高低压供电系统

1、第1章 概述11供配电系统基本知识 电能是现代化人们生产和生活的重要能源，它属于二次能源。发电厂将一次能源（如煤、油、水、原子等）转换成电能，电能的输送、分配简单经济，便于控制、调节和测量，易于转换成其他形式的能量（如机械能、光能、热能等）。因此，电能在现代化工农业生产及整个国民经济生活中得到广泛应用。 供配电，即电能的供应和分配。工厂企业及人们生活所需的电能，绝大多数是由公共电力系统供给的，所以在介绍在介绍供配电系统之前，本节对电力系统予以简介。111电力系统 电力系统是由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。电能的生产、输送、分配和使用的全过程，实际上是同时

2、进行的，即发电厂任何时刻生产的电能等于该时刻用电设备消耗的电能与输送、分配中损耗的电能之和。 发电机生产电能，变压器、电力线路输送、分配电能，电动机、电灯、电炉等用电设备使用电能。在这些用电设备中，电能转化为机械能、光能、热能等等。这些生产、输送、分配、使用电能的发电机、变压器、电力线路及各种用电设备联系在一起组成的统一整体，就是电力系统。如图1-1所示。 与电力系统相关联的还有“电力网络”和“动力系统”。电力网络或电网是指电力系统中，除发电机和用电设备之外的部分，即电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变配电所；动力系统是指电力系统加上发电厂的“动力部分”，所以“动力部分”包括水利发电厂的水

3、库、水轮机，热力发电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用电设备，以及核电厂的反应堆等等。所以，电力网络是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，这三者的关系见图1-1所示。1 发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂有很多类型，按其所利用的能源不同，分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂以及风力、地热、太阳能、潮汐发电厂等类型。目前在我国接入电力系统的发电厂最主要的有火力发电厂和水力发电厂，以及核能发电厂（又称核电站）。（1） 水力发电厂，简称水电厂或水电站。它用水流的位能来生产电能，主要由水库、水轮机与发电机联轴，带动发电机转子一起转动发电。

4、其能量转换过程是水流位能机械能电能。（2） 火力发电厂，简称火电厂或火电站。它利用燃料的化学能来生产电能，其主要设备有锅炉、汽轮机、发电机。我国的火电厂以燃煤为主。（3）为了提高燃料的效率，现代火电厂都将煤快粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与之联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程是化学能热能机械能电能。（4） 核能发电厂通常称为核电站，它主要利用原子核的裂变能来生产电能，其生产过程与火电厂基本相同，只是核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了煤炭。其能量转化过程：核裂变能热能机械能电能。（5） 风力发电、地热发电、

5、太阳能 发电。风力发电是利用风力的动能来生产电能的，它应建在有丰富风力资源的地方。地热发电是利用地球内部蕴藏的大量的热能来生产电能的，它应建在有足够的热资源的地方。太阳能发电是利用太阳光能或者太阳热能来生产电能的，它应建在常年日照时间长的地方。2.变配电所 变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能，即受电变压配电。配电所的任务是接受电能和分配电能，但不改变电压，即受电配电。变电所可氛围升压变电所和降压变电所两大类：升压变电所一般建在发电厂，主要任务是将低电压变换为高电压；降压变电所一般建在靠近负荷中心的地点，主要任务是将高电压变换到一个合理的电压等级。降压变电所根据其在电力系统中的地位和作用

6、不同，又分枢纽变电站、地区变电所和工业企业变电所等。3.电力线路电力线路的作用是输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户连接起来。 水力发电厂须建在水力资源丰富的地方，火力发电厂一般也多建在燃料产地，即所谓的“坑口电站”，因此，发电厂一般距电能用户均较远，所以需要多种不同电压等级的电力线路，将发电厂生产的电能源源不断地输送到各级电能用户。通常把电压在35kV及以上的高压电力线路称为高压送电线路，而把10kV及以下的电力线路称为配电线路。电力线路按其传输电流的种类又分为交流线路和直流线路；按其结构和敷设方式又可分为架空线路、电缆线路及户内配电线路。4电能用户 电能用户又称电力负荷。在电力系统中，

7、一切消费电能的用电设备均称为电能用户。用电设备按电流不同可分为直流设备和交流设备两类，而大多数设备是交流设备；按电压高低可分为低压设备和高压设备，1000V及以下的属低压设备，高于1000V的属于高压设备；按频率高低可分为低频（50HZ以下）、工频（50HZ）及中、高频（50HZ以上）设备，绝大部分设备采用工频；按工作制不同可分为连续运行、短时运行和反复短时运行设备三类；按用途不同可分为动力用电设备（如电动机）、电热用电设备（如电炉、干燥箱、空调器等）、照明用电设备、试验用电设备、工艺用电设备（如电解、电镀、冶炼、电焊、热处理等）。用电设备分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式的适于生产

8、、生活需要的能量。112供配电系统概况 供配电系统由总降压变电所（高压配电所）、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。下面分别介绍几种不同类型的供配电系统。1一次变压的供配电系统（1） 只有一个变电所的一次变压系统。对于用电设组成较少的小型工厂或生活区，通常只设一个将610kV电压降为380V/220V电压的变电所，这种变电所通常称为车间变电所，图1-2a所示为装有一台电力变压器的车间变电所，图1-2b所示为装有两台电力变压器的车间变电所。图1-2（2） 拥有高压配电所的一次变压供配电系统，一般中小型工厂，多采用610kV电源进线，经高压配电所将电能分配给各个车间变电所，由车间

9、变电所再将610kV电压降至380V/220V，供低压用电设备使用；同时，高压用电设备直接由高压配电所的610kV母线供电。（3） 高压深入负荷中心的一次变压供配电系统。某些中小型工厂，如果本地电源电压为35kV，且工厂的各种条件允许时，可直接采用35kV作为配电电压，将35 kV线路直接引入靠近负荷中心的工厂车间变电所，在由车间变电所一次变压为380/220V，供低压用电设备使用。如图1-3所示的这种高压深入负荷中心的一次变压的供配电方式，可节省一级中间变压，从而简化了供配电系统，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高了供电质量，而且有利于工厂电力负荷的发展。2二次变压的供配电系统 大型

10、工厂和某些电力负荷较大的中型工厂，一般采用具有总降压变电所的二次变压供电系统。该供配电系统，一般采用35110kV电源进线，先经过工厂总降压变电所，将35110kV的电源电压降至610kV，然后经过高压配电线路将电能输送到各车间变电所，在将610kV的电压降至380/220V，供低压用电设备使用；高压用点设备则直接由总降压变电所的610kV母线供电。这种供配电方式称为二次变压的供配电方式。3低压供配电系统 某些无高压用电设备且用电设备总容量较小的小型工厂，有时也直接采用380/220V低压电源进线，只需设置一个低压配电室，将电能直接分配给各车间低压用电设备使用。113 供电的基本要求为了切实保

11、证生产和生活用电的需要，并做好节能工作，供配电工作必须达到以下基本要求：（1） 安全。在电能的供应分配和使用中，不应发生人生事故和设备事故。（2） 可靠。应满足电能用户对供电可靠性的即供电连续性的要求。（3） 优质。应满足电能用户对电压和频率等方面的质量要求。（4） 经济。应使供配电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。1.2 电力系统的电压 额定电压的国家标准1. 电力线路的额定电压电力线路（或电网）的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要电力工业的水平，经全面技术经济分析后确定的。它是确定各类用电设备额定电压的基本依据。2. 用电设备的额定电压 由于用电设备

12、运行时，电力线路上要有负载电流流过，因而在电力线路上引起电压损耗，造成电力线路上各点电压略有不同，如图1-4 的虚线所示。但成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用地点的实际电压来制造，而只能按线路首端与末端的平均电压，即电力线路的额定电压UN来制造。所以用电设备的额定电压规定与同级电力线路的额定电压相同。3. 发电机的额定电压 由于电力线路允许的电压损耗为%，即整个线路允许有10%的电压损耗，因此，为了维护线路首端与末端平均电压的额定值，线路首端（电源端）电压应比线路额定电压高5%，而发电机是接在线路首端的，所以规定发电机的额定电压高于同级线路额定电压5%，用以补偿线路上的电压损耗，如图1

13、-4所示。4电力变压器的额定电压电力变压器一次绕组的额定电压有两种情况：1）当电力变压器直接与发电机相连，如图1-5中的变压器T1，则其一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级线路额定电压的5%2）当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上，如图1-5中的变压器T2,则可将变压器看作是线路上的用电设备，因此，其一次绕组的额定电压应于线路额定电压相同变压器二次绕组的额定电压是指变压器一次绕组接上额定电压，而二次绕组开路时的电压，即空载电压。而变压器在满载运行时，二次绕组内约有5%的阻抗电压降。因此，分以下两种情况讨论：1）如果变压器二次侧供电线路很长，则变压器二次绕组额定电压，一方面要

14、考虑补偿变压器二次绕组本身5%的阻抗电压降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压要满足线路首端应高于线路额定电压的5%，以补偿线路上的电压损耗。所以，变压器二次绕组的额定电压要比线路额定电压高10%，见图1-5中变压器T1。2）如果变压器二次侧供电线路不长，则变压器二次绕组的额定电压，只需高于其所接线路额定电压5%，即仅考虑补偿变压器内部5%的阻抗电压降，见图1-5中变压器T2。 1.3 供配电的意义电力是国民经济和社会生活中的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力就没有整个国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，也是建立在电气化的基础之上的。随着建筑物高度的增加和功能的

15、扩展，现代建筑对电气设备的依赖程度也越来越高。建筑电气设施的优劣在一定程度上标志着建筑物现代化的程度。而电能供应如果突然中断，则将对现代化的大型建筑造成严重的后果，甚至可能发生人身伤亡事故。由此可见，供配电技术对于保证现代化建筑的正常工作具有十分重大的意义。第2章 供配电系统的负荷计算21计算负荷的目的和意义“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。掌握工厂电力负荷的基本概念，准确地确定工厂的计算负荷是设计供配电系统的基础。供配电系统进行电力设计的基本原始资料是用户提供的用电设备安装容量，这种原始资料首先要变成设计所需的

16、计算负荷（计算负荷是根据已知用电设备安装容量确定、预期不变的最大假想负荷），然后根据负荷选择校验供配电系统的电气设备、导线型号，确定变压器的容量，制定改善功率因数的措施，选择及整定保护设备等。因此，计算负荷是供配电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷估算过高，将增加供配电设备的容量，造成投资和有色金属的浪费；计算负荷估算太低，设计出的供配电系统的线路和电气设备承受不了实际的负荷电流，使电能损耗增大，使用寿命降低，甚至影响到系统正常可靠的运行。22用电设备容量的确定由建筑平面图计算出小区内各套型、商业用房以及地下室等的使用面积。统

17、计如下：地下室使用面积为：330 商业用房一层面积为：1005 二层商业用房面积为 1005 三至九层中D1面积为52 D2面积为76 D3面积为80 D4面积为81 D5面积为102 D6面积为93 D7面积为96 而房顶上的那七间面积均小于100根据建筑供配电技术中查得：一般来说，高层旅游宾馆和酒店、商住楼、高层办公楼、综合楼等建筑的负荷密度都在60W/左右。现规定商业用房为60 W/，故一、二层商用房的用电容量为121KW。而设计任务书上规定户型面积大于100平米的就按6 KW/户计算，不足100的就按56 KW/户计算，根据以上条件可以计算出住宅楼的总用电容量，计算如下：7*6 KW

18、+7*6*5 KW +7*5 KW =287 KW；地下室规定用电容量为20 KW；其他用电量规定为20 KW23计算负荷的确定231 计算负荷的有关概念计算负荷是指如果导体中通过一个假想不变负荷时所产生的最高温升，正好与它通过实际变动负荷产生的最高温升相等，那么该假想不变负荷就称为计算负荷。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（34）T，T为发热时间常数。对中小截面（35平方毫米以下）的导体，其T约为10分钟左右，故载流导体约经30分钟后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与负荷曲线上查到的半小时最大负荷P30（亦即年最大负荷）基本是相当的。所以，计算负荷也可以就认为就是半小时最大

19、负荷。本毕业设计中用半小时最大负荷P30来表示有功计算负荷，用Q30、S30和I30分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。计算负荷是供电设计计算的依据。如果计算负荷确定过大，将使设备和导体选择偏大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算符合确定过小，将使设备和导线选择偏小，造成设备和导线运行时过热，增加电能损耗，甚至使设备和电线烧毁，造成事故。因此正确确定计算负荷具有重要意义。但是，由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难，实际上负荷也不可能是一成不变的，他与设备的性能，生产的组织及能源供应的状况等多种因素有关。因此，负荷计算

20、也只能力求接近实际。232 计算负荷的类型及方法负荷计算的分类：一是单个用电设备的负荷计算；二是用电设备组的负荷计算。而求用电设备组计算负荷的常用方法有：需要系数法和二项式系数法。 此次设计内容包括商场用电设备，住宅楼用电设备以及地下室和其他应急用电设备，故属用电设备组的负荷计算。下面介绍一下用需要系数法来计算：1.需要系数法的基本公式及其应用 需要系数Kd是用电设备组（或用电单位）在最大负荷时需要的有功功率P30与其总的设备容量（备用设备的容量不计入）Pe的比值，即 Kd= P30/Pe 因此，按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式（常用单位kW） P30= KdPe确定无功计

21、算负荷的基本公式为（常用单位kvar） Q30= P30tan确定视在计算负荷的基本公式为（常用单位kVA） S30= P30/cos确定计算电流的计算公式为（常用单位A） I30= S30/UN 式中UN 为用电设备的额定电压（单位为kV）1）商场照明的负荷计算：此商场的用电容量Pe=120 kW查资料建筑供配电技术中需要系数 Kd为0.8；功率因数cos为0.75；tan=0.88用功计算负荷 P30= KdPe= 0.8*120 kW = 96 kW无功计算负荷 Q30= P30tan = 96 kW*0.88 = 85 kvar视在计算负荷 S30= P30/cos = 96 kW/0

22、.75 = 128 kVA计算电流 I30= S30/UN = 128 kVA/*0.38 kV = 146 A2）住宅照明的负荷计算：用电容量为287 kW查资料建筑供配电技术中需要系数 Kd为0.8；功率因数cos为0.9；tan=0.48用功计算负荷 P30= KdPe= 0.8*287 kW = 230 kW无功计算负荷 Q30= P30tan = 230 kW*0.48 = 110 kvar视在计算负荷 S30= P30/cos = 230 kW/0.9 = 256 kVA计算电流 I30= S30/UN = 256 kVA/*0.38 kV = 389 A3）地下室及其他应急设备的

23、负荷计算：用电容量为40 kW查资料建筑供配电技术中需要系数 Kd为0.9；功率因数cos为0.6；tan=0.76用功计算负荷 P30= KdPe= 0.9*40 kW = 36 kW无功计算负荷 Q30= P30tan = 36 kW*0.76 = 27 kvar视在计算负荷 S30= P30/cos = 36 kW/0.6 = 60 kVA计算电流 I30= S30/UN = 60 kVA/*0.38 kV = 91 A2 用电设备组的负荷计算34在确定拥有多组用电设备的干线上或变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定低压干线上或低压母线上的

24、计算负荷时，可结具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）K。对于干线，可取K=0.850.95。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K=0.80.9；由干线负荷直接相加来计算时，可取K=0.90.95。总的有功计算负荷 P30 = KP30总的无功计算负荷 Q30 = KQ30总的视在计算负荷 S30 =总的计算电流 I30= S30/UN 现在我们要求的是关于低压母线上的用电设备计算负荷，因此，我取K=0.95即：总的有功计算负荷 P30 = KP30 = 0.95*（230+36+96）kW = 344 kW总的无功计算负荷 Q30 = K

25、Q30 = 0.95*（85+110+27）kvar = 211 kvar总的视在计算负荷 S30 = = = 404 kVA总的计算电流 I30= S30/UN = 404 kVA/ UN =614 A24 变压器的无功功率补偿241功率因数（1）瞬时功率因数瞬时功率因数可由装设在总配变电所控制室或值班室的功率因数表（相位计）直接读出。它可用来了解和分析供电系统运行中无功功率变化的情况，以便考虑采取适当的补偿措施。（2）平均功率因数平均功率因数是指某一规定时间内（例如一个月）功率因数的平均值。（3）最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算

26、我国有关规程规定：高压供电的用电单位，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，低压供电的用电单位，最大负荷时的功率因数不得低于0.85。如果达不到上述要求时，则必须进行无功补偿。242无功补偿及补偿后的计算负荷一般情况下,由于建筑所需的大量动力负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。人工补偿设备最常用的为并联电容器。在确定了总的补偿容量后，就可根据选定的并联电容器的单个容量来确定电容器的个数由上式计算所得的电容器个数，对于单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分布。当采用电容器柜时，可直接根据来选择。下面进

27、行补偿计算1）补偿前变电所高压侧的功率因数计算变压器低压侧的视在计算负荷为变压器的功率损耗为高压侧的计算负荷为因此高压侧功率因数为此功率因数小于规定的0.9，因此需要进行无功补偿。2）无功补偿的容量的计算，在低压侧装设无功补偿电容器柜，现高压的功率因数要求不低于0.9，考虑到变压器无功损耗大于其有功损耗，因此低压侧的功率因数一般不得低于0.910.92才行，这里取，现低压侧，因此低压侧无功补偿容量为：取3）补偿后计算负荷和功率因数的计算，变电所低压侧补偿后的视在计算负荷为：补偿后变压器损耗为：因此补偿后变电所的高压侧的计算负荷为：功率因数 正好满足规定的要求。第三章 合理选择电压器，实现变压器

28、经济运行31电力变压器的概述电力变压器（文字符号为T或TM），根据国际电工委员会（IEC）的界定，凡是三相变压器额定容量在5 kVA及以上，单相的在1 kVA及以上的输变电用电压器，均称为电力变压器。它是供配电系统中最关键的一次设备，主要用于公用电网和工业电网中，将某一给定电压值的电能转变为所要求的另一电压值的电能，以利于电能的合理输送、分配和使用。 311有关变压器概念在电能的生产、传输、分配及消费的过程中，根据输、变、配电的要求，同时为了降低线路损耗，大容量传输电能，一般首先将发电厂发电机输出的6.3 kV、10 kV或10.5 kV的电能进行升压，然后用高电压进行远距离、大容量传输。然后

29、在用户端再进行降压，变换成各种用电设备所需要的电压等级，供电力用户使用。因此，在电力系统中就需要一系列不同的电压等级，而在不同的电压等级之间就需要相应的变换装置，这就是电力变压器。312电力变压器的作用及电压类型利用高电压输点，在输送相同电能的前提下，可以降低输电线路的电流，减少线路上的功率损耗，减小线路上的电压损失，提高电压质量与输电效率。所以，电力变压起是一种利用电磁感应原理，进行能量传输的电压变换装置或设备，它既可以实现升压，也可以实现降压。但实际应用中，电力变压器两侧的电压等级不能相差太多，因此，当电压等级相差很大时就需要两级或三级变压，工程上称为一次变（配）电与二次变（配）电。目前，

30、中国电力系统中使用的电压等级为0.4KV、6KV、15（20）KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV。32 合理选择变压器容量在供电设计中，变压器的容量一般是根据用电设备的计算负载，并考虑适当的裕度来确定的。实践证明，要精确的确定计算负荷是很困难的。不管采用哪种计算方法，所得结果均比实际负载偏高。因而，变压器负载率很低，造成了很大的损失和浪费。同时，由于选择变压器容量偏大，致使开关设备、无功补偿装置及导线等容量也相应增大，加大了一次投资费用。根据几年来多种文献资料的研究和讨论结果普遍认为：从变压器年电能损耗最小的原则，求起比较合理的负载率，并按此选择变压器容量能获得较佳

31、的节电效果。321电力变压器的分类及特点为各种不同用途而制造的变压器种类繁多，差别极大，可以从不同的观点来予以分类。（一）按用途分1）电力变压器，这种变压器主要应用在电力系统的供电、输电和配电系统中。2）调压变压器，用来调节电网中的电压，小容量的调压变压器也应用在实验室中。3）测量变压器，用于仪表测量和继电保护回路中的电压、电流回路。4）供给特殊电源用的变压器，如电炉变压器、整流变压器及各种电焊变压器等。5）试验用高压变压器，为高压或超高压试验提供试验电源。6）控制用变压器，用于自动控制装置中的小功率变压器等。（二）按相数分按相数分有单相和三相两类。其中三相变压器广泛用于供配电系统的变电所中，

32、而单相变压器一般供小容量的单相设备专用。（三）按绕组导体的材质分按材质分有铜绕组变压器和铝绕组变压器。过去我过工厂变电所通常采用铝绕组的，但现在低损耗的铜绕组变压器，尤其是大容量的铜绕组变压器已得到更为广泛的应用。（四）按冷却条件分1）油浸变压器，变矿井器的铁心和线圈完全浸在油里，油是变压器绝缘和散热的材质。这种变压器又分为：A油浸自冷变压器。B油浸风冷变压器，这种变太器在散热器上装吹风机散热。C油浸强制油循环变压器，利用油泵强迫油加速循环，提高散热能力。其中油浸变压器具有较好的绝缘和散热性能，且价格较低，便于检修，因此被广泛地采用，但由于油的可燃性，不便于用于易燃易爆和安全要求较高的场所2）

33、干式变压器，这种变压器铁心及线圈用空气直接冷却。干式变压器的结构简单，体积小，质量轻，且防火、防尘、防潮，虽然价格较同容量的油浸变压器贵，在安全放火要求较高的场所，尤其是大型建筑物内的变电所、地下变电所和矿井内变电所被广泛使用。3）充气式变压器，变压器放在一密封的铁箱内，箱充以特种气体，以供绝缘和散热。它是利用充电的气体进行绝缘和散热，具有良好的电器性能，主要用于安全放火要求较高的场所，并常与其他充气电器配合，组成成套装置。 （五）按电压调节方式分按电压调节方式分有无载调压变压器和有载调压变压器两种。其中，无载调压变压器一般用于对电压水平要求不高的场所，特别是10KV及以下的配电变压器；在10

34、KV以上的电力系统和对电压水平要求较高的场所主要采用有载调压变压器。（六）按安装地点分按安装地点分有户内式和户外式。322 电力变压器的结构电力变压器是利用电磁感应原理进行工作的，因此其最基本的结构组成是电路和磁路两部分。变压器的电路部分就是它的绕组，对于降压变压器，与系统电路和电源连接的称为一次绕组，与负载连接的为二次绕组；变压器的铁心构成了它的磁路，铁心由铁轭和铁心柱组成，绕组套在铁心柱上，为了减少变压器的涡流和磁滞损耗，采用表面涂有绝缘漆膜的硅钢片交错成铁心。 33 电力变压器的选择及有关计算电力变压器在供用电设备中，是效率最高的设备之一。然而由于它通常是长期连续运行，因此，虽然其功率损

35、耗较小，但是长年积累起来，其电能损耗也十分可观，所以在选择变压器时必须注意它的型式和容量，以便与电力变压器的经济运行节约成本。根据负载计算可以在选择容量是有了一个明确的指向，经过前面计算，所以我选择容量为500 kVA，但是在选择型号上就要关系到以后变压器的经济运行问题了，故我们通过计算来选择哪种型号比较经济、实在。计算经济负荷及经济负荷率的有关公式：变压器的空载有功损耗P0和短路有功损耗Pk变压器的空载无功损耗Q0可近似地由下列计算 Q0=I0%SN/100变压器额定负荷时的无功损耗QN可近似地由下式计算 QN=Uk%SN/100变压器的经济负荷为变压器经济负荷与变压器额定容量之比，称为变压

36、器的经济负荷系数或经济负荷率，用Kec.T表示，即1） 干式变压器的经济负荷及经济负荷率运算查表附录得到SCB10-500/10型变压器的有关数据：变压器的空载无功损耗=变压器的额定负荷时的无功损耗=因为是二级负荷级别，有功功率损耗系数Kq=0.050.08,取Kq=0.05变压器的经济负荷率为：=该变压器的经济负荷为： 2）S9系列变压器的计算S9系列联结组别为DYn11变压器的有关数据为变压器的空载无功损耗变压器的额定负荷时的无功损耗变压器的经济负荷率为： 该变压器的经济负荷为：3） S7系列变压器的计算S7系列变压器的有关数据为：变压器的空载无功损耗变压器的额定负荷时的无功损耗变压器的经

37、济负荷率为： 该变压器的经济负荷为：故选S9500/10联结组别为DYn11型号的变压器。34 电力变压器的继电保护变压器是工业与民用建筑供配电系统的重要设备,它的故障对整个工业与民用建筑供配电系统将带来严重影响,因此必须根据变压器的容量和重要程度装设其保护装置.。1）对继电保护装置的基本要求a选择性 当供电系统发生故障时，应该仅由离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而系统的其他部分仍正常运行。满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。b可靠性 保护装置该动作时就应该动作，不应该动作则应不误作。前者为信赖性，后者为安全性，即可靠性包括信赖性和安全性。速动性 为了防止故障扩大，减轻故障的危害程度

38、，并提高供配电系统运行的稳定性，当系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。灵敏性 又称灵敏度，它是表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数。如果保护装置对其保护区内的极轻的故障都能及时做出相应动作，说明保护装置的灵敏度高。2）变压器过电流保护的整定计算选用GL型继电器，电流互感器的变比为100/5过电流保护动作电流的整定计算保护装置的可靠系数，对GL型继电器取1.3，对DL型继电器取1.2；保护装置结线系数，按三相短路说，对两相两继电器结线为1，对两相一继电器结线为；线路的最大负荷电流（含尖峰电流），可取（1.53），为变压器的额定一次电流。为继电器的返回系数，对

39、GL型一般取0.8，对DL型一般取0.85。=3*=3*因此动作电流为，整定为12A电流速端保护电流的整定：取=1.5，而所以速断电流倍数整定为第四章 母线的选择41有关概述为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，导线和电缆等载流导体截面的选择一般必须满足以下条件：1）发热条件 导线和电缆（含母线）在通过计算电流时产生的发热温度，不用超过其正常运行时的最高允许温度。允许电压损耗 导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。2）经济电流密度 35kV及以上的高压线路，规定宜选“经济截面”，即按国家规定的经济

40、电流密度来选择导线和电缆的截面，达到“年费用支出最小”的要求。一般10kV及以下的线路可不安经济电流密度选择。但长期运行的低压特大电流线路（例如电炉的短网和电解槽的母线）仍应该按经济电流密度选择。3）机械强度 导线的截面应不小与最小允许截面，由于电缆的机械强度很好，因此电缆可不校验机械强度，但需校验短路热稳定度。短路时的动稳定度和热稳定度 导体的截面应满足短路时的动稳定度和热稳定度，以保证短路时不至损坏。4）导体与保护电器的配合 导体的截面应与熔断器、低压断路器等保护电器相配合，以保证当线路上出现过负荷或短路时保护电器能可靠动作。此外，绝缘导线和电缆还需满足工作电压的要求，即其额定电压不小于工

41、作电压。42 电力电缆的型号电力电缆的产品不下数千种，为了适应生产、应用及维护的要求，统一编制产品的型号十分必要。我国电缆的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。每一个型号表示着一种电缆结构，同时也表明这种电缆的使用场合和某种特征。以下表41是我国电力电缆型号中字母与数字的意义。表41 电力电缆型号中字母与数字的意义特 性绝缘种类导体内护层特 性外护层十位个位ZR-阻燃GZR-隔氧阻燃NH-耐火DL-低卤WL-无卤Z-纸X-橡皮V-聚氧乙烯Y-聚乙烯YJ-交联聚乙烯L-铝铜芯不标注V-聚氧乙烯内护层Y-聚乙烯内护层H-普通橡套F-氯丁橡套L-铝包Q-铅包D-不滴流F-分相护套P-屏蔽Z-直流CY

42、-充油0-无铠2-双层钢带铠装3-细钢丝铠装4-粗钢丝铠装0-无外被套1-纤维外被套2-聚氯乙烯3-聚乙烯外被套43 电力电缆的载流量431 有关电缆的定义电缆长期允许载流量是指当电缆中通过电流时，在达到热稳定后，电缆导体的温度恰好达到长期允许工作温度时的电流数值。电缆的长期允许工作温度：电缆在运行中，由于导体电阻、绝缘层、保护层和铠装层的能量损耗，都将使电缆发热，温度升高。当电缆的运行温度超过某一定值时，将导致电缆的绝缘水平下降，甚至击穿。所以，电缆的运行温度限定在这一特定值以下，这个特定值称为电缆的长期允许工作温度。 表4-2 各种线芯电缆长期允许工作温度绝缘类型电压等级（kV）长期允许工

43、作温度（）交联聚乙烯90聚氯乙烯70橡皮65粘性浸渍纸806651060203550充油电缆11033075不滴流油浸纸806701070203565432 电缆长期允许载流量的三个因数电力电缆长期允许的载流量除了与电缆本身的材料与结构有关外，还取决于电缆的敷设方式和周围的环境。电缆长期允许载流量主要由以下三个因数决定：1）电缆的长期允许工作温度。2）电缆本身的散热性能。3）电缆装置情况及其周围的散热条件。44 选择电缆有关计算现在用电缆型号为YJLV223.6/6 kV三芯电缆直埋敷设供电。土壤的热阻系数为120/W；土壤最高温度35电缆的长期载流量I；即选择电缆的截面积根据式：是指通过电缆

44、的最大持续负荷电流是指在指定条件下的长期允许载流量是指电缆长期允许载流量的总修正系数根据单根直埋敷设时（为温度修正系数；为土壤热阻系数不同时的修正系数） 查电力电缆使用技术得：=0.92；=1即：=0.92*1=0.92查电力电缆使用技术得可以选用YJLV223.6/6 kV截面积为3*25型号的电缆，既经济又实惠。45高压电网的继电保护由于中小型工业与民用建筑的高压线路一般不很长(供电半径通常不超过2Km),电压不很高(通常为610kV),容量不是很大(总容量一般不超过5000kVA),因此中小型工业与民用建筑供配电系统的高压线路继电保护装置一般比较简单。工业与民用建筑供配电系统高压线路的相

45、间短路保护,通常采用带时限的过电流保护和电流速断保护.在线路上发生各种形式的相间短路时,继电保护装置作用与高压断路器的跳闸机构,使断路器跳闸,切除短路故障。1）保护装置的结线方式保护装置的结线方式是指启动继电器与电流互感器之间的连接方式。610kV高压线路的过电流保护装置，通常采用两相两继电器式和两相一继电器式两种。如图43。a）过电流保护动作电流的整定下面介绍用两相一继电器式时高压线路过电流保护动作电流的整定：已知电流互感器的变比；保护装置的结线系数为；保护装置的返回系数；保护装置的可靠系数（取GL型继电器）；线路的最大负荷电流取3倍的；为线路的计算电流，其计算为： 故线路的最大负荷电流因此

46、，过电流保护的动作电流整定计算为： 整定为2A图43b）过电流保护灵敏度系数的整定按规定过电流保护的灵敏系数必须满足的条件为其中为两相短路电流，计算为故灵敏系数整定为： 故满足条件2）电流速断保护上述带时限的过电流保护，为了保证动作的选择性，其整定时限必须逐级增加一个，因而越靠近电源处短路电流越大，而保护动作时限越长。这种情况对于切除靠近电源处的故障是不允许的。因此一般规定，当过电流保护的动作时限超过1s时，应该装设电流速断保护。如今动作时限为1.5s，所以要装设电流速断保护。a）速断电流的整定电流速断保护动作电流的整定计算公式为式中，为可靠系数，对DL型继电器取1.21.3，GL型继电器取1

47、.41.5，对脱扣器取1.82，这里采用GL型继电器选取1.5；按三相短路电流来整定。故速断动作电流整定为b）速断电流的灵敏度速断电流的灵敏度必须满足的条件是2式中为线路首端在系统最小运行时的两相短路电流，计算为线路首端的三相短路电流为故 故满足条件要求。第五章 短路计算5.1 短路概述电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行，而且要考虑系统非正常运行状态，最严重的非正常运行状态就是短路故障。 短路是指不同电位的异体之间的不正常短接。如电力系统中，相与相间或中性点直接接地系统中相与地之间的短接都是短路。这是电力系统中最常见的系统

48、故障。5.2 短路的原因及后果 短路的原因 电力系统出现短路故障，究其原因，主要是以下几个方面：（1） 电气绝缘损坏 这可能是由于设备长期运行，其绝缘自然老化而损坏，也可能是设备本身质量不好，绝缘强度不够而被正常电压击穿，还有可能是设备绝缘受到外力损伤而导致短路。（2）（3）（4） 误操作和误接。由于工作人员不遵守安全操作规程造成的误操作和误接，可能导致短路。根据国外资料显示，每个人都具有违反规程操作的潜意识。例如带负荷误拉高压隔离开关，很可能导致三相弧光短路，又如误将较低电压的设备接入较高的电路中而造成设备的击穿短路。（5）（6）（7） 飞禽跨接裸导线。鸟类，或者爬行类例如蛇鼠等小动物跨接在

49、不同电位的导体之间，或者咬坏设备或导体的绝缘部分，都会引起短路故障。（8）（9）（10） 其他原因 如输电线短接、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路 短路的后果电力系统发生短路，导致网络总阻抗减少，短路电流可能超过正常工作电流的几十倍甚至几十倍，数值可以达到几万安伏到几十万安伏。而且，系统网络电压会降低，从而对电力系统产生极大的危害，主要表现在以下几个方面：（1） 短路时，短路电流产生很大的热量，很高的温度，从而使故障元件和其他元件损坏。（2）（3）（4） 短路时，短路电流可产生很大的电动力，使导体弯曲变形，甚至使设备本身或者其支架受到损坏。（5）（6）（7） 短路时，电压骤降，

50、严重影响电气设备正常运行。电压降低到额定值的80%时，电磁开关可能断开；降低到额定值的30%到40%时，持续1s以上，电动机可能停转。（8）（9）（10） 短路可造成停电，越靠近电源，停电范围越大。（11）（12）（13） 严重短路的时候还影响电力系统运行的稳定性。造成系统瘫痪。如2003年8月14日在美国和加拿大发生的大面积停电事故，造成了极大的影响和破坏性。（14）（15）（16） 单相短路时，电流将产生较强的不平衡的交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响正常工作，甚至发生误操作。为了保证电气设备的安全可靠地运行，除了必须尽力消除可能引起短路的一切因素之外，同时还需要计算短路电流，以保证当发生可能的短路时，不至于损坏设备。而且一旦发生短路，应尽快切除故障部分使系统在最短时间内恢复正常。523 短路的种类 在三相供电系统中，可能发生短路的形式有：短路三相系统中