工廠供配電技術課件

工廠供配電技術第一章電力系統(tǒng)概論

本章將主要介紹電力系統(tǒng)的基本概念、供配電系統(tǒng)設計的相關基礎知識，主要包括以下幾個內(nèi)容：電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)的基本概念；供配電系統(tǒng)的組成；電力系統(tǒng)的運行特點及運行要求；電力系統(tǒng)的額定電壓電力系統(tǒng)的電壓分級；電力系統(tǒng)中各元件的額定電壓規(guī)定；電力系統(tǒng)的中性點運行方式電力系統(tǒng)中性點運行方式基本概念；電力系統(tǒng)中性點各種運行方式特點及適用場合；第一章電力系統(tǒng)概論電能的品質(zhì)指標電力系統(tǒng)電能品質(zhì)衡量標準；各指標的具體含義；供配電系統(tǒng)的組成供配電系統(tǒng)設計的對象；供配電系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容；第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

一、電力系統(tǒng)1、電力系統(tǒng)的定義按對象描述： 發(fā)電廠、電力網(wǎng)及用電設備組成的統(tǒng)一整體；按過程描述： 由發(fā)電、變電、輸電、供電、配電以及用電等 設備和技術組成的一個將一次能源轉(zhuǎn)換成電能 的統(tǒng)一系統(tǒng)。第一章工廠供電系統(tǒng)的基本概念第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

2、電力系統(tǒng)的組成第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

3．動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)與“動力部分”的總和。動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)三部分的關係如下圖所示。可見電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的組成部分；電力系統(tǒng)是動力系統(tǒng)的組成部分。第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念

2、要求：（1）安全、可靠-——首要任務；（2）保證良好的供電品質(zhì)（優(yōu)質(zhì)）；（3）經(jīng)濟性（高效）；（4）靈活、方便且有冗餘；二、電力系統(tǒng)運行的特點和要求1、特點：（1）電能不能大量貯存；（2）電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程非常短暫；（3）電力系統(tǒng)重要性。第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓額定電壓：電氣設備正常工作且能獲得最佳技術性能和經(jīng)濟效果的電壓。通常是指線電壓，在電氣設備銘牌上標出。

一、額定電壓規(guī)定電力系統(tǒng)電壓是有等級的。電壓分級的原因分析：

由於，當輸送功率S一定時，U越高，I越小，導線等載流部分的截面積越小，投資也就越?。坏妷篣越高，對於設備絕緣要求也就越高，變壓器、桿塔、斷路器等設備的絕緣投資也就越大，

綜合考慮上述因素，對於一定的輸送功率和輸送距離總會有一最為合理的線路電壓，此時最為經(jīng)濟。

第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓主要分成：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;在電力系統(tǒng)中同一電壓等級下，不同的電氣設備具有不同的額定電壓規(guī)定。用電設備、電力線路、發(fā)電機以及變壓器的額定電壓規(guī)定分別予以介紹。第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓1、用電設備額定電壓銘牌上標出的線電壓，沒有特殊規(guī)定；2、電力線路的額定電壓：和所連接的用電設備的額定電壓相等，又稱網(wǎng)路的額定電壓；3、發(fā)電機的額定電壓：與網(wǎng)路額定電壓為同一等級時，發(fā)電機的額定電壓規(guī)定比網(wǎng)路電壓高5%；標稱值均為空載值。4、變壓器額定電壓：比較複雜，需視所處位置來確定；第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓變壓器一次繞組與發(fā)電機直接相連時，其額定電壓與發(fā)電機額定電壓相等；不與發(fā)電機直接相連時，其額定電壓與網(wǎng)路額定電壓相等；變壓器二次繞組與用戶直接相連時，其額定電壓比網(wǎng)路電壓高5%；與用戶不直接相連時，額定電壓比網(wǎng)路電壓高10%；第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓電力系統(tǒng)電壓等級規(guī)定總結第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓例：圖A為一升壓變壓器，一次側接發(fā)電機，電壓等級 為10KV；二次側接輸電網(wǎng)，電壓等級（網(wǎng)路電壓） 為220KV。第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓變壓器一次側額定電壓為： UTn1=10.0*(1+5%)=10.5KV;變壓器二次側主抽頭額定電壓為：UTn2=220*(1+10%)=242KV;變壓器二次側5%抽頭額定電壓為：

UTn2+5%=242*(1+5%)=254KV;

（比主觸頭的額定電壓高5%）變壓器二次側-5%抽頭額定電壓為：

UTn2-5%=242*(1-5%)=229.9KV;（比主觸頭的額定電壓低5%）

第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓例：圖B為一降壓變壓器，一次側接輸電網(wǎng)，網(wǎng)路額定電壓為220KV；二次側接配電網(wǎng)，網(wǎng)路額定電壓為10KV。第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓變壓器一次側主抽頭額定電壓為： UTn1=Un1=220KV；一次側+5%抽頭的額定電壓為： UTn1+5%=220*(1+5%)=231KV；一次側-5%抽頭的額定電壓為： UTn1-5%=220*(1-5%)=209KV；二次側主抽頭額定電壓為：UTn2=10*(1+10%)=11KV；第二節(jié)電力系統(tǒng)額定電壓二、各種電壓等級的適用範圍注意對各電壓等級對應的輸送容量以及輸送距離限制??！

第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式一．電力系統(tǒng)中性點電力系統(tǒng)中性點指系統(tǒng)中星形聯(lián)結的變壓器或發(fā)電機的中性點。意義：電力系統(tǒng)的中性點運行方式是一個綜合性問題，對於電力系統(tǒng)的運行特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時有明顯的影響：它與電壓等級、單相接地電流、過電壓水準、保護配置等有關；直接影響電網(wǎng)的絕緣水準、系統(tǒng)供電的可靠性、主變壓器和發(fā)電機的運行安全以及通信線路的抗干擾能力等。第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式二．中性點運行方式及特點第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式假定條件：三相對稱電路：電源、線路和負載均是對稱的；

C為相與地之間的總分布電容；表示其容抗；正常運行時的中性點不接地的電力系統(tǒng)1．中性點不接地的電力系統(tǒng)（1）系統(tǒng)正常時三相線電壓對稱;三相相電壓對稱;三相對地電容電流對稱;第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式三個對地電容電流平衡分析三相對地分佈電容電流分別為：接地電流為：

結論：系統(tǒng)正常時，虛擬接地點的總電容電流相量和為0，即沒有電流在地中流動。正常運行時的中性點不接地的電力系統(tǒng)第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式（2）系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時（如C相接地）電壓特徵：C相對地電壓為0；中性點對地電壓不為0；

A相對地電壓為：；升高為線電壓；

B相對地電壓為：；升高為線電壓；

電流特徵：將接地點作為廣義節(jié)點，列KCL方程：第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式由相量圖得，相位上：超前；量值上：結論：一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍；第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式（3）中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時特徵：經(jīng)故障相流入故障點的電流為正常時本電壓等級每相對地總電容電流的3倍；中性點對地電壓升高為相電壓；非故障相的對地電壓升高為線電壓；線電壓與正常時的相同，依然對稱；（4）適用範圍：中性點不接地系統(tǒng)僅僅適用於單相接地電容電流不大的電網(wǎng)：3-10kV電網(wǎng)中，單相接地電流：Id<30A；35-60kV電網(wǎng)中，單相接地電流：Id<10A；第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式2．中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)

上述電路中如果發(fā)生單相接地故障時接地電流比較大，會出現(xiàn)斷續(xù)電弧，由於電力線路中含有電阻、電感、電容，因此在單相弧光接地時，可能會形成串聯(lián)諧振，出現(xiàn)過電壓（正常時的2.5-3倍），導致線路上絕緣薄弱地點出現(xiàn)絕緣擊穿；在此單相接地電容電流大於一定值的系統(tǒng)中，電源中性點經(jīng)消弧線圈接地。第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式發(fā)生單相接地故障時，流過中性點的電流時接地電容與流過消弧線圈的電感電流之和；超前900，而滯後

900，所以在接地點相互補償。當與的量值差小於發(fā)生電弧的最小電流（最小生弧電流），電弧不會發(fā)生，不會出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象。第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式（1）特點：中性點對地電壓升高為相電壓；非故障相的對地電壓升高為線電壓；線電壓與正常時的相同，依然對稱；消弧線圈有消減小了接地電流，允許在單相接地故障時繼續(xù)運行（2小時），在此時間內(nèi)查找故障。（2）適用場合：

規(guī)定在中性點不接地系統(tǒng)中的3-60kV系統(tǒng)中，當電容電流超過規(guī)定數(shù)值時，需要採用消弧線圈接地：3-6kV的系統(tǒng)，大於30A;10kV的系統(tǒng),大於20A;35-60kV的系統(tǒng),大於10A;第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式3．中性點直接接地的電力系統(tǒng)單相接地故障時，形成單相短路，短路電流比正常時大的多，立即跳閘；解決的問題：（1）.高壓滅弧困難：220kV及以上的電壓電網(wǎng)，除存在對地電容外，還存在較大的電暈損耗和洩漏損耗，因而在接地電流中既有有功分量又有無功分量，而消弧線圈只能補償無功分量，接地點仍有較大的有功電流流過；電壓等級越高，該值越大：100A-200A之上；致使電弧無法熄滅；第三節(jié)電力系統(tǒng)中性點運行方式（2）高壓絕緣投資大：在中性點直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障後，中性點電位不變化，致使非故障相對地電壓即相電壓基本不變化，所以可以有效克服線路以及高壓設備高壓絕緣投資問題；（3）低壓單相設備運行需要：在380V/220V系統(tǒng)中，為了設備可靠接地以及單相設備的工作需要，也通常採用中性點直接接地運行方式。第四節(jié)電能的品質(zhì)指標

衡量電能品質(zhì)的三個指標：電壓、頻率、供電可靠性;一、電壓

電壓品質(zhì)是以電壓偏離額定電壓的幅度（電壓偏差）、電壓波動與閃變和電壓波形來衡量。1、電壓偏差

電壓偏差是以電壓偏離額定電壓的幅度，一般以百分數(shù)表示，即：

式中：ΔV%為電壓偏差百分數(shù)， U為實際電壓，UN為額定電壓。第四節(jié)電能的品質(zhì)指標2、電壓波動電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓波動程度以電壓最大值與最小值之差或其百分數(shù)表示，即：式中，為電壓波動；為電壓波動百分數(shù)；

為電壓波動的最大值和最小值（kV）；

為額定電壓（kV）。第四節(jié)電能的品質(zhì)指標3、波形波形的品質(zhì)是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但電力系統(tǒng)中有大量非線性負荷，使電壓波形發(fā)生畸變，除基波外，還有各項諧波，電力系統(tǒng)中主要以3次、5次等奇次諧波為主。二、頻率 頻率的品質(zhì)是以頻率偏差來衡量。第四節(jié)電能的品質(zhì)指標三、供電的可靠性供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量。通常採用供電可靠率表示供電可靠性，即實際供電時間與統(tǒng)計期全部時間的比值的百分數(shù)表示：式中：Ty為統(tǒng)計期實際供電時間之和（h）；Ts為統(tǒng)計期全部時間（h）；Tt為統(tǒng)計期內(nèi)停電時間之和（h）；ti為統(tǒng)計期內(nèi)每次停電時間（h）；第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成2003年底，我國發(fā)電機裝機容量38450萬千瓦，發(fā)電量達19080億度（kWh），居世界第二位。工業(yè)用戶佔據(jù)50%-70%，供配電系統(tǒng)的任務就是用戶電能的供應和分配，是電力系統(tǒng)的主要組成部分；對於工廠供配電系統(tǒng)進行研究和設計很有必要。一、工廠供配電系統(tǒng)研究對象

從供電角度，工廠規(guī)模的分類：

第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成 本科程主要介紹中小型工廠內(nèi)部供配電系統(tǒng)的設計問題，設計整個工廠（企業(yè)）內(nèi)部接受、變換、分配、消費電能的總電路；初步掌握中小型工廠的供電系統(tǒng)和電氣照明系統(tǒng)的維護和設計的基本知識。二．工廠供配電系統(tǒng)總體構成：電源系統(tǒng)+變配電系統(tǒng)1．電源系統(tǒng)———外部供電系統(tǒng)；第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成2．變配電系統(tǒng)——內(nèi)部變配電系統(tǒng)第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成總降壓變電所——接受、變壓、分配；

由降壓變壓器、高壓配電裝置、低壓配電裝置等組成。負責將35KV~110KV電壓等級降至6KV~10KV，並由配電裝置將電能送出。高壓配電所——接受、分配電能； 為減少電能損失，在負荷中心，對6KV~10KV電壓等級的電能進行重新分配，送至個車間變電所或者高壓用電設備，即廠內(nèi)電能中轉(zhuǎn)站。第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成第五節(jié)工廠供配電系統(tǒng)的組成車間變電所 將6KV~10KV電壓等級電能降至380/220V電壓，並通過低壓配電盤送至各個用電設備。第二章電力負荷的計算計算負荷的實用計算方法設備容量的計算方法；需要係數(shù)法求解計算負荷；二項式法求解計算負荷；單相負荷的計算尖峰電流計算尖峰電流的基本概念尖峰電流的計算方法功率損耗與電能損耗的計算線路的功率損耗計算變壓器的功率損耗計算電能損耗計算全廠負荷計算逐級計算方法第一節(jié)電力負荷與負荷計算一．電力負荷與電量1．電力負荷(electricpowerload)用電設備需用的電功率簡稱負荷或功率。區(qū)別：負荷與負載 負荷是功率； 負載耗電設備（耗電並能完成某種任務的裝置、器件等）；第一節(jié)電力負荷與負荷計算2．電量 用電設備所需用的電能數(shù)量，即功率在一段時間內(nèi)的累積；二、負荷計算的目的和內(nèi)容1、負荷計算的目的工廠用電設備工作時的實際負荷不等於設備的額定負荷（安裝容量）；在工廠供配電系統(tǒng)設計時，如果直接採用額定容量進行設計勢必會造成浪費；應首先計算出全部設備的實際負荷。第一節(jié)電力負荷與負荷計算2、負荷計算的主要內(nèi)容（1）求計算負荷（需用負荷，假想負荷）：即正常工作時的實際最大負荷。目的選擇各級電壓供電網(wǎng)路、變壓器容量、電氣設備的型號等；保證使其在通過正常最大工作電流時不至過熱而損壞。（選擇設備）（2）求尖峰電流：目的用於計算電壓波動、電壓損失，選擇熔斷器和保護元件等。（校驗設備）（3）求平均負荷：目的計算全廠的電能需要量、電能損耗以及選擇無功補償容量等；（節(jié)能措施）第二節(jié)負荷曲線與計算負荷一、負荷曲線(loadcurve)1、負荷曲線 表示一組用電設備的功率隨時間的變化圖形。 縱軸為功率，橫軸為時間。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷2、負荷曲線的作用 負荷曲線能夠直觀的反映出用戶的用電特點和規(guī)律；對於設計人員，獲取資料有助於設計分析；對於運行人員而言，可以合理地、有計畫地安排用戶、車間、班次或者大容量設備的用電時間等，從而降低負荷高峰，填補負荷低谷，這種“消峰填穀”的辦法可以使得負荷曲線比較平坦，有利於節(jié)電。3、特點：電力負荷不等於設備的額定功率，而是設備的實際消耗功率；負荷曲線是有規(guī)律的；第二節(jié)負荷曲線與計算負荷4、負荷曲線分類第二節(jié)負荷曲線與計算負荷5、負荷曲線繪製（1）日有功負荷曲線的繪製及意義主要採用描點和階梯形繪製方法；意義：日有功曲線與時間軸之間所圍成的面積為一天所消耗的有功電量。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷（2）年持續(xù)負荷曲線的繪製根據(jù)日負荷曲線在全年的變化趨勢特點，為了分析方便一般將其分為具有代表性兩個類型：具有冬季日負荷特點的曲線—冬季日負荷曲線；具有夏季日負荷特點的曲線—夏季日負荷曲線；年持續(xù)負荷曲線的繪製需要借助於一年中具有代表性的夏季日負荷曲線和冬季日負荷曲線；

夏季和冬季在全年中占的天數(shù)視地理位置和氣溫情況而定：

第二節(jié)負荷曲線與計算負荷年持續(xù)負荷曲線的繪製方法：繪製夏季日負荷曲線和冬季日負荷曲線，並繪製年持續(xù)負荷的坐標系（注意橫坐標最大值為365*24=8760h）；從夏季日負荷曲線和冬季日負荷曲線中的最大功率開始，以功率遞減的順序，依次繪製到年持續(xù)負荷曲線坐標系中：第二節(jié)負荷曲線與計算負荷假定P1在（a）上有t1小時，則全年以P1運行的總小時數(shù)為：T1=200*t1；若某一功率同時出現(xiàn)冬季、夏季日負荷曲線上，則二者換算後的時間相加。圖中的P5同時出現(xiàn)在冬季、夏季日負荷曲線中。則換算之後的總時間為：T5=(t5+t5`)*200+t``5*165（h）最後將對應的功率和時間繪製到年持續(xù)負荷曲線中。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷（3）年持續(xù)負荷曲線的意義 年持續(xù)負荷曲線與橫軸所包圍的面積代表了用戶全年消耗的總電能。（4）注意日負荷曲線與年負荷曲線繪製的區(qū)別日負荷曲線是按照時間先後繪製，而年持續(xù)負荷曲線是按照負荷的大小和累計時間來繪製的。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷二、與負荷計算相關的幾個物理量1、年最大負荷和最大負荷利用小時數(shù)負荷最大工作班： 一年中最大負荷月份內(nèi)最少出現(xiàn)2~3次的最大負荷工作班（防止偶然性）。年最大負荷：全年中最大工作班內(nèi)，半小時平均功率的最大值，也稱為30分鐘最大負荷；表示為：或者第二節(jié)負荷曲線與計算負荷年最大負荷利用小時數(shù) 物理意義：用戶以全年最大負荷持續(xù)工作運行小時所消耗的電能等於全年實際消耗的電能。即：有功無功

—用電負荷的均衡性的標誌，越大越均衡；第二節(jié)負荷曲線與計算負荷2、平均負荷和負荷係數(shù)平均負荷(averageload)—

電力用戶一段時間內(nèi)消耗功率的平均值；表示為：；全年的平均有功負荷為：；負荷係數(shù)（loadcoefficient）最大工作班內(nèi)平均負荷與最大負荷之比，又稱負荷率、負荷曲線填充係數(shù);第二節(jié)負荷曲線與計算負荷負荷係數(shù)用來表徵負荷變化規(guī)律：其值越大，曲線越平坦，負荷波動越?。灰话悖?；3、需用係數(shù)和利用係數(shù)需用係數(shù)： ；（按最大值進行準備）利用係數(shù)：；（按實際需要值進行評價）對於相同類型的工廠或車間具有相近的負荷係數(shù)、需用係數(shù)和利用係數(shù)，可以查表獲得典型值。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷4、尖峰負荷和低谷負荷尖峰負荷——在一晝夜間（連續(xù)24h內(nèi)）用戶出現(xiàn)的最大負荷（1h內(nèi)平均值的最大值）；低谷負荷——在一晝夜間（連續(xù)24h內(nèi)）用戶出現(xiàn)的最小負荷（1h內(nèi)平均值的最小值）；尖峰負荷與低谷負荷的出現(xiàn)時間與具體行業(yè)有關，並呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷三、計算負荷(calculatedload)計算負荷——等效負荷；按此負荷持續(xù)運行所產(chǎn)生的熱效應，與按照實際變動負荷長期運行所產(chǎn)生的最大熱效應相等。表示為：

1、用途及依據(jù)按發(fā)熱條件選擇導體和電器設備：當以計算負荷連續(xù)運行時，設備的發(fā)熱溫度不會超過其允許值。導體的發(fā)熱時間常數(shù)T=10min；實驗表明：導體到達恒定溫升的時間約為3T-4T；故一般取30min來保證導體達到恒定溫升。第二節(jié)負荷曲線與計算負荷2、計算 計算負荷要達到最高的恒定溫升，故有：

第三節(jié)計算負荷的實用計算方法計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)，計算負荷選擇的是否合理直接影響到電器以及導線電纜選擇的經(jīng)濟性：過大會造成投資以及有色金屬的浪費；過小選擇的電氣設備長期處於過負荷運行狀態(tài)下，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導致絕緣老化甚至燒毀；計算負荷情況複雜，影響因素諸多，難以精確計算；負荷是變化的；與設備的性能、生產(chǎn)組織、生產(chǎn)者的技能與能源供應的狀況等多因素有關。計算負荷的方法較多：估算法、需要係數(shù)法、二項式法、單相負荷計算等近似求解方法。本節(jié)主要介紹兩種：需要係數(shù)法和二項式法。

第三節(jié)計算負荷的實用計算方法一．設備容量的確定1、用電設備的額定容量 銘牌上標出的功率（或容量）——Pn；2、設備容量實際用電設備的實際工作性質(zhì)決定了其並非一直工作在額定狀態(tài)：有的長期工作，有的短期工作，有的反復工作；因而在求多個用電設備的實際消耗功率時，不能直接將其額定功率直接相加得到總的電力負荷。將各種用電設備的額定功率換算成同一的標準工作條件下（統(tǒng)一標準工作制下）的“額定功率”，稱之為設備功率（設備容量）——Ps或者Pe。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法3、用電設備的工作制以及對應設備容量的計算（1）連續(xù)工作制設備（長期工作制）特點：恒定負荷下運行，且運行時間長至足以使之達到熱平衡狀態(tài)。如：通風機、水泵、空氣壓縮機、發(fā)電機組、照明燈等；設備功率計算：；（2）短時工作制設備特點：恒定負荷下運行，短時間內(nèi)連續(xù)工作，且能夠達到熱平衡。如：控制閘門的電動機；設備功率計算：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法（3）斷續(xù)週期工作制設備（反復短時工作制）特點：反復週期性短時工作，工作或停歇均不足達到設備的熱平衡。如電焊機、吊車電動機等。暫載率（dutycycle又稱負荷持續(xù)率）：其中：表示設備的工作週期；額定暫載率——注意:額定暫載率是設備的額定參數(shù)；第三節(jié)計算負荷的實用計算方法電焊機組：標準暫載率為：；設備功率：其中：為換算到標準暫載率下的設備負荷；

為設備額定參數(shù)；

第三節(jié)計算負荷的實用計算方法吊車電動機：標準暫載率為：設備功率：參數(shù)與上述相同第三節(jié)計算負荷的實用計算方法總結：週期短時工作的設備功率計算：需要將設備額定暫載率下的額定功率換算成標準暫載率下的設備功率。設備容量不是設備的計算負荷，實際上是換算到一定標準工作制下的額定負荷。實際中求解計算負荷的思路：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法二、按需要係數(shù)法確定計算負荷設備分組：在所計算的範圍內(nèi)（如一條幹線、一段母線或一臺變壓器），所有用電設備的計算負荷並不等於其設備容量之和，兩者之間存在比值關係，即為需要係數(shù)：具體含義：需用係數(shù)是一綜合係數(shù)，與需用係數(shù)的定義相結合，它標誌著用電設備投入時，從供電網(wǎng)路實際取用的最大功率與用電設備組設備功率之比。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法1、單個用電設備組的計算負荷其中：

——該用電設備組的設備功率之和；

——用電設備組的需用係數(shù)；可查表；第三節(jié)計算負荷的實用計算方法例題：某車間有一冷加工車床組，共有電壓為380V的電動機39臺（其中3臺10KW，8臺4KW，18臺3KW，10臺1.5KW），試用需要係數(shù)法求該設備組的計算負荷。解：該用電設備組為連續(xù)工作制，故查表得：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法帶入可得：通過上例題可以看出：(1)如果該車間只有此組負荷，計算得到的計算負荷實際上是該車間的低壓進線的計算負荷。(2)計算某一個設備組設備容量的方法，為多設備組的計算提供基礎。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法2．多個用電設備組的計算負荷如圖，在配電幹線或者變壓器低壓母線上，常有多個用電設備組同時工作，而考慮各用電設備組的最大負荷不一定同時出現(xiàn)，引入一同時係數(shù)其中：分別為有功同時係數(shù)和無功同時係數(shù)，一般情況下相等；第三節(jié)計算負荷的實用計算方法

m為該配電幹線或者車間變電所低壓母線上所接的用電設備組總數(shù)；為其中某一設備組的參數(shù)；為該幹線或低壓母線上的計算電流；

可見，為多組用電設備的幹線或者變壓器低壓母線上的計算負荷及計算電流；如果在變壓器的低壓母線上裝無功補償裝置，補償容量為，則低壓母線上的無功計算負荷為：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法注意無功補償?shù)奶攸c：此時的低壓母線上的有功計算負荷不變化；無功補償後：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法注意幾點：由於各用電設備組的功率因數(shù)不一定相同，總的視在功率計算負荷和計算電流不能利用各組的視在功率以及計算電流直接相加得到，應由下式計算：查表獲得的需要係數(shù)以及同時係數(shù)是長期積累的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般認為與設備的數(shù)量以及設備之間的容量差距是否懸殊等因素無關，但這種處理方法考慮不夠全面，是有條件的：只有當設備臺數(shù)較多、總容量夠大、沒有特殊的大型用電設備時，表中的需要係數(shù)才比較負荷實際。演算法適用對象：求用戶、全廠和大型車間變電所的計算負荷；而在確定設備臺數(shù)比較少的而且容量相差懸殊的分支幹線的計算負荷時，通常採用二項式法計算。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法三、按二項式法確定計算負荷計算

二項式法考慮了設備的平均負荷，還考慮了幾臺最大用電設備引起的附加負荷。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法1．單個用電設備組的計算負荷計算公式：其中：

——設備組基本負荷；

——該用電設備組的設備功率之和； 設備功率計算方法同前；

——附加負荷，為臺大容量設備的功率之和， 可以查表獲得；

——二項式係數(shù)，與設備類型有關，可查表；第三節(jié)計算負荷的實用計算方法尖峰負荷產(chǎn)生的原因：大容量電動機的在某一階段內(nèi)滿載運行或者頻繁同時啟動。第三節(jié)計算負荷的實用計算方法由計算得到的得：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法2．多個用電設備組的計算負荷依然考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素，在各組用電設備中取其中一組最大的附加負荷進行補償。利用二項式法求解多個用電設備組的計算負荷的方法如下：第三節(jié)計算負荷的實用計算方法注意：按二項式法確定計算負荷時，如果設備的總數(shù)少於表中規(guī)定的最大容量設備臺數(shù)的2倍（即）時，其最大容量設備臺數(shù)應該適當取小。一般按照：且“四捨五入”修約規(guī)則取整。

第四節(jié)單相負荷的計算

計算目的：保證系統(tǒng)的三相負荷盡可能平衡，避免某一相過大或者過小；

計算原則：1.三相線路中單相設備的總容量不超過三相總容量的15%時，單相設備可按照三相平衡設備進行計算；2．三相線路中單相設備的總容量超過三相總容量的15%時，需要把單相設備等效成三相設備容量，再加上原有的三相負荷，從而得到總的三相電路的計算負荷。

本節(jié)將介紹如何將單相有功負荷等效成三相負荷，單相無功負荷的等效方法與之相同。

第四節(jié)單相負荷的計算

一．單相用電設備接於相電壓其中：——為等效三相設備負荷；——為最大負荷相的單相設備功率之和；

第四節(jié)單相負荷的計算二、單相設備接於線電壓1、接於同一線電壓時其中：為單相設備的最大容量；2、接於不同線電壓時 設接於三個線電壓的設備容量分別為P1、P2、P3，且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3，當P1＞P2＞P3時，則等效三相設備容量為：第四節(jié)單相負荷的計算三．一般情況特點：系統(tǒng)中接於相電壓、線電壓的單相負荷均有；計算分兩步進行：1、將接於線電壓的單相負荷換算為接於相電壓的單相負荷；設：

——為換算後接相電壓的負荷；

——為接線電壓的單相用電功率；引入有功功率轉(zhuǎn)換係數(shù)： 無功功率轉(zhuǎn)換係數(shù)：第四節(jié)單相負荷的計算轉(zhuǎn)換公式：注意：1、查表可見： 無功換算係數(shù)也是如此；2、功率轉(zhuǎn)換係數(shù)與功率因數(shù)有關；3．功率轉(zhuǎn)換都是通過有功功率轉(zhuǎn)換而來的；第四節(jié)單相負荷的計算2、將各相負荷相加，選出最大負荷，取其3倍作為等效三相負荷。 即：無功等效負荷計算方法同上；第五節(jié)尖峰電流計算尖峰電流:

單臺或者多臺設備持續(xù)1~2S的短時最大負荷電流；表示為：；尖峰電流主要是由於大容量電動機的起動、電壓波動等原因造成的。與計算電流的區(qū)別計算電流——半小時平均電流的最大值；來源於計算負荷；尖峰電流——持續(xù)1~2S的短時最大負荷電流，尖峰電流比計算電流大得多。尖峰電流的計算目的選擇熔斷器、整定低壓斷路器和繼電保護裝置（整定繼電保護裝置的動作時間）、計算電壓波動及檢驗電動機自起動條件等。第五節(jié)尖峰電流計算一、單臺用電設備尖峰電流的計算實際上求給單臺用電設備供電的支線尖峰電流；

即：尖峰電流=設備的起動電流；其中：

——為用電設備的起動電流倍數(shù)；對於鼠籠型電動機一般為：5~7；對於繞線型電動機一般為：2~3；對於直流電動機一般為：1.7；對於電焊變壓器一般為：3；第五節(jié)尖峰電流計算二、多臺用電設備尖峰電流的計算實質(zhì)求多臺用電設備供電的幹線尖峰電流；1．一般情況：（設備不是同時起動）其中：

——設備中最大的起動電流；

——除具有最大起動電流的設備之外的其餘（n-1）臺電機設備的計算電流；

——為n-1臺的同時係數(shù)；

第五節(jié)尖峰電流計算2．n臺設備同時起動實質(zhì)：求解給n臺同時起動設備供電配電線路的尖峰電流；其中：

——所有參與同時起動設備的起動電流之和；第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算電流流過電力線路和變壓器時，勢必會功率和電能損耗。在進行用戶或者全廠負荷計算時應該計入這部分損耗。本節(jié)介紹線路以及變壓器的功率損耗。第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算一、供電線路的功率損耗參數(shù)意義：

——有功功率損耗；電流流過線路電阻引起的損耗；

——無功功率損耗；電流流過電路電抗引起的損耗；對於三相供配電線路：上式變換為：第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算注意：（1）單位：（2）利用計算電流求解，即得到的功率損耗是最大損耗功率。第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算二、變壓器的功率損耗變壓器兩個試驗：變壓器一、二次繞組中存在電阻和電抗，變壓器的功率損耗包含有功功率損耗和無功功率損耗。第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算１．變壓器有功功率損耗：故變壓器的有功損耗為：第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算２．變壓器無功功率損耗：

故變壓器無功功率損耗為：第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算三、供配電系統(tǒng)的年電能損耗（有功損耗）由於實際中負荷隨時間不斷變化，變壓器以及線路中電能損耗難以精確計算，通常採用最大負荷損耗時間進行描述；的物理意義：當線路或者變壓器中以最大計算電流流過小時後所產(chǎn)生的電能損耗與全年流過的實際電流所產(chǎn)生的損耗相等。與之間與有關，注意定義中採用的是計算電流而不是計算負荷，主要是考慮到無功負荷的影響。第六節(jié)功率損耗與電能損耗的計算1、線路注意：上式中採用計算電流進行求解，所以時間採用最大損耗時間。2．變壓器注：此項已換算成計算負荷第七節(jié)全廠負荷計算

確定用戶的計算負荷是選擇電源進線和一、二次設備的基本依據(jù)，是供配電設計的基礎。根據(jù)用戶的供配電系統(tǒng)圖，從用電設備開始，朝電源方向逐級進行計算，最後求出用戶總的計算負荷的方法——逐級計算法。

本節(jié)系統(tǒng)介紹逐級計算法確定用戶計算負荷的步驟。第七節(jié)全廠負荷計算0．單臺用電設備的計算負荷目的：用於選擇其開關設備和導線截面積。~12345678全廠負荷計算示意圖第七節(jié)全廠負荷計算1．單個用電設備組的計算負荷~12345678全廠負荷計算示意圖（1）設備分組；（2）設備容量計算;（3）需要係數(shù)或二項式法計算用電設備組的計算負荷；目的：用於選擇車間配電幹線以及幹線上的電氣設備；第七節(jié)全廠負荷計算車間變電所二次側的計算負荷：——多個用電設備組的計算負荷目的：選擇變壓器容量和臺數(shù)的選擇。~12345678全廠負荷計算示意圖第七節(jié)全廠負荷計算3.車間變壓器一次側的計算負荷：；——車間變壓器的損耗；目的：選擇高壓配電線及其上的電氣設備（開關、熔斷器等）。~12345678全廠負荷計算示意圖第七節(jié)全廠負荷計算4．配電所進線的計算負荷：——配電所高壓用電設備計算負荷。目的：通過計算多個用電設備組的計算負荷，選擇配電所進線和相應的電氣設備。~12345678全廠負荷計算示意圖第七節(jié)全廠負荷計算5．總降壓變電所低壓側的計算負荷：目的：選擇主變壓器及其二次側開關及保護設備。~12345678全廠負荷計算示意圖第七節(jié)全廠負荷計算6．主變壓器功率損耗：7．全廠計算負荷：——主變高壓側計算負荷目的：選擇主變一次側設備。8．地區(qū)變電所供給全廠的總負荷：——考慮高壓輸電線路的線損；目的：電源容量選擇以及配電線路截面積的選擇。~12345678全廠負荷計算示意圖本章小結 本章介紹了負荷曲線的基本概念、類別及有關物理量，講述了用電設備容量的確定方法，重點介紹了負荷計算的幾種方法，討論了功率損耗和電能損耗，詳細分析了負荷計算的步驟：（1）負荷曲線是表徵電力負荷隨時間變化情況的一種圖形。按照時間單位的不同，主要討論了日負荷曲線和年負荷曲線。日負荷曲線是按照時間先後繪製，年持續(xù)負荷曲線以負荷大小為序進行繪製，掌握二者的區(qū)別。（2）與負荷曲線有關的幾個物理量：年最大負荷，年最大負荷利用小時數(shù)，計算負荷，平均負荷，負荷係數(shù)等，年最大負荷利用小時數(shù)用以反映負荷的均衡性。分清各自的物理意義。110第一節(jié)短路的原因、後果、形式一、斷路的原因（1）設備原因：自然災害電氣設備載流導體的絕緣破壞：絕緣自然老化、操作過電壓、雷電過電壓、絕緣受到機械損傷等。（2）操作原因：運行人員違規(guī)操作：帶電拉、合開關，檢修之後忘記拆除地線合閘等。（3）自然災害：鳥獸跨越不同相的裸露導體。111二、斷路的種類短路對稱性短路：三相短路——k(3),影響最為嚴重不對稱性短路兩相短路——k(2)兩相接地短路——k(1.1)

單相接地短路——k(1)

對稱分析法進行分析；其中單相故障出現(xiàn)的可能性最大兩相接地短路——k(1.1)兩相短路——k(2)三相短路——k(3)單相接地短路——k(1)112三、斷路的危害短路時系統(tǒng)電流增大，比正常電流大很多，三相短路時短路點電壓甚至降到零。（1）元件發(fā)熱，導體溫度急速升高，絕緣損壞，甚至部件受熱融化損壞；（2）電路電流引起較大的電動力，電氣設備遭到機械破壞；（3）短路時電壓降低，影響電氣設備的正常運行。（4）破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性：使並聯(lián)運行的同步發(fā)電機失去同步，甚至造成整個系統(tǒng)的解列和崩潰；（5）單相接地故障產(chǎn)生不平衡磁場，對附近的通信線路和弱電設備產(chǎn)生嚴重的電磁干擾，影響其正常工作；（6）短路故障造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，人民生活造成不便。113由此可見，短路產(chǎn)生的後果極為嚴重，在供配電系統(tǒng)的設計和運行中應採取有效措施，精心操作，排除隱患，儘量避免三相短路，保證系統(tǒng)安全運行；同時為減輕短路後果並防止故障擴大，需要計算短路電流，用於選擇和校驗電氣設備、計算整定保護短路的繼電保護裝置及選擇限制短路電流的電氣設備（電抗器）等。三相短路是最嚴重的短路故障，三相短路的分析計算是其他短路分析的基礎。本章著重分析三相短路故障的分析方法。114第二節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)三相短路分析1、無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對於用戶的供電系統(tǒng)容量大很多的電力系統(tǒng)。無限大容量電力系統(tǒng)的特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓保持不變；系統(tǒng)內(nèi)阻抗為零；電力系統(tǒng)容量無限大。事實上，沒有這樣的理想化系統(tǒng)，系統(tǒng)容量不會是無限大，系統(tǒng)阻抗也不會是零。這只是一個合理的假設，以方便計算。115以下情況，供電系統(tǒng)電源側認為是無窮大容量系統(tǒng)：（1）發(fā)生短路時系統(tǒng)母線電壓降低很小，短路點距離電源較遠。供電系統(tǒng)可以認為是無限大容量供電系統(tǒng)。（2）電力系統(tǒng)阻抗小，小於短路回路總阻抗的5%-10%；（3）供配電系統(tǒng)容量小，與電力系統(tǒng)相比容量小得多，例如50倍關係。116為何要認為是無窮大系統(tǒng)？（1）若滿足無窮大系統(tǒng)條件，就可以不考慮電源阻抗對於短路點的影響，簡化計算和分析。（2）但是，在距離發(fā)電機較近的發(fā)電機電力系統(tǒng)中，要考慮電源即發(fā)電機的暫態(tài)過程。117

2、無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程（1）正常運行設電源A相各物理量為118

（2）三相短路分析

K點發(fā)生斷路時，電路被分為左、右兩側獨立的部分。右邊：無源短路回路——零輸入回應。純衰減過程，最終數(shù)值衰減到零；將電感中的磁場能全部通過電阻消耗掉。左邊：與電源相聯(lián)的短路回路——全回應。由於短路後回路的阻抗變小，電流增大，但由於電感的存在，使得電流不能突變，即在任何時刻短路時，若忽略原來的負荷電流，短路點短路瞬間電流為零。根據(jù)電路理論，必然產(chǎn)生非週期分量電流。此非週期分量電流不斷衰減，總的短路電流最終達到穩(wěn)態(tài)短路電流。119短路瞬間，短路電流應該滿足微分方程：120利用初始條件，確定非週期分量幅值的大小：

121

短路全電流

週期分量——強制分量：由無窮大系統(tǒng)的電源電壓和回路阻抗決定，電流幅值不變；與電源具有相同的變化規(guī)律，依然是正弦信號，頻率與電源相同；

非週期分量——自由分量：按指數(shù)衰減；僅與電路參數(shù)有關。122短路電流的相量表示法：非週期分量的幅值，等於相量和在縱軸上投影之差。

非週期分量幅值並不是固定的，與短路時刻的初相位、斷路前工作電流等因素有關系。

123當與縱軸垂直時，自由分量不存在，短路過程不經(jīng)過暫態(tài)而直接進入穩(wěn)態(tài)；短路電流非週期分量初始值最大時，短路電流最大，稱為最嚴重短路情況。一般情況下，電力系統(tǒng)設備的短路阻抗特性為感性，電抗值比電阻值大得多，因此，在忽略電阻的情況下，短路時短路阻抗角124最嚴重短路條件：電壓初相角為零。短路前電流為零，或功率因數(shù)等於1。125最嚴重短路電流波形1263、三相短路的有關物理量（1）短路過程：短路過程分為暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程從短路發(fā)生的時刻起，到短路電流的暫態(tài)分量衰減完畢為止的這段時間，稱為短路的暫態(tài)過程（也叫過渡過程）。暫態(tài)過程後，即進入穩(wěn)態(tài)過程?？偟亩搪冯娏鞯褥斗€(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量之和。對於無限大容量系統(tǒng)，ZS=0，週期分量不衰減，不隨時間變化，但非週期分量是隨時間指數(shù)規(guī)律變化的，衰減時間常數(shù)為。因此，總的短路電流的最大暫態(tài)值在暫態(tài)過程中某一時刻出現(xiàn)此時，ωt=π，t=0.01s。此時的電流稱為衝擊電流。三相短路時只有其中一相電流最為嚴重，因為不可能三相或者其中任兩相同時滿足上述的條件。127對於有限大容量系統(tǒng)，週期分量是變化的。例如少數(shù)或單臺發(fā)電機（汽輪機），短路時系統(tǒng)阻抗是變化的，短路電流週期分量幅值也隨之變化：首先表現(xiàn)為次暫態(tài)週期分量，然後是暫態(tài)週期分量，最後才是等同於無限大容量系統(tǒng)的週期分量。它們的幅值逐漸減小?！吧涎荨贝涡驗椋?28

週期分量的次暫態(tài)（也叫超瞬態(tài)）電流

週期分量的暫態(tài)（也叫瞬態(tài)）電流穩(wěn)態(tài)短路電流錶達式對於無窮大容量系統(tǒng)短路時129（2）任一時刻短路電流有效值（3）衝擊電流、衝擊電流有效值130短路電流衝擊係數(shù)的分析對於純電阻性電路，對於純電感性電路，對於一般性電路，高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：131（4）三相短路容量

三相短路容量用於選擇和校驗斷路器的斷路能力（斷流能力）。

132第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路計算計算短路電流，理論上可以採用兩種方法：有名值法（歐姆法）和標么值法。有名值法就是電壓除以阻抗得到電流，主要應用於低壓系統(tǒng)、一個電壓等級的場合。實際運用中，電力系統(tǒng)通常普遍採用標么值方法計算短路電流。一、採用歐姆法進行三相短路計算1331、電力系統(tǒng)的阻抗電力系統(tǒng)的電阻很小，可以不考慮。電力系統(tǒng)的電抗可以認為是上游斷路器的短路阻抗，表示為：2、變壓器的阻抗變壓器電阻：變壓器電抗：1343、電力線路的阻抗電阻：電抗：4、阻抗換算一個阻抗值換算到另一個計算電壓值下時，乘以變比的平方。如135例題3-1求k-1點、k-2點的短路電流、短路容量。解:1、求k-1點的三相短路電流和短路容量（1）電力系統(tǒng)的電抗

（2）架空線電抗（電阻不足電抗的1/3，忽略）：136

（3）畫出k-1點短路的等效電路圖。（4）k-1點短路電流

k-1點短路容量1372、求k-2點的三相短路電流和短路容量（1）系統(tǒng)阻抗折算到k-2點：（2）架空線阻抗折算到k-2點：（3）電力變壓器的阻抗（電阻太小，忽略）138（4）畫出k-2點短路的等效電路圖。（5）k-2點短路電流、短路容量：139二．標么值法計算短路電流

1．標么值：任意物理量的有名值與基準值的比值稱為標幺值。140通常，以設備的額定值為基值。在計算系統(tǒng)短路電流時，設備較多，為了對各個設備標么值進行統(tǒng)一，規(guī)定一個共同的基值，叫做系統(tǒng)基值。求出的標么值稱為系統(tǒng)標么值（簡稱標么值）。如

且有：141基值的選取原則：（1）容量基值選定（2）以各自段線路的平均電壓為各級電壓的基值（3）以各自線路電壓基值下求得的標么值等於換算到其他線路電壓等級下的標么值。例如：142

2、短路回路元件的標么值阻抗電氣元件銘牌標么值（標稱參數(shù)）一般都是以額定值為基準計算出來的，整個系統(tǒng)中電氣設備很多，基準值就不一致。因此需要將所有元件換算成統(tǒng)一基準值下表示的標么值。（1）發(fā)電機電抗標么值（2）變壓器的電抗標么值143

（3）電抗器的標么值電抗器的標稱參數(shù)：電抗實際值：標么值：144

（4）架空線路電抗標么值（5）電源的電抗標么值 對於供電系統(tǒng)而言，有時可以將電源側看作無窮大系統(tǒng)，此時電力系統(tǒng)的阻抗相對很小，可以忽略；但若供電部門提供了電力系統(tǒng)的電抗參數(shù)，可以記入，然後再計算短路電流，這樣更接近實際。計算時，有以下幾種情況：

a.已知電力系統(tǒng)短路容量，或斷路器的出口斷流容量，可把它們看作系統(tǒng)的短路容量來估算系統(tǒng)電抗，即：145b.已知電力系統(tǒng)電抗有名值，則3、幾個有用的物理量運算式146例：試求如圖所示的供電系統(tǒng)中，總降壓變電所10KV母線上的K1點和車間變電所380V母線上的K2點發(fā)生三相短路時的短路電流和短路容量，以及K2點發(fā)生三相短路時流經(jīng)變壓器３一次繞組的短路電流。~SQFSs=1000MVAWL15km,0.4Ω/km1T2T2500kVA,35/11kV,uk%=7.51km,0.38Ω/kmWL23T750kVA,10/0.4kV,uk%=4.5供電系統(tǒng)圖K1K2147解：

(1)畫出短路電流計算等效電路圖。

(2)取基準容量Sd=100MVA，3個基準電壓分別為Ud1=37kV，Ud2=10.5kV，Ud3=0.4kV。求各元件的電抗標么值。系統(tǒng)S：

線路WL1：148

變壓器1T和2T

線路2

變壓器3

（3）求K1點三相短路電流和短路容量計算短路回路總阻抗標么值149

計算K1點所在電壓級的短路電流基準值

計算K1點短路電流各值：150

（4）計算K2點三相短路時的短路電流短路回路的總阻抗標么值為：151四、其他相關短路問題

1、單相短路：大電流接地系統(tǒng)單相短路時，單相短路電流為

發(fā)電機附近短路時，零序阻抗較小，短路電流大於三相短路電流。電網(wǎng)中短路時，零序阻抗大，短路電流小於三相短路電流。

2、兩相接地：大電流接地系統(tǒng)兩相短路時，短路電流為152第四節(jié)短路電流的效應和校驗一、概述導體電流的兩種狀態(tài)：

1、正常工作狀態(tài)：電壓和電流不超過額定值，電器能長期運行的狀態(tài)。此時：導體發(fā)熱和散熱平衡，導體的溫度不再升高，保持正常工作溫度範圍。導體的正常發(fā)熱溫度一般規(guī)定不超過70oC，室外導體不超過80oC。此溫度稱導體或電器的正常（長期發(fā)熱）最高允許溫度。產(chǎn)熱途徑：主要有電阻損耗，另外還有介質(zhì)電流損耗、周圍導體形成電磁感應損耗等。正常運行的電動力較小，可以不考慮。1532、短路狀態(tài)：系統(tǒng)發(fā)生短路故障，電流突然增加幾倍幾十倍。短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，熱量來不及散出，幾乎全部用於導體溫升，因此導體溫度迅速升高。稱為短路電流的熱效應。短路發(fā)熱引起以下?lián)p壞：熱效應引起機械強度下降，甚至燒熔、氣化，引起觸頭接觸電阻增大。例如，鋁導體短時發(fā)熱超過200oC、銅導體超過300oC時，抗拉強度急劇下降。此溫度稱為導體或電器的短路（短時）最高允許溫度。斷路時電動力也很大。稱為短路電流的電動力效應。它能使導體變形損壞。熱效應和電動力效應用於檢驗設備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性154二、短路電流的電動效應和動穩(wěn)定度兩長直導體，電流分別為，則

兩長直導線電動力155一般電器設備的動穩(wěn)定校驗公式硬母線的電動力校驗，首先滿足：

156交流電動機回饋衝擊電流對短路衝擊電流的影響：當短路點附近的交流電動機的容量較大（電動機的額定電流之和超過系統(tǒng)短路電流的1%），或者交流電動機總容量超過100kW時，應計入交流電動機對短路點的回饋衝擊電流：157三、短路電流的熱效應和熱穩(wěn)定度短路時，可以認為導體電阻的產(chǎn)熱全部用來使導體溫升，如圖。短路發(fā)熱量求法：158對於短路假像時間，當發(fā)電機出口附近短路時，無限大容量系統(tǒng)中短路時，超瞬態(tài)週期分量電流等於短路穩(wěn)態(tài)電流，對於短路時間，159求出短路發(fā)熱量Qk後，利用下圖，可求出短路最終發(fā)熱溫度θk160短路熱穩(wěn)定的校驗條件θk1、一般電器設備的熱穩(wěn)定校驗條件2、對於導體材料的熱穩(wěn)定校驗條件第一節(jié)短路類型及其發(fā)生的原因和危害3．短路產(chǎn)生的原因（1）電氣設備載流導體的絕緣破壞：絕緣自然老化、操作過電壓、雷電過電壓、絕緣受到機械損傷等。（2）運行人員違規(guī)操作：帶電拉、合開關，檢修之後忘記拆除地線合閘等。（3）鳥獸跨越不同相的裸露導體。第一節(jié)短路類型及其發(fā)生的原因和危害4．短路的危害短路時系統(tǒng)電流增大：比正常電流大數(shù)十倍，甚至數(shù)萬倍；電壓降低，距離短路點越近越低，三相短路時短路點電壓甚至降到零。（1）元件發(fā)熱，導體溫度升高，絕緣損壞；（2）電路電流引起較大的電動力，電氣設備遭到機械破壞；（3）短路時電壓降低，影響電氣設備的正常運行。（4）破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性：使並聯(lián)運行的同步發(fā)電機失去同步，甚至造成整個系統(tǒng)的解列和崩潰；第一節(jié)短路類型及其發(fā)生的原因和危害（5）單相接地故障產(chǎn)生不平衡磁場，對附近的通信線路和弱電設備產(chǎn)生嚴重的電磁干擾，影響其正常工作；（6）短路故障造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，人民生活造成不便。由此可見，短路產(chǎn)生的後果極為嚴重，在供配電系統(tǒng)的設計和運行中應採取有效措施，排除因素，保證安全可靠運行；同時為減輕後果並防止故障擴大，需要計算短路電流，用於正確選擇和校驗電氣設備、計算整定保護短路的繼電保護裝置及選擇限制短路電流的電氣設備（電抗器）等。三相短路是最嚴重的短路故障，而且三相短路的分析計算是其他短路分析的基礎。本章著重分析三相短路故障的分析方法。第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析一．無限大容量系統(tǒng)（無窮大系統(tǒng)）三個特徵：端電壓保持恒定；沒有內(nèi)阻抗；容量無限大——相當於理想的電壓源。在供電系統(tǒng)中：供配電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)相比容量小的多，供電系統(tǒng)的電源側可以認為容量無限大；電力系統(tǒng)阻抗小於短路回路總阻抗的5%-10%，或者當短路點距離電源較遠時，發(fā)生短路時電力系統(tǒng)母線電壓降低很小。供電系統(tǒng)可以認為是無限大容量供電系統(tǒng)，不考慮電源對於短路的影響，簡化分析。但在電力系統(tǒng)中會考慮電源（發(fā)電機的暫態(tài)過程）。第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析

三相短路是對稱的，可以採用單相等值電路進行分析，三相短路的系統(tǒng)圖和電路圖，以及單相等值電路如圖所示。其中：為短路回路的電阻和電抗，為負載的電阻和電抗。二．無限大容量供電系統(tǒng)的三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析1．正常運行正常運行時，設電源側A相電壓為：

電流為：其中有效值關係為：

為功率因數(shù)角、阻抗角；為該相的初相角、合閘角；第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析2．三相短路分析K處為三相短路點，此時電路被分成兩部分：右邊：無源短路回路——零輸入回應，純衰減過程，最終數(shù)值衰減到零；將電感中的磁場能全部通過電阻消耗掉，不予深入討論。左邊：與電源相聯(lián)的短路回路——分析全回應；由於短路後回路的阻抗變小，電流增大，但由於電感的存在使得電流不能突變從而產(chǎn)生非週期分量電流，非週期分量電流不斷衰減，電流最終達到穩(wěn)態(tài)電路電流。（電路中的換路定則。）第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析短路電流的變化滿足下麵的微分方程：（列KVL方程）為非齊次一階微分方程，解為：其中：為短路電流週期分量幅值；

為短路回路的阻抗角；

為短路非週期分量初值；第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析根據(jù)初始條件確定積分常數(shù)。根據(jù)換路定則，電感中的電流不能突變，所以在短路瞬間時，短路前工作電流與短路後電流相等，即：帶入式（3-3）得短路全電流為：所以：第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析三、三相短路的有關物理量1．短路週期分量的有效值其中：為線路首末端平均額定線電壓；

為短路回路總阻抗；第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析2．次暫態(tài)短路電流次暫態(tài)短路電流：短路電流週期分量在短路後第一個週期的有效值——

；在無窮大系統(tǒng)中：第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析3．短路全電流的有效值短路電流中含有非週期分量，短路全電流不再是正弦波，故有：

若假設短路電流非週期分量在所取的週期內(nèi)恒定不變，其值等於在該週期中心的暫態(tài)值；週期分量的有效值為，則此時的全電流有效值，根據(jù)奇函數(shù)積分特點可得：第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析4．短路衝擊電流和衝擊電流的有效值短路衝擊電流是短路全電流的最大暫態(tài)值，由圖分析可知，短路全電流最大暫態(tài)值出現(xiàn)在短路後半週期，即時，由短路全電流錶達式可得：式中：為短路電流衝擊係數(shù)；第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析

對於純電阻性電路；純電感性電路；短路衝擊電流的有效值為短路後第一個週期的短路全電流有效值，即：將短路電流衝擊係數(shù)帶入即得：第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析5．穩(wěn)態(tài)短路電流有效值短路穩(wěn)態(tài)電流：短路非週期分量衰減完後的短路電流，表示為：；在無窮大供電系統(tǒng)中短路穩(wěn)態(tài)電流便為短路電流的週期分量，用表示穩(wěn)態(tài)短路電流有效值，即短路電流，則有：第二節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析6．三相短路容量三相短路容量：

三相短路容量用於選擇和校驗斷路器的斷路能力（斷流能力）。綜上所述，無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，求出短路電流的週期分量有效值即可計算有關短路的所有物理量。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算

供配電系統(tǒng)中通常具有多個電壓等級，利用常規(guī)的有名值計算短路電流，必須將所有元件的阻抗歸算到同一電壓等級下才能進行計算。在電力系統(tǒng)分析中通常採用標么值計算的方法進行計算。一．標么值的基本概念1．標么值 任意物理量的有名值於基準值的比值稱為標么值。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算按照對應關係得到：2．基準值的選擇基準容量、基準電壓、基準電流、基準阻抗分別表示為：。原則上基準值可以任選。但為了計算方便，在基準值選擇時滿足以下兩個條件：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算由上述兩關係式可以看出，4個基準量中只有兩個是獨立的，通常選擇基準容量和基準電壓，按照下式求解基準電流和基準阻抗。原則上基準值的選擇是任意的。為計算方便，同時考慮以下兩個因素：（1）通常選擇某元件的額定容量（題目中明確給出的，如發(fā)電機或者變壓器）；或者令；（2）取故障點所在的線路平均額定電壓（計算電壓）：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算二、短路回路元件的標么值阻抗 短路計算時需要計算短路回路中各個電氣元件的阻抗以及短路回路的總阻抗。由於各電氣元件標稱的額定值，是按照其額定值為基準的，整個系統(tǒng)中的基準不一致，所以需要首先要將所有元件換算成統(tǒng)一基準值表示的標么值。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算1．發(fā)電機第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算發(fā)電機標稱參數(shù)：，其中電抗標么值以換算到統(tǒng)一基準值下：為基準，第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算2．變壓器變壓器標稱參數(shù)：其中：

為短路電壓百分數(shù)。忽略變壓器的電阻，則：得：換算成以為基準的標么值為：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算3．電抗器標稱參數(shù)：其中，百分電抗則有名值為：以為基準值的標么值為：由於各電壓級的平均電壓與額定電壓近似相等，對於發(fā)電機、變壓器以及電抗器可以分別通過下列式子求?。旱谌?jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算4．架空線路和電纜5．電力系統(tǒng)的電抗標么值 對於供電系統(tǒng)而言，有時可以將電源側看作無窮大系統(tǒng)，此時電力系統(tǒng)的阻抗相對很小，可以忽略；但若供電部門提供了電力系統(tǒng)的電抗參數(shù)，可以計入，然後再計算短路電流，更接近實際。（1）已知電力系統(tǒng)電抗有名值第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算（2）已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量

將系統(tǒng)變電所高壓饋線出口斷路器的斷流容量看作系統(tǒng)的短路容量來估算系統(tǒng)電抗，即：（3）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算6．短路回路的總阻抗標么值短路回路的總阻抗標么值由短路總電阻標么值和總電抗標么值決定：一般地，若，則可忽略電阻，即；通常高壓系統(tǒng)的短路計算中，由於總電抗遠大於電阻，只計及電抗；低壓系統(tǒng)中需要計及電阻。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算三、三相短路電流計算

無窮大系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時，短路電流的週期分量的幅值和有效值保持不變，而且相關的等都與短路電流的週期分量有關，因此只要計算出短路電流的週期分量的有效值即可。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算1．計算方法（1）三相短路電流週期分量有效值第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算由得：上式表明，短路電流週期分量有效值的標么值等於短路回路總阻抗標么值的倒數(shù)。實際計算中，由短路回路總阻抗標么值求出短路電流週期分量有效值的標么值，然後再計算短路電流的有效值。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算（2）衝擊短路電流由前面分析可知：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算（3）三相短路容量

可見，三相短路容量在數(shù)值上等於基準容量與三相短路電流標么值或三相短路容量標么值的乘積，而且三相短路容量標么值與三相短路電流的標么值相等。２．計算步驟（１）根據(jù)短路計算要求畫出短路電流計算系統(tǒng)圖，包括與短路計算相關的元件，標出各元件的參數(shù)和短路點；（２）畫出計算短路電流的等效電路圖，每個元件用一個阻抗表示，電源用一個小圓圈表示，並標出短路點，同時標出元件的序號和阻抗，一般分子標序號，分母標阻抗；（３）選擇基準電壓和基準容量，計算各元件的阻抗標么值，再將等效電路圖化簡，求出短路回路總阻抗的標么值；簡化方法：串並聯(lián)、星－三角變換等；（４）由短路回路總阻抗標么值計算短路電流的標么值，再計算短路其他相關量。第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算例：試求如圖所示的供電系統(tǒng)中，總降壓變電所10KV母線上的K1點和車間變電所380V母線上的K2點發(fā)生三相短路時的短路電流和短路容量，以及K2點發(fā)生三相短路時流經(jīng)變壓器３一次繞組的短路電流。~SQFSs=1000MVAWL15km,0.4Ω/km1T2T2500kVA,35/11kV,uk%=7.51km,0.38Ω/kmWL23T750kVA,10/0.4kV,uk%=4.5供電系統(tǒng)圖K1K2解：

(1)畫出短路電流計算等效電路圖。

(2)取基準容量Sb=100MVA，3個基準電壓分別為Ub1=37kV，Ub2=10.5kV，Ub3=0.4kV。求各元件的電抗標么值。系統(tǒng)S：

線路WL1：變壓器1T和2T

線路2

變壓器3

（3）求K1點三相短路電流和短路容量計算短路回路總阻抗標么值計算K1點所在電壓級的短路電流基準值

計算K1點短路電流各值：（4）計算K2點三相短路時的短路電流短路回路的總阻抗標么值為：

供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，從電源到短路點的系統(tǒng)電壓下降，嚴重時短路點電壓降到０；接在短路點附近運行的電動機的反電動勢可能大於電動機所處系統(tǒng)的殘壓，此時電動機和發(fā)電機一樣向短路點饋送短路電流，同時電動機受到制動（能耗制動）。一般只考慮電動機對衝擊電流的影響：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算四．電動機對三相短路電流的影響其中，：電動機的短路電流衝擊係數(shù)，低壓電動機取1.0；高壓電動機取1.4~1.6;：為電動機的次暫態(tài)電動勢標么值；：為電動機次暫態(tài)電抗的標么值；：為電動機的次暫態(tài)短路電流標么值；：為電動機的額定電流；第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算考慮場合：（1）高壓電動機單機或者總容量大於800kW，低壓電動機單機或者總容量大於20kW；（2）在靠近電動機引出端附近發(fā)生三相短路時，才考慮電動機對衝擊電流的影響；（3）計算短路後的短路電流或者在考慮衝擊電流的影響時才計入電動機的回饋電流?？紤]電動機的影響後，短路點的衝擊短路電流為：第三節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計算兩相以及單相短路電流用於校驗繼電保護的靈敏度，下麵介紹無限大容量系統(tǒng)兩相以及單相短路電流的實用計算方法。一、兩相短路電流的計算如圖所示無限大容量系統(tǒng)發(fā)生兩相短路第四節(jié)兩相和單相短路電流的計算如圖所示無限大容量系統(tǒng)發(fā)生兩相短路，短路電流為：第四節(jié)兩相和單相短路電流的計算其中：為短路回路一相總阻抗；該關係同樣適用於衝擊電流：；二、單相短路電流的計算大接地電流系統(tǒng)或者低壓三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短路時，單相短路電流為：其中：為單相短路回路相線與大地或者中線之間的阻抗。第四節(jié)兩相和單相短路電流的計算

短路電流通過導體或電氣設備，會產(chǎn)生很大的電動力和較高的溫度，稱為短路的電動力效應（electro-dynamiceffect）和熱效應(thermaleffect)；主要用於檢驗設備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。第五節(jié)短路電流的效應一、短路電流的電動力效應

電動力：導體通過電流時相互間電磁作用產(chǎn)生的力。 正常工作時電流不大，電動力很?。欢搪窌r特別是短路衝擊電流流過瞬間，產(chǎn)生的電動力最大。第五節(jié)短路電流的效應1．兩平行載流導體間的電動力第五節(jié)短路電流的效應