东北大学工业企业供电04第四章 工业企业变电站及供电网络.ppt

第四章工业企业变电站及供电网络,要点：围绕工厂内部供电系统，着重讨论：（1）变电站设计（数量、位置、连接方式）（2）变压器台数、容量的选择（3）供电网络的各种接线方式（4）导线、电缆截面选择（5）高压电气设备选择。,第四章工业企业变电站及供电网络,4.1工业企业变电站设计4.1.1变电站位置和数量的确定原则4.1.2变电站的主要电气设备4.1.3变电站的主结线4.2变电站内的变压器台数和容量的选择4.2.1变压器台数的选择原则4.2.2变压器容量选择4.2.3变压器的经济运行4.3工业企业供电网路的结线方式4.3.1工业企业供电网络的组成和特点4.3.2对工业企业电力网路的基本要求4.3.3工业企业电力网络的结线方式,第四章工业企业变电站及供电网络,4.4供电网路导线和电缆选择的原则4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面4.6.1电压降落、电压损失和电压偏差概念4.6.2电力网中电压损失的计算4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面4.7导线和电缆截面选择的综合分析4.8高压电气设备选择与校验4.8.1按正常运行条件选择高压电气设备4.8.2在短路情况下的热稳定性校验4.8.3在短路情况下的力稳定性校验4.8.4高压开关设备的断路能力校验第四章小结,4.1.1变电站位置和数量的确定原则（1）工业企业变电站组成：企业总降压变电站企业配电站（俗称开闭所，小型企业）车间变电站车间变配电站变流站,4.1工业企业变电站,4.1.1变电站位置和数量的确定原则（2）变电站的位置确定原则：选择在负荷中心。减少配电线长度及导线截面，降低有色金属及年电能消耗。线路进出方便。运输条件好。便于变压器和电气设备的搬运。远离剧烈震动的大型设备和车间（如锻造车间）。地下水位较低的场所。防止电缆沟内出现积水。各种污染源的上风侧（如化工厂、烟囱、烧结厂等）。防止因空气污秽引起电气设备的绝缘水平降低。与其他建筑物保持足够的防火间距；有扩建和发展的余地。,4.1工业企业变电站,4.1工业企业变电站,（3）变电站的数量确定原则：总降压变电站设一个总降压变电站车间和厂房布局比较集中。但要考虑一级负荷的备用电源问题。设二个或二个以上总降压变电站两个或两个以上集中大负荷，且彼此之间相距较远时。车间变（配）电站根据车间负荷的大小、负荷级别及相邻车间的距离等因素全面考虑。,4.1.1变电站位置和数量的确定原则,本节结束,4.1.2变电站的主要电气设备,电力变压器变电站的核心高压断路器闭合和开断电路的设备。由于有熄灭电弧的机构，所以用于通断短路故障电流。隔离开关隔离电压的作用，保证设备检修时与电源系统隔离，没有熄弧机构，不能切负荷，必须与高压断路器配合使用。隔离开关与断路器的操作顺序：断电时：先断路器，后隔离开关合闸时：先隔离开关，后断路器,4.1工业企业变电站,QS隔离开关,QF1断路器,S11-MR-301000/10系列三相卷铁心全密封配电变压器,开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。610kv多用。,开关触头在SF6气体中闭合和断开。SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。灭弧能力强，属高速断路器。断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。,LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器,开关触头在真空的容器内闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。由于开断速度高,易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。,ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器,闸刀式隔离开关,负荷开关介于隔离开关与高压断路器之间的开关设备；结构上与隔离开关相似，但具有特殊的灭弧装置；能断开相应的负荷电流，不能切断短路电流。通常与高压熔断器配合使用（利用熔断器断短路电流）用于次要网络系统（10KV以下）。母线汇集和分配电流的主要环节。分为：钢心铝绞线（户外）；矩形铝（或铜）排（户内）。电流互感器及电压互感器供计量检测仪表的继电保护装置使用电流互感器变流（通常二次为5A)电压互感器变压（通常二次为100V）,4.1工业企业变电站,4.1.2变电站的主要电气设备,FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关熔断器组合电器,电流互感器,电压互感器,三相电压互感器单相电压互感器,母线,其它：高压开关柜电容器功率补偿；避雷器防雷击；继电保护装置各种变压器、线路保护；计量仪表电度、电压、电流、频率、功率因数。,4.1工业企业变电站,4.1.2变电站的主要电气设备,本节结束,GG-1A(F)型固定式高压开关设备,XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备（户内）,KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备（户内）,高压电容器与电容器柜,4.1工业企业变电站,高压避雷器,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,组成：电力变压器、高压断路器、隔离开关、母线、电流互感器和电压互感器及连接导线。目的：如何将上述设备连接在一起，从而接受和分配电能。基本要求：（1）根据负荷等级要求保证供电的可靠性。（2）力求简单、运行灵活、操作安全方便，避免运行人员误操作。（3）应使投资最省，运行费用最少。（4）具有发展的可能性。,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,4.1.3.1总降压变电站主结线（1）线路变压器组主结线主结线图：,4.1工业企业变电站,图40线路变压器组主结线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,进线电缆,隔离开关,断路器,母线,隔离开关,变压器,高压侧,低压侧,进线电源侧,电源侧：由双侧隔离开关的线路和断路器QF1送电。变压器高压侧：只装一组隔离开关，具有切断变压器空载电流的能力；条件：供电线路较短，电源侧继电器保护装置反应变压器内部及其低压侧的短路故障，且灵敏度亦满足要求。图41线路变压器组主结线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,装一组高压熔断器，切断短路电流。条件：系统短路电流小。装设高压断路器、隔离开关条件：高压熔断器不能满足切开短路电流的要求，同时考虑运行操作上的方便。变压器低压侧：通过断路器接至单母线，向各配出负荷供电。,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,变电站停送电规程：停电过程：先停低压侧断路器、隔离器开关再停高压侧断路器、隔离开关。送电过程：先送高压侧隔离开关，断路器，再送低压侧隔离开关，断路器。线路变压器组主结线小结：优点：结线简单，使用设备少。缺点：当发生短路或任一高压设备检修时全部负荷停电。适用于：供电电源只有一回线路，变电站装设一台变压器，三级负荷的变电站。,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,（2）桥式主结线桥式主接线分内桥和外侨两种形式。实际是两个线路-变压器组接线的组合。内桥式主结线如图4-2所示,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,内桥式主结线实际是利用桥接断路器QF5将两个线路变压器组单元结线连接起来。所谓内桥式主结线，即桥接断路器QF5位于线路断路器QF1和QF2的内侧，并靠近变压器。优点：提高了线路运行的灵活性，增强了变电站供电的可靠性。图42内桥式主结线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,例：线路，检修或故障时，断开QF1，变压器T由线路经断路器QF2和桥接断路器QF5继续供电。缺点：检修线路断路器QF1或QF2时系统只能有一路电源进线供电。不满足一级负荷的供电要求。内桥主线结线方式适用于：进线线路较长，因而故障与检修机会较多，变电站负荷比较平稳，因而其变压器不经常切换的总降压变电站。（因为企业总降压变电所正常运行时是一台变压器工作，且使用一个电源进线。如果负荷变化，需要投入另一台变压器时，只能通过QF5，而变压器的保护是由QF1和QF2完成的，QF5并不能可靠保护）,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,外桥式主结线桥接断路器QF5跨接在线路断路器QF1和QF2的外侧。适用场合：进线线路较短，故障与检修机会较少的总降压变电站。变电站的负荷变化较大，变压器需经常切换的总降压变电站。,QS1,QF1,QF3,QS5,QF2,QF4,QS6,QF5,T1,T2,QS3,QS7,QS8,QS2,电源进线,QS4,图43外桥式主结线,电源进线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,（由于QF5在QF1、QF2的外侧，因此，两台变压器都投入时，QF1，QF2会分别保护相应的变压器）当供电系统采用环网供电，变电站的高压侧有穿越功率时。所谓穿越功率，即或由于穿越功率不通过线路断电器QF1，QF2，直接由桥接断电器QF5转送，这对减少线路断路器的故障以及对继电保护装置的整定极为有利。,供,供,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,桥式主结线小结：适用企业总降压变电站两回电源线路供电，装设两台变压器。由于可保证对一、二级负荷的可靠供电，所以被广泛采用。（3）单母线分段主结线见图44单母线分段主结线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,单母线分段主结线基本同外桥式主结线。由于企业总降压变电站的高压进线还负责将进线二电源转送到其它负荷中，所以在二个进线电源侧增加两段母线。原来的桥接断路器，现负责二段母线的连接，所以标为QF1分段断路器。图44单母线分段主结线,QF1,电源进线,电源进线,转送负荷,转送负荷,QF2,T1,T2,一段母线,二段母线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,适用于：具有一、二级负荷，且高压侧进出线数量较多的总降压变电站。变电站的低压侧也为单母线分段结线方式，分段断路器QF2可合上，使两台变压器并列运行，也可断开使两台变压器分别运行。缺点：当其中任一段母线需要检修或发生故障时，则接于该段母线的全部进出线均将停止运行。,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,（4）双母线主结线参见书中图44（P70）特点：各级电压的母线均由、两组母线组成，两组母线间用母线联络断路器连接，正常运行一组母线工作，另一组母线备用，母线联络断路器QF1断开。图45双母线主结线,电源进线L2,电源进线L1,T1,T2,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,QF1,优点：克服上述几种主结线由于母线故障或检修而长期影响供电的缺点。缺点：设备较多，初投资增加，结线复杂。4.1.3.2车间变电站主结线车间变电站的主结线由车间的负荷性质及生产工艺要求决定。一般采用：线路一变压器组、单母线或单母线分段方式。(1)线路一变压器组只对三级负荷供电，且用电量较小的车间（同总降压变）(2)单母线610KV高压负荷的出线较多时，如负荷中有一、二级负荷，则应有与其它电源相联络的线路作为备用电源。,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,TtransformerTVvoltagetransformerTAcurrenttransformerFarresterFVvalvearresterFPpipearrester,（仪用互感器）,M,电源进线,380V,高压电机,阀型避雷针,M10KV,FU,F,TA,1TV,T1,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,备用电源,图46车间变电站单母线主结线,（3）单母线分段车间负荷中一、二级负荷比重较大，要求供电可靠高；两回电源进线分别接于两段母线；正常运行时母线分段断路器QF1断开。当一段母线失去电源时自动投入分段断路器。图47采用分段单母线的车间变电站主结线,4.1工业企业变电站,4.1.3变电站的主结线,本节结束,4.2变电站内的变压器台数和容量的选择,4.2.1变压器台数的选择原则（1）企业总降压变电站变压器台数选择原则企业绝大部分属于三级负荷：装设一台变压器+从邻近企业取的低压备用电源。企业一、二级负荷占较大：装设两台变压器，互为备用。特殊情况下，可装设两台以上变压器。注：当变电站仅装设一台变压器时，其容量应考虑520%的富裕，以备发展的需要。,（2）车间变压器台数选择原则一般生产车间，尽量装设一台。车间的一、二级负荷比重较大：应装设两台变压器；装设一台变压器+相邻车间联络线；车间的负荷昼夜变化较大时，装设两台变压器特殊场所可选用多台小容量变压器（井下变电站）,4.2.1变压器台数的选择原则,4.2变电站的变压器台数和容量的选择,（3）两台变压器互为备用的方式在供电设计时，选择变压器的台数和容量，实质上就是确定其合理的备用容量的问题。两台变压器，有以下两种备用方式：明备用运行方式：一台工作，另一台备用，每台承担100%的计算负荷。容量选择：每台均按计算负荷的100%来选择。,4.2.1变压器台数的选择原则,4.2变电站的变压器台数和容量的选择,暗备用运行方式：正常时两台变压器同时投入，每台变压器承担50%的计算负荷。容量选择：每台均按计算负荷的7080%来选择，多出部分用于变压器单台运行时承担另一台变压器所带的一部分重要负荷。这样，变压器在正常运行时，负载率：,4.2.1变压器台数的选择原则,4.2变电站的变压器台数和容量的选择,例题：如某企业计算负荷总容量为15000kVA，由两台变压器供电。如以暗备用方式使用，则每台变压器正常运行时承担的负荷容量为；每台变压器容量。如以明备用方式使用，则每台变压器正常运行时承担的负荷容量为；每台变压器容量为。,4.2.1变压器台数的选择原则,4.2变电站的变压器台数和容量的选择,本节结束,变压器的额定容量变压器标牌上的容量，是指在规定的环境温度下，变压器在正常使用期限内能持续输出的容量（KVA）电力变压器使用期限=使用寿命，25年（环境温度：最大：40最高日平均：30）当然变压器的使用寿命取决于其绝缘的老化速度，也就是与周围环境温度的变化以及它的负荷大小紧密相关。,4.2.2变压器容量选择,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,以前的方法着眼于如何充分利用变压器的过负荷能力方面（节省投资，但电能损耗增大）。基本原则同上明备用100暗备用50%目前的文献在某些情况下，把变压器的容量适当选大些，从而达到经济运行的目的。具体要通过方案比较来确定。,4.2.2变压器容量选择,本节结束,本节所讲述的内容涉及到一设计好的变电站，采用何种方式运行，实际是给运行人员一操作指导。当变电站装设两台或两台以上变压器时，就提出一个选择性问题，即变电站负荷的变化在什么范围投切变压器，使变压器运行在经济运方式。所谓变压器的经济运行方式指变压器在功率损耗最小情况下的运行方式，此时电能损耗最小，运行费用最低。,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,4.2.3变压器的经济运行,我们来分析一下变压器的功率损耗与其负荷的关系曲线。有关变压器的功率损耗，我们已在第二章的第三节做了详细的分析。不过为分析问题的方便，我们将无功损耗归算为等效的有功损耗：变压器的空载损耗：变压器的短路损耗：无功功率经济当量，取0.060.1KW/Kvar意义：单位无功损耗，相对应的有功损耗增加。,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,变压器的功率损耗为：可看出与负荷S的平方成正比，成抛物线。（2）二台变压器的经济运行点设两台变压器1T，2T，其单独运行功率损耗曲线如图48的1、2曲线。两条曲线相加，即得两变压器并列运行时的功率损耗曲线3。,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,图48,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,2T单独运行,1T单独运行,两台并列运行,S（投入运行的容量KVA）,3,2,1,红线：合成曲线,4.2.3变压器的经济运行,从曲线看出：SS3（曲线1，2的PT大于曲线3）变压器1T，2T并列运行，功率损耗最小，运行最经济结论：功率损耗合成曲线上出现的交点（S1和S3点）叫做经济运行点。经济运行点处，两种运行方式均为最经济运行。S2交点不是经济运行点,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,（3）多台变压器且额定容量不同，按上述作曲线方法求取经济运行点。（4）多台变压器，且额定容量相同，则可用计算法求取经济运行点：增加一台变压器运行的条件根据原则：运行中的n台变压器的总有功损耗与投入n+1台变压器时刻的总有功损耗相等。（根据上述结论2，即经济运行点处，两种运行方式都为最经济运行）有:,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,解得：当S时，应再投入一台同样容量的变压器并列运行。退出一台变压器运行的条件根据上面的推证时，退出一台变压器运行，即由n1台变压器并列运行。,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,例某车间为三班制生产，但负荷变化悬殊，故车间变压器装设两台SL7-1000/10型变压器,如按照变压器经济运行原则，问车间负荷为多大时，应该投入两台变压器并列运行。解:查附表1，已知SL7-1000/10型变压器的技术数据为：故求得：是两台容量相等的变压器且取无功功率经济当量,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3变压器的经济运行,计算得即当车间负荷增至612KVA时，两台变压器并列运行。两台变压器运行相当分母增加2倍损耗自然小,本节结束,4.2变电站的变压器容量和台数的选择,单台运行,两台并列运行,S（投入运行的容量KVA）,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.1工业企业供电网络的组成和特点(1)工业企业供电系统的组成：外部送电线路（1），企业总降压变电站（2），企业内部高低压网路（3，5），车间变电站（4）.1)外部供电线路35110KV高压进线2)高压配电网路610KV向车间变电所或高压设备供电,4.3工业企业供电网路的结线方式,3)低压配电网路220/380V向车间低压设备供电(2)工业企业供电网路构成：按结构分为：架空线路，电缆线路按布置形式分为：开式电网，闭式电网（应用较多）按结线方式分为：放射式，树干式或环式(3)特点：企业供电网络与电力系统相比：供电范围小，配电距离短，输送容量小。就实质来说相似，故两者计算方法也相似。,4.3.1工业企业供电网络的组成和特点,本节结束,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.2对工业企业电力网路的基本要求设计工业企业电力网时，应注意下面几个基本要求:(1)供电可靠性-说明一个供电系统不间断供电的可靠程度，应与负荷等级相适应，不应盲目地强调供电可靠性。在设计网路的结构方式时，除保安负荷外，不应考虑两个电源回路同时检修或发生事故。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.2对工业企业电力网路的基本要求(2)操作简单方便，运行安全灵活便于倒闸操作、检查、和修理；应尽量简化结线，减少供电层次。对于同一电压等级的高压网路，供电层次一般不超过两极（下图超2级）。(3)运行经济高压线路应尽可能深入负荷中心。(4)其它应保证便于将来发展考虑正常生产、检修和事故时的负荷分配环境允许，尽可能采用架空线,4.3工业企业供电网路的结线方式,总降变,610KV,车间变,380V,35KV,110KV,本节结束,4.3.3工业企业电力网络的结线方式结线方式原则上有三种：放射式；树干式；环式。下面以高压配电线路为例，简要介绍其特点:(1)放射式线路有三种：单回路放射式；双回路放射式；有公共备用干线的放射式单回路放射式线路：企业总降压变电站（或中央配电站）610KV母线上引出的每一条回路直接向一个车间变电站（或用电中心）配电，沿线不接其它负荷；各车间变电站之间也无联系。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,图49610KV单回路放射式线路优点：线路敷设简单，维护简便。保护装置简化，便于实现自动化。缺点：总降压变电站配出线较多。采用架空线，出线困难。线路或开关设备故障，线路上的全部负荷停电，供电可靠性差。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,双回路放射式配电针对上述的缺点3，再加一条回路为车间变供电优点：任一条线路发生故障或检修时，另一线路继续供电，可靠性高。缺点：总降压变电站（a）二、三级负荷供电配出线较多。采用架空线，出线困难。（b）一级负荷供电,610KV,QF,220/380V,自动切换,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,公共备用干线的放射式线路在单回路放射式基础上，为每个车间连接一个公共的备用干线。优点：与方式比较出口线减少。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,2树干式线路二种方式:直接联线树干式，串联型树干式直接联线树干式由总降压变电站引出的每路高压配电干线，沿车间厂房敷设，从干线上直接接出分支线引入车间变电站。优点：高压柜少，出线简单，干线数目少，节省投资。缺点：断路器QF或线路上任何地方发生故障或检修，全停电。因此要求:分支数目限制在5个以内，每台变压器容量小于315KVA。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,串联树干式线路干线进入每个车间变电站，联于母线N上，然后再引出，干线的进出侧均安装隔离开关。优点：可以缩小停电范围例：3号车间变电站附近线路上（N点）发生故障，干线始端断路器QF跳闸。找到故障点N后，拉开隔离器QS4，就可继续供电。,4.3工业企业供电网路的结线方式,4.3.3工业企业电力网络的结线方式,3环式线路：是串联型树干线路的改进：把两路串联型树干线路联络起来就构成了环式线路。优点：运行灵活干线上的任何地方发生故障时，找到故障段，拉开两侧隔离开，把故障段切除后其它车间可迅速供电。运行方式：开环一般采用的方式（开环点选择在什么地方最合理,要通过计算分析计算确定)闭环继电保护整定较复杂。,4.3工业企业供电网路的结线方式,本节结束,4.4供电网路导线和电缆选择的原则,导线和电缆选择是工业企业供电网路设计中的一个重要组成部分，因为它们是供电网路的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。导线和电缆的选择内容包括两方面：确定其结构、型号、使用环境和敷设方式。选择导线和电缆的截面（本节讨论的问题）选择导线和电缆截面时，必须考虑的几个因素也是我们的选择原则（1）发热问题：电流通过导线或电缆时引起发热，从而使其温度升高，当通过的电流超过其允许电流时，将使绝缘线和电缆的绝缘加速老化，严重时将烧毁导线或电缆。引出：按导线或电缆的允许载流量来选择其截面。,4.4供电网路导线和电缆选择的原则,（2）电压损失问题：导线（电缆）截面大小不同其电阻、电抗不同，电流通过导线时在线路的电阻和电抗产生电压损失也不同。电压不足引起电动机的转距大大降低（交流机转距正比电压平方）电压过高引起电动机的起动电流增加引出：根据线路的允许电压损失选择导线和电缆的截面根据已知截面校验线路的电压损失是否超出允许范围。（3）架空线路的机械强度架空线路经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，因此必须有足够的机械强度。引出：按照机械强度条件选择,2008年1月10日开始南方18省大雪,电网被冻，无法重新开闸，因为高压线路被冰凌冻住后通电即刻短路、导致火车停运（停运的都是电力机车），运输瘫痪，使得煤炭运输无法到达发电企业煤库，无法发电，也使数以亿计的民工无法返家过年。,4.4供电网路导线和电缆选择的原则,（4）经济条件导线和电缆截面的大小，直接影响网络的初投资及其电能损耗的大小。截面小电能损耗增大，投资小截面大电能损耗减小，投资大引出：按经济电流密度来选择导线和电缆的截面综上所述，根据导线和电缆的实际运行情况提出4种选择方案，下面几节分别介绍这些方案的具体内容。,本节结束,4.4供电网路导线和电缆选择的原则,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面供电回路的基本构成：这里有如下各量：导线允许载流量；熔断器的熔体额定电流；自动开关的脱扣器的整定电流；电机的额定电流和启动电流下面首先介绍这些量值在选择导线截面的关系：,电机,M,QF,FU,导线或电缆,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面(1)导线的允许电流（允许持续电流，即允许载流量）指导线长期所能经受的电流，在此电流的作用下，导线最大温升不超过允许温升。可以证明允许电流与发热有关：电流导体功率损耗（电阻）热能被导体本身吸收，导体温度升高散入空气中,通过,产生,变为,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,根据热平衡式，得：最大允许持续电流（长期工作制）d导线的直径导线的电导系数（与材质有关）铜线：铝线：周围环境温度（一般选25）导线最高允许温升K散热系数，与导线（或电缆）的截面及散热场所，敷设方式等因素有关。（由此看出导线的截面与允许电流的关系。截面，）,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,值多根据试验测试。实际设计查手册，或从产品技术指标获得。但要根据导线的实际使用情况进行修正。（1）环境温度不是25时(计算或试验取)：查附表15（2）重复短时负荷即一个工作周期10min,且工作时间情况1：对截面6mm2铜线：对截面10mm2铝线：用电设备暂载率（表明：同截面的导线电缆用于此种负荷情况下，允许的持续电流可提高）。,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,情况2：对截面6mm2铜线：对截面10mm2铝线：因其发热时间常数较小，温升较快，故其允许电流按长期工作制计算。,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,(2)熔断器的选择1)熔断器的组成及工作原理熔断器由两部分组成：熔管固定熔体，熔体断开时灭弧熔丝线路短路保护，过负荷保护（照明）,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,工作原理：通过熔体的电流超过其熔体值的倍数愈大，其熔断时间愈短，反之，熔断时间愈长。利用熔丝熔断来切断电路，实现保护。熔断器的安秒特性,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,2)熔断器熔体的选择熔体在线路或电动机正常工作时不应熔断，即正常运行时流经熔体的工作电流单台电机支线：干线：熔体在电动机启动时不应熔断a）对于单台电动机支线，应满足：电动机启动电流躲开电动机启动电流的计算系数（查表43）。（24）与熔体材料、熔体电流、电机轻重载启动方式有关。,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,M,FU,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,例4-1：轻载启动电机，=2.5则熔体在电动机启动期间就不会熔断，因为熔体必须历时8S才能熔断，而此时电机已启动完毕。（重载启动1520S）b）对于配电干线熔体在尖峰电流的作用下不应熔断(PK-peak)所有电动机的计算电流(A)启动电流值最大的一台电动机的额定电流（A）启动电流值最大的一台电动机的启动电流倍数,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,M1,M2,M3,FU,FU2,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,保护的选择性对于干线熔断器，要考虑与支线熔断器在支线短路时有选择性保护，即支线短路应先断支线，而不应断干线，所以它们的额定电流要大于二级以上的规定。例：支线熔断器干线熔断器：最后选择熔体额定电流，按、计算结果最大者选择.,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,M1,M2,M3,FU1,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,(3)按发热条件选择导线和电缆的截面分4步：1）计算线路计算负荷2）选择熔断器或自动开关的额定电流：3）导线和电缆在正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁。即根据查表选择一个导线截面S，使其满足：（发热条件）,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,电机,M,QF,FU,导线或电缆,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,4）根据熔断器额定电流（或自动开关动作电流）校验导线截面的选择。因为：熔断器额定电流选择考虑电机等大型设备启动，可能选择要大。如果当线路过载或短路，不能及时断路，有可能使导线烧损。为满足，则导线截面选择要大一些，即提高，使满足下面的关系：计算系数查表44（P85）,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,例42某车间的部分供电系统如下图所示。各用电设备组及干线上的负荷如下表所示。试选择支线和干线的导线截面。,支线,5.5KW,干线,7.5KW,7.5KW,5.5KW,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,7.5KW,7.5KW,FU,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,导线截面额定电流/电流密度电机额定电流额定功率2启动电流额定电流（67）,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,导线的第一项选择已确定：型号：所有线路采用BLV铝芯塑料绝缘线敷设方式：干线明设，电动机支线穿钢管敷设使用环境：车间内空气温度25。另：所有熔断器均选RTO型号（熔体材料为铜），查表43支线：2.5,干线：3.5,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,解：1支线截面及熔体的额定电流的选择1）5.5KW电动机支线。（1）熔体的额定电流的选择按大于电机正常工作电流选择按躲过电机启动电流选择选用(见表4-2)（2）支线的导线截面选择按发热选择,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,穿钢管，且环境温度25，查附表19-2根据熔断器额定电流校验导线截面选择（表44中规定）故满足要求。结果：2）7.5KW电动机支线（1）熔体的额定电流：选择（2）支线的导线截面选择,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,根据，穿钢管，且环境温度25，查附表19-2选，其根据故满足要求结果,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,2干线截面及熔体的选择B段干线的计算电流（1）熔体电流的选择本例中可选按照干线熔断器与支线熔断器选择性保护，最终选择（5.5KW电机）（7.5KW电机）,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1按允许载流量选择导线和电缆的截面,（2）干线导线截面选择根据明敷，环境温度25查附表19-1，选择S=10mm2的导线，其（规定值）（如果按INF=100A选择则说明或S选择的不合适，应选大的。）结果：,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,本节结束,4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积从前面所讲述的方法看出，选择的导线截面越大,R和X越小，允许电流越大，导线发热可能性越小,电能损耗越小，并且电压损耗越小，实际上我们所做的选择是下限。但是，导线截面也不能无限大，因为电能损耗费用低的同时，增加了线路的投资及维护、检修费用，因此导线的选择也有一个上限，这就是我们本节所讲的经济截面。我们把两者的关系用曲线表示如下：,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积,年运行费率曲线1线路的投资（或称为年折旧率，即国家为积累更新设备的资金而每年提取的折旧费）及年维护和检修费。随截面的增加而增加曲线2线路的年电能损耗费用,随截面的增加而减少；曲线3曲线1和曲线2的合成，即年运行费用。从曲线3看出，1、2曲线交点对应点，满足电能损耗低，且投资维护和检修费也较低，这一点所对应的截面，称为经济截面,导线截面,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积,观察曲线3发现处比较平坦，即截面比稍大或稍小时，年运行费用变化不大，为减少投资，选用比小一些最好，所以才是最经济合理的截面。要想确定需要知道很多准确数据，例如电能成本、折旧率、维护检修费率、导线价格等。因此这项工作一般由国家有关部门统一来做。在工程计算上，我们要考虑这样两个问题。（1）企业性质、规模不同，其负荷情况不同，因此，不可能对应每一种负荷给出一个经济截面，但是，我们可给出经济电流密度：-单位面积（）上的经济电流（A）,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积,这样，根据我们的线路最大计算负荷，利用公式：经济截面计算负荷经济电流密度（2）同样最大负荷下一年中通过的最大负荷的时间不同，其电能损耗费用也不同。即随着最大负荷利用小时的增加，曲线2向上移，因此曲线3也向上移。则值也增大，也减小，也就是说对于大的负荷要选择再大一点的导线截面，以减小电能损耗费用。,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的面积,根据上述两种因素，得出按经济电流密度选择导线和电缆的截面的方法：已知线路最大负荷电流（即计算电流），及用户的种类和性质。根据用户种类和性质查表46或有关资料，得到根据，及导线材料查表45，得到相应的利用公式计算导线的截面。,4.5按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,本节结束,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,在讲述按允许电压损失选择导线截面之前，必须先知道有关电压损失的一些基本概念和定义。4.6.1电压降落、电压损失和电压偏差概念（1）电压降落指电网两端电压，即始端电压和终端电压的向量差。（2）电压损失指线路两端电压的代数差（由于dc很小）,I,图415电压降落与电压损失的示意图,4.6.1电压降落、电压损失和电压偏差概念,如以百分数表示则：（3）电压偏差指网路中任一点（一般指终点）的实际电压与电网额定电压的代数差，以百分数表示为：dridrift（偏移）U2所标注点的实际电压代数值。三者的关系：电压降落和电压损失描述线路两端的电压变化情况。电压损失近似取电压降落的纵向分量（延方向）电压偏差描述网络某点用电设备实际电压与额定电压的差别，是供电质量考核指标。网路中电压损失愈大，用电设备端的电压偏差也愈大。,本节结束,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.2电力网中电压损失的计算分两种情况讨论（1）终端接一集中负荷的三相线路（放射式线路）三相交流线路中各相负荷平衡时，各相导线中的电流值均相等，电流与电压间的相位差亦相同。计算其一相的电压损失，再按一般方法换算成线电压损失。,图416集中负荷的三相线路,4.6.2电力网中电压损失的计算,电流I滞后角滞后角电压和相差从图中看出电压降落：电压损失：相电压矢量图（感性负载）,4.6.2电力网中电压损失的计算,AC的计算较复杂，而DC很短，所以认为即：每相的电压损失为：将电压降落向量分解为：电阻上的压降RI和电感上的压降XI由图中可看出：每相电压损失为：换算成线电压损失为：如果负荷以三相功率形式表达，则由于,4.6.2电力网中电压损失的计算,在实际计算中，常采用线路的额定电压来代替，（误差极小），故：P,Q负荷的三相有功和无功（KW，Kvar）R,X线路的电阻和电抗（）线电压损失（V）线路的额定电压（KV）,4.6.2电力网中电压损失的计算,（2）负荷的树干式线路计算方法：按集中负荷电压损失计算公式计算各段干线线路的电压损失。总的电压损失为各段干线电压损失之和。,4.6.2电力网中电压损失的计算,（2）负荷的树干式线路1）确定各段干线的负荷假设各段线路上的功率损耗略去不计。各干线负荷如下：第一段干线：第二段干线：第三段干线：,4.6.2电力网中电压损失的计算,2)各段干线上的电压损失3)总的电压损失：（设有n段干线）（负荷以干线表示）4)总的电压损失的其它表示方法：,4.6.2电力网中电压损失的计算,各段负荷以支线的负荷表示，以本例为例：从电源到各支线负荷间的干线电阻和电抗，如下图所示,4.6.2电力网中电压损失的计算,计算电压损失用的负荷距图,4.6.2电力网中电压损失的计算,按电压损失百分数表示,4.6.2电力网中电压损失的计算,以线路长度和单位长度电阻、电抗表示工业企业电力电网中，线路总长不长，各段的截面和结构都一样，即相同。即：每公里线路电阻和电抗如负荷距图所示所以有：上二式与力学上的力矩公式相似，故通常称为负荷距法（注：在计算电压损失时应用普遍，应熟练地掌握）此公式也用于集中负荷的三相线路，此时n=1,4.6.2电力网中电压损失的计算,结论：从4-6、4-7看出电压损失与下列因数有关：（1）负载大小：P、Q；（2）电缆属性，如材质、截面等，既单位长度的大小；（3）电缆长度。,本节结束,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,首先，我们将电压损失计算公式分成两项：由有功负荷及电阻引起的电压损失由无功负荷及电抗引起的电压损失问题求解的思路：寻找电压损失与导线截面的关系,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,导线的电阻率导线的电导系数铜线铝线S导线的截面积电源的频率导线的半径三相导线间的几何均距导线的相对导磁系数可看出，它们都与导线的截面有关，且有：,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,将代入上式得与总的负荷力矩有关与导线材料有关与电网电压有关所谓按允许电压损失选择线路的导线截面，就是令允许电压损失百分数通过求解这个方程，求解出S。但是，观察的计算公式，会发现计算起来非常复杂，,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,所以我们分成两种情况，采用不同的处理方法。1不计时在满足下列任一条件时，,故可略去（1）负载:导线：导线截面小于导线截面小于（2）照明线路，因其无功负荷为零。（3）截面在以下的三芯电缆（因小，X小）。,的线路,负载：功率因数高（负荷有关）无功损耗Q小，故可略,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,导线：截面小，R小，X小故可略,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,这种情况：令即或所以如果已知及负荷距，便可求得导线截面2计及时上述所例情况外，都应计及。显然这种情况计算比较复杂。工程计算采用逐步试求法：,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,（1）对于610KV高压架空线路，一般电缆线路，一般先根据这些范围，选取一个的平均值，这样可根据公式：求出值。（2）求要求（允许电压损失）（3）由公式：求导数的截面S，并据此选出一标准截面。,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,（4）根据所选的截面S及几何均距，从有关资料查得对应的值，比较结果：与相差不多，或所求得的电压损失不超过允许值相反，按上述步骤重新计算，直到满足要求。,认为满足要求结束计算,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,例题33.从地面变电站架设一条10KV架空线路向两个井口供电。导线采用：铝绞线，三角形布置，线间距1m。要求：允许电压损失为5试求：其导线的截面积解：初设则,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,故计算导线的截面：是铝线选标准截面,4.6按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.3按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,从设计手册中查得显然：值与原假设值相差不大，故可用；4.0240,电器允许通过的电流修正为：电器某部分最高允许温度（如断路器的触头规定75）如果环境温度40，则每低于1，允许工作电流比额定值增大0.5%，但总共增大的值不超过20%。,4.8高压电气设备选择与校验,本节结束,4.8.2在短路情况下的热稳定性校验前面指出，热稳定性就是校验该设备的截流导体在短路电流作用下，不应超过最高允许温度。1高压电器的热稳定性校验判断公式：或（h-hot）如果上式成立，则认为电器是热稳定的。,t是电器出厂时，制造厂给出的电器设备系数：是在指定时间t秒内（1s,4s,5s或10s）,不使电器任何部分加热到超过所规定的最高允许温度的热稳定电流（简单说：在t秒内的热稳定电流）电器设备所安装系统的短路电流稳态值及假想时间。,4.8高压电气设备选择与校验,4.8.2在短路情况下的热稳定性校验,无限源有限源，查表t=4s的值根据及,查曲线图315得。特例：对于电流互感器等一些高压电器，制造厂给此的参数是热稳定系数：在t时间内，热稳定电流与互感器额定一次电流之比。则判断公式：或,4.8高压电气设备选择与校验,4.8.2在短路情况下的热稳定性校验,2母线及电缆的热稳定性校验判断公式：(实选母线及电缆的截面积)保证母线或电缆热稳定的最小截面积。如果上式成立，则所选的截面积保证热稳定性。的求取：（热平衡方程）设最