《供配电技术》唐志平第三版习题答案全.doc

第第 1 章章电力系统概论电力系统概论 1 1 什么叫电力系统 为什么要建立电力系统 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 35kV 110kV 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 6 10kV 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 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 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 100 N N UU U U U U N U 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 maxmin maxmin 100 N UUU UU U U 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U U max U min U 小值 kV 为额定电压 kV N U 1 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 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试确定图所示供电系统中发电机 G 和变压器和变压器 1T 2T 和和 3T 的额定电压 的额定电压 解 发电机的额定电压 U 1 05 10KV 10 5kV 变压器 1T 的额定电压一次侧 U 10 5kV 二次侧 U 1 1 35kV 38 5kV 变压器 2T 的额定电压一次侧 U 35kV 二次侧 U 1 05 10kV 10 5kV 变压器 3T 的额定电压一次侧 U 10kV 二次侧 U 1 05 0 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 1 220 242kV 故额定电压为 10 5 242 变压器 3T U1 220kV U2 1 1 110 121kV U3 1 05 10 10 5kV 线路 1WL 的额定电压为 U 10kV 线路 2WL 的额定电压为 U 0 38kV 1 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 第第 2 2 章章 负荷预测负荷预测 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 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 22 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 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 max P 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 max P 负荷最大的月份出现 2 3 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 30 P 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值 L K 2 3 什么叫计算负荷 为什么计算负荷通常采用什么叫计算负荷 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 3 4 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 cde PK P 式中 Kd为需要系数 Pc为计算负荷 Pe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 K 2 6 确定计算负荷的估算法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 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 72 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 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 max maxmax tan tan cex i cex i PbPcP QbPcP 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 bP e P 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 x cPx max x cP 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 max tan 2 8 在接有单相用电设备的三相线路中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 如何分配单相 220 伏 伏 380 伏 用电设备 使计算负荷最小 如何将单相负荷简便地伏 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 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 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 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 FeCu PP AA 有功功率损耗为 22 c TFeCuFeCu0k N S PPPPP NPP S c N S S AAAAAA 无功功率 0 QQ AA Q0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 2 c0ck T00NN NN SISU QQQQQS S100100S AAAAA PFe和 Q0是与负荷无关 PCu和 Q 与负荷有关 简化公式 2 0k 2 0k TN PtPP IU QS 100100 AAA A 2 11 什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数 各如何计算各如何计算 各有何用途各有何用途 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 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 Qcc为补偿容量 Pav为平 ccavav1av2 QPtgtg 均有功负荷 Pav Pc或 Wa t Pc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 tg av1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 av1 tg av2称为补偿率 可用 qc表示 2 采用自动补偿 Qcc Pc tg 1 tg 2 2 132 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 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 2 142 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 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 6 10kV 母线上 该补偿方式只能补偿总降压变电所的 6 10kV 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 6 10kV 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 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 1 2 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 某车间某车间 380 伏线路供电给下列设备 长期工作的设备有伏线路供电给下列设备 长期工作的设备有 7 5kW 的电动机的电动机 2 台 台 4kW 的电动机的电动机 3 台 台 3kW 的电动机的电动机 10 台 反复短时工作的设备有台 反复短时工作的设备有 42kVA 的电焊机的电焊机 1 台台 额定额定 暂载率为暂载率为 60 0 62 0 85 10t 吊车吊车 1 台台 在暂载率为在暂载率为 40 的条件下 其额的条件下 其额cos N N 定功率为定功率为 39 6kW 0 5 试确定它们的设备容量 试确定它们的设备容量 cos N 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 5 2kW4 3kW3 10kW57kW 对于反复短时工作制的设备 其设备容量为 电焊机 e2 P0 642 0 62kW20 2 kW 吊车 e3 P20 439 6kW50 1kW 所以 它们的总的设备容量为 e1e2e3 PPPP5720 250 1 kW127 3 kW 总 2 172 17 已知有一汽车拖拉机厂每年生产拖拉机已知有一汽车拖拉机厂每年生产拖拉机 24002400 台 汽车台 汽车 12001200 辆 试用估算法求该厂的辆 试用估算法求该厂的 计算负荷 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 5000 8000kWh 这里估算取 6500kWh 台 生产汽车的单位产品耗电量为 1500 2500kWh 这里估算取 2000kWh 辆 年最大负荷利用小时数取 4960h 1 11 2400 650015600000 a Wa mkWhkWh 2 22 1200 20002400000 a Wa mkWhkWh 12 max 156000002400000 4394 53 4096 aa c WW PkWkW T 2 182 18 某厂金工车间的生产面积为某厂金工车间的生产面积为 60m 32m 试用估算法估算该车间的平均负荷 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 2 2 0 1 S60m 32m1920m kWm av PS0 1 1920192 kWkW 答 用估算法估算该车间的平均负荷为 192 kW 2 192 19 某工厂某工厂 35 6kV 总降压变电所 分别供电给总降压变电所 分别供电给 1 4 号车间变电所及号车间变电所及 6 台冷却水泵用的台冷却水泵用的 高压电动机 高压电动机 1 4 号车间变电所的计算负荷分别为 号车间变电所的计算负荷分别为 Pc1 840kW Qc1 680kvar Pc2 920 kw Qc2 750 kvar Pc3 850 kw Qc3 700 kvar Pc4 900 kw Qc4 720 kvar 高压电动 高压电动 机每台容量为机每台容量为 300 kW 试计算该总降压变电所总的计算负荷 忽略线损 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 9 0 8 0 65 cos0 8 tan0 75 d Kb 01 0 8 300 61440 cde PkpkW 00 tan1440 0 75 var1080 var cc QPkk ec0c1c2c3c4 PKPPPPP0 91440840920850900 kW4455 kW ec0c1c2c3c4 QKQQQQQ0 91080680750700720 kvar3537 kvar 22 4452235372 5688 36 e SPeQeVAKVA 5688 36 548 01 1 73 6 3 e ce n S IAA U 高压侧 1 0 0154540 33 eee PPSkW 高压侧 1 22 111 0 063878 3 var 5971 25 eee eee QQSk SPQkVA 1 1 98 62 3 e ce n S IA U 答 该总降压变电所高压侧总的计算负荷 Pe1 4540 33 kw Qe1 3878 3 kvar Se1 5971 25 Ice1 98 62A 2 202 20 某车间采用一台某车间采用一台 10 0 4kV10 0 4kV 变压器供电 低压负荷有生产用通风机变压器供电 低压负荷有生产用通风机 5 5 台共台共 60kW60kW 点焊 点焊 机 机 65 65 3 3 台共台共 10 5kW10 5kW 有连锁的连续运输机械 有连锁的连续运输机械 8 8 台共台共 40kW40kW 5 1kW5 1kW 的行车的行车 15 15 2 2 台 试确定该车间变电所低压侧的计算负荷 台 试确定该车间变电所低压侧的计算负荷 解 通风机 111 0 8 cos0 8 tan0 75 d K 111 111 0 8 6048 tan48 1 73 var83 04 var cde cc PK PkWkW QPkk 点焊机 222 0 35 cos0 6 tan1 33 d K 222 222 222 0 65 10 58 47 0 35 8 472 96 tan2 96 1 33 var3 94 var eN cde cc PPkWkW PKPkWkW QPkk A 有连锁的连续运输机械 333 0 7 cos0 75 tan0 88 d K 333 333 0 7 4028 tan28 0 88 var24 64 var cde cc PK PkWkW QPkk 行车 444 0 15 cos0 5 tan1 73 d K 444 444 444 0 15 10 23 95 0 15 3 950 59 tan0 59 1 73 var1 03 var eN cde cc PPkWkW PKPkWkW QPkk A 同时系数取 0 9 pq KK 车间计算负荷为 22 0 9 482 96280 59 71 60 0 9 83 043 9424 64 1 03 var101 39 var 124 12 124 12 179 16 33 0 4 cpci cqci ccc c c N PKPkWkW QKPkk SPQkVA S IAA U A 2 212 21 某车间设有小批量生产冷加工机床电动机某车间设有小批量生产冷加工机床电动机 40 台 总容量台 总容量 152kW 其中较大容量的电 其中较大容量的电 动机有动机有 10kW 1 台 台 7kW 2 台 台 4 5kW 5 台 台 2 8kW 10 台 卫生用通风机台 卫生用通风机 6 台共台共 6kW 试 试 分别用需要系数法和二项式法求车间的计算负荷 分别用需要系数法和二项式法求车间的计算负荷 解 需要系数法 查表 A 1 可得 冷加工机床 d111 K0 2 cos0 5 tan1 73 1 1 0 2 15230 4 30 4 1 7352 6 c c PkWkW QkWkW 通风机组 d222 K0 8 cos0 8 tan0 75 c2 c2 P0 8 6kW4 8kW Q4 8 0 75kW3 6kW 车间的计算负荷 c c 22 cee ceeN P0 930 44 8 kW31 68kW Q0 952 64 8 kW50 58kW SP Q59 68kVA I S3U59 68 1 732 0 38 90 7A 二项式法 查表 A 1 可得 冷加工机床 11111 0 14 0 4 5 cos0 5 tan1 73bcx e1 x 1 bP 0 14 152kW21 28kW cP0 4107 22 4 5 kW13 2kW 通风机组 22222 0 65 0 25 5 cos0 8 tan0 75bcx 因为 n 6 2x2 取 x2 3 则 e2 x 2 bP 0 65 6kW3 9kW cP0 25 3kW0 75kW 显然在二组设备中 第一组附加负荷 cPx 1最大 故总计算负荷为 c c 22 cee ceN P 21 283 9 13 2kW 38 38kW Q21 28 1 733 9 0 75 13 2 1 73 kvar62 56kvar SP Q73 4kVA I S 3U 111 55A 2 222 22 某某 220 380V220 380V 三相四线制线路上接有下列负荷 三相四线制线路上接有下列负荷 220V220V 3kW3kW 电热箱电热箱 2 2 台接于台接于 A A 相 相 6kW16kW1 台接于台接于 B B 相 相 4 5kW4 5kW 1 1 台接于台接于 C C 相 相 380V380V 20kW20kW 65 65 单头手动弧焊机 单头手动弧焊机 1 1 台接于台接于 ABAB 相 相 6kW6kW 10 10 3 3 台接于台接于 BCBC 相 相 10 5kW10 5kW 50 50 2 2 台接于台接于 CACA 相 试求该线路的计算负荷 相 试求该线路的计算负荷 解 1 电热箱的各相计算负荷 查表 A 1 得 因此各相的有功计算负荷为 0 7 cos1 tan0 d K A 相 1 0 7 3 24 2 cAdeA PK PkWkW B 相 1 0 7 6 14 2 cBdeB PK PkWkW C 相 1 0 7 4 5 13 15 cCdeC PK PkWkW 2 单头手动弧焊机的各相计算负荷 查表 A 1 得 查表 2 4 得 时 则0 35 cos0 35 tan2 68 d K cos0 35 1 27 0 27 1 05 1 63 AB ABC BCA C AB BBC CCA A AB ABC BCA C AB BBC CCA A ppp ppp qqq qqq 将各相换算成的设备容量 即 100 11 22 33 0 652016 12 0 1 6 35 69 0 5 10 5 214 85 ABNN BCNN CANN PPkWkW PPkWkW PPkWkW 各相的设备容量为 A 相 1 27 16 12 0 27 14 85 16 46 1 05 16 12 1 63 14 85 41 13 var eAABAABCA ACA eAABAABCA ACA PpPpPkWkW QqPqPkWk B 相 1 05 5 69 0 27 16 12 1 62 1 27 5 69 1 63 16 12 var33 50 var eBBCBBCAB BAB eBBCBBCAB BAB PpPpPkW QqPqPkk C 相 1 27 14 85 0 27 5 69 17 32 1 05 14 85 1 63 5 69 var24 87 var eCCA CCABC CBC eCCA CCABC CBC PpPpPkWkW QqPqPkk 各相的计算负荷为 A 相 2 2 0 7 16 4611 52 0 7 41 13 var28 79 cAdeA cAdeA PK PkWkW QK QkkW B 相 2 2 0 7 1 621 13 0 7 33 50 var23 45 cBdeB cBdeB PK PkWkW QK QkkW C 相 2 2 0 7 17 3212 12 0 7 24 87 var17 41 cCdeC cCdeC PK PkWkW QK QkkW 3 各相总的计算负荷为 设同时系数为 0 95 A 相 12 12 0 95 4 2 11 52 14 93 0 95 028 79 27 35 cAcAcA cAcAcA PKPPkWkW QKQQkWkW B 相 12 12 0 95 4 2 1 62 5 53 0 95 033 50 31 83 cBcBcB cBcBcB PKPPkWkW QKQQkWkW C 相 12 12 0 95 3 15 12 12 14 51 0 95 0 17 41 16 54 cCcCcC cCcCcC PKPPkWkW QKQQkWkW 4 总的等效三相计算负荷 因为 A 相的有功计算负最大 所以 则14 93 27 35 var c mcAc mcA PPkW QQk 22 33 14 9344 79 33 27 35 var82 05 var 44 7982 0593 48 93 48 142 03 330 38 cc m cc m c c c N PPkWkW QQkk SKVAKVA S IAA U 2 232 23 某厂机械工车间变电所供电电压某厂机械工车间变电所供电电压 10kV10kV 低压侧负荷拥有金属切削机床容量共 低压侧负荷拥有金属切削机床容量共 920kW920kW 通风机容量共通风机容量共 56kW56kW 起重机容量共 起重机容量共 76kW76kW 15 15 照明负荷容量照明负荷容量 42kW42kW 白炽灯 白炽灯 线路 线路 额定电压额定电压 380V380V 试求 试求 1 1 该车间变电所高压侧 该车间变电所高压侧 10kV10kV 的计算负荷 的计算负荷 cos cccc P Q S I 及 2 2 若车间变电所低压侧进行自动补偿 功率因数补偿到 若车间变电所低压侧进行自动补偿 功率因数补偿到 0 950 95 应装 应装 BW0 4 28 3BW0 4 28 3 型电容型电容 器多少台 器多少台 3 3 补偿后车间高压侧的计算负荷 补偿后车间高压侧的计算负荷 计算视在功率减小多少 计算视在功率减小多少 cos cccc P Q S I 及 解 1 查表 A 1 小批量金属切削机床 111 111 111 0 2 cos0 5 tan1 73 0 2 920184 tan184 1 73 var318 32 var d cde cc K PK PkWkW QPkk 通风机 222 222 222 0 8 cos0 8 tan0 75 0 8 5644 8 tan44 8 0 75 var33 6 var d cde cc K PKPkWkW QPkk 起重机 3 3333 333 0 2 cos 30 5 tan 31 73 20 40 157611 78 tan11 78 1 73 var20 38 var d cde cc K PKPkWkW QPkk 照明 4 1 42 0 var c c PkW Qk 总的计算负荷为 设同时系数为 0 95 1234 1234 22 1 0 95 18444 8 11 7842 268 45 0 95 318 3233 620 380 var353 69 var 444 03 cos0 60 ccccc ccccc ccc c c PKPPPPkWkW QKQQQQkk SPQkVA P S 变压器的功率损耗为 0 0150 015 444 036 66 0 060 06 444 03 var26 64 var Tc Tc PSkWkW QSkk 变电所高压侧总的计算负荷为 22 275 11 380 33 var 469 40 469 40 27 10 33 10 ccT ccT ccc c c N PPPkW QQQk SPQkVA S IAA U 变电所高压侧的功率因数为 cos 0 586 c c P S 2 10 tantan 268 45 tan arccos0 60 tan arccos0 95 268 45 var 268 45 10 28 ccc QPk n 实际补偿容量为 280kvar 3 变电所低压侧视在计算负荷为 22 1 278 38 0 015 278 384 18 0 06 278 38 var16 70 var ccccc T T SPQQkVA PkWkW Qkk 变电所高压侧总的计算负荷为 21 21 2 2 222 268 454 18272 63 353 69280 16 7090 29 var 287 19 469 4287 19182 21 ccT ccT ccc PPPkW QQQk SPQkVA SkVA 变电所高压侧的功率因数为 2 2 cos 0 95 c c P S 2 242 24 某厂某厂 10kV10kV 母线上的有功计算负荷为母线上的有功计算负荷为 320kW320kW 平均功率因数为 平均功率因数为 0 670 67 如果要使平均功 如果要使平均功 率因数提高到率因数提高到 0 90 9 在 在 10kV10kV 母线上固定补偿 则需要装设母线上固定补偿 则需要装设 BWBW 型并联电容器的总容量是多型并联电容器的总容量是多 少 并选择电容器的型号和个数 少 并选择电容器的型号和个数 解 1 tantan arccos0 67 1 1080 av 2 tantan arccos0 9 0 4843 av 12 12 tantan tantan 0 75 320 1 1080 0 4843 kvar 149 688kvar n 149 688 10 15 ccavavav aLcavav cccN QP K P Qq 考虑到三相均衡分配 每相装设 5 个 此时并联电容器的实际补偿容量为 150kvar 选择 BW 10 5 10 1 型电容器 15 个 2 252 25 某工具厂全年消耗的电能某工具厂全年消耗的电能 W Wa a为为 25002500 万度 万度 W Wr r为为 21002100 万度 供电电压为万度 供电电压为 10kV10kV 其平 其平 均有功功率和平均功率因数是多少 欲将功率因数提高到均有功功率和平均功率因数是多少 欲将功率因数提高到 0 90 9 需装设 需装设 BWF10 5 30 1BWF10 5 30 1 并联并联 电容器多少台 电容器多少台 解 7 2 5 10 87602853 88 ava PWtkW 1 1 12 tan2100 25000 84 coscos arctan0 84 0 77 tantan 2853 88 0 84 0 4843 kvar 1015 13kvar n 1015 13 30 34 av av ccavavav cccN QP Qq 考虑到三相平衡应装设 36 台 每相 12 台 2 26 某工厂某工厂 35kV 总降压变电所总降压变电所 10kV 侧计算负荷为 侧计算负荷为 1 车间车间 720kW j510kvar 2 车间车间 580kW j400kvar 3 车间车间 630kW j490kvar 4 车间车间 475Kw j335kvar 0 76 0 82 忽略忽略 线损线损 试求 试求 1 全厂计算负荷及平均功率因数 全厂计算负荷及平均功率因数 2 功率因数是否满足供用电规程 若不满足 应补偿到多少 功率因数是否满足供用电规程 若不满足 应补偿到多少 3 若在 若在 10kV 侧进行固定补偿 应装侧进行固定补偿 应装 BW 10 5 16 1 型电容器多少台 型电容器多少台 4 补偿后全厂的计算负荷及平均功率因数 补偿后全厂的计算负荷及平均功率因数 解 1 11 22 33 44 720 510 var 580 400 var 630 490 var 475 335 var PkW Qk PkW Qk PkW Qk PkW Qk 全厂计算负荷 2164 5 1561 5 var coscos arctan cos 31 88 0 81 Sppc SpQc PkSkW QkSk FF 2 cos0 9F 所以不满足 应补偿到 0 9 3 12 tantan 394 27 var 1624 ccav cc QPFFk nQ 4 补偿后功率因数 avav cosFP s0 92 第 3 章 短路电流计算 3 1 什么叫短路什么叫短路 短路的类型有哪些短路的类型有哪些 造成短路的原因是什么造成短路的原因是什么 短路有什么危害短路有什么危害 答 短路是不同相之间 相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接 短路种类有三相短路 两相短路 单相短路和两相接地短路 短路的原因主要有设备长期运行 绝缘自然老化 操作过电压 雷电过电压 绝缘受到机 械损伤等 短路的危害 1 短路产生很大的热量 导体温度身高 将绝缘损坏 2 短路产生巨大的电动力 使电器设备受到机械损坏 3 短路使系统电压严重减低 电器设备正常工作受到破坏 4 短路造成停电 给国家经济带来损失 给人民生活带累不便 5 严重的短路将影响电力系统运行的稳定性 使并联运行的同步发电机失去同步 严重的 可能造成系统解列 甚至崩溃 6 单相短路产生的不平横磁场 对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰 影响 其正常工作 3 2 什么叫无限大容量系统什么叫无限大容量系统 它有什么特征它有什么特征 为什么供配电系统短路时 可将电源看做无限为什么供配电系统短路时 可将电源看做无限 大容量系统大容量系统 答 无限大容量系统的指端电压保持恒定 没有内部阻抗和容量无限大的系统 它的特征有 系统的容量无限大 系统阻抗为零和系统的端电压在短路过程中维持不变 实际上 任何电力 系统都有一个确定的容量 并有一定的内部阻抗 当供配电系统容量较电力系统容量小得多 电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的 5 10 或短路点离电源的电气距离足够远 发 生短路时电力系统母线降低很小 此时可将电力系统看做无限大容量 3 3 无限大容量三相短路时 短路电流如何变化 无限大容量三相短路时 短路电流如何变化 答 三相短路后 无源回路中的电流由原来的数值衰减到零 有源回路由于回路阻抗减小 电流增大 但由于回路内存在电感 电流不能发生突变 从而产生一个非周期分量电流 非周期分量电流也不断衰减 最终达到稳态短路电流 短路电流周期分量按正弦规律变化 而非周期分量是按指数规律衰减 最终为零 又称自由分量 3 4 产生最严重三相短路电流的条件是什么 产生最严重三相短路电流的条件是什么 答 1 短路前电路空载或 cos 1 2 短路瞬间电压过零 t 0 时 a 0 度或 180 度 3 短路回路纯电感 即 k 90 度 3 5 什么是次暂态短路电流什么是次暂态短路电流 什么是冲击短路电流什么是冲击短路电流 什么是稳态短路电流什么是稳态短路电流 它们与短路电它们与短路电 流周期分量有效值有什么关系流周期分量有效值有什么关系 答 次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值 冲击短路电流是短路全电流的最大瞬时值 高压系统 1 8 2 55 1 51 shshsh KiIII 低压系统1 3 1 84 1 09 shshsh KiIII 稳态短路电流是短路电流非周期分量衰减完后的短路电流 无限大容量系统 P III 高压系统 低压系统2 55 1 51 shsh iIII 1 84 1 09 shsh iIII 3 6 什么叫标幺值 如何选取基准值 什么叫标幺值 如何选取基准值 答 用相对值表示元件的物理量 称为标幺值 任意一个物理量的有名值与基准值的比值 成为标幺值 标幺值没有单位 基准值的选取是任意的 但为了计算方便 通常取 100MVA 为基准容量 取线路平均额定 电压为基准电压 即 1 05 davN UUU 3 7 如何计算三相短路电路 如何计算三相短路电路 答 根据短路计算要求画出短路电流计算系统图 该系统图应包含所有与短路计算有关 的元件 并标出各元件的参数和短路点 画出计算短路电流的等效电路图 每个元件用一个阻抗表示 电源用一个小圆表示 并 标出短路点 同时标出元件的序号和阻抗值 一般分子标序号 分母标阻抗值 选取基准容量和基准电压 计算各元件的阻抗标幺值 等效电路化简 求出短路回路总阻抗的标幺值 简化时电路的各种简化方法都可以使用 如串联 并联 Y 或 Y 变换 等电位法等 按前述公式由短路回路总阻抗标幺值计算短路电流标幺值 再计算短路各量 即短路电 流 冲击短路电流和三相短路容量 3 8 电动机对短路电流有什么影响 电动机对短路电流有什么影响 答 供配电系统发生短路时 从电源到短路点的系统电压下降 严重时短路点的电压可降 为零 接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压 此时电 动机将和发动机一样 向短路点馈送短路电流 同时电动机迅速受到制动 它所提供的短 路电流很快衰减 3 9 在无限大容量系统中 两相短路电流与三相短路电流有什么关系 在无限大容量系统中 两相短路电流与三相短路电流有什么关系 答 在三相短路电流计算中 记线路平均额定电压为 av U 短路回路阻抗用表示 k Z 则有 三相短路电流 p avk IU 1 732 Z 冲击电流 sh shp i1 414 k I 其中为短路电路冲击系数 sh k1 e0 01 在两相短路电流计算中 记为短路点的平均额定电压 av U 为短路回路的一相总阻抗 k Z 则有 两相短路电流 av k k U I 2Z 冲击电流 shsh k i1 414 k I 其中为短路电路冲击系数 sh k1 e0 01 将 与 与 对比可得 0 866 kp II 0 866 shsh ii 由以上分析可得 在无限大容量系统中 两相短路电流较三相短路电流小 3 10 什么是短路电流的电动力效应 如何计算 什么是短路电流的电动力效应 如何计算 短路电流通过导体或电气设备 会产生很大的电动力和产生很高的温度 称 为短路的电动力效应和热效应 短路电流的电动力效应是当电路短路时 短路冲击电流流过导体瞬间 导 线间相互电磁作用产生的力 1 两平行载流导体间的电动力 式中 a 为两平行导线间距 l 为导线长 Kf为形状系数 圆形 7 1 2 2 10 f FK ii l aN 管形导体 Kf 1 2 三相平行载流导体间的电动力 27 3 10 fm FK I l aN 式中 Im为线电流幅值 Kf为形状系数 3 短路电流的电动力 三相短路产生的最大电动力为 3 3 27 3 10 f sh FK il aN 两相短路产生的最大电动力为 2 2 27 2 10 f sh Fk il aN 两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关系为 2 3 3 2 shsh ii 两相短路和三相短路产生的最大电动力的关系为 23 3 2 FF 备注 Kf为形状系数 圆形 管形导体 Kf 1 矩形导体根据 a b b h 和 m b h 查表可 得 3 11 什么是短路电流的热效应 如何计算 什么是短路电流的热效应 如何计算 答 供配电系统发生短路时 短路电流非常大 短路电流通过导体或电气设备 会产生很 高的温度 称为热效应 短路发热和近似为绝热过程 短路时导体内产生的热量等于导体温度升高吸收的能量 导 体的电阻率和比热也随温度而变化 其热平衡方程如下 1 2 2 0 24 K L Kt I Rdtcmd 将代入上式 得 00 1 1 s Rs ccml 2 2 00 1 0 24 1 1 K L t kt t Isdtclsd 整理上式后 2 1 2 00 2 200 11 ln 1 0 2410 24 K K L L t KtKL t cc I dtdAA S 式中 是导体 0 时的电阻率 为 0的温度系数 c0为导体 0 时的 2 mmkm A 比热容 为 c0的温度系数 为导体材料的密度 S 为导体的截面积 mm2 l 为导