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新聞主題 |
柴油發(fā)電機有功、無(wú)功和視在功率的計算公式 |
工廠(chǎng)企業(yè)中的電力負荷是指電氣設備或線(xiàn)路中通過(guò)的功率或電流。一個(gè)單位或一條供電線(xiàn)路負荷的大小不能簡(jiǎn)單地將所有用電設備的容量加起來(lái)，其原因之一是在實(shí)際過(guò)程中并不是所有用電設備都同時(shí)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(jiǎn)單的把所有用電設備的容量相加起來(lái)，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(guò)熱、絕緣損壞以及帶不起負荷而使用戶(hù)不能正常工作。
一、功率的相關(guān)定義
1、有功功率
在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉換的那部分功率（如轉變?yōu)闊崮?、光能或機械能）稱(chēng)為有功功率，簡(jiǎn)稱(chēng)“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(shí)間內轉變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘抵怠?/span>實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內瞬時(shí)功率的平均值，故又稱(chēng)平均功率。它的大小等于瞬時(shí)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(guò)電阻元件中電流有效值的乘積。
2、無(wú)功功率
為了反映以下事實(shí)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(chēng)之為無(wú)功功率。簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)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(huì )建立起電感線(xiàn)圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。因此，在交流電每個(gè)周期內的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內，它們將會(huì )從電源吸收能量用建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；而下半部分（瞬時(shí)功率為負值）的時(shí)間內，其建立的磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。因此，在整個(gè)周期內這種功率的平均值等于零。就是說(shuō)，電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量在進(jìn)行著(zhù)可逆的能量轉換，而并不消耗功率。
無(wú)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(jìn)行可逆性轉換的那部分電功率，它表達了交流發(fā)電機能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的最大速率。實(shí)際工作中，凡是有線(xiàn)圈和鐵芯的感性負載，它們在工作時(shí)建立磁場(chǎng)所消耗的功率即為無(wú)功率。如果沒(méi)有無(wú)功功率，發(fā)電機就不能建立工作磁場(chǎng)。
3、視在功率
交流發(fā)電機所能提供的總功率，稱(chēng)之為視在功率或表現功率，在數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(lái)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(wú)功功率，但它既包括有功功率，又包括無(wú)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。
4、功率三角形
視在功率（S）、有功功率（P）及無(wú)功功率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率三角形來(lái)表示，如下圖所示。它是一個(gè)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，用符號cos中表示，在數值上，功率因數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(shí)候這三種功率總是同時(shí)存在∶功率因數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(xiàn)圖 |
“功率三角形”是表示視在功率S、有功功率P和無(wú)功功率Q三者在數值上的關(guān)系，其中q是u（t）與i（t）的相位差，也稱(chēng)功率因數角。
（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(lái)說(shuō)，VA*功率系數=W；
（4）在電阻類(lèi)器件上，VA=W，它的功率系數是1；
（5）在發(fā)電機上，W指的應該是原動(dòng)機的功率，比如說(shuō)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中的柴油發(fā)電機、開(kāi)關(guān)設備及導線(xiàn)、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(wú)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——功率因數角的正切值；
Icα——該用電設備組的計算負荷電流，簡(jiǎn)稱(chēng)計算電流，A；
Kd——需用系數。
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(lèi)型不同，計算出的電流公式也不同，因此如果不區分電阻負載和感應負載設備，可能會(huì )發(fā)生問(wèn)題。
（1）電阻負載
即與電源相比負載電流負載電壓沒(méi)有相位差時(shí)，負載是電阻性的(例如負載為白熾燈、電爐等)。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，只通過(guò)電阻類(lèi)元件工作的純粹的電阻性負載稱(chēng)為電阻性負載。
（2）電感性負荷
指具有電感參數的負荷。 準確地說(shuō)，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(dòng)機等負載稱(chēng)為電感性負載。
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負載的功率三角形 |
2、實(shí)例演示
例如某數據中心，1#樓以5kW/機柜進(jìn)行排列，規劃安裝機柜1380架(不含列頭柜)，IT功耗需求為6900kW。2#數據機樓，以5kW/機柜進(jìn)行排列，規劃安裝機柜1414架(不含列頭柜)，IT功耗需求為7070kW。機樓總功耗需求（包括滿(mǎn)配和半配）測算見(jiàn)下表：
表1 負荷統計表
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機樓
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滿(mǎn)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(wú)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(wú)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
|
11478.3
|
5305.9
|
2187.6
|
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
|
4356.5
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11423.1
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