電力工程基礎(chǔ)第2版張雪君課后部分參考答案

習(xí)題與思考題2-1什么叫負(fù)荷曲線？負(fù)荷曲線有哪些類型？與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量有哪些？答：負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線，它反映了用戶用電的特點(diǎn)和規(guī)律。負(fù)荷曲線有日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線。與負(fù)荷曲線有關(guān)的物理量有年最大負(fù)荷、年最大負(fù)荷利用小時(shí)、平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)。2-2什么叫年最大負(fù)荷利用小時(shí)？什么叫年最大負(fù)荷和年平均負(fù)荷？什么叫負(fù)荷系數(shù)？答：年最大負(fù)荷利用小時(shí)是一個(gè)假想時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷或持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能。年最大負(fù)荷是全年中負(fù)荷最大工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時(shí)的平均功率,又叫半小時(shí)最大負(fù)荷。平均負(fù)荷是電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時(shí)間內(nèi)消耗的電能除以時(shí)間的值。負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率，它是用電負(fù)荷的平均負(fù)荷與其最大負(fù)荷的比值，表征負(fù)荷曲線不平坦的程度。2-3電力負(fù)荷按重要程度分哪幾級(jí)？各級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源有什么要求？答：電力負(fù)荷根據(jù)重要程度分為三個(gè)等級(jí)：一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求:一級(jí)負(fù)荷屬于重要負(fù)荷，因此要求由兩路獨(dú)立電源供電，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不會(huì)同時(shí)受到損壞；二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求：二級(jí)負(fù)荷也屬于重要負(fù)荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)，每個(gè)回路應(yīng)能承受住全部二級(jí)負(fù)荷；三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求：三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此對(duì)供電電源無(wú)特殊要求。2-4什么叫計(jì)算負(fù)荷？為什么計(jì)算負(fù)荷通常采用30min最大負(fù)荷？正確確定計(jì)算負(fù)荷有何意義？答：通過負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷。由于導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約需要，為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。截面在16及以上的導(dǎo)體，其，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值。由此可見，計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與從負(fù)荷曲線上查得的30min最大負(fù)荷(亦年最大負(fù)荷)是基本相當(dāng)?shù)?，所以?jì)算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷。負(fù)荷計(jì)算的意義在于能為合理地選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線、開關(guān)電器、變壓器等設(shè)備，使電氣設(shè)備和材料既能得到充分利用又能滿足電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供理論根據(jù)。另外，也是選擇儀表量程、整定繼電保護(hù)的重要依據(jù)。并作為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線、電纜和電氣設(shè)備的依據(jù)。2-5工廠用電設(shè)備按其工作制分哪幾類？各類工作制的設(shè)備容量如何確定？答：工廠用電設(shè)備按其工作制分三類：連續(xù)運(yùn)行工作制、短時(shí)運(yùn)行工作制和斷續(xù)周期工作制。一般連續(xù)運(yùn)行工作制和短時(shí)運(yùn)行工作制的設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和；而斷續(xù)周期工作制的設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負(fù)荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個(gè)規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率下的容量之和。2-6需要系數(shù)的物理含義是什么？答：所有的用電設(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，因此需要引進(jìn)需要系數(shù)的概念，需要系數(shù)為用電設(shè)備組的30min最大負(fù)荷與其設(shè)備容量的比值。2-7需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法各有何特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？答：用需要系數(shù)法來(lái)求計(jì)算負(fù)荷，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際，而且長(zhǎng)期使用已積累了各種設(shè)備的需要系數(shù)，是世界各國(guó)均普遍采用的基本方法，適合于多組三相用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。二項(xiàng)式法的特點(diǎn)是既考慮了用電設(shè)備的平均負(fù)荷，又考慮了幾臺(tái)最大用電設(shè)備引起的附加負(fù)荷，其計(jì)算的結(jié)果比按需要系數(shù)法計(jì)算的結(jié)果大得多，適用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。2-8在確定多組用電設(shè)備總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流時(shí)，可否將各組的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流分別直接相加？為什么?應(yīng)如何正確計(jì)算？答：不可以。應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，只能在各組用電設(shè)備中取一組最大的附加負(fù)荷，在加上各組用電設(shè)備的平均負(fù)荷，即：式中，為各用電設(shè)備組附加負(fù)荷中的最大值；為各用電設(shè)備組平均負(fù)荷的總和；為與相對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)角正切值；為各用電設(shè)備組相應(yīng)的功率因數(shù)角正切值。2-9在接有單項(xiàng)用電設(shè)備的三相線路中，什么情況下可將單向設(shè)備與三相設(shè)備按三相負(fù)荷的計(jì)算方法確定負(fù)荷？而在什么情況下應(yīng)進(jìn)行單相負(fù)荷計(jì)算?答：?jiǎn)蜗嘣O(shè)備接在三相線路中，應(yīng)盡可能均衡分配。在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，如果三相線路中單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，則不論單相設(shè)備如何分配，單相設(shè)備可與三相設(shè)備綜合按三相負(fù)荷平衡計(jì)算。如果單相設(shè)備總?cè)萘砍^三相設(shè)備容量的15%時(shí)，則應(yīng)將單相設(shè)備容量換算為等效三相設(shè)備容量，再與三相設(shè)備容量相加。2-10如何分配單相（220V、380V）用電設(shè)備可使計(jì)算負(fù)荷最小？如何將單相負(fù)荷簡(jiǎn)便地?fù)Q算成三相負(fù)荷？答：可以用負(fù)荷密度法和需要系數(shù)法來(lái)分配用電設(shè)備；換算：（1）單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，單相設(shè)備可與三相設(shè)備綜合按三相負(fù)荷平衡計(jì)算。（2）單相設(shè)備總?cè)萘砍^三相設(shè)備容量的15%時(shí)，應(yīng)換算為等效三相設(shè)備容量，在算出三相等效計(jì)算負(fù)荷。2-11在負(fù)荷統(tǒng)計(jì)中需要考慮的功率損耗有哪些？如何計(jì)算？答：在負(fù)荷統(tǒng)計(jì)中需要考慮的功率損耗有有功功率損耗和無(wú)功功率損耗，有功損耗無(wú)功損耗式中，，——分別為變壓器空載時(shí)的有功及無(wú)功損耗，kW，kvar；，——分別為變壓器額定負(fù)載時(shí)的有功及無(wú)功損耗，kW、kVar；——變壓器的額定容量，kVA；——計(jì)算負(fù)荷的視在容量，kVA；——變壓器的負(fù)荷率；，，，均可在產(chǎn)品目錄中查到。2-12什么叫尖峰電流？如何計(jì)算單臺(tái)和多臺(tái)設(shè)備的尖峰電流？答：尖峰電流是指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1~2s的短時(shí)最大負(fù)荷電流。單臺(tái)設(shè)備的尖峰電流的計(jì)算：尖峰電流就是用電設(shè)備的起動(dòng)電流，即式中，——用電設(shè)備的起動(dòng)電流；——用電設(shè)備的額定電流；——用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)(可查樣本或銘牌，鼠籠電機(jī)一般為5~7，繞線型電機(jī)一般為2~3，直流電機(jī)一般為1.7，電焊變壓器一般為3或稍大)。多臺(tái)設(shè)備的尖峰電流的計(jì)算：計(jì)算多臺(tái)用電設(shè)備供電干線的尖峰電流時(shí)，只考慮其中一臺(tái)用電設(shè)備啟動(dòng)，該設(shè)備啟動(dòng)電流的增加值最大，而其余用電設(shè)備達(dá)到最大負(fù)荷電流。因此，計(jì)算公式為（2-53）式中，——全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)線路的計(jì)算電流，——用電設(shè)備組啟動(dòng)電流與額定電流之差中的最大電流。2-13企業(yè)總降壓變電站及車間變電所中變壓器臺(tái)數(shù)及容量應(yīng)如何確定？答：（1）變壓器臺(tái)數(shù)的確定一般一個(gè)車間盡量選擇一臺(tái)變壓器；如果一、二級(jí)負(fù)荷所占比例較大，應(yīng)選用兩臺(tái)變壓器，若能從鄰近用戶取得備用電源時(shí)，也可選用一臺(tái)變壓器。企業(yè)總降壓變電所主變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)企業(yè)的負(fù)荷類型來(lái)確定。對(duì)于中、大型企業(yè)或具有一、二級(jí)負(fù)荷的企業(yè)，一般選用兩臺(tái)變壓器，以保證對(duì)一、二級(jí)類負(fù)荷供電的可靠性。只有在分期建設(shè)，經(jīng)濟(jì)比較具有優(yōu)越性時(shí)，或兩臺(tái)大容量變壓器需增加限制短路電流的設(shè)備，以及6KV電網(wǎng)接地電流大于30A時(shí)，才考慮選用三臺(tái)變壓器。（2）變壓器容量的確定對(duì)車間變壓器可根據(jù)車間的計(jì)算負(fù)荷來(lái)確定。不論選用一臺(tái)還是兩臺(tái)，其額定容量均按等于或大于計(jì)算容量計(jì)算，即；對(duì)總降壓變壓所中的主變壓器，當(dāng)選擇一臺(tái)變壓器時(shí)，其額定容量按等于或略大于補(bǔ)償后的總計(jì)算容量來(lái)選擇，即；當(dāng)選擇兩臺(tái)變壓器時(shí)，若同時(shí)工作，每臺(tái)變壓器的額定容量應(yīng)按一臺(tái)故障后另一臺(tái)能負(fù)擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷來(lái)確定，即；式中，為事故時(shí)負(fù)荷保證系數(shù)，根據(jù)企業(yè)一、二級(jí)負(fù)荷所占比例決定。2-14某車間有一380V線路供電給下列設(shè)備：長(zhǎng)期工作的設(shè)備有7.5kW的電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，4kW的電動(dòng)機(jī)3臺(tái)，3kW的電動(dòng)機(jī)12臺(tái)；反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備有42kVA電焊機(jī)1臺(tái)（額定暫載率60%，，）；10t吊車1臺(tái)（在暫載率為40%的條件下，其額定功率為39.6kW，）。試確定他們的設(shè)備容量。解：對(duì)于長(zhǎng)期工作制的設(shè)備，其設(shè)備容量就是他們的額定功率，所以長(zhǎng)期工作的設(shè)備容量為：對(duì)于反復(fù)短時(shí)工作制的設(shè)備，其設(shè)備容量為：電焊機(jī)：吊車：所以，他們的總的設(shè)備容量為：2-15某車間采用一臺(tái)10/0.4kV的變壓器供電，低壓負(fù)荷有生產(chǎn)用通風(fēng)機(jī)5臺(tái)共50kW，點(diǎn)焊機(jī)（）3臺(tái)共12kW,有連鎖的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械8臺(tái)共48kW，5.1kW的行車（）2臺(tái)。試確定該車間變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷。解：查表得出通風(fēng)機(jī)點(diǎn)焊機(jī)有連鎖的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械行車同時(shí)系數(shù)取車間計(jì)算負(fù)荷為：2-16某車間設(shè)有小批量生產(chǎn)冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)50臺(tái)，總?cè)萘?80kW,其中較大容量電動(dòng)機(jī)有10kW1臺(tái)，7.5kW2臺(tái)，4kW3臺(tái)，3kW10臺(tái)，試分別用需用系數(shù)法和二項(xiàng)式法確定其計(jì)算負(fù)荷、、和。解：需要系數(shù)法：查表2-1可得：冷加工機(jī)床：二項(xiàng)式法：查表2-6可得：冷加工機(jī)床：計(jì)算負(fù)荷為：2-17某220V/380V三相線路上接有表2-9所示負(fù)荷。試確定該線路的計(jì)算負(fù)荷、、和。表2-9習(xí)題2-17負(fù)荷表設(shè)備名稱380V單頭手動(dòng)弧焊機(jī)220V電熱箱接入相序ABBCCAABC設(shè)備臺(tái)數(shù)132121單臺(tái)設(shè)備容量20kW()6kW()10.5kW()634.5解：（1）電熱箱的各相計(jì)算負(fù)荷查表2-1得，，因此各相的有功計(jì)算負(fù)荷為：A相B相C相單頭手動(dòng)弧焊機(jī)的各相計(jì)算負(fù)荷查表2-1得，；查表2-7得

時(shí)將各相換算成的設(shè)備容量，即各相的設(shè)備容量為：A相B相C相各相的計(jì)算負(fù)荷為：A相B相C相各相總的計(jì)算負(fù)荷（設(shè)同時(shí)系數(shù)為0.95）：A相B相C相總的等效三相計(jì)算負(fù)荷：因?yàn)锽相的有功計(jì)算負(fù)荷最大，所以2-18某鍋爐房的面積為,試用估算法估算該車間的平均負(fù)荷。解：查表2-8可得鍋爐房負(fù)荷密度指標(biāo)所以用估算法估算該車間的平均負(fù)荷為400kW2-19某工廠35/10kV總降壓變電所，分別供電給A、B、C、D車間變電所及5臺(tái)冷卻水泵用的高壓電動(dòng)機(jī)。A、B、C、D車間變電所的計(jì)算負(fù)荷分別為：,；,；,；,。高壓電動(dòng)機(jī)每臺(tái)容量為350，試計(jì)算該總降壓變電所總的計(jì)算負(fù)荷（忽略線損）。解:同時(shí)系數(shù)取K=0.9高壓電動(dòng)機(jī)高壓側(cè)所以該總降壓變壓電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷習(xí)題和思考題3-1.什么叫短路？短路的類型有哪些？造成短路故障的原因有哪些？短路有哪些危害？短路電流計(jì)算的目的是什么？答：所謂短路，就是指供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接，如相與相之間、相與地之間的短接等。其特征就是短接前后兩點(diǎn)的電位差會(huì)發(fā)生顯著的變化。在三相供電系統(tǒng)中可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、兩相接地短路及單相接地短路。三相短路稱為對(duì)稱短路，其余均稱為不對(duì)稱短路。在供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生單相接地短路的幾率最大，發(fā)生三相對(duì)稱短路的幾率最小，但通常三相短路的短路電流最大，危害也最嚴(yán)重，所以短路電流計(jì)算的重點(diǎn)是三相短路電流計(jì)算。供電系統(tǒng)發(fā)生短路的原因有：（1）電力系統(tǒng)中電氣設(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)備長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣自然老化、設(shè)備缺陷、設(shè)計(jì)安裝有誤、操作過電壓以及絕緣受到機(jī)械損傷等。（2）運(yùn)行人員不遵守操作規(guī)程發(fā)生的誤操作。如帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)（內(nèi)部?jī)H有簡(jiǎn)單的滅弧裝置或不含滅弧裝置），檢修后忘拆除地線合閘等；（3）自然災(zāi)害。如雷電過電壓擊穿設(shè)備絕緣，大風(fēng)、冰雪、地震造成線路倒桿以及鳥獸跨越在裸導(dǎo)體上引起短路等。發(fā)生短路故障時(shí)，由于短路回路中的阻抗大大減小，短路電流與正常工作電流相比增加很大（通常是正常工作電流的十幾倍到幾十倍）。同時(shí)，系統(tǒng)電壓降低，離短路點(diǎn)越近電壓降低越大，三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的電壓可能降低到零。因此，短路將會(huì)造成嚴(yán)重危害。（1）短路產(chǎn)生很大的熱量，造成導(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)備受到變形或機(jī)械損壞；（3）短路使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，電器設(shè)備正常工作受到破壞,例如,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與外施電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)，其轉(zhuǎn)矩降低使轉(zhuǎn)速減慢，造成電動(dòng)機(jī)過熱而燒壞；（4）短路造成停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失，給人民生活帶來(lái)不便；（5）嚴(yán)重的短路影響電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機(jī)失步，造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰；（6）單相對(duì)地短路時(shí)，電流產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡磁場(chǎng)，對(duì)附近通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾，影響其正常工作。計(jì)算短路電流的目的是:（1）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。（2）選擇和整定繼電保護(hù)裝置，使之能正確地切除短路故障。（3）確定合理的主接線方案、運(yùn)行方式及限流措施。3-2什么叫無(wú)限大容量電力系統(tǒng)？無(wú)限大與有限電源容量系統(tǒng)有何區(qū)別？對(duì)于短路暫態(tài)過程有何不同？答：所謂無(wú)限大容量電源系統(tǒng)是指電源的內(nèi)阻抗為零，在短路過程中電源的端電壓恒定不變，短路電流周期分量恒定不變。事實(shí)上，真正無(wú)限大容量電源系統(tǒng)是不存在的，通常將電源內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗10％的電源看作無(wú)限大容量系統(tǒng)。一般工礦企業(yè)供電系統(tǒng)的短路點(diǎn)離電源的電氣距離足夠遠(yuǎn)，滿足以上條件，可作為無(wú)限大容量電源供電系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計(jì)算和分析。所謂有限容量電源系統(tǒng)是指電源的內(nèi)阻抗不能忽略，且是變化的，在短路過程中電源的端電壓是衰減的，短路電流的周期分量幅值是衰減的。通常將電源內(nèi)阻抗大于短路回路總阻抗10%的供電系統(tǒng)稱為有限大電源容量系統(tǒng)。有限大容量電源系統(tǒng)短路電流的周期分量幅值衰減的根本原因是：由于短路回路阻抗突然減小和同步發(fā)電機(jī)定子電流激增，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生電磁暫態(tài)過程，即發(fā)電機(jī)的端電壓幅值和同步電抗大小出現(xiàn)變化過程，由其產(chǎn)生的短路電流周期分量是變化的。所以，有限容量電源系統(tǒng)的短路電流周期分量的幅值是變化的，歷經(jīng)從次暫態(tài)短路電流（I）暫態(tài)短路電流（I）穩(wěn)態(tài)短路電流（I∞）的衰減變化過程。3-3解釋和說明下列術(shù)語(yǔ)的物理含義：短路電流的周期分量，非周期分量，短路全電流，短路沖擊電流，短路沖擊電流有效值，短路次暫態(tài)電流，短路穩(wěn)態(tài)電流，短路容量。答：短路電流的周期分量:電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路時(shí)，短路電流中所含的工頻交流分量.短路電流非周期分量是短路發(fā)生后大約十個(gè)周波時(shí)間內(nèi)，呈指數(shù)曲線衰減的暫態(tài)電流，因?yàn)槎搪冯娏饔须娍梗娐冯娏鞑豢赡芡蛔?，使其產(chǎn)生反向電流。短路全電流就是短路電流的周期分量和非周期分量之和。短路電流最大可能的瞬時(shí)值，稱為短路沖擊電流，用表示。如果短路時(shí)在最不利的條件下發(fā)生，在第一個(gè)周期內(nèi)的短路電流有效值最大，稱為短路全電流的最大有效值，簡(jiǎn)稱沖擊電流的有效值，用表示。短路次暫態(tài)電流是短路周期分量在短路后第一個(gè)周期的有效值，用表示。短路穩(wěn)態(tài)電流是指短路電路非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用表示。在無(wú)限大容量電源系統(tǒng)中。短路容量是指電力系統(tǒng)在規(guī)定的運(yùn)行方式下，關(guān)注點(diǎn)三相短路時(shí)的視在功率，它是表征電力系統(tǒng)供電能力強(qiáng)弱的特征參數(shù)，其大小等于短路電流與短路處的額定電壓的乘積。3-4試說明采用歐姆法和標(biāo)幺值法計(jì)算短路電流各有什么特點(diǎn)？這兩種方法各適用于什么場(chǎng)合？答：歐姆法就是用元件的實(shí)際工作的阻抗計(jì)算短路電流，再按照變壓器變比逐級(jí)折算；

標(biāo)幺值法是把各個(gè)電壓等級(jí)的阻抗按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)得出一個(gè)虛擬的值（標(biāo)幺值），短路計(jì)算后，在按電壓等級(jí)分別歸算。標(biāo)幺制法相對(duì)于歐姆法來(lái)說有3個(gè)主要的特點(diǎn)：采用標(biāo)幺制易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù)，能夠簡(jiǎn)化計(jì)算公式，能在一定程度上簡(jiǎn)化計(jì)算工作。系統(tǒng)大，電壓等級(jí)多，用標(biāo)幺值比較方便；系統(tǒng)小，直接使用歐姆法簡(jiǎn)便。3-5在無(wú)限大容量供電系統(tǒng)中，兩相短路電流和三相短路電流有什么關(guān)系？答：無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)短路時(shí)，兩相短路電流較三相短路電流小，計(jì)算三相短路電流就可求得兩相短路電流。

兩相短路存在正序阻抗和負(fù)序阻抗,三相短路只有正序阻抗,所以兩相短路電流比三相短路電流小。3-6什么是短路電流的熱效應(yīng)？為什么要用穩(wěn)態(tài)短路電流和假想時(shí)間來(lái)計(jì)算？答：供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流非常大。如此大的短路電流通過導(dǎo)體或電器設(shè)備，一方面會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，即電動(dòng)力效應(yīng)；另一方面會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)。在電路發(fā)生短路時(shí),極大的短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高,稱之為短路電流的熱效應(yīng)。短路全電流的幅值和有效值都隨時(shí)間變化，這就使熱平衡方程的計(jì)算十分困難和復(fù)雜。因此，一般采用一個(gè)恒定的短路穩(wěn)態(tài)電流來(lái)等效計(jì)算實(shí)際短路電流所產(chǎn)生的熱量。由于通過導(dǎo)體的短路電流實(shí)際上不是，因此假定一個(gè)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，設(shè)導(dǎo)體通過所產(chǎn)生的熱量，恰好與實(shí)際短路電流在實(shí)際短路時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等。這一假定的時(shí)間，稱為短路發(fā)熱的假想時(shí)間，也稱熱效時(shí)間，用表示。3-7什么是短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)？它應(yīng)該采用哪一個(gè)短路電流來(lái)計(jì)算？答：供電系統(tǒng)在短路時(shí)，由于短路電流特別是短路沖擊電流很大，因此相鄰載流導(dǎo)體之間將產(chǎn)生強(qiáng)大的電動(dòng)力，可能使電器和載流部分遭受嚴(yán)重的破壞。因此，電氣設(shè)備必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以承受短路時(shí)最大電動(dòng)力的作用，避免遭受嚴(yán)重的機(jī)械性損壞。通常把電氣設(shè)備承受短路電流的電動(dòng)效應(yīng)而不至于造成機(jī)械性損壞的能力，稱為電氣設(shè)備具有足夠的電動(dòng)穩(wěn)定度。電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性常用設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定電流（即極限允許通過電流）來(lái)表示。當(dāng)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值（或最大值）大于時(shí)，或動(dòng)穩(wěn)定電流有效值大于時(shí)，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度就能承受沖擊電流的電動(dòng)力，即電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性合格。否則不合格，應(yīng)按動(dòng)穩(wěn)定性要求進(jìn)行重選。3-8在短路點(diǎn)附近有大容量交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流計(jì)算有何影響？答：供電系統(tǒng)中的負(fù)荷主要是異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)突然發(fā)生三相短路時(shí)，電網(wǎng)電壓的急劇下降，當(dāng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)較近時(shí)，其反電勢(shì)將大于外加電壓，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，成為一個(gè)附加電源，向短路點(diǎn)饋送電流。當(dāng)短路點(diǎn)附近所接交流電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過系統(tǒng)短路容量的1%時(shí)，或者交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘砍^100kW時(shí)，應(yīng)計(jì)入交流電動(dòng)機(jī)在附近短路時(shí)的反饋沖擊電流的影響。只有在計(jì)算短路沖擊電流時(shí)，才考慮異步電動(dòng)機(jī)的影響。同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分過激磁和欠激磁。在過激磁狀態(tài)下，當(dāng)短路時(shí)，其次暫態(tài)電勢(shì)大于外加電壓，不論短路點(diǎn)在何處，都可作為發(fā)電機(jī)看待。對(duì)于欠激磁的同步電動(dòng)機(jī)，只有在短路點(diǎn)附近，電壓降低很多時(shí)，才能作為發(fā)電機(jī)看待。一般在同一地點(diǎn)裝機(jī)總?cè)萘看笥?000kW時(shí),才作為附加電源考慮。3-9對(duì)一般電器，其短路動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)的條件各是什么？對(duì)母線其短路動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)的條件是什么？答：（1）一般電器的熱穩(wěn)定度校驗(yàn)條件:式中，為電器的熱穩(wěn)定電流；為電器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間。以上的可和由有關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本查得。（2）母線及絕緣導(dǎo)線和電纜等導(dǎo)體的熱穩(wěn)定度校驗(yàn)條件:式中，為導(dǎo)體在短路時(shí)的最高溫度。如前所述，要確定導(dǎo)體的比較麻煩，因此也可根據(jù)短路熱穩(wěn)定度的要求來(lái)確定其最小截面。由上式可得滿足熱穩(wěn)定要求的最小允許截面（）為式中，為三相短路穩(wěn)態(tài)電流（）；為導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)（）。將計(jì)算出的最小熱穩(wěn)定截面與所選用的導(dǎo)體截面比較，當(dāng)所選標(biāo)準(zhǔn)截面時(shí)，熱穩(wěn)定性合格，否則應(yīng)重新選擇截面。（3）一般電器的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件由上述可知，對(duì)于成套電氣設(shè)備，因其長(zhǎng)度、導(dǎo)線間的中心距、形狀系數(shù)均為定值，故此力只與電流大小有關(guān)。因此，電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性常用設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定電流（即極限允許通過電流）來(lái)表示。當(dāng)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值（或最大值）大于時(shí)，或動(dòng)穩(wěn)定電流有效值大于時(shí)，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度就能承受沖擊電流的電動(dòng)力，即電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性合格。否則不合格，應(yīng)按動(dòng)穩(wěn)定性要求進(jìn)行重選。即或式中、分別為電器的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值和有效值，可由有關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本查得。（4）硬母線的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件按下列公式校驗(yàn)式中為母線材料的最大允許應(yīng)力（pa），硬銅母線（TMY型），Mpa，硬鋁母線（LMY型），Mpa，為母線通過時(shí)所受到的最大計(jì)算應(yīng)力。上述最大計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算式中為母線通過時(shí)所受到的彎曲力矩；當(dāng)母線檔數(shù)為1~2時(shí)，；當(dāng)母線檔數(shù)大于2時(shí)，；這里的按式（3-67）計(jì)算，為母線的檔距；為母線的截面系數(shù)；當(dāng)母線水平放置時(shí)（如圖3-18所示），；這里的為母線截面的水平寬度，為母線截面的垂直寬度。3-10某一地區(qū)變電所通過一條長(zhǎng)6km的10kV電纜線路供電給某廠一個(gè)裝有兩臺(tái)并列運(yùn)行的S9-800(Dyn11)型變壓器的變電所。地區(qū)變電所出口斷路器的斷流容量為400MV.A,試用歐姆法求該廠變電所10kV高壓母線上和380V低壓母線上的短路電流、、、、和短路容量，并列出短路計(jì)算表。解：1.求10kv高壓母線的三相短路電流和短路容量（1）計(jì)算短路電流中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：2）電纜線路的電抗：由表3-3得，所以3）總電抗為（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3)三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4)三相短路容量求380v低壓母線線路的短路電流和短路容量(1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗2)電纜線路的電抗3)電力變壓器的電抗：有附錄表查的，因此4)計(jì)算其總電抗為(2)計(jì)算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值2)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4）三相短路容量短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/高壓側(cè)7.987.987.9820.3512.05145.13低壓側(cè)37.8837.8837.8869.741.2926.243-11試用標(biāo)幺值法重做題3-10。解：（1）確定基準(zhǔn)值取而(2）計(jì)算短路電流中各主要元件的電抗標(biāo)幺值1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值2)電纜線路的電抗標(biāo)幺值由表3-3查的，因此3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值由附錄表查的因此(3)計(jì)算高壓母線的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值2)三相短路電流周期分量有效值3）其他三相短路電流4)三相短路容量（4）計(jì)算低壓側(cè)母線線路的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值2）三相短路電流周期分量有效值3）其他三相短路電流4)三相短路容量短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/高壓側(cè)7.977.977.9720.3212.03144.93低壓側(cè)37.7537.7537.7569.4641.1526.21習(xí)題與思考題5-1電力線路的接線方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：電力系統(tǒng)的接線方式是指由電源端（變配電所）向負(fù)荷端（電能用戶或用電設(shè)備）輸送電能時(shí)采用的網(wǎng)絡(luò)形式。常用的接線方式有：放射式、樹干式和環(huán)式3種。（1）放射式接線放射式接線具有接線簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，引出線發(fā)生故障時(shí)互不影響，供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但該接線使變配電所的出線多，采用的開關(guān)設(shè)備多，有色金屬消耗量也比較多，投資大。（2）樹干式接線樹干式接線引出線和有色金屬消耗量少，投資節(jié)約，但供電可靠性較差，適用于不重要負(fù)荷、小型用電設(shè)備或容量較小且分布均勻的用電設(shè)備的供電。（3）環(huán)形接線環(huán)形接線運(yùn)行靈活，供電可靠性較高，所用設(shè)備少，但運(yùn)行線路較長(zhǎng)，故障時(shí)（特別是靠近電源附近段故障），電壓損失大。因環(huán)式接線的導(dǎo)線截面應(yīng)按故障情況下能擔(dān)負(fù)環(huán)網(wǎng)全部負(fù)荷考慮，故有色金屬的消耗量增加，兩個(gè)負(fù)荷大小相差越懸殊，其消耗量就越大。故這種接線方式適用于負(fù)荷容量相差不大，所處地理位置距電源均較遠(yuǎn)，而彼此相距較近的情況。5-2架空線路由那幾部分組成？常用的導(dǎo)線有幾種型號(hào)？答：架空線路由導(dǎo)線、電桿、絕緣子、金具、防震錘、避雷線等主要元件組成；裸導(dǎo)體的常用型號(hào)有：鋁絞線（LJ）、鋼芯鋁絞線（LGJ）、銅絞線（TJ）和防腐鋼芯鋁絞線（LGJF）。5-3電力電纜的形式有幾種？其型號(hào)及字母的含義是什么？答：電力電纜有多種形式，主要分類方式有以下幾種。（1）線芯數(shù)分：?jiǎn)涡?、雙芯、三芯、四芯等。（2）結(jié)構(gòu)分：統(tǒng)包式、屏蔽式和分相鉛包式等。（3）應(yīng)用于超高壓系統(tǒng)的新式電力電纜有充油式、充氣式和壓氣式等。電纜的型號(hào)及字母含義電纜類別代號(hào)Z-油浸紙絕緣電力電纜；V-聚氯乙烯絕緣電力電纜；YJ-交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜；X-橡皮絕緣電力電纜；JK-架空電力電纜（加在上列代號(hào)之前）；ZR或Z-阻燃型電力電纜（加在上列代號(hào)之前）纜芯材質(zhì)代號(hào)L-鋁芯；LH-鋁合金芯；T-銅芯（一般不標(biāo)）；TR-軟銅芯。內(nèi)護(hù)層代號(hào)Q－鉛包，L－鋁包，H－橡套，HF－非燃性橡套，V－聚氯乙烯護(hù)套。結(jié)構(gòu)特征代號(hào)P-滴干式；D-不滴流式；F-分相鉛包式。外護(hù)層代號(hào)02-聚氯乙烯套；03-聚乙烯套；20-裸鋼帶鎧裝；22-鋼帶鎧裝聚氯乙烯套；23-鋼帶鎧裝聚乙烯套；30-裸細(xì)鋼絲鎧裝；32-細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯套；33-細(xì)鋼絲鎧裝聚乙烯套；40-裸粗鋼絲鎧裝；41-粗鋼絲鎧裝纖維外被；42-粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯套；43-粗鋼絲鎧裝聚乙烯套；441-雙粗鋼絲鎧裝纖維外被；241-鋼帶-粗鋼絲鎧裝纖維外被。5-4試比較架空線路與電纜線路的優(yōu)缺點(diǎn)。答：電力線路有架空線路和電纜線路，其結(jié)構(gòu)和敷設(shè)各不相同。架空線路具有投資少，施工維護(hù)方便，易于發(fā)現(xiàn)和排除故障，受地形影響小等優(yōu)點(diǎn)；電纜線路具有運(yùn)行可靠，不易受外界影響，美觀等優(yōu)點(diǎn)。5-5三相系統(tǒng)中的中性導(dǎo)線（N線）截面一般情況下如何選擇？三相系統(tǒng)引出的兩相三線制線路和單相線路的中性導(dǎo)體截面又如何選擇？3次諧波比較突出的三相線路中的中性線（N線）截面又如何選擇？答：（1）一般三相四線制系統(tǒng)中的中性線截面它不應(yīng)小于相線截面的50%，即（2）兩相三線線路及單相線路的中性線截面由于其中性線電流與相線電流相等，因此其中性線截面應(yīng)與相線截面相同，即（3）三次諧波電流突出的三相四線制線路的中性線截面由于各相的三次諧波電流都要通過中性線，使得中性線電流可能甚至超過相線電流，因此中性線截面宜等于或大于相線截面，即5-6三相系統(tǒng)中的保護(hù)導(dǎo)體（PE線）和保護(hù)接地中性線（PEN）線的截面如何選擇？答：（1）保護(hù)線要考慮三相系統(tǒng)發(fā)生單相短路故障時(shí)單相短路電流通過時(shí)的短路熱穩(wěn)定度。根據(jù)短路熱穩(wěn)定度的要求，保護(hù)線（PE線）的截面，按GB50054-1995《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：1)當(dāng)時(shí)2)當(dāng)時(shí)3)當(dāng)時(shí)（2）保護(hù)中性線（PEN線）截面的選擇保護(hù)中性線兼有保護(hù)線和中性線的雙重功能，因此保護(hù)中性線截面選擇應(yīng)同時(shí)滿足上述保護(hù)線和中性線的要求，取其中的最大截面。5-7什么是經(jīng)濟(jì)截面？如何按經(jīng)濟(jì)截面密度來(lái)選擇導(dǎo)線和電纜截面？答：從全面的經(jīng)濟(jì)效益考慮。使線路的全年運(yùn)行費(fèi)用接近最小的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟(jì)截面。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面應(yīng)首先確定年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，然后根據(jù)導(dǎo)線材料查出經(jīng)濟(jì)電流密度，再按線路正常運(yùn)行時(shí)的計(jì)算電流，由下式計(jì)算出導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面(mm2)式中，為經(jīng)濟(jì)截面；為經(jīng)濟(jì)電流密度；為計(jì)算電流。按照上式計(jì)算出后，從相關(guān)手冊(cè)中選取一種與最接近的標(biāo)準(zhǔn)截面的導(dǎo)線，然后再按其他技術(shù)條件校驗(yàn)截面是否滿足要求。5-8交流線路中的電壓降落和電壓損失各指的是什么？校驗(yàn)線路的電壓損失一般用線路電壓降的哪部分分量？答：電流通過導(dǎo)線時(shí)，除產(chǎn)生電能損耗外，由于線路上有電阻和電抗，會(huì)有一定的電壓降落，稱為電壓降。線路的電壓損失是指線路始、末兩端電壓的有效值之差，以表示。在地方電網(wǎng)和工廠供電系統(tǒng)中，由于線路的電壓壓降相當(dāng)于線路的電壓來(lái)說很小，因此可近似的認(rèn)為電壓降縱分量就是電壓損耗。5-9什么叫“均一無(wú)感線路”？其線路的電壓損失應(yīng)如何計(jì)算？答：（1）均一無(wú)感線路：全線路的導(dǎo)體材料和相線截面相同可不計(jì)感抗或者（2）對(duì)均一無(wú)感線路，因?yàn)椴挥?jì)線路電抗，所以有無(wú)功負(fù)荷在電抗上引起的電壓損失。5-10電力電纜有哪幾種敷設(shè)方式？答：（1）直接埋地敷設(shè)（2）電纜溝敷設(shè)（3）沿墻敷設(shè)（4）電纜排管敷設(shè)（5）電纜橋架敷設(shè)5-1135kV架空線向變電所供電，線長(zhǎng)12km，導(dǎo)線幾何均距為2.5m，變電所計(jì)算總負(fù)荷為9300kW，功率因數(shù)0.95。試選擇架空導(dǎo)線的截面及型號(hào)。解：（1）選用LJ鋁絞線(2)按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面因?yàn)槭?5kv架空線路，所以設(shè)，則選用LJ-95，查表5-9，得幾何均距為2500mm，截面為70的LJ型鋁絞線的實(shí)際電壓損失為故選LJ-70滿足允許電壓損失的要求。校驗(yàn)發(fā)熱情況查附錄表5-16可知，LJ-95在室外溫度為25℃時(shí)的允許載流量為325A。顯然發(fā)熱情況滿足要求。校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查附錄表5-14可知，高壓架空裸鋁絞線的最小允許截面為35，所以所選的截面70mm可以滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。所以所選的導(dǎo)線符合規(guī)定。5-12某一供電線路，電壓為380/220V。已知線路的計(jì)算負(fù)荷為84.5kVA，現(xiàn)用BV型銅芯絕緣線穿硬塑料管敷設(shè)，試按允許載流量選擇該線路的相導(dǎo)體和保護(hù)接地中性導(dǎo)體的截面及穿線管的直徑。解：線路中電流的計(jì)算要滿足，當(dāng)選擇三相四線制線路時(shí)，查表得，4根單芯線穿鋼管敷設(shè)的每相芯線截面為120的BV型導(dǎo)線，在環(huán)境溫度為25時(shí)的允許載流量為230A。溫度校正系數(shù)為導(dǎo)線的實(shí)際允許載流量為,所以滿足允許載流量的要求。按要求，選。5-13有一條LGJ鋼芯鋁絞線的35kV線路，計(jì)算負(fù)荷為4900kW，，年利用小時(shí)為4500h，試選擇其經(jīng)濟(jì)截面，并校驗(yàn)其發(fā)熱和機(jī)械強(qiáng)度。解：（1）選擇經(jīng)濟(jì)截面查表可知，,則選取標(biāo)準(zhǔn)截面70.0，即型號(hào)為L(zhǎng)GJ-70的鋼芯鋁絞線。(2)校驗(yàn)發(fā)熱條件查附錄表16得LGJ-50的允許載流量（室外溫度25℃），因此滿足發(fā)熱條件。(3)校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查附錄表14得35kV架空鋼芯鋁線的最小截面。因此所選LGJ-70也滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。5-14某廠車間由10kV架空線供電，如圖5-32所示。導(dǎo)線采用LJ型鋁絞線，線間幾何均距為1m，允許電壓損失5％，各段干線的截面相同，各車間的負(fù)荷及各段線路長(zhǎng)度如圖中所示。試選擇架空線的導(dǎo)線截面。1000kw1000kw800kVa800kw600kVa900kw500kVa0.5km1.5km1kmabcd圖5-32解：(1)按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面因?yàn)槭?0kv架空線路，所以設(shè)，則選用LJ-70，查表5-9，得幾何均距為1000mm，截面為70的LJ型鋁絞線的實(shí)際電壓損失為故選LJ-70滿足允許電壓損失的要求。校驗(yàn)發(fā)熱情況查附錄表5-16可知，LJ-70在室外溫度為25℃時(shí)的允許載流量為265A。線路中最大負(fù)荷為顯然發(fā)熱情況滿足要求。校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查附錄表5-14可知，高壓架空裸鋁絞線的最小允許截面為35，所以所選的截面70mm可以滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。5-15有一6kV油浸紙絕緣銅芯電纜，向兩個(gè)負(fù)荷供電，如圖5-23所示。電網(wǎng)最大允許電壓損失為5％，電源短路容量為46MVA，年利用小時(shí)數(shù)為3000h～5000h，配出線繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1s。試選擇電纜截面：(1)選擇用統(tǒng)一導(dǎo)線截面；(2)按,段分別選擇導(dǎo)線截面。