第一章概論備注第節(jié)工廠供電的意義、要求及課程任務(wù)?工廠供電(plantpowersupply)，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。是個供配電系統(tǒng)，屬于電力網(wǎng)的部分。?工廠供電應(yīng)達(dá)到以下基本要求：(1)安全:在電能的供應(yīng)、分配和使用中，(正?；蚬收?不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。(安全性措施)(2)可靠:應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性即連續(xù)供電的要求。(3)優(yōu)質(zhì):應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。(4)經(jīng)濟(jì):供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。第一節(jié)工廠供電系統(tǒng)及發(fā)電廠、電力系統(tǒng)與工廠的自備電源一、工廠供電系統(tǒng)概況般中型工廠的電源進(jìn)線電壓疋6~10kV。電冃匕先進(jìn)冋壓配電所(high—voltagedistributionsubstation)，再由廠內(nèi)高壓配電線路將電能分送到各車間變(shoptransformersubstation)，或由高壓配電線路直接供給高壓用電設(shè)備。車間變電所內(nèi)裝設(shè)有電力變壓器，將6?10kV的高壓電降為般低壓用電設(shè)備所需的電壓(如220/380V),然后由低壓配電線路將電能分送給各低壓用電設(shè)備使用。?

第一章概論備注?對于大型工廠及某些電源進(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)廠以后，先經(jīng)總降壓變電所,其中裝有較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，然后通過高壓配電線將電能送到各個車間變電所，也有的經(jīng)高壓配電所再送到車間變電所，最后經(jīng)配電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，即35kV線路直接引入靠近負(fù)荷中心的車間變電所，經(jīng)車間變電所的配電變壓器直接降為低壓用電設(shè)備所需的電壓。?為高壓深入負(fù)荷中心的直配方式。?這種直配方式，可以省去一級中間變壓，從而簡化了供電系統(tǒng)接線，節(jié)約了投資和有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高了供電質(zhì)量。?對于小型工廠，由于所需容量一般不大于1000kV?A或稍多，因此通常只設(shè)一個降壓變電所，將6?10kV降為低壓用電設(shè)備所需的電壓。

第一章概論備注?如果工廠所需容量不大160kV?A時，般米用低壓電源進(jìn)線，直接由公共低壓電網(wǎng)供電，因此工廠只需設(shè)一低壓配電間。?二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)簡介電能被廣泛使用，原因是它有很多優(yōu)點(diǎn)。比如：易于轉(zhuǎn)化，易于傳輸，易于分配等。電能的另外一個特點(diǎn)是生產(chǎn)、輸送、分配和使用是在同一瞬間完成的。?（一）發(fā)電廠發(fā)電廠（powerplant）又稱發(fā)電站，是將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能（二次能源）的工廠。發(fā)電廠按其所利用的能源不同，分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠以及風(fēng)力?發(fā)電廠、太陽能電站、地?zé)岚l(fā)電廠、潮汐發(fā)電廠等類型。1水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠簡稱水電廠或水電站，它利用水流的位能來生產(chǎn)電能。?

第一章概論備注?建筑一道很高的攔河壩，形成水庫，提高上游水位，電站就建在堤壩的后面。這類水電站，稱為壩后式水電站。我國的長江三峽水電站都屬于這種類型。（綜合利用）另一種提高水位的辦法，是在具有相當(dāng)坡度的彎曲河段上游，筑一低壩，攔住河水，然后利用溝渠或隧道，將上游水流直接引至建在彎曲河段末端的水電站。這類水電站，稱為引水式水電站。還有一類水電站，是上述兩種方式的綜合，由高壩和引水渠道分別提高一部分水位。這類水電站，稱為混合式水電站。蓄能水電廠。2?火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠簡稱火電廠，它利用燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能。我國的火電廠以燃煤為主。為了提高燃煤效率，都將煤塊粉碎成煤粉燃燒。煤粉在鍋爐的爐膛內(nèi)充分燃燒，將鍋爐內(nèi)的水燒成高溫高壓的蒸汽，推動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。1、煤的過程2、熱的過程3、電的過程熱電廠。?

第一章概論備注3?核能發(fā)電廠核能（原子能）發(fā)電廠通稱核電站，它主要是利用原子核的裂變能來生產(chǎn)電能。其生產(chǎn)過程與火電廠基本相同，只是以核反應(yīng)堆（俗稱原子鍋爐）代替燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替大量的煤炭。核電相當(dāng)安全和清潔我國在20世紀(jì)80年代秦山、大亞灣、嶺澳等幾座大型核電站。核能發(fā)電廠使用的問題：1、安全2、資金3、年限4?風(fēng)力、太陽能及地?zé)岬劝l(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電廠利用風(fēng)力的動能來生產(chǎn)電能。它建在有豐富風(fēng)力資源的地方。地?zé)岚l(fā)電廠利用地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的大量地?zé)崮軄砩a(chǎn)電能。它建在有足夠地?zé)豳Y源的地方。太陽能發(fā)電廠是利用太陽光能或太陽熱能來生產(chǎn)電能。禾U用太陽光能發(fā)電，是通過光電轉(zhuǎn)換元件如光電池等直接將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能.利用太陽熱能來生產(chǎn)電能，一是太陽熱能直接發(fā)電，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電、真空器件中的熱電子和熱離子發(fā)電以及堿金屬熱發(fā)電轉(zhuǎn)換和磁流體發(fā)電等，這類發(fā)電的特點(diǎn)是發(fā)電裝置本體沒有活動部件，但發(fā)電量小。另一類是將太陽熱能通過熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本組成與常規(guī)發(fā)電設(shè)備類似，只不過其熱能是從太陽能轉(zhuǎn)換來。?（二）電力系統(tǒng)由各級電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體，稱為電力系統(tǒng)（powersystem）。?圖是一個大型電力系統(tǒng)簡圖。1）電力系統(tǒng)中各級電壓的電力線路及其聯(lián)系的變電所，稱為電力網(wǎng)或電網(wǎng)地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)、超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)。2）變電所：接受、變換電壓、分配?樞紐變電所、中間變電所、終端變電所3）配電所：接受、分配4）電力線路：架空線路，電纜?架空線路：絕緣導(dǎo)線、裸導(dǎo)線5）電線桿：水泥桿、木桿、鐵塔?直線桿、耐張桿、轉(zhuǎn)角桿、換位桿、終端桿

第一章概論備注?三、工廠的自備電源對于工廠的重要負(fù)荷，一般要求在正常供電電源之外，設(shè)置應(yīng)急自備電源。最常用的自備電源是柴油發(fā)電機(jī)組。對于重要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等，則除設(shè)有應(yīng)急的柴油發(fā)電機(jī)組夕卜，還須另設(shè)不停電電源（縮寫UPS）。第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量?電力系統(tǒng)中的所有設(shè)備，都是在一定的電壓和頻率下工作的。電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù)。一、頻率：一般交流電力設(shè)備的額定頻率為50Hz,此頻率通稱“工頻”。按電力工業(yè)部1996年發(fā)布的《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：在電力系統(tǒng)正常情況下，工頻的頻率偏差一般不得超過土0?5Hz。如果電力系統(tǒng)容量達(dá)到3000MW或以上時，頻率偏差則不得超過±0?2Hz。在電力系統(tǒng)非正常狀況下，頻率偏差不應(yīng)超過土1Hz。頻率的調(diào)整，主要依靠發(fā)電與用電的平衡。二、電力系統(tǒng)額定電壓我國電力系統(tǒng)額定電壓是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、電力工業(yè)發(fā)展水平及參考國際電力系統(tǒng)的額定電壓，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究確定的。依國標(biāo)GB156—93規(guī)定，二相父流電網(wǎng)和電力設(shè)備常用的額定電壓，如表所示。它是一個電壓的系列：表1-1我國三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓分類電網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓/kv發(fā)電機(jī)額定電壓/kV電力變壓器額定電壓/kv一次繞組二次繞組低壓0.380:400.380.400.660.690.660.69高壓33.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3661010.510,10.510.5,11一13.8,15.75,18,20,22,24,2613.8,15.75,18,20,22,24,26—35—3538.566—6672.5110―110121220—220242330—330363500—500550現(xiàn)在我國電力系統(tǒng)額定電壓系列正在擴(kuò)充發(fā)展。?設(shè)備額定電壓包括兩個部分：用電設(shè)備和供電設(shè)備用電設(shè)備額定電壓。由于用電設(shè)備運(yùn)行時在線路上各點(diǎn)電壓略有不同，如圖虛線所示。用電設(shè)備的額定電壓不可能按線路上各點(diǎn)的實(shí)際電壓來制造，而只能按線路始端與末端的平均電壓來制造。（標(biāo)準(zhǔn)化）所以用電設(shè)備的額定電壓與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。供電設(shè)備屬于電源性質(zhì)，主要有兩大類：1、發(fā)電機(jī)的額定電壓。由于同一電壓的線路一般允許電壓偏移土5%,整個線路允許有10%的電壓損耗值。作為線路始端的發(fā)電機(jī)，它的額定電壓應(yīng)較電網(wǎng)額定電壓高5%,所以規(guī)定發(fā)電機(jī)額定電壓高于同級電網(wǎng)額定電壓5%。但是

第一章概論備注2、電力變壓器電力變壓器一次繞組屬于用電設(shè)備性質(zhì)，其額定電壓一種情況是接在線路上，此時可視為線路的用電設(shè)備，其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。另一種情況變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連（升壓變壓器），其一次繞組額定電壓與發(fā)電機(jī)額定電壓相同?電力變壓器二次繞組屬于電源性質(zhì)，但此額定電壓是指空載電壓.在滿載時，二次繞組約有5%的阻抗電壓降，如變壓器二次側(cè)供電線路較長時，一次繞組額定電壓一方面要考慮滿載時內(nèi)部5%的阻抗電壓降，另一方面要考慮補(bǔ)償線路上5%的電壓降，所以它要比電網(wǎng)額定電壓高10%。?另外如果變壓器二次供電線路不太長（如為低壓網(wǎng)）時，供電的容量不太大，而且配電變壓器普遍采用低損耗硅鋼片；則變壓器二次繞組額定電壓只需咼于電網(wǎng)額定電壓5%。?電壓高低的劃分通常采用1000V為界限來劃分高壓和低壓.此外，尚有通俗劃分為低壓、中壓、咼壓、超咼壓和特咼壓者，規(guī)定:1000V及以下為低壓，1000V至10kV或35kV為中壓；35kV或以上至110kV或220kV為高壓，220kV或330kV及以上為超高壓，800kV或1000kV及以上為特高壓。?三、電壓質(zhì)量：?對供電系統(tǒng)來說，提高電能質(zhì)量主要是提高電壓質(zhì)量的問題。電壓質(zhì)量是按照國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對電力系統(tǒng)電壓的偏差、波動、波形及其三相的對稱性（平衡性）的一種質(zhì)量評估。?（一）電壓的偏差電壓偏差是指電氣設(shè)備的端電壓與其額定電壓之差，通常以其對額定電壓的百分值來表示。即defU—U\△U%—nx100%?電壓偏差對設(shè)備運(yùn)行的影響（1）對感應(yīng)電動機(jī)的影響：（2）對同步電動機(jī)的影響：（3）對電光源的影響：白熾燈、氣體放電燈?（二）允許的電壓偏差?《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：在電力系統(tǒng)正常狀況下，用戶受電端的供電電壓允許偏差為：35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%；10kV及以下三相供電電壓允許偏差為土7%；220V單相供電電壓允許偏差為+7%、-10%。?在電力系統(tǒng)非正常狀況下，用戶受電端的電壓最大允許偏差不應(yīng)超過額定電壓的土10%。（供電局）

第一章概論備注?《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值(以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示)宜符合下列要求：1、電動機(jī):為土5%。2、照明：在般工作場所為土5%；對于遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時，可為+5%、10%；應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等為+5%、-10%。3、其它用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時為土5%。?(三)電壓調(diào)整的措施為了滿足用電設(shè)備對電壓偏差的要求，供電系統(tǒng)必須采取相應(yīng)的電壓調(diào)整措施：(1)正確選擇無勵磁調(diào)壓型變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓型變壓器我國供電系統(tǒng)中應(yīng)用的6?10kV配電變壓器，一般為無勵磁調(diào)壓型，其高壓繞組(一次繞組)有UN+5%或+2.5%的電壓分接頭，并裝設(shè)有無勵磁調(diào)壓分接開關(guān)，如圖所示。?如果用電負(fù)荷中有的設(shè)備對電壓偏差要求嚴(yán)格，可采用有載調(diào)壓型變壓器.(2)合理減少系統(tǒng)的阻抗減少系統(tǒng)的變壓級數(shù)、適當(dāng)增大導(dǎo)線電纜的截面或以電纜取代架空線等來減少系統(tǒng)阻抗。(3)合理改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式：兩臺變壓器、雙回路(4)盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡(5)采用無功功率補(bǔ)償裝置無功功率，導(dǎo)致功率因數(shù)的降低和系統(tǒng)的電壓損耗的增大。專用于補(bǔ)償無功功率的并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償機(jī)，?(四)電壓波動及其抑制(1)電壓波動的有關(guān)概念電壓波動(voltagefluctuation)是指電網(wǎng)電壓(有效值)的連續(xù)快速變動。電壓波動值，以用戶公共供電點(diǎn)的相鄰最大與最小的電壓方均根值Umax與之差對電網(wǎng)額定電壓入。的百分值來表示，即defU一U?8U%=-—__-x100%UN(2)?電壓波動的產(chǎn)生與危害電壓波動是由于負(fù)荷急劇變動所引起。如大型電弧爐和大型軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的工作，還有系統(tǒng)故障。電網(wǎng)電壓波動可影響電動機(jī)的正常起動，甚至使電動機(jī)無法起動；會引起同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子振動；可使電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)無法正常工作；可使照明燈光發(fā)生明顯的閃變，嚴(yán)重影響視覺，使人無法正常生產(chǎn)、工作和學(xué)習(xí)。這種引起燈光(照度)閃變的波動電壓，

第一章概論備注(3)電壓波動的抑制措施抑制電壓波動可采取下列措施：A對負(fù)荷變動劇烈的大型電氣設(shè)備，采用專用線路或?qū)Ｓ米儔浩鲉为?dú)供電。B設(shè)法增大供電容量，減小系統(tǒng)阻抗，使系統(tǒng)的電壓損耗減小，從而減小負(fù)荷變動時引起的電壓波動。C在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓波動時，減少或切除引起電壓波動的負(fù)荷。D對大型沖擊性負(fù)荷，如果采取上列措施尚達(dá)不到要求時，可裝設(shè)能“吸收”沖擊無功功率的靜止型無功補(bǔ)償裝置(縮寫SVC)。?(五)電網(wǎng)諧波及其抑制1、諧波，是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻(50Hz)相同的分量。?電力系統(tǒng)中的諧波源，如：大型變流設(shè)備和電弧爐等2、諧波的產(chǎn)生與危害a變壓器鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器出現(xiàn)過熱，縮短其使用壽命。b諧波電流通過交流電動機(jī)，不僅會使電動機(jī)的鐵心損耗明顯增加，而且還會使電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量。c諧波對電容器的影響更為突出，由于電容器對于諧波的阻抗很小，因此電容器很容易過負(fù)荷甚至燒毀。d此外，諧波電流可使電力線路的電能損耗和電壓損耗增力加e可使計(jì)量電能的感應(yīng)式電能表計(jì)量不準(zhǔn)確；f可使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，從而在線路上引起過電壓，有可能擊穿線路設(shè)備的絕緣；g還可能造成系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動裝置發(fā)生誤動作；h并可對附近的通信設(shè)備和通信線路產(chǎn)生信號干擾。3、電網(wǎng)諧波的抑制(1)、各類大功率非線性用電設(shè)備變壓器由短路容量較大的電網(wǎng)供電。、對大功率靜止整流器，采取下列措施：提高整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)和增加整流器的整流脈沖數(shù)。多臺相數(shù)相同的整流裝置，使整流變壓器的二次側(cè)有適當(dāng)?shù)南嘟遣?。按諧波次數(shù)裝設(shè)分流濾波器。、選用D，yn11結(jié)線組別的三相配電變壓器。?(六)三相不平衡及其改善三相的電壓或電流幅值或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位差不為120時，則稱此三相電壓或電流不平衡。不平衡的三相電壓或電流，按對稱分量法，可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。由于負(fù)序電壓的存在，使三相感應(yīng)電動機(jī)產(chǎn)生一個反向轉(zhuǎn)矩，降低電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，并使電機(jī)繞組電流增大，溫升增高，縮短電動機(jī)使用壽命。對三相變壓器來說，由于三相電流不平衡，當(dāng)最大相電流達(dá)到變壓器額定電流時，其他兩相卻低于額定值，從而使變壓器容量不能得到充分利用。對多相整流裝置來說，三相電壓不對稱，將嚴(yán)重影響多相觸發(fā)脈沖的對稱性，使整流裝置產(chǎn)生較大的諧波，進(jìn)一步影響電能質(zhì)量。1、電壓不平衡度及其允許值電壓不平衡度，用電壓負(fù)序分量的方均根值U2與電壓正序分量的方均根值U1的百?分比值來表示，即TdefU2eU%—云x100%GB/T15543—1995《電能質(zhì)量?三相電壓允許不平衡度》規(guī)定：(1)正常允許2%，短時不超過4%。(2)接于公共連接點(diǎn)的每個用戶一般不得超過1.3%。

第一章概論備注2、改善三相不平衡的措施(1)供配電設(shè)計(jì)和安裝中，應(yīng)盡量使三相負(fù)荷均衡分配。三相系統(tǒng)中各相安裝的單相用電設(shè)備容量之差應(yīng)不超過15%。(2)將不平衡負(fù)荷接到不同的供電點(diǎn)，以減小其集中連接造成不平衡度可能超過允許值的問題。(3)將不平衡負(fù)荷接入更咼電壓的電網(wǎng)由于更咼電壓的電網(wǎng)具有更大的短路容量，因此接入不平衡負(fù)荷對三相不平衡度的影響可大大減小。(4)采用可調(diào)的平衡化裝置平衡化裝置包括：具有分相補(bǔ)償功能的靜止型無功補(bǔ)償裝置(SVC)和靜止無功電源(SVG)。??四工廠供配電電壓的選擇(一)工廠供電電壓的選擇主要取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓等級，工廠用電設(shè)備的電壓、容量和供電距離等因素。由于在同輸送功率和輸送距離條件下，供電電壓越咼，則線路電流越小，從而使線路導(dǎo)線或電纜截面越小，可減少線路的初投資和有色金屬消耗量。各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離如表1—2所示。?

第一章概論備注表1.2各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離線路電壓/kV線路結(jié)構(gòu)輸送功率/kW輸送距離/l?n0.38架空線W100WO.250.38電纜線<175<0.356架空線<1000^106電纜線<3000<810架空線<20006~2010電纜線W5000<1035架空線2000-1000020?5066架空線3500?3000030-100110架空線10000~5000050-150220架空線100000-500000200~300?《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：供電企業(yè)（指供電電網(wǎng)）供電的額定電壓，低壓有單相220V，三相380V；高壓有10、35（66）、110、220kV。并規(guī)定：除發(fā)電廠直配電壓可采用3kV或6kV外，其他等級的電壓應(yīng)逐步過渡到上述額定電壓。如果用戶需要的電壓等級不在上列范圍時，應(yīng)自行采用變壓措施解決。用戶需要的電壓等級在110kV及以上時，其受電裝置應(yīng)作為終端變電所設(shè)計(jì)，其方案需經(jīng)省電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)審批。?（二）工廠高壓配電電壓的選擇工廠供電系統(tǒng)的咼壓配電電壓，主要取決于工廠咼壓用電設(shè)備的電壓和容量、數(shù)量等工廠采用的高壓配電電壓通常為10kV。如工廠擁有相當(dāng)數(shù)量的6kV用電設(shè)備，或者供電電源電壓就是從鄰近發(fā)電廠取得的6.3kV直配電壓，則可考慮采用6kV作為工廠的高壓配電電壓。3kV不能作為高壓配電電壓。如果工廠有3kV用電設(shè)備,則應(yīng)通過10/3.15kV變壓器單獨(dú)供電。如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電電壓為35kV,而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用35kV架空線路和較經(jīng)濟(jì)的35kV電氣設(shè)備時，則可考慮采用35kV作為高壓配電電壓深入工廠各車間負(fù)荷中心，并經(jīng)車間變電所直接降為低壓用電設(shè)備所需的電壓。?（三）工廠低壓配電電壓的選擇工廠的低壓配電電壓，一般采用220/380V。但如礦井下，因負(fù)荷中心往往離變電所較遠(yuǎn)，所以為保證負(fù)荷端的電壓水平而采用660V甚至1140V電壓配電。采用660V或1140V配電，較之采用380V配電，可以減少線路的電壓損耗，提高負(fù)荷端的電壓水平，而且能減少線路的電能損耗，降低線路的有色金屬消耗量和初投資，增加供電半徑，提高供電能力，減少變壓點(diǎn)，簡化配電系統(tǒng)。目前660V電壓只限于采礦、石油和化工等少數(shù)企業(yè)中采用，1140V電壓只限于井下采用。第四節(jié)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地型式一、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式在三相交流電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：

①電源中性點(diǎn)不接地；②中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地；③中性點(diǎn)直接接地。前兩種合稱為小接地電流系統(tǒng)，亦稱中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，或稱中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)。后一種中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，稱為大接地電流系統(tǒng)，亦稱中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)。a、我國3?66kV的電力系統(tǒng)，特別是3?10kV系統(tǒng)，一般采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。如果單相接地電流大于一定值時（3?10kV系統(tǒng)中單相接地電流大于30A，20kv及以上系統(tǒng)中單相接地電流大于10A時），則應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式或低電阻接地的運(yùn)行方式。b、我國110kV及以上的電力系統(tǒng)，則都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。?電力系統(tǒng)電源中性點(diǎn)的不同運(yùn)行方式，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時有明顯的影響，而且將影響系統(tǒng)二次側(cè)的繼電保護(hù)及監(jiān)測儀表的選擇與運(yùn)行。?（一）中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)//.//coA/U圖1-16正常運(yùn)行時的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)

a）電路圖b）相最圖?圖是電源中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時的電路圖和相量圖。為了討論問題簡化起見，假設(shè)圖a所示三相系統(tǒng)的電源電壓和線路參數(shù)R、L、C都是對稱的，而且將相線與大地之間存在的分布電容用一個集中電容C來表示，而相線之間存在的電容因與所討論的問題沒有影響則予以略去。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，三個相的相電壓u,ub,u是對稱的，三個相abc的對地電容電流I也是平衡的，如圖b所示，因此三個相的電co容電流的相量和為零，地中沒有電流流過。各相的對地電壓，就是各相的相電壓。7cA圖1-17單相接地時的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)a)電路圖b)相戢圖?當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，假設(shè)是C相接地，如圖a所示。?這時C相對地電壓為零，?而A相對地電壓UA'=(UA+(-UC)=UAc，TOC\o"1-5"\h\z^AC^ACB相對地電壓Ub'=Ub+(-Uc)=Ubc，如圖b所示。BBCBC?由圖b的相量圖可知，C相接地時，完好的A、B兩相對地電

壓都由原來的相電壓升高到線電壓，即升高為原對地電壓的V3O

?必須指出:第一章概論備注當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，三相用電設(shè)備的?必須指出:第一章概論備注當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，三相用電設(shè)備的正常工作并未受到影響，因?yàn)榫€路的線電壓無論其相位和量值均未發(fā)生變化，因此該系統(tǒng)中的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行。防止再有一相發(fā)生接地故障時，形成兩相接地短路，使故障擴(kuò)大。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)專門的單相接地保護(hù)或絕緣監(jiān)視裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，發(fā)出報警信號，提醒供電值班人員注意，及時處理；當(dāng)危及人身和設(shè)備安全時，則單相接地保護(hù)應(yīng)動作于跳閘，切除故障線路。?（二）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)/UAjT/UAjT~V~~>A_°字遁b負(fù)?中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較龐大、線路長時，在發(fā)生單相接地故障時接地電流較大，將在接地故障點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧。?由于電力線路既有電阻R、電感L、又有電容C，因此在發(fā)生單相弧光接地時，可形成一個R-L-C的串聯(lián)諧振電路，從而使線路上出現(xiàn)危險的過電壓（可達(dá)相電壓的2.5?3倍）.為了防止單相接地時接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧，引起諧振過電壓,因此在單相接地電容電流大于一定值（如前所述）的電力系統(tǒng)中，電源中性點(diǎn)必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。?（三）中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地的電力系統(tǒng)這種系統(tǒng)的單相接地，即通過接地中性點(diǎn)形成單相短路k（i）。單相短路電流I（i）比線路的正常負(fù)荷電流大得多，因此在此系統(tǒng)發(fā)生單相短路時保護(hù)裝置應(yīng)動作于跳閘，切除短路故障...、電源B負(fù)荷圖1-19中性點(diǎn)貫接接地的電力系統(tǒng)柱發(fā)生強(qiáng)相接地日寸?中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，其他兩完好相的對地電壓不會升高。因此中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中的供用電設(shè)備絕緣只需按相電壓考慮，而無需按線電壓考慮。這對110kV及以上的超高壓系統(tǒng)是很有經(jīng)濟(jì)技術(shù)價值的。因?yàn)殡娖鹘^緣要求的降低，不僅降低了電器的造價，而且改善了電器的性能。因此我國110kV及以上超高壓系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)通常都采取直接接地的運(yùn)行方式。在低壓配電系統(tǒng)中，我國廣泛應(yīng)用的TN系統(tǒng)及在國外應(yīng)用較廣的TT系統(tǒng)，均為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，一般能使保護(hù)裝置迅速動作，切除故障部分，比較安全。如果再加裝漏電保護(hù)器，則人身安全有更好的保障。?二、低壓配電系統(tǒng)的接地型式我國220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，而且引出有中性線（代號N）、保護(hù)線（代號PE）或保護(hù)中性線（代號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)中的不平衡電流和單相電流；三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。保護(hù)線（PE線）的功能：它是用來保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常不帶電壓但故障情況下可能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）通過保護(hù)線接地，可在設(shè)備發(fā)生接地故障時減少觸電危險。保護(hù)中性線（PEN線）的功能：它兼有中性線（N線）和保護(hù)線（PE線）的功能。這種保護(hù)中性線在我國通稱為“零線”，俗稱“地線”。低壓配電系統(tǒng)按接地型式，分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。第一章概論第一章概論備注（一）TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)又分TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。1.TN-C系統(tǒng)（圖a）又叫三相四線制，其中的N線與PE線全部合為一根PEN線。PEN線中可有電流通過，因此對某接PEN線的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。如果PEN線斷線，可使接PEN線的外露可導(dǎo)電部分帶電而造成人身觸電危險。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，線路的保護(hù)裝置動作，切除故障.?2.二相設(shè)備PEN?2.二相設(shè)備__部分開，設(shè)備的外■露可導(dǎo)電部分均接Be線。二該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，線路的保護(hù)裝置動作，將切除故障線路。?TN-S系統(tǒng)主要用于對安全要求較高（如潮濕易觸電的浴室和居民住宅等）的場所及對抗電磁干擾要求高的數(shù)據(jù)處理和精密檢測等實(shí)驗(yàn)場所。=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)電部分接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)，因此比較靈活，對安全要求和對抗電磁干擾要求高的場所，宜采用TN-S系統(tǒng)，而其他一般場所則采用TN-C系統(tǒng)。負(fù)荷部分?二）TT系統(tǒng)系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地，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。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，線路的保護(hù)裝置動作于跳閘，切除故障線路。但是該系統(tǒng)因漏電電流較小可能不足以使線路的過電流保護(hù)動作，從而使漏電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分長期帶電，因此該系統(tǒng)必須裝設(shè)靈敏度較高的漏電保護(hù)裝置.該系統(tǒng)適用于安全要求及對抗電磁干擾要求較高的場所。在國外應(yīng)用較為普遍，現(xiàn)在我國也開始推廣應(yīng)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)采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式”。荷荷第一章第一章論備注?（三）IT系統(tǒng)?系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地，或經(jīng)高阻抗接地。該系統(tǒng)沒有N線，因此不適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)線電壓的單相用電設(shè)備。由于IT系統(tǒng)中設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的接地PE線也是分開的,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。系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，三相用電設(shè)備及接線電壓的單相用電設(shè)備仍能繼續(xù)運(yùn)行。但是在發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)發(fā)出報警信號，以便及時處理。IT系統(tǒng)主要用于對連續(xù)供電要求較高及有易燃易爆危險的場所，特別是礦山、井下等場所的供電。BC，源1I1doo0O11三相設(shè)備單相丄2=10000第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?第一節(jié)工廠的電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線?一、工廠電力負(fù)荷的分級及其對供電電源的要求?（一）工廠電力負(fù)荷的分級工廠的電力負(fù)荷，按《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，分為三級：一、符合下列情況之一時，應(yīng)為一級負(fù)荷：中斷供電將造成人身傷亡時。中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。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。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負(fù)荷。在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。

第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?二、符合下列情況之一時，應(yīng)為二級負(fù)荷：1.中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時。例如：王要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。2.中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負(fù)荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。?二、不屬于級和二級負(fù)荷者應(yīng)為二級負(fù)荷。?(二)各級電力負(fù)荷對供電電源的要求?(1)一級負(fù)荷的供電電源應(yīng)符合下列規(guī)定：a、一級負(fù)荷應(yīng)由兩個電源供電；當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。b、一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其它負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。?下列電源可作為應(yīng)急電源：1、獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組。2、供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路。3、蓄電池。4、干電池。根據(jù)允許中斷供電的時間可分別選擇下列應(yīng)急電源：1、允許中斷供電時間為15s以上的供電，可選用快速自啟動的發(fā)電機(jī)組。2、自投裝置的動作時間能滿足允許中斷供電時間的，可選用帶有自動投入裝置的獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路。3、允許中斷供電時間為毫秒級的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置、蓄電池機(jī)械貯能電機(jī)型不間斷供電裝置或柴油機(jī)不間斷供電裝置。應(yīng)急電源的工作時間，應(yīng)按生產(chǎn)技術(shù)上要求的停車時間考慮。當(dāng)與自動啟動的發(fā)電機(jī)組配合使用時，不宜少于10min。（2）二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負(fù)荷可由一回6KV及以上專用的架空線路或電纜供電。當(dāng)采用架空線時，可為一回架空線供電；當(dāng)采用電纜線路時，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路供電，其每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負(fù)荷。（3）三級負(fù)荷對供電電源的要求由于三級負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此它對供電電源無特殊要求。

第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?二、工廠用電設(shè)備的工作制（負(fù)荷分類）?工廠的用電設(shè)備，按其工作制（duty-type）分以下三類：?（1）連續(xù)工作制：這類工作制的設(shè)備運(yùn)行時間長，停歇時間短。如通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、電機(jī)發(fā)電機(jī)組、電爐和照明燈等。機(jī)床電動機(jī)的負(fù)何，般變動較大，但其主電動機(jī)般也是連續(xù)運(yùn)行的。?（2）短時工作制：這類工作制的設(shè)備停歇時間長，運(yùn)仃時間很短如機(jī)床上的某些輔助電動機(jī)（例如進(jìn)給電動機(jī)）、控制閘門的電動機(jī)等。（負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時不計(jì)入）?（3）斷續(xù)周期工作制）：這類工作制的設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復(fù)運(yùn)行，好像有固定周期一樣，而工作周期一般不超過10min。此設(shè)備有兩種：電焊用變壓器和吊車、行車用電動機(jī)。?斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負(fù)荷持續(xù)率”（又稱暫載率）來表示其工作特征。負(fù)荷持續(xù)率為個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用8表示，即deftt,、E——x100%-2x100%(2-1)1tttQ式中，丁為工作周期；r為工作周期內(nèi)的工作時間；5為工作周期內(nèi)的停歇時間。第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?三、負(fù)荷曲線的概念?負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動情況的一種圖形，它繪在直角坐標(biāo)紙上，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功功率或無功功率），橫坐標(biāo)表示對應(yīng)的時間（一般以小時為單位）。?負(fù)荷曲線按負(fù)荷對象分，有工廠的、車間的或某類設(shè)備的負(fù)荷曲線。按負(fù)荷性質(zhì)分，有有功和無功負(fù)荷曲線。按所表示的負(fù)荷變動時間分，有年的、月的、日的或工作班的負(fù)荷曲線。?圖2-1是一班制工廠的日有功負(fù)荷曲線，其中圖2-la是依點(diǎn)連成的負(fù)荷曲線，圖2-lb是繪成梯形的負(fù)荷曲線。為便于計(jì)算，負(fù)荷曲線多繪成梯形，橫坐標(biāo)一般按半小時分格，以便確定“半小時最大負(fù)荷”。b)b)圖2-1日有功負(fù)荷曲線a）依點(diǎn)連成的負(fù)荷曲線b）繪成梯形的負(fù)荷曲線?年負(fù)荷曲線?1、負(fù)荷持續(xù)時間曲線，按負(fù)荷大小依次排列，如圖2-2c所示，全年按8760h計(jì)。

4Pl12162024o4812162024010002000300040004Pl12162024o48121620240100020003000400050006000700080008760加r/ht!ha)b)c)__TT一二工^二二gJ"———igd圖2-2年負(fù)荷持續(xù)時間曲線的繪制.：■*turn'小、八|円"八：|沙上述年負(fù)荷曲線，根據(jù)其一年中具有代表性的夏日負(fù)荷曲線（圖2-2a）和冬日負(fù)荷曲線（圖2-2b）來繪制。其夏日和冬日在全年中所占的天數(shù)，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜌鉁厍闆r而定。例如在我國北方，可近似地認(rèn)為夏日165天，冬日200天；而在我國南方，則可近似地認(rèn)為夏日200天，冬日165天。假設(shè)繪制南方某廠的年負(fù)荷曲線（圖2-2c），其中P1在年負(fù)荷曲線上所占的時間T1=200（t1+t1，），P2在年負(fù)荷曲線上所占的時間T2=200t2+165t2，，其余類推。日期（日/月）年每日最大負(fù)荷曲線日期（日/月）年每日最大負(fù)荷曲線?年負(fù)荷曲線的另一種形式，是按全年每日的最大負(fù)荷（通常取每日最大負(fù)荷的半小時平均值）繪制的，稱為年每日最大負(fù)荷曲線，如圖所/示o?:.橫坐標(biāo)依次以全年十二個月份的日期來分格。這種年最大負(fù)荷曲線，可以用來確定擁有多臺電力變壓器的變電所在一年內(nèi)的不同時期宜于投入幾臺運(yùn)行，即所謂經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。?四、與負(fù)荷曲線和負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的物理量1、年最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時數(shù)年最大負(fù)荷是指全年中最大工作班內(nèi)半小時（30分鐘）平均功率的最大值，并用符號P、Q和S分別表示年有功、無功和視在mmm最大負(fù)荷。半小時（30分鐘）平均最大功率P30所謂最大工作班，是指一年中最大負(fù)荷的工作班次，最大負(fù)荷最少出現(xiàn)2?3次的最大負(fù)荷，而不是偶然出現(xiàn)的某一個工作班。年最大負(fù)荷利用小時數(shù)T，是一個假想時間。其物理意義是，m如果用戶以年最大負(fù)荷（如P）持續(xù)運(yùn)行Th,則所消耗的電能恰好mm等于全年實(shí)際消耗的電能。如圖2-3（c）所示，年持續(xù)負(fù)荷曲線與兩軸所包絡(luò)的面積，等于P與T的乘積（即面積I等于面積II），所mm以T可表達(dá)為：m年最大負(fù)荷利用小時為TdefWa丄maxp廠max式中，Wa為年實(shí)際消耗的電能量。各類工廠的最大負(fù)荷年利用小時數(shù)表2-2工廠類別計(jì)算最大負(fù)荷年利用小時數(shù)工廠類別計(jì)算最大負(fù)荷年利用小時數(shù)有功負(fù)荷年利用小時數(shù)無功負(fù)荷年利用小時數(shù)有功負(fù)荷年利用小時數(shù)無功負(fù)荷年利用小時數(shù)化工廠62007000汽車拖拉機(jī)廠49605240苯胺顏料工廠7100—-農(nóng)業(yè)機(jī)械制造廠53304220石油提煉工廠7100一儀器制造廠30803180重型機(jī)械制造廠37704840汽車修理廠43703200機(jī)床廠43454750車輛修理廠35603660工具廠41404960電器工廠42806420諛珠軸承廠53006130氮肥廠7000?8000——起重運(yùn)輸設(shè)備廠33003880金屬加工廠43555880年最大負(fù)荷利用小時是反映電力負(fù)荷特征的一個重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，T心1800?max3000h；兩班制工廠，T心3500?4800h；三班制工廠，T心5000?maxmax7000h。2、平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)(1)平均負(fù)荷是指電力用戶在一段時間內(nèi)消耗功率的平均值，記作P，Q，S如圖所示為平均有功負(fù)荷，其值為用戶在由0到avavavt時間內(nèi)所消耗的電能Wt(kWh)除以時間t,即：p里西Aav*弘(2)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Pav與其最大負(fù)荷P的比值.m＞：?對負(fù)荷曲線來說，負(fù)荷系數(shù)亦稱負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它表征負(fù)荷曲線不平坦的程度，即表征負(fù)荷起伏變動的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來說，希望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個電力系統(tǒng)的效能來說，應(yīng)盡量使不平坦的負(fù)荷曲線“削峰填谷”，提高負(fù)荷系數(shù)。負(fù)荷系數(shù)通常以百分值表示。負(fù)荷系數(shù)（負(fù)荷率）的符號有功負(fù)荷率用a、無功負(fù)荷率用0表示，即：a=P^/Pm0=Qav/Qm一般工廠負(fù)荷系數(shù)年平均值a=0?70?0?75B=0.76?0?82?第二節(jié)三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定一、概述求計(jì)算負(fù)荷，也稱需用負(fù)荷。目的是為了合理的選擇供配電系統(tǒng)各級電壓供電網(wǎng)絡(luò)、主接線、變壓器容量和電器設(shè)備型號等。如何選？用按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如果以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?般選P30作為Pm，作為計(jì)算負(fù)何使用。?原因?（1）選擇設(shè)備時要考慮到最嚴(yán)重的情況下也能正常運(yùn)行。（2）由于導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時間大約需（3?4）t,T為發(fā)熱時間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其r$10min,因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min（半小時）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)荷曲線上查得的半小時最大負(fù)荷P30（亦即年最大負(fù)荷Pmax）是基本相當(dāng)?shù)摹Ｋ杂?jì)算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時最大負(fù)荷。求計(jì)算負(fù)荷意義重大，估算過高，導(dǎo)致有色金屬的浪費(fèi)和工程投資的增加。反之，如估算過低，又會使供電系統(tǒng)的線路及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實(shí)際負(fù)荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供配電系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。?二、按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷?（一）基本公式在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，常使用需用系數(shù)Kd，其d與p、P的關(guān)系為：me??需用系數(shù)是一個綜合系數(shù)，Kd只能靠測量統(tǒng)計(jì)確定。上述各種d因素可供設(shè)計(jì)人員在變動的系數(shù)范圍內(nèi)選用時參考。?表為某些需用系數(shù)及功率因數(shù)。第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注

?1、需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷的基本公式為：P=KP30d?后續(xù)公式:?例題：?(二)設(shè)備容量的計(jì)算需要系數(shù)法基本公式P30=KdP中的設(shè)備容量P，不含備用30dee設(shè)備的容量，而且要注意，此容量的計(jì)算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。1.對一般連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。2.對斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組設(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規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率下的容量之和。容量換算的公式如式(2-2)所示。斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備常用?的有電焊機(jī)和吊車電動機(jī)，各自的換算要求如下：(1)電焊機(jī)組要求容量統(tǒng)一換算到￡=100%。(2)吊車電動機(jī)組要求容量統(tǒng)一換算到￡=25%。?(三)多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定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)合具體情況對其有功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計(jì)人一個同時系數(shù)(又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù)）K》p,KZq總的有功計(jì)算負(fù)荷為卩30=KSpSP30.i總的無功計(jì)算負(fù)荷為QjO=另QjO.i以上兩式中的為巴皿和分別為各組設(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S30=J總的計(jì)算電流為?二、計(jì)算負(fù)荷的估算方法?（一）單位產(chǎn)品耗電量法?當(dāng)已知企業(yè)年生產(chǎn)量為n，每生產(chǎn)單位產(chǎn)品電能消耗量為3（見表），則:年電能需要量?最大有功功率=(kW-h)P^-WJT^(kW)?（二）負(fù)荷密度法?當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積或某建筑面積負(fù)荷密度p時，車間的平均負(fù)荷或某建筑的平均負(fù)荷可按下式計(jì)算:Pz=P?月(kW)式中負(fù)荷密度（kw/m2）；A——車間生產(chǎn)面積或某建筑面積（n?）。?（三）其他估算法:(2-22)第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?第二節(jié)單相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定一、概述在工廠里，除了廣泛應(yīng)用的三相設(shè)備外，還應(yīng)用有電焊機(jī)、電爐、電燈等各種單相設(shè)備。在民用中有大量的單相負(fù)荷。單相設(shè)備接在三相線路中，應(yīng)盡可能均衡分配，使三相負(fù)荷盡可能均衡。1、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。?2、如果單相設(shè)備容量超過三相設(shè)備容量的15%時，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。3、由于確定計(jì)算負(fù)荷的目的，主要是為了選擇線路上的設(shè)備和導(dǎo)線（包括電纜），使線路上的設(shè)備和導(dǎo)線在通過計(jì)算電流時不致過熱或損壞，因此在接有較多單相設(shè)備的三相線路中，不論單相設(shè)備接于相電壓還是線電壓，只要三相負(fù)荷不平衡，就應(yīng)以最大負(fù)荷相有功負(fù)荷的3倍作為等效三相有功負(fù)荷，以滿足安全運(yùn)行的要求。（等效原則）

第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?:.二、單相設(shè)備組等效三相負(fù)荷的計(jì)算?1.單相設(shè)備接于相電壓時的等效三相負(fù)荷計(jì)算等效三相設(shè)備容量Pe應(yīng)按最大負(fù)荷相所接單相設(shè)備容量P的3倍計(jì)算，即em申P(guān)=3P丄cj丄e.?等效三相計(jì)算負(fù)荷則按前述需要系數(shù)法計(jì)算。?2.單相設(shè)備接于線電壓時的等效三相負(fù)荷計(jì)算?3.單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時的等效三相負(fù)荷計(jì)算?首先應(yīng)將接于線電壓的單相設(shè)備換算為接于相電壓的設(shè)備容量，然后分相計(jì)算各相的設(shè)備容量和計(jì)算負(fù)荷。總的等效三相有功計(jì)算負(fù)荷為其最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷?P30的3倍，即30m申P(guān)30=3P30.?總的等效三相無功計(jì)算負(fù)荷為最大有功負(fù)荷相的無功計(jì)算負(fù)荷Q30的3倍，即30m申?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?1、負(fù)荷均攤法：即先將各線間負(fù)荷相加，選取其中負(fù)荷較大兩項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。如當(dāng)PRb>Pbc>P?時，取尸4Pbc兩項(xiàng)，并依下述情況分別計(jì)算1?當(dāng)先將各線間負(fù)荷相加，選取其中負(fù)荷較大兩項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。如當(dāng)PRb>Pbc>P?時，取尸4Pbc兩項(xiàng)，并依下述情況分別計(jì)算1?當(dāng)Pbc>o.15P,b時，Peq=l?5（P,b+PQ（2-25）2?當(dāng)Pbc《0.15Pab時,Peq=/TPab..（2-26）3?當(dāng)只有P.b、Pbc=P?b=0時/TP.b（2-27）式中Pm耳、Ac——分別接于ab、be,ac線的負(fù)荷（kW）；Pb——等效三相設(shè)備負(fù)荷（kW）0'?2、系數(shù)法：表2-3相間負(fù)荷換算為相負(fù)荷的功率換算系數(shù)0.350?40.50.60.650.70.80.91.0PaB-A'|pBC-B'Pca亠c1.271.171.00.890.840.80.720.640.5BypBC-C'^ca-a-0.27-0.1700.110.160.20.280.360.59ab~a、Qbc-b*9ca-c1.050.860.580.380.30.220.09-0.05-0.299ab-b、QbC-C'9caa1.631.441.160.960.880.80.670.530.29負(fù)荷功率因數(shù)Pa=PAB一加AB+.PcA-A-^CA◎a=9AB-AAB+qemPCA=pBC-B^BC+pAB-呂PABWb=Qbc-ePbc+Qab-bBAB二PcA-cPcA+PbC-MbC：iJc=gCA_C“CA+@BC_C加BC第四節(jié)工廠的計(jì)算負(fù)荷及年耗電量的計(jì)算工廠計(jì)算負(fù)荷的確定（一）按需要系數(shù)法確定工廠計(jì)算負(fù)荷（二）按年產(chǎn)量估算工廠計(jì)算負(fù)荷（二）按逐級計(jì)算法確定工廠計(jì)算負(fù)荷功率損耗:一、供電線路的功率損耗三相供電線路的有功功率損耗AP,無功功率損耗AQ分別按下式計(jì)算:

第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注AP=3IIRX10~3'(kW)]>(2-30)△Q=3/c2XX10-3(kvar)J式中R——線路每相電阻（Q）,R=rohX—線路每相電抗（a）X=H°2;1—線路每相計(jì)算長度（km）；..?r0.xo—線路單位長度的交流電阻和電抗（fl/km）,其值可査附表19?21。需指岀，在査氐時，表格中的“線間幾何均距”是指三相線路間距離的幾何平均值。假設(shè)A、B兩相的線間距離為如，B、C兩相的線間距離為a?、C、A兩相的線間距離為as，則此三相線路的線間幾何均距<2av=a/?i?a2?a3(2-31〉如三相線路為等邊三角形排列，則a.v=a0如三相線路為水平等距排列，則a?v=了亥a=1.26a；其中a為相鄰線間距離。當(dāng)計(jì)算負(fù)荷用Pc、Qc、&表達(dá)時，可將式（2-30）換算為如下形式：C2p2LQ2)廿=読?RX10~3=詩咎RX10~3(kW)卜(2-32)4=茫XX10~3=X10-3<kvar)j式中Sc、Pc、Qc—分別為線路視在、有功、無功計(jì)算功率，單位（kVA、kW、kvar）；Un——線路額定電壓（kV）0?二、變壓器的功率損耗?變壓器的損耗包括有功功率損耗APt和無功功率損耗厶qt。?（一）有功功率損耗?有功功率損耗又由兩部分組成。其一為空載損耗，又稱鐵損，它是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗。因?yàn)樽儔浩髦鞔磐ㄖ慌c外加電壓有關(guān)，當(dāng)外加電壓u和頻率f恒定時，鐵損也為常數(shù)，與負(fù)何大小無關(guān)?？蛰d損耗可由空載實(shí)驗(yàn)確定。?另部分是短路損耗，又稱銅損，它是變壓器負(fù)荷電流在一次、一次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負(fù)荷電流平方（或功率）成正比。短路損耗可由短路實(shí)驗(yàn)確定。所以雙卷變壓器有功功率損耗表達(dá)式為△Pt—O*T+2式中APtAPo△FCu?N?T&Sn?T變壓器的有功功率損耗（kW）；變壓器的空載有功功率損耗（kW）,可在產(chǎn)品目錄中査出;變壓器在額定負(fù)載下的銅損（kW）,可在產(chǎn)品目錄中査出;計(jì)算負(fù)荷的視在容量（kVA）;變壓器的額定容量（kVA）。?（二）無功功率損耗同樣，無功功率損耗也由兩部分組成。一部分是變壓器空載時，由產(chǎn)生型磁通勵磁電流所造成的無功損耗。另一部分是由變壓器負(fù)荷電流在一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功損耗。其表達(dá)式為:Sn.t式中4Qt△Qo?T△Qn?T■變壓器的無功功率損耗（kvar）；-變壓器的空載無功功率損失（kvar）；-變壓器在額定負(fù)載下無功功率損失的增量（kvar）。其中△Qo?tZo.T%100?Sn.T二4"k%=loo?Sn?t式中Zo.T%——變壓器空載電流占額定電流百分?jǐn)?shù)，可在產(chǎn)品目錄中査出;△”K%—變壓器短路電壓占額定電壓百分?jǐn)?shù)，可在產(chǎn)品目錄中査出。在負(fù)荷估算中，變壓器功率損耗也可近似計(jì)算如下：、AF*t~0.02SN.T(kW)△Qt壬(0.08—0.10)SN.T(kvar)第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?(四)工廠的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷?無功補(bǔ)償?shù)谋匾?電力系統(tǒng)中使用的輸變電設(shè)備及電力用戶的用電設(shè)備，如電力變壓器、電抗器、感應(yīng)電動機(jī)、電焊機(jī)、高頻爐、日光燈等大部分具有電感的特性。它們在建立交變磁場時需從電力系統(tǒng)中吸收無功功率。(1)無功功率在通過電網(wǎng)時，會引起線路及設(shè)備的有功損耗。因此在輸送有功功率為一定時，增加無功功率會使總電流增加而引起供電線路及設(shè)備的有功功率損耗相應(yīng)的增加。(2)電網(wǎng)的電壓損失將會隨著無功功率的增加而增加，這給電網(wǎng)電壓的調(diào)整帶來困難。(3)在電網(wǎng)輸送有功不變下，無功增加而使總電流增加，會使供電系統(tǒng)中的如變壓器、斷路器、導(dǎo)線以及測量儀器、儀表等等的一次、二次設(shè)備的容量、規(guī)格尺寸增大，從而使投資費(fèi)用增加。在《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：100kV?A及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上。”并規(guī)定，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補(bǔ)償裝置(處罰)，通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行(就地)補(bǔ)償。

第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?人工補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量可按下式計(jì)算：Qc=尸av(tg?—tg爲(wèi))=PQlc式中Pav——平均負(fù)荷(kW)；tg他——補(bǔ)償前自然功率因數(shù)COS?對應(yīng)的正切值；tg辺——補(bǔ)償后功率因數(shù)COS淪對應(yīng)的正切值；△條——補(bǔ)償率(kvar/kW),見表?式中的平均負(fù)荷P也可用計(jì)算負(fù)荷P乘以負(fù)荷系數(shù)a代avc替，則得：?無功補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷?裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以后，則在確定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)以前的總計(jì)算負(fù)荷時，應(yīng)扣除無功補(bǔ)償容量，即總的無功計(jì)算負(fù)荷：Q30=Q30—Qc補(bǔ)償后總的視在計(jì)算負(fù)荷S30=V+(Q30—QC)2?由上式可以看出，在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以后，由于低壓側(cè)總的視在計(jì)算負(fù)荷減小，從而可使變電所主變壓器容量選得小一些。?電力電容器的裝設(shè)位置?實(shí)際中廣泛應(yīng)用的補(bǔ)償無功的并聯(lián)電力電容器，其裝設(shè)的位置因不冋的補(bǔ)償方式而不冋。電力電容器的補(bǔ)償方式通常分為三種：個別補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。?個別補(bǔ)償就是將電力電容器裝設(shè)在需要補(bǔ)償?shù)碾姎庠O(shè)備附近，使用中與電氣設(shè)備冋時運(yùn)行和退出，如圖所示。380V個別補(bǔ)償處于供電的末端負(fù)荷處，它可補(bǔ)償安裝地點(diǎn)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)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(dǎo)線的截面、變壓器的容量、開關(guān)設(shè)備等的規(guī)格尺寸降低，它有最好的補(bǔ)償效果。其缺點(diǎn)是：(1)普遍采用時總體投資費(fèi)用大。(2)由于設(shè)置地點(diǎn)分散，不便于統(tǒng)一管理。(3)其處于工作現(xiàn)場附近易受到周圍不良環(huán)境的影響。(4)因設(shè)備退出運(yùn)行時也同時切除電容器，所以利用率低。個別補(bǔ)償適合于長期平穩(wěn)運(yùn)行的，無功需求量大的設(shè)備設(shè)置。?分組補(bǔ)償，即對用電設(shè)備組，每組采用電容器進(jìn)行補(bǔ)償。其利用率比個別補(bǔ)償大，所以電容器總?cè)萘恳脖葌€別補(bǔ)償小，投資比個別補(bǔ)償小。但其對從補(bǔ)償點(diǎn)到用電設(shè)備這段配電線路上的無功是不能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。分組補(bǔ)償如圖。??第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算第二章工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算備注?集中補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜魍ǔＴO(shè)置在變、配電所的高、低壓母線380V上。如圖。將集中補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙萜髟O(shè)置在用戶總降變電所的高壓、低壓母線上，這種方式投資少，便于集中管理；同時能補(bǔ)償用戶高壓側(cè)的無功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(nèi)部線路沒有無功補(bǔ)償。電力電容器設(shè)置在低壓母線上能補(bǔ)償母線前面變壓器，高壓配電線路及系統(tǒng)的無功。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(bǔ)償形式，以互相補(bǔ)充，發(fā)揮各補(bǔ)償方式的特點(diǎn)。11第三章短路電流及其計(jì)算備注?第節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的原因短路是系統(tǒng)常見的嚴(yán)重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)中各種類型不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，主要有：(1)電氣設(shè)備、元件的損壞。如：設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常運(yùn)行時被擊穿短路；以及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路等。(2)自然的原因。如：氣候惡劣，由于大風(fēng)、低溫導(dǎo)線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷電感應(yīng)，設(shè)備過電壓，絕緣被擊穿等。(3)人為事故。^口：工作人員違反操作規(guī)程帶負(fù)荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯線造成短路或運(yùn)行管理不善造成小動物進(jìn)入帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等等。?二、短路的后果?供電系統(tǒng)發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運(yùn)行時阻抗小很多，短路電流通常超過正常工作電流幾十倍直至數(shù)百倍以上，它會帶來以下嚴(yán)重的后果：1.巨大的短路電流通過導(dǎo)體，短時間內(nèi)產(chǎn)生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設(shè)備過熱而損壞。2.由于短路電流的電動力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的電動力。如果電動力過大或設(shè)備構(gòu)架不夠堅(jiān)固，則可能引起電氣設(shè)備機(jī)械變形甚至損壞，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。3.短路時系統(tǒng)電壓突然下降，對用戶帶來很大影響。例如作為主要動力設(shè)備的異步電動機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比。電壓大幅下降將造成電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低甚至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，給用戶帶來損失；同時電壓降低能造成照明負(fù)荷諸如電燈突然變暗及一些氣體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活和學(xué)習(xí)。4.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應(yīng)所產(chǎn)生的足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)能感應(yīng)出很大的電動勢。這對于附近的通訊線路、鐵路訊號系統(tǒng)及其他電子設(shè)備、自動控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。5?短路時會造成停電事故，給國民經(jīng)濟(jì)帶來損失。并且短路越靠近電源，停電波及的范圍越大。短路可能造成的最嚴(yán)重的后果就是使并列運(yùn)行的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，最終造成系統(tǒng)瓦解，形成地區(qū)性或區(qū)城性大停電。?三、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，如圖所示。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，三相短路屬對稱性短路，其他形式短路均為不對稱短路。?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。但一般情況三相短路的短路電流最大，因此造成

的危害也最為嚴(yán)重。因此作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)小門第二節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(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。如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路電路總阻抗的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)。對一般電力用戶內(nèi)部的供配電系統(tǒng)來說，由于容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃。杩褂州^電力系統(tǒng)大得多，因此用戶內(nèi)部發(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。8電源00電源時圖3?2無限大容量電力系統(tǒng)中發(fā)生三相短路a）三相電路圖b）等效單相電路圖?當(dāng)發(fā)生三相短路時，由于負(fù)荷阻抗和部分線路阻抗被短路，所以電路電流根據(jù)歐姆定律要突然增大。但是由于電路中存在著電感，根據(jù)楞次定律，電流不能突變，因而引起一個過渡過程,即短路暫態(tài)過程。最后短路電流達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。

第三章短路電流及其計(jì)算備注11?a無限大電源供電系統(tǒng)短路時的短路電流波形?二、產(chǎn)生最大短路電流的條件影響短路電流大小的因素很多，如短路發(fā)生的地點(diǎn)，短路點(diǎn)離電源越近則短路電流愈大，短路越嚴(yán)重等等。現(xiàn)需研究在電路參數(shù)已知的情況下，短路電流最大可能的瞬時值所產(chǎn)生的條件。短路電流包括兩個部分，在參數(shù)已知時，短路電流周期分量的振幅是一定的。這樣，短路電流大小與短路電流非周期分量密切相關(guān)。并且其初始值越大，短路電流非周期分量越大，短路全電流越大。決定非周期分量初始值大小的條件可以用相量圖進(jìn)行分析。產(chǎn)生最大短路電流的條件就是：1-短路前電路處于空載狀態(tài)，即￡=0s時j=Zmsin（a~<jp）=0o2.假設(shè)電路的感抗遠(yuǎn)大于電路的電阻，即血短I路阻抗角滋~90。。曠3?短路時，某相電壓瞬時值恰好過零值,BP/-O8時，a=0°o把7m=0,&=0°,滋=90。代入式（5-9）,得式：幾=一Zpmcosa?z+Ipme~^短路電流非周期分量達(dá)到其最大可初值時的短路電流波形如圖?二、短路有關(guān)的物理量?（一）短路電流周期分量?I”為短路次暫態(tài)電流有效值，即短路后第一個周期的短路電流周期分量ip的有效值。?（二）短路電流非周期分量?（三）短路全電流有效值（短路電流最大有效值）?短路后某一時刻短路全電流有效值據(jù)定義應(yīng)等于以此時刻為中心的一個周期內(nèi)短路全電流瞬時值的均方根值，即：

1_

T]rt+T/2?2Kt1_

T]rt+T/2?2Ktt—T/2?dr=丄戸J-T/2rt+T/2Gpt+4P-t)2?dr工程上計(jì)算時通常作必要的簡化。一般假設(shè)：短路電流非周期分量在所取的周期內(nèi)恒定不變，其有效值等于該周期中心點(diǎn)的瞬時值；對于短路電流周期分量也假定它在所計(jì)算的周期內(nèi)振幅恒定，所以在一個周期內(nèi)的短路電流周期分量有效值應(yīng)為：1=1/丿2。作了以上假設(shè)以后上式就可化ptpm簡成下式：Iki=V/pt4-/np.t短路全電流最大有效值Ih出現(xiàn)在短路后的第一個周期中，h第一個周期的中心時刻t=0.01s，考慮在最嚴(yán)重的情況下短路，短路全電流最大有效值可表示為：+2pl)2+2pl)2/pm—V1+2(K$h—l)2在高壓電網(wǎng)中當(dāng)沖擊系數(shù)取Ksh=l?8時，Ah=l?52/P在低壓電網(wǎng)中當(dāng)沖擊系數(shù)取Ksh=l?3時，Zch=bO9ZP4-.?（四）短路沖擊電流?短路沖擊電流為短路全電流中的最大瞬時值。

對低壓系統(tǒng)如取Ksh=l?3則以其短路電流周期分量有對低壓系統(tǒng)如取Ksh=l?3則以其短路電流周期分量有1+廣野"pmTnn?短路后第一個半周時間。我國工頻頻率/=50Hz,則t=~=^~=0.01s,即0.01s時岀現(xiàn)沖擊電流。把0.01s代入最嚴(yán)重情況下短路全電流公式中得：沖擊系數(shù)表示了沖擊電流與短路電流周期分量相比時的倍數(shù)。沖擊系數(shù)隨時間常數(shù)即電路參數(shù)而變化。其大小范圍可作以下分析：當(dāng)電路中無電阻，阻抗為純電感性時，時間常數(shù)tk=L/K=oo,K,h=l+e—靛1=2。當(dāng)電路中無電感，阻抗為純電阻時，時間常數(shù)琢=LIR=Q、K,h=l+e—賢1=1。這是兩個極端情況，K,h的變化范圍在兩者之間，?即2O在實(shí)際衛(wèi)程計(jì)算中，沖擊系數(shù)的取值，對于高壓系統(tǒng)因其X》R,時間常數(shù)琢的平均值大約為0.05s,這樣K,h=h8;對于低壓系統(tǒng)電阻相對較大，族的平均值大約為0.008s,K=1.3。對高壓系統(tǒng)如取Ksh=l?8,則(5-12)?（五）短路穩(wěn)態(tài)電流全電流，其有效值用(5-12)?（五）短路穩(wěn)態(tài)電流全電流，其有效值用I表式.co效值（習(xí)慣上用Ik表示）在短路的全過程中維持不變，即I”=I=1。k第三章短路電流及其計(jì)算第三章短路電流及其計(jì)算備注?第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計(jì)算進(jìn)行短路電流計(jì)算，首先要繪出計(jì)算電路圖，如圖所示。?在計(jì)算電路圖上，將短路計(jì)算所需考慮的各元件的額定參數(shù)都接著，按所選擇的短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖，如圖所示,并計(jì)算電路中各主要元件的阻抗。a)r在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些022QOTWV一、概述48X1O-3Q2L75Q表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。2，3.2x10-4q2.54x10-3°or^r>r\主要元件表示出來，并標(biāo)明各元件的序號和阻抗值，一般是分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值（阻抗用復(fù)數(shù)形式R+jx表示）。然后將等效電路化簡。38x10%第三章短路電流及其計(jì)算備注?短路電流計(jì)算的方法，常用的有歐姆法和標(biāo)幺制法。短路計(jì)算電壓取為比線路額定電壓UN高5%,按我國電壓標(biāo)準(zhǔn)，Uc有0.4、0.69、3.15、6.3、10.5、37、69、115、230、345、525...kV等。?二、采用歐姆法進(jìn)行三相短路計(jì)算?歐姆法，又稱有名單位制法，因其短路計(jì)算中的阻抗都米用有名單位“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按下式計(jì)算[⑶_S_UckV3|Z2|式中，IZJ和尺八Xz分別為短路電路的總阻抗［模］和總電阻、總電抗值；Uc為短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓（或稱平均額定電壓）在高壓電路的短路計(jì)算中，通?？傠娍惯h(yuǎn)比總電阻大，所以一般只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。在計(jì)算低壓側(cè)短路時，也只有當(dāng)Rz>X』3時才需計(jì)入電阻。如果不計(jì)電阻，則三相短路電流周期分量有效值為1^=(3-15)三相短路容量為=T3L7cl[3)(3-16)?三、采用標(biāo)幺制法進(jìn)行三相短路計(jì)算?標(biāo)幺制法，又稱相對單位制法，因其短路計(jì)算中的有關(guān)物理量采用標(biāo)幺值即相對單位而得名。?任一物理量的標(biāo)幺值A(chǔ)d*，為該物理量的實(shí)際值A(chǔ)與所選定的基準(zhǔn)值A(chǔ)d的比值，即：八defA人Ad這里需說明的是標(biāo)么值是一個無單位的量，并對于同一個實(shí)際有名的電氣參數(shù)值，選取不同的基準(zhǔn)值，其標(biāo)么值也不一樣。?用標(biāo)么值法計(jì)算短路電流涉及到的通常有四個基準(zhǔn)量,即基準(zhǔn)電壓ud，基準(zhǔn)電流Id，基準(zhǔn)視在功率5鬥，基準(zhǔn)阻抗zd。四個基準(zhǔn)dddd量確定以后，供電系統(tǒng)中的電壓U、電流I、功率S和阻抗Z的標(biāo)么值就分別可以寫出：?各電氣參數(shù)的標(biāo)么值用其字母上加注一個星號表示。u*=u/ud、r=i/ia>5*=5/5dZ*=Z/Zd在高壓系統(tǒng)中，由于回路電抗一般遠(yuǎn)大于電阻，為了方便，在工程計(jì)算允許的誤差范

圍內(nèi)計(jì)算高壓電網(wǎng)的短路電流時，一般忽略電阻而直接用電抗代替各主要元件的阻抗，只

在短路回路總電阻大于總電抗的三分之一時，才考慮電阻的影響。這樣在標(biāo)么值四個基準(zhǔn)

值中就用電抗基準(zhǔn)值取代阻抗的基準(zhǔn)值。短路回路中電抗X對其基準(zhǔn)值X的標(biāo)么值為：

X*=x/xd三相供電系統(tǒng)中（忽略電阻），線電壓U,,線電流I,三相功率S和一相等值電抗X存在以下關(guān)系：u=Cxi5=zycv?這種關(guān)系對標(biāo)么制中四個基準(zhǔn)值也同樣成立：Sd=J3SAi5=7Txdid1

第三章短路電流及其計(jì)算備注?由于四個基準(zhǔn)值之間滿足上式這樣的關(guān)系，因此只需定出其中兩個基準(zhǔn)值，其他兩個即可據(jù)約束關(guān)系算出。通常我們選定的基準(zhǔn)量是基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。dd?基準(zhǔn)值原則上可以任意選擇，但為了方便計(jì)算，基準(zhǔn)值要選擇適當(dāng)。對于基準(zhǔn)容量通常選取S:100MVA或者S=10MVA>ddSd=1000MVA以及選回路中某元件容量的額定值為基準(zhǔn)容量。d?基準(zhǔn)容量確定以后，對整個供電系統(tǒng)而言，其各段各部分的基準(zhǔn)容量都應(yīng)是一樣的。?工程計(jì)算中規(guī)定各電壓等級都以平均額定電壓U,為其電C壓的基準(zhǔn)值。?選定了基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud以后，基準(zhǔn)電流Id、基準(zhǔn)電抗dddXd則按下式計(jì)算：dId=Sd/J3Udxd=UJ/IX=5/Sd??回路中的電流、電抗標(biāo)么值也可用基準(zhǔn)容量S和基準(zhǔn)電壓Udd表達(dá)：I*=I/Id=I?—X*=X/Xd=X?番?不同基準(zhǔn)值下的阻抗標(biāo)么值換算：?

第三章短路電流及其計(jì)算備注?（一）發(fā)電機(jī)基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值計(jì)算:圖?計(jì)算中如涉及到電動機(jī)，其基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值計(jì)算公式和發(fā)電機(jī)的一樣。短路計(jì)算時，發(fā)電機(jī)使用的電抗為其短路開始瞬間的次暫態(tài)電抗X〃d。產(chǎn)品說明及手冊中制造廠家給岀的發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗值一般為已按額定值歸算的額定電抗標(biāo)么值X：N。標(biāo)么值計(jì)算中如使用的基準(zhǔn)值Sd和Ud與其額定值不一致的話，則將XX歸算至基準(zhǔn)的標(biāo)么值，即：Xd—XdN-Sn-XdN-Pn/cos卩(5'33)亠—X；%SdX；%Sd岸"、或&_I。。?Sn一100?PnZ.&34)式中X；%——次暫態(tài)電抗百分值。?（二）變壓器基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值計(jì)算?變壓器基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值xt*是根據(jù)其技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的短路電壓（阻抗電壓）百分值UK%算出的。短路電壓是將變壓器副邊短K路，在原邊加上工頻電壓當(dāng)使原邊電流達(dá)到額定電流值時，變壓器原邊的電壓值。短路電壓般都用百分值表示：C/k%—^CTtk/Utn*100式中jUJTK--短路電壓有名值；Uk—短路試驗(yàn)加壓繞組的額定電壓值。短路電壓百分值由變壓器電抗上的電壓百分值UKX%和電阻上的電壓百分值Ukr%組成。由于變壓器繞組電抗要較電阻大得多，計(jì)算時電阻上的電壓降可忽略不計(jì)，而近似認(rèn)為短路電壓百分值等于電抗電壓百分值，即：t；K%~t7kx%。如此，對于二相變壓器相間的短路電壓ASk=/TAnXt,百分值S%=?Xt.]oo=x^?ioo。所以：C/tnX*_S%TN_100?作了以上的假定使得變壓器的額定電抗標(biāo)么值就是變壓器短路電壓uK%值。變壓器的額定電抗標(biāo)么值還需根據(jù)式歸算至統(tǒng)K一基準(zhǔn)電壓ud和基準(zhǔn)容量s/寸的基準(zhǔn)標(biāo)么值xT*：ddT

第三章短路電流及其計(jì)算備注式中?—SdUk%SdXt=Xtn?k帀?甄Stn——變壓器的額定容量。(三)電抗器基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值計(jì)算?供電電網(wǎng)中用來限制短路電流的電抗器相當(dāng)于個大的空心電感線圈。?其在系統(tǒng)中使用能夠限制短路故障時的電流；?彌補(bǔ)開關(guān)開斷容量的不足而使一些輕型開關(guān)中滿足切除短路故障的要求；?在電站一次接線中使用還有在短路故障時維持母線電壓水平的作用等。?電抗器銘牌上已給出電抗器的額定工作電壓U,額定工作HN電流IHN和繞組電抗百分值UH%。HNH?如NKL-10-400-6型電抗器，表示額定工作電壓10kV，額定電流400A，電抗百分值為6%的水泥柱式鋁線圈電抗器。?電抗器繞組電抗百分值uH%指電抗器在通過額定電流情況H下，繞組兩端感抗電壓降厶UH與其額定相電壓之比的百分值。H即：式中U?%=_?100—rT?100=Xhn?100(5-40)Sh/ZT5hXH——每相的額定電抗有名值；X晶——電抗器額定電抗標(biāo)么值。

第三章短路電流及其計(jì)算備注?電抗器的電抗值在短路回路總電抗中所占比重較大，此外電抗器還能使用在于其額定電壓不致的電壓場合（如將額定工作電壓10kV的電抗器用于電網(wǎng)額定電壓為6kV的線路上）。?因此換算要采用相對精確的公式計(jì)算。電抗器的額定電抗標(biāo)么值是以額定工作電壓和額定電流為基準(zhǔn)的，它歸算至基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電抗標(biāo)么值公式為：TZ#xr/yrTZ?Unh\1Sd\Xii=X/Xd=Xz［右爲(wèi)［甸SiN\(Sd\~100八s丿式中Uj取電抗器可裝設(shè)那一級的平均額定電壓。?（四）線路基準(zhǔn)電抗、電阻標(biāo)么值的計(jì)算?輸電線路，無論是架空線或電纜，其以Ud、Sd為基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)電dd抗標(biāo)么值計(jì)算公式為：xt=Xl?Sjui=xol/Sd/Ul式中工。線路單位長度電抗值，見表5-3；1——線路實(shí)際長度；?ud取本線路段所在那一級的平均額定電壓值。?如有必要計(jì)算線路基準(zhǔn)電阻標(biāo)么值，其計(jì)算公式：Rf=Rl?Sd/Ul=r0Z-SJUl式中r0——線路單位長度電阻值；I——線路實(shí)際長度；Um取本線路段所在那一級的平均額定電壓值「短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值求出以后，即可利用其等效電路圖進(jìn)行電路化簡，求出其總電抗標(biāo)幺值XE*。電抗標(biāo)幺值無需進(jìn)行電壓換算，這也是標(biāo)幺制法較之歐姆法優(yōu)越之處。022Qo022Qorwv21.75Q2'38x10%因?yàn)?Ip=爐〃2'38x10%因?yàn)?Ip=爐〃d=*二V3-X25=6/蚤方匚無一ujxdU}=Sv,X$=X》/Xda)3.2x10-4q2.54x10-3°orv^wx.8x10~3Q采用標(biāo)么值計(jì)算時，短路電流周期分量有效值的基準(zhǔn)標(biāo)么值為所以:Zp=Zp?Id所以:Zp=Zp?Id—?ZdIp=1/Xi?三相短路容量的計(jì)算公式為:采用標(biāo)么值法:S更”=S0/Sd=浮=/i3)//d=殄"=點(diǎn)^3UdIdS3=?Sd這是使用標(biāo)么值的又一優(yōu)點(diǎn)，有些不同的電氣物理量在有名值表示法中的數(shù)值上不等，而在標(biāo)么值法中通過適當(dāng)處理，數(shù)值上可能是相等的。另外，對實(shí)際供電系統(tǒng)采用無限大電源方法進(jìn)行計(jì)算時,由于系統(tǒng)電源容量的有限性，因此必須把其作為短路回路的一個元件來處理，計(jì)及其電抗值