質量是表示電能品質優劣的程度。衡量電能質量的指標包括三個方面：頻率、波形和電壓。（1）頻率。《電能質量

電力系統頻率偏差》（GB/T15945—2008）中規定：電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為

±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值可放寬到

±0.5Hz。（2）波形。交流電的標準波形是正弦波，隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，用電設備中增加了大量的非線性負載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量工業交、直流變換裝置，特別是靜止變流器。（3）電壓。在某一時段內，電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程度，稱為“供電電壓偏差”，以電壓實際值與額定值之差ΔU

或ΔU%來表示，即ΔU=U－UN（1-1）

式中U———檢測點電網電壓實際值，V;

UN———檢測點電網電壓額定值，V。電壓偏差的大小，主要取決于電力系統的運行方式、線路阻抗以及有功與無功負荷的變化。用電設備的運行指標和額定壽命是對其額定電壓而言的，當其端子上出現電壓偏差時，其運行參數和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續的時間和設備狀況而異。電壓偏差對用電設備性能的影響見下表。電壓偏差對用電設備性能的影響供電電壓偏差是衡量電能質量的一項基本指標。允許的電壓偏差較小，有利于用電設備的安全和經濟運行，但為此要改進電網結構，增加無功電源和調壓裝置，同時要盡量調整用戶的負荷。允許的電壓偏差大，就要求設備對電壓波動的適應性強，這需要提高產品性能，也就造成了產品成本的提高。因此，電壓允許偏差值的確定是一個綜合的技術、經濟問題。為規范電壓質量要求，國家標準規定了不同等級電壓的允許變化范圍。電壓的允許變化范圍見下表。電壓的允許變化范圍任務2工廠供配電系統任務目標◆

了解工廠供配電系統的基本組成。◆

掌握工廠供配電系統的接線方式及特點。任務引入從電力系統的概念可知，電力系統是指從發電到用電的所有組成部分，作為電力系統其中一部分的工廠是目前電力系統最大的電能用戶，對電力系統的安全運行有著重要影響，故了解和掌握工廠供配電系統的相關知識意義重大。一、工廠供配電系統的組成一個大、中型工廠供配電系統通常由工廠總降壓變電所、高壓配電線路、車間變配電所、低壓配電線路和配電裝置組成。應當指出的是，對于某個具體的工廠供配電系統，可能只有其中的一部分，這主要取決于工廠電力負荷的大小和規模。相關知識工廠供配電系統中變電所的作用是接受、變換和分配電能，而配電所的作用是接受和分配電能。工廠降壓變電所的作用是把電力系統供給的高壓電能，經過變電所的各級降壓，變成用電設備所需要的較低電壓的電能，然后經過配電裝置和配電線路將電能送到各車間的用電設備。二、工廠供配電系統的受電配電接線方式1.大型工廠供配電系統的受電配電接線方式大型工廠往往采用35~110kV電源進線，先經總降壓變電所進行一次降壓降至10kV，然后經廠內的高壓配電線路送到各車間變電所進行二次降壓，將10kV降至0.4kV，如圖所示的就是大型工廠受電配電系統簡圖的局部。這種受電配電接線方式應用不多，只存在于少數大型企業，其受電配電系統圖看起來像個小城鎮。大型工廠受電配電系統簡圖的局部2.中型工廠供配電系統的受電配電接線方式中型工廠的電源進線一般采用10kV，經變電所一次降壓降至0.4kV，如圖所示。這種接線方式是絕大多數企業和用電單位的首選，其中規模較大的企業有廠區內部的高壓配電線路，而中型工廠只有低壓配電線路。中型工廠受電配電系統簡圖1中型工廠受電配電系統簡圖23.小型工廠供配電系統的受電配電接線方式對于一些小型工廠，若所需容量不大于100kV·A，可直接采用380/220V低壓進線，如圖所示。小型工廠受電配電系統簡圖三、工廠配電系統的接線方式工廠配電系統是指工廠受電以后的廠區內部分配方式，基本接線方式主要有三種：放射式、樹干式及環式。下面主要介紹高壓配電系統的基本接線方式。1.放射式接線方式如圖所示為單回路放射式接線方式，這種接線方式是由工廠總變電所（或總配電所）10kV母線上引出的線路直接向車間變電所或高壓設備供電，沿線無其他分支。其特點是線路敷設簡單，操作、維護方便，容易進行繼電保護的整定，并易于實現自動化，且本回路的故障不會影響其他回路的供電。單回路放射式接線方式為了提高供電的可靠性，可采用雙回路放射式接線方式，如圖所示。如果一回路發生故障或檢修，可由另一回路繼續供電，與單回路放射式接線方式相比，其供電可靠性提高了，可用于一、二級負荷供電，但開關設備使用更多，投資也更大，同時也增加了操作的難度。雙回路放射式接線方式a）單電源進線供電b）雙電源進線供電2.樹干式接線方式在這種接線方式中，線路的分布有主干，有分支，其結構像樹一樣，如圖所示。樹干式接線方式3.環形接線方式環形接線方式如圖所示，此種接線方式實質上是雙回路供電的樹干式或放射式接線方式，特點是運行靈活，供電可靠性高，但繼電保護整定及配合比較復雜。環形接線方式對于380/220V低壓配電系統，接線方式如圖所示。以上三種接線方式，具體采用哪種，應根據負荷的重要性、投資的多少、運行維護方便及長遠規劃等綜合考慮。低壓配電系統的接線方式a）放射式b）樹干式c）環形任務3電氣設備的類型及額定電壓任務目標◆

了解工廠供配電系統中電氣設備的分類。◆

掌握工廠供配電系統中電氣設備的額定電壓及其選擇方式。任務引入在工廠供配電系統中，供配電設備按其作用和功能可分為不同的類型。為了使供配電設備的生產實現標準化和系列化，各種電氣設備都規定有額定電壓。一、電氣設備的類型電力系統的電氣設備按其作用不同，可分為一次設備和二次設備。1.一次設備一次設備是指直接參與生產、輸送和分配電能的設備。按其作用可分為以下幾類。（1）生產和變換電能的設備。如發電機、電力變壓器、電動機等。（2）切斷和接通電路的開關電器。如斷路器、隔離開關、接觸器、熔斷器等一次系統。相關知識（3）限制短路電流和過電壓的設備。如限制短路電流的電抗器、限制過電壓的避雷器等。（4）接地裝置。如防雷設備的接地、電力系統中性點的接地及保護人身安全的保護接地等，均采用埋入地中的金屬接地體。（5）載流導體。如母線、電纜及架空線等。一次設備及其相互間連接電路的整體稱為一次回路或一次系統。2.二次設備二次設備是指對一次設備起監察、測量、控制和保護作用的電氣設備。如測量表計、繼電保護及自動裝置、操作電源、信號及控制電纜等設備。二次設備及其相互間連接電路的整體稱為二次回路或二次系統。3.常用電氣設備的圖形符號及文字符號繪制和識讀供配電系統原理圖必須首先認知其規定的圖形符號與文字符號。電氣設備的圖形符號及文字符號是以國家規定的圖形符號及文字符號來表示的，常用電氣設備的圖形符號及文字符號見下表。常用電氣設備的圖形符號及文字符號常用電氣設備的圖形符號及文字符號常用電氣設備的圖形符號及文字符號二、電氣設備的額定電壓1.電力網及用電設備的額定電壓由下表可發現，在同一電壓等級下電氣設備的位置不同，其額定電壓并不相同，原因如下。我國三相交流電力網和電氣設備的額定電壓kV我國三相交流電力網和電氣設備的額定電壓kV當線路輸送功率時，電流流過線路會在線路上產生電壓降，即ΔU=IR，且線路首端電壓往往高于末端電壓。由電壓質量要求可知，電壓值并不是要求始終保持在額定值的，它可以在一定的范圍內變化，而且這種變化既可以是降低，也可以是升高。為使設備生產標準化，通常取線路首、末端電壓的算術平均值

作為用電設備的額定電壓，此電壓也就是電力網的額定電壓，即用電設備的額定電壓等于電力網的額定電壓。2.發電機的額定電壓用電設備的工作電壓一般允許在額定電壓的±5%范圍內變化，即整個線路有10%的電壓偏差，所以線路首端電壓最好比額定電壓高5%，當線路通過規定負載電流時，線路末端電壓降落才不超過5%。而發電機總是處于線路首端，所以它的額定電壓比線路的額定電壓高5%，即1.05UN，如圖所示。發電機的單機容量越大，采用的額定電壓越高，其額定電壓等級見上表。線路的電壓分布3.變壓器的額定電壓變壓器的額定電壓可用下圖來說明。變壓器的一次繞組是從電力網接受電能的，故相當于用電設備。因此，當變壓器連接在線路上時（如圖中T2），其一次繞組的額定電壓等于線路額定電壓;當變壓器直接與發電機相連接時（如圖中T1），其一次繞組的額定電壓應等于發電機的額定電壓。發電機、變壓器的額定電壓三、工廠電氣設備額定電壓的選擇一般來說，提高供電電壓能減少線路電能損耗，提高電壓質量，節約有色金屬，但卻增加了線路及設備的投資費用。負荷大小和距離電源遠近對供電電壓的選擇有很大關系，輸送距離越遠，其電壓等級就越高，同時輸送功率也提高。即便在相同電壓等級下，不同的敷設方式其輸送功率和輸送距離也不同，比如架空敷設時，其單根導線的截面由于拉力的原因不能選得太小。各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離見下表。各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離工廠供配電系統的高壓受電電壓，首先取決于當地供電電壓的等級，一般情況下，一個工廠沒有為自己架設供電專用線的能力；然后再根據工廠的用電容量以及廠區面積等因素確定。工廠內部采用的高壓配電電壓通常是10kV，從技術、經濟指標來看，其最為合理。工業企業的低壓配電電壓一般采用380/220V，其中線電壓380V接三相動力設備及380V的單相設備，相電壓220V接一般照明燈具及其他220V的單相設備。工廠電力負荷及其確定課題二任務1電力負荷及負荷曲線任務2低壓斷路器的功能及選用任務3電力負荷的確定任務4工廠的無功功率及其補償任務5短路的原因與危害任務1電力負荷及負荷曲線任務目標◆

掌握用電負荷的類型及分類方式。◆

掌握用電設備組的設備容量的確定方式。◆

了解負荷曲線及其作用。任務引入電力負荷在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設備或用電單位，也可以指用電設備或用電單位的功率或電流的大小。因為工廠供配電系統的負荷計算，主要目的是選擇導線與開關及其保護整定，而導線的規格為截面積，參數為電流載流量，開關的主要參數也是額定電流值，所以，負荷計算其實就是電流的計算。工廠中的用電設備和用電單位由于功能和用途不同，其運行方式和負荷電流的大小也不同。然而運行方式決定著負荷電流的大小，因此在確定負荷電流之前必須學會分析用電設備的運行規律。一、用電設備組的設備容量如圖所示為三相交流異步電動機的銘牌，用電設備的銘牌上都有一個“額定功率”PN，它是指電氣設備正常運行條件下的最大有效輸出功率，即電氣設備可以長時間在額定功率運行而不會過熱。相關知識三相交流異步電動機的銘牌有必要引入一個新的量來表達這種不同，然后根據不同運行規律把銘牌數據轉換成能代表其運行規律的新的量，這個量稱為設備容量，即

Pe———設備容量。同時，人們也明確銘牌數據的額定功率有時不等于設備容量，即

PN≠Pe

。因此，不同類型用電設備組的設備容量轉換方式不同，其轉換值也不同。二、工廠用電設備按工作制的分類及設備容量計算1.連續運行工作制這類用電設備的特點是長時間連續運行，其負荷基本上均勻穩定，如恒定流量的水泵、通風機，照明燈具，電爐等。連續運行工作制設備的溫升曲線如圖所示。連續運行工作制設備的溫升曲線從其溫升曲線可以看出，當用電設備加上負載后，其溫度由起始溫度升高，但在開始時溫度上升得很快，然后逐漸趨緩，最后穩定在允許的最高溫度值，再也不升溫了，這就是一個連續運行的電氣設備正常的溫升曲線。隨著時間的延續和溫度的升高，當負載電流引起的升溫和熱輻射帶來的降溫達到一個平衡時，溫度就會穩定在一個值上，即圖中的最大值。但當環境溫度變化時，此最大值會發生變化，如在冬季，環境溫度降低，電氣設備開始熱輻射的溫度降低，在負載和電損耗不變的情況下，該溫度的穩定值會降低；當夏季環境溫度提高后，該溫度的穩定值就會隨著升高，如圖所示。環境溫度變化后的溫升變化比較a）環境溫度較低時b）環境溫度較高時在高溫的環境和季節里，要想使電氣設備溫度的穩定值不超過允許值，應當適當控制其輸出功率和運行的時間。必須連續運行的，可考慮采取降容運行方式，減少其功率輸出，以防止設備過熱。同樣的做法也適用于配電開關和導線。經過上面的分析可知：連續運行工作制的電氣設備，由于一直以額定功率連續運行，所以它的設備容量就等于其銘牌上的額定功率，即

Pe=PN（2-1）∑Pe=∑PN（2-2）2.短時工作制這類用電設備的特點是工作時間很短，而停歇時間相當長。短時工作制設備的溫升曲線如圖所示。短時工作制設備的溫升曲線根據一般工業設計理念，短時工作的電氣設備一般都會工作在過載狀態下，有時甚至過載1~2倍，但由于其工作時間很短，過載狀態下也不會產生很高的溫升。反過來說，絕對不允許將這類設備長時間運行或在較短時間內多次運行，否則會因溫度過高而燒壞，如機床上的夾緊、放松電動機以及快速移動電動機等。由于短時工作的電氣設備一工作就要過載，因此在對一組這樣的設備進行分析計算時，經統計計算得出其發熱效果等同于連續運行的設備組，其設備容量也等于其銘牌上的額定功率值，見式（2-1）、式（2-2）。3.斷續周期工作制這類用電設備時而工作，時而停歇，如此反復運行，呈現一定周期性，而工作周期一般不超過10min。斷續周期工作制設備的溫升曲線如圖所示。斷續周期工作制設備的溫升曲線為表示斷續周期工作制設備運行工作的情況，用它們在一個工作周期里的工作時間與整個周期時間的百分比值來描述，這比值稱為負荷持續率或暫載率，用

ε

表示，即式中T———工作周期；t———工作周期內的工作時間；t0———工作周期內的停歇時間。從溫升曲線看到，斷續周期工作制運行的用電設備，確定的工作周期只適合預定的負載狀態或工作狀態，如果改變工作周期，可能會出現過高的溫升，工作頻度增加后的溫升曲線如圖所示。工作頻度增加后的溫升曲線由于過載倍數的不同，斷續周期工作制電氣設備的設備容量的計算就不能簡單相加，而是對不同負荷持續率的斷續周期工作制設備的容量，按規定進行換算。斷續周期工作制設備的額定功率（銘牌功率）PN，是對應于某一標準負荷持續率

εN的。數學推導證明，設備容量與負荷持續率的平方根成反比，即同一設備在不同的暫載率下工作時，其輸出功率是不同的。在計算其設備容量時，必須先轉換到一個統一的

ε

下。對于起重機電動機，應統一換算到ε=25%，換算公式為式中PN———設備銘牌上的額定功率；Pe———換算后的設備容量；εN———設備銘牌上的額定暫載率；ε25———統一換算暫載率（式中為0.25）。對于電焊變壓器，應統一換算到

ε=100%，換算公式為式中ε100———統一換算暫載率（式中為1）；SN———電焊變壓器的額定容量；cosφN———設備銘牌上的額定功率因數。三、工廠的負荷曲線負荷曲線是表示電力負荷隨時間變動情況的曲線。一個工廠的電力負荷由該廠所有用電設備組成。這些用電設備的容量、開停時間、功率因數、負荷變化規律都不相同。因此，描述工廠用電負荷變化的情況就很難用一個簡單的公式來表示。負荷曲線將日常記錄和積累的數據繪制在直角坐標系上，通常用縱坐標表示負荷的大小，一般以電流值來繪制，橫坐標表示對應負荷變動的時間。負荷曲線可根據需要繪制成不同的類型。任務2低壓斷路器的功能及選用任務目標◆

掌握低壓斷路器的種類及功能。◆

掌握低壓斷路器的選用知識。任務引入在低壓供配電系統中，廣泛地使用著各種類型的低壓斷路器，它們是完成低壓配電網絡電能的分配、控制、保護的重要環節。近年來，由于低壓斷路器功能的進一步完善與提高，以及價格的優勢和使用的便利性，低壓斷路器已經基本取代熔斷器，成為低壓供配電系統的主要選擇。因此，正確地認知和選用低壓斷路器就尤為重要。任務引入如圖所示為某辦公樓某樓層配電箱電氣系統圖，下面將分析該圖中不同位置開關的種類、電流的大小以及開關的保護功能，并選擇合適的低壓斷路器。某辦公樓某樓層配電箱電氣系統圖一、低壓斷路器的分類低壓斷路器按結構形式可分為萬能式（又稱框架式）和小型斷路器兩大類，其中小型斷路器又可分為塑料外殼式（簡稱塑殼式）和微型斷路器兩種。低壓斷路器按用途又可分為以下四種。（1）導線保護用斷路器。位于配電線路的末端，主要用于照明線路和用電器具的保護，額定電流在6~60A范圍內，也稱為微型斷路器。相關知識（2）配電用斷路器。在低壓配電系統中作過載、短路、欠電壓保護之用，也可用于電路的不頻繁通斷操作，額定電流一般為100~6000A，也就是塑殼式斷路器和框架式斷路器。（3）電動機保護用斷路器。在不頻繁操作場合，用于控制和保護電動機，并可取代控制系統中的熔斷器，額定電流一般為16~400A。（4）漏電保護用斷路器。主要用于人身觸電防護，也可用于檢測漏電和防止電氣火災的發生。用于線路末端的，額定電流多在63A以下；用于配電支路的，電流可以較大。二、低壓斷路器的工作原理低壓斷路器是一種可以重復使用的自動保護元件，是集機械、電氣結構于一體的組合電氣元件，電氣結構主要由參數整定部分，電流、電壓檢測部分，跳閘執行部分以及脫扣器等組成。低壓斷路器的結構原理如圖所示。低壓斷路器的結構原理a）合閘狀態b）跳閘狀態低壓斷路器的分、合閘操作方式目前一般有手動操作、電動機或電磁鐵操作和儲能彈簧操作三種方式。小型斷路器大多采用手動操作方式，框架式斷路器由于操作力矩較大，一般采用電動機操作、電磁鐵操作或儲能彈簧操作方式。（1）電動機操作：由電動機驅動機械裝置完成斷路器的分、合閘操作。（2）電磁鐵操作：由電磁鐵完成斷路器的分、合閘操作。電動機與電磁鐵不作為短路跳閘動作的執行裝置，僅作為分、合閘操作動作的執行裝置。（3）儲能彈簧操作：一般應用于框架式斷路器，利用儲能彈簧迅速釋放能量進行分、合閘操作。對于小型斷路器，一般必須有過電流脫扣器和熱脫扣器兩種基本保護脫扣器配置，以應對低壓配電系統短路保護和過負荷保護的基本需求；對于框架式斷路器，則一般還需要配置失壓脫扣器和分勵脫扣器。以下分別對脫扣器工作原理及現狀進行說明。（1）過電流脫扣器。過電流脫扣器是斷路器的最基本保護配置，也是斷路器誕生時的唯一設計需求，也就是說，只要是斷路器，就必須有過電流脫扣器，取代之前的熔斷器保護，完成可重復操作的短路保護需求。過電流保護一般為速斷保護動作方式。（2）熱脫扣器。熱脫扣器完成保護對象的過負荷保護需求。傳統熱脫扣器使用的測量元件采用雙金屬片結構受熱后的曲張變形原理設計，利用負荷電流流過纏繞在雙金屬片上的電熱絲感知負荷是否正常。（3）失壓脫扣器。其測量電壓的電磁線圈并聯在斷路器的電源側，可起到欠壓及零壓保護的作用。（4）分勵脫扣器。分勵脫扣器用于遠距離控制低壓斷路器分閘。它的電磁線圈并聯在低壓斷路器的電源側。斷路器的圖形符號及文字符號如圖所示為斷路器的圖形符號及文字符號。三、目前常用的斷路器1.框架式斷路器框架式斷路器，工程上簡稱ACB（AirCircuitBreaker），低壓配電系統中最早使用的一種觸點在空氣中分斷與接通的保護器件，也稱為空氣開關。其所有結構元件都裝在同一框架或底板上，體積較大但結構合理，一般有較規范的組件結構和較多類型脫扣器，所以也稱為萬能式斷路器，其功能完備，電流整定值較準確，動作靈敏度高。框架式斷路器型號的含義如下：RMW1框架式斷路器如圖所示為RMW1框架式斷路器。某品牌框架式斷路器電氣控制原理圖下圖為某品牌框架式斷路器電氣控制原理圖，其主保護配置為電子式過電流脫扣器，可實現過電流保護和過負荷保護的高精度整定，并可使用通信接口實現遠距離遙控與工作狀態顯示。2.塑殼式斷路器塑殼式斷路器，工程上簡稱MCCB（MouldedcaseCircuitBreaker），在形成淵源上屬于框架式斷路器小型化后的產品，所有結構元件都裝在一個塑料外殼內，結構緊湊、體積小，一般小容量斷路器多采用塑料外殼式結構。塑殼式斷路器一般用于配電饋線控制和保護、小型配電變壓器的低壓側出線總開關、動力配電終端控制和保護、住宅配電建筑物進線處和支線的控制和保護，也普遍地用于各種生產機械電氣控制系統的電源總開關，其額定電流值一般為100~600A。如圖所示為目前市場上主流的塑殼式斷路器外形。目前市場上主流的塑殼式斷路器外形下面以國產TM系列為例說明塑殼式斷路器型號的含義。3.微型斷路器微型斷路器，工程上簡稱MCB（MiniatureCircuitBreaker）。一般殼架電流小于100A的小型斷路器稱為微型斷路器，包括單極（1P）、二極（2P）、三極（3P）、四極（4P）四種，在實際應用中多以63A以下為主，是低壓配電網絡終端配電裝置中使用最廣泛的一種終端保護電器，所以也稱為終端保護。微型斷路器采用標準的卡槽安裝方式，安裝簡單方便，便于維護。如圖所示為常見微型斷路器外形。常見微型斷路器外形微型斷路器的一個單極開關位在行業里稱為一個“模”，一個標準位的尺寸基本上是準確的，一般為18mm，如圖所示為各種微型斷路器的外形及尺寸。各種微型斷路器的外形及尺寸下面是比較有代表性的施耐德C65微型斷路器的型號含義。如圖所示為各種微型斷路器外形。各種微型斷路器外形如圖所示為微型斷路器應用于低壓配電箱時的安裝樣例。微型斷路器應用于低壓配電箱時的安裝樣例4.漏電斷路器漏電斷路器，工程上簡稱RCD（Resid-ualCurrentDevices）。目前廣泛使用的是一種電流動作型漏電斷路器，確的名稱應當為“剩余電流動作保護器”，是指在指定條件下被保護電路中發生了漏電或接線錯誤，使得穿過漏電斷路器中檢測元件剩余電流互感器的電流矢量和不為零而產生了剩余，進而產生了剩余磁場，其二次側輸出的電流達到設定值時能自動斷開電路的裝置。漏電斷路器的動作原理如圖所示。漏電斷路器的動作原理漏電斷路器一般分為兩極、三極和四極三種。如圖所示為不同漏電斷路器的應用方式。不同漏電斷路器的應用方式漏電斷路器在結構上有不同的形式，有一體式結構的，制成后就是一個可以獨立使用的漏電斷路器；也有的做成漏電模塊，可以與本系列單極或多極斷路器進線自由組合。如圖所示為漏電斷路器外形。漏電斷路器外形四、斷路器的基本電氣參數1.殼架電流（INm）無論是哪一種類型的斷路器，都有一個殼架電流值，它表達的是該等級的斷路器能通過的最大安全電流值，也是本等級斷路器的電流上限。2.額定電流（IN）額定電流也稱脫扣器整定電流，是指該斷路器脫扣器整定過電流動作倍數時的依據電流，也就是它所帶負載的額定電流值。TM40H系列斷路器的電流數據見下表。TM40H系列斷路器的電流數據3.最大遮斷電流（Icu）最大遮斷電流是指斷路器能有效分斷的最大極限電流。在供配電系統中不同位置發生故障時的故障電流值是不同的，它主要由供電電壓值和短路點的實際并聯阻抗值決定，也稱為最大預期電流值。斷路器也因此規定了不同的極限電流值，以滿足不同的保護動作需求，此電流值屬于斷路器分斷的極限參數，有效分斷后不考慮能繼續承載線路的額定電流，同時對斷路器來說也是破壞性試驗參數。4.額定運行短路分斷能力（Ics）該值可以小于最大遮斷電流（Icu），一般可為最大遮斷電流（Icu）的25%、50%、75%、100%，大多數斷路器是50%~75%，在此電流以下有效保護分斷后，斷路器可以繼續承載線路的負載電流。目前許多高端產品為了簡化參數和試驗，其

Icu

和

Ics

是相同的。5.斷路器脫扣器種類（1）過電流脫扣器。斷路器必配的脫扣器，用于過電流保護，當線路發生短路故障，短路電流超過過電流脫扣器的瞬時脫扣整定電流時，過電流脫扣器動作，從而切斷電路，實現短路保護。只要是斷路器就至少配有過電流脫扣器。（2）熱脫扣器。用于過負荷保護，當線路發生過負荷時，其串聯在一次回路中的加熱電阻加熱，使雙金屬片受熱發生彎曲，通過杠桿推動搭鉤與鎖扣脫開，在反作用彈簧的推動下，動、靜觸頭分開，從而切斷電路。各種斷路器中大多配有熱脫扣器。（3）失壓脫扣器。用于檢測電壓值的電磁線圈常態為通電狀態，線圈得電吸合，此狀態也是斷路器合閘的必要條件。（4）分勵脫扣器。通過分勵脫扣線圈與電磁鐵可實現遠距離跳閘，分勵脫扣器線圈常態不得電，跳閘動作時瞬時接通并帶動銜鐵動作，帶動脫扣器啟動跳閘。一般框架式和塑殼式斷路器可配置分勵脫扣器，微型斷路器一般不配置。如圖所示，當圖中的車間分路開關QF6負載端嚴重短路時，總開關QF和分開關QF6都能檢測到這個短路電流，按照正常的動作狀況，只能QF6跳閘，而車間總開關QF不能跳閘，但在傳統電磁式斷路器保護方式下，這種保護結果很難實現。車間配電6.電磁式斷路器脫扣器的特性曲線電磁式斷路器脫扣器的特性曲線是指當保護線路或負載發生過電流或短路時，脫扣器電流值與動作時間的運行曲線。根據IEC898和GB/T10963，特性曲線可分為A、B、C、D四種類型。（1）A型。特別適用于測量回路中的互感器保護、具有特長導線的回路保護和有限的半導體保護（它的過載長延時保護范圍與B、C、D三類相同）。（2）B型。用于住宅和插座回路。（3）C型。優先用于接通大電流的電氣設備和具有啟動電流的設備，如白熾燈和電動機等。（4）D型。適用于產生脈沖電流的電氣設備、電磁閥和電容器。對于每種運行曲線的整定范圍內（A型的>2IN，<3IN；B型的>3IN，<5IN；C型的>5IN，<10IN；D型的>10IN，<50IN），可理解為動作正常，不動作也正常。由于傳統的電磁式脫扣器無法做到準確整定，所以只能給出一個動作值的范圍。如圖所示為D型斷路器典型應用電路。D型斷路器典型應用電路如圖所示為某斷路器C型曲線脫扣器電流與時間運行曲線。某斷路器C型曲線脫扣器電流與時間運行曲線7.漏電斷路器的主要電氣參數作為漏電斷路器，主要電氣參數就是動作電流和分斷時間。（1）額定剩余動作電流（IΔn）。它是指在規定條件下，漏電斷路器必須可靠動作的漏電動作電流值。（2）額定剩余不動作電流（IΔno）。這是為防止漏電斷路器誤動作所必需的技術參數，即在電網正常運行時允許的三相不平衡漏電電流以及較小漏電電流。（3）分斷時間。分斷時間是從突然施加漏電動作電流開始到被保護主電路完全被切斷為止的時間。為起到人身觸電時的安全保護作用和適應分級保護的需要，漏電斷路器分快速型、延時型及反時限型三種。1）快速型。也稱瞬動型，分斷時間<0.2s。2）延時型。用于上、下級之間的選擇性分斷。3）反時限型。動作時間與漏電程度成反比，即漏電越嚴重，動作時間越短。五、斷路器的選用1.根據配電保護的位置選擇斷路器的類型低壓配電系統保護一般可分為三級：一級配電保護、二級配電分配保護、終端設備運行保護。（1）一級配電保護用于配電變壓器之后的最前級保護與控制，或為某個用電環節的受電端，此處電流較大，要求的保護可靠性高，保護方式以短路保護為主，所以多選用框架式斷路器以及大容量塑殼式斷路器。（2）二級配電分配保護用于低壓配電的干線或支線，為本用電環節的支路分配，電流相對較大，保護方式以短路保護和檢測系統漏電為主。（3）終端設備運行保護則以微型斷路器為主，其中的插座回路應當選擇微型漏電斷路器。保護方式為短路、過載、漏電。不同保護位置斷路器的選用如圖所示。不同保護位置斷路器的選用2.根據實際負載選擇適當的殼架電流值由上面的分類可知，框架式、塑殼式、微型斷路器都有自己的殼架電流值的取值范圍。但是不同品牌的斷路器，其殼架電流值的具體序列值的分布也會不同。所以選擇前應當首先確定一種斷路器品牌，然后根據負載的實際額定電流值確定殼架電流的等級。3.根據實際負載性質選擇適當的脫扣器特性曲線正確、恰當地選擇脫扣器的特性曲線尤為重要，在工廠供配電系統中比較簡單和恰當的選擇原則是首選C型曲線，部分選擇B型曲線，慎選D型曲線，不考慮A型曲線。4.漏電斷路器的選用（1）終端保護漏電斷路器的選用。作為終端保護，主要目的就是人身觸電傷害的防護，所以應選擇高靈敏度、快速型的漏電斷路器，基本參數是額定剩余動作電流值

IΔn≤30mA，分斷時間

t<0.2s。（2）一、二級保護漏電斷路器的選用。作為一、二級保護，選擇漏電斷路器主要為了檢測系統漏電和防止電氣火災的發生，因此其剩余動作電流值不可選的過小，否則會造成無序的停電；分斷時間也應當與終端保護分出層次，選擇延時型。任務3電力負荷的確定任務目標◆

掌握采用需要系數法確定用電設備組電力負荷的方法。任務引入在工廠供配電系統中，選擇配電裝置和設備的容量或導線截面時，首先必須正確確定設備或導線所承擔的最大負荷。如圖所示為某機械制造廠金工車間的供配電系統。某機械制造廠金工車間供配電系統該車間采用低壓配電方式，由車間降壓變電所提供低壓電源，進入車間后設車間低壓進線總配電柜AP0。再由AP0引出一路低壓配電線路貫穿車間全長，向設在車間不同位置的四個低壓分配電柜供電，四個分配電柜分別為AP1、AP2、AP3、AP4，接線方式為樹干式接線方式，最后由四個低壓分配電柜采用放射式接線方式向各機械設備供電。如圖所示為各個配電柜供配電系統（方案），其中圖a所示為總配電柜AP0的系統，圖b、圖c、圖d、圖e所示分別為分配電柜AP1~AP4的系統。各個配電柜供配電系統（方案）a）AP0

b）AP1

c）AP2

d）AP3

e）AP4各個配電柜供配電系統（方案）a）AP0

b）AP1

c）AP2

d）AP3

e）AP4各個配電柜供配電系統（方案）a）AP0

b）AP1

c）AP2

d）AP3

e）AP4各個配電柜供配電系統（方案）a）AP0

b）AP1

c）AP2

d）AP3

e）AP4從圖中看出，所有的開關、導線型號規格均沒有填入數據，有的只是設備銘牌上能獲得的額定功率或額定容量以及回路編號和回路用途編號，所以該圖只是根據該車間設備安裝情況進行供配電設計的初步方案。本任務就要根據各個系統圖中配電柜實際所帶負載的情況，確定各個分配電柜的電力負荷以及總配電柜的電力負荷，然后根據所確定的負荷大小，選擇系統圖中每一路負荷的開關、導線的型號和規格，再將所確定的數據填在系統圖中相應的表格內，從而完成該車間的供配電設計。一、計算負荷所謂“計算負荷”，是按發熱條件選擇電氣設備的一個假定負荷。計算負荷產生的熱效應和實際變動負荷產生的最大熱效應相等。所以根據計算負荷選擇的電氣設備和導線，在實際長時間連續運行中，其最高溫度不會超過允許值。相關知識通常把根據半小時（30min）的平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為“計算負荷”，并作為按發熱條件選擇電氣設備的依據。因為導體通過電流達到穩定溫度的時間為3~4τ（τ

為發熱時間常數），而一般中小截面（16~95mm2）導線的

τ

都在10min以上，也就是說，載流導體大約經半小時（30min）后可達到穩定溫度。所以“計算負荷”實際上與從負荷曲線上測得的半小時“最大負荷”是基本相當的。因此最大負荷

Pmax

便稱為計算負荷。有功計算負荷用半小時（30min）最大負荷

P30

來表示，無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流分別用

Q30

、S30

、I30

表示。二、需要系數一個用電設備組運行時，其供電線路上的最大負荷總是比設備容量總和要小。確定計算負荷的方法很多，其中，需要系數法最為常用。影響需要系數的主要因素有以下四個。1.同時使用系數（K0）用電設備組的所有設備不可能同時工作，此系數的值為該設備組運行著的用電設備容量與該設備組全部用電設備總額定容量之比，對于單臺設備，其值為1，最大值也為1，對于不同的設備組，其值變化較大。2.負荷系數（K）運行的用電設備不一定滿負荷運行，此系數表示運行著的用電設備實際所需功率與其額定容量之比，其值最大為1，對于工廠的多數設備，此系數小于1，且隨不同類型的負載變動較大。3.線路供電效率（ηc）如果負荷離電源較遠，計算負荷時需考慮線路的損耗，此值小于1，但是比較接近于1且隨負載的大小變化不大。4.用電設備組在實際運行時的平均效率（η）此值小于1，且對不同類型的負載變化很小。將上述四個因素組成一個決定用電負荷大小的綜合系數，即需要系數根據計算思路得出即

P30=Kd

Pe（2-9）或

P30=Kd∑Pe（2-10）同類型用電設備、車間、工廠的負荷曲線相似，所以需要系數也相近。我國設計部門通過長期實踐和調查研究，統計出的一些典型用電設備組的需要系數及功率因數見下表，可供負荷計算時參考。一些典型用電設備組的需要系數及功率因數一些典型用電設備組的需要系數及功率因數

上表分析說明如下。（1）上表所列的需要系數值是按車間范圍內設備臺數較多的情況來確定的，因此系數值一般偏低，計算分支或分路負荷時宜適當取得大一些。只有1~2臺時，可取

Kd

為1。（2）表中照明負載的功率因數值為白熾燈電光源的數據，如為熒光燈，則取cosφ=0.9，tanφ=0.48；如為高壓汞燈、鈉燈，則取cosφ=0.5，tanφ=1.73。（3）影響需要系數的因素主要是需要系數中分子的兩個量

K0

和

K，受分母的效率參數影響不大。（4）通風機大多工作在額定狀態下，因為三相異步電動機的額定功率因數cosφN

為0.8~0.85，所以通風機的功率因數為0.8。三、求計算負荷的一般方法1.單臺用電設備計算負荷的確定當供電線路上只連接有一臺用電設備時，線路的計算負荷可按設備容量來確定。此時求計算負荷的公式如下對電動機（2-11）或

P30≈PN（2-12）對白熾燈、電熱設備、電爐變壓器等

P30=PN（2-13）式中PN———用電設備的額定功率，kW；

ηN———額定狀態時用電設備的效率。2.用電設備組計算負荷的確定對于用電設備組的計算負荷，按下列步驟確定。（1）分析用電設備組的負荷類型，分為連續、短時和斷續周期三種類型，然后按照不同的類型將用電設備組銘牌的額定功率

PN

轉換成代表其運行規律的設備容量

Pe

。（2）查目標用電設備組的需要系數值，本教材中為上表。（3）按式（2-9）、式（2-10）求出計算負荷。有功計算負荷

P30=Kd

Pe

、P30=Kd∑Pe無功計算負荷

Q30=P30tanφ（2-14）視在計算負荷（2-15）計算電流（2-16）式中P30

、Q30

、S30

、I30———該用電設備組的有功、無功、視在計算負荷和計算電流（單位分別為kW、kvar、kV·A、A）。負荷計算的最終結果應當是計算電流，這是選擇導線、開關的依據。3.多組用電設備總計算負荷的確定

對多組不同類型的用電設備進行計算，應將各組的計算結果相加。考慮到各組用電設備的最大負荷不同時出現的因素，求車間干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應將干線上或低壓母線上各用電設備組的計算負荷相加后再乘以一個相應的最大負荷同時系數（也稱殘差系數）K∑P

、K∑Q

。有功殘差系數可取

K∑P=0.85~0.95（2-17）無功殘差系數可取

K∑Q=0.9~0.97（2-18）總的有功計算負荷（2-19）總的無功計算負荷（2-20）任務4工廠的無功功率及其補償任務目標◆

熟悉無功功率的基本成因和危害。◆

掌握無功功率補償的基本方式。任務引入根據可以看出，計算負荷受cosφ值的影響，而電流值I30=。很顯然，cosφ影響著計算電流值，經分析，當cosφ比較小的時候,做同樣多的有功，需要更大的負載電流。這是一個必須面對而且應當引起足夠重視的問題，因為電流的增大會帶來線路損耗和電壓損失，影響著電網的運行效率，而影響的根源之一就是功率因數cosφ，無功功率的增加會使功率因數降低。一、

無功功率及無功電流由任務引入可知,在計算電力負荷的公式中有cosφ,即功率因數,而且功率因數影響著電力系統負荷的大小和運行效率,因此有必要先學習功率因數的概念,分析影響功率因數大小的無功功率及無功電流。

下面以下圖所示電路的工作狀態進行闡述。相關知識如圖所示電路是一個交流電源通過變壓器降壓，點亮一盞白熾燈的控制電路，當S1、S2均未接通時，變壓器T的一次側和二次側均沒有電流流過。當S1閉合S2斷開時，在變壓器的一次側就會流過一次電流，如下圖a中的虛線所表示的部分。但此時由于S2并沒有閉合，所以變壓器并未做功。當開關S2閉合后，白熾燈點亮，就形成有功功率，如下圖b所示。有功、無功示意圖1有功、無功示意圖2二、不同電路元件在交流電路中的有功和無功1.純電阻負載在電路原理中已知，交流電路中有功功率的定義為平均功率，以純電阻負載為例進行說明，如圖所示。純電阻負載時電路模型及波形圖2.感性負載感性負載是工廠電氣負載中最主要的負載形式。由于電路中存在電感元件，因此負載呈現感性，其基本特征就是當加上交流電壓后，其負載電流是滯后電壓一定角度的，而不是像純電阻負載那樣始終保持同相位，如圖所示。感性負載時電路模型及波形圖3.純電感負載交流電路中只有純電感負載的情況下，由電路原理可知，此時流過電感的電流要滯后電壓90°角，如圖所示。純電感負載時電路模型及波形圖由于電流滯后了90°角，從功率波形圖可以看到，電壓變化一個周期后，平均功率為零。也就是說，電感元件屬于儲能元件，不消耗有功功率，因而不做功。實際上，變壓器空載運行時的狀態跟純電感負載相類似，如圖所示的那樣。接電度表的空載運行的變壓器4.電動機負載電動機作為工廠供配電系統中最大的用電設備，討論其無功、有功的狀況很有實際意義。很顯然，電動機屬于感性負載，且其電感量是個定值，只跟電動機的容量有關，所以其無功功率也同樣是定值。但其有功功率卻隨所帶負載大小的不同而變化。可以用功率三角形來描述一個電動機的輸出功率引起其功率因數變化的情況，如圖所示。電動機的功率三角形上圖中的狀態1是電動機工作于額定狀態下的功率三角形，其輸出功率為額定值

PN，且額定輸出時電動機的功率因數最高，一般為0.8~0.85，這時電動機消耗的有功功率比無功功率多，電網運行效率較高，雖仍有待提高，但至少其自然功率因數較高；如果電動機工作于輕載的狀態下，如上圖中的狀態2，輸出一半有功功率時，由于無功功率是不變的，其自然功率因數

cosφ

由0.8降為0.55左右，功率因數由于輸出功率的減少而降低。狀態2的功率三角形表達的物理意義：要保證電動機輸出功率為

P2，供電系統就要提供

S2

的容量，此時的

S2

幾乎為

P2

的兩倍，因此電網的運行效率很低。三、無功功率的補償1.無功功率補償的必要性由以上分析可知，當交流電路中存在感性負載時，就會產生無功功率，使功率因數降低。功率因數cosφ

在電力行業里也稱為力率，即出力的效率。如果考核一個用電單位一個月的力率水平的話，就稱為平均力率，也就是一個月的平均功率因數，而過低的功率因數使電網的運行效率降低，會導致兩個方面的問題。（1）使電力線路的輸電能力降低。導線中流動的不僅有用于做功的有功電流，還有用于建立磁場的勵磁電流，也就是無功電流。無功電流不做功，卻占用著導線的輸電能力，如果電網的功率因數過低，使得導線中流過無功電流過大的話，可直接導致系統供電能力降低、線路損耗增大，末端電壓質量不能保證，如圖所示。無功電流占用輸電線路的情況（2）使變壓器運行效率降低。在上圖中，如果電源側用來表示供電變壓器，該變壓器不但要提供負載的有功電流，還要提供負載的無功電流，從而使變壓器的運行效率降低。按一般要求，變壓器最高運行于60%的負荷率時，該變壓器只能輸出30%的有功功率。因此應當給予足夠的重視，進行合理地補償。國家電網公司為了提高電網的運行效率，用經濟手段強制用戶提高功率因數，即提高用戶的平均力率，一般規定160kV·A以上的高壓用戶的平均力率不得低于0.9。對平均力率高于0.9的用戶將減收電費；對平均力率低于0.9的用戶將增收電費。下表為功率因數調整電費表。功率因數調整電費表2.平均力率的計算既然電網公司一般只會考核用戶的平均力率，即月平均功率因數，就可以從一個用戶的總電費計量端獲取計算數據。一般高供高計（高壓供電高壓計量）用戶的計量表分為有功電度表和無功電度表，有功電度表的讀數是收取電費的依據，而無功電度表則為考核平均力率的依據。根據功率三角形可知同理，也可以將上式變化為式中WP———有功電度表讀數；WQ———無功電度表讀數。3.無功功率補償的基本原理和方式無功功率補償的基本原理是把容性負載與感性負載并聯接在同一電路中，當容性負載釋放能量時，感性負載吸收能量，而感性負載釋放能量時，容性負載卻在吸收能量，能量在兩種負載之間互相交換。這樣，感性負載所吸收的無功功率可由容性負載輸出的無功功率補償，這就是無功功率補償的基本原理。下圖所示為不同性質負載電流和電壓相位的矢量圖及投入電容負載后的補償變化。不同性質負載電流和電壓相位的矢量圖及投入電容負載后的補償變化a）不同性質負載電流和電壓相位的矢量圖b）投入一定電容后

φ1

減小到

φ2c）投入合適電容后

φ1

變為0如果用波形圖來描述上述矢量圖的效果，則如圖所示。從圖中得知，在感性負載旁邊并聯電容器后，在不改變電路參數

R、L

的情況下，負載的無功功率得到補償，因此該補償電容器在工程上也稱為“并聯電容器”；又由于補償后從波形圖的效果可以看到電流的相位得以向前移動，所以也稱為“移相電容器”。電容補償后的電路狀況變化a）補償前的電路狀況b）補償后的電路狀況4.工程上常見的補償方式在工程上一般采用兩種補償方式：集中補償和分散就地補償。（1）集中補償。適用于送電距離比較近且補償容量不是太大的中小型工廠，補償時，一般在變、配電室或車間變電所的低壓側集中安裝無功功率補償設備。如圖所示為電源端的集中補償。電源端的集中補償a）補償前b）補償后（2）分散就地補償。適用于送電距離較遠且設備比較分散的中、大型工廠，補償時在用電地點或較大容量設備附近安裝補償設備。對于采用低壓配電方式供電的大容量車間，在其配電線路的末端、車間電源處安裝移相電容器柜。如圖所示為負載端的分散就地補償，圖中表示的為功率因數補償到1時的情況。

負載端的分散就地補償從上圖中可以看出，移相電容器柜放在了配電線路的末端，也就是負荷端，由移相電容器柜就近對感性負載進行補償，既提高了變壓器的運行效率，也減少了輸電線路的損耗，起到了較好的補償效果，但設備過于分散，使得設備成本增加，給運行和維護都帶來了一定的難度。5.工程上補償容量的確定確定補償容量時，可根據供電容量和負荷性質進行估算，市場上成品低壓移相電容器柜主要有兩個規格指標供選擇：①最大輸出電流，其實表達的是其所擁有的電容器數量，即補償容量；②控制輸出路數，表示其所擁有的電容器分幾路輸出，過去多采用1、2、3、3的輸出方式，即分四路，第一路1只電容器，第二路2只電容器，第三、第四路都是3只電容器，但現在多采用對稱方式，比如每路1只或2只。根據以上實際情況，可以采用比較簡