绵竹市土门中学10KV电气低压无功补偿系统设计(含dwg图纸)
绵竹市土门中学10KV电气低压无功补偿系统设计(含dwg图纸)[20200211152536]
摘 要
本文论述了无功补偿的基本原理和意义，并对绵竹市土门中学10KV低压并联电容器补偿系统进行了设计。根据已有的平面图绘制电气平面图和供配电系统图，确定各栋楼的需要系数和功率因数，在根据负荷计算出无功功率的补偿量。根据低压配电系统的无功功率确定补偿方案，从理论和工程应用的角度确定补偿容量，选择合适的无功补偿器，并校验该系统的功率因数。
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关键字:无功补偿补偿容量元器件配置
目录
1. 绪论 1
1.1土门中学概况 1
1.2研究背景及现状 1
1.3无功补偿的意义 1
2.无功补偿简介 3
2.1无功补偿的基本概念 3
2.2功率因数的定义 3
2.2.1 计算负荷时的功率因素 3
2.2.2 平均功率因数 3
2.3无功补偿容量的确定 4
2.4无功补偿装置的选择 4
2.5并联电容器简介 5
3.电气平面图设计 6
3.1照明系统图 6
3.2电缆导线的选择及敷设 8
3.3供配电系统图 9
4.各出线柜、总柜负荷计算 11
4.1计算方法 11
4.2计算过程 11
5.无功补偿计算 15
5.1综合楼 16
5.2教学楼 16
5.3室外 17
5.4宿舍 17
5.5门卫 18
5.6泵房 18
6.设备的选型及功率因数校验 20
6.1并联电容器的选型 20
6.2功率因数的校验 21
6.3无功补偿柜的选择 21
7、总结 24
参考文献 25
附录 26
1. 绪论
1.1土门中学概况
土门中学主要分为6部分:1综合楼、2教学楼、3室外、4宿舍、5门卫、6、泵房。其中综合楼部分主要是食堂、浴室、开水房配电；宿舍分男生宿舍、女生宿舍以及无障碍居室，主要是照明、插座及电风扇配电；室外是照明配电；教学楼主要是照明、插座、风扇配电；门卫是照明、插座配电。该中学由10/0.4kV的变电所供电。
1.2研究背景及现状
现在国民经济发展快速，人们的生活水平也不断提高，导致人们对电力的需求不断增长，于是对供电的可靠性和供电质量有了更高的要求。但是电力建设跟不上经济的发展，供需矛盾日益加剧，最明显的是小城乡配电网。我国小城乡地区大多数用的是10KV配电线路，这种线路负荷密度大、用电量集中，所以对供电可靠性要求很高。这导致输电效率低、输电能力不足、功率因素低、线损高、末端电压低，严重影响了经济的发展并限制了人们生活水平的提高。
为了提高用电效益，减少不必要的经济支出，常用的方法是提高负载的功率因数。根据我国小城镇和城乡配电网的特点以及电力公司的资金和人力情况，采用的方法最普遍的是并联电容无功功率补偿。它补偿方式主要分为三种：变电所集中补偿、配电线路分散补偿、负荷侧就地补偿。以前我国10KV配电线路基本采用负荷侧就地补偿方式，虽然这种方式对用户来说具有很好的补偿效果，但是对于整个10KV配电系统来说，它技术性和经济性都不是最好的。
1.3无功补偿的意义
一般情况下，用户所用的负荷主要是气体放电灯、感应电动机、电焊机等，这些都属于感性负荷，需要从供配电系统中吸收无功功率，所以它的自然功率因数较低。采用无功功率补偿，可以减少供配电系统的电能损耗和电压损失，这样就可以选用容量比较小的电力变压器、开关设备和截面积较小的电线电缆，这样就可以降低线损，减少投资并节约了有色金属。因此，在整个供配电系统中采取无功功率补偿、提高功率因数是必要的。
图1-1表示在有功功率固定不变条件下，使用无功功率补偿、提高功率因数与视在功率变化的关系。采取无功功率补偿把功率因数从COSφ提高到COSφ’时，无功功率Qc和视在功率Sc将分别减小为Qc’和Sc’，从而减小负荷电流。
2.无功补偿简介
2.1无功补偿的基本概念
交流电在通过纯阻性负载的时候，电能全转成了热能，但是在通过纯容性或纯感性负载时，负载并不做功，没有电能消耗，这部分功率就是无功功率。当然实际所用负载不可能是纯容性或者纯感性的，一般都是带电阻性的混合性负载，这样电流流过它们的时候，一部分电能转换成热能，另一部分电能不做功，不做功的部分就是无功功率，所以此时的功率因数 必定小于1。为了提高电能的利用效率，就要进行无功补偿。
无功补偿的定义是：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。
2.2功率因数的定义
功率因数（power factor）λ是在周期状态下，有功功率P的绝对值与视在功率S的比值。在正弦电路中，功率因数等于电压与电流之间相位差的余弦值COSφ（有功因数）。
（2-1）
2.2.1 计算负荷时的功率因素
计算负荷时的功率因素是指在需要负荷或最大负荷时的功率因数，按下式计算：
（2-2）
我国<<供电营业规则>>规定：容量在100KVA及以上高压供电的用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功功率补偿（reactive power compensation）。所以，本次无功补偿设计，就是以功率因数为0.9来确定无功功率补偿的最大容量。
2.2.2 平均功率因数
平均功率因数是指某一规定时间内（例如一个月内）功率因数的平均值，对已投入使用的用户，按下式计算：
（2-3）
式中Wp是指某一时间（例如一个月）内消耗的有功电能，由有功电能表读出；
Wq是指某一时间（例如一个月）内消耗的无功电能，由无功电能表读出。
我国供电企业每月向用户收取电费时，就是按照月平均功率因数的高低来调整电费的。平均功率因数低于某个标准时，就要增加一定比例的电费；平均功率因数高于供电标准时，就可以适当减少一定比例的电费。这样做的目的是鼓励用户设法提高功率因数，从而提高电力系统运行的经济性。
2.3无功补偿容量的确定
当自然功率因数达不到要求时，需装设无功补偿装置。由式2-1可知，最大负荷时的无功补偿容量Qr.c应为:
（2-4）
需要说明的是，按式（2-4）计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减少，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，所投入的电容器组随负荷的变化而变化。这样功率因数、电压偏差等指标就满足系统的运行要求。
在供配电系统方案设计时，若不具备设计条件，无功补偿容量也可按变压器容量的15%-30%估算。
2.4无功补偿装置的选择
在式（2-4）确定了总的补偿容量后，再选择合适的的电容器的组数来确定单组并联电容器容量为:
（2-5）
无功自动补偿的调节方式分为以下三种：1、以节能为主进行补偿者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡，也可采用功率参数调节；2、为改善电压偏差为主进行补偿者，应按电压参数调节；3、无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。
摘 要
本文论述了无功补偿的基本原理和意义，并对绵竹市土门中学10KV低压并联电容器补偿系统进行了设计。根据已有的平面图绘制电气平面图和供配电系统图，确定各栋楼的需要系数和功率因数，在根据负荷计算出无功功率的补偿量。根据低压配电系统的无功功率确定补偿方案，从理论和工程应用的角度确定补偿容量，选择合适的无功补偿器，并校验该系统的功率因数。
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关键字:无功补偿补偿容量元器件配置
目录
1. 绪论 1
1.1土门中学概况 1
1.2研究背景及现状 1
1.3无功补偿的意义 1
2.无功补偿简介 3
2.1无功补偿的基本概念 3
2.2功率因数的定义 3
2.2.1 计算负荷时的功率因素 3
2.2.2 平均功率因数 3
2.3无功补偿容量的确定 4
2.4无功补偿装置的选择 4
2.5并联电容器简介 5
3.电气平面图设计 6
3.1照明系统图 6
3.2电缆导线的选择及敷设 8
3.3供配电系统图 9
4.各出线柜、总柜负荷计算 11
4.1计算方法 11
4.2计算过程 11
5.无功补偿计算 15
5.1综合楼 16
5.2教学楼 16
5.3室外 17
5.4宿舍 17
5.5门卫 18
5.6泵房 18
6.设备的选型及功率因数校验 20
6.1并联电容器的选型 20
6.2功率因数的校验 21
6.3无功补偿柜的选择 21
7、总结 24
参考文献 25
附录 26
1. 绪论
1.1土门中学概况
土门中学主要分为6部分:1综合楼、2教学楼、3室外、4宿舍、5门卫、6、泵房。其中综合楼部分主要是食堂、浴室、开水房配电；宿舍分男生宿舍、女生宿舍以及无障碍居室，主要是照明、插座及电风扇配电；室外是照明配电；教学楼主要是照明、插座、风扇配电；门卫是照明、插座配电。该中学由10/0.4kV的变电所供电。
1.2研究背景及现状
现在国民经济发展快速，人们的生活水平也不断提高，导致人们对电力的需求不断增长，于是对供电的可靠性和供电质量有了更高的要求。但是电力建设跟不上经济的发展，供需矛盾日益加剧，最明显的是小城乡配电网。我国小城乡地区大多数用的是10KV配电线路，这种线路负荷密度大、用电量集中，所以对供电可靠性要求很高。这导致输电效率低、输电能力不足、功率因素低、线损高、末端电压低，严重影响了经济的发展并限制了人们生活水平的提高。
为了提高用电效益，减少不必要的经济支出，常用的方法是提高负载的功率因数。根据我国小城镇和城乡配电网的特点以及电力公司的资金和人力情况，采用的方法最普遍的是并联电容无功功率补偿。它补偿方式主要分为三种：变电所集中补偿、配电线路分散补偿、负荷侧就地补偿。以前我国10KV配电线路基本采用负荷侧就地补偿方式，虽然这种方式对用户来说具有很好的补偿效果，但是对于整个10KV配电系统来说，它技术性和经济性都不是最好的。
1.3无功补偿的意义
一般情况下，用户所用的负荷主要是气体放电灯、感应电动机、电焊机等，这些都属于感性负荷，需要从供配电系统中吸收无功功率，所以它的自然功率因数较低。采用无功功率补偿，可以减少供配电系统的电能损耗和电压损失，这样就可以选用容量比较小的电力变压器、开关设备和截面积较小的电线电缆，这样就可以降低线损，减少投资并节约了有色金属。因此，在整个供配电系统中采取无功功率补偿、提高功率因数是必要的。
图1-1表示在有功功率固定不变条件下，使用无功功率补偿、提高功率因数与视在功率变化的关系。采取无功功率补偿把功率因数从COSφ提高到COSφ’时，无功功率Qc和视在功率Sc将分别减小为Qc’和Sc’，从而减小负荷电流。
2.无功补偿简介
2.1无功补偿的基本概念
交流电在通过纯阻性负载的时候，电能全转成了热能，但是在通过纯容性或纯感性负载时，负载并不做功，没有电能消耗，这部分功率就是无功功率。当然实际所用负载不可能是纯容性或者纯感性的，一般都是带电阻性的混合性负载，这样电流流过它们的时候，一部分电能转换成热能，另一部分电能不做功，不做功的部分就是无功功率
无功补偿的定义是：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。
2.2功率因数的定义
功率因数（power factor）λ是在周期状态下，有功功率P的绝对值与视在功率S的比值。在正弦电路中，功率因数等于电压与电流之间相位差的余弦值COSφ（有功因数）。
（2-1）
2.2.1 计算负荷时的功率因素
计算负荷时的功率因素是指在需要负荷或最大负荷时的功率因数，按下式计算：
（2-2）
我国<<供电营业规则>>规定：容量在100KVA及以上高压供电的用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功功率补偿（reactive power compensation）。所以，本次无功补偿设计，就是以功率因数为0.9来确定无功功率补偿的最大容量。
2.2.2 平均功率因数
平均功率因数是指某一规定时间内（例如一个月内）功率因数的平均值，对已投入使用的用户，按下式计算：
（2-3）
式中Wp是指某一时间（例如一个月）内消耗的有功电能，由有功电能表读出；
Wq是指某一时间（例如一个月）内消耗的无功电能，由无功电能表读出。
我国供电企业每月向用户收取电费时，就是按照月平均功率因数的高低来调整电费的。平均功率因数低于某个标准时，就要增加一定比例的电费；平均功率因数高于供电标准时，就可以适当减少一定比例的电费。这样做的目的是鼓励用户设法提高功率因数，从而提高电力系统运行的经济性。
2.3无功补偿容量的确定
当自然功率因数达不到要求时，需装设无功补偿装置。由式2-1可知，最大负荷时的无功补偿容量Qr.c应为:
（2-4）
需要说明的是，按式（2-4）计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减少，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，所投入的电容器组随负荷的变化而变化。这样功率因数、电压偏差等指标就满足系统的运行要求。
在供配电系统方案设计时，若不具备设计条件，无功补偿容量也可按变压器容量的15%-30%估算。
2.4无功补偿装置的选择
在式（2-4）确定了总的补偿容量后，再选择合适的的电容器的组数来确定单组并联电容器容量为:
（2-5）
无功自动补偿的调节方式分为以下三种：1、以节能为主进行补偿者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡，也可采用功率参数调节；2、为改善电压偏差为主进行补偿者，应按电压参数调节；3、无功功率随时间稳定变化时，按时间参数调节。
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