供配电系统的设计 PPT课件

1 模块七供配电系统的设计 2 学习单元一 电气主接线的设计 知识目标掌握电气主接线的读取方法 学会根据原始资料对变配电所进行主接线设计的方法 能力目标了解供配电系统设计技术规程 初步掌握工程设计的方法 能够根据原始资料拟定合理的电气主接线方案 能够绘制方案草图 3 学习单元一 电气主接线的设计 一 供配电系统设计的基本知识 二 供配电系统的设计任务实施 4 一 供配电系统设计的基本知识 1 供配电系统设计的基本原则 1 严格遵循规范 规程 2 供配电系统的设计要求从全局出发 统筹兼顾 结合负荷的性质 用电容量 地区供电条件等情况 合理地确定设计方案 从而满足供电的要求 3 供配电系统设计要考虑工程的特点 规模以及发展规划 并以近期建设为主 近期建设和远期发展相结合 适当考虑扩建的可能 4 供配电系统设计要选用效率高 能耗低 性能先进的新型产品 从而节约能源 学习单元一 电气主接线的设计 5 2 供配电系统设计的基本内容1 变配电所的设计变配电所的设计包括变配电所所址的选取 负荷计算 无功功率补偿 变电所主变压器台数和容量的选择 主接线方案的选择 短路电流计算 开关设备的选择 二次回路方案的确定 继电保护的选择 电气设备的接地与防雷设计等 学习单元一 电气主接线的设计 6 学习单元一 2 供配电线路的设计工厂范围的供配电线路设计内容包括供配电线路电压等级的确定 线路路径 线路结构型式的确定 电力负荷的计算 导线及电缆型号和截面的选择 配电设备的选择 架空线路电杆位置的确定 架空线路其他配件的选择 电缆线的敷设方式 电缆线配件的选择 防雷接地装置的设计及计算等 车间供配电线路的设计包括车间供配电线路布线方案的确定 负荷的计算 线路导线的选择 配电设备的选择 保护设备的选择 线路敷设方式等 电气主接线的设计 7 学习单元一 3 工厂电气照明的设计供配电系统设计包括室外照明设计 各车间照明设计 工厂内各建筑物的照明设计 变配电所内的照明设计等 4 供配电系统设计的步骤及要求1 扩大初步设计扩大初步设计的主要任务是根据设计任务书的要求 进行负荷的统计计算 确定工厂的用电容量 选择供配电系统的方案以及主要设备 编制主要设备材料清单 工程预算 还需报上级主管部门审批 2 施工设计施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后 为了满足安装施工要求进行的技术设计 重点绘制安装施工图 电气主接线的设计 8 学习单元一 5 供配电系统设计的基础资料 电气主接线的设计 应向当地供电部门收集以下资料 1 工厂的可供电源容量以及备用电源容量 2 供电电源的电压等级 供电方式 供电电源的回路数 导线和电缆的型号 长度 进入工厂的方位 3 工厂供电的电力系统在最大和最小运行方式下的短路数据或供电电源线路首端的断路器断流容量 4 供电电源首端的继电保护方式以及动作电流 动作时限的整定值 向工厂供电的电力系统对工厂进线端继电保护方式以及动作时限配合的要求 5 供电部门对工厂电能计量方式及动作时限配合的要求 6 对工厂功率因数的要求 7 电源线路工厂外部设计和施工的工厂应负担的投资费用等 9 学习单元一 二 供配电系统的设计任务实施 电气主接线的设计 供配电系统的设计任务包括原始基础资料 设计任务及设计过程等 1 原始基础资料1 规模2 供电电源3 工厂的负荷情况4 变电所选址5 电价制度 10 学习单元一 电气主接线的设计 2 设计任务 1 编写设计说明书 2 绘制设计图纸设计图纸应包括变电所主接线图1张 变电所平面布置图1张和主变压器继电保护原理图1张 3 设计过程 1 分析原始资料 初步拟订多个技术可行的方案 2 选择主变压器 台数 运行方式 容量 型式 参数 3 拟订高压侧 低压侧的基本接线形式 4 通过技术比较 选出2 3个较优的方案 5 通过经济比较 确定最优方案 11 问题与思考 1 供配电系统设计的基本内容有哪些 2 工厂电气照明的设计包括哪些部分 12 学习单元二 电力负荷的计算 知识目标掌握确定用电设备计算负荷的两种计算方法 掌握用电设备的工作制以及负荷曲线 能力目标掌握工厂计算负荷的确定方法 了解无功补偿的措施 掌握照明负荷的计算方法 13 三 单相用电设备计算负荷的确定 一 电力负荷和负荷曲线 学习单元二 电力负荷的计算 二 电力负荷的计算 四 工厂电气照明负荷的确定 六 工厂的功率因数及无功补偿 五 全厂计算负荷的确定 14 学习单元二 电力负荷的计算 一 电力负荷和负荷曲线 1 电力负荷的工作制及用电设备的容量 电力负荷 在不同的场合可以有不同的含义 它可以指用电设备或用电单位 也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小 15 学习单元二 15 工厂常用的用电设备按工作制可分为以下3类 1 长期连续工作制设备这类用电设备的特点是能长期连续运行 每次连续工作时间超过8h 其负荷基本均匀稳定 如水泵 通风机 空气压缩机 电热设备 电镀设备 照明设备 发电机组等 2 短时工作制设备这类用电设备的特点是工作时间很短 而停歇时间相对较长 如水闸用电动机 机床上的某些辅助电动机等 电力负荷的计算 16 学习单元二 3 反复短时工作制设备这类用电设备的特点是工作呈周期性 时而工作时而停歇 如此反复 但工作周期一般不超过10min 如起重机电动机和电焊变压器等 通常用 暂载率 又称 负荷持续率 来描述此类设备的工作特征 暂载率是指一个周期内工作时间与工作周期的百分比值 用 表示 即 电力负荷的计算 7 1 式中 T为工作周期 t为工作周期内的工作时间 t0为工作周期内的停歇时间 学习单元二 电力负荷的计算 17 同一设备在不同的暂载率下工作时 其输出功率是不同的 在计算其设备容量时 必须首先转换到一个统一的 下 经过换算至统一规定工作制下的 额定功率 称为设备容量 学习单元二 电力负荷的计算 对起重电动机应统一换算到 25 换算公式为 式中 PN为换算前设备铭牌额定功率 Pe为换算后的设备容量 N为设备铭牌暂载率 25为值为25 的暂载率 7 2 对电焊机设备 应统一换算到 100 换算公式为 式中 SN为设备铭牌额定容量 cos N为设备铭牌功率因数 7 3 18 例7 1 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床12台 其中12kW的4台 10 5kW的6台 5kW的2台 车间有380V电焊机3台 每台容量20kVA N 65 cos N 0 5 车间有吊车1台 7 5kW N 25 试计算此车间的设备容量 解 1 金属切削机床的设备容量 金属切削机床属于长期连续工作制设备 所以12台金属切削机床的总容量为 Pe1 Pei 4 12 6 10 5 2 5 kW 79kW 2 电焊机的设备容量 电焊机属于反复短时工作制设备 它的设备容量应统一换算到 100 所以3台电焊机的设备容量为 学习单元二 电力负荷的计算 19 19 3 吊车的设备容量 吊车属于反复短时工作制设备 它的设备容量应统一换算到 25 所以1台吊车的容量为 4 车间的设备总容量为 学习单元二 电力负荷的计算 20 学习单元二 电力负荷的计算 2 负荷曲线1 负荷曲线的类型及绘制 负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线 反映了电力用户用电的特点和规律 负荷曲线按负荷对象分为工厂的 车间的或某台设备的负荷曲线 按负荷的功率性质分为有功 无功负荷曲线 按表示的时间分为年的 月的 日的 工作班的负荷曲线 按绘制方式分为折线形负荷曲线 阶梯形负荷曲线 21 学习单元二 电力负荷的计算 图7 1日有功负荷曲线 a 折线形负荷曲线 b 阶梯形负荷曲线 22 年持续负荷曲线是根据一年中具有代表性的夏季日负荷曲线 见图7 2 a 和冬季日负荷曲线 见图7 2 b 绘制的 通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线 如图7 2 c 所示 图7 2 c 中 P1在年负荷曲线上所占的时间为T1 200t1 165t2 学习单元二 电力负荷的计算 图7 2年负荷曲线及绘制方法 a 夏季日负荷曲线 b 冬季日负荷曲线 c 年负荷曲线 23 2 与负荷曲线相关的参数 1 年最大负荷和年最大负荷利用小时 年最大负荷Pmax是指全年中负荷最大的工作班30min平均功率的最大值 年最大负荷利用小时Tmax是指负荷以最大负荷持续运行一段时间 消耗的电能恰好等于该电力负荷全年消耗的电能Wa 这段时间称为年最大负荷利用小时 即 学习单元二 电力负荷的计算 7 4 24 学习单元二 电力负荷的计算 图7 3年最大负荷和年最大负荷利用小时 图7 4年平均负荷 学习单元二 电力负荷的计算 25 2 平均负荷 年平均负荷和负荷系数 平均负荷Pav是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值 即 学习单元二 电力负荷的计算 7 5 式中 Wt为t时间内消耗的电能 kW h t为实际用电时间 h 7 6 年平均负荷是全年工厂负荷消耗的总功率除以全年总小时数 负荷系数又称为负荷率 用KL表示 年平均负荷Pav与年最大负荷Pmax的比值 即 7 7 26 供配电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和 这是因为用电设备不可能全部同时运行 每台设备也不可能全部满负荷运行 各种用电设备的功率因数也不可能完全相同 因此 供配电系统在设计过程中 必须找出这些用电设备的等效负荷 全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率 称为半小时最大负荷P30 通常用P30 Q30 S30 I30分别表示负荷的有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 学习单元二 电力负荷的计算 二 电力负荷的计算1 计算负荷的概念 27 2 按需要系数法确定计算负荷一个车间有很多台用电设备 它们的负荷曲线也都不相同 在进行负荷计算时 应当根据其工作特点进行分组 每一组用电设备总的设备容量Pe是该组内各设备的设备容量的总和 同一用电设备组内包含有多台同类型设备 这些设备实际上不一定都同时运行 运行的设备也不太可能都满负荷 同时设备本身有功率损耗 配电线路也有功率损耗 因此在确定设备组的计算负荷时应考虑一个系数 即按需要系数法确定用电设备组计算负荷的基本公式为P30 KdPe 7 8 学习单元二 电力负荷的计算 7 9 式中 Kd为需要系数 Pe为设备容量 是用电设备组所有设备容量之和 Pei为每组用电设备的设备容量 28 学习单元二 电力负荷的计算 1 单台用电设备的计算负荷对单台用电设备宜取Kd 1 因此 对单台电动机 其计算负荷公式为 P30 PN N 7 10 式中 PN为电动机的额定功率 kW N为电动机在额定负荷下的效率 对单台电热设备 电炉变压器 白炽灯等设备来说 计算负荷等于其额定容量 即P30 PN 7 11 对单台反复短时工作制的设备 计算负荷也等于其设备容量 29 学习单元二 电力负荷的计算 30 学习单元二 电力负荷的计算 3 多组用电设备的计算负荷 如果进行计算的负荷有多种 则可将用电设备按性质分成若干不同组 分别对每组选用合适的需要系数 计算出每组用电设备的计算负荷 然后由各组计算负荷求出总的计算负荷 在确定多组用电设备的计算负荷时 应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素 计入一个同时系数K 该系数取值见表7 1 31 学习单元二 电力负荷的计算 表7 1同时系数K 的取值 32 学习单元二 电力负荷的计算 33 学习单元二 电力负荷的计算 例7 2 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共12台 其中12kW的4台 10 5kW的6台 5kW的2台 车间有380V电焊机3台 每台容量20kVA N 65 cos N 0 5 车间有吊车1台 7 5kW N 25 试用需要系数法计算此车间的计算负荷 解 1 金属切削机床组的计算负荷 查附表3 取需要系数和功率因数为Kd 0 2 cos 0 5 tan 1 73 根据式 7 12 式 7 15 有 34 学习单元二 电力负荷的计算 2 电焊机组的计算负荷 查附表3 取需要系数和功率因数为Kd 0 35 cos 0 5 tan 1 73 根据式 7 12 式 7 15 有 35 学习单元二 电力负荷的计算 3 吊车组的计算负荷 查附表3 取需要系数和功率因数为Kd 0 15 cos 0 5 tan 1 73 根据式 7 12 式 7 15 有 36 学习单元二 电力负荷的计算 4 全车间的总计算负荷 查附表3 取同时系数K 0 8 所以全车间的计算负荷为 37 3 按二项式系数法确定计算负荷 在计算设备台数较少 而且各台设备容量相差悬殊的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法 基本公式为 学习单元二 电力负荷的计算 38 用二项式法求解计算负荷的几个问题 1 对1 2台用电设备可认为 即 2 用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式 7 16 其余的计算负荷与需要系数法相同 3 采用二项式系数法确定多组用电设备的总计算负荷时 要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素 在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷 再加上各组平均负荷 求出设备组的总计算负荷 总的有功计算负荷为 7 17 总的无功计算负荷为 7 18 式中 各组中最大的一组附加负荷 最大附加负荷的设备组的 求出 后 可根据公式 7 14 7 15 得出和 学习单元二 电力负荷的计算 39 例7 3 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共12台 其中12kW的4台 10 5kW的6台 5kW的2台 接有通风机3台 1 2kW 车间有吊车3台 23 2kW的1台 29 5kW的2台 N 25 试用二项式系数法计算此车间的计算负荷 学习单元二 电力负荷的计算 解 先求各组的bPe和cPx 1 求金属切削机床组的计算负荷 查附表3 取二项式系数为b 0 14 c 0 4 x 5 cos 0 5 tan 1 73 则 bPe 1 0 14 79 11 1kW cPx 1 0 4 12 4 10 5 1 23 4kW 2 通风机组的计算负荷 查附表3 取二项式系数为b 0 65 c 0 25 x 2 cos 0 8 tan 0 75 则 bPe 2 0 65 3 6 2 3kW cPx 2 0 25 2 4 0 6kW 40 学习单元二 电力负荷的计算 3 求吊车组的计算负荷 查附表3 取二项式系数为b 0 06 c 0 2 x 3 因n 2x 故取x n 2 按 四舍五入 的规则取整数 则x 2 cos 0 5 tan 1 73 则 bPe 3 0 06 23 2 1 29 5 2 4 9kW cPx 3 0 25 29 5 2 14 8kW以上各组设备中 附加负荷以 cPx 1为最大 因此总计算负荷为 41 单相设备接在三相线路中 应尽可能地均衡分配 使三相负荷尽可能地平衡 如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15 时 不论单相设备如何分配 单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算 如果三相线路中单相设备容量超过三相设备容量15 时 应将单相设备容量换算为等效三相设备容量 再与三相设备容量相加 学习单元二 电力负荷的计算 三 单相用电设备计算负荷的确定 42 单相设备组的等效三相设备容量 1 单相设备接于相电压时 2 单相设备接于同一线电压时 最大负荷相所接的单相设备容量 单相设备容量 按流过电流相等的原则进行等效 学习单元二 电力负荷的计算 43 1 电光源及常用灯具 热辐射光源 利用物体加热时发光的原理所做成的光源 如白炽灯 卤钨灯 气体放电光源 利用气体放电发光的原理所做成的光源 如荧光灯 荧光高压汞灯 四 工厂电气照明负荷的确定 学习单元二 电力负荷的计算 44 1 白炽灯靠钨丝通过电流产生高温 从而引起热辐射发光 图7 5白炽灯的结构1 玻壳2 灯丝3 支架4 电极5 芯柱6 杜美丝7 引入线8 抽气管9 灯头10 封端胶泥11 焊锡接触端 学习单元二 电力负荷的计算 45 2 卤钨灯发光原理与白炽灯相同 但在白炽灯泡中充入了微量的卤化物 如碘化物和溴化物 利用钨循环来提高发光效率 图7 6卤钨灯的结构1 石英玻璃泡2 金属支架3 灯丝4 散热罩5 电极 学习单元二 电力负荷的计算 46 3 荧光灯利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电 发出少许可见光和大量的紫外线 这些紫外线再激励灯管内壁的荧光粉 产生大量的可见光 图7 7荧光灯的结构1 灯头 2 灯脚 3 玻璃芯柱 4 灯丝 5 玻管 6 汞 少量 学习单元二 电力负荷的计算 47 4 高压汞灯是荧光灯的改进产品 属于高气压的汞蒸气放电光源 发光原理与荧光灯相同 图7 8高压汞灯的结构1 主电极12 主电极23 支架4 内层石英玻壳5 外层石英玻壳6 触发极7 限流电阻8 灯头 学习单元二 电力负荷的计算 48 5 高压钠灯它利用高压的钠蒸气放电发光 学习单元二 电力负荷的计算 图7 9高压钠灯的结构1 主电极2 陶瓷放电管3 外玻壳4 消气剂5 灯头 49 6 金属卤化物灯在高压汞灯内添加某些金属卤化物 靠金属卤化物的循环作用 不断向电弧提供相应的金属蒸气 金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线 图7 10金属卤化物灯的结构1 主电极2 放电管3 保温罩4 石英玻管5 消气剂6 触发极7 限流电阻 学习单元二 电力负荷的计算 50 7 管形氙灯高压氙气放电时能产生很强的白光 接近连续光谱 和太阳光十分相似 灯的功率大 可达100kW 亮度高 俗称 人造小太阳 学习单元二 电力负荷的计算 51 2 工厂常用灯具的选择和布置 1 照明光源的选择要求 优先选用光效高 寿命长 节约能源的光源为原则 结合环境特点及工艺要求 综合考虑 照明光源宜采用荧光灯 白炽灯 高压气体放电灯等 当悬挂高度在4m及以下时 宜采用荧光灯 当悬挂高度在4m以上时 宜采用高压气体放电灯 当不宜采用气体放电灯时也可采用白炽灯 局部照明场所 防止电磁波干扰的场所 因光源的频闪影响视觉效果的场所 经常开关灯的场所 照度不高 且照明时间较短的场所宜采用白炽灯 学习单元二 电力负荷的计算 52 2 照明灯具的布置方案与要求 1 均匀布置 图7 11灯具均匀布置的型式a 正方形或矩形布置b 菱形布置 学习单元二 电力负荷的计算 53 2 选择布置 图7 12室内照明灯具的布置方案a 均匀布置b 选择布置 学习单元二 电力负荷的计算 54 3 照明设备容量的确定 1 无镇流器的照明设备 白炽灯 碘钨灯 其设备容量为灯头的额定功率 即 7 19 2 有镇流器的照明设备 其设备容量一般略高于灯头的额定功率 即 7 20 3 照明设备的额定容量还可以按建筑物的单位面积容量法计算 即 7 21 式中 为建筑物单位面积的照明容量 单位为W m2 A为建筑物面积 单位为m2 学习单元二 电力负荷的计算 55 单相设备总容量超过三相设备容量的15 将单相设备容量换算为等效三相设备容量 换算方法 选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍 作为等效三相设备容量 再与三相设备容量相加 应用需要系数法计算其计算负荷 4 照明计算负荷的确定 学习单元二 电力负荷的计算 56 照明负荷一般采用需要系数法计算 即 7 22 式中 P30为计算负荷 单位为W Kd为需要系数 Pe为总安装容量 单位为W 包括镇流器 触发器等附件消耗的功率 照明设备组的需要系数及功率因数值按表7 2选取 学习单元二 电力负荷的计算 57 表7 3照明设备组的需要系数及功率因数 学习单元二 电力负荷的计算 58 三相线路计算电流为 7 23 单相线路计算电流为 7 24 上两式中 UN U 为额定线电压 相电压 单位为V P30 P30 为三相 单相计算负荷 单位为W cos 为光源的功率因数 学习单元二 电力负荷的计算 59 1 逐级推算法 由用电设备组开始 逐级向电源方向推算的方法 在经过变压器和较长的线路时 应加上变压器和线路的损耗 有功功率损耗 7 25 无功功率损耗 7 26 五 全厂计算负荷的确定 学习单元二 电力负荷的计算 60 61 P305 K 5 P306iP304 P305 PwL2P303 K 3 P304iP302 P303 PT PwL1P301 K 1P302i 图7 13逐级推算法示意图 62 2 需要系数法 在已知全厂用电设备总容量的条件下 乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷 即 7 27 式中 全厂的需要系数值 查表7 4选取 全厂的无功计算负荷Q30 视在计算负荷S30和计算电流I30可分别如前述方法计算 学习单元二 电力负荷的计算 63 表7 4全厂负荷的需要系数及功率因数 学习单元二 电力负荷的计算 64 3 按年产量和年产值估算全厂的计算负荷将工厂的年产量A乘以单位产品耗电量a 或工厂的年产值B乘以单位产值耗电量b 就可以得到工厂全年耗电量 即Wa Aa Bb 7 28 再将工厂全年耗电量除以年最大负荷利用小时Tmax 就可以求出全厂的有功计算负荷 即 7 29 而Q30 S30 I30的计算 与上述需要系数法相同 学习单元二 电力负荷的计算 65 六 工厂的功率因数及无功补偿1 工厂的功率因数 瞬时功率因数 平均功率因数 最大负荷时功率因数 指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值 P 功率表测出的三相有功功率读数 U 电压表测出的线电压读数 I 电流表测出的线电流读数 指某一规定时间段内功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时 计算负荷 的功率因数 WP 有功电度表读数 Wq 无功电度表读数 P30 工厂的有功计算负荷 S30 工厂的视在计算负荷 学习单元二 电力负荷的计算 66 2 无功功率补偿 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户 功率因数应达到0 9以上 其他用户功率因数应在0 85以上 人工补偿无功功率 提高自然功率因数 提高功率因数 学习单元二 电力负荷的计算 67 图7 14无功功率补偿原理图 学习单元二 电力负荷的计算 68 补偿容量和补偿后计算负荷的计算 1 补偿容量的计算 2 补偿后计算负荷的计算 7 30 学习单元二 电力负荷的计算 69 加装无功补偿装置后 将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低 既节约了电能 又提高了电压质量 而且还可以降低供电系统的造价 学习单元二 电力负荷的计算 70 计算电流为 7 34 在变电所低压侧装设无功补偿装置 可使变电所总变压器的容量选得小一些 这不仅可降低变电所的初步投资 而且可减少工厂的电费开支 提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处 而且对工厂本身也有一定的经济效益 学习单元二 电力负荷的计算 71 例7 2 某小型工厂变电所 其变压器低压母线的有功计算负荷为420kW 无功计算负荷为350kvar 为了使工厂的功率因数不低于0 9 若在变电所低压侧装设并联电容器进行补偿时 需装设多少补偿容量 补偿前后所选变压器的容量有何变化 解 1 计算补偿前的变压器容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷为变压器低压侧的功率因数为未考虑无功补偿时 变压器的容量应选择630kV A 学习单元二 电力负荷的计算 72 2 计算无功补偿容量 变压器低压侧的功率因数较低 考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于有功功率损耗 因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时 低压侧的功率因数应略高于0 90 才能满足要求 现取补偿后 由式 7 30 可得低压侧无功补偿容量为QC 420 tanarccos0 77 tanarccos0 93 182 61kvar取QC 185kvar 学习单元二 电力负荷的计算 73 3 计算补偿后工厂的功率因数 补偿后变压器低压侧的计算负荷为无功补偿后变压器的容量可选为500kV A 变压器损耗为 学习单元二 电力负荷的计算 74 变压器高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为满足要求 由此可见 补偿后变压器的容量减少了 同时不仅减少了投资 也减少了电费的支出 提高了功率因数 学习单元二 电力负荷的计算 75 1 工厂常用的用电设备按工作制可分为哪几类 2 电力负荷的常用计算方法有哪些种 它们的适用范围是什么 问题与思考 76 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 知识目标了解短路故障的原因 危害及其种类 能力目标掌握短路电流的计算方法 77 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 一 短路故障的原因 危害及种类 二 短路电流的计算 78 78 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 一 短路故障的原因 危害及种类 1 短路故障的原因 短路故障是指运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或相与地之间发生的金属性非正常连接 短路故障产生的原因 1 电气设备绝缘损坏 2 运行人员的误操作 3 飞禽跨接不同电位的裸导体之间或自然灾害 79 79 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 2 短路故障的危害 1 短路电流通过导体时 将使导体或电气设备产生大量热量 导体温度急剧升高 从而破坏设备绝缘 甚至可能把电气设备烧毁 2 短路电流将在导体和电气设备中产生巨大的电动力 使导体或电气设备发生机械损坏 3 短路使系统电压严重降低 电气设备正常工作受到破坏 80 80 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 2 短路故障的危害 4 短路会造成大范围停电 而且越靠近电源 停电范围越大 给国民经济造成严重损失 给人民生活带来不便 5 严重的短路将使电力系统运行的稳定性遭到破坏 使并联运行的发电机组失去同步 进而造成电力系统解裂 甚至 崩溃 这是短路故障最严重的后果 6 单相短路产生的不平衡电流 在周围空间将产生不平衡的交变磁场 对附近的通信线路 电子设备及其他弱电控制系统产生严重的电磁干扰 影响其正常工作 81 81 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 3 短路故障的种类 82 82 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 短路计算的常用方法有三种 有名值法 标幺值法和短路容量法 当供配电系统中某处发生短路在进行短路电流计算时 需先对各电气设备的参数进行计算 如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值表示 称为有名值法 如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示 称为有标幺值法 如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用短路容量表示 称为短路容量法 二 短路电流的计算 1 短路计算方法简介 83 83 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 2 短路电流的计算概述 图7 14短路计算电路示意图 进行短路电流计算 首先应绘出计算电路图 如图7 14所示 84 84 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 在计算电路图上 将短路计算需要考虑的各元件的额定参数表示在图上 并将各元件依次编号 然后确定短路计算点 短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过 要按所选择的短路计算点绘出等效电路图 如图7 15所示 图7 15短路等效电路图 85 85 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 图7 16短路计算电路示意图 计算等效电路中各等效电路各主要元件的阻抗 在等效电路图上 仅需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来 并标明其序号和阻抗值 2 短路电流的计算概述 进行短路电流计算 首先应绘出计算电路图 如图7 16所示 86 86 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 有名值法又称欧姆法 在无限大容量系统中 三相短路电流周期分量的有效值可按式 7 38 进行计算 3 采用有名值法进行短路计算 式中 UC为短路点的短路计算电压 Z 为短路回路的总阻抗 R 为短路回路的总电阻 X 为短路回路的总电抗 7 38 87 87 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 若不计电阻时 则三相短路电流周期分量的有效值为 7 39 三相短路容量为 7 40 供电系统的元件阻抗主要包括电力系统 电源 电力变压器和电力线路的阻抗 88 88 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 有名值法又称欧姆法 在无限大容量系统中 三相短路电流周期分量的有效值可按式 7 38 进行计算 3 采用有名值法进行短路计算 式中 UC为短路点的短路计算电压 Z 为短路回路的总阻抗 R 为短路回路的总电阻 X 为短路回路的总电抗 7 38 89 89 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 1 电力系统的阻抗 式中 UC为高压馈电线的短路计算电压 可直接采用短路点的短路计算电压 SOC为系统出口断路器的断流容量 7 39 如果只有断路器的开断电流IOC的数据 则其断流容量为 7 40 式中 UN为断路器的额定电压 90 90 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 2 电力变压器的阻抗 1 变压器的电阻RT RT可由变压器的短路损耗 Pk近似地计算 即 7 41 式中 UC为短路点的短路计算电压 SN为变压器的额定容量 Pk为变压器的短路损耗 91 91 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 3 电力线路的阻抗 1 线路的电阻RWL RWL R0L 7 42 式中 R0为导线或电缆单位长度的电阻 可查阅有关手册或产品样本 L为线路长度 2 线路的电抗XWL XWL X0L 7 43 式中 X0为导线或电缆的单位长度电抗 可查阅有关手册或产品样本 L为线路长度 92 92 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 4 采用标幺值法进行短路计算标幺值法即相对单位值法 因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值而得名 任一物理量的标幺值 为该物理量的实际值A与所选定的标准值Ad的比值 即 7 44 93 93 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 5 两相短路电流的计算在无限大容量系统中发生两相短路时 如图7 17所示 其短路电流可通过下式求得 7 45 式中 UC为短路点的短路计算电压 线电压 图7 17无限大容量系统中的两相短路 94 94 学习单元三 短路故障和短路电流的计算 6 单相短路电流的计算在大接地电流系统或三相四线制系统中发生单相短路时 根据对称分量法可求得单相短路电流为 式中 U 为电源的相电压 Z 0 为单相短路回路的阻抗 模 7 46 95 1 短路故障的原因有哪些 2 有哪几种短路形式 它们各自的特点是什么 问题与思考 96 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 知识目标了解电气设备的接地与防雷的基本知识 熟悉电气安全规程 了解防雷保护装置的原理构成以及供配电系统的接地类型等知识 能力目标掌握电气接地装置的安装接线技术以及接地电阻的测量方法 掌握安装操作规范 97 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 一 电气安全 二 保护接地 三 防雷保护 98 电气危害一方面体现在对系统自身方面的危害 如短路 过电压及绝缘老化等 另一方面体现在对用电设备 环境和人身的危害 如触电 电气火灾 电压异常升高造成用电设备损坏等 触电和电气火灾的危害最严重 触电是指电流流过人体时对人体产生的生理和病理伤害 触电事故包括电击和电伤两种 1 电气危害的类型 一 电气安全 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 99 人体触电时对人体伤害的严重程度 与通过人体的电流大小 通过的路径 电流的频率和人体的健康状况等因素有关 通过人体的电流越大 通电时间越长 对人体的伤害程度也越大 25 300Hz的交流电对人体的伤害最大 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 2 触电对人体伤害程度的决定因素 100 3 安全电流和安全电压 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 1 安全电流安全电流是指人体触电后最大的摆脱电流 我国规定安全电流为30mA 50Hz交流 触电时间不超过1s 因此安全电流值可表示为30mA s 2 安全电压安全电压是指不会使人死亡或伤残的电压 安全电压与人体电阻有关 人体电阻一般为1700 左右 因此 人体允许持续接触的安全电压为Usaf 30mA 1700 50V此处的50V 50Hz交流有效值 称为一般正常环境条件下允许持续接触的 安全特低电压 我国规定安全电压额定值的等级分别为42V 36V 24V 12V 6V 101 101 人体触电的形式最常见的有以下两种 1 直接接触触电 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 4 人体触电的形式 102 102 2 间接接触触电这是人触及漏电设备的金属外壳或结构而发生的触电 当电气设备正常运行时 其金属外壳或结构是不带电的 但当电气设备绝缘损坏发生接地故障时 也称碰壳或漏电 其金属外壳或结构带有电压 如果此时人触及就会发生触电 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 103 103 5 直接触电防护和间接触电防护触电防护分为直接触电防护和间接触电防护两类 1 直接触电防护是指对直接接触正常带电部分的防护 如对带电导体加隔离栅栏或保护罩 设置安全距离 挂安全标志等 2 间接触电防护是指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分 如金属外壳 框架等 的防护 如将正常不带电的外露可导电部分接地 并装设接地保护等 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 104 104 二 保护接地 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 1 接地的基本概念 电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接 称为接地 由若干接地体在大地中互相用接地线连接而成的总体 称为接地网 接地网中的接地线又可分为接地干线和接地支线 如图7 19所示 105 105 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 2 接地的种类和作用1 工作接地工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地 如电源中性点的接地 防雷装置的接地等 2 保护接地由于绝缘的损坏 在正常情况下不带电的电力设备外壳有可能带电 为了保障人身安全 将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接 称为保护接地 3 重复接地在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时 为确保公共PE线或PEN线安全可靠 将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接 称为重复接地 106 106 3 接地装置的装设 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 1 自然接地体 可作为自然接地体的设备或构件包括 与大地有可靠连接的建筑物的钢结构 混凝土基础中的钢筋 行车的钢轨 敷设在地下的非可燃可爆的金属管道及热力管道等 对变配电所来说 可以利用其建筑物钢筋混凝土的基础作为自然接地体 2 人工接地体 当自然接地体不能满足接地要求或无自然接地体时 应该装设人工接地体 一般情况下 人工接地体都采取垂直敷设 特殊情况 如多岩石地区 可以采取水平敷设 107 107 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 108 108 学习单元四 电气设备的接地与防雷设计 3 接地线接地线是指将电气设备需要接地的部分与接地体相连的金属导线 包括接地干线和接地支线 1 自然接地线 为了节约金属 减少投资 应尽可能选择自然导体作为接地线 如建筑物的金属结构 起重机的轨道 电缆的金属外皮等都可以作为自然接地线 2 人工接地线 为了连接可靠并具有一定的机械强度 通常采用钢作为人工接地线 109 109 4 接地电阻的测量 学习单元四 电气设备的