供配電技術(shù)第6章負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗

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1、供配電技術(shù) 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 電力負(fù)荷包括異步電動機、同步電動機、各類電弧爐、 整流裝臵、電解裝臵、制冷制熱設(shè)備、電子儀器和照明設(shè) 施等。它們分屬于工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、交通運輸、科學(xué)研究和 人民生活等方面的各種電力用戶。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 負(fù)荷曲線就是指在某一段時間內(nèi)用電設(shè)備有功、無功負(fù) 荷隨時間變化的圖形，分別構(gòu)成有功負(fù)荷曲線（ P）和無功 負(fù)荷曲線（ Q）。常用的是有功負(fù)荷曲線。每類負(fù)荷曲線按 時間坐標(biāo)長短的不同，分有日負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等 負(fù)荷曲線對變電所、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的運行有重要意 義。它是變電所負(fù)荷控制，發(fā)

2、電廠安排日發(fā)電計劃，確定 電力系統(tǒng)運行方式和主變壓器、發(fā)電機組等設(shè)備檢修計劃 以及制變電所、發(fā)電廠擴建新建規(guī)劃的依據(jù)。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 工廠電力負(fù)荷對供電的要求 供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，均需依據(jù)正常工作條件、環(huán)境 條件及安裝條件進行選擇，部分設(shè)備還需依據(jù)故障情況下的 短路電流進行動、熱穩(wěn)定度校驗，同時要求工作安全可靠， 運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。本章對讀者提出的要求是： 工廠供電系統(tǒng)的功率損耗及電能損耗 二項式法確定計算負(fù)荷 單臺和多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算 短路的后果及短路的形式 選擇電氣設(shè)備的一般條件 了解 電氣設(shè)計內(nèi)容的程序、要求和深度 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6

3、章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 單相設(shè)備等效三相負(fù)荷的計算 供配電系統(tǒng)短路的原因 工廠年電能消耗量的計算方法 按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷的方法 用歐姆法進行短路計算和采用標(biāo)幺法進行短路計算的方法 工廠計算負(fù)荷的確定 各類電氣設(shè)備的選擇和校驗方法 運用所學(xué)知識設(shè)計較為簡單的工廠供配電系統(tǒng) 熟悉 掌握 學(xué)習(xí)目標(biāo) 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.1 工廠的電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線 6.1.1 工廠用電設(shè)備的工作制 連續(xù)運行工作制設(shè)備 短時工作制設(shè)備 斷續(xù)周期工作制設(shè)備 能長期連續(xù)運行 ， 每次連續(xù)工作時間 超過 8小時 ， 運行時負(fù)荷比較穩(wěn)定 。 如： 照明設(shè)備 、 電動扶梯 、 空調(diào)風(fēng)機 、 電

4、 爐等 。 這類設(shè)備的工作時間較短 ， 停歇時間 較長 。 如：金屬切削用的輔助機械 (龍 門刨橫梁升降電動機 、 刀架快速移動 裝置 )、 水閘用電動機等 。 這類設(shè)備的工作呈周期性 ， 時而工作 時而停歇 ， 如此反復(fù) ， 且工作時間與 停歇時間有一定比例 。 如起重機 、 電 焊機 、 電梯等 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 %10 0%10 0 0 tt tTt 式中： T 工作周期； t 工作周期內(nèi)的工作時間； t0 工作周期內(nèi)的停歇時間。 起重電動機 的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有 15%、 25%、 40%、 60%四種。 電焊設(shè)備 的標(biāo)準(zhǔn)暫載率有 50%、 65%、 75%、 100

5、%四種。 同一設(shè)備在不同暫載率下工作時，其輸出功率不同，因此 計算設(shè)備容量時，必須先轉(zhuǎn)換到一個統(tǒng)一的 下。 不同負(fù)荷持續(xù)率下，功率的換算公式為： 通常用一個工作周期內(nèi)工作時間占整個周期的百分比來 表示負(fù)荷持續(xù)率 （或稱暫載率），其計算公式如下： 負(fù)荷持續(xù)率（暫載率） 2 1 2 1 PP 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.1.2 負(fù)荷曲線 1. 負(fù)荷曲線的類型與繪制方法 負(fù)荷曲線是表示電力負(fù)荷隨時間變動情況的一種圖形，反 映了電力用戶用電的特點和規(guī)律。在負(fù)荷曲線中通常用縱 坐標(biāo)表示負(fù)荷大小，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)負(fù)荷變動的時間。 負(fù)荷曲線可根據(jù)需要繪制成不同的類型。如按所表示負(fù) 荷變動的時間可

6、分為日、月、年或工作班的負(fù)荷曲線，按 負(fù)荷范圍可分為全廠的、車間的或某設(shè)備的負(fù)荷曲線；按 負(fù)荷的功率性質(zhì) 可分為有功和無功負(fù)荷曲線等。 日負(fù)荷曲線表示負(fù)荷在一晝夜間（ 024h）變化情況。日 負(fù)荷曲線可用測量的方法繪制。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 1. 負(fù)荷曲線的類型與繪制方法 以某個監(jiān)測點為參考點，在 24h 中各個時刻記錄有功功率表的讀 數(shù)，逐點繪制成如右圖所示折線 形狀的折線形負(fù)荷曲線。 通過接在供電線路上的電度表， 每隔一定的時間間隔（一般為半 小時）將其讀數(shù)記錄下來，求出 0.5h的平均功率，再依次將這些 點畫在坐標(biāo)上，把這些點連成如 右圖所示階梯狀的階梯形負(fù)荷曲 線。

7、負(fù)荷曲線時間間隔取的愈短，曲線愈能反映負(fù)荷的實際變化 情況。日負(fù)荷曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積代表全日消耗的電能 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 年負(fù)荷持續(xù)時間曲線，反映了全年負(fù)荷變動與對應(yīng)的負(fù) 荷持續(xù)時間（全年按 8760h計）的關(guān)系。 年每日最大負(fù)荷曲線，反映了全年當(dāng)中不同時段的電能 消耗水平，是按全年每日的最大半小時平均負(fù)荷來繪制的。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量 年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用 小時數(shù)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， 因此年最大負(fù)荷有時也稱為 30分 鐘最大負(fù)荷 P30 。 假設(shè)企業(yè)總是按年最大負(fù)荷持 續(xù)工作，經(jīng)過

8、了時間所消耗的電 能，恰好等于企業(yè)全年實際所消 耗的電能，即右圖中虛線與兩坐 標(biāo)軸所包圍的面積等于剖面線部 分的面積。則這個假想時間就稱 為年最大負(fù)荷利用小時數(shù)。由此 可得出 年最大負(fù)荷利用小時 數(shù)與工廠類型及生產(chǎn)班 制有較大關(guān)系，其數(shù)值 可查閱有關(guān)參考資料或 到相同類型的廠礦企業(yè) 去調(diào)查收集。 m a x a m a x P WT 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2.負(fù)荷曲線的有關(guān)物理量 平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù) 平均負(fù)荷是指電力負(fù)荷在一定 時間內(nèi)消耗功率的平均值。如在 t 時間內(nèi)消耗的電能為 Wt，則 t時間 的平均負(fù)荷為： 利用年負(fù)荷曲線求年平均負(fù)荷如右上圖所示。圖中剖面線 部分為年負(fù)荷

9、曲線所包圍的面積，也就是全年電能的消耗量。 另外再作一條虛線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積與剖面線部分的 面積相等，則圖中就是年平均負(fù)荷。 年平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值稱為負(fù)荷率為： t WP av t m a xp Pk av L 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 你能回答嗎？ 負(fù)荷曲線分 有哪幾種類 型？ 與負(fù)荷曲線有 關(guān)的物理量有 哪些？ 何謂負(fù)荷 曲線？ 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.2 電力負(fù)荷的計算 計算負(fù)荷定義： 按照發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個人為假 想負(fù)荷，計算負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負(fù)荷產(chǎn)生的最大 熱效應(yīng)相等。 根據(jù)計算負(fù)荷選擇的導(dǎo)體或電器，在運行中的最高溫升不 超過

10、導(dǎo)體或電器的溫升允許值。 6.2.1 計算負(fù)荷的概念 計算負(fù)荷的物理意義： 設(shè)有一電阻 R的導(dǎo)體，在某一時間內(nèi)通過一變動負(fù)荷，其 最高溫升達到 值，如果這一導(dǎo)體在相同時間內(nèi)通過一個不 變的負(fù)荷，最高溫升也達到 值，那么這個不變負(fù)荷就稱為 變動負(fù)荷的“計算負(fù)荷”，即“計算負(fù)荷”與實際變動負(fù)荷 的最高溫升是等值的。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 工程上為了 取值和表達方便， 一般把半小時平均負(fù)荷所 繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計算負(fù)荷。作為按 發(fā) 熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，即： Pc Pmax 供電線路上只連接一臺用電設(shè)備時： 線路的計算負(fù)荷可按設(shè)備容量來確定，此時求單臺電動機 的計

11、算負(fù)荷公式為： 式中： PN用電設(shè)備的額定功率，單位 kW； N用電設(shè)備額定容量時的效率。 對白熾燈、電熱設(shè)備、電爐變壓器等： 計算負(fù)荷在數(shù)值上就等于其額定功率，即： NPP 30 N NPP 30 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 需要 系數(shù)法 二項式 系數(shù)法 需要系數(shù)是按照車間以上的 負(fù)荷情況來確定的，適用于 變、配電所的負(fù)荷計算。 二項式系數(shù)法考慮了用電設(shè) 備中幾臺功率較大的設(shè)備， 工作時對負(fù)荷影響的附加功 率，適用于低壓配電支干線 和配電箱的負(fù)荷計算。 負(fù)荷計 算方法 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.2.2 按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷 設(shè)某組設(shè)備有幾臺電動機，其額定總?cè)萘繛?/p>

12、 PN，由于該組電動 機實際上不一定都同時運行，而且運行的電動機也不可能都滿負(fù) 荷，同時設(shè)備本身及配電線路也有功率損耗，因此這組電動機的 有功計算負(fù)荷應(yīng)為 1. 需要系數(shù)的含義 e WLN L 30 P KKP 上式中， N是指用電設(shè)備的輸出與輸入容量之間具有的平均效 率；因用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運行，因此引入負(fù)荷系數(shù) KL；用電 設(shè)備本身及配電線路有功率損耗，所以引入一個線路平均效率 WL； 用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時運行，故引入一個同時系數(shù) K。 用電設(shè)備的需要系數(shù)： WLN L e 30 d KK P PK 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 有功計算負(fù)荷為 2. 三相用電設(shè)備計算負(fù)

13、荷的基本公式 ed30 PKP 無功計算負(fù)荷為 視在計算負(fù)荷為 計算電流 tgPQ 3030 c o s/3023023030 PQPS N3030 3/ USI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 單組用電設(shè)備組的計算負(fù)荷 已知某機修車間的金屬切削機床組 ， 有電壓為 380V的電動 機 30臺 ， 其總的設(shè)備容量為 120kW。 試求其計算負(fù)荷 。 查表 6-1中的 “ 小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機 ” 項 ， 可 得 Kd=0.160.2（ 取 0.18計算 ） ， cos=0.5， tg=1.73， 于是 kW6.211 2 018.0ed30 PKP k v a r37.3773

14、.16.213030 tgPQ k V A2.435.0/6.21c o s/3030 PS A6.6538.03 2.433/ N3030 USI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 多組用電設(shè)備組的計算負(fù)荷 在確定多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備 的最大負(fù)荷不會同時出現(xiàn)的因素，計入一個同時系數(shù) K，其 中有功同時系數(shù)為 KP，無功同時系數(shù)為 KQ， 應(yīng)用范圍 KP 確定車間變電所低壓線路最大負(fù)荷 冷加工車間 熱加工車間 動力站 0.70.8 0.70.9 0.81.0 確定配電所母線的最大負(fù)荷 負(fù)荷小于 5000kW 計算負(fù)荷小于 500010000kW 計算負(fù)荷大于 100

15、00kW 0.91.0 0.85 0.8 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 多組用電設(shè)備組的計算負(fù)荷 某機修車間的 380V線路上 ， 接有金屬切削機床電動機 20臺 共 50kW， 其中較大容量電動機有 7.5kW2臺 ， 4kW2臺 ， 2.2kW8臺；另接通風(fēng)機 1.2kW2臺；電阻爐 1臺 2kW。 試求 計算負(fù)荷 （ 設(shè)同時系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9） 。 以車間為范圍 ， 將工作性質(zhì) 、 需要系數(shù)相近的用電設(shè)備合為 一組 ， 共分成以下 3組 。 先求出各用電設(shè)備組的計算負(fù)荷 。 冷加工電動機組。查表 6-1可得： Kd1=0.2， cos1=0.5， tg1=1.73，因

16、此 kW10502.0113 0 1 ed PKP k v a r3.1773.1101301301 tgPQ 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 通風(fēng)機組。查表 6-1可得： Kd2=0.8， cos2=0.8， tg2=0.75 因此 kW92.14.28.0e2d2302 PKP k v a r44.175.092.12302302 tgPQ 只有一臺電阻爐，所以計算負(fù)荷等于電阻爐的容量，即 ： kW2e33 0 3 PP 0303 Q 以車間為范圍，已知同時系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9，則車間計算 總有功計算負(fù)荷為 總無功計算負(fù)荷為 總視在計算負(fù)荷為 總的計算電流為 用此電流即可選

17、擇這條 380V導(dǎo)線的截面及型號。 kW5.12)292.110(9.030iP30 PKP k v a r9.16)044.13.17(9.030iQ30 QKQ k V A02.219.165.12 2223023030 QPs A9.3138.07 3 2.1 02.213 N 30 30 U SI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.2.3 按二項式法確定計算負(fù)荷 應(yīng)用場合 在計算設(shè)備臺數(shù)不多 ， 而且各臺設(shè)備容量相差較大的車間 干線和配電箱的計算負(fù)荷時宜采用二項式系數(shù)法 。 基本公式 xe30 cPbPP 式中 b、 c為二項 式系數(shù) ， 根據(jù)設(shè)備 名稱 、 類型 、 臺數(shù) 查

18、表 6-1選取 。 指用電設(shè)備中 x臺 容量最大的設(shè)備容 量之和 。 用電設(shè)備組的設(shè) 備總?cè)萘?當(dāng)用電設(shè)備組的設(shè)備總臺數(shù) n 2x時 ， 則最大容量設(shè)備臺 數(shù)取 x=n/2， 且按 “ 四舍五入 ” 法取整 ， 當(dāng)只有一臺設(shè)備時 ， 可認(rèn)為 Pc=Pe； tg為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值 。 Q30， S30， I30的計算公式與需要系數(shù)法的相同 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 對 12臺用電設(shè)備 對用電設(shè)備組 有功計算負(fù)荷的求取直接應(yīng)用式 （ 6.17） ， 其余的 計算負(fù)荷與需要系數(shù)法相同 。 ePP 30 ， 0 1 cb 對多組用電設(shè)備 要考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)的因

19、素。在 各組用電設(shè)備中取其中一組最大的附加負(fù)荷，再加上各組 平均負(fù)荷，求出設(shè)備組的總計算負(fù)荷。 總的有功計算負(fù)荷為 ： 總的無功計算負(fù)荷為： m a x30 )()( xie cPbPP m a xm a x30 t a n)()t a n( xie cPbPQ 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 某機修車間的 380V線路上 ， 接有金屬切削機床電動機 20臺 共 50kW， 其中較大容量電動機有 7.5kW2臺 ， 4kW2臺 ， 2.2kW8臺；另接通風(fēng)機 1.2kW2臺；電阻爐 1臺 2kW。 用二 項式法 求計算負(fù)荷 （ 設(shè)同時系數(shù) Kp、 KQ均為 0.9） 。 金屬切削機床電動

20、機組 查表 6-1，取 b1=0.14， c1=0.4， x1=5， cos1=0.5， tg1= 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 通風(fēng)機組 查表 6-1，取 b2=0.65， c2=0.25， cos2=0.8， tg2=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 電阻爐 (bPe)3=2kW (cPx)3=0 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 顯然，三組用電設(shè)備中，第一組的附加負(fù)荷 (cP

21、x)1最大， 故總計算負(fù)荷為： 與用需要系數(shù)法的計算結(jié)果相比較，按二項式法計算的結(jié) 果比按需要系數(shù)法計算的結(jié)果大得多?？梢?，二項式法更適 用于容量差別懸殊的用電設(shè)備的負(fù)荷計算。 kW64.2008.10)256.17()()( m a x30 xie cPbPP v a rk72.30 73.108.10)075.056.173.17( )()( m a xm a x30 tgcPtgbPQ xix k V A01.3772.3064.20 2223023030 QPS A2.5638.07 3 2.1 01.373 3030 NU SI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 單相用電設(shè)備等效

22、三相計算負(fù)荷的確定 現(xiàn)代建筑中的用電設(shè)備從供電的形式上可分為單相和三 相兩大類。 單相： 單相電動機、電熱設(shè)備、電焊機和各種形式的家 用電器設(shè)備。 三相： 電動機為動力的各種設(shè)備例如給水泵、集中式空 調(diào)機、電梯等。 供電形式為三相供電系統(tǒng)時，根據(jù)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)條款 的規(guī)定必須將單相用電設(shè)備平均地分配到各個單相中。 然后才能進行對連接有單相用電設(shè)備的三相供電系統(tǒng)負(fù) 荷計算。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 單相用電設(shè)備組確定計算負(fù)荷的原則 按在三相供電系統(tǒng)中連接單相設(shè)備功率和三相設(shè)備功 率的比例來制定。 如果單相設(shè)備的總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?15%，則不論單相設(shè)備如何連接，均可作為三

23、相平 衡負(fù)荷對待。 單相設(shè)備接于相電壓時，在盡量使三相負(fù)荷均衡分 配后，取最大負(fù)荷相所接的單相設(shè)備容量乘以 3，便 可求得其等效三相設(shè)備容量。 單相設(shè)備接于線電壓時，其等效三相設(shè)備容量 Pe 單臺設(shè)備時 23臺設(shè)備時 ee 3 PP m a xee 3 PP 單相設(shè)備的設(shè)備容量 最大負(fù)荷單相設(shè) 備的設(shè)備容量 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 單相用電設(shè)備組確定計算負(fù)荷的原則 單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時，首先應(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，然后分相計算各相的設(shè)備容量和計算負(fù)荷。而總 的等效三相有功計算負(fù)荷就是最大有功負(fù)荷相的有功 計算負(fù)荷的 3倍?？偟牡刃?/p>

24、相無功計算負(fù)荷就是最大 無功負(fù)荷相的無功計算負(fù)荷的 3倍。 特別注意的是： 最 大相的有功計算負(fù)荷和最大相的無功計算負(fù)荷不一定 在同一相上。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.2.4 工廠電氣照明負(fù)荷的確定 工廠電氣照明負(fù)荷也 是電力負(fù)荷的一部分。 良好的照明環(huán)境是保證 工廠安全生產(chǎn)、提高勞 動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì) 量、改善職工勞動環(huán)境、 保障職工身體健康的重 要方面。 工廠的電氣照明設(shè)計，一般應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的性質(zhì)、廠房自然 條件等因素選擇合適的光源和燈具，進行合理的布置，使工 作場所的照明度達到規(guī)定的要求。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 1. 照明容量的確定 白熾燈、碘鎢燈等不用鎮(zhèn)

25、流器的照明設(shè)備，容量通 常指燈頭的額定功率，即： Pe=PN 熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈需用鎮(zhèn)流器的照 明設(shè)備，其容量包括鎮(zhèn)流器中的功率損失，所以一般 略高于燈頭的額定功率，即： Pe=1.1PN 照明設(shè)備的額定容量還可按建筑物的單位面積容量 法估算，即： Pe=S/1000 其中 建筑物單位面積的照明容量，單位為 W/m2； S 建筑物面積，單位是 m2 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2. 照明計算負(fù)荷的確定 照明設(shè)備通常都是單相負(fù)荷，在設(shè)計安裝時應(yīng)將它們均勻地分 配到三相上，力求減少三相負(fù)荷不平衡狀況。負(fù)荷計算公式應(yīng)用 需要系數(shù)法。 表 6-2 照明設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)

26、光源類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 白熾燈 熒光燈 高壓汞燈 高壓納燈 金屬鹵化物燈 生產(chǎn)車間辦 公室 0.81 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 變配電所、 倉庫 0.50.7 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 生活區(qū)宿舍 0.60.8 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 室外 1 1 0.9 （ 0.55） 0.45 0.65 0.45 0.40 0.61 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.2.5 全廠計算負(fù)荷的確定 1用需要系數(shù)法計算全廠計算負(fù)

27、荷 在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘?Pe的條件下，乘以一個工廠的需要 系數(shù) Kd即可求得全廠的有功計算負(fù)荷，即： P30=KdPe ，其中 Kd是 全廠需要系數(shù)值。 表 6-3 全廠負(fù)荷的需要系數(shù)及功率因數(shù) 工廠類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 工廠類別 需要系數(shù) Kd 功率因數(shù) cos 汽輪機制造廠 0.38 0.88 石油機械制造廠 0.45 0.78 鍋爐制造廠 0.27 0.73 電線電纜制造廠 0.35 0.73 柴油機制造廠 0.32 0.74 開關(guān)電器制造廠 0.35 0.75 重型機床制廠 0.32 0.71 橡膠廠 0.5 0.72 儀器儀表制造廠 0.37 0.81 通用機

28、械廠 0.4 0.72 電機制造廠 0.33 0.81 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 已知某開關(guān)電器制造廠用電設(shè)備總?cè)萘繛?4500kW， 試 估算該廠的計算負(fù)荷 。 查表 6-3取 Kd為 0.35， cos=0.75，則 tan=0.882，得 P30=KdPe=0.35 4500=1575kW Q30=P30tan=1575 0.8821386kvar k V A209813861575 2223023030 QPS A3 1 8 838.07 3 2.1 2 0 9 83 3030 NU SI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2用逐級推算法計算全廠的計算負(fù)荷 從負(fù)荷端開始

29、， 逐級上推到電源 進線端。 用電設(shè)備組 車間低壓變 壓器出線 車間低壓變 壓器高壓側(cè) 工廠變壓 器出線 工廠輸電 進線端 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2用逐級推算法計算全廠的計算負(fù)荷 P305是圖示所有出線上的計算負(fù)荷 P306等 之和，再乘上同時系數(shù) K；由于 P304要考 慮線路 WL2的損耗，因此 P304= P305+ PWL2； P303由 P304等幾條高壓配電線路上 計算負(fù)荷之和乘以一個同時系數(shù) K而得； P302還要考慮變壓器的損耗，因此 P302= P303+PWL1 +PT； P301由 P302等幾條高壓 配電線路上計算負(fù)荷之和乘以一個同時系 數(shù) K而得。 對

30、中小型工廠來說，廠內(nèi)高低壓配電線 路一般不長，其功率損耗可略去不計。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2用逐級推算法計算全廠的計算負(fù)荷 電力變壓器的功率損耗 ， 在一般 的負(fù)荷計算中 ， 可采用簡化公式 來近似計算 ， 如： 有功功率損耗： 無功功率損耗： 式中 S30為變壓器二次側(cè)的視在計算負(fù)荷，它是選擇 變壓器的基本依據(jù)。 30T 0 1 5.0 SP 30T 06.0 SQ 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 3按年產(chǎn)量和年產(chǎn)值估算全廠的計算負(fù)荷 已知全廠的年產(chǎn)量 A或年產(chǎn)值 B，就可根據(jù)全廠的單 位產(chǎn)量耗電量 a或單位產(chǎn)值耗電量 b，求出全廠的全年耗 電量 Wa=Aa=Bb 求

31、出全年耗電量后，即可根據(jù)下式求出全廠的有功計 算負(fù)荷為 式中的 Tmax是工廠的年最大負(fù)荷利用小時。 m a x 30 T WP a 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 你能回答嗎？ 確定計算負(fù)荷的需要系數(shù)法 和二項式法各有什么特點？ 各適用哪些場合？ 什么叫計算負(fù)荷？ 為什么計算負(fù)荷通 常采用半小時最大 負(fù)荷？正確確定計 算負(fù)荷有何意義？ 如何將單相負(fù) 荷簡便地?fù)Q算 為三相負(fù)荷？ 需要系數(shù) 的含義是什 么？ 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 5已知線電壓為 380V的三相供電線路供電給 35臺小批 量生產(chǎn)的冷加工機床電動機，總?cè)萘繛?85kW，其中較 大容量的電動機有 7.5kW1臺，

32、 4kW3臺， 3kW12臺。試 分別 用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法確定其計算負(fù)荷。 6有一個機修車間，有冷加工機床 30臺，設(shè)備總?cè)萘?為 150kW，電焊機 5臺，共 15.5kW，利用率只有 65%， 通風(fēng)機 4臺，共 4.8kW，車間采用 380/220V線路供電， 試確定該車間的計算負(fù)荷。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.3 工廠供電系統(tǒng)的電能損耗及無功補償 在考慮變配電系統(tǒng)總計算負(fù)荷時，除了用電負(fù)荷所消耗的 電功率以外，變配電系統(tǒng)本身還要損耗一部分電功率，這是 因為 供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和線路上存在著阻抗，當(dāng)有電流 通過時，則會產(chǎn)生相應(yīng)的損耗。供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗較大 的設(shè)

33、備是變壓器和輸電線路。 這部分功率損耗也是由變配電 系統(tǒng)提供的。因此，要計入其計算負(fù)荷中。 6.3.1 線路的電能損耗 線路上全年的電能損耗用 W表示，其計算公式為： 式中電流是通過線路的計算電流； RWL是線路每相的電阻 值； 是一個假想的時間， 與 Tmax和 cos有關(guān)。 wL2303 RIW a 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 的物理含義：當(dāng)線路或 變壓器中以最大計算電流流 過 小時后所產(chǎn)生的電能損 耗，恰與全年流過實際變化 的電流時所產(chǎn)生的電能損耗 相等。 與 Tmax之間的關(guān)系如左 圖示。 與 Tmax的關(guān)系可用 公式表達為： 8760 2 maxT 當(dāng) cos=1，且線路電

34、壓不變時，全年的電能損耗為 ： 8 7 6 03 2 m a x wL 2 30 TRIW a 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.3.2 變壓器的電能損耗 變壓器的電能損耗包括兩個部分： 一是由鐵損引起的電能損耗： 87608760 0Fe1 PPW a 上式表明： 只要外施電壓和頻率不變，鐵損所引起的電能損耗 也固定不變，且近似于空載損耗 P0。 二是由銅損引起的電能損耗： 2k2cu2 PPW a 由式可知，由變壓器銅損引起的電能損耗，與變壓器負(fù)荷率 的平方成正比，且近似于短路損耗 Pk。 因此， 變壓器全年的電能損耗為： 20a21 8760 kaa PPWWW 第 6章 負(fù)荷計

35、算和設(shè)備的選擇與校驗 6.3.3 工廠的功率因數(shù)和無功補償 1.工廠的功率因數(shù) 瞬時功率因數(shù) 瞬時功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由 功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出： UI P 3c o s 平均功率因數(shù) 平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù) ， 按下式計算： 2 p q 2 q 2 P P )(1 1c o s W WWW W 式中 WP是某一時間內(nèi)消耗的有功電能； Wq是某一時間內(nèi)消耗的無 功電能 。 我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費 ， 規(guī)定要按月 平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 最大負(fù)荷時的功率因數(shù) 最大負(fù)荷時功率因數(shù)指在年

36、最大負(fù)荷時的功率因數(shù) 。 可按下式計 算： 30 30c o s S P 2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 一般交流供電線路中 ， 大多數(shù)為電感性負(fù)載 ， 致使功率因數(shù)偏低 。 當(dāng)有功功率為一定值時 ， cos愈小 （ 角愈大 ） ， 其視在功率就愈 大 ， 因而供電線路中的電流大 ， 線路的損失 （ 電壓和有效功率損 耗 ） 隨之增大 ， 不經(jīng)濟 。 供電設(shè)備 （ 電源 ） 的供電能力 （ 容量 ） 是用視在功率 S來表示的 。 當(dāng)供電設(shè)備的容量一定時 ， 如果用戶負(fù)載的功率因數(shù)過低 ， 其無 功功率就會過大 ， 致使供電設(shè)備輸出的有功功率減少 ， 于是降低 了供電設(shè)備的供電能力 。 第 6

37、章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線路的 電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。 功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加， 從而影響用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。 發(fā)電機發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率增加時，有功功率下 降，發(fā)電機的效率降低。 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3485-1998 評價企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則 中規(guī) 定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)應(yīng)不低于 0.9，凡功率因數(shù)未 達到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補償設(shè) 備”。為鼓勵提高功率因數(shù)，供電部門規(guī)定，凡功率因數(shù)低于規(guī) 定值時，將予以罰款，相反，功

38、率因數(shù)高于規(guī)定值時，將得到獎 勵，即采用“高獎低罰”的原則。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 3. 電力電容器 變電所內(nèi)的并聯(lián)電力電容器組 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用 由于電力系統(tǒng)中許多設(shè)備不僅要消耗有功功率 ， 設(shè)備本身的電感 損失也要消耗無功功率 ， 使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低 。 如果把能 “ 發(fā) 出 ” 無功電力的電力電容器并接在負(fù)荷或供電設(shè)備上運行 ， 那么 ， 負(fù)荷或供電設(shè)備要 “ 吸收 ” 的無功電力正好由電容器 “ 發(fā)出 ” 的 無功電力供給 ， 從而起到無功補償作用 ， 這就是電力電容器在電 力系統(tǒng)中的主要作用 。 在電力線路兩端并聯(lián)上

39、移相電容器 ， 線路 上就可避免無功電力的輸送 ， 以達到減少線路能量損耗 、 減小線 路電壓降 ， 提高系統(tǒng)有功出力的效益 ， 因此 ， 移相電容器是提高 電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一種重要的電力設(shè)備 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 電力電容器部分型號表示 表 6-4 電力電容器部分型號表示 第一位 字母 含義 第二位 字母 含義 第三位 字母 含義 B 標(biāo)準(zhǔn) D 充氮單相 F 復(fù)合介質(zhì) Y 移相用 W 戶外式 C 串聯(lián)用 Y 油浸 S 水冷 J 均壓 T 可調(diào) O 耦合 L 氯化聯(lián)苯浸漬 C 沖擊放電 L 濾波用 B 薄膜 M 脈沖用 D 一般接地 F 防護用 R 電容式 R 電熱 第

40、6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 4. 調(diào)相機 調(diào)相機在 電力系統(tǒng)中的作用 大量的異步電動機和變壓器需汲取大量的無功功率以供其勵磁 之用 ， 造成電網(wǎng)功率因數(shù)降低 ， 致使發(fā)電機和輸配電設(shè)備的作用 不能充分發(fā)揮 ， 線路損耗和電壓損失增大 ， 輸電質(zhì)量變壞 ， 甚至 影響輸電的穩(wěn)定性 。 為此 ， 在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)一些同步調(diào)相機 ， 用于改善電網(wǎng)的 功率因數(shù) 。 根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載情況的不同 ， 適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)相機的勵磁電 流 ， 可改變調(diào)相機汲取的無功功率 ， 使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于 1。 此外 ,在長距離輸電線路中 ， 線路電壓降隨負(fù)載情況的不同而發(fā)生 變化 ， 如果在輸電線的受電端裝一臺調(diào)相機

41、， 在電網(wǎng)負(fù)載加重時 ， 讓其過勵運行 ， 減少輸電線中滯后的無功電流分量 ， 從而可減少 線路壓降；在輸電線輕載的情況下 ， 讓其欠勵運行 ， 吸收滯后的 無功電流 ， 可防止電網(wǎng)電壓上升 ， 從而維持電網(wǎng)的電壓在一定的 水平上 。 同步調(diào)相機還有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 調(diào)相機與電容器的比較 a. 靜電電容器的最大優(yōu)點是損耗小、效率高，損耗約占本身容 量的 0.3% 0.5%，調(diào)相機的有功功率損耗為額定容量的 1.5% 5.5%。 b. 電容器設(shè)備費與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機則不然，當(dāng)容量較 大時，其單位造價比較低，而容量減小時，單位造價偏高。 c.

42、 補償方式上，調(diào)相機只能在負(fù)荷中心使用，靜電電容器既可 以集中使用，又可以分散使用。 d. 調(diào)相機最大優(yōu)點是裝設(shè)勵磁裝臵，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā) 出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電 壓降低時輸出功率急劇下降，。 e. 調(diào)相機裝有自動勵磁裝臵，在故障時能保持電力系統(tǒng)的電壓， 從而達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起 作用。 f. 調(diào)相機維護工作量大，電容器維護量小。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 調(diào)相機與電容器的比較 a. 靜電電容器的最大優(yōu)點是損耗小、效率高，損耗約占本身容 量的 0.3% 0.5%，調(diào)相機的有功功率損耗為額定容量的 1.5% 5.

43、5%。 b. 電容器設(shè)備費與總?cè)萘繋缀鯚o關(guān)，調(diào)相機則不然，當(dāng)容量較 大時，其單位造價比較低，而容量減小時，單位造價偏高。 c. 補償方式上，調(diào)相機只能在負(fù)荷中心使用，靜電電容器既可 以集中使用，又可以分散使用。 d. 調(diào)相機最大優(yōu)點是裝設(shè)勵磁裝臵，能得到均勻調(diào)壓，既能發(fā) 出無功功率又能吸收無功功率；電容器可用分級調(diào)壓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電 壓降低時輸出功率急劇下降，。 e. 調(diào)相機裝有自動勵磁裝臵，在故障時能保持電力系統(tǒng)的電壓， 從而達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；電力電容器對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起 作用。 f. 調(diào)相機維護工作量大，電容器維護量小。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 5. 無功功率的補償 提高自然

44、功率因數(shù) a.合理選擇電動機的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。 b.對實際負(fù)載不超過額定容量 40的電動機，應(yīng)更換為小容 量的電動機。 c.合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)方式，限 制感應(yīng)電動機空載運轉(zhuǎn)。 d.正確選擇變壓器容量，提高變壓器的負(fù)載率（一般為 75 80比較合適）。對于負(fù)載率低于 30變壓器，應(yīng)予以 更換。 e.對于負(fù)荷率在 0.6 0.9的繞線式電動機，必要時可以使其同 步化，這時電動機可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 5. 無功功率的補償 人工補償法 a. 使用同步電動機在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因 數(shù)超前 0.8 0.9時，向供

45、電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補償用感 性電設(shè)備所需要的無功功率。 此補償方法因同步機構(gòu)造復(fù)雜， 價格較貴，維護麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。 b.利用同步調(diào)相機作為無功功率電源，用來補償所需要的無功 功率。同步調(diào)相機是軸上不帶機械負(fù)載的同步電動機。調(diào)節(jié) 同步調(diào)相機的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的 大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少使用。 c. 采用靜電電容器補償。當(dāng)將電容器 C與感性負(fù)載并聯(lián)，以提 高線路的功率因數(shù)。 這是目前用戶、企業(yè)內(nèi)廣泛采用的一種補 償方式。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 5. 無功功率的補償 動態(tài)無功功率補償法 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一

46、些容量很大的沖擊性負(fù)荷（如煉 鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機等），他們使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重波動， 功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝臵響應(yīng)太慢無 法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補 償裝臵，如晶閘管開關(guān)快速切換電容器，晶閘管勵磁的快速 響應(yīng)式同步補償機等。 目前已投入到工業(yè)運行的靜止動態(tài)無功補償裝臵有：可控 飽和電抗器式靜補裝臵；自飽和電抗器式靜補裝臵；晶閘管 控制電抗器式靜補裝臵；晶閘管開關(guān)電容器式靜補裝臵；強 迫換流逆變式靜補裝臵；高阻抗變壓器式靜補裝臵等。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 如某變電站的計算負(fù)荷為 2400kW， 平均功率因數(shù)為 0.67。 如果要使其平均

47、功率因數(shù)提高到 0.9， 問若在 10kV側(cè)固定補 償 ， 需要補償?shù)娜萘繛槎嗌??如果采用 BWF-10.5-1型電容器 (Qr 40kvar)， 需裝設(shè)多少個 ? 需補償?shù)娜萘繛?： 1 0 8 0.1)67.0( a r c c o s1 tgtg 4843.0)9.0( a r c c o s2 tgtg v a r66.1 1 2 2 )4 8 4 3.01 0 8 0.1(2 4 0 075.0 )( 21 k tgtgPQ avc 28v a r40v a r /66.1 1 2 2/ kkqQN c 需裝設(shè)的電容器個數(shù) ： 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 考慮三相均衡分配

48、 ， 應(yīng)裝設(shè) 30臺 ， 每相 10臺 ， 此時并 聯(lián)電容器的實際值為 30 40kvar 1200kvar。 補償后的實際功率為： 91.0 )12001080.1240075.0()240075.0( 240075.0 )( c os 22 2 1 2 k V A kW QtgPP P S P cav av av av av 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 你能回答嗎？ 何謂年最大負(fù)荷損 耗小時？它與年最大 負(fù)荷利用小時的區(qū)別 在哪里？ 提高功率因數(shù) 進行無功功率補 償有什么意義？ 無功補償有哪些 方法？ 什么叫平均功 率因數(shù)和最大負(fù) 荷時功率因數(shù)？ 各如何計算，各 有何用途？ 第

49、6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.4 尖峰電流的計算 尖峰電流 Ipk是指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù) 12秒的短時最 大負(fù)荷電流。尖峰電流是由于電動機起動、電壓波動等原因 引起的，比計算電流大的多。 計算尖峰電流的目的是選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼 電保護裝置、計算電壓波動及檢驗電動機自起動條件等。 6.4.1 單臺用電設(shè)備尖峰電流的計算 尖峰電流就是用電設(shè)備的起動電流，即 Ipk = Ist = KstIN 式中， Ist為用電設(shè)備的起動電流； IN為用電設(shè)備的額定電 流； Kst為用電設(shè)備的起動電流倍數(shù) 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.4.2 多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算 多

50、臺用電設(shè)備的線路上，其尖峰電流應(yīng)按正下式計算 m a xNi 1 1 pk st n i IIKI 或者 m a xNst30pk )( IIII 式中， Istmax為用電設(shè)備組中起動電流與額定電流之差 為最大的那臺設(shè)備的起動電流；（ Ist IN） max為用電設(shè)備 組中起動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的起動電 流與額定電流電流之和； K為上述 n1臺設(shè)備的同時系數(shù)，其值按臺數(shù)多少選 取，一般為 0.71； Ic為全部設(shè)備投入運行時線路的計算電 流。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 有 380V配電干線，給三臺電動機供電，已知 IN1 =5A， IN2 =4A， IN3 =10

51、A， Ist1 =35A， Ist2 =16A， Kst3=3，求 該配電線路的尖峰電流。 Ist1 IN1=355=30A Ist2 IN2=164=12A Ist3 IN3= Kst3IN3IN3=3 1010=20A 可見，（ IstIN） 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 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 什么叫尖峰 電流？尖峰電 流的計算有什 么用處？ 有一條 380V的三 相輸電線路，供電 給表 6-5所示 4臺電動 機，試計算這

52、條輸 電線路的尖峰電流 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.5 短路故障和短路電流計算 6.5.1 短路故障的原因和種類 1. 短路故障的原因 設(shè)備或裝臵存在隱患 。 如絕緣材料 陳舊老化 、 絕緣機械損傷 、 設(shè)備缺陷 未發(fā)現(xiàn)和消除 、 設(shè)計安裝有誤等 。 運行 、 維護不當(dāng) 。 如不遵守操作規(guī) 程 ， 技術(shù)水平低 ， 管理不善等 。 雷擊 ， 特大洪水 、 大風(fēng) 、 冰雪 、 塌方 等引起的線路倒桿 、 斷線 ， 鳥 ， 鼠 、 蛇 等小動物跨接裸導(dǎo)體等自然災(zāi)害 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2. 短路故障的種類 單相短路 短路電流僅在故障相中流過，故障相電壓 下降，

53、非故障相電壓會升高。 二相短路 短路回路中流過很大的短路電流，電壓和 電流的對稱性被破壞。 二相短路接地 短路回路中流過很大的短路電流 ，故障相 電壓為零。 三相短路 三相電路中都流過很大的短路電流，短路 時電壓和電流保持對稱 ，短路點電壓為零。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 3. 短路的危害 大電流產(chǎn)生巨大電動力，造成機械損壞（動穩(wěn)定）； 燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）； 電網(wǎng)大面積電壓下降； 破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定； 影響電力系統(tǒng)通訊 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 2003年 8月 14日美國大停電 美國東部 (EDT)時間 2003年 8月 14日 16:11開始 （北京時間 8月

54、15日晨 4:11），美國東北部和加拿大東 部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故 紐約 : 交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地 隧道里、冒酷熱步行回家 停電影響 美國： 俄亥俄州、密歇根州、紐約州、 馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、 賓夕法尼亞州、佛蒙特州（ 8個州） 加拿大：安大略省、魁北克省（ 2個?。?第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 短路計算的目的 為確保設(shè)備在短路情況下不致破壞，減輕短路危 害和防止故障擴大，必須事先對短路電流進行計算。 計算短路電流的具體目的是： 選擇和校驗電氣設(shè)備； 進行繼電保護裝置的選型與整定

55、計算； 分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電 流的措施； 確定電力線路對通信線路的影響等。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 4. 短路計算方法簡介 短路計算方法 有名單位制法 標(biāo)幺制法 短路容量法 如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其 他電氣參數(shù)用有名 值表示 ， 稱為有名 單位制法 。 低壓系 統(tǒng)的短路電流計算 通常采用這種方法 ， 簡單明了 。 如果各種電氣設(shè)備的電 阻和電抗及其他電氣參 數(shù)用相對值表示 ， 稱為 標(biāo)幺值法 。 這種計算方 法通常用于高壓系統(tǒng) 。 如果各種電氣設(shè) 備的電阻和電抗 及其他電氣參數(shù) 用短路容量表示 ， 稱為短路容量法 。 這種方法比較適 用于高壓系統(tǒng)

56、。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 短路計算步驟 有名單位制法 標(biāo)幺制法 短路容量法 繪制短路回路等效 電路；計算短路回 路中各元件的阻抗 值；求等效阻抗 ， 化簡電路；計算三 相短路電流周期分 量有效值及其他短 路參數(shù)；列短路計 算表 。 略講 選擇短基準(zhǔn)容量 、 基 準(zhǔn)電壓 、 計算短路點 的基準(zhǔn)電流；繪制短 路回路的等效電路； 計算短路回路中各元 件的電抗標(biāo)幺值；求 總電抗標(biāo)幺值 ， 化簡 電路；計算三相短路 電流周期分量有效值 及其他短路參數(shù)；列 短路計算表 。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.5.2 短路電流的計算概述 在計算電路圖上將短路計算所需考慮的各元件額定參

57、數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計 算點，短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣 元件有最大可能的短路電流通過。接下來要按所選擇的 短路計算點繪出等效電路圖， 如上圖所示。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 工廠供電系統(tǒng)通常把電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，短路電路 一般只采用阻抗串、并聯(lián)的方法進行化簡。對簡化電路求出其等 效總阻抗，最后計算短路電流和短路容量。 短路計算中有關(guān)物理量的單位：電流為 kA；電壓為 kV；短路 容量和斷流容量單位為 MVA；設(shè)備容量單位為 kW或 kVA；阻抗 單位為 等。如果采用工程上常用的單位來計算，則應(yīng)注意所用 公式中各物理量單位的換算系數(shù)

58、。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.5.3 采用歐姆法進行短路計算 歐姆法即有名單位制法。因其短路計算中的阻抗都采用有名 單位“歐姆”而得名。在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時， 其三相短路電流周期分量有效值可按下式計算： 22 ( 3 ) k 33 XR U Z UI CC 式中 UC是短路點的短路計算電壓，也稱為平均額定電壓。由 于線路首端短路時其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮， 即短路計算電壓取為比線路額定電壓 UN高 5%。 在高電壓的短路計算中，通?？傠娍惯h比總電阻大，所以一 般可只計電抗，不計電阻。在計算低壓側(cè)短路時，也只有當(dāng)短 路電路的電阻大于電抗的三分之一時才需考

59、慮電阻。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 1. 電力系統(tǒng)的阻抗 電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，一般不予考慮。電力 系統(tǒng)的電抗由電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口斷路器的斷流容 量 SOC來估算， SOC可看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量 Sk，因此 電力系統(tǒng)的電抗： XS UC2/SOC 式中， UC是高壓饋電線的短路計算電壓， SOC是系統(tǒng)出口斷 路器的斷流容量，如只有開斷電流 IOC的數(shù)據(jù)，則斷流容量 ： 不計電阻時，三相短路電流的周期分量有效值為： X UI C 3 ( 3 ) k 三相短路容量為： )3( 3 )k 3 kC IUS NOCOC 3 UIS 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選

60、擇與校驗 2. 電力變壓器的阻抗 式中 UC、 SN、 Pk、 Uk%均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。 變壓器的短路損耗 TCNTCNTNk RUSRUSRIP 222 )/()3/(33 由短路損耗可近似地求出變壓器的電阻： 22 )/( NCkT SUPR 變壓器的短路電壓 由短路電壓可近似地求出變壓器的電抗： 100)/(100)/3(% 2 CTNCTNk UXSUXIU )/(1 0 0% 2 NCkT SUUX 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 3. 電力線路的阻抗 求出短路電路中各元件的阻抗后，就化簡了短路電路， 求出其總阻抗，然后 可 計算短路電流周期分量 線路的電阻 RWL

61、可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電阻 R0值求得 lRR OWL 線路的電抗 XWL可由導(dǎo)線、電纜的單位長度電抗 X0值求得 式中 R0、 X0是分別為導(dǎo)線、電纜單位長度的電阻和電抗， l是線路長度。均可從相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本查閱。 lXX OWL )3(kI 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 3. 電力線路的阻抗 必須注意：在計算短路電路的阻抗時，假如電路內(nèi)含有 電力變壓器，則電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路 點的短路計算電壓。阻抗等效換算的條件是元件的功率損 耗不變。阻抗換算的公式為 2 )/( CC UURR 2 )/( CC UUXX 式中， R、 X和 UC為換算前元件的電阻、電抗和元

62、件所 在處的短路計算電壓； R、 X和 UC為換算后元件的電阻、 電抗和短路點的短路計算電壓。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 6.5.4 采用標(biāo)幺制法進行短路計算 電壓 kV，電流 kA，容量 kVA，電阻 和 電 抗 等 物理量均可用標(biāo)幺值表示 。標(biāo)幺值無量綱。 按標(biāo)幺制法進行短路計算，通常先選定基準(zhǔn)容量 Sd和基 準(zhǔn)電壓 Ud。工程設(shè)計中通常取基準(zhǔn)容量 Sd=100MVA；通常 取元件所在處的短路計算電壓為基準(zhǔn)電壓，即取 Ud= Uc 則基準(zhǔn)電流 Id和基準(zhǔn)電抗 Xd可按下述公式計算： 標(biāo)幺值 (相對值 ) 有名值 (有單位的物理量 ) 基準(zhǔn)值 (與有名值同單位的物理量 ) c d

63、 d d d 33 U S U SI c d d d d 33 I U I UX 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 線路的額定電壓和基準(zhǔn)電壓（ kV） 額定電壓 0.38 6 10 35 110 220 500 基準(zhǔn)電壓 0.4 6.3 10.5 37 115 230 550 假設(shè)短路發(fā)生在 4WL，選基準(zhǔn)容量為 Sd，各級基準(zhǔn)電壓分別 為 Ud1=Uav1， Ud2=Uav2， Ud3=Uav3， Ud4=Uav4，則線路 1WL的電 抗 X1WL歸算到短路點所在電壓等級的電抗 X1WL為 1WL的標(biāo)幺值電抗為 2 a v 3 a v 42 a v 2 a v 32 a v 1 a v

64、2 1 W L1 W L )()()( U U U U U UXX 2 d1 d 1 W L2 a v 1 d 1 W L2 d4 d 1 W L d 1 W L* 1 W L U SX U SX U SX Z XX 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值計算公式 上述分析表明：變壓器的變比標(biāo)幺值等于 1，這種近似估算 法避免了多級電壓系統(tǒng)中阻抗的換算，使得計算簡單、結(jié)果清 晰。這也是采用標(biāo)幺制法計算短路電流具有的突出優(yōu)點。 2 d1 d 1 W L2 a v 1 d 1 W L2 d4 d 1 W L d 1 W L* 1 W L U SX U SX U SX Z XX

65、電力變壓器的電抗標(biāo)幺值計算公式 電力線路的電抗標(biāo)幺值計算公式 oc d d 2 c oc 2 c d S* S / / S S SU SU X XX N d d 2 c N 2 c d T* T 1 0 0 % / / 1 0 0 % S SU SU SUU X XX kk 2 d 0 d 2 c 0 d wl* wl / cU SLX SU LX X XX 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值求出以后，即可根據(jù)其 電路圖進行電路化簡，計算其總電抗標(biāo)幺值。由于各元件電抗 相對值與短路計算點的電壓無關(guān)，因此不需要進行電壓換算， 這一點也是標(biāo)幺制法的優(yōu)越之處。 無

66、限大容量電源系統(tǒng)的概念 無限大容量電源系統(tǒng) 是指其容量相對于一個工廠（或任意一 個電力用戶）的用電設(shè)備容量大得多的電力系統(tǒng)，以致饋電用 戶的線路上無論如何變動甚至發(fā)生短路時， 系統(tǒng)變電站饋電母 線上的電壓能始終維持基本不變 。 在實際應(yīng)用中，為了簡化短路計算，通常把內(nèi)阻抗小于短路 回路總阻抗 10%的電源或系統(tǒng)均作為無窮大容量電源進行分析。 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 無限大容量 系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值 *2 d * )3( k 1 333 XU S U S X U XX UI c d c cc 無限大容量 系統(tǒng) 三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值 * cd * d )3( k)*3( k 1 3/ 3/ XUS XUS I II cd 三相短路容量的計算公式 *d*dc( 3 )kc( 3 )k /33 XSXIUIUS 第 6章 負(fù)荷計算和設(shè)備的選擇與校驗 試用標(biāo)幺制法計算下圖所示供電系統(tǒng)中 k-1點和 k-2點的三 相短路電流和短路容量 。 確定基準(zhǔn)值 kA50.55.10732.1 1003 c1 d d1 U SI kA1 4 44.07 3 2.1 1 0