供配電技術(shù)[唐志平主編][電子教案(PPT版本)].rar,唐志平主編,電子教案PPT版本,配電,技術(shù),唐志平,主編,電子,教案,PPT,版本 第一章 電力系統(tǒng)概論,電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，得到迅猛發(fā)展。到2003年底，我國發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá)38450萬千瓦，發(fā)電量達(dá)19080億度，居世界第2位。工業(yè)用電量已占全部用電量的50～70%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng)的任務(wù)就是企業(yè)所需電能的供應(yīng)和分配。,第一節(jié) 供配電系統(tǒng),第二節(jié) 電力系統(tǒng)的額定電壓,第三節(jié) 中性點(diǎn)運(yùn)行方式,第四節(jié) 電能的質(zhì)量指標(biāo),第五節(jié) 電力負(fù)荷,第一節(jié) 供配電系統(tǒng),1.電力系統(tǒng)——發(fā)電廠、變電所、電力線路和電能用戶組成的一個(gè)整體。電力系統(tǒng)示意圖如下：,從發(fā)電廠到用戶的發(fā)、輸、配電過程,名詞解釋,1）發(fā)電廠：將一次能源轉(zhuǎn)換成電能。有火力、水力、核能等 2）變電所：功能是接受電能、變換電壓和分配電能。 3）配電所：僅用于接受和分配電能的場(chǎng)所。 4）換流站：交、直流相互轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所。,5）電力線路：將發(fā)電廠、變電所和電能用戶連接起來，完成輸送電能和分配電能的任務(wù)。（220KV輸電線，110KV配電線） 6）電能用戶：所有消耗電能的用電設(shè)備或用電單位。 7）電網(wǎng)：電力系統(tǒng)中除發(fā)電廠和電能用戶之外的部分。 8）為什么建電力系統(tǒng)：減少裝機(jī)容量；裝設(shè)大機(jī)組；充分利用動(dòng)力資源；提高供電可靠性；提高電能質(zhì)量；提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。,2． 供配電系統(tǒng)－－由總降變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所和用電設(shè)備組成。,,總降壓變電所：將35-110KV的外部供電電源降到6-10KV共高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所、高壓用電設(shè)備。一般大型企業(yè)都設(shè)之。 高壓配電所：接受6-10KV電壓，再分配。一般負(fù)荷分散、廠區(qū)大的大型企業(yè)需設(shè)置。 配電線路：分6-10KV廠內(nèi)高壓配電線路和380/220V廠內(nèi)低壓配電線路。 車間變電所（建筑物變電所）：6-10KV降到380/220V,３． 供配電的要求和課程任務(wù) 供配電的基本要求是： （1）安全 （2）可靠 （3）優(yōu)質(zhì) （4）經(jīng)濟(jì) 本課程的任務(wù)： 講述供配電系統(tǒng)電能供應(yīng)和分配的基本知識(shí)和理論，使學(xué)生掌握供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，管理和運(yùn)行技能，為學(xué)生今后從事供配電技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。,第二節(jié) 電力系統(tǒng)額定電壓,1、電網(wǎng)（線路）額定電壓 UN 低壓 380V,660V 高壓 （3），6，10，35，（66），110，220，（330），500kV 2、用電設(shè)備的額定電壓，等于同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓 3、發(fā)電機(jī)的額定電壓：UN·GG=1.05UN 注：用電設(shè)備偏移± 5%，線路允許電壓降10%,4、電壓變壓器的額定電壓 （1）升壓變壓器 ：U1N=UN·G·GG=1.05UN ； U2N=1.1UN （2）降壓變壓器 ：U1N=UN （一次側(cè)） U2N=1.05UN 10kV及以下，線路較短時(shí) 1.1UN 35kV及以上，線路較長時(shí),例1-1已知圖示系統(tǒng)中線路的額定電壓，求發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。,解：G: UN·G=1.05UN·3L=1.05×6=6.3kV,1T: U1N·1T=UN·G=6.3kV U2N·1T=1.1UN·1L=1.1X110=121kV ∴6.3/121kV,2T: U1N·2T=UN·1L=110kV U2N·2T=1.1UN·2L=1.1X35=38.5kV ∴110/38.5kV,習(xí)題1-8、1-9圖見書P14。,第三節(jié) 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式,一、概述 三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式取決于供電可靠性，工作要求和設(shè)備制造。 110kV及以上：中性點(diǎn)直接接地 設(shè)備絕緣按相電壓設(shè)計(jì) 單相接地跳閘停電，采用重合閘提高可靠性,3～66kV：中性點(diǎn)不接地 設(shè)備絕緣按線電壓設(shè)計(jì) 單相接地可短時(shí)運(yùn)行2H 接地電流大于等于防止間隙電弧過電壓或高頻電流經(jīng)消弧線圈接地 380V：中性點(diǎn)直接接地，單相設(shè)備工作要求,二、中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行 三相線電壓對(duì)稱 ；三相相電壓對(duì)稱 ；三相對(duì)地電容電流對(duì)稱,單相接地：C相接地 接地相對(duì)地電壓為零 ；非接地相對(duì)地電壓上升為線電壓 ；三相線電壓仍對(duì)稱 ；接地相對(duì)地電容電流為零 ；非接地相對(duì)地電容電流增大 倍 ；接地電流為正常電容電流的3倍,Ic的估算 UN——系統(tǒng)額定電壓kV ;lah——系統(tǒng)架空線總長度km ;lcab——系統(tǒng)電纜總長度km,三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行 ：同“中性不接地系統(tǒng)” 單向接地 ：除消弧線圈有電流IL外，同中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 全補(bǔ)償IL＝IC ；欠補(bǔ)償IL＜IC ；過補(bǔ)償IL＞IC,四、中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng) 接地相對(duì)地電壓為零； 非接地相對(duì)地電壓升為相電壓，單相接地即單相短路，保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘。,第四節(jié) 電能的質(zhì)量指標(biāo),1、電壓 電壓質(zhì)量是以電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動(dòng)與閃變和電壓波形來衡量。 1）電壓偏差 電壓偏差是以電壓偏離額定電壓的幅度，一般以百分?jǐn)?shù)表示，即,式中，ΔV%為電壓偏差百分?jǐn)?shù)，U為實(shí)際電壓，UN為額定電壓。,2） 電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng)是指電壓的急劇變化。電壓變化的速率大于每秒1%的即為電壓急劇變化。電壓波動(dòng)程度以電壓最大值與最小值之差或其百分?jǐn)?shù)表示，即,δU=Umax-Umin,δU%=,式中，δU為電壓波動(dòng)；δU%為電壓波動(dòng)百分?jǐn)?shù)；Umax、Umin為電壓波動(dòng)的最大值和最小值（kV）；UN為額定電壓（kV）。,3）波形 波形的質(zhì)量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。,2、頻率:頻率的質(zhì)量是以頻率偏差來衡量。 3、供電的可靠性:供電可靠性是以對(duì)用戶停電的時(shí)間及次數(shù)來衡量。它常用供電可靠率表示，即實(shí)際供電時(shí)間與統(tǒng)計(jì)期全部時(shí)間的比值的百分?jǐn)?shù)表示，,第五節(jié) 電力負(fù)荷,一、按對(duì)供電可靠性要求的負(fù)荷分類 我國將電力負(fù)荷按其對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成的損失或影響的程度劃分為三級(jí)。 1．一級(jí)負(fù)荷 一級(jí)負(fù)荷為中斷供電將造成人身傷亡者；中斷供電將在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢，國民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)性生產(chǎn)過程被打亂而需要長時(shí)間恢復(fù)等；中斷供電將有重大政治、經(jīng)濟(jì)影響的用電單位的正常工作的負(fù)荷者。,2．二級(jí)負(fù)荷 二級(jí)負(fù)荷為中斷供電將在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢，連續(xù)性生產(chǎn)過程被打亂需較長時(shí)間才能恢復(fù)，重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等；中斷供電系統(tǒng)將影響重要用電單位正常工作的負(fù)荷者；中斷供電將造成大型影劇院、大型商場(chǎng)等較多人員集中的重要公共場(chǎng)所秩序混亂者。,3．三級(jí)負(fù)荷 三級(jí)負(fù)荷為不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者。對(duì)一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè)，停電僅影響產(chǎn)量或造成少量產(chǎn)品報(bào)廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負(fù)荷等均屬三級(jí)負(fù)荷。,二、按工作制的負(fù)荷分類 電力負(fù)荷按其工作制可分為三類。 1．連續(xù)工作制負(fù)荷 連續(xù)工作制負(fù)荷是指長時(shí)間連續(xù)工作的用電設(shè)備，其特點(diǎn)是負(fù)荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使其達(dá)到熱平衡狀態(tài)，其溫度達(dá)到穩(wěn)定溫度，用電設(shè)備大都屬于這類設(shè)備。如泵類、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電爐、運(yùn)輸設(shè)備、照明設(shè)備等。 2．短時(shí)工作制負(fù)荷 短時(shí)工作制負(fù)荷是指工作時(shí)間短、停歇時(shí)間長的用電設(shè)備。其運(yùn)行特點(diǎn)為工作時(shí)其溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)其溫度降到環(huán)境溫度，此負(fù)荷在用電設(shè)備中所占比例很小。如機(jī)床的橫梁升降、刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)、閘門電動(dòng)機(jī)等。,3．反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷 反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷是指時(shí)而工作、時(shí)而停歇、反復(fù)運(yùn)行的設(shè)備，其運(yùn)行特點(diǎn)為工作時(shí)溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)也達(dá)不到環(huán)境溫度。如起重機(jī)、電梯、電焊機(jī)等。 反復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷可用負(fù)荷持續(xù)率（或暫載率）ε來表示。,式中，tw為工作時(shí)間，to為停歇時(shí)間，T為工作周期。,第二章 供配電的負(fù)荷計(jì)算,第一節(jié) 負(fù)荷曲線 第二節(jié) 用電設(shè)備的設(shè)備容量 第三節(jié) 負(fù)荷計(jì)算的方法 第四節(jié) 功率損耗和電能損耗 第五節(jié) 全廠負(fù)荷計(jì)算 第六節(jié) 尖峰電流的計(jì)算 第七節(jié) 功率因數(shù)及無功功率補(bǔ)償,第一節(jié) 負(fù)荷曲線,負(fù)荷曲線是電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的圖形。 一、日負(fù)荷曲線：負(fù)荷在一晝夜間（0~24h）變化情況。 制作： （1）以某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，在24h中各個(gè)時(shí)刻記錄有功功率表的讀數(shù)，逐點(diǎn)繪制而成折線形狀，稱折線形負(fù)荷曲線。 （2）通過接在供電線路上的電度表，每隔一定的時(shí)間間隔（一般為半小時(shí)）將其讀數(shù)記錄下來，求出0.5h的平均功率，再依次將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)上，把這些點(diǎn)連成階梯狀的是階梯形負(fù)荷曲線。,,二、年持續(xù)負(fù)荷曲線 年負(fù)荷曲線又分為年運(yùn)行負(fù)荷曲線和年持續(xù)負(fù)荷曲線。 年運(yùn)行負(fù)荷曲線可根據(jù)全年日負(fù)荷曲線間接制成。 年持續(xù)負(fù)荷曲線的繪制，要借助一年中有代表性的冬季日負(fù)荷曲線和夏季日負(fù)荷曲線。 繪制方法如圖2-2所示。圖2-2是南方某廠的年負(fù)荷曲線，圖中P1在年負(fù)荷曲線上所占的時(shí)間計(jì)算為 T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況核定。 一般在北方，近似認(rèn)為冬季200天，夏季165天；在南方，近似認(rèn)為冬季165天，夏季200天。,,圖2-2 年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線的繪制 （a）夏季日負(fù)荷曲線 （b）冬季日負(fù)荷曲線 （c）年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線,三、負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量,1.年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí) （1）年最大負(fù)荷Pmax 年最大負(fù)荷是指全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)30分鐘平均功率的最大值。 （2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax 如圖2-3所示，陰影為全年實(shí)際消耗電能，如果以Wa表示全年實(shí)際消耗的電能,則有：,,圖2-3 年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí),圖2-4 年平均負(fù)荷,2.平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù) （1）平均負(fù)荷Pav 平均負(fù)荷就是指電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗的功率的平均值。,年平均負(fù)荷Pav,如圖2-4所示，陰影部分表示全年實(shí)際消耗的電能Wa，則：,（2）負(fù)荷系數(shù) KL 負(fù)荷系數(shù)是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值，有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無功負(fù)荷系數(shù)KrL，即,有時(shí)也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無功負(fù)荷系數(shù)。一般工廠α=0.7~0.75，β=0.76~0.82 注意：對(duì)單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組，有：,第二節(jié) 用電設(shè)備的設(shè)備容量,一、 設(shè)備容量的定義 設(shè)備的銘牌額定功率PN經(jīng)過換算至統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的“額定功率”稱為設(shè)備容量，用Pe來表示。,二、 設(shè)備容量的確定 1.長期工作制和短期工作制的用電設(shè)備 長期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量就是所有設(shè)備的銘牌額定功率，即 Pe=PN 2.反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備 反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。,式中，PN為電焊機(jī)額定有功功率；SN為額定視在功率；εN為額定負(fù)荷持續(xù)率； cosφN為額定功率因數(shù)。,1）電焊機(jī)和電焊裝置組 要求統(tǒng)一換算到∈=100%時(shí)的功率，即：,2）起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)） 要求統(tǒng)一換算到∈=25%時(shí)的功率，即：,3）電爐變壓器組 設(shè)備容量是指額定功率下的有功功率，即： Pe=SN*cosφN,4）照明設(shè)備 ①不用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備的設(shè)備容量指燈頭的額定功率，即： Pe= PN ②用鎮(zhèn)流器的照明設(shè)備的設(shè)備容量要包括鎮(zhèn)流器中的功率損失。 熒光燈： Pe=1.2PN 高壓水銀燈、金屬鹵化物燈： Pe= 1.1 PN ③照明設(shè)備的設(shè)備容量還可按建筑物的單位面積容量法估算：,,,式中：,,,是建筑物單位面積的照明容量，S為建筑物的面積。,第三節(jié) 負(fù)荷計(jì)算的方法,一、 計(jì)算負(fù)荷的估算法 1、單位產(chǎn)品耗電量法 有功計(jì)算負(fù)荷為：,式中，Wa為全年電能，Wa=a·m，m為年產(chǎn)量，a為單位產(chǎn)品的耗電量；Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。,2、單位面積負(fù)荷密度法 若已知車間生產(chǎn)面積S和負(fù)荷密度指標(biāo)ρ時(shí)， 車間平均負(fù)荷為: Pav=ρ*S， 車間計(jì)算負(fù)荷為:,二、需要系數(shù)法 Kd 所有用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷并不等于其設(shè)備容量，兩者之間存在一個(gè)比值關(guān)系，因此引進(jìn)需要系數(shù)的概念，即,1、單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,式中，Kd為需要系數(shù)；Pe為設(shè)備容量；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。,例2-1 已知某機(jī)修車間的金屬切削機(jī)床組，有電壓為380V的電動(dòng)機(jī)30臺(tái)，其總的設(shè)備容量為120kw。試求其計(jì)算負(fù)荷。,解：查表可得，Kd=0.16 ~ 0.2(取0.2計(jì)算)，cosФ=0.15, tgФ=1.73。 根據(jù)公式得： PC= KdPe= 0.2×120 = 24(KW) QC= PCtgФ= 24×1.73 = 41.52 (kvar) Sc= Pc/cosφ = 24/ 0.5 = 48 (kVA),2、多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,式中，n為用電設(shè)備組的組數(shù)，K∑p、K∑q分別為有功、無功同時(shí)系數(shù)，Pci，Qci為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。,解 : (1) 冷加工機(jī)床：查附錄表1可得Kd1=0.2，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73 Pc1= Kd1Pe1=0.2×50=10kW Qc1=Pc1tgφ1=10×1.73=17.3kvar (2)通風(fēng)機(jī)：Kd2=0.8，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75 Pc2= Kd2Pe2=0.8×2.4=1.92kW Qc2=Pc2tgφ2=1.92×0.75=1.44kvar,例2-2 一機(jī)修車間的380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kW，其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kW2臺(tái)，4kW2臺(tái)，2.2kW8臺(tái)；另接通風(fēng)機(jī)1.2kW2臺(tái)；電阻爐1臺(tái)2kW。試求計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)K∑p、K∑q均為0.9）。,(3)電阻爐：因只1臺(tái)，故其計(jì)算負(fù)荷等于設(shè)備容量 Pc3=Pe3=2kW Qc3=0 (4)車間計(jì)算負(fù)荷：,三、二項(xiàng)式法,(1)單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,式中，b、c為二項(xiàng)式系數(shù)；Pe∑是該組用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?；Px為x臺(tái)最大設(shè)備的總?cè)萘浚?dāng)用電設(shè)備組的設(shè)備總臺(tái)數(shù)n＜2x時(shí)，則最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)取x=n/2，且按“四舍五入”法取整，當(dāng)只有一臺(tái)設(shè)備時(shí)，可認(rèn)為Pc=Pe；tgφ為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。,(2)多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷,式中，（bPe∑）i為各用電設(shè)備組的平均功率,Pe∑是各用電設(shè)備組的設(shè)備總?cè)萘?；cPx為每組用電設(shè)備組中x臺(tái)容量較大的設(shè)備的附加負(fù)荷；（cPx）max為附加負(fù)荷最大的一組設(shè)備的附加負(fù)荷； tgφmax為最大附加負(fù)荷設(shè)備組的功率因數(shù)角的正切值。,例2-3 試用二項(xiàng)式法來確定例2-2中的計(jì)算負(fù)荷。 解: 求出各組的平均功率bPe和附加負(fù)荷cPx （１）金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)組 查附錄表1，取b1=0.14，c1=0.4，x1=5，cosφ1=0.5，tgφ1=1.73，x=5，則 (bPe∑)1=0.14×50=7kW (cPx)1=0.4(7.5×2+4×2+2.2×1)=10.08kW,（２）通風(fēng)機(jī)組 查附錄表1，取b2=0.65，c2=0.25，cosφ2=0.8，tgφ2=0.75，n=2＜2x，取x2=n/2=1，則 (bPe∑)2=0.65×2.4=1.56kW (cPx)2=0.25×1.2=0.3kW （３） 電阻爐 (bPe∑)3=2kW (cPx)3=0,顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負(fù)荷(cPx)1最大，故總計(jì)算負(fù)荷為 ： Pc=∑（bPe∑）i+（cPx）1 =(7+1.56+2)+10.08=20.64kW,比較例2-2和例2-3的計(jì)算結(jié)果可知，按二項(xiàng)式法計(jì)算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果大得多。 可見二項(xiàng)式法更適用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。,Qc=∑（bPe∑tgφ）i+（cPx） tgφ1 =(7×1.73+1.56×0.75+0)+10.08×1.73=30.72kvar,四、單相負(fù)荷計(jì)算,單相設(shè)備應(yīng)盡可能地均勻分布在三相上，以使三相負(fù)荷保持平衡。 單相負(fù)荷的計(jì)算如下： 1.三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相總?cè)萘康?5%時(shí)，單相設(shè)備可按三相負(fù)荷平衡計(jì)算。 2.三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘砍^三相總?cè)萘康?5%時(shí)，應(yīng)把單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再算出三相等效計(jì)算負(fù)荷。單相設(shè)備組等效三相設(shè)備容量的計(jì)算如下：,（1）單相設(shè)備接于相電壓時(shí) Pe = 3Pemφ 式中，Pemφ為最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量 （2）單相設(shè)備接于線電壓時(shí),①接于同一線電壓時(shí),②接于不同線電壓時(shí) 設(shè)接于三個(gè)線電壓的設(shè)備容量分別為P1、P2、P3，且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，P1＞P2＞P3，則等效三相設(shè)備容量為,（3）有的單相設(shè)備接于線電壓、有的單相設(shè)備接于相電壓時(shí) 應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分別計(jì)算各相的設(shè)備容量。 將線電壓的單相設(shè)備容量換算為相電壓的設(shè)備容量的換算公式為：,PAB、PBC、PCA為接于AB、BC、CA相間的有功設(shè)備容量；PeA、PeB、PeC為換算為 A、B、C相的有功設(shè)備容量； QeA、QeB、QeC為換算為A、B、C相的無功設(shè)備容量；pAB-A、qAB-A等為有功和無功換算系數(shù)。,等效三相設(shè)備容量計(jì)算出來后，就可以算出等效三相計(jì)算負(fù)荷： 第（1）和第（2）種情況可直接用需要系數(shù)法算出等效三相計(jì)算負(fù)荷； 第（3）種情況的等效三相計(jì)算負(fù)荷取其最大有功負(fù)荷相的計(jì)算負(fù)荷的3倍，即,式中，Pcmφ為最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷；Qcmφ為最大有功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷。,例2-4,某220/380V三相四線制線路上，裝有220V單相電熱干燥箱6臺(tái)、單相電加熱器2臺(tái)和380V單相對(duì)焊機(jī)6臺(tái)。電熱干燥箱20kW2臺(tái)接于A相，30kW1臺(tái)接于B相，10kW3臺(tái)接于C相；電加熱器20kW2臺(tái)分別接于B相和C相；對(duì)焊機(jī)14kW（ε=100%）3臺(tái)接于AB相，20kW（ε=100%）2臺(tái)接于BC相，46kW（ε=60%）1臺(tái)接于CA相。試求該線路的計(jì)算負(fù)荷。 解: 1.電熱干燥箱及電加熱器的各相計(jì)算負(fù)荷 查附錄表1得 Kd=0.7，cosφ=1，tgφ=0，因此只要計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷 A相 PcA1=KdPeA=0.7×20×2=28kW B相 PcB1=KdPeB=0.7×(30×1+20×1)=35kW C相 PcC1=KdPeC=0.7×(10×3+20×1)=35kW,2.對(duì)焊機(jī)的各相計(jì)算負(fù)荷 查附錄表1得 Kd=0.35，cosφ=0.7，tgφ=1.02 查表2-4得 cosφ=0.7時(shí)pAB-A=pBC-B=pCA-C=0.8 pAB-B=pBC-C=pCA-A=0.2 qAB-A=qBC-B=qCA-C=0.22 qAB-B=qBC-C=qCA-A=0.8,先將接于CA相的46kW（ε=60%）換算至ε=100%的設(shè)備容量，即,（1）各相的設(shè)備容量為 A相 PeA=pAB-APAB+pCA-APCA =0.8×14×3+0.2×35.63=40.73kW QeA=qAB-APAB+qCA-APCA =0.22×14×3+0.8×35.63=37.74kvar,B相 PeB=pBC-BPBC+pAB-BPAB =0.8×20×2+0.2×14×3=40.4kW QeB=qBC-BPBC+qAB-BPAB =0.22×20×2+0.8×14×3=42.4kvar C相 PeC=pCA-CPCA+pBC-CPBC =0.8×35.63+0.2×20×2=36.5kW QeC=qCA-CPCA+qBC-CPBC =0.22×35.63+--0.8×20×2=39.84kvar,（2）各相的計(jì)算負(fù)荷為 A相 PcA2=KdPeA=0.35×40.73=14.26kW QcA2=KdQeA=0.35×37.74=13.21kvar B相 PcB2=KdPeB=0.35×40.4=14.14kW QcB2=KdQeB=0.35×42.4=14.84kvar C相 PcC2=KdPeC=0.35×36.5=12.78kW QcC2=KdQeC=0.35×39.84=13.94kvar,3.各相總的計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)為0.95） A相 PcA=K∑（PcA1+PcA2） =0.95×（28+14.26）=40.15kW QcA= K∑（QcA1+QcA2） =0.95×（0+13.21）=12.55kvar B相 PcB= K∑（PcB1+PcB2） =0.95×（35+14.14）=46.68kW QcB= K∑（QcB1+QcB2） =0.95×（0+14.84）=14.10kvar,,C相 PcC= K∑（PcC1+PcC2） =0.95×（35+12.78）=45.39kW QcC= K∑（QcC1+QcC2） =0.95×（0+13.94）=13.24kvar 4.總的等效三相計(jì)算負(fù)荷 因?yàn)锽相的有功計(jì)算負(fù)荷最大，所以 Pcmφ= PcB=46.68kW Qcmφ=QcB=14.10kvar Pc=3Pcmφ=3×46.68=140.04kW Qc=3Qcmφ=3×14.10=42.3kvar,第四節(jié) 功率損耗和電能損耗,一、 供配電系統(tǒng)的功率損耗 供配電系統(tǒng)的功率損耗是指最大功率時(shí)功率損耗 。 1、線路的功率損耗： (1)線路功率損耗 ΔPWL=3IC2RWL*10-3 ΔQWL= 3IC2XWL*10-3 式中，Ic為線路的計(jì)算電流（A）；RWL為線路每相的電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻（Ω/km），L為線路的計(jì)算長度（km）；XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL =X0L，X0為線路單位長度的電抗（Ω/km）。 (2)變壓器的功率損耗 ㈠估算法 ΔPT=0.015Sc ΔQT=0.06 Sc,㈡精確法 ①有功功率損耗 ●鐵損△PFe 空載損耗△P0可認(rèn)為就是鐵損，所以鐵損又稱為空載損耗。 ●銅損△PCu 負(fù)載損耗△Pk可認(rèn)為就是額定電流下的銅損△PCu。 變壓器的有功功率損耗為,△PT ≈△P0+△Pkβ2,式中，SN為變壓器的額定容量；Sc為變壓器的計(jì)算負(fù)荷；β為變壓器的負(fù)荷率（β= Sc/SN）,②無功功率損耗 ●空載無功功率損耗 △Q0 ●負(fù)載無功功率損耗 △QL 變壓器的無功功功率損耗為：,式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值;Uk%為變壓器的短路電壓百分值。,二、供配電系統(tǒng)的電能損耗 （1） 線路電能損耗 最大損耗時(shí)間τ：當(dāng)線路或變壓器中以最大計(jì)算電流Ic流過τ小時(shí)后所產(chǎn)生的電能損耗，等于全年流過實(shí)際變化的電流時(shí)所產(chǎn)生的電能損耗。 線路電能損耗 △WL=△PWL*τ （2） 變壓器的電能損耗 △WT=△P0*8760+△Pk( SC/SN)2*τ,第五節(jié) 用戶負(fù)荷計(jì)算,一、負(fù)荷計(jì)算原則 是選擇電源進(jìn)線和一、二次設(shè)備的基本依據(jù)。 逐級(jí)計(jì)算法（用需要系數(shù)法）：從用電設(shè)備向電源方向逐級(jí)計(jì)算負(fù)荷。 二、負(fù)荷計(jì)算的步驟（以下圖為依據(jù)）,1.供給單臺(tái)用電設(shè)備的支線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中1點(diǎn)處）計(jì)算目的：用于選擇其開關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線截面 計(jì)算負(fù)荷為：,2.用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中2點(diǎn)處） 計(jì)算目的：用來選擇車間配電干線及干線上的電氣設(shè)備。 計(jì)算負(fù)荷為：,3.車間干線或多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中3點(diǎn)處）計(jì)算公式為：,4.車間變電所低壓母線計(jì)算負(fù)荷的確定（如圖中4點(diǎn)處） 計(jì)算目的：以此選擇車間變電所的變壓器容量。,5.車間變電所高壓母線的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中5點(diǎn)處）計(jì)算目的：以次選擇高壓配電線及其上的電氣設(shè)備。 計(jì)算公式：,估算：,,,6.總降變電所二次側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中6點(diǎn)處） 計(jì)算負(fù)荷為：,7.總降變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷確定（如圖中7點(diǎn)處） 計(jì)算負(fù)荷為：,第六節(jié) 尖峰電流的計(jì)算,尖峰電流Ipk是指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2秒的短時(shí)最大負(fù)荷電流。 它是由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、電壓波動(dòng)等原因引起的，尖峰電流比計(jì)算電流大的多。 計(jì)算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護(hù)裝置、計(jì)算電壓波動(dòng)及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。,1、單臺(tái)用電設(shè)備供電的支線尖峰電流計(jì)算 尖峰電流就是用電設(shè)備的起動(dòng)電流，即 Ipk = Ist = KstIN 式中，Ist為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；IN為用電設(shè)備的額定電流；Kst為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù) 。,2、給多臺(tái)用電設(shè)備供電的干線尖峰電流計(jì)算 計(jì)算公式為：,或,式中，Istmax為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流；（Ist－IN）max為用電設(shè)備組中起動(dòng)電流與額定電流之差為最大的那臺(tái)設(shè)備的起動(dòng)電流與額定電流電流之和； K∑為上述n–1臺(tái)設(shè)備的同時(shí)系數(shù)，其值按臺(tái)數(shù)多少選取，一般為0.7~1；Ic為全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流。,例2-5 有一380V配電干線，給三臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，已知IN1 =5A，IN2 =4A，IN3 =10A， Ist1 =35A，Ist2 =16A，Kst3=3，求該配電線路的尖峰電流。,解： Ist1 –IN1=35–5=30A Ist2 –IN2=16–4=12A Ist3 –IN3= Kst3IN 3–IN3=3×10–10=20A 可見，（Ist–IN）max=30A，則Istmax=35A，取K∑=0.9，因此該線路的尖峰電流為 Ipk= K∑（IN2 +IN3）+ Istmax =0.9×（4+10）+35=47.6A,第七節(jié) 功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償 一、功率因數(shù)的計(jì)算,1.瞬時(shí)功率因數(shù),2.最大負(fù)荷功率因數(shù),3.平均功率因數(shù) （1）由消耗的電能計(jì)算,式中，Wa為某一時(shí)間內(nèi)消耗的有功電能（kWh）；Wr為某一時(shí)間內(nèi)消耗的無功電能（kVAh）。,（2）由計(jì)算負(fù)荷計(jì)算,4.供電部門對(duì)用戶功率因數(shù)的要求 cosφ≥0.9,,,二、功率因數(shù)對(duì)供配電系統(tǒng)的影響及提高功率因數(shù)的方法,1、功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響 ● 電能損耗增加 △P=3I2R,● 電壓損失增大,在功率因數(shù)降低后，不得不降低輸送的有功功率P來控制電流I的值，這樣就降低了供電設(shè)備的供電能力。,2. 提高功率因數(shù)的方法 (1) 提高自然功率因數(shù) 自然功率因數(shù)是指未裝設(shè)任何補(bǔ)償裝置的實(shí)際功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)，采用科學(xué)措施減少用電設(shè)備的無功功率的需要量，使供配電系統(tǒng)總功率因數(shù)提高。,● 供電設(shè)備利用率降低,①合理選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào) ②防止電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行 ③保證電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量 ④合理選擇變壓器的容量 ⑤交流接觸器的節(jié)電運(yùn)行 (2) 人工補(bǔ)償功率因數(shù) ●并聯(lián)電容器 ●同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償 ●調(diào)相機(jī)(僅發(fā)無功功率的同步發(fā)電機(jī))補(bǔ)償 ●動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償,三、并聯(lián)電容器補(bǔ)償,1、并聯(lián)電容器的型號(hào) 并聯(lián)電容器的型號(hào)由文字和數(shù)字兩部分組成，型號(hào)各部分所表示的意義如下：,例如：BW0.4-12-1型即為單相戶內(nèi)型十二烷基苯浸漬的并聯(lián)電容器，額定電壓為0.4kV、容量為12kvar。,2. 補(bǔ)償容量和電容器臺(tái)數(shù)的確定 （1）采用固定補(bǔ)償 Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2）,式中，Qcc為補(bǔ)償容量；Pav為平均有功負(fù)荷，Pav =αPc或Wa/t，Pc為負(fù)荷計(jì)算得到的有功計(jì)算負(fù)荷，α為有功負(fù)荷系數(shù)，Wa為時(shí)間t內(nèi)消耗的電能； tgφav1為補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角的正切值；tgφav2為補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角的正切值；,（2）采用自動(dòng)補(bǔ)償 Qcc=Pc（tgφ1－tgφ2）,式中，QcN為單個(gè)電容器的額定容量（kvar）,例2-6 如某一工廠的計(jì)算負(fù)荷為2400kW，平均功率因數(shù)為0.67。要使其平均功率因數(shù)提高到0.9（在10kV側(cè)固定補(bǔ)償），問需要裝設(shè)多大容量的并聯(lián)電容器？如果采用BWF-10.5-40-1型電容器，需裝設(shè)多少個(gè)？ 解 tgφav1=tg(arccos0.67)=1.1080 tg φav2=tg(arccos0.9)=0.4843,Qcc=Pav（tgφav1－tgφav2） =0.75×2400×(1.1080-0.4843)＝1122.66kvar n= Qcc /qcN=1122.66/40=28個(gè) 考慮三相均衡分配，應(yīng)裝設(shè)30個(gè)，每相10個(gè)，此時(shí)并聯(lián)電容器的實(shí)際值為30×40=1200kvar，此時(shí)的實(shí)際平均功率因數(shù)為,滿足要求。,四、 并聯(lián)電容器的裝設(shè)與控制 1. 并聯(lián)電容器的結(jié)線 不同的接線方法其補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘坎煌?△形結(jié)線時(shí),Ｙ形結(jié)線時(shí),高壓電容器組接Ｙ形；容量較小(450Kvar)或低壓電容器組接△形。,2. 并聯(lián)電容器的裝設(shè)地點(diǎn) (1) 高壓集中補(bǔ)償 高壓集中補(bǔ)償是指將高壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變電所的6~10kV母線上。 補(bǔ)償范圍小，運(yùn)行維護(hù)方便，投資少，利用率高，大中企業(yè)用。 (2) 低壓集中補(bǔ)償 低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器集中裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上。 補(bǔ)償范圍中，經(jīng)濟(jì)，維護(hù)方便，用戶普遍應(yīng)用。,(3) 單獨(dú)就地補(bǔ)償 單獨(dú)就地補(bǔ)償（個(gè)別補(bǔ)償或分散補(bǔ)償）是指在個(gè)別功率因數(shù)較低的設(shè)備旁邊裝設(shè)補(bǔ)償電容器組。 補(bǔ)償范圍最大，效果最好，利用率低。,,,3.并聯(lián)電容器的控制方式 并聯(lián)電容器的投切是隨著負(fù)荷的變化，以某個(gè)參量進(jìn)行分組投切控制的，有：按功率因數(shù)進(jìn)行控制；按負(fù)荷電流進(jìn)行控制。,五、補(bǔ)償后全廠負(fù)荷和功率因數(shù)計(jì)算 1.負(fù)荷計(jì)算 若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器一次側(cè)，計(jì)算負(fù)荷為：,若補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)在變壓器二次側(cè)，則還要考慮變壓器的損耗：,其中△PT′、△QT′為考慮了補(bǔ)償容量Qcc后的變壓器的有功功率和無功功率損耗。 補(bǔ)償后總的視在計(jì)算負(fù)荷為,2.功率因數(shù)計(jì)算 （1）固定補(bǔ)償 一般計(jì)算其平均功率因數(shù)，補(bǔ)償后平均功率因數(shù),（2）自動(dòng)補(bǔ)償 一般計(jì)算其最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，補(bǔ)償后功率因數(shù)為,例2-6 有一工廠修建10/0.4kV的車間變電所，已知車間變電所低壓側(cè)的視在功率Sc1為800kVA，無功計(jì)算負(fù)荷Qc1為540kvar，現(xiàn)要求車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，如果在低壓側(cè)裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)償電容器，問補(bǔ)償容量需多少？補(bǔ)償后車間總的視在計(jì)算負(fù)荷（高壓側(cè)）降低了多少？ 解 （1）補(bǔ)償前 低壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷,低壓側(cè)的功率因數(shù) cosφ1=590.25/800=0.74 變壓器的功率損耗（設(shè)選低損耗變壓器） △PT=0.015Sc=0.015×800=12kW △QT=0.06Sc=0.06×800=48kvar 變電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷為 Pc2=Pc1+△PT=590.25+12=602.25kW Qc2=Qc1+△Q T=540+48=588kvar,變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)為 cosφ=602.25/841.7=0.716,(2)確定補(bǔ)償容量 現(xiàn)要求在高壓側(cè)不低于0.9，而補(bǔ)償在低壓側(cè)進(jìn)行，所以我們考慮到變壓器損耗，可設(shè)低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.92，來計(jì)算需補(bǔ)償?shù)娜萘?Qcc=Pc1（tgφ1–tgφ2） =590.25×（tgarccos0.74－tgarccos0.92） =285.03kvar 查附錄表2選BW0.4–14–1型電容器，需要的個(gè)數(shù)為 n=285.03/14=21個(gè) 實(shí)際補(bǔ)償容量為Qcc =21×14=294kvar,,,(3)補(bǔ)償后 變電所低壓側(cè)視在計(jì)算負(fù)荷,此時(shí)變壓器的功率損耗,變電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷,△S=841.7–663.84=177.86kVA 變電所高壓側(cè)的功率因數(shù),符合要求。如果結(jié)果小于0.9，則需重新計(jì)算，同時(shí)把一開始的設(shè)定值0.92取大一點(diǎn)，到cosφ＇的值滿足要求為止。 通過上述計(jì)算可得：需補(bǔ)償?shù)娜萘繛?94kvar，補(bǔ)償后車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.904，高壓側(cè)的總視在功率減少了177.86kVA。補(bǔ)償前車間變電所變壓器容量應(yīng)選1000kVA，補(bǔ)償后選800kVA即滿足要求。,第三章 短路電流計(jì)算,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 無限大容量系統(tǒng)三相短路分析 第三節(jié) 無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算 第四節(jié) 兩相和單相短路電流計(jì)算 第 五節(jié) 短路電流的效應(yīng),短路是指不同相之間，相對(duì)中線或地線之間的直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接。本章討論和計(jì)算供配電系統(tǒng)在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計(jì)算的目的主要是供母線、電纜、設(shè)備的選擇和繼電保護(hù)整定計(jì)算之用。,第一節(jié) 概述,一、短路的種類,三相交流系統(tǒng)的短路的種類主要有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路。,二、短路的原因,(1)電力系統(tǒng)中電器設(shè)備載流導(dǎo)體的絕緣損壞。 造成絕緣損壞的原因主要有設(shè)備絕緣自然老化，操作過電壓，大氣過電壓，絕緣受到機(jī)械損傷等。 (2)運(yùn)行人員不遵守操作規(guī)程，如帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘拆除地線合閘。 (3)鳥獸跨越在裸露導(dǎo)體上。,三、短路的危害 1. 短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將絕緣損壞。 2. 短路產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力，使電氣設(shè)備受到機(jī)械損壞。,3. 短路使系統(tǒng)電壓降低，電流升高，電器設(shè)備正常工作受到破壞。 4. 短路造成停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來損失，給人民生活帶來不便。 5. 嚴(yán)重的短路將電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使同步發(fā)電機(jī)失步。 6. 單相短路產(chǎn)生的不平衡磁場(chǎng)，對(duì)通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。,四、防止短路對(duì)策,預(yù)防性試驗(yàn) 正確安裝和維護(hù)防雷設(shè)備 文明施工 嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,五、短路電流計(jì)算的目的,1. 正確地選擇和校驗(yàn)各種電器設(shè)備 2. 計(jì)算和整定保護(hù)短路的繼電保護(hù)裝置 3. 選擇限制短路電流的電器設(shè)備,第二節(jié) 無限大容量系統(tǒng)三相短路分析,一、無限大容量系統(tǒng),所謂“無限大容量系統(tǒng)”指端電壓保持恒定，沒有內(nèi)部阻抗以及容量無限大的系統(tǒng)。 無限大容量系統(tǒng)：US=常數(shù)α，XS=0, SS=∞,二、 無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程,1、正常運(yùn)行 設(shè)電源相電壓為,阻抗角,式中，電流幅值,正常運(yùn)行電流為：,2. 三相短路分析,無限大容量系統(tǒng)三相短路圖 （a）系統(tǒng)圖,無限大容量系統(tǒng)三相短路圖 （b）三相電路圖 （c）單相等效電路圖,設(shè)在圖中K點(diǎn)發(fā)生三相短路。 定性分析：三相短路，阻抗突變，發(fā)生暫態(tài)過渡過程，k點(diǎn)右側(cè)，沒有電源，電流衰減到零，k點(diǎn)左側(cè)有電源，L↓,I↑,I不突變，出現(xiàn)周期容量 定量分析：短路電流應(yīng)滿足微分方程,其解為,其中短路電流周期分量幅值 ：,為短路回路阻抗角；,為短路回路時(shí)間常數(shù)；,為短路電流非周期分量初值。,在短路瞬間t=0時(shí)，短路前工作電流與短路后短路電流相等，即,由上式求出inp0，并帶入ik表達(dá)式中，則：,無限大容量系統(tǒng)三相短路時(shí)的短路電流波形圖,3. 最嚴(yán)重三相短路的短路電流,三相短路時(shí)的相量圖,產(chǎn)生最嚴(yán)重短路電流的條件： (1)短路瞬時(shí)電壓過零 α=0或1800 (2)短路前空載或 cosΦ=1 (3)短路回路純電感 ΦK=900,將Im=0,a=0,?k=90o代入上式，得,最嚴(yán)重三相短路時(shí)的電流波形圖,四、 三相短路的有關(guān)物理量,1.短路電流周期分量有效值IP,式中，Uav =1.05UN （kV）, 線路平均額定電壓； (Ω)為短路回路總阻抗。,2.次暫態(tài)短路電流,次暫態(tài)短路電流是短路電流周期分量在短路后第一個(gè)周期的有效值,用 I″表示。在無限大容量系統(tǒng)中， 短路電流周期分量不衰減，即I″=IP,3.短路全電流有效值 由于短路電流含有非周期性分量，短路全電流不是正弦波，短路過程中短路全電流的有效值Ik（t），是指以該時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)短路全電流瞬時(shí)值的均方根值，即,4.短路沖擊電流和沖擊電流有效值,（1）短路沖擊電流ish是短路全電流的最大瞬時(shí)值，出現(xiàn)在短路后半個(gè)周期，即t=0.01秒時(shí)，得,為短路電流沖擊系數(shù)。,純電阻性電路，ksh=1；純電感性電路，ksh =2。因此0≤ksh≤2。,（2）短路沖擊電流有效值Ish是短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值。,在高壓系統(tǒng)發(fā)生三相短路，可取Ksh=1.8，因此,Ish=1.52 IP,在低壓系統(tǒng)發(fā)生三相短路， 可取Ksh=1.3 ，因此,Ish=1.09 IP,5.穩(wěn)態(tài)短路電流I∞,穩(wěn)態(tài)短路電流有效值是短路電流非周期分量衰減完后的短路電流有效值，用I∞表示。在無限大容量系統(tǒng)中，I∞＝Ip。,6.短路容量 SK 三相短路容量是選擇斷路器時(shí)，校驗(yàn)其斷路能力的依據(jù)，它根據(jù)計(jì)算電壓即平均額定電壓進(jìn)行計(jì)算，即,式中，SK為三相短路容量（MVA）；Uav為短路點(diǎn)所在級(jí)的線路平均額定電壓（kV）；Ik為短路電流（kA）。,第三節(jié) 無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算,通常采用標(biāo)幺值計(jì)算，以簡化計(jì)算，便于比較分析。,一、標(biāo)幺制,用相對(duì)值表示元件的物理量，稱為標(biāo)幺制。,容量、電壓、電流、阻抗的標(biāo)幺值分別為,,,基準(zhǔn)值的選取是任意的，但為簡化計(jì)算，取Sd=100MVA , 。,基準(zhǔn)容量Sd、基準(zhǔn)電壓Ud、基準(zhǔn)電流Id和基準(zhǔn)阻抗Zd亦遵循功率方程 和電壓方程 。四個(gè)基準(zhǔn)值中只有二個(gè)基準(zhǔn)值是獨(dú)立的，通常選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，按下式求出基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)阻抗。,注意：用基準(zhǔn)容量和元件所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓計(jì)算的阻標(biāo)標(biāo)幺值，和將元件的阻抗換算到短路點(diǎn)所在的電壓等級(jí)，再用基準(zhǔn)容量和短路點(diǎn)所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓計(jì)算的阻抗標(biāo)幺值相同，即變壓器的變比標(biāo)幺值等于1，從而避免了多級(jí)電壓系統(tǒng)中阻抗的換算。短路回路總電抗的標(biāo)幺值可直接由各元件的電抗標(biāo)幺值相加而得。,采用標(biāo)幺制計(jì)算短路電流其優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡單、清晰；變壓器的變比標(biāo)幺值等于1；相值、線值的標(biāo)幺值相等。,二、短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗,1、線路的電抗標(biāo)幺值,式中，l為線路長度（km），R0和X0為線路單位長度的電阻電抗（Ω/km）,Sd為基準(zhǔn)容量（MVA），Ud為線路所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓（kV）。,2、變壓器的電抗標(biāo)幺值,3．電抗器的電抗標(biāo)幺值,式中，SN為額定容量（MVA）和為UK%阻抗電壓。,式中，UL.N電抗器的額定電壓、IL.N為電抗器的額定電流、電抗器的電抗百分?jǐn)?shù)XL%,4．電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值,①無限大容量系統(tǒng) XS=0,②已知系統(tǒng)電抗有名值XS,③已知系統(tǒng)的短路容量SK,④已知系統(tǒng)出口斷路器的短路容量SOC,5．短路回路總阻抗,,若 ＜ 時(shí)，可略去電阻， = 。,三、三相短路電流計(jì)算,無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流的周期分量的幅值和有效值保持不變，短路電流的有關(guān)物理量I″、Ish、ish、I∞和Sk都與短路電流周期分量有關(guān)。因此，只要算出短路電流周期分量的有效值，短路其它各量按前述公式很容易求得，采用的標(biāo)幺值計(jì)算。,而,故,1．三相短路電流周期分量有效值,短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值等于短路回路總阻抗標(biāo)幺值的倒數(shù)。即,短路電流周期分量有效值為,2、沖擊短路電流,而沖擊短路電流和沖擊短路電流有效值為,高壓 ish=2.55IK Ish=1.52IK 低壓 ish=1.84IK Ish=1.09IK,3、三相短路容量,或,上式表示，三相短路容量數(shù)值上等于基準(zhǔn)容量與三相短路電流標(biāo)幺值或與三相短路容量標(biāo)幺值的乘積，三相短路容量的標(biāo)幺值等于三相短路電流的標(biāo)幺值。,4、短路電流的計(jì)算步驟,①畫出短路計(jì)算系統(tǒng)圖，包含與短路計(jì)算所有元件的單線系統(tǒng)，標(biāo)出元件的參數(shù)，短路點(diǎn)。 ②畫出短路計(jì)算系統(tǒng)圖的等值電路圖，一個(gè)元件用一個(gè)電抗表示，電源用一個(gè)小圓表示，并標(biāo)出短路點(diǎn)，同時(shí)標(biāo)出元件的序號(hào)和阻抗值，一般分子標(biāo)序號(hào)，分母標(biāo)阻抗值。 ③選基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計(jì)算元件的標(biāo)幺值電抗。 ④簡化等值電路圖，求出短路總阻抗標(biāo)幺值。簡化時(shí)電路的各種簡化方法都可以使用，如串聯(lián)、并聯(lián)、Δ-Y或Y-Δ變換、等電位法等。,⑤計(jì)算短路電流標(biāo)幺值，短路電流有名值和短路其它各量。即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。 下面舉例說明：,例3-1 試求圖中供電系統(tǒng)總降變電所10kV母線上K1點(diǎn)和車間變電所380V母線上K2點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流和短路容量，以及K2點(diǎn)三相短路流經(jīng)變壓器3T一次繞組的短路電流。,Soc=1000MVA,5km,1km,解：1．由上面短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖畫出短路電流計(jì)算等效電路圖,如下圖所示。由斷路器斷流容量估算系統(tǒng)電抗，用X1表示。,2．取基準(zhǔn)容量Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ud = Uav，三個(gè)電壓的基準(zhǔn)電壓分別為:,計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值:,線路1WL,變壓器1T和2T,線路2WL,變壓器3T,3、計(jì)算K1點(diǎn)三相短路時(shí)的短路電流,系統(tǒng)S,（1）計(jì)算短路回路總阻抗標(biāo)幺值,短路回路總阻抗為,（2）計(jì)算K1點(diǎn)所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流,（3）計(jì)算短路電流各值,4．計(jì)算K2點(diǎn)三相短路時(shí)的短路電流,（1）計(jì)算短路回路總阻抗標(biāo)幺值，短路回路總阻抗標(biāo)幺值為,*,（2）計(jì)算K2點(diǎn)所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流,（3）計(jì)算K2點(diǎn)三相短路時(shí)短路各量,5．計(jì)算K2點(diǎn)三相短路流經(jīng)變壓器3T一次繞組的短路電流 I'K2,有二種計(jì)算方法。,（1）方法1由短路計(jì)算等效電路圖中可看出:,K2點(diǎn)短路時(shí)流經(jīng)變壓器3T一次繞組的三相短路電流標(biāo)幺值與短路點(diǎn)K2的短路電流標(biāo)幺值相同，用變壓器3T一次繞組所在電壓級(jí)的基準(zhǔn)電流便可求出流經(jīng)變壓器3T一次繞組的短路電流。,（2）方法2,將K2點(diǎn)三相短路電流變換到變壓器3T的一次側(cè)，此時(shí)變壓器變比應(yīng)采用平均額定電壓 ，即基準(zhǔn)電壓變比。,四、電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響,供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，接在短路點(diǎn)附近運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)可能大于電動(dòng)機(jī)所在處系統(tǒng)的殘壓，此時(shí)電動(dòng)機(jī)將和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送短路電流。同時(shí)電動(dòng)機(jī)迅速受到制動(dòng)，它所提供的短路電流很快衰減，一般只考慮電動(dòng)機(jī)對(duì)沖擊短路電流的影響，如圖所示。,電動(dòng)機(jī)提供的沖擊短路電流可按下式計(jì)算 ：,式中，Ksh·M為電動(dòng)機(jī)的短路電流沖擊系數(shù)，低壓電動(dòng)機(jī)取1.0，高壓電機(jī)取1.4~1.6； 為電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電勢(shì)標(biāo)幺值； 為電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值；IN·M為電動(dòng)機(jī)額定電流。,實(shí)際計(jì)算中，只有當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)單機(jī)或總?cè)萘看笥?000kW，低壓電動(dòng)機(jī)單機(jī)或總?cè)萘看笥?00kW，在靠近電動(dòng)機(jī)引出端附近發(fā)生三相短路時(shí)，才考慮電動(dòng)機(jī)對(duì)沖擊短路電流的影響，考慮電動(dòng)機(jī)的影響后，短路點(diǎn)的沖擊短路電流為 ish.Σ= isｈ + isｈ.M,,第四節(jié) 兩相和單相短路電流計(jì)算,目的：用于繼電保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。,一、兩相短路電流的計(jì)算,無限大容量系統(tǒng)兩相短路示意圖,1. 無限大容量系統(tǒng)兩相短路電流 無限大容量系統(tǒng)兩相短路電流時(shí)，其短路電流為 ：,式中，Uav為短路點(diǎn)的平均額定電壓，Zk為短路回路一相總阻抗。,2. 兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系 兩相短路電流計(jì)算公式與三相短路電流計(jì)算公式相比，可得兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系，并同樣適用于沖擊短路電流，即,因此：無限大容量系統(tǒng)短路時(shí)，兩相短路電流較三相短路電流小。,二、單相短路電流的計(jì)算,在工程計(jì)算中，大接地電流系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)，單相短路電流可用下式進(jìn)行計(jì)算：,式中，Ｕav為短路點(diǎn)的平均額定電壓;ZP-0為單相短路回路相線與大地或中線的阻抗，可按下式計(jì)算：,RT、XT為變壓器的相等效電阻和電抗；RP-0、XP-0為相線與大地或中線回路的電阻和電抗。,因此：在無限大容量系統(tǒng)中或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)處短路時(shí)，單相短路電流較三相短路電流小。,第五節(jié) 短路電流的效應(yīng),供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流非常大。短路電流通過導(dǎo)體或電器設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和產(chǎn)生很高的溫度，稱為短路的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)。,一、短路電流的電動(dòng)力效應(yīng),導(dǎo)體通過電流時(shí)相互間電磁作用產(chǎn)生的力，稱為電動(dòng)力。正常工作時(shí)電流不大，電動(dòng)力很小。短路時(shí)，特別是短路沖擊電流流過瞬間，產(chǎn)生的電動(dòng)力最大。,1.兩平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力,兩導(dǎo)體間由電磁作用產(chǎn)生的電動(dòng)力的方向由左手定則決定，大小相等，由下式?jīng)Q定:,式中，l為導(dǎo)體的兩相鄰支持點(diǎn)間的距離（cm）；a為兩導(dǎo)體軸線間距離（cm）；Kf為形狀系數(shù)，圓形、管形導(dǎo)體Kf=1，矩形導(dǎo)體根據(jù) 和 查圖3-12曲線。,2.三相平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力,⑴三相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力為：,⑵兩相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力為：,由于兩相短路沖擊電流與三相短路沖擊電流的關(guān)系為 ：,因此，兩相短路和三相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力也具有下列關(guān)系:,由此可見，三相短路時(shí)導(dǎo)體受到的電動(dòng)力比兩相短路時(shí)導(dǎo)體受到的電動(dòng)力大。,二、短路電流的熱效應(yīng),1.短路發(fā)熱特點(diǎn),導(dǎo)體通過電流，產(chǎn)生電能損耗，轉(zhuǎn)換成熱能，使導(dǎo)體溫度上升。 正常運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體通過負(fù)荷電流，產(chǎn)生熱能使導(dǎo)體溫度升高，同時(shí)向?qū)w周圍介質(zhì)散失。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量等于向介質(zhì)散失的熱量，導(dǎo)體的溫度維持不變。 短路時(shí)由于繼電保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障，短路電流的持續(xù)時(shí)間很短，近似認(rèn)為很大的短路電流在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的很大熱量全部用來使導(dǎo)體溫度升高，不向周圍介質(zhì)散熱,即短路發(fā)熱是絕熱過程。由于導(dǎo)體溫度上升很快，導(dǎo)體的電阻和比熱不是常數(shù)，而是隨溫度變化。,2.短路熱平衡方程,短路時(shí)導(dǎo)體溫度的變化,短路發(fā)熱可近似為絕熱過程，短路時(shí)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的能量等于導(dǎo)體溫度升高吸收的能量，導(dǎo)體的電阻率和比熱也隨溫度變化，其熱平衡方程如下：,將,代入上式得：,整理得：,式中， 是導(dǎo)體0℃時(shí)的電阻率 ；α為 的溫度系數(shù)；C0為導(dǎo)體0℃時(shí)的比熱; β為C0的溫度系數(shù); S為導(dǎo)體的截面積(mm2); l為導(dǎo)體的長度（Km）;IKt為短路全電流的有效值(A); AK和AL為短路和正常的發(fā)熱系數(shù);對(duì)某導(dǎo)體材料，A值僅是溫度的函數(shù)，即 ：,3.短路產(chǎn)生的熱量,短路發(fā)熱假想時(shí)間,一般采用等效方法計(jì)算，用穩(wěn)態(tài)短路電流計(jì)算實(shí)際短路電流產(chǎn)生的熱量。由于穩(wěn)態(tài)短路電流不同于短路全電流，需要假定一個(gè)時(shí)間，稱為假想時(shí)間tima。在此時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)態(tài)短路電流所產(chǎn)生的熱量等于短路全電流Ik（t）在實(shí)際短路持續(xù)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量。,短路電流產(chǎn)生的熱量可按右式計(jì)算：,短路發(fā)熱假想時(shí)間可按右式計(jì)算 ：,式中，tk為短路持續(xù)時(shí)間，它等于繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間top和斷路器斷路時(shí)間toc之和，即,在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生短路，,當(dāng),可認(rèn)為,4.導(dǎo)體短路發(fā)熱溫度,,為使導(dǎo)體短路發(fā)熱溫度計(jì)算簡便，工程上一般利用導(dǎo)體發(fā)熱系數(shù)A與導(dǎo)體溫度θ的關(guān)系曲線 , 確定短路發(fā)熱溫度θk。,圖1：θ—A關(guān)系曲線,圖2：由θL求θK的步驟,由θL求θK 的步驟如下：,①由導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)的溫度θL從圖2中查出導(dǎo)體正常發(fā)熱系數(shù)AL,②計(jì)算導(dǎo)體短路發(fā)熱系數(shù)AK,③由AK從θ—A關(guān)系曲線查得短路發(fā)熱溫度θK,5.短路熱穩(wěn)定最小截面,根據(jù)短路發(fā)熱允許溫度θK.al，可由 曲線計(jì)算導(dǎo)體短路熱穩(wěn)定的最小截面的方法如下：,①由θL和θK.al，從θ—A曲線分別查出AL和AK,②計(jì)算短路熱穩(wěn)定最小截面Smin,小 結(jié),本章簡述了供配電系統(tǒng)短路的種類、原因及危害。 分析了無限大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程。 重點(diǎn)講述了標(biāo)幺制、短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗和三相短路電流計(jì)算。 簡述了電動(dòng)機(jī)對(duì)沖擊短路電流的影響、兩相短路和單相短路電流的計(jì)算。 講述了短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)。,要求 （1）熟悉短路的種類、原因，無限大容量系統(tǒng)的特征、無限大容量系統(tǒng)三相短路的特點(diǎn)、最嚴(yán)重 三相短路電流的條件，兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系三相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力，短路熱穩(wěn)定最小截面。 （2）掌握短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗和三相短路電流、沖擊短路電流和短路容量的計(jì)算。,習(xí) 題 1.短路的種類有————、————、————。 2.短路的原因有————、————、————。 3.無限大容量系統(tǒng)的特征————、————、————。 4.————————稱為標(biāo)幺值。 5.最嚴(yán)重三相短路電流的條件是————、————、————。 6.短路電流通過導(dǎo)體或電器設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生很大電動(dòng)力和和很高溫度，稱為短路電流的——和——。,1.三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路 2.絕緣損壞老化、誤操作、鳥獸跨越在裸露導(dǎo)體上 3.Us=常數(shù)， Xs=0, Ss=∞ 4.任意一個(gè)物理量的有名值與基準(zhǔn)值的比值 5.短路前空載或cosΦ=1、短路瞬時(shí)電壓過零α=0或180o、短路回路純電感ΦK=90o 6.電動(dòng)力效應(yīng)、熱效應(yīng),