浙江大学32课时配套供配电实用技术

配套供配电实用技术第一章电力系统概述第一节电力系统的基本概念在现实生产生活中有许多用电设备（称作负载），按其用途分：有动力用电设备（传动）、照明用电设备（采光）、工艺用电设备（电解、冶炼、电焊、热处理）、电热用电设备（加温、取暖、烘干、空调）、试验用电设备（试验、校验、检测）和控制计算设备（控制器、计算机）等。用户用电设备所消耗的电能是电力系统中发电厂生产供给的。发电厂多数是建造在煤、水资源丰富的地方，电能用户是分散的，且往往远离发电厂。这样就出现了一个电能输送的问题（输电）；为了实现电能的经济传输和满足用电设备对工作电压的要求，又出现了一个变换电压的问题（变电）；将电能送到工矿企业区之后，还存在对用户合理分配电能的问题（配电）。现将电能的生产、输送、变换、分配各环节的基本概念说明如下：1发电厂是生产电能的企业。它是非电形式的能量转化成电能，即利用其它能量如化学能、水位能、机械能、热能、风能、核能等变换成电能的企业。2变电所是变换电压和交换电能的场所，由电力变压器和配电装置所组成。按变换电压增高或降低称为升压变电所或降压变电所。仅装有配电设备而没有电力变压器的称为配电所。3电力网是输送和分配电能的通道。它由变电所和各种不同电压等级的电力线路组成。电力网是联系发电厂和用户的中间环节，它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。4电力系统由发电厂、电力网及电能用户组成。它们之间的相互关系用图11表示。从发电厂发出的电能，除了供给附近用户（工业企业用户）直接配用电之外，一般都是经过升压变电所将发电机发出的电压升高，采用高电压进行电力传输。通常输电线路的电压愈高，则输送相同功率电能的距离愈远，同样的导线截面可输送的功率就愈大。因为输送功率一定时，提高输电电压减少了输电线路中的电流，即减少了线路上的电能损耗和电压损失，表11列出了输电电压与输送距离及输送功率的大致关系。表11各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离线路电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.380.386610103563110220500750架空线电缆线架空线电缆线架空线电缆线架空线架空线架空线架空线架空线架空线100175200030003000500020001500035003000010000500001000005000005000000.250.3531085151020503010050150200300550由于用户用电设备的额定电压一般均在10kV以下，例如目前企业中生产上所用的高压电动机，其额定电压有6kV、10kV；低压电动机多用额定电压为380V及以下电压。因此，一般在工业集中的地区都建立地区降压变电所，将110220kV电压降为3560kV（如变电所附近有工业企业，亦允许部分直接降为610kV）电压，然后将电能输送到较远的工业企业用户总降压变电所。对于用电量较大的企业，例如大型矿山、冶金联合企业、铝厂及大型冶炼厂等，采用110kV（220KV）电压直接对企业送电。这对于减少网络电能损耗和电压损失，有十分重大的意义。第二节电力系统的电压电力系统中的所有电气设备，都是在一定的电压和频率下工作的。电力系统的电压和频率，直接影响电气设备的运行。电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。全国供用电规则规定，一般交流电力设备的额定频率为50Hz，此频率一般称为“工频”，频率偏差不得超过0.2Hz，频率的调整主要依靠发电厂。企业供电系统提高电能质量主要是提高供电电压质量。电气设备的额定电压是指保证设备正常运行，且能获得最佳经济效果的电压。如果设备的端电压与其额定电压有偏差，则设备的工作性能和使用寿命将受到影响，总的经济效果会下降。如（1）感应电动机的端电压比其额定电压低10时，由于电动机电磁转矩和其端电压平方成正比，所以实际转矩可能降低20，而负荷电流将增大510以上，电机的温升提高1015，绝缘老化加快。这不但缩短电机的使用寿命，还会影响产品质量，减少产量。对同步电动机的影响与感应电动机基本相同的。（2）电压偏移对光电源的影响，对白炽灯的影响最为显著。当白炽灯的端电压降低10时，发光效率将下降30以上，灯光明显变暗，照度降低。若端电压升高10，发光效率将提高1/3，但使用寿命明显缩短。荧光灯等气体放电灯端电压偏低时，灯管不易起辉。可见，电力系统的电压偏移对电气设备的影响很大，要研究电压调整问题，使设备端电压的偏移在允许范围以内。当然电压质量还包括电压波动以及电压波形（高次谐波成分）。我国三相交流电网和电力设备额定电压及电压调整律都有国家标准。（一）额定电压的国家标准我国标准规定的三相交流电网和电力设备常用的额定电压，如表12所示。下面结合表对电网和各类电力设备的额定电压作说明。表12我国三相交流电网和电力设备的额定电压分 类电网和用电设备额定电压（kV）发电机额定电压（kV）电力变压器额定电压（kV）一次绕组二次绕组低 压0.220.380.660.230.400.690.220.380.660.230.400.69高 压361035631102205003.156.310.513.8,15.75,18,203及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,2035631102205003.15及3.36.3及6.610.5及1138.5691212425501. 电网(电力线路)的额定电压电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的水平，经全面的技术经济分析研究后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。低压电网的额定电压多用380V/220V，660V我国一般企业很少用，仅限于少数采矿、石油和化工等部门应用。2. 用电设备的额定电压当用电设备投运时线路上要产生电压降，所以输电线路上各点(P1、P2、P3)的电压通常略有不同，如图12中虚线所示。但用电设备是成批生产的，其额定电压难以按设备使用处的实际电压（波动）制造，通常按同级线路首端与末端的平均电压，即电网的额定电压UN来制造。所以，用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。3. 发电机的额定电压由于同一电压的线路一般允许的电压偏移是5，即整个线路允许有10的电压损耗值，为了维持线路的平均电压在额定值，电源侧的线路电压应比电网额定电压高5，而线路末端则可比电网额定电压低5，如图12所示。通常发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压5。4电力变压器的额定电压（1）.电力变压器一次、二次绕组的额定电压 变压器一次绕组的额定电压的选择分两种情况讨论：当变压器直接与发电机相连时，如图13中的变压器Tl，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压5。当变压器不与发电机直接相连，而是经过线路相连接时，如图13中的变压器T2，它可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。（2）电力变压器二次绕组的额定电压 电力变压器二次绕组的额定电压选择也有两种情况。首先必须指出，变压器二次绕组的额定电压通常是指变压器一次绕组加上额定电压而二次绕组开路的电压，即为空载电压；在满载时，变压器二次绕组内约有5的阻抗电压降。如果变压器二次侧供电线路较长(高压电网) 如图I3中变压器T1二次侧额定电压，一方面要考虑补偿变压器满载时内部5的电压降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压要高于电网额定电压5，以补偿线路上的电压降，所以电压应比同级电网额定电压高10。如果变压器二次侧供电线路不太长（低压电网，或直接给用电设备供电）如图13中变压器T2，则变压器二次绕组的额定电压只需高于电网额定电压5，用于补偿变压器内部电压降。（二）允许的电压偏移及电压调整的措施1. 电压波动的产生电压波动是指电网电压的短时快速变动。电压波动原因是系统内负荷变化较大，电源容量没有足够大；负荷急剧变动，使电力系统的电压损耗相应变动，从而使电气设备的端电压出现波动。例如大型电弧炉和大型轧钢机，电焊机的焊接运行等冲击性负荷的工作以及大电动机的满负荷起动等都会引起电力系统的电压波动。2. 电压波动的危害电压波动可影响电动机的正常运行，还可能引起同步电动机转子振动；电压波动对照明的影响明显，可使照明灯发生闪烁现象等，由电压波动引起照度的闪烁对人的眼睛有刺激作用。按照工业与民用供配电系统设计规范规定：正常运行情况下，用电设备端子处电压偏移的允许值为电动机 5UN；照明灯 一般工作场所不超过5UN，要求较高的屋内场所5、2.5；难以满足上述要求时，不应超过5、一10。这里所说的电压偏移值是以额定电压的百分值来表示的，即 （11）式中 U 电压偏移；U 设备的端电压；UN设备的额定电压。为了满足用电设备对电压偏移的要求，企业供电系统必须采取相应的电压调整措施：（1）正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器企业供电系统中应用的610kV电力变压器，一般为无载调压型，其高压绕组（即一次绕组）有5的电压分接头，并设有无载调压分接开关，如图14所示。如果设备端电压偏高，则应把分接开关换接到十5的分接头，以降低设备端电压。如设备端电压偏低，则把将分接开关换接到一5的分接头。但这只能初步改变用电设备端的电压水平，使之接近于设备的额定电压，缩小电压偏移的范围，适用于电压偏移周时较长的场合。有载调压型变压器，可以在载荷情况下自动地调节电压，有利于进一步提高设备端电压的稳定性。（2）合理地减少系统的阻抗供、配电系统中电压损耗是与系统内各元件(包括变压器和线路)的阻抗成正比的。因此减少系统的变压级数，增大导线或电缆的截面都能减少系统的阻抗降低电压损耗，缩小电压偏移的范围，达到调整提高设备端电压的目的；但是增大导线或电缆截面要增加线路投资成本。（3）尽量使系统的三相负荷均衡在有中性线的低压配电系统中，如三相负荷分布不均衡，将造成负荷端中性点电位偏移，使得有的相电压升高，有的相电压降低，结果增大了线路电压偏移。（4）合理地改变系统的运行方式在实际生产过程中，生产方式为一班制或多班制的企业，工作班的时间内，负荷轻、重分布不一样。生产时，负荷重，往往电压偏低，需要将变压器高压线圈的分接头调在一5UN的位置上，升高电压。而对于两个变压器并列运行的变电所，在负荷轻时切除一台变压器，通过合理操作切换，同样可以起到降低过高电压的作用。（5）采用无功功率的补偿装置生产系统由于存在大量的感性负荷（如感应电动机、高频炉、荧光灯等），加上感抗很大的变压器、电抗器，从而使供电系统产生大量相位滞后的无功功率，降低功率因数，增加系统的电压损耗。为了提高功率因数，降低系统的电压损耗，可采用并联电容器或同步补偿机，使之产生相位超前的无功功率，以补偿一部分相位滞后的无功功率。这些专用于补偿无功功率的并联电容器和同步补偿机，统称为无功补偿设备。由于采用并联电容器补偿有吸收雷电噪声电压，稳定运行电压等功能，因此并联电容器补偿法在企业供电系统中获得了广泛的应用。不过也必须指出，采用专门的无功补偿设备，虽然电压调整的效果显著，但毕竟需增加额外投资；因此，系统方案设计时，首先应考虑前面所述的各项措施。（）高压配电电压的选择企业供电系统的高压配电电压，主要取决于当地供电电源电压及企业高压用电设备的电压和容量，数量等因素。一般负荷容量越大、分布范围越宽配电电压越高。中大型企业厂区一般采用的高压配电电压为610kV（超大型企业厂区可采用110V配电电压），从技术经济指标看，最好选用l0kV，弃用6KV。由于电压越高，在同样的输送功率和输送距离条件下，线路电流就越小，线路采用的导线或电缆截面越小，不但可减少线路的初投资和有色金属消耗量，而且可减少线路的电能损耗和电压损耗。其次，实际使用的6kV开关设备的型号规格与10kV线路基本上是相同的，因此采用10kV电压等级，开关设备的投资不比采用6kV电压等级增加多少。表11所列为各级电压线路合理的输送功率和输送距离。当然，如果企业拥有相当数量的6kV用电设备，用6kV电压作为企业的高压配电电压是合理的。如果当地的电源电压为35kV，企业负荷集中，厂区环境和设备条件也允许采用35kV架空线路，可考虑采用35kV作为高压配电电压深入企业各车间负荷中心，并经车间变电所直接降为低压用电设备所需的电压。这种高压深入负荷中心的配电方式，可以节省一级中间变压从而简化企业供电系统，达到降低电能损耗和电压损耗，节约有色金属，提高供电质量的目的。（二）低压配电电压的选择企业的低压配电电压，一般采用220380V，220V电压用于一般照明及其他单相设备。380V电压接三相低压动力设备或相应电压的设备。第三节供用电系统及其组成企业电能来自于电力系统，一般先经过降压，将电能分配到各用电车间和工段中去。工业企业内部有自己管理的供、配电系统，它由高压及低压配电线路、变电所（包括配电所）及用电设备构成。企业供电系统一般接线关系见图11虚线框部分。大、中型工业企业，通常都设有总降压变电所，把3 5或110kV电压降为610kV电压，并以此电压向车间变电所或高压电动机及其它高压设备供电。总降压变电所通常设有12台降压变压器。车间变电所的设立应根据设备用电量、生产规模，车间设备的布局等情况综合考虑，设立一个或几个车间变电所（包括配电所），也可以将几个相邻的用电量不大的车间共用一个车间变电所。车间变电所一般设置12台（最多不超过3台）变压器，从安全角度考虑，油浸式变压器单台容量一般不超过1800kVA。将610kV电压降为380/220V电压，对低压用电设备供电。车间内的高压用电设备，可直接由车间变电所的610kV高压母线供电。变电所中的主要电气设备是降压变压器和配电装置。用来接受和分配电能的电气装置称为配电装置，其中包括开关设备、母线、继电保护装置、测量仪表等。一般由电器开关厂设计组合装成开关柜。高压配电线路敷线方式有两种：架空线路和地下电缆线路；采用架空线路通常采用裸导线其特点是：分路接线方便，建设投资少，且便于检修维护。但对建筑物距离有要求，且受线路交叉、腐蚀性气体等因素影响。不便于敷设架空线路时，可以敷设电缆线路。企业低压配电线路主要用于向低压用电设备输送分配电能。户外敷设的低压配电线路可采用架空线路。车间内部线路应视具体情况而定，采用电缆配电线路（电缆敷设在线槽内或地沟内或沿墙壁悬挂敷设等）。对电动机一般采用穿管线配电。在工业企业内，照明线路与低压动力线路一般采用380/220V三相四线制，尽量由一台变压器分回路供电。第四节供电电气设计的内容企业设计由工艺设计、土建设计、给排水设计、暖通设计、动力设计、弱电设计（高速宽带网、监控、电视、电话）、供电设计等组成。供电设计是其中的一个重要组成部分，因此在供电设计时如与上述其它各种设计发生相关时，应密切配合。企业供电设计包括以下几个方面的内容：车间电力设计车间电力设计是根据生产工艺的要求，解决对各种用电设备进行供、配电的问题。在设计中具体要解决的问题有：确定车间电力系统、各类用电设备的保护装置的选择、导线的选择、线路的敷设方式、保安措施等问题。用车间电力系统图（或称车间配电系统图）、车间电力平面图和车间电力主要设备材料表的形式，来表达设计的内容。车间照明设计车间照明设计是根据生产工艺的要求，解决满足照明质量与照明标准的良好照明问题。在设计中具体要解决的问题有：光源和照明电器的选择、照明电器的布置方式、照度计算与每个灯泡（管）容量的确定、确定照明供电系统、导线选择、线路的敷设方式等问题。用车间照明系统图、车间照明平面图和车间照明主要设备材料表的形式来表达设计内容。车间变、配电所设计车间变、配电所设计是根据车间的负荷性质、大小和负荷的分布情况，解决对车间安全、可靠、经济的配电问题。在设计中具体要解决的问题有：车间变、配电所的数量、位置与变压器容量的确定、车间变、配电所的主接线、电气设备的选择。变、配电所平面布置等问题。用变、配电所的主接线图，变、配电所平面图与剖面图以及主要设备材料表的形式来表达设计的内容。全厂总配电所及总降压变电所设计全厂总配电所及总降压变电所设计，是根据全厂负荷性质、负荷大小、负荷的分布以及电力系统的情况等，解决对全厂各车间安全、可靠、经济的供、配电问题。在设计中具体要解决的问题有：总配电所及总降压变电所的位置与变压器容量的确定，总配电所及总降压变电所的主接线、电气设备的选择、总配电所的测量、信号、控制、继电保护等问题。二次接线图，总体平面布置图以及主要设备材料表的形式，来表达设计的内容。设计方法与步骤大致如下：1）根据工艺、土建、给排水、暖通、弱电等工种提供的用电设备情况，进行各车间和全厂的负荷计算，并考虑无功功率的补偿，进行变、配电所及变压器数量和容量的选择。2）向电力部门了解电力系统中与设计企业有关的情况，例如可能对本厂供电的电源、供电方式和短路容量等，并对供电方式进行初步协商。3）根据企业对供电的要求和电源条件，选择符合国家各项建设方针和政策、技术、经济上最合理的供电方案和全厂供、配电系统。4）会同建设单位与电业部门协商确定电源及厂外送电线路方案和电能计量的装设位置，最后由建设单位与电力部门签订协议，并办理厂外送电线路由电业部门设计和施工合同。5）进行高压侧短路电流计算和设备材料选择。6）防雷保护，接地装置设计；7）进行继电保护等二次系统设计；8）根据生产机械的工艺过程、车间环境特征、电动机等用电设备，进行控制保护设备的选择，并进行车间配电线路的设计和计算，选定各项线路设备和材料。9）根据工艺设备布置和操作要求，厂房建筑与结构条件以及车间环境特征，进行照明设计。10）根据供电、配电和照明线路的要求，进行厂区线路的设计。11）开列设备材料清单。12）编制概算。13）进行各项工程施工图的绘制和标准图的选择。1）企业总平面图、各车间的土建平、剖面图。2）工艺、给排水、暖通、动力等工种的用电设备平面布置图及主要的剖面图，并附有各用电设备的名称、额定容量（kW）、额定电压（V）、额定功率因数、相数、使用情况（电机的工作制及其暂载率JC）、车间的环境特征（潮湿、灰尘、火灾或爆炸程度）等，这些是供电设计的主要基础资料，是进行负荷计算和选择导线、开关设备以及变压器等的依据。3）了解各车间、工段的生产流程的顺序，对电气传动和控制操作的要求（例如电气联锁和非联锁的要求等）。4）对不间断供电的要求，即对供电可靠性的要求。5）除了工艺等用电设备的平面布置图外，尚要了解工艺等用电设备的外形尺寸和出线口的位置，这是车间电力线路设计时所必须的。6）全厂的年产量和年最大负荷利用小时数，用以估算全厂的年用电量和最高需量。7）向土建工种提出变配电所的土建资料（变配电所平面、剖面图、通讯及防火要求、预留洞及预埋件等要求），变配电所及高低压线路路径在总平面图上的布置资料。8）向电力系统管理部门收集资料时，应向电力系统管理部门提出下列资料：企业负荷的性质，对电流线路的要求；企业用电设备的设备总容量（KW）；企业用电设备的计算负荷总容量，有功（KW）、无功（KVar）、视在容量（KVA）;要求备用电流的设备总容量（KW）及其计算负荷总容量，有功（KW）、无功（KVar）、视在（KVA）指一级负荷而言；特殊用电设备（电弧炉、高频设备等）；企业用电进度（根据企业建设进度，提出逐年用电的要求。）；9）向电力系统管理部门收集下列资料：电力系统管理部门供给的电源容量及备用电源容量；供电电源的电压，供电方式（电线或架空线、专用线或非专用线），供电电源线路的回路数，截面、长度以及进入企业的方向及具体位置；电力系统最小运行方式和最大运行方式时，供电电源端或受电端母线上的短路数据（短路容量、次暂态短路电流、稳态短路电流、单相接地电流等）；供电端的继电保护方式及动作电流和动作时间的整定值，电力系统管理部门对企业进线与供电端出线之间继电保护方式及时限配合的要求；电力系统管理部门对企业电能计量的要求（照明与电力是否要分别计量或合并计量）；电力系统管理部门对企业功率因数的要求；当地电费的收取方法（包括计算方法、奖罚规定等）；电源线路厂外部分设计及施工的分工（一般由电力系统管理部门负责），以及企业应负担的投资数字；电力系统管理部门的其它特殊要求（如对大型电动机及自动减负荷的要求等）；(10)向当地气象部门及其它单位收集资料气象、地质资料，见表13所在地电气安装的常用设施、经验、特殊规定；所在地生产的电气设备及材料情况；所在地电气工程的技术经济指标。1）企业供、配电系统图及线路平面布置图；2）有关变、配电所平、剖面图及主接线系统图；3）企业最近三年来各变、配电所的最大负荷、年用电量、功率因数、有功及无功负荷稀疏、生产班制、全年实际工作天数等；4）车间电力及照明的一般情况；如果要求利用库存设备，则须收集可利用设备的详细型号、规格等。表13 气象、地质资料内容及用途资 料 内 容 用 途 最高年平均温度选变压器最热月平均最高温度选室外裸导线及母线最热月平均温度选室内导线和母线一年中连续三次的最热日昼夜平均温度选空气中电缆土壤中0.71.0m深处一年中最热月平均温度选地下电缆年雷电小时数和雷电日数防雷装置土壤结冻深度接地装置土壤电阻率接地装置第二章负荷计算第一节电力负荷电力曲线为了尽快的把我国建设成为一个具有现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防的伟大的社会主义国家，根据需要与可能，每年我国都要新建和扩建一些企业。在进行一个工矿企业的配电设计时，首先遇到是如何确定企业各个部分的电力负荷问题。例如，我们需要设计如图21所示的重型机械制造厂，设有动力车间、锻造车间、冶炼车间及维修车间等，其电气扩初设计主要任务有1）确定35kV进线，厂内高压线及车间线路的导线规格，必须先确定进线、厂内高压线及车间线路的负荷电流i1、i3及i5。2）确定总降压变压器及各车间变压器的容量，必须确定流过总降压变压器的负荷电流i2和视在功率S2，以及流过各车间变压器的电流i4和视在功率S4。3）需要根据各设备的负荷电流选择供电系统中的断路器、熔断器、母线、电流互感器等电力设备的规格等。在此阶段如何准确确定电力负荷呢，有必要讨论电力负荷计算的一些基本概念。首先，企业用电负荷不是一个固定不变的数值。它受生产工况及工作班次等因素影响，如果把运行的电气设备组每隔半个小时有功功率表的读数（平均值）记录下来，并画成曲线（时间为横坐标，负荷值为纵坐标），这种曲线叫做负荷曲线。图22为有功负荷曲线；同理，有无功负荷曲线、视在负荷曲线等。（1）用电设备组的实际运行负荷并不等于其额定功率PN（铭牌值）之和，其大小随时间变动。我们把负荷曲线中的最大值称为“最大负荷”，记作P30（Q30或S30），把曲线的平均值称为“平均负荷”，记作Pav，(Qav或Iav)。（2）实践经验表明，同一类型企业（同类车间或同类设备也一样）的负荷曲线，基本形状相同。定义：需要系数（Kd） （21）不难发现，同一类型企业的负荷曲线的需要系数Kd的数值是很近似的，可以用一个典型值来代表它。通过长期的统计研究，已经获得一些用电设备典型的需要系数Kd的数据如表21。表21用电设备的典型需要系数Kd值用 电 设 备 名 称Kdcostan单独传动的金属加工机床：1. 冷加工车间0.140.160.51.732. 热加工车间0.20.250.550.61.521.33高压开关车间0.30.71.02变压器车间0.350.651.17电镀车间0.40.620.850.62修理车间0.20.250.651.17压床、锻锤、剪床及其它0.250.61.33锻工机械连续运输机械1. 联锁的0.650.750.882. 非联锁的0.60.750.88轧钢车间反复短时工作制机械0.30.40.50.61.731.33通风机（生产用）0.750.850.80.850.750.62泵、压缩机、鼓风机、电动发电机组、排风机等0.750.850.80.75透平压缩机和透平鼓风机0.850.850.62破碎机，筛选机，泥沙机等0.750.80.80.75磨碎机0.80.850.80.850.750.62铸铁车间造型机0.70.750.88搅拌机、凝结器、分级器等0.750.750.85感应电炉（不带功率因数补偿装置）：1. 高频0.90.950.820.90.70.482. 低频0.30.50.870.90.750.48起重机：0.60.70.980.21. 锅炉房、修理、金工、装配车间0.10.150.51.732. 铸铁车间，平炉车间0.150.40.61.733. 轧钢车间，脱锭工段等0.20.30.51.73电焊机：1. 点焊和缝焊用0.30.51.732. 对焊用0.250.350.51.73电焊变压器：1. 自动焊接用0.350.61.332. 单头手动焊接用0.350.71.023. 多头手动焊接用0.40.352.68表21所列的数据，不能认为是固定不变的。因为随着企业的增产节约、不断的技术更新、负荷调整等都可能影响这些系数，所以应在实际使用中不断总结修正。前面已指出，负荷曲线是根据持续半个小时的平均负荷值绘制的。为什么规定取“半个小时的平均负荷”呢？这是因为一般16mm2以上的单线，其发热时间常数在10分钟以上，时间很短暂的尖峰负荷，不是造成导线发热到达最高温度的主要矛盾。根据实验表明，导线达到稳定温升的时间约为331030分钟。即持续时间在30分钟以上的负荷值，才有可能构成导体的最大温升。把绘制的年负荷曲线中的半个小时的平均负荷最大值P30称为计算负荷，记为Pc(有功计算负荷)、同理有Q30为无功计算负荷,记为Qc,S30 为视在功率计算负荷,记为SC。通常计算负荷作为按发热条件选择电气设备的依据。目前工程设计中主要采用如下方法：（1）需要系数法；（2）二项式法；（3）按年产量和单位产品耗电量法。下面分别介绍：（1）需用系数法根据式21，需用系数的定义为：（22）有功功率计算负荷Pc及无功功率计算负荷Qc应为：（23）（24）视在功率计算负荷（25）式中： 企业、车间或设备的额定负荷（有功功率）KW。Cos企业、车间或设备的平均额定功率因数。查得Kd值（参考设计资料提供的Kd值），根据（23）式（25）式，可算出企业、车间供电系统的计算负荷。这种求取计算负荷方法叫做“需用系数法”。（2）二项式法由图22可知，最大负荷P30可以写成：（26）有人认为P主要是由于大型设备同时工作所造成的“洪峰”，提议把设备组中的大小设备容量分开计算，某设备组有设备N台其中容量最大的有X台，表达式：（27）式中： PNX 为X台容量较大的用电设备的额定容量之和，X取值最多取5台。其计算负荷算式可表达为：整理令得(28)式中：c、b经验值，查阅相关设计资料可知，但现有资料中c 、b数据很不完整，这一方法较难广泛使用。（3）按年产量和单位产品耗电量法：按年产量和单位产品耗电量法属于估算法，多用于方案论证比较设计阶段。将企业、企业全年生产量m乘以单位产品耗电量A，就可得到其全年大致耗电量Wn（KWh）（29）式中单位产品耗电量A可查有关表获得。求出全年耗电量Wn后，在根据其最大负荷利用小时数Tmax.，可以求得该企业的大致计算负荷：（210）例21.设有某电机制造厂年生产电机40万KW，单位产品耗电量14kw.h，企业最大负荷利用小时数Tmax为6500小时/年，试估计该厂的计算负荷。解：单位产品耗电量14kWh/kw，Wn4000001456105kWh第二节单端供电系统的负荷计算确定系统计算负荷的方法有很多种，但目前设计部门一般多用“需要系数法”。这里举例介绍用“需要系数法”计算单端供电系统的计算负荷。所谓单端供电系统是指系统负荷仅由单一方向电源供电，如图23所示。例1 某重型机械厂冷加工车间供电电压380V，三相380V电压的电机台数如下：7.5KW有5台，4KW有10台，3KW有20台，1.5KW有10台，试求车间计算负荷。解：设备安装容量根据需用系数法，查表21得，可以求出该车间的计算负荷若取，则：例2 已知某局部供电系统网络如图，用电设备组的技术数据如下，试求系统 F，E，D，C，B，A各点的计算负荷。NO.1轻载机床电机（冷加工机床）7.5KW有1台，5KW有2台，4KW有7台NO.2水泵电机，通风机电机，7.5KW有2台，5KW有7台NO.3不带连锁连续运输机，5KW有2台，4KW有 4台每段母线可能带有其他负荷。电源图2-4系统各点的负荷计算F点根据F点用电设备组类型查出对应Kd值NO.1 Kd10.140.16，cos10.5，tg11.73NO.2 Kd20.750.85，cos20.8，tg20.75NO.3 Kd30.6，cos30.75，tg30.88用电设备组NO.1计算负荷同理：可算出 、 、 、。E点：（取Kd2=0.75）E点的计算负荷用来计算E干线导线截面及开关设备容量D点计算负荷：用作选车间变电所变压器容量由于母线上各路出线不可能同时使用，所以乘上参差系数式中Kp取投入运行的各干线有功负荷的合成最大值/投入运行的各干线的最大有功负荷总和0.71K=投入运行的各干线无功负荷的合成最大值/投入运行的各干线的最大无功负荷总和C点：计算负荷C点接有变压器，变压器具有一定损耗，其值可用估算法及准确计算法求得估算法：假如线路较长还需计及线路损失该点计算负荷用于计算C导线截面及有关设备的选择参考。B点计算负荷可参照D点计算它用于计算出线处开关设备及变压器容量A点：计算负荷可用作选总降变压器容量选择、进线导线截面及总降变进口处的开关设备依据。1变压器台数选择基本原则：从满足供电可靠性要求出发，对于具有较多一、二类负荷的变电所要求用两台变压器，以便一台检修，另一台照常能对一、二类负荷供电；如有季节性负荷较大场合拟选两台变压器；当然，从满足供电可靠性要求出发对有此要求的三类负荷也可考虑选两台变压器供电方案。2变压器容量选择基本原则只有一台变压器的变电所，所选变压器容量应大于计算负荷容量SNS30；对于选两台变压器的变电所，通常可选两台等容量变压器，单台容量约为总计算负荷的70，即SN=0.7S30任一台单独运行时，都应满足全部一、二类负荷用电需求。变压器容量选择是复杂的，通常会考虑今后负荷增加情况（一般以五年为限），具体可查阅参照有关规定。第三节供用电系统的功率三相供电线路中的各相导线的长度和阻抗基本相等，三相有功损耗P和三相无功损耗Q可以由下式求得：（211）（212）其中 R线路相电阻（）X线路相电抗（）用Pc，Qc及Sc表示时，三相有功功率P和三相无功功率Q则为：（213）（214）其中：额定线电压（kV）Pc，Qc及Sc计算负荷单位（kW，kVar，kVA）有关铜导线和铝导线的电阻及电抗值可参考附表4-1、附表4-2和附表4-3、附表4-4。例22某地区变电所到某自行车总厂35kV降压变电所线路长度2Km，导线型号LJ-35, 线间几何均距Dav =2.0m，自行车总厂负荷Sc=4400KVA,试计算地区变电所到企业间线路的有功和无功损耗。 电力变压器由线圈和铁芯组成；功率损耗有和负载电流有关的电路损耗及和负载电流无关的磁路损耗组成。1. 磁路损耗“磁路损耗”是由于主磁通m（图25）在变压器铁芯中引起的有功损耗和无功损耗。因为变压器的主磁通只与外加电压有关，而与负荷电流无关。因此，当变压器的外加电压不变动时，这部分“磁损耗”为一常数。通常用空载试验来确定。其数值一般标于变压器的铭牌上并称为“空载损耗”或“铁耗”，记作Pk与Qk。2. 电路损耗“电路损耗”由变压器阻抗引起的损耗，和负荷电流大小有关，影响系数由负荷率表示。设变压器在额定负荷电流下的有功损耗为PT，无功损耗为QT，则变压器负荷率为时的电的损耗为：（215）（216）其中 给定变压器的总的功率损耗为：（217）（218）Pk是变压器空载时的有功损耗见附录1；Qk是变压器空载无功损耗：（219）式中 Ik 变压器的激磁电流XM变压器的激磁电抗因为（变压器感应电势），即（220）由式220可知，变压器空载无功损耗可根据变压器铭牌上的空载电流百分值Ik和变压器额定容量SN求得。QT为变压器铭牌上的短路无功损耗。由于变压器短路试验规定二次侧短路状态下，在变压器一次侧加上电压，并使变压器绕组达到额定电流iN。加在变压器一次端子上的电压很低，即“磁损耗”可以略去不计，所测得的损耗近似为 “电损耗”。Qn为变压器在额定负荷下绕组中产生的无功损耗。若变压器一次、二次绕组有电抗，则（221）式中：SN为变压器额定容量Ud 变压器短路压降的百分值。例23，试计算某钢铁企业采矿车间的车间变压器的有功损耗和无功损耗。已知：变压器为SN 1000KVA（10kV/0.4kV）其空载损耗 Pk1.7kW短路损耗 PN10.3kW（额定负荷下的损耗）短路电压百分值 Ud4.5空载电流百分值 Ik0.7设该变压器的计算负荷为：P30610kWQ30610kVarS30865kVA解：依据式217：变压器的计算负荷为：P30610kWQ30610kVarS30865kVA故负荷率，即变压器总的有功损耗：变压器总的无功损耗为：供电部门一般要求工业、企业的平均功率因数35KV侧达到cos=0.95，10KV侧cos=0.9以上。当工厂的总平均功率因数低于0.9时，应采用无功功率补偿设备补偿，常用的补偿方法有：1静电电力电容器补偿；补偿电力电容器容量的计算：QcPjs（tandtans）Kvar式中：tand补偿前企业自然平均功率因数角正切值。tans补偿后功率因数角正切值。Qc补偿容量Kvar。已建成投产的工矿企业的单位时间内平均功率因数可以直接从有功电度表读数Wm/单位时间及无功电度表读数WQm/单位时间计算得：222图2-6可控硅元件控制电抗型静止补偿原理接线图电力电容器补偿选用高压侧补偿，还是选用低压侧补偿，主要由以下两方面来决定：采用高压电容器或低压电容器初投资差额与由此节省的电能费用回收年限（通常5年）决定。电容集中补偿，较分散补偿易管理。2可控电抗静止补偿：可控电抗静止补偿通常有三类：可控硅元件控制电抗型静止补偿、自饱和电抗器型和可控饱和电抗器型。由于饱和电抗器设计制造难度大，饱和特性不易控制影响了使用范围。目前用得最多的是可控硅元件控制电抗型静止补偿，原理接线图见图2-6。可控硅控制流经线性电抗器的电流，电容器吸收容性无功功率，静止补偿器根据母线电压地高低自动控制可调电抗器吸收地感性无功功率。3同步电机补偿：若工矿企业有同步电动机时，可考虑同步电动机补偿，其补偿无功功率Qd的值为：QdSNsinN(1) Kvar 223式中：SN电动机额定视在功率（KVA）电动机额定功率因数角电动机负荷率电动机负载时无功功率增加系数。取值情况见表24：表24参数取值表cossinN0.80.60.20.90.440.361.000.4当电动机负荷率低于40时，可将上式算得的Qd再加（0.010.04）SN，作为此时实际功率。第三章供电系统第一节变电所的电气主接线主接线图(原理接线图)表示电能由电源分配给用户的主要电路，图中应表示出与该电路所有相关的电气设备及其相互联接关系。由于三相交流电力装置中各相连接方法相同，所接的电气设备也一样，因此，主接线图通常以单线图形式出现，表示电气设备的单相联接方式。对变电所电气主接线的基本要求为安全、可靠、灵活、经济。安全包括设备运行安全和人身安全。要满足这一点，必须按照国家标准规定、力求设计规范，并正确选择电气设备。所设计的保护系统既要满足正常运行监视功能，又要满足故障情况下的检测保护功能。可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷的不中断供电的要求。例如，可将供、配电装置分段联接，互为备用；当部分装置发生故障时，故障部分被自动切除，而其余部分仍保持工作，为了使供电系统工作可靠，接线方式应力求简单清晰。灵活指的是利用最少的切换操作，实现符合工况要求的运行方式。检修时操作简单、安全，又不致中断供电等。经济是指在满足技术要求的条件下，尽量减少初投资和年运行费用。变电所主接线图方案的选取和负荷等级密切相关，一、二类负荷往往要求两路电源进线或采用专线供电方案。（1） 高压断路器(或称高压开关) 线路正常时，用其来接通、切断负荷电流；线路故障(短路)时，用来切断巨大的短路电流。断路器具有良好的灭弧装置，具有较强的灭弧能力。按灭弧介质划分，断路器分为油断路器(SN)、六氟化硫（SF6）、真空断路器(ZN)等多种类型；图3-1a)为六氟化硫（SF6）断路器，b)为真空断路器的结构图。（2） 高压熔断器在线路故障(短路)时，用来切断强大的短路电流。在某些情况下，熔断器可与负荷开关或隔离开关配合使用，取代价格昂贵的高压断路器，以节约工程投资。 图3-2为高压熔断器外形结构图；b)跌落式熔断器常用于户外，但不适宜易燃、易爆场所使用。（3） 负荷开关 线路正常时，用来接通或切断负荷电流；负荷开关只有简易的灭弧装置，其灭弧能力有限，不能用来切断短路电流。负荷开关在断开后具有明显的断开点,见图3-3。（4）变电所中还有高压隔离开关(高压刀闸)，其作用是为检修时产生一个明显的停电分断间隙，隔开电源部分，以便保证检修的安全。在电力系统中，隔离开关通常和断路器等配合使用；隔离开关不设灭弧装置，断弧能力差，通常断开电源由断路器完成。隔离开关的功能虽然相同，但由于所用结构不同，主接线图中的电气符号会有很大区别，在手车式开关电器柜联结的隔离开关常用表示。在6kV、 l0kV变配电所中，设计规范允许采用隔离开关作为下列设备和线路的正常通断操作开关：电压互感器和避雷器及励磁电流不超过2A的空载变压器等小电流线路。变电所中除了变压器及以上几类主要电气开关设备外，还有其它电气设备，例如：电流互感器 主要作用是取电流信号，把主回路中的大电流变换为供计量仪表和继电保护用的小电流；并兼有隔离电源高压的作用。电流互感器二次侧额定电流通常为5A，二次侧额定电流1A以下往往用于科研或微机集成保护；电流互感器属电流源，使用中的电流互感器二次侧不允许开路，暂时不用的接线端口要可靠短接，以免产生开路高压。电压互感器 其作用是把电源高电压变换为低电压，供计量仪表和继电保护用，有隔离电源高压的作用。电压互感器二次侧额定电压通常为l00V，更低电压输出用于科研或微机集成保护，电压互感器属电压源，二次侧不允许短路。避雷器 避雷器主要用来抑制架空线路和配电母线上的雷电过电压及系统操作过电压，保护电气设备以免受过电压损害。低压配电系统中有低压断路器(俗称自动空气开关)、低压隔离开关(刀开关)、低压熔断器等。母线是汇集和分配电流的主要环节。在变、配电所中，母线制是指变压器或电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制，中小型工厂供、配电系统中一般不采用双母线制。l.单母线制单母线制如图34，用于只有一回进线的场合。单母线制的可靠性和灵活性较低，母线或主干线上的设备如变压器T、断路器QF、隔离开关QS发生故障或检修时，都会影响母线全部负荷的用电。2单母线分段制两回电源进线时，通常采用单母线分段制，当母线分段开关需要带负荷操作或继电保护和互为备用自动投入装置时，应采用断路器，接线方式如图35所示，否则可将QF3改为隔离开关。单母线分段制系统的可靠性和灵活性比单母线制好，基本上可满足一、二类负荷用户的要求。当双回路电源同时供电时，母线分段联络开关通常是打开的，当某一回路故障（或一段母线故障）不影响另一段母线的正常供电，采用分段检修可避免全部负荷供电中断。单母线分段制中，母线 “合”运行可以增大供电电源容量，减少系统电源阻抗，有利于电弧炉等冲击性负载运