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新聞主題 |
柴油發(fā)電機有功、無功和視在功率的計算公式 |
工廠企業(yè)中的電力負荷是指電氣設備或線路中通過的功率或電流。一個單位或一條供電線路負荷的大小不能簡單地將所有用電設備的容量加起來，其原因之一是在實際過程中并不是所有用電設備都同時運行，而是運行中的用電設備不一定是每臺都達到了它的額定容量。因此不能簡單的把所有用電設備的容量相加起來，同樣也不能把負荷估計的太低。選用的柴油發(fā)電機組容量太小，往往造成發(fā)電設備過熱、絕緣損壞以及帶不起負荷而使用戶不能正常工作。
一、功率的相關定義
1、有功功率
在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能或機械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流發(fā)電機在電阻元件上做功的能力大小，或單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。
2、無功功率
為了反映以下事實并加以表示，將電感或電容元件與交流發(fā)電機往復交換的功率稱之為無功功率。簡稱“無功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏（KVar）。在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通電后便會建立起電感線圈的磁場或電容器極板間的電場。因此，在交流電每個周期內(nèi)的上半部分（瞬時功率為正值）時間內(nèi)，它們將會從電源吸收能量用建立磁場或電場；而下半部分（瞬時功率為負值）的時間內(nèi)，其建立的磁場或電場能量又返回電源。因此，在整個周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場能量或電場能量在進行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗功率。
無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在，而進行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達了交流發(fā)電機能量與磁場或電場能量交換的最大速率。實際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負載，它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功率。如果沒有無功功率，發(fā)電機就不能建立工作磁場。
3、視在功率
交流發(fā)電機所能提供的總功率，稱之為視在功率或表現(xiàn)功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流發(fā)電機設備（如柴油發(fā)電機組）的容量大小。視在功率即不等于有功功率，又不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的柴油發(fā)電機輸出100KW的有功功率，主要取決于負載的功率因數(shù)。
4、功率三角形
視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角中為功率|因數(shù)角，它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差角。
電壓與電流之間的相位差（中）的余弦抽搐收功率因數(shù)，用符號cos中表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。三相負荷中，任何時候這三種功率總是同時存在∶功率因數(shù)cosφ=P/S∶sinφ=Q/S。
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發(fā)電機功率三角形圖示 |
發(fā)電機功角特性曲線圖 |
“功率三角形”是表示視在功率S、有功功率P和無功功率Q三者在數(shù)值上的關系，其中q是u（t）與i（t）的相位差，也稱功率因數(shù)角。
（1）由功率三角形可得∶P=Scosφ，Q=Ssinφ=Ptgφ；
（2）對于三相電路∶P=√3Ulcosφ，Q=√3Ulsinφ，S=√3Ul=√（P2+Q2）；
（3）對于用電器來說，VA*功率系數(shù)=W；
（4）在電阻類器件上，VA=W，它的功率系數(shù)是1；
（5）在發(fā)電機上，W指的應該是原動機的功率，比如說柴油機的輸出功率，VA應該指的它的帶負載能力。帶負載能力就是代表器件的輸出電流的大小。
二、功耗測算
計算負荷是為了按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機、開關設備及導線、電纜截面等需要計算的負荷功率或負荷電流。計算低壓設備的負荷計算方法一般選擇需用系數(shù)法計算負荷的方法。
1、計算公式
Pcα=KdΣP.................................（公式1）
Qcα=Pcα tanθ.................................（公式2）
Scα=√Pcα2+Qcα2.................................（公式3）
Icα=Scα÷√3UN.................................（公式4）
式中，Pcα——該用電設備的有功功率計算負荷，KW；
Qcα——該用電設備的無功功率計算負荷，Kvar；
Scα——該用電設備的視在功率計算負荷，KVA；
ΣP——該用電設備組的設備總額定容量，KW；
UN——額定電壓，V；
tanθ——功率因數(shù)角的正切值；
Icα——該用電設備組的計算負荷電流，簡稱計算電流，A；
Kd——需用系數(shù)。
一般而言，地面低壓設備分別取值為：Kd （0.7~0.75）；cosθ（0.75~0.8）；tanθ（0.75~0.88）。另外負載的類型不同，計算出的電流公式也不同，因此如果不區(qū)分電阻負載和感應負載設備，可能會發(fā)生問題。
（1）電阻負載
即與電源相比負載電流負載電壓沒有相位差時，負載是電阻性的(例如負載為白熾燈、電爐等)。 簡單地說，只通過電阻類元件工作的純粹的電阻性負載稱為電阻性負載。
（2）電感性負荷
指具有電感參數(shù)的負荷。 準確地說，應該是負載電流延遲負載電壓的相位差特性的是電感性負載，例如變壓器、電動機等負載稱為電感性負載。
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負載的功率三角形 |
2、實例演示
例如某數(shù)據(jù)中心，1#樓以5kW/機柜進行排列，規(guī)劃安裝機柜1380架(不含列頭柜)，IT功耗需求為6900kW。2#數(shù)據(jù)機樓，以5kW/機柜進行排列，規(guī)劃安裝機柜1414架(不含列頭柜)，IT功耗需求為7070kW。機樓總功耗需求（包括滿配和半配）測算見下表：
表1 負荷統(tǒng)計表
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機樓
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滿配容量
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半配容量
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有功功率（kW）
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無功功率（kVAR）
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視在功率（kVA）
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有功功率（kW）
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無功功率（kVAR）
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視在功率（kVA）
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1#樓
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10507.8
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4337.7
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11367.9
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5253.9
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2168.8
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5683.9
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2#樓
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10611.8
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4375.2
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11478.3
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5305.9
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2187.6
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5739.2
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合計
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21119.5
|
8712.9
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22846.2
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10559.8
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4356.5
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11423.1
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