供配電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

電力負(fù)荷包括異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、各類電弧爐、整流裝置、電解裝置、制冷制熱設(shè)備、電子儀器和照明設(shè)施等。它們分屬于工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、交通運(yùn)輸、科學(xué)研究和人民生活等方面的各種電力用戶。任務(wù)導(dǎo)入

負(fù)荷曲線就是指在某一段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備有功、無功負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖形，分別構(gòu)成有功負(fù)荷曲線（P）和無功負(fù)荷曲線（Q）。常用的是有功負(fù)荷曲線。每類負(fù)荷曲線按時(shí)間坐標(biāo)長短的不同，分有日負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等…

負(fù)荷曲線對變電所、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的運(yùn)行有重要意義。它是變電所負(fù)荷控制，發(fā)電廠安排日發(fā)電計(jì)劃，確定電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和主變壓器、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備檢修計(jì)劃以及制變電所、發(fā)電廠擴(kuò)建新建規(guī)劃的依據(jù)。任務(wù)導(dǎo)入工廠電力負(fù)荷對供電的要求

供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，均需依據(jù)正常工作條件、環(huán)境條件及安裝條件進(jìn)行選擇，部分設(shè)備還需依據(jù)故障情況下的短路電流進(jìn)行動、熱穩(wěn)定度校驗(yàn)，同時(shí)要求工作安全可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。本章對讀者提出的要求是：工廠供電系統(tǒng)的功率損耗及電能損耗二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷單臺和多臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算

短路的后果及短路的形式

選擇電氣設(shè)備的一般條件

了解電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的程序、要求和深度

任務(wù)導(dǎo)入單相設(shè)備等效三相負(fù)荷的計(jì)算

供配電系統(tǒng)短路的原因

工廠年電能消耗量的計(jì)算方法

按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷的方法

用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算和采用標(biāo)幺法進(jìn)行短路計(jì)算的方法

工廠計(jì)算負(fù)荷的確定

各類電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)方法

運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)較為簡單的工廠供配電系統(tǒng)

熟悉掌握任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)三短路故障和短路電流計(jì)算任務(wù)四供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目六供配電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)任務(wù)二電力負(fù)荷的計(jì)算任務(wù)二

電力負(fù)荷的計(jì)算工廠用電設(shè)備的工作制連續(xù)運(yùn)行工作制設(shè)備短時(shí)工作制設(shè)備斷續(xù)周期工作制設(shè)備能長期連續(xù)運(yùn)行，每次連續(xù)工作時(shí)間超過8小時(shí)，運(yùn)行時(shí)負(fù)荷比較穩(wěn)定。如：照明設(shè)備、電動扶梯、空調(diào)風(fēng)機(jī)、電爐等。這類設(shè)備的工作時(shí)間較短，停歇時(shí)間較長。如：金屬切削用的輔助機(jī)械(龍門刨橫梁升降電動機(jī)、刀架快速移動裝置)、水閘用電動機(jī)等。這類設(shè)備的工作呈周期性，時(shí)而工作時(shí)而停歇，如此反復(fù)，且工作時(shí)間與停歇時(shí)間有一定比例。如起重機(jī)、電焊機(jī)、電梯等。式中：T—工作周期；t—工作周期內(nèi)的工作時(shí)間；

t0—工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。起重電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有15%、25%、40%、60%四種。電焊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有50%、65%、75%、100%四種。同一設(shè)備在不同暫載率下工作時(shí)，其輸出功率不同，因此計(jì)算設(shè)備容量時(shí)，必須先轉(zhuǎn)換到一個(gè)統(tǒng)一的ε下。不同負(fù)荷持續(xù)率下，功率的換算公式為：通常用一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間占整個(gè)周期的百分比來表示負(fù)荷持續(xù)率ε（或稱暫載率），其計(jì)算公式如下：負(fù)荷持續(xù)率（暫載率）

負(fù)荷曲線

1.負(fù)荷曲線的類型與繪制方法

負(fù)荷曲線是表示電力負(fù)荷隨時(shí)間變動情況的一種圖形，反映了電力用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律。在負(fù)荷曲線中通常用縱坐標(biāo)表示負(fù)荷大小，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)負(fù)荷變動的時(shí)間。負(fù)荷曲線可根據(jù)需要繪制成不同的類型。如按所表示負(fù)荷變動的時(shí)間可分為日、月、年或工作班的負(fù)荷曲線，按負(fù)荷范圍可分為全廠的、車間的或某設(shè)備的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷的功率性質(zhì)可分為有功和無功負(fù)荷曲線等。日負(fù)荷曲線表示負(fù)荷在一晝夜間（0~24h）變化情況。日負(fù)荷曲線可用測量的方法繪制。

1.負(fù)荷曲線的類型與繪制方法①以某個(gè)監(jiān)測點(diǎn)為參考點(diǎn)，在24h中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制成如右圖所示折線形狀的折線形負(fù)荷曲線。②通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成如右圖所示階梯狀的階梯形負(fù)荷曲線。

負(fù)荷曲線時(shí)間間隔取的愈短，曲線愈能反映負(fù)荷的實(shí)際變化情況。日負(fù)荷曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表全日消耗的電能

年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，反映了全年負(fù)荷變動與對應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)時(shí)間（全年按8760h計(jì)）的關(guān)系。年每日最大負(fù)荷曲線，反映了全年當(dāng)中不同時(shí)段的電能消耗水平，是按全年每日的最大半小時(shí)平均負(fù)荷來繪制的。2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量①年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)30分鐘平均功率的最大值，因此年最大負(fù)荷有時(shí)也稱為30分鐘最大負(fù)荷P30

。假設(shè)企業(yè)總是按年最大負(fù)荷持續(xù)工作，經(jīng)過了時(shí)間所消耗的電能，恰好等于企業(yè)全年實(shí)際所消耗的電能，即右圖中虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積等于剖面線部分的面積。則這個(gè)假想時(shí)間就稱為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。由此可得出

年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與工廠類型及生產(chǎn)班制有較大關(guān)系，其數(shù)值可查閱有關(guān)參考資料或到相同類型的廠礦企業(yè)去調(diào)查收集。

2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量②平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)平均負(fù)荷是指電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗功率的平均值。如在t時(shí)間內(nèi)消耗的電能為Wt，則t時(shí)間的平均負(fù)荷為：

利用年負(fù)荷曲線求年平均負(fù)荷如右上圖所示。圖中剖面線部分為年負(fù)荷曲線所包圍的面積，也就是全年電能的消耗量。另外再作一條虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積與剖面線部分的面積相等，則圖中就是年平均負(fù)荷。年平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值稱為負(fù)荷率為：

你能回答嗎？問題與思考負(fù)荷曲線分有哪幾種類型？與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量有哪些？

何謂負(fù)荷曲線？

需要系數(shù)法二項(xiàng)式系數(shù)法需要系數(shù)是按照車間以上的負(fù)荷情況來確定的，適用于變、配電所的負(fù)荷計(jì)算。二項(xiàng)式系數(shù)法考慮了用電設(shè)備中幾臺功率較大的設(shè)備，工作時(shí)對負(fù)荷影響的附加功率，適用于低壓配電支干線和配電箱的負(fù)荷計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算方法2.按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷

設(shè)某組設(shè)備有幾臺電動機(jī)，其額定總?cè)萘繛镻N，由于該組電動機(jī)實(shí)際上不一定都同時(shí)運(yùn)行，而且運(yùn)行的電動機(jī)也不可能都滿負(fù)荷，同時(shí)設(shè)備本身及配電線路也有功率損耗，因此這組電動機(jī)的有功計(jì)算負(fù)荷應(yīng)為

（1）需要系數(shù)的含義

上式中，ηN是指用電設(shè)備的輸出與輸入容量之間具有的平均效率；因用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運(yùn)行，因此引入負(fù)荷系數(shù)KL；用電設(shè)備本身及配電線路有功率損耗，所以引入一個(gè)線路平均效率ηWL；用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時(shí)運(yùn)行，故引入一個(gè)同時(shí)系數(shù)K∑。用電設(shè)備的需要系數(shù)：有功計(jì)算負(fù)荷為（2）三相用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的基本公式無功計(jì)算負(fù)荷為視在計(jì)算負(fù)荷為計(jì)算電流①

單組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，有電壓為380V的電動機(jī)30臺，其總的設(shè)備容量為120kW。試求其計(jì)算負(fù)荷。

解例查表6-1中的“小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)”項(xiàng)，可得Kd=0.16~0.2（取0.18計(jì)算），cosφ=0.5，tgφ=1.73，于是

②

多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不會同時(shí)出現(xiàn)的因素，計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)KΣ，其中有功同時(shí)系數(shù)為KΣP，無功同時(shí)系數(shù)為

KΣQ，應(yīng)用范圍KΣP

確定車間變電所低壓線路最大負(fù)荷

冷加工車間熱加工車間動力站

0.7~0.80.7~0.90.8~1.0確定配電所母線的最大負(fù)荷

負(fù)荷小于5000kW

計(jì)算負(fù)荷小于5000~10000kW

計(jì)算負(fù)荷大于10000kW

0.9~1.00.850.8②

多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷某機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動機(jī)20臺共50kW，其中較大容量電動機(jī)有7.5kW2臺，4kW2臺，2.2kW8臺；另接通風(fēng)機(jī)1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。試求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9）。

解例以車間為范圍，將工作性質(zhì)、需要系數(shù)相近的用電設(shè)備合為一組，共分成以下3組。先求出各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。①冷加工電動機(jī)組。查表6-1可得：Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，因此②通風(fēng)機(jī)組。查表6-1可得：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75因此③只有一臺電阻爐，所以計(jì)算負(fù)荷等于電阻爐的容量，即：以車間為范圍，已知同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9，則車間計(jì)算總有功計(jì)算負(fù)荷為總無功計(jì)算負(fù)荷為總視在計(jì)算負(fù)荷為總的計(jì)算電流為用此電流即可選擇這條380V導(dǎo)線的截面及型號。對1~2臺用電設(shè)備對用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷的求取直接應(yīng)用式（6.17），其余的計(jì)算負(fù)荷與需要系數(shù)法相同。對多組用電設(shè)備

要考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。在各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負(fù)荷，再加上各組平均負(fù)荷，求出設(shè)備組的總計(jì)算負(fù)荷。

總的有功計(jì)算負(fù)荷為：總的無功計(jì)算負(fù)荷為：

某機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動機(jī)20臺共50kW，其中較大容量電動機(jī)有7.5kW2臺，4kW2臺，2.2kW8臺；另接通風(fēng)機(jī)1.2kW2臺；電阻爐1臺2kW。用二項(xiàng)式法求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑Q均為0.9）。

解例①金屬切削機(jī)床電動機(jī)組查表6-1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，則

(bPe)1=0.14×50=7kW(cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW②通風(fēng)機(jī)組查表6-1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，則

(bPe)2=0.65×2.4=1.56kW(cPx)2=0.25×1.2=0.3kW③電阻爐

(bPe)3=2kW(cPx)3=0

顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負(fù)荷(cPx)1最大，故總計(jì)算負(fù)荷為：

與用需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果相比較，按二項(xiàng)式法計(jì)算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果大得多?？梢姡?xiàng)式法更適用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。

單相用電設(shè)備等效三相計(jì)算負(fù)荷的確定★現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三相兩大類。單相：單相電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)和各種形式的家用電器設(shè)備。三相：電動機(jī)為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空調(diào)機(jī)、電梯等?！锕╇娦问綖槿喙╇娤到y(tǒng)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)條款的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個(gè)單相中。然后才能進(jìn)行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算。單相用電設(shè)備組確定計(jì)算負(fù)荷的原則★按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功率的比例來制定。

◆如果單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，則不論單相設(shè)備如何連接，均可作為三相平衡負(fù)荷對待。

◆單相設(shè)備接于相電壓時(shí)，在盡量使三相負(fù)荷均衡分配后，取最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量乘以3，便可求得其等效三相設(shè)備容量。◆單相設(shè)備接于線電壓時(shí)，其等效三相設(shè)備容量Pe

單臺設(shè)備時(shí)

2~3臺設(shè)備時(shí)

單相設(shè)備的設(shè)備容量

最大負(fù)荷單相設(shè)備的設(shè)備容量單相用電設(shè)備組確定計(jì)算負(fù)荷的原則◆單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時(shí)，首先應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷。而總的等效三相有功計(jì)算負(fù)荷就是最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷的3倍。總的等效三相無功計(jì)算負(fù)荷就是最大無功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷的3倍。特別注意的是：最大相的有功計(jì)算負(fù)荷和最大相的無功計(jì)算負(fù)荷不一定在同一相上。4.工廠電氣照明負(fù)荷的確定

工廠電氣照明負(fù)荷也是電力負(fù)荷的一部分。良好的照明環(huán)境是保證工廠安全生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善職工勞動環(huán)境、保障職工身體健康的重要方面。

工廠的電氣照明設(shè)計(jì)，一般應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的性質(zhì)、廠房自然條件等因素選擇合適的光源和燈具，進(jìn)行合理的布置，使工作場所的照明度達(dá)到規(guī)定的要求。

（1）照明容量的確定①白熾燈、碘鎢燈等不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備，容量通常指燈頭的額定功率，即：Pe=PN②熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈需用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備，其容量包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，所以一般略高于燈頭的額定功率，即：Pe=1.1PN③照明設(shè)備的額定容量還可按建筑物的單位面積容量法估算，即：Pe=ωS/1000其中ω—建筑物單位面積的照明容量，單位為W/m2；

S—建筑物面積，單位是m2（2）照明計(jì)算負(fù)荷的確定

照明設(shè)備通常都是單相負(fù)荷，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)將它們均勻地分配到三相上，力求減少三相負(fù)荷不平衡狀況。負(fù)荷計(jì)算公式應(yīng)用需要系數(shù)法。

表6-2照明設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)光源類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ白熾燈熒光燈高壓汞燈高壓納燈金屬鹵化物燈生產(chǎn)車間辦公室0.8~110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61變配電所、倉庫0.5~0.710.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61生活區(qū)宿舍0.6~0.810.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.61室外110.9（0.55）0.45～0.650.450.40～0.615.全廠計(jì)算負(fù)荷的確定（1）用需要系數(shù)法計(jì)算全廠計(jì)算負(fù)荷

在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘縋e的條件下，乘以一個(gè)工廠的需要系數(shù)Kd即可求得全廠的有功計(jì)算負(fù)荷，即：P30=KdPe

，其中Kd是全廠需要系數(shù)值。

表6-3全廠負(fù)荷的需要系數(shù)及功率因數(shù)工廠類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ工廠類別需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cosφ汽輪機(jī)制造廠0.380.88石油機(jī)械制造廠0.450.78鍋爐制造廠0.270.73電線電纜制造廠0.350.73柴油機(jī)制造廠0.320.74開關(guān)電器制造廠0.350.75重型機(jī)床制廠0.320.71橡膠廠0.50.72儀器儀表制造廠0.370.81通用機(jī)械廠0.40.72電機(jī)制造廠0.330.81（2）用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷從負(fù)荷端開始，逐級上推到電源進(jìn)線端。用電設(shè)備組車間低壓變壓器出線車間低壓變壓器高壓側(cè)工廠變壓器出線工廠輸電進(jìn)線端（2）用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷P305是圖示所有出線上的計(jì)算負(fù)荷P306等之和，再乘上同時(shí)系數(shù)KΣ；由于P304要考慮線路WL2的損耗，因此P304=P305+ΔPWL2；P303由P304等幾條高壓配電線路上計(jì)算負(fù)荷之和乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)KΣ而得；P302還要考慮變壓器的損耗，因此P302=P303+ΔPWL1

+ΔPT；P301由

P302等幾條高壓配電線路上計(jì)算負(fù)荷之和乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)KΣ而得。對中小型工廠來說，廠內(nèi)高低壓配電線路一般不長，其功率損耗可略去不計(jì)。

（2）用逐級推算法計(jì)算全廠的計(jì)算負(fù)荷電力變壓器的功率損耗，在一般的負(fù)荷計(jì)算中，可采用簡化公式來近似計(jì)算，如：有功功率損耗：無功功率損耗：

式中S30為變壓器二次側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷，它是選擇變壓器的基本依據(jù)。（3）按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計(jì)算負(fù)荷

已知全廠的年產(chǎn)量A或年產(chǎn)值B，就可根據(jù)全廠的單位產(chǎn)量耗電量a或單位產(chǎn)值耗電量b，求出全廠的全年耗電量

Wa=Aa=Bb

求出全年耗電量后，即可根據(jù)下式求出全廠的有功計(jì)算負(fù)荷為式中的Tmax是工廠的年最大負(fù)荷利用小時(shí)。你能回答嗎？確定計(jì)算負(fù)荷的需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法各有什么特點(diǎn)？各適用哪些場合？

問題與思考什么叫計(jì)算負(fù)荷？為什么計(jì)算負(fù)荷通常采用半小時(shí)最大負(fù)荷？正確確定計(jì)算負(fù)荷有何意義？

如何將單相負(fù)荷簡便地?fù)Q算為三相負(fù)荷？

需要系數(shù)的含義是什么？

練習(xí)與計(jì)算5．已知線電壓為380V的三相供電線路供電給35臺小批量生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動機(jī)，總?cè)萘繛?5kW，其中較大容量的電動機(jī)有7.5kW1臺，4kW3臺，3kW12臺。試分別用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法確定其計(jì)算負(fù)荷。6．有一個(gè)機(jī)修車間，有冷加工機(jī)床30臺，設(shè)備總?cè)萘繛?50kW，電焊機(jī)5臺，共15.5kW，利用率只有65%，通風(fēng)機(jī)4臺，共4.8kW，車間采用380/220V線路供電，試確定該車間的計(jì)算負(fù)荷。6工廠供電系統(tǒng)的電能損耗及無功補(bǔ)償

在考慮變配電系統(tǒng)總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，除了用電負(fù)荷所消耗的電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，這是因?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當(dāng)有電流通過時(shí)，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大的設(shè)備是變壓器和輸電線路。這部分功率損耗也是由變配電系統(tǒng)提供的。因此，要計(jì)入其計(jì)算負(fù)荷中。（1）線路的電能損耗線路上全年的電能損耗用ΔW表示，其計(jì)算公式為：

式中電流是通過線路的計(jì)算電流；RWL是線路每相的電阻值；τ是一個(gè)假想的時(shí)間，與Tmax和cosφ有關(guān)。

τ的物理含義：當(dāng)線路或變壓器中以最大計(jì)算電流流過τ小時(shí)后所產(chǎn)生的電能損耗，恰與全年流過實(shí)際變化的電流時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗相等。

τ與Tmax之間的關(guān)系如左圖示。τ與Tmax的關(guān)系可用公式表達(dá)為：

當(dāng)cosφ=1，且線路電壓不變時(shí)，全年的電能損耗為：（2）變壓器的電能損耗變壓器的電能損耗包括兩個(gè)部分：一是由鐵損引起的電能損耗：

上式表明：只要外施電壓和頻率不變，鐵損所引起的電能損耗也固定不變，且近似于空載損耗ΔP0。

二是由銅損引起的電能損耗：

由式可知，由變壓器銅損引起的電能損耗，與變壓器負(fù)荷率β的平方成正比，且近似于短路損耗ΔPk。

因此，變壓器全年的電能損耗為：6工廠的功率因數(shù)和無功補(bǔ)償（1）工廠的功率因數(shù)①瞬時(shí)功率因數(shù)

瞬時(shí)功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：②平均功率因數(shù)平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計(jì)算：式中WP是某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能；Wq是某一時(shí)間內(nèi)消耗的無功電能。我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費(fèi)，規(guī)定要按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。（2）功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響

當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時(shí)，功率因數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率增加時(shí)，有功功率下降，發(fā)電機(jī)的效率降低。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3485-1998《評價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備”。為鼓勵提高功率因數(shù)，供電部門規(guī)定，凡功率因數(shù)低于規(guī)定值時(shí)，將予以罰款，相反，功率因數(shù)高于規(guī)定值時(shí)，將得到獎勵，即采用“高獎低罰”的原則。

（3）電力電容器變電所內(nèi)的并聯(lián)電力電容器組①

電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用由于電力系統(tǒng)中許多設(shè)備不僅要消耗有功功率，設(shè)備本身的電感損失也要消耗無功功率，使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。如果把能“發(fā)出”無功電力的電力電容器并接在負(fù)荷或供電設(shè)備上運(yùn)行，那么，負(fù)荷或供電設(shè)備要“吸收”的無功電力正好由電容器“發(fā)出”的無功電力供給，從而起到無功補(bǔ)償作用，這就是電力電容器在電力系統(tǒng)中的主要作用。在電力線路兩端并聯(lián)上移相電容器，線路上就可避免無功電力的輸送，以達(dá)到減少線路能量損耗、減小線路電壓降，提高系統(tǒng)有功出力的效益，因此，移相電容器是提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一種重要的電力設(shè)備。②

電力電容器部分型號表示表6-4電力電容器部分型號表示第一位字母含義第二位字母含義第三位字母含義B標(biāo)準(zhǔn)D充氮單相F復(fù)合介質(zhì)Y移相用W戶外式C串聯(lián)用Y油浸S水冷J均壓T可調(diào)O耦合L氯化聯(lián)苯浸漬C沖擊放電L濾波用B薄膜M脈沖用D一般接地F防護(hù)用R電容式R電熱（4）調(diào)相機(jī)①調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中的作用

大量的異步電動機(jī)和變壓器需汲取大量的無功功率以供其勵磁之用，造成電網(wǎng)功率因數(shù)降低，致使發(fā)電機(jī)和輸配電設(shè)備的作用不能充分發(fā)揮，線路損耗和電壓損失增大，輸電質(zhì)量變壞，甚至影響輸電的穩(wěn)定性。為此，在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)一些同步調(diào)相機(jī)，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載情況的不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)相機(jī)的勵磁電流，可改變調(diào)相機(jī)汲取的無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1。此外,在長距離輸電線路中，線路電壓降隨負(fù)載情況的不同而發(fā)生變化，如果在輸電線的受電端裝一臺調(diào)相機(jī)，在電網(wǎng)負(fù)載加重時(shí)，讓其過勵運(yùn)行，減少輸電線中滯后的無功電流分量，從而可減少線路壓降；在輸電線輕載的情況下，讓其欠勵運(yùn)行，吸收滯后的無功電流，可防止電網(wǎng)電壓上升，從而維持電網(wǎng)的電壓在一定的水平上。同步調(diào)相機(jī)還有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。②調(diào)相機(jī)與電容器的比較a.靜電電容器的最大優(yōu)點(diǎn)是損耗小、效率高，損耗約占本身容量的0.3%～0.5%，調(diào)相機(jī)的有功功率損耗為額定容量的1.5%～5.5%。b.電容器設(shè)備費(fèi)與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機(jī)則不然，當(dāng)容量較大時(shí)，其單位造價(jià)比較低，而容量減小時(shí)，單位造價(jià)偏高。c.補(bǔ)償方式上，調(diào)相機(jī)只能在負(fù)荷中心使用，靜電電容器既可以集中使用，又可以分散使用。d.調(diào)相機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是裝設(shè)勵磁裝置，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā)出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓降低時(shí)輸出功率急劇下降，。e.調(diào)相機(jī)裝有自動勵磁裝置，在故障時(shí)能保持電力系統(tǒng)的電壓，從而達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。f.調(diào)相機(jī)維護(hù)工作量大，電容器維護(hù)量小。（5）無功功率的補(bǔ)償①提高自然功率因數(shù)a.合理選擇電動機(jī)的容量，使其接近滿載運(yùn)轉(zhuǎn)。b.對實(shí)際負(fù)載不超過額定容量40％的電動機(jī)，應(yīng)更換為小容量的電動機(jī)。c.合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，限制感應(yīng)電動機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。

d.正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)載率（一般為75％～80％比較合適）。對于負(fù)載率低于30％變壓器，應(yīng)予以更換。e.對于負(fù)荷率在0.6～0.9的繞線式電動機(jī)，必要時(shí)可以使其同步化，這時(shí)電動機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。（5）無功功率的補(bǔ)償②

人工補(bǔ)償法a.使用同步電動機(jī)在過激磁方式呈現(xiàn)容性時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.8～0.9時(shí)，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補(bǔ)償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。此補(bǔ)償方法因同步機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格較貴，維護(hù)麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。b.利用同步調(diào)相機(jī)作為無功功率電源，用來補(bǔ)償所需要的無功功率。同步調(diào)相機(jī)是軸上不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少使用。

c.采用靜電電容器補(bǔ)償。當(dāng)將電容器C與感性負(fù)載并聯(lián)，以提高線路的功率因數(shù)。這是目前用戶、企業(yè)內(nèi)廣泛采用的一種補(bǔ)償方式。

（5）無功功率的補(bǔ)償③

動態(tài)無功功率補(bǔ)償法

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一些容量很大的沖擊性負(fù)荷（如煉鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機(jī)等），他們使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重波動，功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝置響應(yīng)太慢無法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置，如晶閘管開關(guān)快速切換電容器，晶閘管勵磁的快速響應(yīng)式同步補(bǔ)償機(jī)等。目前已投入到工業(yè)運(yùn)行的靜止動態(tài)無功補(bǔ)償裝置有：可控飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置；自飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置；晶閘管控制電抗器式靜補(bǔ)裝置；晶閘管開關(guān)電容器式靜補(bǔ)裝置；強(qiáng)迫換流逆變式靜補(bǔ)裝置；高阻抗變壓器式靜補(bǔ)裝置等。

如某變電站的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。如果要使其平均功率因數(shù)提高到0.9，問若在10kV側(cè)固定補(bǔ)償，需要補(bǔ)償?shù)娜萘繛槎嗌?如果采用BWF-10.5-1型電容器(Qr＝40kvar)，需裝設(shè)多少個(gè)?解例需補(bǔ)償?shù)娜萘繛椋盒柩b設(shè)的電容器個(gè)數(shù)：你能回答嗎？問題與思考

何謂年最大負(fù)荷損耗小時(shí)？它與年最大負(fù)荷利用小時(shí)的區(qū)別在哪里？

提高功率因數(shù)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償有什么意義？無功補(bǔ)償有哪些方法？

什么叫平均功率因數(shù)和最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)？各如何計(jì)算，各有何用途？

7.

尖峰電流的計(jì)算

尖峰電流Ipk是指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。尖峰電流是由于電動機(jī)起動、電壓波動等原因引起的，比計(jì)算電流大的多。計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動及檢驗(yàn)電動機(jī)自起動條件等。（1）單臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算

尖峰電流就是用電設(shè)備的起動電流，即

Ipk=Ist=KstIN

式中，Ist為用電設(shè)備的起動電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動電流倍數(shù)。（2）多臺用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算多臺用電設(shè)備的線路上，其尖峰電流應(yīng)按正下式計(jì)算

或者

式中，Istmax為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電流；（Ist－IN）max為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電流與額定電流電流之和；

K∑為上述n–1臺設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選取，一般為0.7~1；Ic為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。有380V配電干線，給三臺電動機(jī)供電，已知IN1=5A，IN2=4A，IN3=10A，

Ist1=35A，Ist2=16A，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。解例

Ist1–IN1=35–5=30A

Ist2–IN2=16–4=12A

Ist3–IN3=Kst3IN3–IN3=3×10–10=20A可見，（Ist–IN）max=30A，則Istmax=35A，取K∑=0.9，因此該線路的尖峰電流為

Ipk=K∑（IN2+IN3）+Istmax

=0.9×（4+10）+35=47.6A問題與思考

什么叫尖峰電流？尖峰電流的計(jì)算有什么用處？

有一條380V的三相輸電線路，供電給表6-5所示4臺電動機(jī)，試計(jì)算這條輸電線路的尖峰電流。（2）短路故障的種類①單相短路短路電流僅在故障相中流過，故障相電壓下降，非故障相電壓會升高。

②二相短路短路回路中流過很大的短路電流，電壓和電流的對稱性被破壞。

③二相短路接地短路回路中流過很大的短路電流，故障相電壓為零。④三相短路三相電路中都流過很大的短路電流，短路時(shí)電壓和電流保持對稱，短路點(diǎn)電壓為零。

（3）短路的危害①大電流產(chǎn)生巨大電動力，造成機(jī)械損壞（動穩(wěn)定）；②燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）；③電網(wǎng)大面積電壓下降；④破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；⑤影響電力系統(tǒng)通訊。最嚴(yán)重三相短路時(shí)的電流波形圖

2003年8月14日－美國大停電?美國東部(EDT)時(shí)間2003年8月14日16:11開始（北京時(shí)間8月15日晨4:11），美國東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故?紐約:

交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地隧道里、冒酷熱步行回家?停電影響美國：俄亥俄州、密歇根州、紐約州、馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、賓夕法尼亞州、佛蒙特州（8個(gè)州）加拿大：安大略省、魁北克?。?個(gè)省）停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片短路計(jì)算的目的

為確保設(shè)備在短路情況下不致破壞，減輕短路危害和防止故障擴(kuò)大，必須事先對短路電流進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算短路電流的具體目的是：①選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備；②進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的選型與整定計(jì)算；③分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施；④確定電力線路對通信線路的影響等。（4）短路計(jì)算方法簡介短路計(jì)算方法有名單位制法標(biāo)幺制法短路容量法如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其他電氣參數(shù)用有名值表示，稱為有名單位制法。低壓系統(tǒng)的短路電流計(jì)算通常采用這種方法，簡單明了。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其他電氣參數(shù)用相對值表示，稱為標(biāo)幺值法。這種計(jì)算方法通常用于高壓系統(tǒng)。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其他電氣參數(shù)用短路容量表示，稱為短路容量法。這種方法比較適用于高壓系統(tǒng)。短路計(jì)算步驟有名單位制法標(biāo)幺制法短路容量法繪制短路回路等效電路；計(jì)算短路回路中各元件的阻抗值；求等效阻抗，化簡電路；計(jì)算三相短路電流周期分量有效值及其他短路參數(shù)；列短路計(jì)算表。略講選擇短基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓、計(jì)算短路點(diǎn)的基準(zhǔn)電流；繪制短路回路的等效電路；計(jì)算短路回路中各元件的電抗標(biāo)幺值；求總電抗標(biāo)幺值，化簡電路；計(jì)算三相短路電流周期分量有效值及其他短路參數(shù)；列短路計(jì)算表。

（5）短路電流的計(jì)算概述

在計(jì)算電路圖上將短路計(jì)算所需考慮的各元件額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)，短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接下來要按所選擇的短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖，如上圖所示。

工廠供電系統(tǒng)通常把電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，短路電路一般只采用阻抗串、并聯(lián)的方法進(jìn)行化簡。對簡化電路求出其等效總阻抗，最后計(jì)算短路電流和短路容量。短路計(jì)算中有關(guān)物理量的單位：電流為kA；電壓為kV；短路容量和斷流容量單位為MVA；設(shè)備容量單位為kW或kVA；阻抗單位為Ω等。如果采用工程上常用的單位來計(jì)算，則應(yīng)注意所用公式中各物理量單位的換算系數(shù)。

采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算

歐姆法即有名單位制法。因其短路計(jì)算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名。在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)，其三相短路電流周期分量有效值可按下式計(jì)算：

式中UC是短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，也稱為平均額定電壓。由于線路首端短路時(shí)其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計(jì)算電壓取為比線路額定電壓UN高5%。在高電壓的短路計(jì)算中，通?？傠娍惯h(yuǎn)比總電阻大，所以一般可只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。在計(jì)算低壓側(cè)短路時(shí)，也只有當(dāng)短路電路的電阻大于電抗的三分之一時(shí)才需考慮電阻。（2）電力變壓器的阻抗式中UC、SN、ΔPk、Uk%均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。

變壓器的短路損耗

由短路損耗可近似地求出變壓器的電阻：變壓器的短路電壓

由短路電壓可近似地求出變壓器的電抗：（3）電力線路的阻抗

求出短路電路中各元件的阻抗后，就化簡了短路電路，求出其總阻抗，然后可計(jì)算短路電流周期分量

①線路的電阻RWL可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電阻R0值求得

②線路的電抗XWL可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電抗X0值求得

式中R0、X0是分別為導(dǎo)線、電纜單位長度的電阻和電抗，l是線路長度。均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。（3）電力線路的阻抗

必須注意：在計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有電力變壓器，則電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓。阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。阻抗換算的公式為

式中，R、X和UC為換算前元件的電阻、電抗和元件所在處的短路計(jì)算電壓；R’、X’和UC’為換算后元件的電阻、電抗和短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓。

采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算

電壓［kV］，電流［kA］，容量［kVA］，電阻和電抗［Ω］等物理量均可用標(biāo)幺值表示。標(biāo)幺值無量綱。

按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算，通常先選定基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。工程設(shè)計(jì)中通常取基準(zhǔn)容量Sd=100MVA；通常取元件所在處的短路計(jì)算電壓為基準(zhǔn)電壓，即取Ud=Uc

則基準(zhǔn)電流Id和基準(zhǔn)電抗Xd可按下述公式計(jì)算：標(biāo)幺值(相對值)＝有名值(有單位的物理量)基準(zhǔn)值(與有名值同單位的物理量)

短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值求出以后，即可根據(jù)其電路圖進(jìn)行電路化簡，計(jì)算其總電抗標(biāo)幺值。由于各元件電抗相對值與短路計(jì)算點(diǎn)的電壓無關(guān)，因此不需要進(jìn)行電壓換算，這一點(diǎn)也是標(biāo)幺制法的優(yōu)越之處。

無限大容量電源系統(tǒng)的概念

無限大容量電源系統(tǒng)是指其容量相對于一個(gè)工廠（或任意一個(gè)電力用戶）的用電設(shè)備容量大得多的電力系統(tǒng)，以致饋電用戶的線路上無論如何變動甚至發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)變電站饋電母線上的電壓能始終維持基本不變。在實(shí)際應(yīng)用中，為了簡化短路計(jì)算，通常把內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗10%的電源或系統(tǒng)均作為無窮大容量電源進(jìn)行分析。無限大容量系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值

無限大容量系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值三相短路容量的計(jì)算公式試用標(biāo)幺制法計(jì)算下圖所示供電系統(tǒng)中k-1點(diǎn)和k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量。

解例①確定基準(zhǔn)值Sd=100MVA，Uc1=10.5kV；Uc2=0.4kV解③求k-1點(diǎn)的短路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量

總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其它三相短路電流三相短路容量解④求k-2點(diǎn)的短路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量

總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其它三相短路電流三相短路容量

兩相短路電流的計(jì)算

圖示電路發(fā)生兩相短路時(shí)，短路電流為Uc為短路點(diǎn)的平均額定電壓XΣ為短路回路一相總阻抗其他兩相短路電流、、、等，都可以按前面的三相短路對應(yīng)短路電流的公式進(jìn)行計(jì)算。關(guān)于兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系，可由

和兩式比較可知，兩相短路電流較三相短路電流小。

在遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)的用戶變電所低壓側(cè)發(fā)生單相短路時(shí)，正序阻抗Z1Σ約等于負(fù)序阻抗Z2Σ，單相短路電流為

三相短路電流為

比較上述兩式可得出結(jié)論：在無限大容量系統(tǒng)中或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)處短路時(shí)，兩相短路電流和單相短路電流均較三相短路電流小，因此用于選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)的短路電流，應(yīng)采用三相短路電流；兩相短路電流主要用于相間短路保護(hù)的靈敏度檢驗(yàn)；單相短路電流主要用于單相短路保護(hù)的整定及單相短路熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。

電力系統(tǒng)故障后的一般計(jì)算方法示意圖等值對稱分量法疊加原理

短路故障的原因有哪些？有哪幾種短路形式？它們各自的特點(diǎn)是什么？

問題與思考

某供電系統(tǒng)如下圖所示。試求工廠配電所10kV母線上k-1點(diǎn)短路和車間變電所低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。

任務(wù)四

供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)

電氣設(shè)備選擇的一般原則

電氣設(shè)備的額定電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。電氣設(shè)備的額定電流不小于該回路的最大持續(xù)工作電流或計(jì)算電流。應(yīng)考慮設(shè)備的安裝地點(diǎn)、環(huán)境及工作條件，合理地選擇設(shè)備的類型，如戶內(nèi)戶外、海拔高度、環(huán)境溫度及防塵、防爆等。按正常工作條件選擇電氣設(shè)備校驗(yàn)的一般原則短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)：系統(tǒng)中有短路電流通過電氣設(shè)備時(shí)，導(dǎo)體和電器各部件溫度(或熱量)不應(yīng)超過允許值，應(yīng)滿足熱穩(wěn)定的條件短路動穩(wěn)定校驗(yàn)：當(dāng)短路電流通過電氣設(shè)備時(shí)，短路電流產(chǎn)生的電動力應(yīng)不超過設(shè)備的允許應(yīng)力，即滿足動穩(wěn)定的條件開關(guān)設(shè)備斷流能力校驗(yàn)對斷路器、熔斷器等能開斷短路電流的開關(guān)設(shè)備，其斷流容量不小于安裝處的最大三相短路容量，即按短路情況校驗(yàn)解短路容量

擬選用高壓真空斷路器，斷路時(shí)間toc=0.1s。故短路假想時(shí)間高壓斷路器選擇和校驗(yàn)結(jié)果序號安裝處的電氣條件短路電流校驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)論1UNI30Ik(3)Ish(3)10kV57.7A5.3kA13.5kAUNINIOCImax10kV630A16kA40kA合格合格合格合格234

根據(jù)選擇條件和相關(guān)數(shù)據(jù)，可選用ZN3─10Ⅰ/630型高壓真空斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)可由相關(guān)手冊查出。

校驗(yàn)結(jié)果表明所選高壓真空斷路器滿足要求。

高壓熔斷器的選擇額定電壓選擇對于—般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓。對于充填石英砂具有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中，因?yàn)檫@種類型的熔斷器能在電流達(dá)最大值之前就將電流截?cái)?，致使熔斷器熔斷時(shí)產(chǎn)生過電壓。熔斷器熔體額定電流選擇：

熔斷器額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體額定電流，即：IN.FU≥IN.FE還應(yīng)必須滿足以下幾個(gè)條件：①正常工作時(shí)熔斷器的熔體不應(yīng)熔斷，要求熔體額定電流大于或等于通過熔體的最大工作電流。②在電動機(jī)啟動時(shí)，熔斷器的熔體在尖峰電流的作用下不應(yīng)熔斷。③對于6~10kV變壓器，凡容量在1000kVA及以下者，可采用熔斷器作為變壓器的短路及過載保護(hù)，其熔體額定電流可取為變壓器一次側(cè)額定電流的1.4～2倍。④低壓網(wǎng)絡(luò)中用熔斷器作為保護(hù)時(shí)，為了保證熔斷器保護(hù)動作的選擇性，一般要求上級熔斷器的熔體額定電流比下級熔斷器的熔體額定電流大兩級以上。⑤應(yīng)保證線路在過載或短路時(shí)，熔斷器熔體未熔斷前，導(dǎo)線或電纜不至于過熱而損壞。

高壓熔斷器的選擇

高壓熔斷器的校驗(yàn)極限熔斷電流或極限熔斷容量的校驗(yàn)①對有限流作用的熔斷器，由于它們會在短路電流到達(dá)沖擊值之前熔斷，因此可按下式校驗(yàn)斷流能力：

IOFF≥I"或SOFF≥S"式中：IOFF和SOFF是熔斷器極限熔斷電流和容量；

I"和S"分別是熔斷器安裝處三相短路次暫態(tài)有效值和短路容量②對無限流作用的熔斷器，由于它們會在短路電流到達(dá)沖擊值之后時(shí)熔斷，因此可按下式校驗(yàn)斷流能力：

IOFF≥Ish

或SOFF≥Ssh式中：Ish和Ssh是熔斷器安裝處三相短路沖擊電流有效值和短路容量③對有斷流容量上、下限值的熔斷器，其斷流容量的上限值按上式進(jìn)行校驗(yàn)；其斷流容量的下限值IOFFmin和SOFFmin在小電流接地系統(tǒng)中應(yīng)小于或等于最小運(yùn)行方式下熔斷器所保護(hù)線路末端兩相短路電流的有效值和容量。低壓斷路器過電流脫扣器的選擇、整定與校驗(yàn)①低壓斷路器過電流脫扣器的選擇過流脫扣器的額定電流應(yīng)大于或等于線路的計(jì)算電流，即：

IN.OR≥I30②低壓斷路器過流脫扣器的整定a.瞬時(shí)過流脫扣器動作電流應(yīng)躲過和大于線路的尖峰電流，即

IOp(o)≥KrelIpk

式中：Krel——可靠系數(shù)。對動作時(shí)間在0.02s以上的DW系列斷路器可取1.35；對動作時(shí)間在0.02s及以下的DZ系列斷路器宜取2~2.5。可見，斷路器動作時(shí)間越短，越不易防止尖峰電流使其動作，所以可靠系數(shù)越要取大。b.短延時(shí)過流脫扣器動作電流和時(shí)間的整定應(yīng)使過流脫扣器的動作電流IOp(s)躲過線路短時(shí)間出現(xiàn)的負(fù)荷尖峰電流Ipk，即

IOp(s)≥KrelIpk

式中：Krel——可靠系數(shù)。取1.2。低壓斷路器過電流脫扣器的選擇、整定③長延時(shí)過流脫扣器動作電流和時(shí)間的整定其動作電流只需躲過線路的計(jì)算電流I30，即IOp(1)≥KrelI30式中：Kel——可靠系數(shù)。取1.1。長延時(shí)過流脫扣器的動作電流應(yīng)躲過線路過負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間，其動作特性通常為反時(shí)限，即過負(fù)荷電流越大，動作時(shí)間越短，一般動作時(shí)間為1~2h。④過流脫扣器與被保護(hù)線路的配合允許絕緣導(dǎo)線或電纜短時(shí)過負(fù)荷，過負(fù)荷越嚴(yán)重允許運(yùn)行的時(shí)間越短。反之，過電流保護(hù)的動作時(shí)間越短，過電流保護(hù)的動作電流允許整定的越大；動作時(shí)間越長，動作電流整定的越小。只有這樣，當(dāng)線路過負(fù)荷或短路時(shí)，才能避免絕緣導(dǎo)線或電纜因過熱燒毀而低壓斷路器不會跳閘的事故發(fā)生，因此要求:IOp≤KOLIal式中：Ial——絕緣導(dǎo)線或電纜的允許載流量；

KOL——絕緣導(dǎo)線或電纜的允許短時(shí)過負(fù)荷系數(shù)。對瞬時(shí)和短延時(shí)過流脫扣器取4.5；對長延時(shí)過流脫扣器取1；對保護(hù)有爆炸性氣體區(qū)域內(nèi)的線路，應(yīng)取0.8。低壓斷路器過電流脫扣器的靈敏度校驗(yàn)

為了保證低壓斷路器的瞬時(shí)或短延時(shí)過流脫扣器在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下在其保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生最輕微的短路故障時(shí)就能可靠地動作，過流脫扣器動作電流的整定值必須滿足過電流保護(hù)靈敏度的要求。保護(hù)靈敏度可按下式進(jìn)行校驗(yàn)：

Ksen=Ik.min/Iop≥1.3

式中：Iop——低壓斷路器瞬時(shí)或短延時(shí)過流脫扣器的動作電流。

Ik.min——被保護(hù)線路末端在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的最小短路電流。對TT、TN系統(tǒng)取單相接地短路電流；對IT系統(tǒng)取兩相短路電流。低壓斷路器型號規(guī)格的選擇和校驗(yàn)選擇低壓斷路器應(yīng)滿足如下條件：①低壓斷路器的額定電壓應(yīng)不低于安裝處的額定電壓。②低壓斷路器的額定電流應(yīng)不低于它所安裝的脫扣器額定電流。③低壓斷路器的類型應(yīng)符合安裝條件、保護(hù)性能的要求，并應(yīng)確定操作方式，即選擇斷路器的同時(shí)應(yīng)選擇其操作機(jī)構(gòu)。④低壓斷路器還應(yīng)滿足安裝處對斷流能力的要求。低壓斷路器必須進(jìn)行斷流能力的校驗(yàn)：①對動作時(shí)間在0.02s以上的斷路器，其極限分?jǐn)嚯娏鱅oc應(yīng)不小于通過它的最大三相短路電流周期分量有效值，即

②對動作時(shí)間在0.02s及以下的斷路器，其極限分?jǐn)嚯娏鱅oc或ioc應(yīng)不小于通過它的最大三相短路沖擊電流或，即

電流互感器的選擇①電流互感器型號的選擇根據(jù)安裝地點(diǎn)和工作要求選擇電流互感器的型號。②電流互感器額定電壓的選擇電流互感器額定電壓應(yīng)不低于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓。③電流互感器變比選擇電流互感器一次側(cè)額定電流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000（A）等多種規(guī)格，二次側(cè)額定電流均為5A。一般情況下，計(jì)量用的電流互感器變比的選擇應(yīng)使其一次額定電流I1N不小于線路中的計(jì)算電流I30。保護(hù)用的電流互感器為保證其準(zhǔn)確度要求，可以將變比選得大一些。④電流互感器準(zhǔn)確度選擇及校驗(yàn)準(zhǔn)確度選擇的原則：計(jì)量用的電流互感器的準(zhǔn)確度選0.2～0.5級，測量用的電流互感器的準(zhǔn)確度選1.0～3.0級。為了保證準(zhǔn)確度誤差不超過規(guī)定值，互感器二次側(cè)負(fù)荷S2應(yīng)不大于二次側(cè)額定負(fù)荷S2N，所選準(zhǔn)確度才能得到保證。電流互感器的校驗(yàn)①電流互感器準(zhǔn)確度校驗(yàn)

準(zhǔn)確度校驗(yàn)公式為：S2≤S2N

二次回路的負(fù)荷S2取決于二次回路的阻抗Z2的值，即：式中I2N是電流互感器二次側(cè)額定電流，一般取5A；│Z2│是電流互感器二次回路總阻抗。電流互感器的二次負(fù)載阻抗為計(jì)算等效阻抗，并不一定等于二次側(cè)實(shí)際測量阻抗。②電流互感器的動穩(wěn)定校驗(yàn)電流互感器動穩(wěn)定校驗(yàn)條件為：式中Kes為電流互感器的動穩(wěn)定系數(shù)。③電流互感器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件為：式中Kt為電流互感器的熱穩(wěn)定系數(shù)。電壓互感器的選擇

電壓互感器的一、二次側(cè)均有熔斷器保護(hù)，所以不需要校驗(yàn)短路動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。電壓互感器的選擇如下：①按裝設(shè)點(diǎn)環(huán)境及工作要求選擇電壓互感器型號。②電壓互感器的額定電壓應(yīng)不低于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓。③按測量儀表對電壓互感器準(zhǔn)確度要求選擇并校驗(yàn)準(zhǔn)確度。計(jì)量用電壓互感器準(zhǔn)確度選0.5級以上，測量用的準(zhǔn)確度選1.0～3.0級，保護(hù)用的準(zhǔn)確度為3P級和6P級。電壓互感器的校驗(yàn)為了保證準(zhǔn)確度的誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)，二次側(cè)負(fù)荷S2應(yīng)不大于電壓互感器二次側(cè)額定容量，即

S2≤S2N

其中：

儀表、繼電器電壓線圈消耗的總有功功率和總無功功率。