建筑電氣第三章4

3供電與配電(pèidiàn)系統(tǒng)精品資料目錄負荷分級與供電要求1電壓與電壓質量2電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓供配電接地形式3供配電線路結構形式4變配電所及其主結線5負荷計算6短路電流計算7精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.5變配電所及其主結線3.5.1變配電所種類變電所，配電所；區(qū)域變電所或總降壓變電所；用戶(yònghù)變電所；車間變電所；開閉所。1.單母線不分段結線3.5.3有母線主結線精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.5變配電所及其主結線2.帶旁路(pánɡlù)母線的單母線結線3.單母線分段結線

3.5.3有母線主結線精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.5變配電所及其主結線4.雙母線(mǔxiàn)結線

3.5.3有母線主結線精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.5變配電所及其主結線1.變壓器—線路(xiànlù)單元結線

3.5.4無母線主結線精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.5變配電所及其主結線2.橋式結線1）內橋結線2)外橋結線

3.5.4無母線主結線精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.5變配電所及其主結線1.主變壓器臺數(shù)選擇2.主變壓器容量選擇1）變電所單臺主變壓器容量選擇2）變電所裝有兩臺及以上主變壓器容量選擇3.選擇變壓器的其他(qítā)規(guī)定

3.5.5變配電所主變壓器選擇精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.6負荷(fùhè)計算1.負荷計算的意義和目的

負荷計算主要包括：

(1)求計算負荷。(2)求尖峰電流(3)求平均負荷。2.用電設備的工作制

(1)長期連續(xù)工作制：(2)短時工作制：(3)斷續(xù)周期工作制：負荷持續(xù)率一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值負荷持續(xù)率換算公式為：

（3-20）

3.6.1概述精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.6負荷(fùhè)計算1.負荷計算的意義和目的

負荷計算主要包括：

(1)求計算負荷。(2)求尖峰電流(3)求平均負荷。2.用電設備的工作制

(1)長期連續(xù)工作制：(2)短時工作制：(3)斷續(xù)周期工作制：負荷持續(xù)率一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值在進行負荷計算時，斷續(xù)周期工作制設備要換算到統(tǒng)一負荷持續(xù)率下的負荷，負荷持續(xù)率換算公式為：

（3-20）

3.6.1概述精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.6負荷(fùhè)計算3.設備容量計算用電設備的額定容量是指用電設備在額定電壓下，在規(guī)定的使用壽命內能連續(xù)輸出或耗用的最大功率。對電機、電爐、電燈等設備，額定容量均用有功功率PN表示，單位為W或kW；對變壓器和電焊機等設備，額定容量則一般用視在功率SN表示，單位為VA或kVA；對電容器類設備，額定容量則用無功功率QC表示，單位為var或kvar。將不同工作制的用電設備的額定容量換算為統(tǒng)一規(guī)定工作制下的額定容量，這個經(jīng)過換算后的額定容量就稱為設備容量，用Pe表示。

3.6.1概述精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.6負荷(fùhè)計算4.負荷曲線(1)負荷曲線

負荷曲線是表征用電負荷隨時間變化的關系曲線。(2)與負荷計算有關的幾個物理量

①年最大負荷和30分鐘最大平均負荷

年最大負荷是指一年當中的最大工作班內，以半小時(30分鐘)為時間統(tǒng)計單位的平均功率的最大值。用符號Pm、Qm、Sm、Im分別表示年有功、無功、視在最大負荷和最大的負荷電流。②年最大負荷利用小時數(shù)Tm

③

平均負荷和負荷率

3.6.1概述精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.6負荷(fùhè)計算4.負荷曲線(1)負荷曲線

負荷曲線是表征用電負荷隨時間變化的關系曲線。(2)與負荷計算有關的幾個物理量

①年最大負荷和30分鐘最大平均負荷

年最大負荷是指一年當中的最大工作班內，以半小時(30分鐘)為時間統(tǒng)計單位的平均功率的最大值。用符號Pm、Qm、Sm、Im分別表示年有功、無功、視在最大負荷和最大的負荷電流。②年最大負荷利用小時數(shù)Tm

③

平均負荷和負荷率

3.6.2需要系數(shù)法精品資料上次(shànɡcì)課內容回顧3.6負荷(fùhè)計算3.6.2需要系數(shù)法

1.單組三相設備(用電設備組)的計算負荷需要系數(shù)法計算單組設備的公式為：

Pm=KdPe

（3-24）（3-25）（3-26）（3-27）式中：用電設備組功率因數(shù)的正切值。UN用電設備的額定電壓。精品資料上次課內容(nèiróng)回顧3.6負荷(fùhè)計算3.6.2需要系數(shù)法2.多組三相用電設備的計算負荷有功同時系數(shù)KΣp取0.8～0.95；無功同時系數(shù)KΣq取0.85～0.97。

需要系數(shù)法計算多組設備的公式為：（3-28）（3-29）（3-30）（3-31）式中：、、、多組用電設備的總計算有功功率、總計算無功功率、總計算視在功率、總計算電流。、第i組用電設備的計算有功功率、計算無功功率。

精品資料需要系數(shù)法適合于計算總負荷。負載的數(shù)量、容量越大，用需要系數(shù)法計算得越準確。當設備臺數(shù)較少時，用需要系數(shù)法計算，結果偏小，當設備只有一兩臺(liǎnɡtái)時，不合適用需要系數(shù)法。二項式系數(shù)法既考慮到了電氣設備組的總負荷，又計入了設備組中少數(shù)大容量設備對計算負荷的影響，因此在計算電氣設備臺數(shù)較少而容量差別較大的線路時，比較合適。3.6負荷(fùhè)計算3.6.3二項式系數(shù)法

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

1.單組用電設備的計算負荷二項式系數(shù)法計算單組用電設備的公式為：Pm=bPe+cPx（3-32）式中：b、c二項式系數(shù)，其中b為平均負荷系數(shù)，c為最大負荷系數(shù)。Pxx臺最大容量的設備總容量。(3-32)式中，等式右邊第一項是用電設備組的平均負荷，第二項是X臺容量最大的設備投入運行時的附加負荷。如果設備組只有一、兩臺設備時，就可以直接(zhíjiē)用設備容量作為計算負荷使用而無需用二項式系數(shù)法。單組用電設備的的計算無功負荷Qm、計算視在負荷Sm和計算電流Im的計算公式與需要系數(shù)法的(3-22)、(3-23)、(3-24)式相同。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2.多組用電設備(shèbèi)的計算負荷二項式系數(shù)法求多組用電設備(shèbèi)的總計算有功功率的公式為：（3-33）式中：各組平均有功負荷之和。各組附加負荷中最大的一組?？傆嬎銦o功功率的公式為：（3-34）式中：各組平均無功負荷之和。最大附加負荷設備(shèbèi)組的平均功率因數(shù)角對應的正切值。多組用電設備(shèbèi)的計算視在負荷Sm和計算電流Im的計算公式與需要系數(shù)法的(3-30)、(3-31)式相同。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

部分用電設備組的需要系數(shù)、二項式系數(shù)、功率因數(shù)值及部分企業(yè)的全廠需要系數(shù)、功率因數(shù)、年最大有功負荷利用小時參考值，見附錄2-2、2-3。需要說明(shuōmíng)的是：在二項式系數(shù)中，當用電設備的總臺數(shù)n少于附錄2-2中規(guī)定的最大容量設備臺數(shù)x的2倍時，則x宜相應減小，可用x=n/2，并按四舍五入取整數(shù)。例如附錄2-2中通風機組電動機的最大容量設備臺數(shù)x=5，現(xiàn)有通風機組電動機共5臺，其最大容量設備臺數(shù)應取x=5/2≈3。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

例3-4已知某企業(yè)(qǐyè)擁有380V三相金屬冷加工機床，功率15kW的2臺，12kW的4臺，5.5kW的12臺，試用二項式系數(shù)法求計算負荷。解：查附錄2-2，小批金屬冷加工機床的，，，，。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

例3-5已知例3-4中的企業(yè)除了擁有380V三相金屬冷加工機床之外，還有三相通風機3kW的5臺，1kW的2臺；三相電阻爐4kW，2.5kW各2臺。試用二項式系數(shù)法求企業(yè)總計算負荷。解：1)金屬冷加工機床組（由例3-4可知結果(jiēguǒ)）2)通風機組查附錄2-2得：b=0.65，c=0.25，x=5，，。因通風機總共只有7臺，所以實際取x=7/2≈4臺。

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

3)電阻爐組查附錄2-2得：b=0.7，c=0.3，x=2，，。

4)總計算(jìsuàn)負荷，

精品資料在項目評估、立項、規(guī)劃、工程方案設計階段等可以采用較系數(shù)法更簡單的一些方法來大致確定總負荷。1.單位產(chǎn)品耗電量法這種方法適用于生產(chǎn)企業(yè)，根據(jù)(gēnjù)企業(yè)年生產(chǎn)量M、生產(chǎn)單位產(chǎn)品的電能消耗量ω，見附錄2-4和企業(yè)的最大負荷利用小時數(shù)Tm，見附錄2-5。得出：（3-35）3.6負荷(fùhè)計算3.6.4估算法

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2.負荷密度法負荷密度法常見于民用負荷的初步估算。當已知場所面積S和單位面積的電負荷密度ρ時，平均負荷Pav或Sav可按下式計算：Pav=ρ·S（3-36）Sav=ρ·S（3-37）照明裝置單位面積耗電量，見附錄(fùlù)2-6；照明負荷密度值，見附錄(fùlù)2-7；變壓器容量密度參考值，見附錄(fùlù)2-8。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

3.其他估算法負荷估算法，除了上面介紹(jièshào)常用的兩種之外還有許多。例如民用中，用每住戶額定用電量和住戶數(shù)量可統(tǒng)計出住宅建筑的總負荷；用人均用電量和城市人口可統(tǒng)計出城市總用電量、總負荷；用每個職工每年平均耗電量和企業(yè)職工總數(shù)可計算出企業(yè)每年總耗電量、總負荷等等。精品資料1.概述在建筑物里，除了廣泛應用三相電氣設備外，還有大量(dàliàng)的電光源、家用電器、辦公電器、電焊機、小型電阻爐等單相設備。單相設備接在三相線路中，首先應盡可能均衡分配，使三相負荷盡可能地平衡。如果三相線路中單相設備的總容量不超過三相設備總容量的15％，則不論單相設備如何分配，單相設備可與三相設備綜合按三相負荷平衡計算。如果單相設備容量超過三相設備容量的15％時，則應將單相設備容量換算為等效三相設備容量，再與三相設備容量相加。3.6負荷(fùhè)計算3.6.5單相用電負荷計算

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

由于確定計算負荷的目的，主要是為了選擇(xuǎnzé)供配電系統(tǒng)中的設備和導線(包括電纜)，使設備和導線在通過最大負荷電流時不致過熱或損壞，因此在接有較多單相設備的三相線路中，不論單相設備接于相電壓還是線電壓，只要三相負荷不平衡，就應以最大負荷相有功負荷的3倍作為等效三相有功負荷，以滿足安全運行的要求。2.單相設備等效三相負荷的計算1）單相設備接于相電壓先用系數(shù)法計算出L1、L2、L3三相各自的單相總計算負荷，再找出最大負荷相，等效三相負荷為最大負荷相計算負荷的三倍，即：（3-38）精品資料3.6負荷(fùhè)計算

例3-6已知某單位宿舍的照明負荷(熒光燈)，L1相總設備容量為10kW、L2相總設備容量為11kW、L3相總設備容量為9.5kW。試用需要系數(shù)法求等效三相照明負荷。解：查附錄2-2得：(取0.8)，，，則各相計算負荷：L1相：L2相：L3相：最大負荷相為L2，所以三相等效負荷為:等效三相的無功、視在功率和計算電流(diànliú)也可由需要系數(shù)法公式算出，略。

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2)單相(dānxiānɡ)設備接于線電壓單相(dānxiānɡ)設備接于線電壓下時，負荷應按照一定比例分配到相關兩相中。負荷分配的方法有兩種：①負荷均分法即接于線電壓下的單相(dānxiānɡ)負荷，相關兩相各分一半負荷。這種方法只在時才完全準確。具體計算公式為：接于L1和L2之間的負荷為PL12，L2和L3之間的負荷為PL23，L3和L1之間的負荷為PL31。假定三個線間負荷PL12>PL23>PL31，當PL23>0.15PL12時：Peq=1.5(PL12+PL23)（3-39）當PL23≤0.15PL12時：（3-40）當只有PL12，PL23=PL31=0，時：（3-41）精品資料3.6負荷(fùhè)計算

例3-7室外一條照明線路采用380V600W高壓鈉燈，L1、L2兩相間接有20盞，L2、L3兩相間(xiāngjiàn)接有21盞，L3、L1兩相間(xiāngjiàn)接有19盞。試計算這條照明線路上的等效三相計算負荷。解：查附錄4-6得：，，，則各相間(xiāngjiàn)計算負荷：L1、L2兩相間(xiāngjiàn)計算負荷：L2、L3兩相間(xiāngjiàn)計算負荷：L3、L1兩相間(xiāngjiàn)計算負荷：取兩個最大負荷，得：等效三相計算無功為：等效三相視在功率、等效三相電流計算略。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

②換算系數(shù)法要較為精確地分配單相線電壓負荷，需用(xūyònɡ)到換算系數(shù)法，公式為：L1相：（3-42）（3-43）L2相：（3-44）（3-45）L3相：（3-46）（3-47）式中：、分別為接在L1、L2相間的單相負荷換算到L1相的有功、無功系數(shù)，其余的系數(shù)依此類推。

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

表3.8給出了不同下，分配(fēnpèi)到各相的換算系數(shù)。表3.8單相線電壓負荷換算為相電壓負荷系數(shù)負荷換算系數(shù)功率因數(shù)0.350.40.50.60.650.70.80.91.01.271.171.00.890.840.80.720.640.5－0.27－0.1700.110.160.20.280.360.51.050.860.580.380.30.220.09－0.05－0.291.631.441.160.960.880.80.670.530.29精品資料3.6負荷(fùhè)計算

例3-8用換算系數(shù)法，求例3-7的等效三相(sānxiānɡ)計算負荷。解：查附錄2-2得：，，，則各相間計算負荷：L1相：

L2相：

L3相：

L2相為最大負荷相，則等效三相(sānxiānɡ)負荷：等效三相(sānxiānɡ)視在功率、等效三相(sānxiānɡ)電流計算略。

精品資料在負荷計算中，要把供配電系統(tǒng)的功率(gōnglǜ)損耗逐步加到總計算負荷中去，如圖3.21所示。

3.6負荷(fùhè)計算3.6.6供配電系統(tǒng)功率損耗

精品資料圖3.21中，是單組設備計算負荷，為380V低壓母線上的總負荷，由母線上所有(suǒyǒu)計算負荷相加再乘上同時系數(shù)得到。等于加上變壓器損耗，計入線路損耗就是。10kV母線上的總計算負荷是，由母線上所有(suǒyǒu)計算負荷相加并乘上同時系數(shù)得到，是用戶的總負荷，在的基礎上計入變壓器損耗得到。3.6負荷(fùhè)計算3.6.6供配電系統(tǒng)功率損耗

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

1.三相供配電線路損耗三相供配電線路的有功功率損耗，無功功率損耗可按下式計算：（3-48）（3-49）式中：Im計算電流。每相導線(dǎoxiàn)的電阻、電抗。r0、x0單位長度(km)的電阻、電抗值。l線路每相計算長度，km。用戶內部的供配電線路通常比較短，線路損耗大多數(shù)可以省略。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2.變壓器損耗變壓器的損耗包括有功功率損耗△PT和無功功率損耗△QT。1)有功功率損耗變壓器的有功功率損耗由兩部分組成，其中一部分為與負荷大小無關的空載損耗，又稱鐵損，是變壓器鐵芯中渦流、磁滯產(chǎn)生的有功損耗。另一部分是與負荷電流(或功率)平方成正比的短路損耗，又稱銅損，是變壓器一、二次繞組的電阻產(chǎn)生的有功損耗。變壓器有功功率損耗的計算(jìsuàn)公式：（3-50）式中：、變壓器鐵損和額定負載下的銅損，產(chǎn)品手冊中可查到。變壓器額定容量與計算(jìsuàn)容量(計算(jìsuàn)視在功率)。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2)無功功率(gōnglǜ)損耗變壓器的無功功率(gōnglǜ)損耗一部分是產(chǎn)生磁通引起的無功損耗，另一部分是變壓器一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功損耗，計算公式為：（3-51）式中：變壓器空載電流百分數(shù)，產(chǎn)品手冊上可查到。變壓器短路(阻抗)電壓百分數(shù)，產(chǎn)品手冊上可查到。變壓器的功率(gōnglǜ)損耗還可以按下式粗略估算：（3-52）（3-53）精品資料1.功率因數(shù)降低的影響供配電系統(tǒng)中的變配電設備及用電設備大部分屬于感性負載，如電力(diànlì)變壓器、電抗器、繼電器、接觸器、感應電動機、電焊機等，它們在工作時需要吸收無功功率，造成功率因數(shù)下降。3.6負荷(fùhè)計算3.6.7無功功率補償

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

無功功率影響發(fā)電設備在容量為一定時，無功功率需求的增加將會造成發(fā)出的有功功率的下降，而影響發(fā)電機的出力。同時，無功功率在系統(tǒng)的輸送中會造成諸多不利的影響，例如無功功率在通過線路時，會引起有功損耗、電網(wǎng)的電壓損失(sǔnshī)。在電網(wǎng)輸送有功功率不變的前提下，無功增加而使總電流增加，造成供配電系統(tǒng)中的變壓器、導線以及測量儀器儀表等的一次、二次設備的容量、規(guī)格尺寸增大，從而使投資費用增加。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2.功率因數(shù)補償規(guī)定我國《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：除電網(wǎng)有特殊要求的用戶(yònghù)外，用戶(yònghù)在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，100kVA及以上的高壓供電用戶(yònghù)為0.90以上；其他電力用戶(yònghù)和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業(yè)的為0.85以上；農(nóng)業(yè)用電為0.80以上。在《功率因數(shù)調整電費辦法》中規(guī)定了不同功率因數(shù)下的電費增收比例。無功功率應就地補償平衡。用戶(yònghù)應在提高自然功率因數(shù)的基礎上，按有關標準設計和安裝無功補償裝置，及時、自動投切，并防止無功倒送。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

3.無功功率補償形式1）無功功率補償裝置類型①并聯(lián)電容(diànróng)器補償裝置在無功功率變化速度較慢或無功功率需求較穩(wěn)定的場合，宜選用帶開關或接觸器的并聯(lián)電容(diànróng)補償裝置。在無功功率變化速率較快，且無功功率變化較大的場合，可選用以大功率晶閘管控制投切的無功功率補償裝置。②同步補償機工藝條件要求或允許使用轉速恒定的同步電動機拖動其工作機械的，可考慮選用同步電動機作無功功率補償裝置。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

③靜態(tài)無功功率補償(bǔcháng)裝置無功功率變化頻率或變化的幅值大時，必須采用靜態(tài)補償(bǔcháng)裝置。如大型的煉鋼爐、軋鋼機等沖擊性負荷，需要對其無功沖擊負荷進行補償(bǔcháng)，應采取靜態(tài)無功功率補償(bǔcháng)裝置。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

2）并聯(lián)電容器組的裝設位置（補償方式）實際中廣泛應用的補償無功功率的并聯(lián)電力電容器（簡單經(jīng)濟、便于運行維護），其裝設的位置因不同的補償方式而不同。補償?shù)碾娙萜鹘M越靠近補償?shù)呢摵?，其補償覆蓋區(qū)域就越大，節(jié)能的效果也就越好。電力電容器的補償方式通常分為三種：個別補償、分組補償和集中補償。①個別補償就是將電力電容器裝設在需要(xūyào)補償?shù)碾姎庠O備附近，使用中與電氣設備同時運行和退出。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

個別補償處于供電的末端負荷處，它可補償安裝地點前面所有高、低壓輸電線路及變壓器的無功功率，能最大限度地減少系統(tǒng)(xìtǒng)的無功輸送量，使得整個線路和變壓器的有功損耗減少，及導線的截面、變壓器的容量、開關設備等的規(guī)格尺寸降低，它有最好的補償效果。其缺點是：(ⅰ)普遍采用時總體投資費用大。(ⅱ)由于設置地點分散，不便于統(tǒng)一管理。(ⅲ)處于工作現(xiàn)場附近，易受到周圍不良環(huán)境的影響。(ⅳ)因設備退出運行時也同時切除電容器，所以利用率低。個別補償適合于長期平穩(wěn)運行的，無功功率需求量大的設備設置。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

②分組補償，即對用電設備組，每組采用電容器進行補償。其利用率比個別(gèbié)補償大，所以電容器總容量也比個別(gèbié)補償小，投資比個別補償小。但其對從補償點到用電設備這段配電線路上的無功是不能進行補償?shù)?。③集中補償?shù)碾娏﹄娙萜魍ǔＴO置在變、配電所的高、低壓母線上，如圖。這種方式投資少，便于集中管理；同時能補償用戶高壓側的無功功率以滿足供電部門對用戶功率因數(shù)的要求。但其對母線后的內部線路沒有無功補償。電力電容器設置在低壓母線上，能補償母線前面的變壓器、高壓配電線路及系統(tǒng)的無功功率。工廠及民用供配電系統(tǒng)中，電力電容器常采用高、低壓混合補償形式，以互相補充，發(fā)揮各補償方式的特點。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

4.無功補償計算功率因數(shù)補償裝置的補償容量Qc可按下式計算：（3-54）式中：Pav平均負荷，也可用計算負荷Pm乘以負荷系數(shù)α代替，負荷系數(shù)可取0.7～0.8。補償前、后功率因數(shù)角的正切值?！鱭c補償率，見表3.9。裝設了無功補償裝置以后，在確定補償?shù)攸c前面的總計算負荷時，應扣除(kòuchú)無功補償容量，即總的無功計算負荷：（3-55）式中：Q’m補償后的計算無功功率。Qm補償前的計算無功功率。由(3-55)式可看出，加裝無功補償裝置后。計算無功功率減少，計算視在功率與計算電流亦相應減小。精品資料3.6負荷(fùhè)計算

補償前的功率因數(shù)cosφ1補償后的功率因數(shù)cosφ20.850.860.880.900.920.940.960.981.000.600.710.740.790.850.910.971.041.131.330.620.650.670.730.780.840.900.981.061.270.640.580.610.660.720.770.840.911.001.200.660.520.550.600.650.710.780.850.941.140.680.460.480.540.590.650.710.790.881.080.700.400.430.480.540.590.660.730.821.020.720.340.370.420.480.540.600.670.760.960.740.290.310.370.420.480.540.620.710.910.760.230.260.310.370.430.490.560.650.850.780.180.210.260.320.380.440.510.600.800.800.130.160.210.270.320.390.460.550.750.820.080.100.160.210.270.330.400.490.700.840.030.050.110.160.220.280.350.440.650.850.000.030.080.140.190.260.330.420.620.86－0.000.050.110.170.230.300.390.590.88－－000.0.060.110.180.250.340.540.90－－－0.000.600.120.190.280.48表3.9無功(wúɡōnɡ)補償率精品資料3.6負荷(fùhè)計算

精品資料3.6負荷(fùhè)計算

精品資料1.短路原因供配電系統(tǒng)在運行過程中，會出現(xiàn)各種故障，使正常運行狀態(tài)遭到破壞。短路是系統(tǒng)嚴重的故障。所謂短路，就是(jiùshì)系統(tǒng)中各種非正常的相與相之間或相與地之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，歸納有下列幾點：1)電氣設備絕緣的破壞。例如電氣設備長期運行絕緣自然老化，設備質量低劣絕緣本身有缺陷，安裝、防護不當造成絕緣機械性損傷，非正常的超過絕緣耐壓水平的電壓等都能使絕緣擊穿而造成短路事故。3.7短路(duǎnlù)電流計算3.7.1概述

精品資料1.短路原因2)自然的原因。例如(lìrú)由于大風、下雪導線覆冰、直接雷擊等引起架空線倒桿斷線，鳥獸跨越在裸露的相與相、或相與地之間，樹枝碰到高壓電線，戶外變配電設備遭受直接雷擊等造成的短路事故。3)人為的因素。例如(lìrú)運行人員違反操作規(guī)程帶負荷拉閘，違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，人為疏忽接錯線，野蠻施工挖斷電纜、掛斷架空線，運行管理不善造成小動物進入高壓帶電體內形成的短路事故等等。3.7短路電流(diànliú)計算3.7.1概述

精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

2.短路類型在三相系統(tǒng)(xìtǒng)中，可能發(fā)生的短路故障有：三相短路K(3)，兩相短路K(2)，單相短路K(1)和兩相接地短路K(1-1)。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

三相短路是對稱短路，其他均為非對稱短路。供配電系統(tǒng)中，單相短路的可能性最大，三相短路的機會最少。但一般情況下三相短路電流最大，造成的后果也是最嚴重(yánzhòng)的。同時，當對不對稱短路采用對稱分量法后，可歸結成對稱的短路計算，因此對稱三相短路的研究也是不對稱短路計算的基礎。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

3.短路后果供配電系統(tǒng)發(fā)生短路后，系統(tǒng)總阻抗比正常運行時小很多，短路電流超過正常工作電流許多倍，可高達數(shù)萬安培，會帶來下列(xiàliè)嚴重的后果：1)巨大的短路電流通過設備，能將載流導體短時間內加熱到很高溫度，極易造成設備過熱、導體熔化而損壞。2)載流導體間將產(chǎn)生很大電動力的沖擊，可能引起電氣設備機械變形以至損壞。3)短路時系統(tǒng)電壓驟然下降，嚴重影響電氣設備的正常運行，給用戶帶來很大影響。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

4)保護裝置動作切除故障，會造成一定范圍的停電。并且短路點越靠近電源，停電波及的范圍越大。5)當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，短路電流的電磁效應(xiàoyìng)能在鄰近的電路感應出很強的電動勢。所以對附近的通訊線路、鐵路訊號系統(tǒng)及其他電子設備、自動控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生強烈干擾。6)短路引起系統(tǒng)震蕩，使并列運行的各發(fā)電機組之間失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，最終造成系統(tǒng)解列，形成地區(qū)性或區(qū)城性大面積停電。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

4.短路計算目的1)為選擇和校驗電氣設備其中包括計算三相短路電流峰值(沖擊電流)、電路電流最大有效值以校驗電氣設備的電動力的穩(wěn)定性，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗開關的開斷能力等。2)為繼電保護裝置的整定與校驗。計算系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大短路電流值，為繼電保護整定提供(tígōng)依據(jù)；計算電路可能出現(xiàn)的最小短路電流值用于繼電保護的靈敏度校驗。不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或單相接地電流。3)可為不同供電方案進行技術性比較，以及確定是否采取限制短路電流措施等提供(tígōng)依據(jù)。精品資料1.短路電流分析供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，假定不切除故障、設備也不損壞的話，電路會從短路前正常運行的穩(wěn)態(tài)逐漸過渡到短路后的穩(wěn)態(tài)。短路的全電流ik是逐漸變化的，其包括兩個分量，一個是短路的穩(wěn)態(tài)分量ip，另一個是短路的暫態(tài)分量inp。短路的穩(wěn)態(tài)分量是電路短路達到穩(wěn)態(tài)后的電流值，它是和電源同頻率的恒幅正弦交流，因此又稱短路的周期性分量。短路的暫態(tài)分量是為了保持短路瞬間(shùnjiān)電流不發(fā)生突變而出現(xiàn)的，其按照指數(shù)規(guī)律衰減，短路穩(wěn)態(tài)時衰減到零，它不是電源強制作用的結果，又叫短路的自由分量或非周期分量。3.7短路(duǎnlù)電流計算3.7.2三相短路過渡過程

精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

處于供電末端的用戶供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，其饋電變電所母線上的電壓幾乎(jīhū)維持不變，這時可將電力系統(tǒng)視為無限大容量的電源。無限大容量的電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路的等效電路，如圖3.24所示。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

三相對稱短路的短路電流可歸結為一相來計算(如L1相)，短路電流的周期性分量為：（3-56）式中：為短路電流周期分量幅值。α相電壓(diànyā)的初相位。三相短路時，電流與電壓(diànyā)的相位差。短路的自由分量inp計算公式為：（3-57）式中：A積分常數(shù)，由短路初始條件決定。時間常數(shù)。這樣短路全電流的數(shù)學表達式：（3-58）

精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

積分常數(shù)A由電感電路中電流在短路前后瞬間不能發(fā)生躍變條件，最后可得到：（3-59）式中：Im短路前電流的幅值。短路前電流、電壓的相位差。短路全電流的公式為：（3-60）這就是(jiùshì)在無限大電源供電情況下三相短路電流(某一相)的計算公式。

精品資料3.7短路電流(diànliú)計算短路時，影響短路電流大小(dàxiǎo)的因素很多，在短路地點為一定，電路參數(shù)已知的情況下，考慮到下列幾個條件：①當短路前電路處于空載狀態(tài)。②短路時某相電壓瞬時值恰好過零值。③假定電路的感抗遠大于電路的電阻。能得出短路地點為一定時的，可能出現(xiàn)的最大短路全電流ikm：（3-61）

精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

最大短路電流波形，如圖3.25所示。從波形圖上可看出，短路全電流是一個(yīɡè)隨時間變化的非周期性波動的函數(shù)。短路全電流中包括的兩個部分，短路電流周期性分量在無限大電源系統(tǒng)供電情況下為幅值恒定的交流；短路電流的非周期性分量短路后隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減，3～5個時間常數(shù)以后數(shù)值基本接近與零。短路全電流中的非周期分量衰減到零后，短路的過渡過程結束，短路進入穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)的短路電流中只剩短路電流的周期分量。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

另外要注意的是，雖然三相短路為對稱性短路，但只有(zhǐyǒu)短路電流的周期分量是對稱的，各相短路電流的非周期性分量大小并不相同。這樣，三相短路時只有(zhǐyǒu)其中一相可能達到短路電流的最大值。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

2、短路沖擊系數(shù)和沖擊電流(diànliú)短路電流(diànliú)的最大峰值被稱為短路的沖擊電流(diànliú)。從圖3.25看出沖擊電流(diànliú)出現(xiàn)在短路后第一個半周時間。我國工頻頻率50Hz，半周時間即0.0ls，把它代入最嚴重情況下短路全電流(diànliú)公式中得：（3-62）式中:短路電流(diànliú)的沖擊系數(shù)。Ip短路電流(diànliú)周期分量有效值。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

沖擊系數(shù)反映了沖擊電流與短路電流周期分量之間的倍數(shù)關系。沖擊系數(shù)的大小范圍(fànwéi)：當純電感電路時，時間常數(shù)：，；當純電阻電路時，時間常數(shù)，；Ksh的范圍(fànwéi)為1≤Ksh≤2。在實際工程計算中Ksh=1.8，沖擊系數(shù)的近似取值，對于高壓系統(tǒng)，對于低壓系統(tǒng)Ksh=1.3。對高壓系統(tǒng)如取Ksh=1.8，則:(3-63)對低壓系統(tǒng)如取Ksh=1.3，則:(3-64)精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算3、短路電流最大有效值短路后某一時刻，短路全電流的有效值定義為：以此時間(shíjiān)點為中心的一個周期內短路全電流瞬時值的均方根值。由圖3-25可看出，短路全電流最大的有效值Ish出現(xiàn)在短路后的第一個周期中，并且第一個周期的中心時間(shíjiān)點t=0.01s。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

工程中計算短路電流(diànliú)的最大有效值，為了簡化一般假設：短路電流(diànliú)非周期性分量在所取的周期內恒定不變，其有效值等于該周期中心點的瞬時值；短路電流(diànliú)周期性分量也假定在所計算的周期內振幅恒定。考慮在最嚴重的短路情況，短路全電流(diànliú)的最大有效值可表示為：(3-65)在高壓供配電系統(tǒng)中，沖擊系數(shù)取Ksh=1.8時，Ish=1.51Ip。在高壓供配電系統(tǒng)中，沖擊系數(shù)取Ksh=1.3時，Ish=1.09Ip。

精品資料1.短路電流計算供配電系統(tǒng)應該對用戶安全可靠地供電，但是由于各種原因，也難免出現(xiàn)故障，其中最常見的故障就是短路，而短路的后果十分嚴重，直接影響供配電系統(tǒng)及電氣設備的安全運行。為了正確選擇電氣設備，使設備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證(bǎozhèng)在通過可能最大的短路電流時也不至損壞，因此必須進行短路電流計算。另外，為了選擇切除短路故障的開關電器、整定作為短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的元件等，也必須計算短路電流。常用的計算短路電流的方法有有名單位制(歐姆法)和標幺制法。3.7短路電流(diànliú)計算3.7.3供配電設備短路參數(shù)計算

精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

供配電設備短路電流的計算，必須先求出短路點至電源的短路回路總阻抗值。1)有名單位制即以實際有名單位(Ω，A，V)表示電路參數(shù)及計算的方法，三相短路周期性分量有效值的計算公式為：(3-66)式中：電路回路的總電阻、總電抗值。Uav電路點的電網(wǎng)平均標稱電壓，。有名單位制法通常用于1000V以下低壓供電系統(tǒng)的短路電流計算。在電力系統(tǒng)中常采用標幺值法計算短路電流，標幺值法簡化多個電壓等級系統(tǒng)存在的阻抗換算(huànsuàn)問題。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

a.發(fā)電機電抗有名值計算短路計算時，發(fā)電機電抗使用的是產(chǎn)品說明或手冊上提供的短路次暫態(tài)電抗百分數(shù)。發(fā)電機電抗有名值的計算公式為：(3-67)式中：、、發(fā)電機的額定容量、額定功率、功率因數(shù)(ɡōnɡlǜyīnshù)、平均標稱電壓。b.變壓器電抗有名值計算變壓器電抗有名值可根據(jù)其技術數(shù)據(jù)中給出的短路電壓(阻抗電壓)百分值算出的，計算公式：(3-68)式中：變壓器的額定容量。變壓器電阻有名值可由其技術數(shù)據(jù)中給出的短路損耗（銅耗）近似算出：(3-69)精品資料3.7短路電流(diànliú)計算c.電抗器電抗有名值計算系統(tǒng)中的電抗器相當于一個大的空心電感線圈，主要用來限制短路電流(diànliú)、維持電壓水平，電抗器的電抗有名值可用其電抗百分值算出：(3-70)式中：電抗器額定電壓、額定電流(diànliú)d.線路電抗、電阻有名值計算計算公式為：(3-71)式中：線路單位長度(km)的電抗值。線路的計算長度。如有必要計算線路電阻的有名值，其計算公式：(3-72)式中：線路單位長度(km)的電阻值。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算e.系統(tǒng)電源電抗有名值計算對實際供配電系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)電源容量的有限性，必須把它看作為短路回路中的一個元件，計及電抗值對短路電流的影響。系統(tǒng)電源電抗有名值通常由下式確定：(3-73)式中：系統(tǒng)電源的容量。平均標稱電壓。如無法(wúfǎ)獲得系統(tǒng)電源容量的確切數(shù)值，則可用電源出口處斷路器的開斷容量代替，即：(3-74)精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算算出各元件的阻抗后，再求出短路回路的等值總阻抗，就可以按3-66式計算短路電流了。要注意的是：用有名值法計算短路總阻抗時，如回路中有電力變壓器，各元件處于不同的電壓(diànyā)下時，各元件的阻抗應按統(tǒng)一的短路計算電壓(diànyā)換算。阻抗等效換算的原則是元件的功率損耗不變。由，，得到阻抗等效換算公式：(3-75)(3-76)式中：、、為換算前元件的電阻、電抗、元件安裝處的平均標稱電壓(diànyā)。、、為換算后元件的電阻、電抗、短路計算所需的平均標稱電壓(diànyā)。短路計算所需的平均標稱電壓(diànyā)取法原則是：要計算的短路電流處于哪級電壓(diànyā)等級，就用這級電壓(diànyā)等級的平均標稱電壓(diànyā)換算。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算例3-9用有名制法計算(jìsuàn)圖3.26所示系統(tǒng)，k1點三相短路時的總電抗值。解：k1點位于380V電壓等級的線路，所以取0.4kV圖3.26某供配電系統(tǒng)三相短路的計算(jìsuàn)電路圖1）系統(tǒng)電源電抗有名值2）架空線路的電抗有名值圖3.26某供配電系統(tǒng)三相短路的計算電路圖精品資料3.7短路電流(diànliú)計算3）變壓器電抗有名值4）繪制k1點短路(duǎnlù)的等效電路圖，如圖3.27所示。等效電路圖反映短路(duǎnlù)回路中各元件的電氣連接關系，圖上應標出各元件的序號(分子)和電抗值(分母)。5）k1點短路(duǎnlù)的總電抗有名值為：

圖3.27某供配電系統(tǒng)三相短路的電抗有名值計算的等值電路圖精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

2)標幺值法標幺值是一種相對單位制，電路各參數(shù)均用其相對值即標幺值表示。標幺值定義為任意一個參數(shù)對基準值的比值即：(3-67)標么值是一個無單位的量，同一個實際有名的電氣參數(shù)，選取不同的基準值，其標么值也不一樣。標么值法計算短路電流，涉及到四個基準量：基準電壓Ud，基準電流Id，基準視在功率Sd，基準阻抗Zd。在中高壓系統(tǒng)中，短路回路電抗值一般大于電阻值，為了簡化計算，一般可以忽略(hūlüè)電阻而直接用各主要元件的電抗值代替其阻抗值，只在短路回路總電阻大于總電抗的三分之一時，才計入電阻的影響。在標么值的四個基準值中就用電抗基準值Xd替代了阻抗的基準值。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

三相供電系統(tǒng)中，線電壓U、線電流I、三相功率S和電抗X(忽略電阻)存在的關系對標么值中四個基準值也同樣成立，因此只需定出其中兩個基準值，其他兩個即可據(jù)約束關系算出。通常我們選定的基準量是基準容量Sd和基準電壓Ud?；鶞手翟瓌t上可以任意選擇，但為了計算方便，基準值要選擇適當。基準容量Sd通常選取100MVA、10MVA、1000MVA或者(huòzhě)選取短路回路中某元件容量的額定值(基準容量一般取100MVA)?；鶞嗜萘看_定以后，在計算過程中不允許再變?；鶞孰妷篣d選取各電壓等級電網(wǎng)的平均標稱電壓Uav為其基準值?；鶞嗜萘縎d和基準電壓Uav確定后，回路中的電流、電抗標么值可用基準容量Sd和基準電壓Ud表達：(3-68)(3-69)各電氣參數(shù)的標么值用其字母上加注一個星號表示之。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

2.短路回路中各元件電抗(電阻)標幺值計算1)發(fā)電機電抗標幺值計算短路計算時，發(fā)電機電抗使用的是產(chǎn)品說明或手冊上提供的短路的次暫態(tài)電抗百分數(shù)X’﹪。發(fā)電機電抗標幺值X’G的計算公式為：(3-70)式中：發(fā)電機的額定容量、額定功率、功率因數(shù)。2)變壓器電抗標幺值計算變壓器電抗標幺值X＊T是根據(jù)其技術(jìshù)數(shù)據(jù)中給出的短路電壓(阻抗電壓)百分值△UK％算出的，計算公式：(3-71)式中：SN·T變壓器的額定容量。精品資料3.7短路(duǎnlù)電流計算

3)電抗器電抗標幺值計算系統(tǒng)中的電抗器相當于一個大的空心電感線圈，主要用來限制短路電流、維持電壓水平，電抗器的電抗標幺值用其電抗百分值△UH％折算：(3-72)式中：UN·H、IN·H電抗器額定電壓、額定電流Ud取電抗器安裝處所在的那一級平均標稱電壓。4)線路電抗、電阻標幺值計算計算公式為：(3-73)式中：X0線路單位長度(km)的電抗值。L線路的計算長度。Ud取本線路段所處(suǒchǔ)那一級電網(wǎng)的平均標稱電壓值。精品資料3.7短路電流(diànliú)計算

如有必要計算線路電阻的標幺值，其計算公式：(3-74)式中：r0線路單位長度(km)的電阻值。Ud取本線路段所處那一級電網(wǎng)(diànwǎng)的平均標稱電壓值。5)系統(tǒng)電源電抗標幺值計算對實際供配電系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)電源容量的有限性，必須把它看作為短路回路中的一個元件，計及電抗值對短路電流的影響。系統(tǒng)電源電抗標幺值X＊G通常由下式確定：(3-75)式中：SG系統(tǒng)電源的容量。如無法獲得系統(tǒng)電源容量SG的確切數(shù)值，則可用電源出口處斷路器的開斷容量SK代替，即：(3