现代供电技术王福忠版课后习题答案

煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作1第一章1-8 什么条件下适合采用双回路或者环形供电系统?当变电所 35kV 电源取自环形电网时，其主结线采用哪种方式较为合适?对于供电可靠性要求较高，要求供电质量较好时适合采用双回路或者环形供电系统当主变为 35kv，容量在 7500kVA 及以上；电压 60kv，容量在 10000kVA 及以上；电压 110kv，容量在 31500kVA 以上时，其空载电流就超过了隔离开关的切、合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥结线，才能满足要求。1-9 什么叫桥式结线?试述各种桥式结线的优缺点及其应用范围。1-5 对于具有两回电源进线，两台降压变压器的矿井终端总降压变电所可采用桥式结线。它实质上是用一座由一台断路器和两台隔离开关横联跨接的“桥” ，来联接两个35110kV“线路一一变压器组”的高压侧，从而用较少的断路器组成一个可靠性较高的，操作灵活的双回路变、配电系统。桥式结线根据跨接桥横联位置的不同，可分为内桥、外桥和全桥三种。1内桥结线这种接线的跨接桥靠近变压器侧，桥断路器装在线路断路器之内，变压器回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“ ”形，故称为内桥。内桥结线提高了变电所供电的可靠性，倒换线路操作方便，设备投资与占地面积较少，缺点是倒换变压器和扩建成全桥不如外桥方便，故适用于进线距离长，线路故障多，变压器切换少，高压侧无穿越功率的终端变电所。2外桥结线这种接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器装在变压器断路器之外，进线回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“ ”形，故称外桥。外桥结线倒换变压器操作方便，易于过渡到全桥结线，且投资少，其运行的灵活性与供电的可靠性和内桥结线类似；它的缺点是倒换线路不方便，故适用于进线距离短，主变压器需经常切换的矿井终端变电所。3全桥结线这种结线，跨接桥居中，进线回路与变匿器回路均装有断路器，由五台断路器构成“H”形，故称为全桥。全桥结线适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，并易于发展成单母线分段的中间变电所；它的缺点是设备多，投资大，变电所占地面积大，故适用于负荷较大，对供电要求较高的大型矿井终端变电所。1-10 怎样将全桥结线的 35kV 终端变电所扩展为单母线分段的中间变电所?煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作2扩展前 扩展后煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作31-11 绘制两种具有一级负荷并设置两台变压器的车间变电所主结线图。1-12 中性点接地方式有哪几种类型?各有何特点?电力系统中性点接地方式分为中性点直接接地(又称大电流接地系统)和中性点不接地或经消弧线圈接地(又称小电流接地系统)两种接地方式，各接地方式的特点如下：1中性点直接接地系统这种系统的优点是：当发生单相接地时，非故障两相的电压不升高，由于接地电流非常大，不会发生间歇性电弧，同时内部过电压倍数较小，因而可以降低对线路绝缘水平的要求。由于单相接地就是单相短路，短路电流较大，保护装置迅速而可靠地动作，缩短了故障存在的时间。缺点是：因短路电流大，开关及电气设备有时要选用较大的容量或规格。当发生短路时若未能及时切除，会严重影响整个系统的稳定性，而且对通讯的干扰强烈，故常用于110kV 及以上的电网。对于 380V 低压电网，由于用户需要 380V 和 220V 两种电压等原因，故也采用中性点直接接地系统。2中性点不接地系统 这种系统在正常工作时供电变压器的中性点，不接地。对于短距离低压输电线，它的对地电容较小，发生接地故障时入地电流较小，对通讯线的干扰也较小，瞬时性接地故障往往能自动消除；对于长距离高压输电线，由于线路对地电容较大，单相接地电容电流较大时(6kV 系统达 30A，35kV 系统大于 10A)，接地处容易发生间歇性电弧，在电网中引起高频振荡产生过电压，使电网对地绝缘较低处发生接地短路故障，因而对接地电流值有一定的限制规定。中性点绝缘系统的缺点是：当发生单相接地时，无故障两相的对地电压升为相电压的 倍(即升为线电压)，危及相间绝缘，易造成两相接地短路，当单相接地电容电3流较大时，易产生间歇性电弧接地过电压，而且内部过电压的倍数也较高。这冲系统的优点是：一相接地时，接地电流小，保护装置不动作，电网还可以继续运行一段时间，待作好准备后故障线路再停电。由于 360kV 电网在供电系统中占的比重很大，如果采用接地系统，则一相接地就会导致停电，降低了供电的可靠性，故我国 360kV 电网均采用中性点不接地系统。煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作43中性点经消弧线圈接地系统这种系统主要是利用消弧线圈(电抗器)的感性电流补偿电网对地的电容电流，可减小单相接地时接地点的电流，不产生电弧，避免发生电弧接地过电压。完全补偿的条件是，为了避免电网参数改变时产生串联谐振，一般采取过补偿运行。这种系统1/LC的缺点是：因要根据运行网路的长短决定消弧线圈投入的数量与地点，故系统运行较复杂，设备投资较大，实现选择性接地保护困难。1-13 在中性点经消弧线圈接地的系统中，为什么三相线路对地分布电容不对称，或出现一相断线时，就可能出现消弧线圈与分布电容的串联谐振?为什么一旦系统出现这种串联谐振，变压器的中性点就可能出现危险的高电位?1-8 如图 1-3 所示，为变压器中性点经消弧线圈 L 接地的供电系统。当三相线路对地分布电容不对称或出现一相断线时，线路参数不再是对称的，因此负载中性点将发生位移，导致 0 点与 点之间出现电位差。由于线路参数的变化使 C 与 L 的关系恰好符合公式时，在电压 UOO的作用下，线路对地回路将发生消弧线圈与对地分布电容1/LC的串联谐振。回路一旦出现串联谐振，由于总阻抗几乎为零，故即使 UOO的数值不大，回路中也会流过很大的电流 ， 流过消弧线圈 L，产生较大的压降，使变压器中性点 0 对0i地呈现高电位，极易损坏变压器的对地绝缘。LB0iaCbCcCabc00 图 1-3 对地回路的串联谐振示意图1-14 为什么我国 380/220V 低压配电系统采用中性点直接接地的运行方式?对于 380/220V 低压配电系统，我国广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线 N 和保护线 PE。中性线 N 的功能，一是用于需要 220V 相电压的单相设备，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减式少负荷中性点的电位偏移。保护线 PE 的功能，是防止发生触电事故，保证人身安全。通过公共的 PE 线，将电气设备外露的可导电部分连接到电源的接地中性点上，当系统中设备发生单相接地（碰壳）故障时，便形成单相短路，使保护动作，开关跳闸，切除故障设备，从而防止人身触电。这种保护称为保护接零。1-15 某企业 35/10kV 总降压变电所的 10kV 单母线用断路器分段，其中左段联有10kV 架空线 20km、10kV 电缆 10km，右段母线联有 10kV 架空线 15km、10kV 电缆14km，试求该 10kV 系统的最大和最小单相接地电流（变电所 10kV 母线上未装设消弧线圈） 。煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作5根据经验公式 350)(NcachinEULKIkAIE 26.1)120(6.1IE 74.350)4(. 32最小电流 12.26kA 最大电流为 =29kA21EI第二章2-1 企业用电设备按工作制分那几类?各有什么特点?答：企业用电设备，按其工作制分，有长期连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三类。1长期连续工作制：这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、空气压缩机、水泵、电动发电机等。对长期工作制的用电设备有： NP2短时工作制：这类工作制的用电设备工作时间很短，而停歇时间相当长。如煤矿井下的排水泵等。对这类用点设备也同样有： NP3. 短时连续工作制：这类工作制的用电设备周期性的工作。如此反复运行，而工作周期一般不超过 10min。如电焊机、吊车电动机等。断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”来表征其工作性质。2-2 什么叫负荷持续率?它表征哪类设备的工作特性 ?负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用 表示 表示01%1defttTT 工作周期，s； t 工作周期内的工作时间，s ； 工作周期内的停歇时0t间，s 。补充：断续周期工作制设备，可用“负荷持续率”来表征其工作性质。同一用电设备，在不同的负荷持续率工作时，其输出功率是不同的。因此，计算负荷时，必须考虑到设备容量所对应的负荷持续率，而且要按规定的负荷持续率进行用电设备容量的统一换算。并且，这种换算应该是等效换算，即按同一周期内相同发热条件来进行换算。由于电流 通过设备在时间 t 时间内产生的热量为 ，因此，在设备电阻不变而I RtI2产生热量又相同的情况下， 。而在同电压下，设备容量 。由式（2-11）可I1IP煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作6知，同一周期的负荷持续率 。因此， ，即设备容量与负荷持续率的平方根t1P成反比。假如设备在 下的额定容量为 ，则换算到 下的设备容量 为：NNP（2-12）式中 负荷的持续率；与铭牌容量对应的负荷持续率；N负荷持续率为 时设备的输出容量，kW。 P电焊机组要求统一换算到 ，吊车电动机组要求统一换算到%1025%2-3 什么叫负荷曲线?什么叫年最大负荷和年最大负荷利用小时？1.负荷曲线是用来表示一组用电设备的用电功率随时间变化关系的图形，它反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线绘制在直角坐标系内，纵坐标表示电力负荷，横坐标表示时间。 负荷曲线按负荷对象分，有企业的、车间的或是某用电设备组的负荷曲线；按负荷的功率性质分，有用功和无功负荷曲线；按所表示负荷变动的时间分，有年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线或工作班的负荷曲线。2. 年最大负荷，就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时平均功率，并分别用符号 maxP， aQ和 maxS表示。年最大负荷利用小时是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷 maxP持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。年最大负荷利用小时用符号 maxT表示。 axmax/defpAP（补充： 与企业的生产班制有较大关系。例如一班制企业， 18002500h；maxT两班制企业， 35004500h；三班制企业， 50007000h。 ）maxmaxT2- 4 什么叫计算负荷?正确确定计算负荷有什么意义?按计算负荷持续运行时所产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生最大热效应相等。（计算负荷是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假想负荷。通常规定取 30min 平均负荷最大值 caP、 Q和 caS作为该用户的“ 计算负荷”，用 caP、 Q和caS表示。）虽然年最大负荷 和计算负荷 定义不同，但其物理意义很相近，都是代表半小maxca时内平均负荷最大值，所以二者相等，我们可以用计算负荷来表示年最大负荷，以便进一步进行负荷运算。2-5 确定计算负荷的需要系数法和二项系数法有什么特点?各适用哪些场合?煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作7利用需用系数法确定计算负荷的优点：公式简单，计算方便。只用一个原始公式 就可以表征普遍的计算方法。cadNPK对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好的条件。这种方法的缺点：需用系数法没有考虑大容量电动机对整个计算负荷 、 的影响，尤其是当总用电caQ设备较少时，影响更大。需用系数法适用于备用电设备容量相差较小，且用电设备数量较多的用电设备组。二项系数法的优点：不仅考虑了用电设备组的平均最大负荷，而且还考虑了容量最大的少数用电设备运行时对总计算负荷的额外影响。缺点：二项式计算系数 、 和 的值缺乏足够的理论根据。而且，目前这方面的数bcX据较少，因而，使其应用受到一定的局限。二项系数法比较适合于确定用电设备台数较少，而其容量差别又较大的用电设备组的负荷计算。如机械加工企业、煤矿井下综采工作面等。（注：二项系数法在计算计算负荷 时，并未像需用系数法一样通过需用系数乘以平caP均功率来表示计算负荷，而是考虑了企业内 X台最大容量的电动机在某一生产时间内较密集地处于高负荷运行状态时所产生的“尖峰负荷”效应。如果已知 X台最大容量的电动机总容量为 xP，则可以由下式表示： caNxb，b，c 均可由书中表 2-4 查得，最主要的是计算 ，而 x可由公式 来表示，其中 ，说1mx2amax.x nPPix一个例外情况按二项系数法确定计算负荷时，如果设备总台数少于表 2-7 中规定的最大容量设备台数的 2 倍时，则其最大容量设备台数 X也宜相应减少。建议取 /2Xn，则按“四舍五入” 取整规则。如果用电设备组只有 12 台用电设备，就可以认为 caNP。）2-6 什么叫最大负荷损耗小时?它与最大负荷利用小时的区别在哪里 ?两者又有什么联系?最大负荷损耗小时的物理意义是：假想供电线路按年半小时最大负荷 ca持续运行 小时，在 时间内损耗的电能恰好等于实际变化负荷在指定时间 T 内损耗的电能。最大负荷损耗小时单以线路损耗作为研究对象，最大负荷利用小时则以整个供电系统作为研究对象；但是二者都是假想时间，均是先假定一个恒定功率，以该恒定功率工作时间 后所消耗的电能，等效为指定时间 T 内消耗的实际电能。而 即为该假想时间。（只是最大负荷损耗小时研究的只是线路损耗，最大负荷利用小时研究的是整个线路消耗。）2-7 什么叫平均功率因数和瞬时功率因数?各有什么用途 ?平均功率因数指某一规定时间内功率因数的平均值，也称加权平均功率因数。我国电业部门每月向企业收取电费，就规定电费要按每月平均功率因数的高低来调整。最为电能煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作8质量的一个重要标志。 （平均功率因数按下式计算：221cos()PQPA式中 PA某一时间内消耗的有功电能，kWh； Q某一时间内消耗的无功电能，kvarh。）瞬时功率因数是瞬时值，指在某一时刻的功率因数。即该时刻有功功率占视在功率的百分数。瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率变化情况，以便采取适当的补偿措施。2-8 进行无功补偿，提高功率因数对电力系统有哪些好处？对企业本身又有哪些好处？提高功率因数对电力系统有如下益处：（1）提高电力系统的供电能力（2）降低网络中的功率损耗提高功率因数对企业供电系统有如下益处：（1）减少网络中的电压损失，提高供电质量，使网络末端企业用电设备的电压质量提高；（4）降低电能成本2-9 电力变压器的有功功率损耗包括哪两部分?如何确定 ?与负荷各有什么关系?有功功率损耗可由两部分组成：其一是空载损耗，又称铁损。它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。因为变压器主磁通仅与外施电压有关，当外施电压 U 和频率 f 恒定时，铁损是常数（在变压器出厂时已经给定） ，与负荷大小无关。可以通过变压器空载试验确定铁损。另一部分是短路损耗，又称铜耗。它是变压器负荷电流在一次线圈和二次线圈电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流的平方成正比。可以通过变压器短路试验确定铜耗。 kNCaKT PSP2020)(2-10 有一进行大批生产的机械加工车间，其金属切削机床的电动机容量共 800kW，通风机容量共 56kW，供电电压 380V，试分别确定各组用电设备和车间的计算负荷 、caP、 和 。caQScaI解 采用需用系数法1）金属切削机床组（大批生产金属冷加工机床）查表 22，可取 Kd = 0.2, cos = 0.5, tan = 1.73Pca(1) = 0.2800 kW = 160 kW Qca(1) = 160 kW1.73 = 276.8 kvar(1)(1)()/0.532486.2(.cacacNSPkVAIU注 意 单 位 ）2）. 通风机组查表 22 ，可取 Kd = 0.8, cos = 0.8, tan = 0.75Pca(2) = 0.856 kW = 44.8kW Qca(2) = 44.8 kW0.75 = 33.6 kvar煤矿供电技术课后答案（部分）煤矿供电技术436 实验室倾情制作9(2)(2)()/0.85685.063.3cacaNSPkVAIU3）查表 23，取 Ksi=0.9（取热加工车间）()12()12220.964.)1.2.783.79.6var4.4.369508.casicaicasicaiccaNPKkWQS kVAI AU2-11 有一机修车间，拥有冷加工机床 52 台，共 200kW；行车 1 台，5.1kW( =15%)；通风机 4 台，共 5kW；点焊机 3 台，共 10.5kW( =65%)。车间采用三相四线制供电。试确定车间的计算负荷 、 、 和 。caPQcaSI解：1）冷加工机组 Kd=0.2 cos =0.5 tan =1.73Pca(1)=2000.2=40kW Qca(1)=401.73=69.2kvar2）行车 Kd=0.15 cos =0.5 tan =1.73换算到 =25%Pca（2）= Kd=0.59kW0.15.3.92PkWPQca（2）=0.591.73=1.02kvar2）通风机组 Kd=0.8 cos =0.8 tan =0.75Pca（3）=50.8=4kW Qca（3）=40.75=3kvar点焊机组 Kd=0.35 cos =0.6 tan =1.33换算到 =100%Pca（4）= Kd=2.96kW0.651.8.47P