/摘要本論文主要是對小型工廠供配電系統(tǒng)的電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。工廠由戶外引入10kV的高壓電源，經(jīng)過工廠變電所降為220/380V的低壓電，干脆供應(yīng)工廠車間的動力系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。在選擇電氣設(shè)備之前，先對工廠負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，確定工廠總的負(fù)荷容量，同時在低壓母線側(cè)進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)。依據(jù)補(bǔ)償后的負(fù)荷容量，選擇工廠變電所變壓器的容量和臺數(shù)，然后確定工廠接受的供電系統(tǒng)，選擇合適的車間配電方案，畫出供配電系統(tǒng)主接線圖。高壓一次設(shè)備、低壓一次設(shè)備和導(dǎo)線截面積選擇時，都必需滿足電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求。電氣設(shè)備不僅要滿足在短路故障條件下的工作要求，還必需按最大可能的短路故障時的動穩(wěn)看法和熱穩(wěn)看法進(jìn)行校驗(yàn)，以推斷設(shè)備是否滿足工作要求。電路發(fā)生三相短路時的短路電流電流最大，計(jì)算三相短路電流，以進(jìn)行設(shè)備的校驗(yàn)。最終，進(jìn)行繼電愛惜和防雷接地，來提高系統(tǒng)的平安性和牢靠性。關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算，三相短路，主接線，繼電愛惜，設(shè)備選擇AbstractThisthesisismainlyonthesmallplantpowersupplyanddistributionsystemoftheelectricalpartdesign.Thefactoryintroducedby10kVoutdoorhighvoltagepowerplantsubstation,afterfallingto220/380Vlowvoltage,directsupplyfactoryworkshoppowersystemandlightingsystem.Intheselectionofelectricalequipment,firstonthefactoryloadcalculation,todeterminethetotalfactoryloadcapacity,atthesametimeinthelowvoltagesideofthereactivepowercompensation,inordertoimprovethepowerfactor.Accordingtothecompensatedloadcapacity,plantselectionofsubstationtransformercapacityandnumbers,andthendeterminethefactoryusesthepowersupplysystem,selecttheappropriateworkshopsdistributionscheme,drawthemainwiringdiagramofpowersupplyanddistributionsystem.Highvoltageprimaryequipment,low-pressureprimaryequipmentandwirecross-sectionalareaselection,mustmeetthecircuitundernormalconditionsandunderfaultconditionsworkrequirements.Electricalequipmentnotonlytomeettheshortcircuitfaultundertheconditionsofthejobrequirements,accordingtothemaximumpossibleshort-circuitfaultofthedynamicstabilityandheatstabilitycheckattitudetodeterminewhethertheequipmentmeetthejobrequirements.Circuitofthree-phaseshort-circuitcurrentatmaximumcurrent,calculationofthree-phaseshort-circuitcurrent,forequipmentcalibration.Finally,forrelayprotectionandlightningprotectionandgrounding,toenhancethesecurityandreliabilityofsystem.Keywords:distribution,loadcalculation,thethree-phaseshortcircuit,relayprotection書目摘要 IAbstract II書目 III1緒論 12電力負(fù)荷及其計(jì)算 22.1負(fù)荷分級及供電電源措施 22.1.1工廠電力負(fù)荷的分級 22.1.2各級負(fù)荷的供電措施 22.2工廠計(jì)算負(fù)荷的確定 3負(fù)荷計(jì)算的目的和意義 3負(fù)荷計(jì)算的方法 3須要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 4二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷 6工廠負(fù)荷的計(jì)算 62.3無功功率補(bǔ)償 9功率因數(shù) 9無功補(bǔ)償?shù)倪x擇 10無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算 113變壓器的選擇及其電氣主接線 133.1變壓器的選擇 13電力變壓器及其分類 13電力變壓器的連接組別 13變壓器臺數(shù)和容量的選擇 14電力變壓器的校驗(yàn) 153.2工廠變配電所的主接線圖 15電氣主接線的概況 15車間和小型工廠變電所的主接線圖 16本工廠變電所主接線的確定 214短路電流的計(jì)算 224.1短路的緣由、后果及其形式 22短路的緣由 22短路的后果 22短路的形式 234.2無限大容量電力系統(tǒng)的三相短路計(jì)算 23無限大容量電力系統(tǒng) 23短路電流的計(jì)算方法 23工廠三相短路電流的計(jì)算 25第5章金工車間的配電 285.1低壓配電線路接線方式 285.2低壓配電系統(tǒng)的接地型式 29第6章設(shè)備選擇和校驗(yàn) 336.1導(dǎo)線的選擇和校驗(yàn) 33車間導(dǎo)線截面及配電箱的選擇 33車間導(dǎo)線的校驗(yàn) 386.2高壓一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn) 40一次設(shè)備及其分類 40一次設(shè)備的選擇 41一次設(shè)備的校驗(yàn) 436.3低壓補(bǔ)償柜選擇 45第7章繼電愛惜和防雷接地 467.1工廠的繼電愛惜 46繼電愛惜的選擇 46繼電愛惜的整定及計(jì)算 467.2工廠的防雷和接地 47總結(jié) 49參考文獻(xiàn) 50致謝 51附錄A1緒論電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其他形式的能量以供應(yīng)用。電能的輸送和支配既簡潔經(jīng)濟(jì)，又便于限制、調(diào)整和測量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。一般中小型工廠的電壓進(jìn)線電壓為6-10kV。電能先經(jīng)高壓配電所集中，在由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所，或者高壓配電線路供應(yīng)給高壓用電設(shè)備。車間變電所內(nèi)裝設(shè)有電力變壓器，將6-10kV的高壓降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設(shè)備。對于大型工廠及其某些電源進(jìn)線電壓為35kV及以上的中型工廠，一般經(jīng)過兩次降壓，也就是電源進(jìn)廠后，先經(jīng)總降壓變電所，有大容量的電力變壓器將35kV及以上的電源電壓降為6-10kV的配電電壓，再通過高壓配電線路或高壓配電所將電能送到各個車間變電所，最終經(jīng)變壓器降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓。有的35kV進(jìn)線的工廠，只經(jīng)一次降壓，及35kV線路干脆引入靠近負(fù)荷中心的車間變電所，經(jīng)車間變電所的配電變壓器干脆降為低壓用電設(shè)備所需電壓。這種配電方式稱為高壓深化負(fù)荷中心的直配方式。這樣可以省去一級中間變壓，從而簡化了供電系統(tǒng)，節(jié)約有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質(zhì)量。然而這要依據(jù)廠區(qū)環(huán)境條件是否滿足35kV架空線路深化負(fù)荷中心的“平安走廊”要求而定，否則不宜接受，以確保供電平安。對于總供電容量不超過1000kV的小型工廠，通常只設(shè)一個降壓變電所，將6-10kV電壓降為低壓用電設(shè)備所需的電壓（220/380V）。假如工廠所需容量不大于160kVA時，一般接受低壓電源進(jìn)線，工廠只需設(shè)一個低壓配電間。本廠屬于中小型工廠，接受10kV供電電源，在金工車間東側(cè)1020m處有一座10kV配電室，先用1km的架空線路，后改為電纜線路至本廠變電所，將6-10kV的高壓降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設(shè)備。2電力負(fù)荷及其計(jì)算2.1負(fù)荷分級及供電電源措施工廠電力負(fù)荷的分級工廠的電力負(fù)荷，按GB500521995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，依據(jù)對供電牢靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上造成的損失或影響的程度進(jìn)行分級，負(fù)荷可以分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷。①一級負(fù)荷符合下列條件之一的，為一級負(fù)荷1）中斷供電，將造成人身傷亡的負(fù)荷；2）中斷供電，將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的負(fù)荷；3）中斷供電，將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作的負(fù)荷。在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等狀況的負(fù)荷，以及特別重要場所不允許中斷的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。②二級負(fù)荷符合下列條件之一的，為二級負(fù)荷1）中斷供電，將在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失的負(fù)荷；2）中斷供電，將影響重要用電單位的正常工作的負(fù)荷。③三級負(fù)荷不屬于一、二級負(fù)荷者為三級負(fù)荷。各級負(fù)荷的供電措施①一級負(fù)荷的供電措施一級負(fù)荷應(yīng)有兩個獨(dú)立電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不至于同時受到損壞，以維持供電；而且當(dāng)一個電源中斷供電時，另一個電源應(yīng)能擔(dān)當(dāng)本用戶的全部一級負(fù)荷設(shè)備的供電。一級負(fù)荷用戶的變配電室內(nèi)的凹凸壓配電系統(tǒng)，應(yīng)接受單母線分段的主結(jié)線形式，分列運(yùn)行并互為備用。一級負(fù)荷設(shè)備應(yīng)接受雙電源供電，并在最末一級配電盤（箱）處設(shè)置自動切換裝置。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個電源外，還必需增設(shè)應(yīng)急電源。②二級負(fù)荷的供電措施二級負(fù)荷應(yīng)有兩個電源供電，即應(yīng)有兩回路供電。當(dāng)發(fā)生電力變壓器故障或線路常見故障時不至于中斷供電（或中斷后能立刻回復(fù)）。③三級負(fù)荷的供電措施三級負(fù)荷對供電無特別要求，可接受單回路市電供電。但應(yīng)使配電系統(tǒng)簡潔牢靠，盡量削減配電級數(shù)，低壓配電級數(shù)一般不超過四級，并且應(yīng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的狀況下，盡量削減電壓偏差和電壓波動。2.2工廠計(jì)算負(fù)荷的確定負(fù)荷計(jì)算的目的和意義計(jì)算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)負(fù)荷，其熱效應(yīng)和同時間內(nèi)實(shí)際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。在供配電系統(tǒng)中，以30min的最大計(jì)算負(fù)荷作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，并認(rèn)為只要電氣設(shè)備能承受該負(fù)荷的長期作用，即可在正常狀況下長期運(yùn)行。一般將這個最大計(jì)算負(fù)荷簡稱計(jì)算負(fù)荷Pc。負(fù)荷計(jì)算的目的是：①計(jì)算變配電所內(nèi)變壓器的負(fù)荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。②計(jì)算流過各主要電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些設(shè)備的依據(jù)。③計(jì)算流過各條線路(電源進(jìn)線、凹凸壓配電線路等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。④計(jì)算尖峰負(fù)荷，用于愛惜電器的整定計(jì)算和校驗(yàn)電動機(jī)的啟動條件。⑤為電氣設(shè)計(jì)供應(yīng)技術(shù)依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷是工程設(shè)計(jì)中依據(jù)發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電氣設(shè)備的依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷是確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電愛惜的重要依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定的是否正確，干脆影響到電器和導(dǎo)線的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。正確進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算是供電設(shè)計(jì)的前提，也是實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。假如計(jì)算負(fù)荷確定的過大，將使電器和導(dǎo)線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的奢侈，而變壓器負(fù)荷率較低運(yùn)行時，也將造成長期低效率運(yùn)行。假如計(jì)算負(fù)荷確定的過小，又將使電器和導(dǎo)線處于過負(fù)荷運(yùn)行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至產(chǎn)生火災(zāi)，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，正確確定計(jì)算負(fù)荷具有很大的意義。負(fù)荷計(jì)算的方法在已知用電設(shè)備的狀況下，負(fù)荷計(jì)算有須要系數(shù)法、二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法；在未知用電設(shè)備的狀況下，負(fù)荷計(jì)算有負(fù)荷密度法、單位指標(biāo)法和住宅用電量指標(biāo)法。①須要系數(shù)法用設(shè)備功率乘以須要系數(shù)，干脆求出計(jì)算負(fù)荷。這種方法比較簡便，應(yīng)用廣泛，尤其適用于配變電所的負(fù)荷計(jì)算。②利用系數(shù)法接受利用系數(shù)求出最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺屬和功率差異的影響，乘以和有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)的計(jì)算負(fù)荷。這種方法的理論依據(jù)是概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因而計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際，但因利用系數(shù)的實(shí)測和統(tǒng)計(jì)較困難，在電氣設(shè)計(jì)中一般不用。③二項(xiàng)式法在設(shè)備組容量之和的基礎(chǔ)上，考慮若干容量最大設(shè)備的影響，接受閱歷系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和法計(jì)算負(fù)荷。④負(fù)荷密度法當(dāng)已知某建筑面積負(fù)荷密度ρ時，某建筑的平均負(fù)荷可按下式計(jì)算Pav=ρ·A（kW）式中:ρ——負(fù)荷密度（kW/m2）A——某建筑面積（m2）在建筑方案設(shè)計(jì)階段，可接受建筑面積負(fù)荷密度法進(jìn)行負(fù)荷估算。在建筑施工階段設(shè)計(jì)時，可接受須要系數(shù)法進(jìn)行復(fù)核。須要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷①基本公式須要系數(shù)法確定用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷的基本公式為：式（2.1）無功計(jì)算負(fù)荷為：式（2.2）視在計(jì)算負(fù)荷為：式（2.3）計(jì)算電流為：式（2.4）–須要系數(shù)有功計(jì)算負(fù)荷，單位為kW無功計(jì)算負(fù)荷，單位為kvar視在計(jì)算負(fù)荷，單位為kVA用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)用電設(shè)備組平均功率因數(shù)的正切值②多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定在確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時，應(yīng)結(jié)合具體狀況對其用功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計(jì)入一個同時系數(shù)和。對車間干線，取對低壓母線，分兩種狀況：1）由用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷干脆相加來計(jì)算時，取2）由車間干線計(jì)算負(fù)荷干脆相加來計(jì)算時，取總的有功計(jì)算負(fù)荷為：式（2.5）總的無功計(jì)算負(fù)荷為：式（2.6）以上兩式中的和分別為各組設(shè)備的有功和無功計(jì)算負(fù)荷之和?？偟囊曉谟?jì)算負(fù)荷為：式（2.7）總的計(jì)算電流為：式（2.8）由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不愿定相同，因此總的視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流一般不能用各組的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來計(jì)算。二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷二項(xiàng)式法的基本公式是式（2.9）式中，表示用電設(shè)備組的平均功率，其中是用電設(shè)備組的總?cè)萘?，其?jì)算方法如前須要系數(shù)法所述；表示用電設(shè)備組中x臺容量最大的設(shè)備投入運(yùn)行時增加的附加負(fù)荷，其中是x臺最大容量的設(shè)備總?cè)萘?，b.c為二項(xiàng)式系數(shù)。由于二項(xiàng)式法不僅考慮了用電設(shè)備組最大負(fù)荷時的平均負(fù)荷，而且考慮了少數(shù)容量最大設(shè)備投入運(yùn)行時對總計(jì)算負(fù)荷的額外影響，所以二項(xiàng)式法比較適合確定設(shè)備臺數(shù)較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的計(jì)算負(fù)荷。工廠負(fù)荷的計(jì)算基礎(chǔ)資料：①工廠各車間負(fù)荷狀況，如表2.1所示表2.1各車間負(fù)荷表車間/kW/kvar最大電動機(jī)/kW冷作10011030裝配809022倉庫20207.5戶外照明2015金工車間設(shè)備負(fù)荷如表2.2所示表2.2金工車間負(fù)荷表序號設(shè)備名稱設(shè)備容量/kW臺數(shù)/臺1~313~1623~253632~34車床7+0.125144銑床10+2.8152135搖臂鉆4.5+1.7+0.6+0.1253674142銑床7+2.8489銑床7+1.7210砂輪機(jī)3.211112砂輪機(jī)121718磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.512038磨床10+2.8+0.522237車床10+0.12522627磨床14+1+0.6+0.1522829立床55+7+1137+1.7130車床20+0..15131搖臂鉆10+0.513940龍門刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.52434445銑床7+1.7346鏜床6.5+2.8147銑床7+2.8148橋式起重機(jī)（=25%）11+5+5+2.214950橋式起重機(jī)（=25%）16+5+5+3.52全廠照明密度為：12W/②依據(jù)基礎(chǔ)資料供應(yīng)的各廠房電力負(fù)荷清單，全廠都是三級負(fù)荷。按須要系數(shù)法分別計(jì)算出各個廠房及全廠的計(jì)算負(fù)荷。1）金工車間負(fù)荷計(jì)算a.金屬切削機(jī)床設(shè)備容量：對于大批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)，其須要系數(shù)：，，有功計(jì)算負(fù)荷：無功計(jì)算負(fù)荷：b.橋式起重機(jī)容量；對于鍋爐房和機(jī)加、機(jī)修、裝配等類車間的吊車，其須要系數(shù):，有功計(jì)算負(fù)荷：無功計(jì)算負(fù)荷：C金工車間照明：車間面積：設(shè)備容量：對于生產(chǎn)廠房及辦公室、閱覽室、試驗(yàn)室照明，其須要系數(shù)：，，有功計(jì)算負(fù)荷：無功計(jì)算負(fù)荷：2）全廠總負(fù)荷取有功同時系數(shù)，無功同時系數(shù)有功計(jì)算負(fù)荷：無功計(jì)算負(fù)荷：視在計(jì)算負(fù)荷：功率因數(shù)：③按逐級法計(jì)算法確定工廠的計(jì)算負(fù)荷工廠的計(jì)算負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)是高壓母線上所以高壓配電線路計(jì)算負(fù)荷之和，在乘以一個同事系數(shù)。高壓配電線路的計(jì)算負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)是該線路所供車間變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷加上變壓器的功率損耗和高壓配電線路的功率損耗，如此逐級計(jì)算即可求得供電系統(tǒng)全部元件的計(jì)算負(fù)荷。但對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于凹凸壓配電線路一般不長，其損耗較小，因此在確定計(jì)算負(fù)荷時往往不記線路損耗。在符合計(jì)算中，新型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式計(jì)算：有功損耗：無功損耗：——為變壓器二次側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷機(jī)器廠變壓器高壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷：機(jī)器廠變壓器高壓側(cè)的無功計(jì)算負(fù)荷：機(jī)器廠變壓器高壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷：功率因數(shù)：2.3無功功率補(bǔ)償工業(yè)和民用用電設(shè)備中，有大量設(shè)備的工作須要通過向系統(tǒng)吸取感性的無功功率來建立交變的磁場，這使系統(tǒng)輸送的電能容量中無功功率的成分增加，在系統(tǒng)變配電設(shè)備及輸送線路規(guī)格確定的狀況下，干脆影響到有功功率的輸送。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備供應(yīng)相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以供應(yīng)感性負(fù)載所消耗的無功功率，削減了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷供應(yīng)、由線路輸送的無功功率，由于削減了無功功率在電網(wǎng)中的流淌，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)償。2.3.1功率因數(shù)①功率因數(shù)低對供配電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)低是無功功率大的表現(xiàn)，無功功率大會對系統(tǒng)造成如下影響：1）使配電設(shè)備的容量增加：在三相溝通系統(tǒng)中，電流和有功功率的關(guān)系式是：式（2.10）其中有功功率是系統(tǒng)向用電設(shè)備供應(yīng)的，要轉(zhuǎn)化為其他形式能量的功率，這部分功率是不能削減的。因此在電壓確定時，功率因數(shù)越小，即無功重量越大，則電流越大。若要承受較大的電流，系統(tǒng)電氣設(shè)備的容量必定要加大，這就會增加系統(tǒng)成本，使電氣設(shè)備利用率降低。2）使供電系統(tǒng)的損耗增加：從供配電系統(tǒng)功率損耗計(jì)算式中不難看出，通過系統(tǒng)的電流增加，系統(tǒng)上的功率損耗也會增加。3）使電壓損失增加：線路電流越大，電壓損失也就越大。4）使發(fā)電機(jī)效率降低：系統(tǒng)中負(fù)荷對無功功率需求量增大時，發(fā)電機(jī)必需增發(fā)相應(yīng)的無功功率去平衡，這樣就降低了效率。②提高功率因數(shù)的意義在用電設(shè)備中絕大部分為感性負(fù)荷，運(yùn)用電單位功率因數(shù)小于1。為了保證供電質(zhì)量和節(jié)能，充分利用電力系統(tǒng)中發(fā)配電設(shè)備的容量，減小供電線路的截面，減小電網(wǎng)的功率損耗、電能損耗，減小線路的電壓損失，必需提高用電單位的功率因數(shù)。對用戶的補(bǔ)償容量在《全國供電規(guī)則》中已有規(guī)定：“無功電力應(yīng)就地平衡，用戶應(yīng)在提高用電自然功率應(yīng)屬的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝置無功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動剛好投入和切除，防止無功電力倒送，用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰時的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：高壓供電的用戶和高壓供電裝有負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.9以上；其他100kVA（kW）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上。因此，在供配電系統(tǒng)中，必需變更無功功率大小，即提高功率因數(shù)，以便提高系統(tǒng)中設(shè)備的有效利用率。無功補(bǔ)償?shù)倪x擇要使供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高，一般可從兩個方面實(shí)行措施。一是提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)，自然功率因數(shù)是指不用任何補(bǔ)償裝置時的功率因數(shù)；一是實(shí)行人工補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ故箍偣β室驍?shù)得以提高，總功率因數(shù)是指接受了補(bǔ)償裝置后得到的功率因數(shù)。①提高自然功率因數(shù)的方法：電動機(jī)類電氣設(shè)備的額定功率因數(shù)是較高的，一般都在0.85以上，可是當(dāng)它們在非額定狀態(tài)下（如輕載）工作時，功率因數(shù)和效率都將大幅度降低，對此，主要接受如下措施改善自然功率因數(shù)：1）合理選擇電動機(jī)的型號和規(guī)格。2）合理選擇變壓器的型號和規(guī)格，避開因長期輕載運(yùn)行而造成的功率因數(shù)降低。②接受人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)的方法：人工補(bǔ)償方法有發(fā)電機(jī)補(bǔ)償、電容器補(bǔ)償、調(diào)相機(jī)補(bǔ)償和靜止補(bǔ)償器補(bǔ)償，主要有兩種，一是接受同步電動機(jī)補(bǔ)償，一是接受并聯(lián)電容器補(bǔ)償。1）在供配電系統(tǒng)中一般只有在能使負(fù)荷運(yùn)用要求得以滿足的狀況下，才接受同步電動機(jī)代替異步電動機(jī)工作，且同步電動機(jī)兼作無功補(bǔ)償設(shè)備，此時無功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整可以做到平滑的自動調(diào)整；專為無功補(bǔ)償而設(shè)的同步電動機(jī)稱為同步調(diào)相機(jī)，由于投資和損耗較大，又不便于維護(hù)、檢修，供配電系統(tǒng)中很少接受這種補(bǔ)償方式。2)接受并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前供配電系統(tǒng)中普遍接受的一種無功補(bǔ)償方法，也叫移相電容器靜止無功補(bǔ)償。它具有功損耗小、運(yùn)行維護(hù)便利、補(bǔ)償容量增減便利、個別電容器的損壞不影響整體運(yùn)用等特點(diǎn)，但不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)整。無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算要使功率因數(shù)由提高到，必需裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，其容量為：式（2.11），稱為無功補(bǔ)償率①工廠無功功率的補(bǔ)償：取為②補(bǔ)償后變壓器的容量和功率因數(shù)補(bǔ)償后變壓器器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷：變壓器低壓側(cè)的計(jì)算電流：主變壓器的功率損耗：變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷：有功計(jì)算負(fù)荷：無功計(jì)算負(fù)荷：視在計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算電流：功率因數(shù)：補(bǔ)償后功率因數(shù)滿足要求。3變壓器的選擇及其電氣主接線3.1變壓器的選擇電力變壓器及其分類電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓上升或降低，以利于電能的合理輸送、支配和運(yùn)用。常用變壓器的種類，在中低壓供配電系統(tǒng)中，常用的電力變壓器有如下幾種分類方式：①按相數(shù)分類：有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數(shù)場合運(yùn)用三相電力變壓器，在一些低壓單相負(fù)載較多的場合，也運(yùn)用單相變壓器。②按繞組導(dǎo)電材料分類：有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器，目前一般接受銅繞組變壓器。③按絕緣介質(zhì)分類：有油浸式變壓器和干式變壓器兩大類。④按繞組聯(lián)結(jié)組別分類：有Yyn0和Dyn11兩種。電力變壓器的連接組別電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別，是指變壓器一、二次繞組因?qū)嵭胁煌穆?lián)結(jié)方式而形成變壓器一、二次側(cè)對應(yīng)的線電壓之間不同相位關(guān)系。中壓配電變壓器有Yyn0,和Dyn11兩種常見的聯(lián)結(jié)組，配電變壓器用Dyn11聯(lián)結(jié)較之接受Yyn0聯(lián)結(jié)有一下優(yōu)點(diǎn)：①對Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器來說，其3n次諧波電流在其三角形接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致注入公共的高壓電網(wǎng)中去，這交之一次繞組接成星形接線的Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器更有利于抑制高次諧波電流。②Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗較之Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗小的多，從而更有利于低壓單相接地故障愛惜的動作和故障的切除。③當(dāng)?shù)蛪簜?cè)接用單相不平衡負(fù)荷時，由于Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器要求低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%，因而嚴(yán)峻限制了其接用單相負(fù)荷的容量，影響了變壓器設(shè)備實(shí)力的發(fā)揮。GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，低壓為TN及TT系統(tǒng)時，宜和選用Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器。Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器的低壓側(cè)中性線電流允許達(dá)到低壓繞組額定電流的75%以上，其承受單相不平衡負(fù)荷的實(shí)力遠(yuǎn)比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器大。因此，機(jī)器廠的電力變壓器選擇Dyn11聯(lián)結(jié)形式。變壓器臺數(shù)和容量的選擇①選擇主變壓器臺數(shù)應(yīng)考慮下列原則:1)三級負(fù)荷一般設(shè)一臺變壓器，但考慮現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備開斷容量的限制，所選單臺變壓器的容量一般不大于1250kVA；當(dāng)用電負(fù)荷所需的變壓器容量大于1250kVA時，通常應(yīng)接受兩臺或更多臺變壓器。2)當(dāng)季節(jié)性或晝夜性的負(fù)荷較多時，可將這些負(fù)荷接受單獨(dú)的變壓器供電，以便這些負(fù)荷不投入運(yùn)用時，切除相應(yīng)的供電變壓器，削減空載損耗。3)當(dāng)有較大的沖擊性負(fù)荷時，為避開對其他負(fù)荷供電質(zhì)量的影響，可單獨(dú)設(shè)變壓器對其供電。4)當(dāng)有大量一、二級負(fù)荷時，為保證供電牢靠性，應(yīng)設(shè)兩臺或多臺變壓器。以起到相互備用的作用。5)在確定變電所住變壓器臺數(shù)時，應(yīng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留有確定的余量。②變壓器容量的選擇1）只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量SN.T應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計(jì)算負(fù)荷S30的需求，即式（3.1）2)裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量SN.T應(yīng)當(dāng)同時滿足以下兩個條件：a.任一臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行時，宜滿足總的計(jì)算負(fù)荷S30的大約60%--70%的須要，即式（3.2）b.任一臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行時，應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷的要求。即式（3.3）③車間變電所主變壓器的單臺容量上限車間變電所主變壓器的單臺容量，一般不宜大于1000kVA。這一方面是受以往低壓開關(guān)電器斷流實(shí)力和短路穩(wěn)定度要求的限制，另一方面也是考慮到可以使變壓器更接近于車間負(fù)荷中心，以削減低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。④適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展應(yīng)適當(dāng)考慮今后5—10年電力負(fù)荷的增長，留有確定的余地。本工廠的負(fù)荷屬于三級負(fù)荷，并且補(bǔ)償后可選500kVA的變壓器，考慮到今后發(fā)展的要求，選擇S9-630/10型變壓器一臺。電力變壓器的校驗(yàn)電力變壓器的額定容量SN.T是在確定溫度條件下的持續(xù)最大輸出容量。假如安住地點(diǎn)的年平均氣溫時，則年平均氣溫每上升1°C，變壓器容量相應(yīng)地削減1%，戶外電力變壓器的實(shí)際容量為式（3.4）對于戶內(nèi)變壓器，由于散熱條件差，一般變壓器室的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口間有約15°C的溫差，從而使處于室內(nèi)中間的變壓器環(huán)境溫度比戶外變壓器環(huán)境溫度要高出大約8°C，因此戶內(nèi)變壓器的實(shí)際容量較之上式所計(jì)算的容量還要小8%。對于S9-630/10型變壓器，考慮本地年平均氣溫為23.2°C，即年平均氣溫不等于20°C，對于室內(nèi)變壓器，其實(shí)際容量為因此，選擇的變壓器滿足要求。3.2工廠變配電所的主接線圖電氣主接線的概況電氣主接線圖即主電路圖，是表示供電系統(tǒng)中電能輸送和支配線路的電路圖，亦稱一次電路圖。它的設(shè)計(jì)，干脆關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電愛惜和自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的平安、穩(wěn)定、靈敏和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電氣主接線應(yīng)滿足牢靠性、靈敏性和經(jīng)濟(jì)性三方面：①牢靠性：為了向用戶供應(yīng)持續(xù)、優(yōu)質(zhì)的電力，電氣主接線首先必需滿足這一牢靠性的要求。主接線的牢靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐，要充分地做好調(diào)研工作，力求避開決策失誤，鑒于進(jìn)行牢靠的定量計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)尚不完善的狀況，充分做好調(diào)查探討工作顯的尤為重要。為了提高主接線的牢靠性，選用運(yùn)行牢靠性高的設(shè)備是條捷徑，這就要兼顧牢靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面，做出切合實(shí)際的確定。②靈敏性：電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈敏地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。靈敏性包括以下幾個方面：1）操作的便利性電氣主接線應(yīng)當(dāng)在聽從牢靠性的基本要求條件下，接線簡潔，操作便利，盡可能地使操作步驟少，以便于運(yùn)行人員駕馭，不致在操作過程中出差錯。2）調(diào)度的便利性電氣主接線在正常運(yùn)行時，要依據(jù)調(diào)度要求，便利的變更運(yùn)行方式。并且發(fā)生事故時，要能盡快地切出故障，故停電時間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3）擴(kuò)建的便利性對將來要擴(kuò)建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必需具有擴(kuò)建的便利性。③經(jīng)濟(jì)性：接受簡潔的接線方式，少用設(shè)備，節(jié)約設(shè)備上的投資。車間和小型工廠變電所的主接線圖①車間變電所的主接線圖車間變電所的主接線分兩種狀況：1）有工廠總降壓變電所或高壓配電所的車間變電所其高壓側(cè)的開關(guān)電器、愛惜裝置和測量儀表等，一般都安裝在高壓配電線路的首段，即總配電所的高壓配電室內(nèi)，而車間變電所只設(shè)變壓器室和低壓配電室，其高壓側(cè)多數(shù)擔(dān)憂裝開關(guān)，或只安裝簡潔的隔離開關(guān)、熔斷器、避雷器等，如圖3.1所示。圖3.1車間變電所高壓側(cè)主接線方案a）高壓電纜進(jìn)線，無開關(guān)b）高壓電纜進(jìn)線，裝隔離開關(guān)c）高壓電纜進(jìn)線，裝隔離開關(guān)-熔斷器d）高壓電纜進(jìn)線，裝負(fù)荷開關(guān)-熔斷器e）高壓架空進(jìn)線，裝跌開式熔斷器和避雷器f）高壓架空進(jìn)線，裝隔離開關(guān)-熔斷器和避雷器g）高壓架空線，裝隔離開關(guān)-熔斷器和避雷器由圖可以看出，凡是高壓架空進(jìn)線，變電所高壓側(cè)必需裝設(shè)避雷器，以防雷電波沿著架空線路侵入變電所擊毀電力變壓器及其他設(shè)備的絕緣。而接受高壓電纜進(jìn)線時，避雷器則裝設(shè)在電纜的首端，而且避雷器的接地端要連同電纜的金屬外皮一起接地。此時變壓器高壓側(cè)一般可以不再裝設(shè)避雷器。假如變壓器高壓側(cè)為架空線又經(jīng)過一段電纜引入時，則變壓器高壓側(cè)仍應(yīng)裝設(shè)避雷器。2）工廠無總變、配電所的車間變電所工廠內(nèi)無總降壓變電所和高壓配電所時，其車間變電所往往就是工廠的降壓變電所，其高壓側(cè)的開關(guān)電器、愛惜裝置和測量儀表等，都必需配備齊全，所以一般要設(shè)置高壓配電室。在變壓器容量較小、供電牢靠性要求不高的狀況下，就可以不設(shè)高壓配電室，其高壓側(cè)的開關(guān)電器就裝在變壓器室的墻上或電桿上，而在低壓側(cè)計(jì)量電能，或者其高壓柜就裝在低壓配電室內(nèi)，在高壓側(cè)計(jì)量電能。②小型工廠變電所的主接線圖1）只裝有一臺主變壓器的小型變電所主接線圖只裝有一臺主變壓器的小型變電所，其高壓側(cè)一般接受無母線的接線。依據(jù)其高壓側(cè)接受的開關(guān)電器不同，有以下三種比較經(jīng)典的主接線方案。a.高壓側(cè)接受隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的變電所主接線圖（圖3.2）這種主接線，受隔離開關(guān)和開式熔斷器切斷空載變壓器容量的限制，一般只用于500kVA及以下容量的變電所。圖3.2高壓側(cè)接受隔離開關(guān)-熔斷器圖3.3高壓側(cè)接受負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或跌開式熔斷器的變電所主接線圖或負(fù)荷跌開式熔斷器的變電所干脆線圖這種變電所相當(dāng)簡潔經(jīng)濟(jì)，但供電牢靠性不高，當(dāng)主變壓器或高于側(cè)停電檢修或發(fā)生故障時，整個變電所要停電。由于隔離開關(guān)和跌開式熔斷器不能帶負(fù)荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比較困難，假如稍有疏忽，還簡潔發(fā)生帶負(fù)荷拉閘的嚴(yán)峻事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需確定時間，從而影響供電的牢靠性。但是這種主接線簡潔經(jīng)濟(jì)，對于三級負(fù)荷的小容量變電所是相當(dāng)適宜的。b.高壓側(cè)接受負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或負(fù)荷跌開式熔斷器的變電所主接線圖（圖3.3）由于負(fù)荷開關(guān)和負(fù)荷跌開式熔斷器能帶負(fù)荷操作，從而使變電所停、送電的操作簡便靈敏得多，也不存在著在帶負(fù)荷拉閘的緊急。但在發(fā)生短路故障時，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線照舊存在著在解除短路故障時復(fù)原供電的時間較長的缺點(diǎn)，供電牢靠性照舊不高，一般也只用于三級負(fù)荷的變電所。圖3.4高壓側(cè)接受隔離開關(guān)圖3.5高壓雙回路進(jìn)線的一臺主-斷路器的變電所主接線圖變壓器變電所主接線圖c.高壓側(cè)接受隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖（圖3.4）這種主接線由于接受了高壓斷路器，因此變電所的停、送電操作特別靈敏便利，而且在發(fā)生短路故障時，過電流愛惜裝置動作，斷路器會自動跳閘，假如短路故障已經(jīng)消退，則可立刻合閘回復(fù)供電。假如配備自動重合閘裝置，則供電牢靠性更高。但是假如變電所只此一路電源進(jìn)線時，一般也只用于三級負(fù)荷；但假如變電所低壓側(cè)有聯(lián)絡(luò)線和其他變電所相連時，或另有備用電源時，則可用于二級負(fù)荷。假如變電全部兩路電源進(jìn)線，如圖3.5所示，則供電牢靠性相當(dāng)提高，可供二級負(fù)荷或少量一級負(fù)荷。圖3.6高壓側(cè)無母線、低壓側(cè)單母分段的變電所主接線圖2）裝有兩臺主變壓器的小型變電所主接線圖a.高壓無母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖（圖3.6）這種主接線的供電牢靠性較高，當(dāng)任一主變壓器或任一電源進(jìn)線停電檢修或發(fā)生故障時，該變電所通過閉合低壓母線分段開關(guān)，即可快速復(fù)原對整個變電所的供電。假如兩臺主變壓器高壓側(cè)斷路器裝設(shè)互為備用的備用電源自動投入裝置，則任一主變壓器高壓側(cè)斷路器因電影斷電而跳閘時，另一主變壓器高壓側(cè)的斷路器在備用電源自動投入裝置作用下自動合閘，復(fù)原整個變電所的供電。這時變電所可供一、二級負(fù)荷。圖3.7高壓接受單母線、低壓單母線分段的變電所主接線b.高壓側(cè)接受單母線、低壓側(cè)接受單母分段的變電所主接線圖（圖3.7）這種主接線適用于裝有兩臺及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電所，其供電牢靠性也較高。任一主變壓器檢修或發(fā)生故障是，通過切換操作，即可快速復(fù)原對整個變電所的供電。但是高壓母線或電源進(jìn)線進(jìn)線檢修或發(fā)生故障時，整個變電所仍要停電。這時只能供電給三級負(fù)荷。假如有和其他變電所相連的高壓或低壓聯(lián)絡(luò)線時，則可供一、二級負(fù)荷。c.凹凸壓側(cè)均接受單母線分段的變電所主接線圖（圖3.8）這種主接線的兩段高壓母線，在正常時可以接通運(yùn)行，也可以分段運(yùn)行。任一臺主變壓器或任一路電源進(jìn)線停電檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，均可快速復(fù)原整個變電所的供電。因此，其供電牢靠性相當(dāng)高，可供一、二級負(fù)荷。圖3.8凹凸壓側(cè)均為單母線分段的變電所主接線圖本工廠變電所主接線的確定本工廠為三級負(fù)荷，供電牢靠性要求不高，因此選擇高壓側(cè)接受隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖，主接線圖見附錄A4短路電流的計(jì)算4.1短路的緣由、后果及其形式短路的緣由系統(tǒng)中最常見的故障就是短路，短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分對地之間的低阻性短接。產(chǎn)生短路的緣由有：①電氣設(shè)備絕緣被損壞絕緣損壞多由于未剛好發(fā)覺和消退設(shè)備的缺陷，以及設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行維護(hù)不良所致。例如，過電壓、設(shè)備遭雷擊、絕緣材料陳舊、機(jī)械損傷等等。②有關(guān)人員誤操作這種狀況大多是由于操作人員違反平安操作規(guī)程而發(fā)生的，例如帶負(fù)荷拉閘，或者誤將低電壓設(shè)備接入較高電壓的電路中而造成擊穿短路。③鳥獸為害事故鳥獸跨越在袒露的相線之間或者相線和接地物體之間，或者咬壞設(shè)備和導(dǎo)線電纜的絕緣，從而導(dǎo)致短路。短路的后果短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流比正常負(fù)荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬安甚至幾十萬安。短路電流對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害：①短路時要產(chǎn)生很大的點(diǎn)動力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。②短路時電路的電壓驟降，嚴(yán)峻影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。③短路時愛惜裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點(diǎn)越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。④嚴(yán)峻的短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)結(jié)列。⑤不對稱短路包括單相和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變電磁場，對旁邊的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動作。由此可見，短路的后果是特別嚴(yán)峻的，因此必需盡力設(shè)法消退可能引起短路的一切因素；同時須要進(jìn)行短路電流的計(jì)算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。為了選擇切除短路故障的開關(guān)電器、整定短路愛惜的繼電裝置和選擇限制短路電流的元件（如電抗器）等，也必需計(jì)算短路電流。短路的形式在三相系統(tǒng)中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等，其中兩相接地短路，實(shí)質(zhì)是兩相短路。按短路電路的對稱性來分，三相短路屬于對稱性短路，其他形式短路均不為對稱短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。但一般狀況下，特別是遠(yuǎn)離電源的工廠供電系統(tǒng)中，三相短路的短路電流最大，因此造成的危害也最為嚴(yán)峻。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)峻的短路狀態(tài)下也能牢靠的工作，因此作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。事實(shí)上，不對稱短路也可以按對稱的短路電流分解為對稱的正序、負(fù)序、零序重量，然后按對稱量來分析和計(jì)算，所以對稱的三相短路分析計(jì)算也是不對稱短路分析計(jì)算的基礎(chǔ)。4.2無限大容量電力系統(tǒng)的三相短路計(jì)算無限大容量電力系統(tǒng)無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量先對于用戶供電系統(tǒng)容量大的多的電力系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。假如電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路總阻抗的5%-10%，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。對一般工廠供電系統(tǒng)來說，由于工廠供電系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，而阻抗又較電力系統(tǒng)大得多，因此工廠供電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓幾乎維持不變，也就是說可將電力系統(tǒng)視為無限大容量的電源。短路電流的計(jì)算方法進(jìn)行短路電流計(jì)算，首先要繪出計(jì)算電路圖，在電路圖上，將短路計(jì)算所須要考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將個元件依次編號，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使須要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過。①電力系統(tǒng)的阻抗計(jì)算電力系統(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，可由電力系統(tǒng)變電站饋電線出口斷路器的斷路容量來估算，電力系的電抗為式（4.1）式中，為電力系統(tǒng)饋電線的短路計(jì)算電壓，但為了便于短路電路總阻抗的計(jì)算，免去阻抗換算的麻煩，此式中的可干脆接受短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓；為系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，假如只有斷路器的開斷電流，則其斷流容量，這里的為斷路器的額定電壓。②電力變壓器的阻抗計(jì)算1）變壓器的電阻可由變壓器的短路損耗近似計(jì)算因故式（4.2）式中，為短路點(diǎn)短路計(jì)算電壓；為變壓器的額定容量；為變壓器的短路損耗。2）變壓器的電抗可由變壓器的短路電壓近似地計(jì)算。因故式（4.3）式中，為變壓器的短路電壓百分值。③電力線路的阻抗計(jì)算1）線路的電阻可由導(dǎo)線電纜的單位長度電阻乘以線路長度求得，即式（4.4）式中，為導(dǎo)線電纜單位長度電阻，為線路長度。2）線路的電抗可由導(dǎo)線電纜的單位長度電抗乘以線路長度求得，即式（4.5）表4.1電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線路電壓35kV及以上6-10kV220V/380V架空線路電纜線路50.080.320.066在計(jì)算短路電路的阻抗時，假如電路內(nèi)含有電力變壓器時，電路內(nèi)各元件的阻抗都應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓去，阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。工廠三相短路電流的計(jì)算畫出短路計(jì)算電路圖，如圖4.1所示：圖4.1短路計(jì)算電路圖畫出短路等效電路圖，如圖4.2所示：圖4.2短路等效電路圖①求短路點(diǎn)K-1處短路電流和短路容量（）。計(jì)算短路電路中各元件的電流和總阻抗。a.電力系統(tǒng)的電抗：查表得SN10-10Ⅱ型斷路器的斷流容量b架空線路的電抗：c電纜線路的電抗：計(jì)算總電抗：計(jì)算K-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量。三相短路電流周期重量有效值:三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流:三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值:三相短路容量:②求K-2點(diǎn)三相短路電流和短路容量（）1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗和總電抗a電力系統(tǒng)的電抗：b架空線路的電抗:c電纜線路的電抗:d電力變壓器的電抗：查表則總電抗3)計(jì)算K-2點(diǎn)三相短路電流和短路容量。三相短路電流周期重量有效值:三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：三相短路容量：5金工車間的配電5.1低壓配電線路接線方式工廠的低電壓配電線路有放射式、樹干式和環(huán)形三種基本結(jié)線方式。放射式結(jié)線的特點(diǎn)是：其引出線發(fā)生故障時互不影響，供電牢靠性較高，而且便于裝設(shè)自動裝置。但有色金屬消耗較多，接受的開關(guān)設(shè)備也較多。放射式接線方式多用于設(shè)備容量大或供電牢靠性要求較高的設(shè)備供電。而樹干式結(jié)線的特點(diǎn)正好和放射式接線相反。很適于供電給容量較小而分布勻整的用電設(shè)備。環(huán)形結(jié)線供電牢靠性較高，但其愛惜裝置及整定協(xié)作比較困難。因此，依據(jù)金工車間的具體狀況，本系統(tǒng)接受放射式和樹干式組合的結(jié)線方式，能滿足生產(chǎn)要求。配電設(shè)計(jì)方案1：如圖5.1所示：配電設(shè)計(jì)方案2：如圖5.2所示：圖5.1金工車間配電方案1方案比較：①方案1和方案2對金工車間的供電是可行且都能達(dá)到目的。②方案1和方案2中，方案1中得干線⑤⑥⑧③和方案2中的干線⑤⑥⑦③是同樣地。對功率較大的靠近變電所的設(shè)備接受放射性供電，放射式線路之間互不影響，因此供電牢靠性較高。③方案1中得干線①跨過20多米把設(shè)備10、11、12連接，電能損耗大，金屬損耗多，這樣既不經(jīng)濟(jì)的，供電牢靠性不行靠。而方案2中，設(shè)備1到9由一干線樹干式供電，能削減線路的有色金屬消耗量，接受的高壓開關(guān)數(shù)量少，投資少，能彌補(bǔ)以上的缺點(diǎn)。④方案1中的干線②供電的范圍中，包括功率較大的設(shè)備30和29。由于其他設(shè)備功率小，這樣起動電流大，供電不行靠。方案2中干線②只對13到21、31這小功率的設(shè)備供電，功率平衡，供電牢靠性相對較高。大功率設(shè)備3029干脆接受放射式供電。⑤方案1中，三只橋式起重機(jī)用同一干線⑦接受樹干式供電，若有一臺起重機(jī)出故障，則三臺起重機(jī)均不能運(yùn)用，供電牢靠性極差。而對于方案2中，用干線⑩⑾對起重機(jī)設(shè)備49、50和48供電，若一臺起重機(jī)出現(xiàn)故障，至少還有一臺起重機(jī)可工作。這樣，供電牢靠性就提高了。⑥方案2中得干線④把22到27、32到38及10到12的設(shè)備接受樹干式供電，削減電能損耗，減短導(dǎo)線長度。從經(jīng)濟(jì)上看，節(jié)約開支，且不影響供電牢靠性。

圖5.2金工車間配電方案2結(jié)論：經(jīng)以上比較，從經(jīng)濟(jì)性、供電牢靠性兩方面考慮，方案2比方案1好。因此接受方案2對金工車間供電。5.2低壓配電系統(tǒng)的接地型式我國220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛接受中性點(diǎn)干脆接地的運(yùn)行方式，而且引出有中性線(N)、愛惜線(PE)或愛惜中性線（PEN）。中性線（N線）的功能：一是用來接用額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備；二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)的不平衡電流；三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。愛惜線（PE線）的功能：它是用來保障人身平安、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中全部設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常不帶電壓但故障狀況下可帶電壓的易被觸及的導(dǎo)電部分，例如設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架等）通過愛惜線接地，可在設(shè)備發(fā)生基地故障是削減觸電緊急。愛惜中性線（PEN線）的功能：它兼有中性線和愛惜線的功能。這種ＰＥＮ線在我國通常稱為“零線”，俗稱地線。低壓配電系統(tǒng)接地型式，分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。①TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的中性點(diǎn)干脆接地，全部設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接公共的愛惜線（PE）線或公共的愛惜中性線（PEN線）。這種公共PE線或PEN線的方式，通稱為“接零”。TN系統(tǒng)又分為TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。1)TN-C系統(tǒng)(圖5.3)圖5.3TN-C系統(tǒng)其中的N線和PE線全部合為一根PEN線。PEN線中可有電流通過，因此對某些接PEN線的設(shè)備將產(chǎn)生電磁干擾。假如PEN線斷線，還可造成斷線點(diǎn)后邊的外露可導(dǎo)電部分帶電而造成人身觸電緊急。該系統(tǒng)由于PE線和N線合為一根PEN線，因而節(jié)約了有色金屬和投資。較為經(jīng)濟(jì)。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，線路的愛惜裝置應(yīng)當(dāng)動作，切除故障線路。TN-C系統(tǒng)過去在我國低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍，但不適用對人身平安和抗電磁干擾要求高的場所。2)TN-S系統(tǒng)(圖5.4)其中的N線和PE線全部分開，設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接PE線。由于PE線中無電流通過，因此設(shè)備之間不會產(chǎn)生電磁干擾。PE先斷線時，正常狀況下不會使斷線點(diǎn)后邊接PE線的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電；但在斷線點(diǎn)后邊有設(shè)備發(fā)生一相接殼故障是，將使斷線點(diǎn)后邊其他全部接PE線的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，而造成人身觸電緊急。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，線路的愛惜裝置應(yīng)當(dāng)動作，切除故障線路。該系統(tǒng)較之TN-C系統(tǒng)在有色金屬消耗量和投資方面有所增加。TN-S系統(tǒng)限制廣泛應(yīng)用于對平安要求較高的場所（如浴室和居民住宅等）及對電磁干擾要求較高的數(shù)據(jù)處理和精密檢測等試驗(yàn)場所，也越來越多地用于住宅供電系統(tǒng)。圖5.4TN-S系統(tǒng)TN-C-S系統(tǒng)（圖5.5）該系統(tǒng)的前一部分全部為TN-C系統(tǒng)，而后邊有一部分為TN-C系統(tǒng)，有一部分則為TN-S系統(tǒng)，其中設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分姐PEN線或PE線。該系統(tǒng)綜合了TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此比較靈敏，對平安要求和電磁要求高的場所，宜接受TN-S系統(tǒng)。而其他一般場所則接受TN-C系統(tǒng)。圖5.5TN-C-S系統(tǒng)②TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的中性點(diǎn)干脆接地，而其中設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均各自經(jīng)PE線單獨(dú)接地，如圖5.6所示。由于TT系統(tǒng)中各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分的接地PE線是分不開的，互無電氣聯(lián)系，因此相互之間不會發(fā)生電磁干擾問題。該系統(tǒng)如發(fā)生單相接地故障，則形成單相短路，線路的愛惜裝置動作于跳閘，切除故障線路。但是該系統(tǒng)在出現(xiàn)絕緣不良而引起漏電事，由于漏電電流較小可能不足以使線路的過電流愛惜動作，從而是漏電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分長期帶電，增加了觸電的緊急，因此該系統(tǒng)必需裝設(shè)靈敏度較高的漏電愛惜裝置，以確保人身平安。該系統(tǒng)適用于平安要求較高的場所。這種配電系統(tǒng)在國外應(yīng)用較為普遍，現(xiàn)在我國也起先推廣運(yùn)用。GB50096-1999《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》就規(guī)定：住宅供電系統(tǒng)“應(yīng)接受TT、TN-C-S或TN-S接地方式”。圖5.6低壓配電的TT系統(tǒng)③IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地，或經(jīng)高電阻（約1000歐）接地。該系統(tǒng)沒有N線，因此不適用于接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備，只能接額定電壓為系統(tǒng)線電壓的單相設(shè)備和三相設(shè)備，該系統(tǒng)中全部的外露可導(dǎo)電部分均經(jīng)各自的PE線分別接地，如圖5.7所示。圖5.7低壓配電的IT系統(tǒng)由于IT系統(tǒng)中性點(diǎn)中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的接地PE線也是彼此分開的，互無電氣聯(lián)系，因此相互之間也不會發(fā)生電磁干擾問題。由于IT系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，因此當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號，以便供電值班人員剛好處理，消退故障。IT系統(tǒng)主要用于對連續(xù)供電要求較高及有易燃易爆緊急的場所特別是礦山、井下等場所的供電。6設(shè)備選擇和校驗(yàn)6.1導(dǎo)線的選擇和校驗(yàn)車間導(dǎo)線截面及配電箱的選擇①選擇配電箱中各路的熔體額定電流。依據(jù)設(shè)備明細(xì)表中各設(shè)備的容量，依據(jù)熔斷器的選擇方法和原則，可得出各路的熔體額定電流。②依據(jù)已選出的各路熔體額定電流，并預(yù)留1-2路（將來增加用電設(shè)備時可不更換分電箱）。確定線路數(shù)和熔斷器電流相適應(yīng)的分電箱。③依據(jù)已選出的各路熔體電流及其敷設(shè)方式、環(huán)境溫度等，依據(jù)導(dǎo)線及電線管得選擇方法和原則，可選出相應(yīng)的導(dǎo)線及電線管。④引入配電箱分干線截面的選擇。由于每小分電箱所接的設(shè)備臺數(shù)不多，所以分干線的計(jì)算電流應(yīng)按二項(xiàng)式法計(jì)算。這樣才能照看到大容量設(shè)備對計(jì)算機(jī)電流的影響。例如：1號分電箱所接設(shè)備是設(shè)備1—設(shè)備4設(shè)備容量：對于大批量生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床電動機(jī)，其二項(xiàng)式系數(shù)：b=0.14;c=0.5;x=5;。5臺最大容量電動機(jī)的設(shè)備容量:對于的電動機(jī)，其沖擊電流，其額定電流尖峰電流：依據(jù)熔體額定電流，且即選熔斷器時應(yīng)滿足。選，即RT0-100/80的熔斷器。選干線截面時，應(yīng)留有余量，以備負(fù)荷發(fā)展。干線導(dǎo)線有兩部分組成：一部分是敷設(shè)在車間的明敷部分，按明敷設(shè)選導(dǎo)線；另一部分是從配電箱引到干線小于2m要加愛惜措施，接受穿管敷設(shè)，應(yīng)按穿管導(dǎo)線選擇導(dǎo)線。35°C時每相的BLX型導(dǎo)線線芯截面積為16mm2的單芯線的允許載流量為按發(fā)熱條件，相線截面選為16mm2，而中性線截面按0.5A選，選10mm2。選BLX-500-（3*16+1*10）明敷設(shè)。35°C時每相的BLX型導(dǎo)線線芯截面積為35mm2的4根單芯線穿鋼管時的允許載流量為按發(fā)熱條件，相線截面選為35mm2，而中的性線截面選為0.5A，選25mm2。穿線鋼管內(nèi)徑查表選為40mm2。選BLX—500—（3*35+1*25）—G40，G為鋼管代號。熔斷器、導(dǎo)線及分電箱的選擇如表6.1所示。其他各分電箱選出結(jié)果見表6.2至表6.10。表6.101號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm17.1251550/402.51527.1251550/402.51537.1251550/402.515412.826100/60620分電箱到干線的導(dǎo)線34.17565.89RT0100/80(16)3540注：（）內(nèi)數(shù)字表示明敷設(shè)導(dǎo)線截面積；表中Pe為設(shè)備容量，I30為計(jì)算電流，IN.FU為熔斷器額定電流。表6.202號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm56.9251560/502.31569.82060/504.02079.82060/604.02088.72060/604.02098.72060/604.020分電箱到干線的導(dǎo)線43.92568.08RT0100/80(16)3540表6.303號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm137.1251560/502.515147.1251560/502.515157.1251560/502.515167.1251560/502.515179.22060/604.020189.22060/604.020分電箱到干線的導(dǎo)線46.973.15RT0100/80(16)3550表6.404號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm1914.333100/8010252013.333100/801025216.9251550/402.5153110.526100/60620分電箱到干線的導(dǎo)線45.0375.8RT0100/80(25)3550表6.505號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm419.82060/604.020429.82060/604.020438.72060/604.020分電箱到干線的導(dǎo)線28.386.02RT0100/100(25)5050表6.606號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm448.72060/604.020458.72060/604.020469.32060/604.020479.82060/604.020分電箱到干線的導(dǎo)線36.561.58RT0100/80(16)3540表6.707號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm2210.12526100/60620237.1251550/402.515247.1251550/402.515257.1251550/402.515分電箱到干線的導(dǎo)線31.560.71RT0100/80(16)3540表6.808號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm327.1251560/502.515337.1251560/502.515347.1251560/502.515356.9251560/502.515367.1251560/502.515分電箱到干線的導(dǎo)線35.4364.47RT0100/80(16)3540表6.909號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm2615.7533100/8010252715.7533110/8010253813.333100/8010253710.12526100/80620分電箱到干線的導(dǎo)線54.9100.6RT0200/120(35)7070表6.1010號分電箱設(shè)備編號Pe/KWI30/AIN.FU/IN.FE/A(RL1)導(dǎo)線截面/mm2電線管直徑/mm103.28.460/302.5151111.915/62.5151211.915/62.515分電箱到干線的導(dǎo)線5.215.8RT0100/30(2.5)420選總線干線時，每路干線所接設(shè)備臺數(shù)不多，干線的計(jì)算電流也應(yīng)按二項(xiàng)式法計(jì)算。1號干線所接的設(shè)備是設(shè)備1—設(shè)備9同樣，其二項(xiàng)式系數(shù)：b=0.14，c=0.5，x=5，對于10KW電動機(jī)，其沖擊電流，其額定電流尖峰電流：且即且選，有，因此選RT0—100/100的熔斷器。35°C時每相的BLX型導(dǎo)線的線芯截面為25mm2的導(dǎo)線的允許載流量：按發(fā)熱條件，相線截面選25mm2，中性線截面按選。即，選16mm2。35°C時每相的BLX型導(dǎo)線的線芯截面為70mm2的4根單芯穿線管導(dǎo)線允許載流量：按發(fā)熱條件，相線截面選70mm2，中性線截面按選。即，選35mm2。穿線的鋼管內(nèi)徑查表選70mm。因此選擇結(jié)果可以表示為BLX—500—（3*25+1*16）明敷設(shè)BLX—500—（3*70+1*35）穿鋼管敷設(shè)依此法計(jì)算，可分別選出金工車間干線型號及規(guī)格，選擇結(jié)果如表6.11所示。表6.11金工車間干線型號及規(guī)格X號干線（所接設(shè)備）I30/ART0/AIN.FU/IN.FE明敷設(shè)導(dǎo)線型號穿管敷設(shè)導(dǎo)線型號1（1-9）90.98100/100BLX-500(3×25+1×16)BLX-500(3×70+1×25)-G702（13-21、31）105.99200/120BLX-500(3×25+1×25)BLX-500(3×70+1×35)-G703（41-47）80.77100/100BLX-500(3×25+1×16)BLX-500(3×50+1×25)-G504（22-2732-2810-12）142.21200/150BLX-500(3×50+1×25)BLX-500(3×95+1×50)-G705（28）191.49400/300BLX-500(3×95+1×50)BLX-500(3×185+1×95)-G806（39）163.85400/400BLX-500(3×70+1×35)BLX-500(3×120+1×70)-G707（40）163.85400/400BLX-500(3×70+1×35)BLX-500(3×120+1×70)-G708（29）117.6200/200BLX-500(3×25+1×25)BLX-500(3×95+1×50)-G709（30）61.25200/120BLX-500(3×16+1×10)BLX-500(3×35+1×25)-G4010（49、50）150200/150BLX-500(3×50+1×25)BLX-500(3×120)-G7011（48）40100/40BLX-500(3×16)BLX-500(3×6+1)-G2012(冷作車間)225.87400/250BLX-500(3×95+1×50)BLX-500(3×185)-G8013(裝配車間)182.95200/200BLX-500(3×701×35)BLX-500(3×150+1×95)-G7014(倉庫)42.97100/60BLX-500(3×10+1×6)BLX-500(3×16+1×10)-G3215(戶外照明)37.98100/40BLX-500(3×16+1×10)BLX-500(3×10+1×6)-G2516(戶內(nèi)照明)26.25100/40BLX-500(3×16+1×10)BLX-500(3×10+1×6)-G25車間導(dǎo)線的校驗(yàn)①2號分干線的校驗(yàn)：導(dǎo)線明敷設(shè)校驗(yàn)：依據(jù)而，滿足發(fā)熱要求。依據(jù)，滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。熔斷器和導(dǎo)線協(xié)作：RT0—100/80則則滿足協(xié)作要求。穿管的導(dǎo)線的校驗(yàn)：依據(jù)，滿足發(fā)熱要求