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新闻主题	柴油发电机有功、无功和视在功率的计算公式

 

工厂企业中的电力负荷是指电气设备或线路中通过的功率或电流。一个单位或一条供电线路负荷的大小不能简单地将所有用电设备的容量加起来，其原因之一是在实际过程中并不是所有用电设备都同时运行，而是运行中的用电设备不一定是每台都达到了它的额定容量。因此不能简单的把所有用电设备的容量相加起来，同样也不能把负荷估计的太低。选用的柴油发电机组容量太小，往往造成发电设备过热、绝缘损坏以及带不起负荷而使用户不能正常工作。

 

一、功率的相关定义

 

1、有功功率

在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流发电机在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

2、无功功率

为了反映以下事实并加以表示，将电感或电容元件与交流发电机往复交换的功率称之为无功功率。简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏（KVar）。在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通电后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流发电机能量与磁场或电场能量交换的最大速率。实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功率。如果没有无功功率，发电机就不能建立工作磁场。

3、视在功率

交流发电机所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流发电机设备（如柴油发电机组）的容量大小。视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的柴油发电机输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。

4、功率三角形

视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角中为功率|因数角，它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差角。

电压与电流之间的相位差（中）的余弦抽搐收功率因数，用符号cos中表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosφ=P/S。三相负荷中，任何时候这三种功率总是同时存在∶功率因数cosφ=P/S∶sinφ=Q/S。

 

发电机功率三角形图示

发电机功角特性曲线图

 

“功率三角形”是表示视在功率S、有功功率P和无功功率Q三者在数值上的关系，其中q是u（t）与i（t）的相位差，也称功率因数角。

（1）由功率三角形可得∶P=Scosφ，Q=Ssinφ=Ptgφ；

（2）对于三相电路∶P=√3Ulcosφ，Q=√3Ulsinφ，S=√3Ul=√（P2+Q2）；

（3）对于用电器来说，VA*功率系数=W；

（4）在电阻类器件上，VA=W，它的功率系数是1；

（5）在发电机上，W指的应该是原动机的功率，比如说柴油机的输出功率，VA应该指的它的带负载能力。带负载能力就是代表器件的输出电流的大小。

 

二、功耗测算

 

计算负荷是为了按发热条件选择供电系统中的柴油发电机、开关设备及导线、电缆截面等需要计算的负荷功率或负荷电流。计算低压设备的负荷计算方法一般选择需用系数法计算负荷的方法。

 

1、计算公式

 

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——该用电设备的有功功率计算负荷，KW；

Qcα——该用电设备的无功功率计算负荷，Kvar；

Scα——该用电设备的视在功率计算负荷，KVA；

ΣP——该用电设备组的设备总额定容量，KW；

UN——额定电压，V；

tanθ——功率因数角的正切值；

Icα——该用电设备组的计算负荷电流，简称计算电流，A；

Kd——需用系数。

一般而言，地面低压设备分别取值为：Kd （0.7~0.75）；cosθ（0.75~0.8）；tanθ（0.75~0.88）。另外负载的类型不同，计算出的电流公式也不同，因此如果不区分电阻负载和感应负载设备，可能会发生问题。

 （1）电阻负载

即与电源相比负载电流负载电压没有相位差时，负载是电阻性的(例如负载为白炽灯、电炉等)。 简单地说，只通过电阻类元件工作的纯粹的电阻性负载称为电阻性负载。

（2）电感性负荷

指具有电感参数的负荷。 准确地说，应该是负载电流延迟负载电压的相位差特性的是电感性负载，例如变压器、电动机等负载称为电感性负载。

 

负载的功率三角形

 

 

2、实例演示

 

例如某数据中心，1#楼以5kW/机柜进行排列，规划安装机柜1380架(不含列头柜)，IT功耗需求为6900kW。2#数据机楼，以5kW/机柜进行排列，规划安装机柜1414架(不含列头柜)，IT功耗需求为7070kW。机楼总功耗需求（包括满配和半配）测算见下表：

表1 负荷统计表

机楼	满配容量			半配容量
	有功功率（kW）	无功功率（kVAR）	视在功率（kVA）	有功功率（kW）	无功功率（kVAR）	视在功率（kVA）
1#楼	10507.8	4337.7	11367.9	5253.9	2168.8	5683.9
2#楼	10611.8	4375.2	11478.3	5305.9	2187.6	5739.2
合计	21119.5	8712.9	22846.2	10559.8	4356.5	11423.1

 

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