建筑电气第三章

1、建筑电气第三章第1页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三目录负荷分级与供电要求1电压与电压质量2电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3供配电线路结构形式4变配电所及其主结线5负荷计算6短路电流计算7第2页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求1、电力系统的基本概念 电能是由发电厂生产的，最终由变电、配电所送到用户。但发电厂大多建设在能源基地附近，往往离用电负荷很远，这就需要将电能经过线路输送到用户。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户；同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还

2、要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备，如图所示。第3页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三建筑供配电系 统第4页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求第5页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求（1）建筑供配电的基本要求 我国电力法规定：“电力生产与电网运行应当遵循安全、可靠、优质、经济的原则。电网运行应连续、稳定，保证供电可靠性。”又规定：“国家对电力供应和使用，实行安全用电、计划用电的管理原则。”因此，建筑供配电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济

3、、合理。 安全：在电能的供应、分配和使用中，应避免发生人身事故和设备事故，实现供电安全。 可靠：在发电、供电系统正常运行的情况下，应连续向用户供电，不得中断。 优质：应满足用户对电能质量的要求。第6页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 经济：供配电系统的投资要少，运行费用要低，尽可能地节约电能和有色金属消耗量。在供电系统中，应采用符合现行国家标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品，不得采用明令淘汰的产品。 合理：在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系。既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，按照统筹兼顾、保证重点、择优供应

4、的原则，做好供配电工作。 为了提高供电的可靠性和经济性，将各发电厂通过电力网连接起来，并联运行，组成庞大的联合动力系统；将各种类型发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各第7页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。2、电力系统组成 电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有

5、相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。第8页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 电力系统的主体结构有电源（水电站、火电厂、核电站等发电厂），变电所（升压变电所、负荷中心变电所等），输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的

6、技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。其典型结构如图所示。第9页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求第10页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求（1）电力网络 电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分。电力网络包括输电、变电和配电3个环节。 它把分布在广阔地域内的发电厂和用户联接成一个整体，把集中生产的电能送到千家万户分散的电能用户。 结构：电力网络的主要组成有电力线路、变电所和换流站。按功能分，包括输电线路、区域电网、联络线和配电网络。电力网络、电力系统和动力系统间的关系如图

7、。第11页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求第12页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 网络互联： 电力网络中通过联络线把区域电力系统联接来，形成联合电力系统的技术措施。 网络互联可以得到若干技术和经济方面的效益：可实现各区域间电能的相互支援，大大提高供电的可靠性，减小因设备事故引起供电中断而设置的备用容量；可更合理地调配用电，减少联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合电力系统中发电设备的总容量；因个别负荷在系统总负荷中所占比例减小，它们的变动对系统电能质量的影响将减小； 联合系统总

8、容量很大，个别发电机组的开第13页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 停,甚至故障，对系统的影响将减小,从而允许采用单机容量更大的高效机组；可以更合理和充分地利用各种类型的发电设备（水电站、核电站、火电厂、热电厂、抽水蓄能电站等），从而提高运行的经济性；可利用各地区之间气候差别、时间差别，更合理地按不同发电特性和用电特性来交换电能；若网络结构合理，调度控制恰当，可以提高整个系统的稳定性。 另一方面，由于网络互联，使系统规模扩大,相互间的影响增强，从而对系统的结构、控制措施的配备、通信设施的完善、联络线运行的监视和控制，以及系统运行调度等也提出了

9、更高的要求。第14页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求（2）发电厂 发电厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。 发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、太阳能电站、地热发电厂、潮汐发电厂等类型。（3）变电所：接受电能、变换电压、分配电能。有枢纽变电所、中间变电所、终端变电所（4）配电所：接受电能、分配电能（5）电力线路：架空线路，电缆 架空线路：绝缘导线、裸导线第15页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求3、建筑供配电系统

10、及其组成 为了接受和分配从电力系统送来的电能，各类建筑都需要有一个内部的供配电系统。(1)具有高压配电所的供电系统 大型、特大型建筑设有总降压变电站，把35220kV电压降为610kV电压，向各楼宇小变电站供电，小变电站把610kV降为220380 V电压，对低压用电设备供电。第16页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 中型建筑设施的供电，一般电源进线为610kV，经过高压配电站，再由高压配电站分出几路高压配电线将电能分别送到各建筑物变电所，降为220380 V低压，供给用电设备。第17页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期

11、三3.1 负荷分级与供电要求(2)只有一个变电所（或变配电所）的供电系统 小型建筑设施的供电，当所需电力容量不大于1000kVA时，一般只需一个610kV降为220380 V的变电所。 如果建筑所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，直接由当地220/380V公共电网供电，因此工厂只需设一低压配电间，如图所示。低压电源进线的小型工厂供电系统第18页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三 使用电力作为其能量来源的设备和用户即电力负荷，在电能突然中断供应时造成的损失及影响程度各不相同。损失或影响越大的，对供电可靠性的要求应该越高。因此，将电力负荷分类很有必要，以便用

12、不同的供电方式对应不同等级的电力负荷。 我国GB 50052-95供配电系统设计规范规定：电力负荷按照供电可靠性及中断供电造成的损失或影响的程度分为三个等级：3.1 负荷分级与供电要求3.1.1 负荷分级第19页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求1、一级负荷 一级负荷定义为：一旦中断供电将会造成人身伤亡，在经济、政治上遭受重大损失，影响有重大经济、政治意义用电单位的正常工作者。例如：停电造成重大的产品报废、设备损坏的，重要的交通、通信枢纽，信息中心，国宾馆、大型体育建筑、经常用作国际活动的大量人员集中的公共场所的重要电力负荷等等。 JGJ/T1

13、6-2008民用建筑电气设计规范规定：国家级政府办公建筑的主要办公室、会议室；电视台、广播电台直接播出的电视演播厅、中心机房；特、甲等剧场的舞台照明、电声设备；一、二级旅馆的宴会厅、餐厅、高级客房；科研院所、高等院校重要实验室电源；县级以上医院急诊部、手术部、婴儿室；一类高层建筑消防水泵、防排烟设施、走道照明、客梯电力、变频调速(恒压供水)第20页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求生活水泵电力等等属于一级负荷。 在一级负荷中，当中断供电将会发生爆炸、中毒和火灾等情况的负荷，以及不允许断电的特别重要场所，被归为一级负荷中的特别重要的负荷。2. 二

14、级负荷 二级负荷定义为：一旦中断供电将在经济、政治上造成较大损失的，影响重要用电单位的正常工作者。例如：停电造成主要设备损坏、大量产品报废，造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱等等。3. 三级负荷 三级负荷定义为：不属于一级和二级的电力负荷。 第21页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 一级负荷的供电要求 一级负荷中断供电后果严重，因此要由双电源供电；并要求当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到影响而损坏，以维持继续供电。 考虑到电力网的实际情况，在发生故障时还是有可能会引起全部电源进线同时失电而造成停电事故。因此，一级负荷中特别重要

15、的负荷，除了由电力网提供的两个电源供电外，还应增设应急电源，并且严禁将其它负荷接入应急供电系统，以保证其供电的可靠性。3.1 负荷分级与供电要求3.1.2 供电要求 第22页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求第23页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.1 负荷分级与供电要求 应急电源定义为：用作应急供电系统组成部分的电源。可作为应急电源使用的有：蓄电池、独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路等。2. 二级负荷的供电要求 宜用双回线路给二级负荷供电。若地区供电条件困难或负荷较小，二级负荷可由单回

16、6KV及以上电压等级的专用架空线路或电缆供电。当单回电缆线路供电时，应用两根电缆组成的线路，其每根电缆都应能承受100%的二级负荷。第24页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三 我国规定了电力系统和设备的标准电压，见表3.1。电力系统中发电、输电及配电、用电设备在正常工作下的电压即额定电压必须要与其相符合。 标准电压是一个电压等级系列。电力系统中，通常把1000V及以下称为低压，1000V以上至35kV为中压，35kV以上至220 kV为高压，220kV以上为超高压。3.2 电压与电压质量 3.2.1 标准电压 第25页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，

17、星期三3.2 电压与电压质量第26页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1.电压偏差的概念 电压偏差定义为：实际运行电压与系统标称电压偏差的相对值的百分数。即： （3-1） 电压偏差实际上就是电压长时间的偏离了标称值，对设备正常运行影响很大。例如实际运行电压低于标称值(欠电压)，会使作为动力的感应电动机转矩下降、电流增大、温度升高，从而降低生产效率、影响产品质量、缩短电机寿命；会使气体放电灯不易或反复点燃，降低照度等。实际运行电3.2 电压与电压质量 3.2.2 电压偏差及调整 第27页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量电压高

18、于标称值(过电压)时，会使电光源照度增加但寿命缩短；会使感应电动机电流增加、温度升高、绝缘受损，从而缩短电机寿命；会使电子产品的绝缘永久损坏等。2. 电压偏差的允许值 因此规定电压偏差的允许范围很有必要，我国GB/T12325-2008标准中规定： 220V单相供电电压的允许偏差范围为标称电压的+7%，-10%，20kV及以下三相供电电压的允许偏差为标称电压的7，35kV及以上供电电压正负偏差绝对值之和要求不超过标称电压的10(如电压上下偏差均为正或负，则取最大的绝对值)。另外，对供电距离较长、短路容量较小以及对电压偏差有特殊要求的用户，可由供用电双方协商解决。第28页，共184页，2022年

19、，5月20日，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量3. 电压偏差的调整 供配电系统在运行中，因潮流重新分布、运行方式改变等等因素，经常会造成供电电压的较大偏差。为满足用电设备对电压的要求，必须采取措施进行电压调整。常见的电压调整方法有： (1) 电力变压器调压 普通的电力变压器有无励磁调压装置，称为分接开关。将高压绕组引出几个抽头接至分接开关的电压分接头。改变电压分接头的位置即可调压，不过要在变压器完全不带电的情况下才能调整。如果对电压调整有较高要求需要经常带负载调压的，可以采用有载调压变压器。第29页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量(2)

20、 采用无功补偿调压 供配电系统中存在大量的感性负载如感应电动机、电力变压器、接触器、继电器、电焊机、带电感镇流器的气体放电灯等等，它们产生的相位滞后的感性无功功率，降低了功率因数，增加了电压损耗。采用并联电容器补偿感性无功功率，可以减小系统的电压损耗，改善电压水平。如装设于变电所内采用分组投切的办法，则可对供电范围实行中心调压。串联电容补偿，则可用于配电网中局部调压，这种调压作用会随线路负载的变化而变化，因此具有自行调节的能力。第30页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量(3) 其他的调压手段 如切除次要的负荷，增加供电线路导线截面、供电线路，缩短供

21、电距离，改善供电线路的功率因数，用阻抗相对较小的电缆线路代替架空线路，尽量使三相负载平衡等等也能有效改善电压的偏差。第31页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 电压波动和闪变的概念与危害 电压波动是指电网电压的方均根值(有效值)一连串的变动或连续的变化。 闪变是指电光源照度变化对人眼形成刺激的主观感受，是波动电压作用于光源在一段时间内引起的积累效应。 供配电系统中负荷的剧烈变动将引起电压波动。各种短路故障会造成负荷剧变，进而引起电压较大波动。正常运行时不稳定的负荷如轧钢机、电弧炉、电焊机，大厦中的电梯等等都会引起供配电系统电压波动。3.2 电压与电压质量 3.2.3

22、 电压波动与闪变 第32页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量 电压波动可使电动机转速不均匀，影响产品质量；能造成自动化控制装置误动作，计算机电子信息系统工作异常、硬件损坏；产生照明闪烁，引起人眼视觉的不适与疲劳，影响工作与学习；影响对电压波动敏感的精密仪器实验结果等等。2. 电压变动的计算与限值 电压变动是衡量电压波动大小的一个指标，用电压均方根(有效)值曲线上相邻两个极值电压之差对电网标称电压UN的百分数表示之，即： （3-2） 式中： 电压均方根(有效)值曲线上相邻两个极值电压之差。 系统标称电压。 第33页，共184页，2022年，5月20日

23、，22点26分，星期三3.2 电压与电压质量 国标GB/T12326-2008规定了用户在电力系统公共连接点产生的电压变动的限值，见表3.2。公共连接点(PCC)是电力系统中一个以上用户的连接处。r（次/h）d %35kV及以下35kV以上r1431r103*2.5*10r10021.5100PL23 PL31 ， 当PL23 0.15PL12时： Peq=1.5(PL12+PL23) （3-39） 当PL23 0.15PL12时： （3-40） 当只有PL12 ， PL23 = PL31=0 ，时： （3-41）第125页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷

24、计算 例3-7 室外一条照明线路采用380V600W高压钠灯，L1、L2两相间接有20盏，L2、L3两相间接有21盏，L3、L1两相间接有19盏。试计算这条照明线路上的等效三相计算负荷。解：查附录4-6得： ， ， ，则各相间计算负荷：L1、L2两相间计算负荷：L2、L3两相间计算负荷：L3、L1两相间计算负荷：取两个最大负荷，得：等效三相计算无功为：等效三相视在功率、等效三相电流计算略。第126页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 换算系数法 要较为精确地分配单相线电压负荷，需用到换算系数法，公式为： L1相： （3-42） （3-43） L2相： （

25、3-44） （3-45） L3相： （3-46） （3-47）式中： 、 分别为接在L1、L2相间的单相负荷换算到L1相的有功、无功系数，其余的系数依此类推。 第127页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 表3.8给出了不同下，分配到各相的换算系数。 表3.8 单相线电压负荷换算为相电压负荷系数负荷换算系数功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.01.271.171.00.890.840.80.720.640.50.270.1700.110.160.20.280.360.51.050.860.580.380.30.220.090.

26、050.291.631.441.160.960.880.80.670.530.29第128页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 例3-8 用换算系数法，求例3-7的等效三相计算负荷。解：查附录2-2得： ， ， ，则各相间计算负荷：L1相： L2相： L3相： L2相为最大负荷相，则等效三相负荷： 等效三相视在功率、等效三相电流计算略。 第129页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三 在负荷计算中，要把供配电系统的功率损耗逐步加到总计算负荷中去，如图3.21所示。 图3.21中， 是单组设备计算负荷， 为380V低压母线上的总负荷，

27、由母线上所有计算负荷相加再乘上同时系数得到。 等于 加上变压器损耗 ， 计入线路损耗 就是 。10kV母线上的总计算负荷是 ，由母线上所有计算负荷相加并乘上同时系数得到， 是用户的总负荷，在 的基础上计入变压器损耗 得到。 3.6 负荷计算 3.6.6 供配电系统功率损耗 第130页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 1. 三相供配电线路损耗 三相供配电线路的有功功率损耗 ，无功功率损耗 可按下式计算： （3-48） （3-49）式中：Im计算电流。 每相导线的电阻、电抗。 r0、x0单位长度(km)的电阻、电抗值。 l 线路每相计算长度，km。用户内部

28、的供配电线路通常比较短，线路损耗大多数可以省略。第131页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 2. 变压器损耗 变压器的损耗包括有功功率损耗PT和无功功率损耗QT 。1) 有功功率损耗 变压器的有功功率损耗由两部分组成，其中一部分为与负荷大小无关的空载损耗，又称铁损，是变压器铁芯中涡流、磁滞产生的有功损耗。 另一部分是与负荷电流(或功率)平方成正比的短路损耗，又称铜损，是变压器一、二次绕组的电阻产生的有功损耗。变压器有功功率损耗的计算公式： （3-50） 式中： 、 变压器铁损和额定负载下的铜损，产品手册中可查到。 变压器额定容量与计算容量(计算视在功率

29、)。第132页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 2) 无功功率损耗 变压器的无功功率损耗一部分是产生磁通引起的无功损耗，另一部分是变压器一、二次绕组电抗上产生的无功损耗，计算公式为： （3-51） 式中： 变压器空载电流百分数，产品手册上可查到。 变压器短路(阻抗)电压百分数，产品手册上可查到。变压器的功率损耗还可以按下式粗略估算： （3-52） （3-53）第133页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 功率因数降低的影响 供配电系统中的变配电设备及用电设备大部分属于感性负载，如电力变压器、电抗器、继电器、接触器、感应电动机

30、、电焊机等，它们在工作时需要吸收无功功率，造成功率因数下降。发电设备在容量为一定时，无功功率需求的增加将会造成发出的有功功率的下降，而影响发电机的出力。同时，无功功率在系统的输送中会造成诸多不利的影响，例如无功功率在通过线路时，会引起有功损耗、电网的电压损失。在电网输送有功功率不变的前提下，无功增加而使总电流增加，造成供配电系统中的变压器、导3.6 负荷计算 3.6.7 无功功率补偿 第134页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 线以及测量仪器仪表等的一次、二次设备的容量、规格尺寸增大，从而使投资费用增加。2. 功率因数补偿规定 我国供电营业规则中规定：

31、除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kVA及以上的高压供电用户为0.90以上；其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业的为0.85以上；农业用电为0.80以上。在功率因数调整电费办法中规定了不同功率因数下的电费增收比例。无功功率应就地补偿平衡。用户应在提高自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿装置，及时、自动投切，并防止无功倒送。第135页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 3. 无功功率补偿形式1）无功功率补偿装置类型并联电容器补偿装置 在无功功率变化速度较慢或无功功率需求较稳定的场合，

32、宜选用带开关或接触器的并联电容补偿装置。在无功功率变化速率较快，且无功功率变化较大的场合，可选用以大功率晶闸管控制投切的无功功率补偿装置。同步补偿机 工艺条件要求或允许使用转速恒定的同步电动机拖动其工作机械的，可考虑选用同步电动机作无功功率补偿装置。静态无功功率补偿装置 无功功率变化频率或变化的幅值大时，必须采用静态补偿装置。第136页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 如大型的炼钢炉、轧钢机等冲击性负荷，需要对其无功冲击负荷进行补偿，应采取静态无功功率补偿装置。2）并联电容器组的装设位置（补偿方式） 实际中广泛应用的补偿无功功率的并联电力电容器（简单经

33、济、便于运行维护），其装设的位置因不同的补偿方式而不同。补偿的电容器组越靠近补偿的负荷，其补偿覆盖区域就越大，节能的效果也就越好。 电力电容器的补偿方式通常分为三种：个别补偿、分组补偿和集中补偿。 个别补偿就是将电力电容器装设在需要补偿的电气设备附近，使用中与电气设备同时运行和退出。第137页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 个别补偿处于供电的末端负荷处，它可补偿安装地点前面所有高、低压输电线路及变压器的无功功率，能最大限度地减少系统的无功输送量，使得整个线路和变压器的有功损耗减少，及导线的截面、变压器的容量、开关设备等的规格尺寸降低，它有最好的补偿效

34、果。 其缺点是： ()普遍采用时总体投资费用大。 ()由于设置地点分散，不便于统一管理。 () 处于工作现场附近，易受到周围不良环境的影响。 ()因设备退出运行时也同时切除电容器，所以利用率低。 个别补偿适合于长期平稳运行的，无功功率需求量大的设备设置。第138页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 分组补偿，即对用电设备组，每组采用电容器进行补偿。其利用率比个别补偿大，所以电容器总容量也比个别补偿小，投资比个别补偿小。但其对从补偿点到用电设备这段配电线路上的无功是不能进行补偿的。 集中补偿的电力电容器通常设置在变、配电所的高、低压母线上，如图。这种方式投

35、资少，便于集中管理；同时能补偿用户高压侧的无功功率以满足供电部门对用户功率因数的要求。但其对母线后的内部线路没有无功补偿。电力电容器设置在低压母线上，能补偿母线前面的变压器、高压配电线路及系统的无功功率。 工厂及民用供配电系统中，电力电容器常采用高、低压混合补偿形式，以互相补充，发挥各补偿方式的特点。第139页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 第140页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 4. 无功补偿计算 功率因数补偿装置的补偿容量Qc可按下式计算： （3-54） 式中：Pav平均负荷，也可用计算负荷Pm乘以负

36、荷系数代替，负荷系数可取0.70.8。 补偿前、后功率因数角的正切值。 qc补偿率，见表3.9。 装设了无功补偿装置以后，在确定补偿地点前面的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷： （3-55）式中：Qm补偿后的计算无功功率。 Qm补偿前的计算无功功率。 由(3-55)式可看出，加装无功补偿装置后。计算无功功率减少，计算视在功率与计算电流亦相应减小。第141页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 补偿前的功率因数cos1补偿后的功率因数cos20.850.860.880.900.920.940.960.981.000.600.710.740

37、.790.850.910.971.041.131.330.620.650.670.730.780.840.900.981.061.270.640.580.610.660.720.770.840.911.001.200.660.520.550.600.650.710.780.850.941.140.680.460.480.540.590.650.710.790.881.080.700.400.430.480.540.590.660.730.821.020.720.340.370.420.480.540.600.670.760.960.740.290.310.370.420.480.540.620

38、.710.910.760.230.260.310.370.430.490.560.650.850.780.180.210.260.320.380.440.510.600.800.800.130.160.210.270.320.390.460.550.750.820.080.100.160.210.270.330.400.490.700.840.030.050.110.160.220.280.350.440.650.850.000.030.080.140.190.260.330.420.620.860.000.050.110.170.230.300.390.590.88000.0.060. 11

39、0.180.250.340.540.900.000.600.120.190.280.48表3.9 无功补偿率第142页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 第143页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.6 负荷计算 第144页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 短路原因 供配电系统在运行过程中，会出现各种故障，使正常运行状态遭到破坏。短路是系统严重的故障。所谓短路，就是系统中各种非正常的相与相之间或相与地之间的短接。系统发生短路的原因很多，归纳有下列几点： 1) 电气设备绝缘的破坏。例如电气设备长期运行

40、绝缘自然老化，设备质量低劣绝缘本身有缺陷，安装、防护不当造成绝缘机械性损伤，非正常的超过绝缘耐压水平的电压等都能使绝缘击穿而造成短路事故。 2) 自然的原因。例如由于大风、下雪导线覆冰、直接雷击等引起3.7 短路电流计算 3.7.1 概述 第145页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 架空线倒杆断线，鸟兽跨越在裸露的相与相、或相与地之间，树枝碰到高压电线，户外变配电设备遭受直接雷击等造成的短路事故。 3) 人为的因素。例如运行人员违反操作规程带负荷拉闸，违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，人为疏忽接错线，野蛮施工挖断电缆、挂断架空线，运行管理不善造成

41、小动物进入高压带电体内形成的短路事故等等。2. 短路类型 在三相系统中，可能发生的短路故障有：三相短路K(3)，两相短路K(2) ，单相短路K(1)和两相接地短路K(1-1) 。各种短路类型，如图3.23所示。 第146页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 三相短路是对称短路，其他均为非对称短路。 供配电系统中，单相短路的可能性最大，三相短路的机会最少。但一般情况下三相短路电流最大，造成的后果也是最严重的。同时，当对不对称短路采用对称分量法后，可归结成对称的短路计算，因此对称三相短路的研究也是不对称短路计算的基础。3. 短路后果 供配电系统发生短路后

42、，系统总阻抗比正常运行时小很多，短路电流超过正常工作电流许多倍，可高达数万安培，会带来下列严重的后果： 1) 巨大的短路电流通过设备，能将载流导体短时间内加热到很高温度，极易造成设备过热、导体熔化而损坏。 2) 载流导体间将产生很大电动力的冲击，可能引起电气设备机第147页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 械变形以至损坏。 3) 短路时系统电压骤然下降，严重影响电气设备的正常运行，给用户带来很大影响。 4) 保护装置动作切除故障，会造成一定范围的停电。并且短路点越靠近电源，停电波及的范围越大。 5) 当系统发生不对称短路时，短路电流的电磁效应能在邻

43、近的电路感应出很强的电动势。所以对附近的通讯线路、铁路讯号系统及其他电子设备、自动控制系统可能产生强烈干扰。 6) 短路引起系统震荡，使并列运行的各发电机组之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统解列，形成地区性或区城性大面积停电。第148页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 4. 短路计算目的 1) 为选择和校验电气设备 其中包括计算三相短路电流峰值(冲击电流)、电路电流最大有效值以校验电气设备的电动力的稳定性，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验开关的开断能力等。 2) 为继电保护装置的整定与校验

44、。 计算系统可能出现的最大短路电流值，为继电保护整定提供依据；计算电路可能出现的最小短路电流值用于继电保护的灵敏度校验。不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或单相接地电流。 3) 可为不同供电方案进行技术性比较，以及确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。第149页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 短路电流分析 供配电系统发生短路时，假定不切除故障、设备也不损坏的话，电路会从短路前正常运行的稳态逐渐过渡到短路后的稳态。短路的全电流ik是逐渐变化的，其包括两个分量，一个是短路的稳态分量ip，另一个是短路的暂态分量inp。短路的稳态分量是电路短路达到稳态后的

45、电流值，它是和电源同频率的恒幅正弦交流，因此又称短路的周期性分量。短路的暂态分量是为了保持短路瞬间电流不发生突变而出现的，其按照指数规律衰减，短路稳态时衰减到零，它不是电源强制作用的结果，又叫短路的自由分量或非周期分量。3.7 短路电流计算 3.7.2 三相短路过渡过程 第150页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 处于供电末端的用户供配电系统发生短路时，其馈电变电所母线上的电压几乎维持不变，这时可将电力系统视为无限大容量的电源。无限大容量的电源系统发生三相短路的等效电路，如图3.24所示。 第151页，共184页，2022年，5月20日，22点26

46、分，星期三3.7 短路电流计算 三相对称短路的短路电流可归结为一相来计算(如L1相)，短路电流的周期性分量为： （3-56） 式中： 为短路电流周期分量幅值。 相电压的初相位。 三相短路时，电流与电压的相位差。 短路的自由分量inp计算公式为： （3-57） 式中：A积分常数，由短路初始条件决定。 时间常数。 这样短路全电流的数学表达式： （3-58） 积分常数A由电感电路中电流在短路前后瞬间不能发生跃变条件，第152页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 最后可得到： （3-59） 式中：Im短路前电流的幅值。 短路前电流、电压的相位差。 短路全电流

47、的公式为： （3-60） 这就是在无限大电源供电情况下三相短路电流(某一相)的计算公式。 短路时，影响短路电流大小的因素很多，在短路地点为一定，电路参数已知的情况下，考虑到下列几个条件： 当短路前电路处于空载状态。 短路时某相电压瞬时值恰好过零值。 假定电路的感抗远大于电路的电阻。第153页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 能得出短路地点为一定时的，可能出现的最大短路全电流ikm： （3-61） 最大短路电流波形，如图3.25所示。从波形图上可看出，短路全电流是一个随时间变化的非周期性波动的函数。短路全电流中包括的两个部分，短路电流周期性分量在无限

48、大电源系统供电情况下为幅值恒定的交流；短路电流的非周期性分量短路后随时间按指数规律衰减，35个时间常数以后数值基本接近与零。短路全电流中的非周期分量衰减到零后，短路的过渡过程结束，短路进入稳定状态。稳态的短路电流中只剩短路电流的周期分量。 第154页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 另外要注意的是，虽然三相短路为对称性短路，但只有短路电流的周期分量是对称的，各相短路电流的非周期性分量大小并不相同。这样，三相短路时只有其中一相可能达到短路电流的最大值。2、短路冲击系数和冲击电流 短路电流的最大峰值被称为短路的冲击电流。从图3.25看出冲击电流出现在短

49、路后第一个半周时间。我国工频频率50Hz，半周时间即0.0ls，把它代入最严重情况下短路全电流公式中得： （3-62）式中: 短路电流的冲击系数。 Ip短路电流周期分量有效值。第155页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 冲击系数反映了冲击电流与短路电流周期分量之间的倍数关系。冲击系数的大小范围：当纯电感电路时，时间常数： ， ；当纯电阻电路时，时间常数 ， ；Ksh的范围为1Ksh2 。在实际工程计算中Ksh= 1.8 ，冲击系数的近似取值，对于高压系统，对于低压系统Ksh= 1.3 。对高压系统如取Ksh= 1.8，则: (3-63)对低压系统如

50、取Ksh= 1.3，则: (3-64)3、短路电流最大有效值 短路后某一时刻，短路全电流的有效值定义为：以此时间点为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值。由图3-25可看出，短路全电流最大的有效值Ish出现在短路后的第一个周期中，并且第一个周期的中心时间点t=0.01s。第156页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 工程中计算短路电流的最大有效值，为了简化一般假设：短路电流非周期性分量在所取的周期内恒定不变，其有效值等于该周期中心点的瞬时值；短路电流周期性分量也假定在所计算的周期内振幅恒定。考虑在最严重的短路情况，短路全电流的最大有效值可表示为

51、： (3-65) 在高压供配电系统中，冲击系数取Ksh= 1.8时，Ish=1.51Ip。 在高压供配电系统中，冲击系数取Ksh= 1.3时，Ish=1.09Ip 。 第157页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三1. 短路电流计算 供配电系统应该对用户安全可靠地供电，但是由于各种原因，也难免出现故障，其中最常见的故障就是短路，而短路的后果十分严重，直接影响供配电系统及电气设备的安全运行。为了正确选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在通过可能最大的短路电流时也不至损坏，因此必须进行短路电流计算。另外，为了选择切除短路故障的开关电器、整定作为短路保护的继

52、电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。 常用的计算短路电流的方法有有名单位制(欧姆法)和标幺制法。3.7 短路电流计算 3.7.3 供配电设备短路参数计算 第158页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 供配电设备短路电流的计算，必须先求出短路点至电源的短路回路总阻抗值。 1) 有名单位制 即以实际有名单位(，A，V)表示电路参数及计算的方法，三相短路周期性分量有效值的计算公式为： (3-66) 式中： 电路回路的总电阻、总电抗值。 Uav电路点的电网平均标称电压， 。 有名单位制法通常用于1000V以下低压供电系统的短路电流计算。

53、 在电力系统中常采用标幺值法计算短路电流，标幺值法简化多个电压等级系统存在的阻抗换算问题。第159页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 a.发电机电抗有名值计算短路计算时，发电机电抗使用的是产品说明或手册上提供的短路次暂态电抗百分数 。发电机电抗有名值 的计算公式为： (3-67)式中： 、 、 发电机的额定容量、额定功率、功率因数、平均标称电压。b. 变压器电抗有名值计算变压器电抗有名值可根据其技术数据中给出的短路电压(阻抗电压)百分值算出的，计算公式： (3-68)式中： 变压器的额定容量。变压器电阻有名值 可由其技术数据中给出的短路损耗（铜耗）

54、 近似算出： (3-69) 第160页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算c. 电抗器电抗有名值计算系统中的电抗器相当于一个大的空心电感线圈，主要用来限制短路电流、维持电压水平，电抗器的电抗有名值可用其电抗百分值 算出： (3-70)式中： 电抗器额定电压、额定电流d. 线路电抗、电阻有名值计算计算公式为： (3-71)式中： 线路单位长度(km)的电抗值。 线路的计算长度。如有必要计算线路电阻的有名值，其计算公式： (3-72)式中： 线路单位长度(km)的电阻值。 第161页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流

55、计算e. 系统电源电抗有名值计算对实际供配电系统而言，由于系统电源容量的有限性，必须把它看作为短路回路中的一个元件，计及电抗值对短路电流的影响。系统电源电抗有名值 通常由下式确定： (3-73)式中： 系统电源的容量。 平均标称电压。如无法获得系统电源容量 的确切数值，则可用电源出口处断路器的开断容量 代替，即： (3-74)第162页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算算出各元件的阻抗后，再求出短路回路的等值总阻抗，就可以按3-66式计算短路电流了。要注意的是：用有名值法计算短路总阻抗时，如回路中有电力变压器，各元件处于不同的电压下时，各元件的阻抗应

56、按统一的短路计算电压换算。阻抗等效换算的原则是元件的功率损耗不变。由 ， ，得到阻抗等效换算公式： (3-75) (3-76)式中： 、 、 为换算前元件的电阻、电抗、元件安装处的平均标称电压。 、 、 为换算后元件的电阻、电抗、短路计算所需的平均标称电压。短路计算所需的平均标称电压取法原则是：要计算的短路电流处于哪级电压等级，就用这级电压等级的平均标称电压换算。 第163页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算例3-9 用有名制法计算图3.26所示系统，k1点三相短路时的总电抗值。解：k1点位于380V电压等级的线路，所以 取0.4kV图3.26 某供

57、配电系统三相短路的计算电路图1）系统电源电抗有名值2）架空线路的电抗有名值图3.26 某供配电系统三相短路的计算电路图第164页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算3）变压器电抗有名值4）绘制k1点短路的等效电路图，如图3.27所示。等效电路图反映短路回路中各元件的电气连接关系，图上应标出各元件的序号(分子)和电抗值(分母)。5）k1点短路的总电抗有名值为： 图3.27 某供配电系统三相短路的电抗有名值计算的等值电路图第165页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 2) 标幺值法 标幺值是一种相对单位制，电路各

58、参数均用其相对值即标幺值表示。标幺值定义为任意一个参数对基准值的比值即： (3-67) 标么值是一个无单位的量，同一个实际有名的电气参数，选取不同的基准值，其标么值也不一样。 标么值法计算短路电流，涉及到四个基准量：基准电压Ud，基准电流Id，基准视在功率Sd ，基准阻抗Zd 。在中高压系统中，短路回路电抗值一般大于电阻值，为了简化计算，一般可以忽略电阻而直接用各主要元件的电抗值代替其阻抗值，只在短路回路总电阻大于总电抗的三分之一时，才计入电阻的影响。在标么值的四个基准值中就用电抗基准值Xd替代了阻抗的基准值。第166页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流

59、计算 三相供电系统中，线电压U、线电流I、三相功率S和电抗X(忽略电阻)存在的关系对标么值中四个基准值也同样成立，因此只需定出其中两个基准值，其他两个即可据约束关系算出。通常我们选定的基准量是基准容量Sd和基准电压Ud 。 基准值原则上可以任意选择，但为了计算方便，基准值要选择适当。基准容量Sd通常选取100MVA、10MVA、1000MVA或者选取短路回路中某元件容量的额定值(基准容量一般取100MVA)。基准容量确定以后，在计算过程中不允许再变。基准电压Ud选取各电压等级电网的平均标称电压Uav为其基准值。基准容量Sd和基准电压Uav确定后，回路中的电流、电抗标么值可用基准容量Sd和基准电

60、压Ud表达： (3-68) (3-69) 各电气参数的标么值用其字母上加注一个星号表示之。第167页，共184页，2022年，5月20日，22点26分，星期三3.7 短路电流计算 2. 短路回路中各元件电抗(电阻)标幺值计算 1) 发电机电抗标幺值计算 短路计算时，发电机电抗使用的是产品说明或手册上提供的短路的次暂态电抗百分数X。发电机电抗标幺值XG的计算公式为： (3-70) 式中： 发电机的额定容量、额定功率、功率因数。2) 变压器电抗标幺值计算 变压器电抗标幺值XT是根据其技术数据中给出的短路电压(阻抗电压)百分值UK算出的，计算公式： (3-71) 式中：SNT变压器的额定容量。第16