供配电技术课件

供配電技術第1章概論第1章概論1.1供配電系統的一般概念1.2電力系統的額定電壓1.3電力系統中性點運行方式1.4電力負荷的分類1.5電能的品質指標1.6本課程的特點及學習要求1.1供配電系統的一般概念

電力系統（electricalpowersystem）一個完整的電力系統由各種不同類型的發電廠、變電所、輸電線路及電力用戶組成。

1．發電廠（generatingplant）按一次能源介質劃分為火力發電廠、水力發電站、核電站等，此外，還有小容量的太陽能發電廠、風力發電廠、地熱發電廠和潮汐發電廠等，正在研究的還有磁流體發電和氫能發電等。

2．變電所（substation）變電所是變換電能電壓和接受分配電能的場所。如果僅用以接受電能和分配電能，則稱為配電站，僅用以把交流電能變換成直流電能，則稱為變流所。

3．電力網（electricalpowernetwork）輸電線路和配電線路統稱為電力網。通常將220kV及以上的電力線路稱為輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。配電線路又分為高壓配電線路（110kV）、中壓配電線路（6～35kV）和低壓配電線路（380/220V）。

4．電能用戶凡取用電能的所有單位均稱為電能用戶，其中工業企業用電量約占我國全年總發電量的64%，是最大的電能用戶。

1.1供配電系統的一般概念

工廠供配電系統由總降壓變電所、高壓配電線路、車間變電所、低壓配電線路及用電設備組成。

1．總降壓變電所

總降壓變電所負責將35～110kV的外部供電電壓變換為6～10kV的廠區高壓配電電壓，給廠區各車間變電所或高壓電動機供電。

2．車間變電所

車間變電所將6～10kV的電壓降為380/220V，再通過車間低壓配電線路，給車間用電設備供電。

3．配電線路

配電線路分為廠區高壓配電線路和車間低壓配電線路。

供配電系統電氣設備的額定電壓，就是能使電氣設備長期運行時獲得最好經濟效果的電壓。用電設備用電設備的額定電壓和電網的額定電壓一致。發電機發電機的額定電壓一般比同級電網的額定電壓高出5%，用於補償線路上的電壓損失。1.2電力系統的額定電壓變壓器的二次繞組對於用電設備而言，相當於供電設備。第一種情況比用電設備額定電壓高10%

第二種情況比用電設備額定電壓高5%1.2電力系統的額定電壓變壓器變壓器的一次繞組：相當於是用電設備，所以規定變壓器一次繞組的額定電壓與受電設備額定電壓相同。注意：但當變壓器一次繞組直接與發電機相連時，變壓器一次繞組的額定電壓與發電機額定電壓相等。其中5%用於補償變壓器滿載供電時，一、二次繞組上的電壓損失；另外5%用於補償線路上的電壓損失，因此適用於變壓器供電距離較長時的情況。當變壓器供電距離較短時，可以不考慮線路上的電壓損失，只需要補償滿載時變壓器繞組上的電壓損失即可。1.2電力系統的額定電壓線路的平均額定電壓

線路的平均額定電壓（averageratedvoltage）指線路始端最大電壓（變壓器空載電壓）和末端用電設備額定電壓的平均值。由於線路始端最大電壓比電網額定電壓高10%，因而線路的平均額定電壓比電網額定電壓高5%。各級分別為：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。發電機G的額定電壓：UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5（kV）變壓器T1的額定電壓：U1N·T1=UN.G=10.5（kV）

U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)變壓器T1的變比為：10.5/121kV變壓器T2的額定電壓：U1N·T2=UN·L2=110（kV）

U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)變壓器T2的變比為：110/6.3kV例1.2.1已知圖1.2.1所示系統中電網的額定電壓，試確定發電機和變壓器的額定電壓。

變壓器直接與電動機相連，供電距離較短，可以不考慮線路上的電壓損失。變壓器T1的一次繞組與發電機直接相連，所以其一次繞組的額定電壓取發電機的額定電壓1.3電力系統中性點運行方式

電力系統中性點有三種運行方式：中性點直接接地中性點不接地中性點經消弧線圈接地小電流接地系統大電流接地系統1中性點直接接地方式

中性點直接接地系統發生單相短路時，非故障相對地電壓不變，電氣設備絕緣水準可按相電壓考慮。中性點不接地方式中性點不接地系統發生單相接地故障時，線電壓不變，而非故障相對地電壓升高到原來相電壓的倍單相接地電流等於正常時單相對地電容電流的三倍。1.3電力系統中性點運行方式

中性點經消弧線圈接地方式

消弧線圈消弧線圈對電容電流的補償可以有三種方式：（1）全補償；（2）欠補償；（3）過補償。在電力系統中一般不採用完全補償的方式，而採用過補償運行方式Why?1.4電力負荷的分類

級別一級二級三級停電影響人身傷亡，重大設備損壞，政治、經濟上重大損失政治、經濟造成較大損失，設備局部損壞大量減產等不屬於一級、二級的負荷允許停電時

間備用電源投入時間，特別重要負荷不允許停電允許短時停電幾分鐘停電影響不大對供電電源要求兩個獨立電源供電兩回路供電無特殊要求舉

例煉鋼廠的煉鋼爐、醫院、人民大會堂紡織廠，化工廠1.5電能的品質指標

電壓

1．電壓偏差：

2．電壓波動：頻率我國規定，電力系統的額定頻率為50Hz，頻率的允許偏差不得超過±0.5Hz，容量大於3000MW的用戶，頻率偏差不得超過±0.2Hz。電壓波形

電壓波形的品質是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。1.6本課程的特點及學習要求

本課程的性質和任務本課程的特點學習要求第2章供配電一次系統供配電技術18第2章供配電一次系統2.1供配電系統常用電氣設備2.2變電所的電氣主接線2.3變電所的結構與佈置2.4供配電網路的網路結構2.5供電網路的結構與敷設192.1供配電系統常用電氣設備2.1.1

電力變壓器

電力變壓器（powertransformer）是變電所的核心設備，通過它將一種電壓的交流電能轉換成另一種電壓的交流電能，以滿足輸電、供電、配電或用電的需要。201.常用電力變壓器的種類（1）按相數分類：有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數場合使用三相電力變壓器，在一些低壓單相負載較多的場合，也使用單相變壓器。（2）按繞組導電材料分類：有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器。目前一般均採用銅繞組變壓器。（3）按絕緣介質分類：有油浸式變壓器和幹式變壓器。油浸式變壓器由於價格低廉而得到了廣泛應用；幹式變壓器有不易燃燒、不易爆炸的特點，特別適合在防火、防爆要求高的場合使用，絕緣形式有環氧澆注式、開啟式、六氟化硫（SF6）充氣式和纏繞式等。幹式變壓器現已在中壓等級的電網中逐步得到了廣泛的應用。212.常用變壓器的容量系列

我國目前的變壓器產品容量系列為R10系列，即變壓器容量等級是按為倍數確定的，如：100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA、1250kVA、1600kVA等。222.1.2高壓開關設備1.高壓斷路器2.高壓隔離開關4.高壓負荷開關5.高壓熔斷器23

高壓斷路器（circuit-breaker）是帶有強力滅弧裝置的高壓開關設備，是供配電系統中重要的開關設備，它能夠開斷和閉合正常線路與故障線路，主要用於供配電系統發生故障時與保護裝置配合自動切斷系統的短路電流。 高壓斷路器通常按照滅弧介質分類，主要有:少油斷路器（已基本淘汰）真空斷路器SF6（六氟化硫）斷路器高壓斷路器的型號含義2425SN10-10型斷路器26ZN28-12型ZN28A-12型VD4型27瓷柱式落地罐式28

隔離開關的主要功能是隔離電源，當它處於分閘狀態時，有著明顯的斷口，使處於其後的高壓母線、斷路器等電力設備與電源或帶電高壓母線隔離，以保障檢修工作的安全。由於不設滅弧裝置，隔離開關一般不允許帶負荷操作，即不允許接通和分斷負荷電流（和斷路器配合使用時，要嚴格遵守操作順序，即停電時，應先使斷路器跳閘，後拉開隔離開關；送電時，應先合隔離開關，再閉合斷路器）。 但可用來分合一定的小電流，如勵磁電流不超過2A的空載變壓器、電容電流不超過5A的空載線路以及電壓互感器和避雷器等。2930

高壓負荷開關是一種介乎隔離開關與斷路器之間的結構簡單的高壓電器，具有簡單的滅弧裝置，常用來分合負荷電流和較小的過負荷電流，但不能分斷短路電流。此外，負荷開關還大多數具有明顯的斷口，具有隔離開關的作用。

負荷開關常與熔斷器聯合使用，由負荷開關分斷負荷電流，利用熔斷器切斷故障電流。因此在容量不是很大、同時對保護性能的要求也不是很高時，負荷開關與熔斷器組合起來便可取代斷路器，從而降低設備投資和運行費用。這種形式廣泛應用於城網改造和農村電網。31真空式SF6式油浸式壓氣式32

高壓熔斷器（fuse）是供配電網路中人為設置的最薄弱的元件。當其所在電路發生短路或長期超載時，它便因過熱而熔斷，並通過滅弧介質將熔斷時產生的電弧熄滅，最終開斷電路，以保護電力電路及其他的電氣設備。跌落式熔斷器限流式熔斷器33低壓斷路器刀開關低壓負荷開關2.1.3低壓開關設備播放動畫342.1.4互感器

電壓互感器（potentialtransformer）和電流互感器（currenttransformer）常統稱為互感器，從基本結構和原理來說，互感器是一種特殊的變壓器。電力系統中的電壓及電流，數值相差範圍極大。為了減少測量儀錶的規格，簡化其生產過程，保證測量人員的安全操作，對於高電壓、大電流均採用互感器降壓、變流後再進行測量。同時互感器也可以作為繼電保護和信號裝置的電源，以使控制和保護裝置與高壓回路隔開。35

電壓互感器可以擴大測量範圍，相當於是一種降壓變壓器。它是由兩個或者三個互相絕緣的線圈繞在同一個鐵芯上構成的，二次側額定電壓為100V。電壓互感器的使用注意事項①電壓互感器在使用時，二次側不能短路。②為了安全起見，電壓互感器二次側必須有一端接地。36

電流互感器將主回路的大電流變換成小電流，供計量和繼電保護用。電流互感器二次側額定電流通常為5A或1A。電流互感器的使用注意事項①電流互感器二次側不允許開路；②電流互感器二次側必須一點接地；③注意電流互感器二次繞組的極性。372.1.5組合電器成套裝置1．環網供電單元

環網供電單元（TheUnitofRingNetworkPowerSupply）由間隔組成，一般至少有三個間隔組成，即兩個環纜進出間隔和一個變壓器回路間隔。38

城網一般用環纜，在用架空線的地方，可將架空線引至環網供電單元旁，再由電纜引進和引出，如圖所示。392.預裝式變電站

預裝式變電站（prefabricatedsubstation）俗稱箱式變電站。預裝式變電站就是一種把高壓開關設備，配電變壓器和低壓配電裝置按一定線路方案排布成一體的預製型戶內、戶外緊湊式配電設備。40

特別適用於城網建設與改造，具有成套性強，體積小，占地少，能深入負荷中心，提高供電品質，減少損耗，送電週期短，選址靈活，對環境適應性強，安裝方便，運行安全可靠及投資少，見效快等一系列優點。

預裝式變電站三個主要部分（高壓配電裝置，變壓器及低壓配電裝置）的佈置方式一般有兩種：

“目”字形和

“品”字形。

“目”字形佈置接線方便，而

“品”字形佈置接線緊湊。4142433．高壓開關櫃

開關櫃是金屬封閉式開關設備的俗稱。按照國標GB3906的定義，金屬封閉開關設備是指除進出線外，完全被金屬外殼包住的開關設備。

高壓開關櫃（highvoltageswitchgear）結構緊湊，占地面積小，安裝工作量小，使用和維修方便，且有多種接線方案以供選擇，故用戶使用極為便利。

44（1）空氣絕緣金屬封閉開關設備（開關櫃）1）分類鎧裝式各室間用金屬板隔離且接地，如KYN1-10型間隔式各室間是用一個或多個非金屬板隔離，如JYN2-10型箱式

具有金屬外殼，但間隔數目少於鎧裝式或隔離式，如XGN2-10型454647482）型式高壓斷路器的置放有兩種型式：落地式斷路器手車本身落地，推入櫃內。如KYN1-10型和JYN2-10型。中置式手車裝於櫃子中部，如KYN18型中置櫃，手車的裝卸需要裝卸車。目前中置式開關櫃越來越多。49503）高壓開關櫃的型號含義 高壓開關櫃型號的表示和含義如下

514）“五防”功能 高壓開關櫃必須裝設防止電氣誤操作的裝置，具體功能為：防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷推拉小車；防止誤入帶電間隔；防止帶電掛接地線或合接地開關；防止接地開關在接地位置時送電。

52（2）SF6絕緣金屬封閉開關設備（充氣櫃）

以SF6氣體絕緣的開關櫃簡稱充氣櫃。此產品的高壓元件諸如母線、斷路器、隔離開關、互感器等封閉在充有較低壓力（一般0.02~0.05MPa）的SF6氣體的殼體內。最大特點是不受外界環境條件的影響，可用在環境惡劣的場所。還有一個重要特點是：由於使用性能優異的SF6絕緣，大大縮小了櫃體的外形尺寸。與空氣絕緣相比，SF6充氣櫃的安裝面積為其26%，體積為其27%。同時，由於充氣櫃配有性能良好的無油開關，大大減少了維修和檢修工作量。

534．低壓開關櫃

低壓開關櫃又叫低壓配電屏。是按一定的線路方案將有關低壓設備組裝在一起的成套配電裝置。其結構形式主要有固定式、抽屜式兩大類。固定式開關櫃常見的型號有GGD等。抽出式開關櫃常見的型號有GCK、GCL、DOMINO、MNS、SIVACON等。返回目錄542.2變電所的電氣主接線2.2.1對主接線的基本要求1.主接線的定義

變電所的電氣主接線是由電力變壓器、各種開關電器、電流互感器、電壓互感器、母線、電力電纜或導線、移相電容器、避雷器等電氣設備以一定次序相連接的接受和分配電能的電路。552.主接線的要求（1）安全性必須保證在任何可能的運行方式及檢修狀態下運行人員及設備的安全。（2）可靠性能滿足各級用電負荷供電可靠性要求。（3）靈活性主接線應在安全、可靠的前提下，力求接線簡單運行靈活，應能適應各種可能的運行方式的要求。（4）經濟性在滿足以上要求的條件下，力求達到最少的一次投資與最低的年運行費用最低。562.2.2有匯流母線的主接線

母線（bus）實質上是主接線電路中接受和分配電能的一個電氣聯結點，形式上它將一個電氣聯結點延展成一條線，以便於多個進出線回路的聯結。 有匯流母線的主接線是我國目前廣泛採用的接線形式，按母線設置組數的不同，又可分為單母線接線和雙母線接線兩大類。

571．單母線接線

常用的單母線接線方式有單母線制和單母線分段制。單母線制

單母線制形式如圖所示，是有匯流母線的主接線中結構最為簡單的一類。在這種接線中所有電源和引出線回路都連接於同一母線上。 單母線制的可靠性和靈活性都較低，母線或連接於母線上的任一隔離開關發生故障或檢修時，都將影響全部負荷的用電。58

單母線分段接線

為了提高單母線接線的供電可靠性和靈活性，可採用斷路器分段的單母線接線，如圖所示，圖中的QF3稱為分段斷路器。592.雙母線接線

對於特別重要的負荷，當採用單母線分段接線，可靠性不能滿足要求時，可考慮採用雙母線接線，如圖所示。W1為工作母線，W2為備用母線，其間通過斷路器QF連接起來，QF稱為母聯斷路器。602.2.3無匯流母線的主接線

前面分析的各種有母線的主接線形式中所採用的斷路器數目一般都大於連接回路的數目，造成整個配電裝置占地面積大，建設成本高。對於一些對經濟性要求較高的場合，在滿足主接線可靠性要求的前提下，可考慮採用無匯流母線的主接線。 常見的有單元式接線和橋式接線。

611.單元式接線——線路-變壓器組接線

單元式接線用於只有一回進線和一回出線的場合，只有一種運行方式，如圖所示。這種這主接線形式只適用於向三級負荷供電。622.橋式接線

當只有兩臺變壓器和兩條線路時，可以採用橋式接線。橋式接線是單母線分段接線中進出線回路數相同，且取消進線或出線斷路器時的特殊情況，將此時的母線分段斷路器稱為橋斷路器。

63橋式接線按照橋斷路器的位置可分為：內橋式接線外橋式接線64

橋斷路器在進線斷路器的內側（即變壓器側），則稱為內橋式接線，如圖(a)所示。 橋斷路器在進線斷路器的外側（即進線側），則稱為外橋式接線，如圖(b)所示。65

內橋式接線的特點是：線路的投切比較方便，變壓器的投切比較複雜，所以內橋式接線適用於進線線路較長，負荷比較平穩，變壓器不需要經常投切的場合。

外橋式接線的特點和內橋相反：它適用於進線線路較短、負荷變化較大，變壓器需要經常切換的場合。

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橋式接線有工作可靠、靈活、使用的電器少、裝置簡單清晰和建設費用低等優點，並且它特別容易發展為單母線分段和雙母線接線。因此廣泛使用在220kV及以下的變電所中，具有兩路電源的工廠企業變電所也普遍採用，還可以作為建設初期的過渡接線。672.2.4變電所的主接線舉例1.總降壓變電所常見的主接線

負荷大多為一類和二類負荷的化工廠、煤氣廠、煉油廠等大型工業企業採用35~10kV的線路兩回路供電時，一般高壓側多採用內橋式接線，低壓側採用單母線分段接線。如圖所示。

682.車間變電所主接線

車間變電所供電線路往往較短，並考慮廠區美化因素，常採用電纜配電。這時車間變電所主接線的典型方案如圖所示。圖（a）在變壓器高壓側不設開關，變壓器的操作和保護在總降壓變電所饋出線處實現，低壓母線故障由低壓側斷路器保護。當需要在車間變電所操作空載變壓器時，可選用圖（b）或圖（c）所示方案，其中，圖（b）適用於變壓器容量不大於630kVA的變電所。

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當車間變電所由架空線供電時，其典型方案如圖所示。圖（a）和圖（b）適用於變壓器容量不大於630kVA的變電所，圖（c）則適用於變壓器容量較大的變電所。702.3變電所的結構與佈置2.3.1變電所的分類及位置的確定1．變電所的分類（1）在供配電系統中，一般將110kV/10（6）kV或35kV/10（6）kV的變電所稱為區域變電所或總降壓變電所。（2）10（6）kV/0.4kV的變配電所稱為用戶變電所，在工業企業中則稱為車間變電所。（3）10kV配電站又稱開閉所，在城市電網中使用較為普遍。712．變電所位置的確定

變電所位置的確定遵循以下原則：（1）接近負荷中心（2）進出線方便（3）靠近電源側（4）滿足供電半徑的要求（5）運輸設備方便（6）避免設在有劇烈震動和高溫的場所（7）避免設在多塵或有腐蝕性氣體的場所（8）避免設在潮濕或易積水場所（9）避免設在有爆炸危險的區域或有火災危險區域的正上面或正下麵722.3.2成套配電裝置

配電裝置就是根據主接線的要求連接起來，用來接受和分配電能的若干電氣設備的組合。其目的是滿足主接線的電氣要求。 構成配電裝置的電氣設備除了主接線圖中所表達的一次回路電氣設備之外，還包括為使主接線得以正常工作所需的二次回路電氣設備，如控制電器、保護電器和測量電器等。73

目前變電所3~10kV配電設備及低壓配電設備多採用成套配電裝置。成套配電裝置按主接線要求，將一、二次回路中電氣元件按順序連接組裝在有金屬框架構成的櫃體中。成套配電裝置可分為高壓成套配電裝置（即高壓開關櫃）及低壓成套配電裝置（含配電屏、櫃、箱）兩大類。741．高壓成套配電裝置的使用

同一系列不同規格的開關櫃內有不同的元件組合方案。如KYN系列開關櫃規格有KYN-10-01，KYN-10-02，KYN-10-03等，其對應的櫃內接線方案如圖所示。75

將不同規格的開關櫃作適當的組合就可構成一種主接線形式。圖（a）所示為一般形式的主接線圖，圖（b）所示是經過適當變換，由開關櫃組合起來的主接線圖，又叫做主接線配置圖或開關櫃排列圖。762．低壓成套配電裝置的使用

每種類型開關櫃（或配電屏或配電箱）不同規格內有不同的元件組合，同高壓開關櫃一樣，將它們作適當的組合就可構成一種主接線方案。772.3.3變電所的總體佈置

變電所的總體佈置主要是指變壓器室、高壓配電室、低壓配電室、電容器室、控制室(值班室)、休息室、工具間等佈置方案，對露天變電所來講，變壓器是放置在室外的，不設變壓器室。這裏主要介紹室內變電所的總體佈置方案。78變電所總體佈置方案應滿足下列要求:

(1)35kV戶內變電所宜採用雙層佈置，6~10kV變電所宜採用單層佈置。採用雙層佈置時，變壓器應設在底層；採用單層佈置時，變壓器宜露天或半露天安裝。(2)變電所各室的佈置應當緊湊合理，便於進出線設備的連接，便於設備的操作、搬運、檢修、試驗和巡視，還要考慮發展的可能性。(3)高低壓配電室的位置應便於進出線，變壓器室的位置應便於運輸、安裝和維護。低壓配電室應靠近變壓器室，電容器室宜與變壓器室及相應電壓等級的配電室相連。變壓器室和電容器室應儘量避免西曬，並盡可能利用自然採光和自然通風。79(4)當有兩臺變壓器時，每臺油量為100kg及以上的三相變壓器，應設在單獨的變壓器室內。幹式變壓器和不帶可燃油的高低壓配電裝置，可設在同一房間內。(5)從安全角度考慮，配電室、變壓器室、電容器室的門應向外開，相鄰配電室之間有門時，該門應雙向開啟或向低壓室方向開啟。但變電所的門窗不宜直接通向相鄰的酸、堿、蒸汽、粉塵和雜訊嚴重的場所。(6)控制室、值班室應儘量靠近高低壓配電室，且有門直通，控制室、值班室的大門應朝外開。控制室、值班室和輔助房間的位置應便於運行人員工作和管理。有些工廠變電所的控制室、值班室是合在一起的，為了值班人員的方便，應設置廁所和上、下水設施。(7)配電室、控制室、值班室等的地面，宜高出室外地面150～300mm。當附設於車間內時，則可與車間的地面相平。80

變電所常用的幾種平面佈置方案，如圖所示。返回目錄812.4供配電網路的網路結構

供配電網路常用的典型網路結構分為：放射式樹幹式環式822.4.1放射式1.單回路放射式網路結構

這種供電方式的特點是供電可靠性較高，當任意一回線路故障時，不影響其他回路供電，且操作靈活方便，易於實現保護和自動化。可用於對容量較大、位置較分散的三級負荷供電。此種網路結構在中壓和低壓系統中均比較常見。832.雙回路放射式網路結構

對於重要的用戶，為保證供電回路故障時，不影響對用戶供電，可採用雙回路放射式接線，如下圖所示。 一次投資較大，因此一般僅用於確需高可靠性的用戶，並可將雙回路的電源端接於不同的電源，以保證電源和線路同時得以備用，可向一、二級負荷供電。此種網路結構在中壓和低壓系統中均常見。843.帶公共備用線的放射式網路結構

當二級負荷比較分散時，也可採用帶公共備用線的放射式接線，以節省投資，如下圖所示。此種網路結構一般在中壓系統中應用。852.4.2樹幹式網路結構1.單回路樹幹式網路結構

如下圖所示，樹幹式網路結構就是由電源端向負荷端配出幹線，在幹線的沿線引出數條分支線向用戶供電。 一般用於向三級負荷供電。862.雙回路樹幹式網路結構

對於要求高可靠性的用戶，採用雙回路幹線，使線路互為備用，同時可將雙回路引自不同的電源，如圖所示，實現電源和線路的兩種備用，達到向一、二級負荷供電的目的。這種結構在中、低壓系統中均廣泛應用。

872.4.3環式網路結構

環式網路結構一般用於中壓系統或高壓系統，尤其在城市供配電網路中得到廣泛應用。可用於對二、三級負荷供電。如圖所示，電源可為多個或一個，通常採用開環運行方式。882.4.4各種網路結構的適用對象1.中壓系統（1）對於城市非重要用戶及郊區，可靠性要求不高，可採用樹幹式結構。（2）對負荷密度大，且供電要求高的用戶可採用雙電源雙回路樹幹式或環式結構。（3）對於提供雙電源有困難，用戶的供電可靠性要求又較高的情況，可採用放射式結構。892.低壓系統

在低壓供電系統中，環式結構較少使用，常見的網路結構形式是放射式結構和樹幹式結構。（1）對於單臺設備容量較大或較重要場合，一般採用放射式結構。（2）對於非重要用電設備，用電性質相近，又便於線路敷設時，一般採用樹幹式結構。（3）對於重要用電設備，可採用雙電源雙回路樹幹式結構或雙電源雙回路放射式結構。返回目錄902.5供電網路的結構與敷設2.5.1架空線

架空線路是用杆塔將導線懸掛在空中，導線利用絕緣瓷瓶支持在杆塔的橫擔上。架空線路主要由導線（一般為鋼芯鋁絞線）、杆塔、絕緣瓷瓶和線路金具等基本元件組成。91優點：1）設備簡單，造價低。2）露置空中，易於檢修和維護。3）利用空氣絕緣，建造比較容易。缺點：1）侵佔地面位置，有礙交通。2）易受環境影響、安全可靠性較差。3）影響廠區美化。922.5.2電纜線路

電纜線路與架空線路相比，具有運行可靠，不易受外界影響，不占地面的優點，但同時也具有投資大，敷設維修困難，難於發現和排除故障的缺點。1.電纜的結構 電纜主要由導體、絕緣層、護套層和鎧裝層組成。932.電纜敷設

電纜的敷設路徑要求儘量最短，轉彎最少，儘量避免與各種地下管道交叉，散熱要好。

常用的電纜敷設方式有：直接埋地敷設電纜溝電纜橋架 另外還有電纜隧道、電纜排管等方式，但較少使用。94直接埋地敷設

首先挖一深0.7～1m的壕溝，於溝底填上100mm的細砂或軟土，再鋪設電纜，然後填以沙土，加上保護板，最後回填沙土。這種方式電纜易受機械損傷，土壤化學腐蝕，可靠性差，檢修不便，多用於根數不多的線路。95電纜溝

電纜溝敷設占地少，走向靈活，能容納較多電纜，但檢修維護也不方便，適用於多條電纜走向相同的情況，在容易積水的場所不宜使用。96電纜橋架

電纜敷設在電纜橋架內，電纜橋架裝置是由支架、蓋板、支臂和線槽等組成。電纜橋架敷設克服了電纜溝敷設電纜時存在的積水、積灰、易損壞電纜等多種弊病，改善了運行條件，具有佔用空間少、投資省、建設週期短、便於採用全塑電纜和工廠系列化生產等優點。972.5.3車間線路的結構和敷設

車間線路，包括室內配電線路和室外配電線路。室內配電線路大多採用絕緣導線，但配電幹線則採用裸導線（裸母線結構），少數採用電纜。室外配電線路指沿車間外牆或屋簷敷設的低壓配電線路，都採用絕緣導線，也包括車間之間用絕緣導線敷設的短距離的低壓架空線路。981．絕緣導線的結構和敷設

絕緣導線按芯線材質分，有銅芯和鋁芯兩種。除重要回路及震動場所或對鋁有腐蝕的場所應採用銅芯絕緣導線外，一般應優先選用鋁芯絕緣導線。 絕緣導線的敷設方式，分明敷和暗敷兩種。明敷是導線直接或在管子、線槽等保護體內，敷設於牆壁、頂棚的表面及絎架、支架等處。暗敷是導線在管子、線槽等保護體內，敷設於牆壁、頂棚、地坪及樓板等內部，或者在混凝土板孔內敷線等。992.裸導線的結構和敷設

車間內的配電裸導線大多採取硬母線的結構，其截面形狀有圓形、管形和矩形等，其材質有銅、鋁和鋼。車間中以採用LMY型硬鋁母線最為普遍。現代化的生產車間，大多採用封閉式母線（亦稱母線槽）佈線，封閉式母線安全、靈活、美觀，但耗用鋼材較多，投資較大。 100

為了識別裸導線相序，以利於運行維護和檢修，GB2681-81《電工成套裝置中的導線顏色》規定交流三相系統中的裸導線應按表所示塗色。裸導線塗色不僅用來辨別相序及其用途，而且能防蝕和改善散熱條件。

交流三相系統中裸導線的塗色黃綠雙色淡藍紅綠黃塗漆顏色PE線N線和PEN線C線B線A線裸導線類別返回目錄第3章負荷計算及無功補償供配電技術102第3章負荷計算及無功補償3.1負荷曲線與計算負荷3.2用電設備額定容量的確定3.3負荷計算的方法3.4功率損耗與電能損耗3.5變電所中變壓器台數與容量的選擇3.6功率因數與無功功率補償1033.1負荷曲線與計算負荷3.1.1負荷曲線

負荷曲線（loadcurve）是指用於表達電力負荷隨時間變化情況的函數曲線。在直角坐標系中，縱坐標表示負荷（有功功率或無功功率）值，橫坐標表示對應的時間（一般以小時為單位）。

1041．負荷曲線的分類按負荷的功率性質分：

可分為有功負荷曲線和無功負荷曲線；按所表示的負荷變動的時間分：

可分為日負荷、月負荷和年負荷曲線。1051061072．年最大負荷和年最大負荷利用小時數（1）年最大負荷Pmax

年最大負荷Pmax就是全年中負荷最大的工作班內消耗電能最大的半小時的平均功率，因此年最大負荷也稱為半小時最大負荷P30。（2）年最大負荷利用小時數Tmax

年最大負荷利用小時數又稱為年最大負荷使用時間Tmax，它是一個假想時間，在此時間內，電力負荷按年最大負荷Pmax(或P30)持續運行所消耗的電能，恰好等於該電力負荷全年實際消耗的電能。

108

下圖為某廠年有功負荷曲線，此曲線上最大負荷Pmax就是年最大負荷，Tmax為年最大負荷利用小時數。1093.平均負荷Pav

平均負荷Pav，就是電力負荷在一定時間t內平均消耗的功率，也就是電力負荷在該時間內消耗的電能W除以時間t的值，即Pav=W/t

年平均負荷為Pav=Wa/8760

1103.1.2計算負荷（calculatedload）

通常將以半小時平均負荷為依據所繪製的負荷曲線上的“最大負荷”稱為計算負荷，並把它作為按發熱條件選擇電氣設備的依據，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。

111規定取“半小時平均負荷”的原因： 一般中小截面導體的發熱時間常數τ為10min以上，根據經驗表明，中小截面導線達到穩定溫升所需時間約為3τ=3×10＝30（min），如果導線負載為短暫尖峰負荷，顯然不可能使導線溫升達到最高值，只有持續時間在30min以上的負荷時，才有可能構成導線的最高溫升。1123.1.3負荷計算的意義和目的

負荷計算主要是確定計算負荷，如前所述，若根據計算負荷選擇導體及電器，則在實際運行中導體及電器的最高溫升不會超過允許值。計算負荷是設計時作為選擇工廠供配電系統供電線路的導線截面、變壓器容量、開關電器及互感器等的額定參數的依據。正確確定計算負荷意義重大，是供電設計的前提，也是實現供電系統安全、經濟運行的必要手段。返回目錄1133.2用電設備額定容量的確定3.2.1用電設備的工作方式用電設備按其工作方式可分為三種：

（1）連續運行工作制（長期工作制）（2）短時運行工作制（短暫工作制）（3）斷續運行工作制（重複短暫工作制）114連續運行工作制（長期工作制）

在規定的環境溫度下連續運行，設備任何部分溫升均不超過最高允許值，負荷比較穩定。如通風機水泵、空氣壓縮機、皮帶輸送機、破碎機、球磨機、攪拌機、電機車等機械的拖動電動機，以及電爐、電解設備、照明燈具等，均屬連續運行工作制的用電設備。115短時運行工作制（短暫工作制）

用電設備的運行時間短而停歇時間長，在工作時間內，用電設備的溫升尚未達到該負荷下的穩定值即停歇冷卻，在停歇時間內其溫度又降低為周圍介質的溫度，這是短暫工作的特點。如機床上的某些輔助電動機（如橫樑升降、刀架快速移動裝置的拖動電動機）及水閘用電動機等設備。這類設備的數量不多。116斷續運行工作制（重複短暫工作制）

用電設備以斷續方式反復進行工作，其工作時間（t）與停歇時間（t0）相互交替。工作時間內設備溫度升高，停歇時間溫度又下降，若干週期後，達到一個穩定的波動狀態。如電焊機和吊車電動機等。斷續週期工作制的設備，通常用暫載率ε表徵其工作特徵，取一個工作週期內的工作時間與工作週期的百分比值，即為ε，即：式中t，t0——工作時間與停歇時間，兩者之和為工作週期T。1173.2.2用電設備額定容量的計算 在每臺用電設備的銘牌上都有“額定功率”PN，但由於各用電設備的額定工作方式不同，不能簡單地將銘牌上規定的額定功率直接相加，必須先將其換算為同一工作制下的額定功率，然後才能相加。經過換算至統一規定的工作制下的“額定功率”稱為“設備額定容量”，用Pe表示。118（1）長期工作制和短時工作制的設備容量

Pe=PN（2）重複短暫工作制的設備容量①吊車機組用電動機（包括電葫蘆、起重機、行車等

）的設備容量統一換算到ε=25%時的額定功率（kW），若其εN不等於25%時應進行換算，公式為:②電焊機及電焊變壓器的設備容量統一換算到ε＝100%時的額定功率（kW）。若其銘牌暫載率εN不等於100%時，應進行換算，公式為:119（3）電爐變壓器的設備容量

電爐變壓器的設備容量是指在額定功率因數下的額定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cos

Ｎ

120（4）照明設備的設備容量①白熾燈、碘鎢燈設備容量就等於燈泡上標注的額定功率（kW）；②螢光燈還要考慮鎮流器中的功率損失（約為燈管功率的20%），其設備容量應為燈管額定功率的1.2倍（kW）；③高壓水銀螢光燈亦要考慮鎮流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），其設備容量應為燈泡額定功率的1.1倍（kW）；④金屬鹵化物燈：採用鎮流器時亦要考慮鎮流器中的功率損失（約為燈泡功率的10%），故其設備容量應為燈泡額定功率的1.1倍（kW）。121（5）不對稱單相負荷的設備容量

當有多臺單相用電設備時，應將它們均勻地分接到三相上，力求減少三相負載不對稱情況。設計規程規定，在計算範圍內，單相用電設備的總容量如不超過三相用電設備總容量的15%時，可按三相對稱分配考慮，如單相用電設備不對稱容量大於三相用電設備總容量的15%時，則設備容量Pe應按三倍最大相負荷的原則進行換算。122設備接於相電壓或線電壓時，設備容量Pe的計算如下：單相設備接於相電壓時

Pe＝3Pe·m

式中Pe——等效三相設備容量；

Pe·m

——最大負荷所接的單相設備容量。單相設備接於線電壓時

式中Pe·l——接於同一線電壓的單相設備容量。返回目錄1233.3負荷計算的方法負荷計算的方法有： 需要係數法、二項式法、利用係數法、形狀係數法、附加係數法.

需要係數法比較簡便因而廣泛使用。這裏僅介紹需要係數法。124需要係數 需要係數考慮了以下的主要因素：式中K

——同時使用係數，為在最大負荷工作班某組工作著的用電設備容量與接於線路中全部用電設備總額定容量之比；

KL——負荷係數，用電設備不一定滿負荷運行，此係數表示工作著的用電設備實際所需功率與其額定容量之比；

ηwl——線路供電效率；

η——用電設備組在實際運行功率時的平均效率。125

實際上，上述係數對於成組用電設備是很難確定的，而且對一個生產企業或車間來說，生產性質,工藝特點，加工條件，技術管理和勞動組織以及工人操作水準等因素，都對Kd有影響。所以Kd只能靠測量統計確定,見附錄表3~5。上述各種因素可供設計人員在變動的係數範圍內選用時參考。1263.3.1需要係數法

由負荷端逐級向電源端進行計算1271．單臺用電設備的計算負荷（1）有功計算負荷：

考慮到單臺用電設備總會有滿載運行的時候，其計算負荷Pca·1為式中Pe—換算到統一暫載率下的電動機的額定容量；

η—用電設備在額定負載下的的效率。

（2）無功計算負荷：Qca·1=Pca·1tan

式中

—用電設備功率因數角。

計算目的：用於選擇分支線導線及其上的開關設備。1282.用電設備組的計算負荷（1）有功計算負荷：Pca·2=Kd∑Pe

Kd—用電設備組的需要係數，見附錄表3；∑Pe—用電設備組的設備額定容量之和，但不包括備用設備容量。（2）無功計算負荷：Qca·2=Pca·2tan

wm

tan

wm值見附錄表3。（3）視在計算負荷：計算目的：用於選擇各組配電幹線及其上的開關設備。

129當Kd值有一定變動範圍時，取值要作具體分析。如台數多時，一般取用較小值，台數少時取用較大值；設備使用率高時，取用較大值，使用率低時取用較小值。當一條線路內的用電設備的台數較小（n<3臺）時，一般是將用電設備額定容量的總和作為計算負荷，或者採用較大的Kd值(0.85~1)。1303．確定車間配電幹線或車間變電所低壓母線上的計算負荷（1）總有功計算負荷：Pca·3＝Ｋ∑ΣPca·2（2）總無功計算負荷：Qca·3＝Ｋ∑ΣQca·2（3）總視在計算負荷：Pca·3、Qca·3、Sca·3－車間變電所低壓母線上的有功、無功及視在計算負荷；ΣPca·2、ΣQca·2－各用電設備組的有功、無功計算負荷的總和Ｋ∑－最大負荷時的同時係數。考慮各用電設備組的最大計算負荷不會同時出現而引入的係數。Ｋ∑的範圍值見附錄表6。注意：當變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器組，其容量為Qc3,則當計算Qca·3時，要減去無功補償容量，即Qca·3＝Ｋ

·ΣQca·2－Qc3

計算目的：用於選擇車間配電幹線及其上的開關設備，或者用於低壓母線的選擇及車間變電所電力變壓器容量的選擇。1314.確定車間變電所中變壓器高壓側的計算負荷Pca·4＝Pca·3+ΔPTQca·4＝Qca·3+ΔQT

Pca·４、Qca·４、Sca·４－車間變電所中變壓器高壓側的有功、無功及視在計算負荷（kW、kvar及kVA）；

ΔPT、ΔQT－變壓器的有功損耗與無功損耗（kW、kvar）。 計算目的：用於選擇車間變電所高壓配電線及其上的開關設備

132在計算負荷時，車間變壓器尚未選出，無法根據變壓器的有功損耗與無功損耗的理論公式進行計算，因此一般按下列經驗公式估算：對SJL1等型電力變壓器：ΔPT≈0.02Sca·3

（kW）ΔQT≈0.08Sca·3

（kvar）對SL7、S7、S9、S10等低損耗型電力變壓器：ΔPT≈0.015Sca·3

（kW）ΔQT≈0.06Sca·3

（kvar）式中Sca·3－變壓器低壓母線上的計算負荷（kVA）。1335.確定全車間變電所中高壓母線上的計算負荷Pca·5＝ΣPca·4+P4mQca·5＝ΣQca·4+Q4m

P4m、Q4m—車間高壓用電設備的有功及無功計算負荷。 計算目的：用於車間變電所高壓母線的選擇。1346.確定總降壓變電所出線上的計算負荷Pca·6=Pca·5+ΔPL≈Pca·5

Qca·6=Qca·5+ΔQL

≈Qca·5

Sca·6≈Sca·5ΔPL、ΔQL—高壓線路功率損耗，由於一般工廠範圍不大，線路功率損耗小，故可忽略不計。 計算目的：用於選擇總降壓變電所出線及其上的開關設備。1357.確定總降壓變電所低壓側母線的計算負荷Pca·7＝ＫΣΣPca·６Qca·7＝ＫΣΣQca·６

注意：如果在總降壓變電所６~10kV二次母線側採用高壓電容器進行無功功率補償，則在計算總無功功率Qca·7時，應減去補償設備的容量Qc7

，即Qca·7＝ＫΣΣQca·６-Qc7

計算目的：用於選擇總降壓變電所低壓母線以及選擇總降壓變電所主變壓器容量。1368．確定全廠總計算負荷Pca·8＝Pca·7+ΔPTQca·8＝Qca·7+ΔQT

計算目的：全廠總計算負荷的數值可作為向供電部門申請全廠用電的依據，並作為原始資料進行高壓供電線路的電氣計算，選擇高壓進線導線及進線開關設備。137例3.3.1一機修車間的380V線路上，接有金屬切削機床電動機20臺共50kW；另接通風機3臺共5kW；電葫蘆4個共6kW（FCN=40%）試求計算負荷。解：冷加工電動機組：查附錄表3可得Kd=0.16~0.2（取0.2），cos

=0.5，tan

=1.73，因此Pca(1)=Kd∑Pe=0.2×50=10(kW)Qca(1)=Pca(1)tan

wm=10×1.73=17.3(kvar)Sca(1)=Pca(1)/cos

wm=10/0.5=20(kVA)通風機組：查附錄表3可得Kd=0.7~0.8（取0.8），cos

=0.8，tan

=0.75，因此

Pca(2)=Kd∑Pe=0.8×5=4(kW) Qca(2)=Pca(2)tan

wm=4×0.75=3(kvar) Sca(2)=Pca(2)/cos

wm=4/0.8=5(kVA)138電葫蘆：由於是單臺設備，可取Kd=1，查附錄表3可得cos

=0.5，tan

=1.73，因此Pca(3)=Pe=3.79=3.79(kW)Qca(3)=Pca(3)tan

wm=3.79×1.73=6.56(kvar)Sca(3)=Pca(3)/cos

wm=3.79/0.5=7.58(kVA)取同時係數Ｋ∑為0.9，因此總計算負荷為

Pca(∑)＝Ｋ∑ΣPca=0.9×（10+4+3.79）=16.01(kW)

Qca(∑)＝Ｋ∑ΣQca=0.9×（17.3+3+6.56）=24.17(kW)139

為了使人一目了然，便於審核，實際工程設計中常採用計算表格形式，如下表所示。28.9924.1716.01——取Ｋ∑=0.9—26.8617.79————24負荷總計7.586.563.791.730.513.79（ε=25%）1電葫蘆35340.750.80.853通風機組22017.3101.730.50.25020機床組1Sca(kVA)Qca(kVar)Pca(kW)計算負荷tan

cos

Kd設備容量（kW）台數用電設備組名稱序號返回目錄1403.4功率損耗與電能損耗3.4.1供電線路的功率損耗

在實際工作中，常根據計算負荷來求線路的功率損耗，即最大功率損耗，故三相線路的有功功率損耗△PL和無功功率損耗△QL可分別按下式計算：

式中Ica——線路中的計算電流，A；

R——線路每相電阻Ω，等於單位長度的電阻R0乘以長度L；

X——線路每相電抗Ω，等於單位長度的電抗X0乘以長度L。

141上式如用線路的計算功率Pca、Qca及Sca表示時，則式中UN——三相供電線路的額定電壓，kV。1423.4.2變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗包括有功功率損耗△PT和無功功率損耗△QT。變壓器的有功功率損耗由兩部分組成： 一部分是變壓器在額定電壓UN時不變的空載損耗△P0，也就是鐵損△PFe；另一部分是隨負荷而變化的繞組損耗，即有載損耗△Pl，也就是銅損△PCu。變壓器的短路損耗△Pk可認為是額定電流下的銅損△PCu·N。143

由於有載損耗與變壓器負荷電流的平方成正比，所以變壓器在計算負荷Sca下的有功功率損耗△PT為：

式中Sca——變壓器低壓側的計算負荷，kVA；

SNT——變壓器額定容量，kVA；

△P0——變壓器空載有功損耗，kW；

△Pk——變壓器有功短路損耗，kW。

144變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：

一部分是變壓器空載時不變的無功損耗△Q0，另一部分是隨著變壓器負荷而變化在繞組中產生的無功損耗。所以變壓器在計算負荷Sca下的無功功率損耗△QT為：式中

——變壓器空載時的無功損耗，kvar；

——變壓器額定負荷時的無功損耗，kvar；

——變壓器空載電流的百分值；

——變壓器阻抗電壓的百分值。

1453.4.3供電系統的電能損耗1．供電線路年電能損耗的計算式中——按計算負荷求得的線路最大功率損耗；

——年最大負荷損耗時間（小時數）。τ的含義是：線路連續通過計算負荷所產生的電能損耗與實際負荷在全年內所產生的電能損耗恰好相等所需要的時間，稱為年最大負荷損耗時間，它與Tmax·a以及功率因數有關。1462.變壓器年電能損耗的計算

變壓器空載不變的功率損耗所引起的年電能損耗與接電時間Ton（近似取8760h）有關，即：

△WT0=△P0Ton

隨負荷而變化的有載功率損耗所引起的年電能損耗為：

變壓器總的年電能損耗為：1473.4.4企業年電能需要量

企業年電能需要量也就是企業在一年內所消耗的電能，它是企業供電設計的重要指標之一。若已知企業的年負荷曲線如圖所示，則負荷曲線下的面積即為企業有功年電能需要量Wa。

但實際上，負荷隨時都在變動，通常用一個等值的矩形面積來代替負荷曲線下的面積。返回目錄1483.5變電所中變壓器台數與容量的選擇3.5.1車間變電所變壓器台數與容量的選擇

對於一般生產車間，儘量裝設一臺變壓器，其額定容量應大於用電設備的總計算負荷，且應有適當富裕容量。

對於有一、二級負荷的車間，要求兩個電源供電時，應選用兩臺變壓器，每臺變壓器容量應能承擔全部一、二級負荷的供電。如果與相鄰車間有聯絡線時，當車間變電所出現故障時，其一、二級負荷可通過聯絡線保證繼續供電，亦可只選用一臺變壓器。

149對於隨季節變動較大的負荷，為了使運行經濟，減少變壓器空載損耗，也宜採用兩臺變壓器，以便在低谷負荷時，切除一臺。凡選用兩臺變壓器的變電所，任一臺變壓器單獨投入運行時，必須能滿足變電所總計算負荷70%的需要和一、二級負荷的需要。1503.5.2企業總降變電所主變壓器的選擇

對第三級負荷供電的總降變電所，或者有少量一、二級負荷，但可由鄰近企業取得備用電源時，可只裝設一臺主變壓器；其額定容量應大於企業全部車間變電所計算負荷的總和，並考慮15%～25%的富裕。

當企業中一、二級負荷占全部負荷比重較大時，應裝設兩臺主變壓器，兩臺主變壓器之間互為備用。當一臺出現事故或檢修時，另一臺能承擔全部一、二級負荷。1513.5.3變壓器的經濟運行

所謂變壓器的經濟運行，是指變壓器在功率損耗最小的情況下的運行方式。這樣使電能損耗最小，運行費用最低。

如果把無功損耗歸算為有功損耗，則變壓器在實際負荷S下，其總的功率損耗可由下式求得：式中Kr為無功功率經濟當量。它的意義是指供電系統中每增加1kvar的無功損耗，相當於有功損耗增加的千瓦數，此值通常取0.06～0.1kW/kvar。

152

現假設變電所有兩臺同型號同容量的變壓器，當其中一臺變壓器運行時，它承擔所有的負荷S；當兩臺變壓器同時並列運行時，每臺承擔負荷S/2。 求出兩種運行方案歸算以後的功率損耗，並分別繪出隨負荷而變化的曲線。153

兩條曲線交於n點，它所對應的負荷稱為變壓器經濟運行的臨界負荷Scr。

154

同理，如果變電所裝設同容量多臺變壓器，根據n臺和n+1臺兩種運行方式總有功損耗相等的原則，可求出其臨界負荷值：

顯然，實際負荷小於Scr應取n臺運行，大於Scr則取n+1臺運行。返回目錄1553.6功率因數與無功功率補償3.6.1功率因數的計算（1）暫態功率因數

暫態功率因數由功率因數表或相位表直接讀出，或由功率表、電流錶和電壓表的讀數按下式求出：式中：P——功率表測出的三相功率讀數（kW）；

U——電壓表測出的線電壓讀數（kV）；

I——電流錶測出的相電流讀數（A）。

暫態功率因數值代表某一瞬間狀態的無功功率的變化情況。156（2）平均功率因數

平均功率因數指某一規定時間內，功率因數的平均值。其計算公式為式中：

Wa----某一時間內消耗的有功電能（kW·h）；由有功電度錶讀出。

Wr----某一時間內消耗的無功電能（kvar·h）；由無功電度錶讀出。

我國電業部門每月向工業用戶收取電費，就規定電費要按月平均功率因數來調整。上式用以計算已投入生產的工業企業的功率因數。157

對於正在進行設計的工業企業則採用下述的計算方法：式中：

Pca----全企業的有功功率計算負荷，kW；

Qca----全企業的無功功率計算負荷，kvar；

α----有功負荷係數，一般為0.7~0.75；

β----無功負荷係數，一般為0.76~0.82。

158（3）最大負荷時的功率因數

最大負荷時的功率因數指在年最大負荷（即計算負荷）時的功率因數。根據功率因數的定義可以分別寫出：

式中：Pca——全企業的有功功率計算負荷，kW；Qca——全企業的無功功率計算負荷，kvar；Sca——全企業的視在計算負荷，kVA。1593.6.2功率因數對供電系統的影響（1）系統中輸送的總電流增加，使得供電系統中的電氣元件，容量增大，從而使工廠內部的啟動控制設備、測量儀錶等規格尺寸增大，因而增大了初投資費用。（2）增加電力網中輸電線路上的有功功率損耗和電能損耗。（3）線路的電壓損耗增大。影響負荷端的非同步電動機及其它用電設備的正常運行。（4）使電力系統內的電氣設備容量不能充分利用。

綜上可知,電力系統功率因數的高低是十分重要的問題，因此，必須設法提高電力網中各種有關部分的功率因數。目前供電部門實行按功率因數徵收電費，因此功率因數的高低也是供電系統的一項重要的經濟指標。

1603.6.3功率因數的改善（1）提高自然功率因數

提高自然功率因數的方法，即採用降低各用電設備所需的無功功率以改善其功率因數的措施，主要有：

①正確選用感應電動機的型號和容量，使其接近滿載運行； ②更換輕負荷感應電動機或者改變輕負荷電動機的接線； ③電力變壓器不宜輕載運行； ④合理安排和調整工藝流程，改善電氣設備的運行狀況，限制電焊機、機床電動機等設備的空載運轉； ⑤使用無電壓運行的電磁開關。

161（2）人工補償無功功率

當採用提高用電設備自然功率因數的方法後，功率因數仍不能達到《供用電規則》所要求的數值時，就需要設置專門的無功補償電源，人工補償無功功率。人工補償無功功率的方法主要有以下三種：並聯電容器補償同步電動機補償動態無功功率補償162

用靜電電容器（或稱移相電容器、電力電容器）作無功補償以提高功率因數，是目前工業企業內廣泛應用的一種補償裝置。電力電容器的補償容量可用下式確定Qc=Pav（tan

1-tan

2）=αPca（tan

1-tan

2）式中：Pca——最大有功計算負荷，kW；

α——月平均有功負荷係數；

tan

1、tan

2——補償前、後平均功率因數角的正切值。163

在計算補償用電力電容器容量和個數時，應考慮到實際運行電壓可能與額定電壓不同，電容器能補償的實際容量將低於額定容量，此時需對額定容量作修正：式中：QN－－電容器銘牌上的額定容量，kvar；

Qe－－電容器在實際運行電壓下的容量，kvar；

UN－－電容器的額定電壓，kV; U－－電容器的實際運行電壓，kV。例如將YY10.5-10-1型高壓電容器用在６kV的工廠變電所中作無功補償設備，則每個電容器的無功容量由額定值10kvar降低為：顯然除了在不得已的情況下，這種降壓使用的做法應避免。164

在確定總補償容量Qc之後，就可根據所選並聯電容器單只容量Qc1決定並聯電容器的個數：n=Qc/Qc1

由上式計算所得的數值對三相電容器應取相近偏大的整數。若為單相電容器,則應取3的整數倍,以便三相均衡分配。165

三相電容器，通常在其內部接成三角形，單相電容器的電壓，若與網路額定電壓相等時則應將電容器接成三角形接線，只有當電容器的電壓低於運行電壓時，才接成星形接線。

相同的電容器，接成三角形接線，因電容器上所加電壓為線電壓，所補償的無功容量則是星形接線的三倍。若是補償容量相同，採用三角形接線比星形接線可節約電容值三分二，因此在實際工作中，電容器組多接成三角形接線。166

用戶處的靜電電容器補償方式可分個別補償、分組（分散）補償和集中補償三種。個別補償將電容器直接安裝在吸取無功功率的用電設備附近；分組（分散）補償將電容器組分散安裝在各車間配電母線上；集中補償指電容器組集中安裝在總降壓變電所二次側（6~10kV側）或變配電所的一次側或二次側（6~10kV或380V側）。

在設計中一般考慮將測量電能側的平均功率因數補償到規定標準。167例3.6.1

某工廠的計算負荷為2400kW，平均功率因數為0.67。根據規定應將平均功率因數提高到0.9（在10kV側固定補償），如果採用BWF-10.5-40-1型並聯電容器，需裝設多少個？並計算補償後的實際平均功率因數。（取平均負荷係數α=0.75）解tan

1=tan(arccos0.67)=1.108 tan

2=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=Pav（tan

1-tan

2）

=0.75×2400×(1.108-0.484)=1122.66(kvar)n=Qc/Qc1=1122.66/40≈30(個)，每相裝設10個。此時的實際補償容量為30×40=1200(kvar)，所以補償後實際平均功率因數為返回目錄供配電技術第4章短路電流計算南京師範大學電氣工程系第4章短路電流計算4.1概述4.2三相短路暫態過程的分析4.3短路回路元件參數的計算4.4三相短路電流的計算4.5短路電流計算中的幾個特殊問題4.6不對稱短路電流計算4.7低壓電網短路電流計算4.8短路電流的熱效應和力效應南京師範大學電氣工程系4.1概述1.短路的概念所謂短路（shortcircuit），是指電力系統中一切不正常的相與相之間或相與地之間（對於中性點接地的系統）發生通路的情況。2.短路的原因

電器絕緣損壞；運行人員誤操作；其他因素。

南京師範大學電氣工程系3.短路的類型

對稱短路：三相短路不對稱短路：兩相短路、兩相接地短路和和不對稱短路4.1概述南京師範大學電氣工程系3.短路的類型

4.1概述南京師範大學電氣工程系4.短路的危害短路電流的熱效應使設備急劇發熱，可能導致設備過熱損壞；短路電流產生很大的電動力，可能使設備永久變形或嚴重損壞；短路時系統電壓大幅度下降，嚴重影響用戶的正常工作；短路可能使電力系統的運行失去穩定；不對稱短路產生的不平衡磁場，會對附近的通訊系統及弱電設備產生電磁干擾，影響其正常工作。4.1概述南京師範大學電氣工程系5.短路電流計算目的

選擇和校驗各種電氣設備，例如斷路器、互感器、電抗器、母線等；合理配置繼電保護和自動裝置；作為選擇和評價電氣主接線方案的依據。4.1概述4.2三相短路暫態過程的分析無窮大容量系統三相短路的暫態過程產生最大短路電流的條件有限容量系統三相短路的暫態過程三相短路的有關物理量無窮大容量系統三相短路的暫態過程

無窮大容量系統三相短路的暫態過程

短路前電路中的電流為：

(4.2.1)式中：——短路前電流的幅值

——短路前回路的阻抗角

——電源電壓的初始相角，亦稱合閘角；短路後電路中的電流應滿足：

方程式（4.2.2）的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式（4.2.2）的特解，它代表短路電流的週期分量；第二部分是對應齊次方程的一般解，它代表短路電流的非週期分量。(4.2.2)無窮大容量系統三相短路的暫態過程

短路的全電流可以用下式表示

式中：——短路電流週期分量的幅值，

——短路後回路的阻抗角，

——短路回路時間常數，

C——積分常數，由初始條件決定，即短路電流非週期分量的初始值。（4.2.3）無窮大容量系統三相短路的暫態過程

無窮大容量系統的概念

無窮大容量只是一個相對概念，指電源系統的容量相對於用戶容量大得多，在發生三相短路時電源系統的阻抗遠遠小於短路回路的總阻抗，以致無論用戶負荷如何變化甚至發生短路，系統的母線電壓都能基本維持不變。在工程計算中，當電源系統的