供配电技术唐志平第三版习题答案全

第 1 章 电力系统概论1-1 什么叫电力系统？为什么要建立电力系统？电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。为了充分利用动力资源，降低发电成本，发电厂往往远离城市和电能用户，因此，这就需要输送和分配电能，将发电厂发出的电能经过升压、输送、降压和分配，送到用户。1-2 供配电系统由那些部分组成？在什么情况下应设总降压变电所或高压配电所？供配电系统由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。总降压变电所是企业电能供应的枢纽。它将 35kV110kV 的外部供电电源电压降为 6 10kV 高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。高压配电所集中接受 610kV 电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。1-3 发电机的额定电压、用电设备的额定电压和变压器额定电压是如何规定的？为什么？用电设备的额定电压等于电力线路的额定电压；发电机的额定电压较电力线路的额定电压要高 5%；变压器的一次绕组的额定电压等于发电机的额定电压( 升压变压器)或电力线路的额定电压(降压变压器)；二次绕组的额定电压较电力线路的额定电压要高 10%或 5%(视线路的电压等级或线路长度而定)。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据经济发展的需要及电力的水平和发展的趋势经过全面技术经济分析后确定的。1-4 电能的质量指标包括哪些？电能的质量指标是指电压质量、频率质量、供电可靠性。1-5 什么叫电压偏移，电压波动和闪变？如何计算电压偏移和电压波动？电压偏差是电压偏离额定电压的幅度。电压波动是指电压的急剧变化。周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，成为闪变。电压偏差一般以百分数表示，即，式中 为电压偏差百分数； 为实际电压； 为额定电压。%10NU%UUN电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数来表示，即 maxin10NU式中， 为电压波动； 为电压波动百分数； ， 为电压波动的最大值和最%maxUin小值（kV） ； 为额定电压（ kV） 。N1-6 电力系统的中性点运行方式有哪几种？中性点不接地电力系统和中性点直接接地系统发生单相接地时各有什么特点？电力系统的中性点运行方式有三种：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点直接接地系统。中性点不接地电力系统发生单相接地时，接地相对地电压为零，电容电流为零，非接地相对地电压升高为线电压，电容电流增大 倍，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡。中性点直接接地系统发生单相接地时，通过中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，中性点对地电压仍为零，非接地相对地电压也不发生变化。1-7 电力负荷按对供电可靠性要求分几类？对供电各有什么要求？电力负荷按对供电可靠性可分为三类，一级负荷，二级负荷和三级负荷。对供电的要求：一级负荷要求最严，应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源应不同时受到损坏，在一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个独立电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。二级负荷要求比一级负荷低，应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台，从而做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。三级负荷要求最低，没有特殊要求，一般有单回路电力线路供电。1-8 试确定图所示供电系统中发电机 G 和变压器 1T，2T 和 3T 的额定电压。解：发电机的额定电压 U = 1.0510KV = 10.5kV;变压器 1T 的额定电压一次侧 U = 10.5kV；二次侧 U = 1.135kV= 38.5kV；变压器 2T 的额定电压一次侧 U = 35kV；二次侧 U = 1.0510kV= 10.5kV；变压器 3T 的额定电压一次侧 U= 10kV；二次侧 U= 1.050.38= 0.399kV；1-9 试确定图中所示供电系统中发电机 G，变压器 2T，3T 线路 1WL，2WL 的额定电压。解：发电机 G，额定电压 U=1.05U1=10.5kV变压器 2T U1=U=10.5kV U2=1.1220=242kV 故额定电压为：10.5/242；变压器 3T U1=220kV U2=1.1110=121kVU3=1.0510=10.5kV线路 1WL 的额定电压为 U=10kV线路 2WL 的额定电压为 U=0.38kV1-10 试查阅相关资料或网上查阅，找出去年我国的发电机装机容量，年发电量和年用电量。答案（略）1-11 画出中性点不接地系统 A 相发生单相接地时的相量图。第 2 章 负荷预测2-1 什么叫负荷曲线？有哪几种？与负荷曲线有关的物理量有哪些？答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电的特点和规律。负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷和无功负荷曲线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负荷对象不同，分用户，车间或某类设备负荷曲线。与负荷曲线有关的物理量有：年最大负荷和年最大负荷利用小时；平均负荷和负荷系数。2-2 什么叫年最大负荷利用小时？什么叫年最大负荷和年平均负荷？什么叫负荷系数？答：年最大负荷利用小时是指负荷以年最大负荷 持续运行一段时间后，消耗的电maxP能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能，这段时间就是最大负荷利用小时。年最大负荷 指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性，这样的工作班至少要在maxP负荷最大的月份出现 23 次）30 分钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为 30分钟最大负荷 。0负荷系数 是指平均负荷与最大负荷的比值。LK2-3 什么叫计算负荷？为什么计算负荷通常采用 30min 最大负荷？正确确定计算负荷有何意义？答：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(34) ， 为发热时间常数。对中小截面的导体，其 约为 10min 左右，故截流倒替约经 30min 后达到稳定温升值。但是，由于较大截面的导体发热时间常数往往大于 10min，30min 还不能达到稳定温升。由此可见,计算负荷 Pc 实际上与 30min 最大负荷基本是相当的。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算符合的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否合理。计算负荷不能定得太大，否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费;计算负荷也不能定得太小，否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘体过早老化甚至烧毁。2-4 各工作制用电设备的设备容量如何确定?答：长期工作制和短期工作制的设备容量就是该设备的铭牌额定功率，即Pe=PN反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率下的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。2-5 需要系数的含义是什么?答：所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量,两者之间存在一个比值关系，因此需要引进需要系数的概念,即： 。cdePK式中，K d 为需要系数；P c 为计算负荷；P e 为设备容量。形成该系数的原因有：用电设备的设备容量是指输出容量，它与输入容量之间有一个平均效率；用电设备不一定满负荷运行,因此引入符合系数 KL；用电设备本身及配电线路有功率损耗，所以引进一个线路平均效率 ；用电设备组的所有设备不一定同时运行，wL故引入一个同时系数 。2-6 确定计算负荷的估算法.需要系数法和二项式法各有什么特点？各适合哪些场合？答：估算法实为指标法，其特点是进行方案比较时很方便，适用于做任务书或初步设计阶段；需要系数法的特点是简单方便，计算结果较符合实际，而长期使用已积累了各种设备的需要系数，是世界各国普遍采用的方法，适用于多组三相用电设备的计算负荷；二项式法其特点是既考虑了用电设备的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷，其计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多，适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。2-7 在确定多组用电设备总的视在计算负荷和计算电流时，可否将各组的视在计算负荷和计算电流分别直接相加？为什么？应如何正确计算？答：不可以。需要考虑用电设备各组的最大负荷不同时出现的因素，因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中取一组最大的附加负荷，再加上各组用电设备的平均负荷，即： maxa()tantnceiPbcPQ式中， 为各用电设备组的平均功率，其中 是各用电设备组的设备总容量；()ei eP为每组用电设备组中 台容量较大的设备的附加负荷； 为附加负荷最大的一组xcPx max()c设备的附加负荷； 为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值。matn2-8 在接有单相用电设备的三相线路中, 什么情况下可将单相设备与三相设备综合按三相负荷的计算方法计算确定负荷? 而在什么情况下应进行单相负荷计算?答: 单相设备应尽可能地均匀分布在三相上 ,以使三相负荷保持平衡.a: 三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的 15%时,单相设备可按三相负荷平衡计算.b: 三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的 15%时,应把单相设备容量换算为等效三相设备容量,再算出三相等效计算负荷. 2-9 如何分配单相（220 伏， 380 伏）用电设备，使计算负荷最小？如何将单相负荷简便地换算成三相负荷？答：可以用负荷密度法和需要系数法来分配用电设备；这样换算：当单相设备的总容量不超过三相总容量的 15%，单相设备按三相负荷平衡来计算。当单相设备的总容量超过三相总容量的 15%，应该换成等效三相设备容量，再算出三相等效计算负荷。 2-10 电力变压器的有功功率和无功功率损耗各如何计算？其中哪些损耗是与负荷无关的？哪些损耗与负荷有关？按简化公式如何计算？ 解：有功功率损耗=铁损+ 铜损= FeCuPA有功功率损耗为： 22cTFeCuFeCu0kNSP.NPcSAA无功功率= 0QAQ 0 是变压器空载时，由产生主磁通电流造成的，Q 是变压器负荷电流在一次，二次绕组电抗上所产生的无功损耗。无功功率损耗为： 2c0ckT00NNSISU1AA P Fe 和Q 0 是与负荷无关，P Cu 和Q 与负荷有关简化公式：20k2TNtIUS1A （ ）2-11 什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数?各如何计算?各有何用途?答:平均功率因数是指导在某一时间内的平均功率因数 ,也称加权平均功率因数.最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷时的功率因数.平均功率因数计算功式:略用途供电部门能根据月平均功率因数来调整用户的电费电价.2-12 进行无功功率补偿，提高功率因数，有什么意义？如何确定无功补偿容量？答：降低电能损耗, 降低电压损失,提高供电设备利用率。补偿容量（1）采用固定补偿 ，式中，Q cc 为补偿容量；P av 为平cav1av2QPtgt（ ）均有功负荷，P av =Pc 或 Wa/t，P c 为负荷计算得到的有功计算负荷， 为有功负荷系数，Wa 为时间 t 内消耗的电能； tgav1 为补偿前平均功率因数角的正切值；tg av2 为补偿后平均功率因数角的正切值；tg av1tg av2 称为补偿率，可用q c 表示（2）采用自动补偿Qcc=Pc（tg 1tg 2） 2-13 提高自然功率因素有哪些常用的方法？他们的基本原理是什么？答：提高自然功率因素的主要方法有：1、 合理选择电动机的规格、型号2、 防止电动机空载运行3、 保证电动机的检修质量4、 合理选择变压器的容量5、 交流接触器的节电运行他们的基本原理是在不添置任何补偿设备的情况下，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因素提高。2-14 并联电容器的补偿的装设有几种？各有何特点？适用于什么场合？答：并联电容器的补偿的装设有一下几种：1、 高压集中补偿，指将高压电容器组集中装设在总降压变电所的 610kV 母线上。该补偿方式只能补偿总降压变电所的 610kV 母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在即也内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较后两种补偿方式差。但由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。且总降压变电所 610kV 母线停电机会少，因此电容器利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用相当普遍。2、 低压集中补偿，是指将低压电容器集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压母线上。该补偿方式只能补偿车间变电所或建筑物变电所低压母线前变电器和高压配电线路及电力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿作用。但其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用相当普遍。3、 单独就地补偿（个别补偿或分散补偿） ，是指在个别功率因素较低的设备旁边装设补偿电容器组。该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好。但投资较大，而且如果被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率较低。同时存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件影响等缺点。所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合。2-15 什么是尖峰电流？尖峰电流的计算有什么用处？答：尖峰电流是指单台或多台用电设备持续 12 秒的短时最大负荷电流。尖峰电流的计算可以提供选定用电设备的型号以及保护用电设备等。2-16 某车间 380 伏线路供电给下列设备：长期工作的设备有 7.5kW 的电动机 2 台，4kW的电动机 3 台，3kW 的电动机 10 台；反复短时工作的设备有 42kVA 的电焊机 1 台(额定暂载率为 60%， =0.62， =0.85)，10t 吊车 1 台 (在暂载率为 40%的条件下，其额cosNN定功率为 39.6kW， =0.5)。试确定它们的设备容量。解： 对于长期工作制的设备，其设备容量就是它们的额定功率，所以长期工作设备的设备容量为： e1 P7.52kW4310k57W对于反复短时工作制的设备，其设备容量为：电焊机： e20.6.2. 吊车： 3 P439k501所以，它们的总的设备容量为： e12e372. W27.3 k总2-17 已知有一汽车拖拉机厂每年生产拖拉机 2400 台，汽车 1200 辆，试用估算法求该厂的计算负荷。解：查询资料得知，生产拖拉机的单位产品耗电量为 50008000kWh，这里估算取6500kWh/台；生产汽车的单位产品耗电量为 15002500kWh，这里估算取 2000kWh/辆。年最大负荷利用小时数取 4960h。124065160aWmkWhkh2 2412max560240439.59cWPkWkT2-18 某厂金工车间的生产面积为 60m32m,试用估算法估算该车间的平均负荷。解：查表可知负荷密度指标 220.1/S6390kav P.1 kW答：用估算法估算该车间的平均负荷为 192 kW2-19 某工厂 35/6kV 总降压变电所，分别供电给 14 号车间变电所及 6 台冷却水泵用的高压电动机。14 号车间变电所的计算负荷分别为：P c1=840kW，Q c1=680kvar；P c2=920 kw，Q c2=750 kvar；P c3=850 kw，Q c3=700 kvar； Pc4=900 kw，Q c4=720 kvar。高压电动机每台容量为 300 kW，试计算该总降压变电所总的计算负荷（忽略线损） 。解：由题意可知：水泵用的高压电动机 假设同时系数 K=0.90.8,.65,cos0.8,tan.75dKb1314cePkpkW0tan4.7vararQec01c23c4PKP0.918409250kW45 Q672var37kar2(57)5.3eSVAK68.348.0113ecnIU高压侧 10.540.eePSkW高压侧 2116387var9.25eeQVA1.3cenSIU答：该总降压变电所高压侧总的计算负荷 Pe1=4540.33 kw，Q e1=3878.3 kvar ，S e1=5971.25，I ce1=98.62A 2-20 某车间采用一台 10/0.4kV 变压器供电，低压负荷有生产用通风机 5 台共 60kW，点焊机（ =65%）3 台共 10.5kW，有连锁的连续运输机械 8 台共 40kW，5.1kW 的行车（ =15%）2 台。试确定该车间变电所低压侧的计算负荷。解：通风机 1110.8,cos.,tan0.75dK11648tan.73vr.rcePkWQk点焊机 2220.35,cos0,tan13d226.8.4.84796tan91.3var.reNcdekPKQA有连锁的连续运输机械 330,cos75,tan0.8d330.7428tan.var4.6rcdekWPk行车 44.15,cos,tn173dK440.2.9539tan.517var.03reNcdekPQA同时系数取 ,pqK车间计算负荷为： 20.9(482.