項(xiàng)目二 供配電系統(tǒng)負(fù)荷與短路計(jì)算

項(xiàng)目二

供配電系統(tǒng)負(fù)荷及短路計(jì)算◆任務(wù)一、機(jī)加工車間電力負(fù)荷計(jì)算◆任務(wù)二、工廠計(jì)算負(fù)荷和耗電量計(jì)算

◆任務(wù)三、電網(wǎng)尖峰電流計(jì)算◆任務(wù)四、三相電力系統(tǒng)短路計(jì)算◆任務(wù)五、電力系統(tǒng)穩(wěn)定度校驗(yàn)◆任務(wù)一、機(jī)加工車間電力負(fù)荷計(jì)算一、計(jì)算負(fù)荷（或負(fù)荷計(jì)算）：采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值?；蛘呔褪怯?jì)算工廠、車間或用戶等所需的用電功率（電流），作為選擇元器件、導(dǎo)線的基礎(chǔ)。按計(jì)算負(fù)荷選擇的元器件、導(dǎo)線，以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱溫度不超過允許值。二、計(jì)算負(fù)荷的意義：——選擇元件——偏高：浪費(fèi)；偏低：元件燒壞——計(jì)算合理可以省錢兩部電價(jià)制：

基本電價(jià)：按變壓器的安裝容量收費(fèi)，10元/KV.A

電度電價(jià)：按電能計(jì)量收費(fèi)總電費(fèi)＝基本電價(jià)電費(fèi)＋電度電價(jià)電費(fèi)一、計(jì)算負(fù)荷（或負(fù)荷計(jì)算）：采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。或者就是計(jì)算工廠、車間或用戶等所需的用電功率（電流），作為選擇元器件、導(dǎo)線的基礎(chǔ)。按計(jì)算負(fù)荷選擇的元器件、導(dǎo)線，以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱溫度不超過允許值。二、計(jì)算負(fù)荷的意義：——選擇元件——偏高：浪費(fèi)；偏低：元件燒壞——計(jì)算合理可以省錢兩部電價(jià)制：

基本電價(jià)：按變壓器的安裝容量收費(fèi)，10元/KV.A

電度電價(jià)：按電能計(jì)量收費(fèi)

總電費(fèi)＝基本電價(jià)電費(fèi)＋電度電價(jià)電費(fèi)三、計(jì)算負(fù)荷有關(guān)的物理量：

1、年最大負(fù)荷Pmax和年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax：

1）年最大負(fù)荷：Pmax＝P30，負(fù)荷最大的工作班內(nèi)，消耗電能最大的半小時(shí)的平均功率（出現(xiàn)2~3次）。

2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)：Tmax，假象時(shí)間，就是在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax運(yùn)行消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際運(yùn)行消耗的電能能。Wa是年實(shí)際消耗電能。

三、計(jì)算負(fù)荷有關(guān)的物理量：

1、年最大負(fù)荷Pmax和年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax：

1）年最大負(fù)荷：Pmax＝P30，負(fù)荷最大的工作班內(nèi)，消耗電能最大的半小時(shí)的平均功率（出現(xiàn)2~3次）。

2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)：Tmax，假象時(shí)間，就是在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax運(yùn)行消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際運(yùn)行消耗的電能能。Wa是年實(shí)際消耗電能。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)：Tmax是個(gè)很重要得物理量，與工作班制有關(guān)：

一班制：1800～3000h二班制：3500～4800h三班制：5000～7000h2、平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)：1）平均負(fù)荷：Pav是一段時(shí)間t內(nèi)平均消耗的功率。2）年平均負(fù)荷：

Wa是年耗電量。

2、平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)：1）平均負(fù)荷：Pav是一段時(shí)間t內(nèi)平均消耗的功率。2）年平均負(fù)荷：

Wa是年耗電量。

3）負(fù)荷系數(shù)：又稱負(fù)荷率。是用電負(fù)荷的平均功率Pav與其最大負(fù)荷Pmax的比值。KL越接近于1越好。盡可能消峰填谷。

對(duì)于用電設(shè)備：負(fù)荷系數(shù)是輸出功率P與設(shè)備額定功率PN的比值。

3）負(fù)荷系數(shù)：又稱負(fù)荷率。是用電負(fù)荷的平均功率Pav與其最大負(fù)荷Pmax的比值。KL越接近于1越好。盡可能消峰填谷。

對(duì)于用電設(shè)備：負(fù)荷系數(shù)是輸出功率P與設(shè)備額定功率PN的比值。

負(fù)荷系數(shù)有時(shí)用百分值表示

有功負(fù)荷率：無功負(fù)荷率：四、求計(jì)算負(fù)荷的方法☆求P30或Pmax☆求計(jì)算負(fù)荷的方法

※

需要系數(shù)法：國(guó)際普遍采用，用于設(shè)備臺(tái)數(shù)多，容量相差不大的場(chǎng)所。如：車間、全廠的計(jì)算負(fù)荷的確定。

※二項(xiàng)式法：用于確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，容量相差懸殊的低壓干線和分支干線?！钋驪30或Pmax

※需要系數(shù)法：國(guó)際普遍采用，用于設(shè)備臺(tái)數(shù)多，容量相差不大的場(chǎng)所。如：車間、全廠的計(jì)算負(fù)荷的確定。

※二項(xiàng)式法：用于確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，容量相差懸殊的低壓干線和分支干線。（一）需要系數(shù)法（三相單組）：安裝容量和P30之間的關(guān)系

設(shè)備安裝容量Pe：用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的額定容量PN之和。

用電設(shè)備組：車間同類設(shè)備的總稱。這就要按設(shè)備不同運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備合理分組。（書后附表1）1、單用電設(shè)備組：

Kd查表◆注意：

1）適用于車間設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的情況，設(shè)備臺(tái)數(shù)多，Kd取小值，臺(tái)數(shù)少，Kd取大值。

2）計(jì)算分支干線的計(jì)算負(fù)荷，Kd應(yīng)取大值。

3）Kd取大值，cosφ也適當(dāng)取大。

4）1～2臺(tái)設(shè)備：Kd＝1，即P30＝Pe。單臺(tái)電動(dòng)機(jī)：P30＝PN/η

5）查Kd時(shí)，千萬注意設(shè)備組類別。◆注意：

1）適用于車間設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的情況，設(shè)備臺(tái)數(shù)多，Kd取小值，臺(tái)數(shù)少，Kd取大值。

2）計(jì)算分支干線的計(jì)算負(fù)荷，Kd應(yīng)取大值。

3）Kd取大值，cosφ

也適當(dāng)取大。

4）1～2臺(tái)設(shè)備：Kd＝1，即P30＝Pe。

單臺(tái)電動(dòng)機(jī)：P30＝PN/η

5）查Kd時(shí)，千萬注意設(shè)備組類別。2、設(shè)備容量（Pe)的計(jì)算(不含備用設(shè)備）：

1）連續(xù)工作制和短時(shí)工作制的用電設(shè)備組：Pe為所有銘牌額定容量之和。

2）斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組：額定容量要換算到規(guī)定負(fù)荷持續(xù)率下的容量，再疊加。

（二）二項(xiàng)式法（三相單組）：

考慮了少數(shù)大容量設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷的附加影響。1、基本公式（單用電設(shè)備組）：

P30＝bPe＋cPx

bPe：用電設(shè)備組的平均功率。cPx：用電設(shè)備組中x臺(tái)最大設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)，增加的附加負(fù)荷。Px：為前x臺(tái)容量最大設(shè)備的容量。b、c為二項(xiàng)式系數(shù)，查附表1得到。x也可查表得到。（二）二項(xiàng)式法（三相單組）：考慮了少數(shù)大容量設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷的附加影響。1、基本公式（單用電設(shè)備組）：

P30＝bPe＋cPx

bPe：用電設(shè)備組的平均功率。

cPx：用電設(shè)備組中x臺(tái)最大設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)，增加的附加負(fù)荷。

Px：為前x臺(tái)容量最大設(shè)備的容量。

b、c為二項(xiàng)式系數(shù)，查附表1得到。x也可查表得到。注意：

1）設(shè)備總臺(tái)數(shù)n小于表中規(guī)定最大設(shè)備臺(tái)數(shù)x的2倍（即n<2x），最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)x宜適當(dāng)取小。建議：x＝n/2，四舍五入取整。

2）1～2臺(tái)設(shè)備，P30＝Pe，對(duì)于電動(dòng)機(jī)：P30＝PN/η。

3）設(shè)備臺(tái)數(shù)少，cosφ適當(dāng)取大。

4）該方法無理論數(shù)據(jù)，來源于設(shè)計(jì)實(shí)踐，僅適用于機(jī)加工工業(yè)。注意：

1）設(shè)備總臺(tái)數(shù)n小于表中規(guī)定最大設(shè)備臺(tái)數(shù)x的2倍（即n<2x），最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)x宜適當(dāng)取小。建議：x＝n/2，四舍五入取整。

2）1～2臺(tái)設(shè)備，P30＝Pe，對(duì)于電動(dòng)機(jī)：P30＝PN/η。

3）設(shè)備臺(tái)數(shù)少，cosφ適當(dāng)取大。

4）該方法無理論數(shù)據(jù)，來源于設(shè)計(jì)實(shí)踐，僅適用于機(jī)加工工業(yè)。（三）需要系數(shù)法（三相多用電設(shè)備組）

確定多用電設(shè)備組的干線、車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各用電設(shè)備組最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。所以計(jì)入同時(shí)系數(shù)（參差系數(shù)、綜合系數(shù)）。

有功負(fù)荷：K∑p

無功負(fù)荷：K∑q

用于選擇干線、母線的截面、電器元件等。求車間干線（母線）計(jì)算負(fù)荷（選擇干線（母線）截面及其電器元件），步驟：（1）對(duì)同一干線（母線）的用電設(shè)備合理分組。（2）求各用電設(shè)備組的安裝容量Pe（i）（3）查表得到各組Kd，cosφ，tanφ。（4）求各組計(jì)算負(fù)荷P30（i），Q30（i）。（5）求干線（母線）計(jì)算負(fù)荷：注意：

（1）總的無功計(jì)算負(fù)荷不能用P30*tanφ計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷也不能用P30/cosφ來計(jì)算?？偟腟30、I30不能夠用各計(jì)算負(fù)荷、計(jì)算電流之和來計(jì)算。因?yàn)椋焊鹘M設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同。

（2）在計(jì)算多用電設(shè)備組總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，各用電設(shè)備組的計(jì)算系數(shù)、功率因數(shù)均按表1系數(shù)計(jì)算，不必考慮臺(tái)數(shù)多少而適當(dāng)增大Kd或cosφ值的問題。注意：

（1）總的無功計(jì)算負(fù)荷不能用P30*tanφ計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷也不能用P30/cosφ來計(jì)算。總的S30、I30不能夠用各計(jì)算負(fù)荷、計(jì)算電流之和來計(jì)算。

因?yàn)椋焊鹘M設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同。

（2）在計(jì)算多用電設(shè)備組總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，各用電設(shè)備組的計(jì)算系數(shù)、功率因數(shù)均按表1系數(shù)計(jì)算，不必考慮臺(tái)數(shù)多少而適當(dāng)增大Kd或cosφ值的問題。（四）二項(xiàng)式法（三相多用電設(shè)備組）采用二項(xiàng)式法確定多組用電設(shè)備干線或低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，也應(yīng)考慮各用電設(shè)備組的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。與需要系數(shù)法不同，二項(xiàng)式法不是計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)，而在用電設(shè)備組中取其中一組最大附加負(fù)荷cPx，再加上各組平均負(fù)荷bPe，得到其總的有功計(jì)算負(fù)荷：tanφmax為最大附加負(fù)荷（cPx）max的設(shè)備組平均功率因數(shù)角的正切值。（四）二項(xiàng)式法（三相多用電設(shè)備組）采用二項(xiàng)式法確定多組用電設(shè)備干線或低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，也應(yīng)考慮各用電設(shè)備組的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。與需要系數(shù)法不同，二項(xiàng)式法不是計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)，而在用電設(shè)備組中取其中一組最大附加負(fù)荷cPx，再加上各組平均負(fù)荷bPe，得到其總的有功計(jì)算負(fù)荷：注意：計(jì)算各用電設(shè)備組總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，b、c、x、cosφ

均取附表1中的值，不論各組設(shè)備臺(tái)數(shù)多少。

注意：計(jì)算各用電設(shè)備組總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，b、c、x、cosφ

均取附表1中的值，不論各組設(shè)備臺(tái)數(shù)多少。五、拓展：?jiǎn)蜗嘤秒娫O(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（一）概述1、單相設(shè)備容量Peφ

≤15％的三相設(shè)備容量Pe

＝＝平衡。

總的設(shè)備安裝容量＝單相容量＋三相容量

例：?jiǎn)蜗酁?0KW，三相為100KW，求安裝容量。

解:因(10/100)*100%<15%

所以總的安裝容量：Pe＝10＋100＝110KW認(rèn)為：三相均分單相設(shè)備容量。五、拓展：?jiǎn)蜗嘤秒娫O(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定2、單相設(shè)備容量>15％的三相的設(shè)備容量

單相容量三相容量，而后與三相設(shè)備容量疊加，作為總安裝容量。

3、三相不平衡時(shí)，取最大負(fù)荷相有功負(fù)荷的3倍，作為等效三相有功計(jì)算負(fù)荷。

P30＝3P30.mφ，Q30＝3Q30.mφ

轉(zhuǎn)化為4、求含單相用電設(shè)備的設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷的過程：計(jì)算單相設(shè)備的安裝容量，而后與三相設(shè)備安裝容量相加，得到總的安裝容量Pe，再利用需要系數(shù)法，二項(xiàng)式法求計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算單相設(shè)備安裝容量Peφ

總安裝容量＝單相設(shè)備安裝容量＋三相設(shè)備容量采用需要系數(shù)法或二項(xiàng)式法求P30、Q30、S30、I304、求含單相用電設(shè)備的設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷的過程：計(jì)算單相設(shè)備的安裝容量，而后與三相設(shè)備安裝容量相加，得到總的安裝容量Pe，再利用需要系數(shù)法，二項(xiàng)式法求計(jì)算負(fù)荷。（二）單相設(shè)備設(shè)備組的等效三相負(fù)荷的計(jì)算

1、單相設(shè)備接與相電壓時(shí)，等效三相設(shè)備安裝容量Pe：

Pe=3Pe.m

φ

Pe.m

φ為單相負(fù)荷最大相的單相設(shè)備容量認(rèn)為：?jiǎn)蜗嗟刃喟惭b容量為最大相安裝容量的3倍。ABC（二）單相設(shè)備設(shè)備組的等效三相負(fù)荷的計(jì)算

1、單相設(shè)備接與相電壓時(shí)，等效三相設(shè)備安裝容量Pe：

Pe=3Pe.m

φ

Pe.m

φ為單相負(fù)荷最大相的單相設(shè)備容量認(rèn)為：?jiǎn)蜗嗟刃喟惭b容量為最大相安裝容量的3倍。例：?jiǎn)蜗酁?0KW，三相為30KW，求計(jì)算負(fù)荷。

解:Pe＝30KW＋3×20KW＝90KW

而后再利用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算ABC2、單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的等效三相設(shè)備安裝容量：而后再采用需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷。2、單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的等效三相設(shè)備安裝容量：而后再采用需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷。3、單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算：步驟：1）先分組。2）線容量相容量。3）利用需要系數(shù)法計(jì)算各相計(jì)算負(fù)荷。4）各組同相相加。5）取最大計(jì)算負(fù)荷P30.mφ，則總的計(jì)算負(fù)荷：P30=3P30.mφ，Q30=3Q30.mφ

ABC3、單相設(shè)備分別接于線電壓和相電壓時(shí)的等效三相負(fù)荷計(jì)算：步驟：1）先分組。2）線容量相容量。3）利用需要系數(shù)法計(jì)算各相計(jì)算負(fù)荷。4）各組同相相加。5）取最大計(jì)算負(fù)荷P30.mφ，則總的計(jì)算負(fù)荷：P30=3P30.mφ，Q30=3Q30.mφ

線容量轉(zhuǎn)換成相容量：A、B、C三相順著記；線相轉(zhuǎn)換有聯(lián)系。轉(zhuǎn)換系數(shù)查表2－3；無功靠有功來轉(zhuǎn)換。思考題：1、什么是年最大負(fù)荷？什么是年最大負(fù)荷利用小時(shí)？2、什么是計(jì)算負(fù)荷？求計(jì)算負(fù)荷的意義？3、確定用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的方法？每種方法適用場(chǎng)所？4、單臺(tái)電動(dòng)機(jī)計(jì)算負(fù)荷如何確定？用電臺(tái)數(shù)少時(shí)，Kd和cosφ應(yīng)如何變化？5、用電設(shè)備組的安裝容量如何確定？6、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，應(yīng)考慮什么因素？7、用電設(shè)備臺(tái)數(shù)少，容量相差懸殊時(shí)，采用什么方法確定計(jì)算負(fù)荷？8、怎樣判斷三相是否平衡？設(shè)備安裝容量如何計(jì)算？9、三相不平衡時(shí)，如何確定三相有功計(jì)算負(fù)荷？為什么？作業(yè)：1、習(xí)題2－3思考：習(xí)題2－1子任務(wù)一：某變電所一臺(tái)主變壓器，其低壓側(cè)有功計(jì)算負(fù)荷P30（2）為650kw，無功計(jì)算負(fù)荷Q30（2）為800kvar，使高壓側(cè)功率因數(shù)cosφ不低于0.9，問：在低壓側(cè)補(bǔ)償容量為多少？用幾個(gè)BCMJ0.4－10－3型電容器？補(bǔ)償前后變壓器容量有何變化？計(jì)算過程子任務(wù)二：工廠有功計(jì)算負(fù)荷P30＝600kw，無功計(jì)算負(fù)荷Q30＝400kvar，兩班生產(chǎn)，求年耗電量。計(jì)算過程◆任務(wù)二、工廠計(jì)算負(fù)荷和耗電量計(jì)算

工廠計(jì)算負(fù)荷是選擇工廠電源進(jìn)線及主要電氣設(shè)備，包括主變壓器的基本依據(jù)，也是計(jì)算功率因數(shù)及無功補(bǔ)償容量的基本依據(jù)。求工廠計(jì)算負(fù)荷的方法：1、逐級(jí)計(jì)算法（以求有功計(jì)算負(fù)荷為例，無功計(jì)算負(fù)荷同理）從負(fù)荷端向工廠電源端將其逐級(jí)相加，只要分別乘以各級(jí)配電點(diǎn)的各自同時(shí)系數(shù)就可求得。注意：電力變壓器有功損耗：

一般工廠一般忽略高低壓線路的功率損耗。一、工廠計(jì)算負(fù)荷的確定如不忽略，線路的功率損耗為:▲PWL1(j)2、按需要系數(shù)法：Pe：為全廠設(shè)備安裝容量；Kd：為工廠的需要系數(shù)，查附表2（P368），機(jī)械類工廠需要系數(shù)。3、按年產(chǎn)量估算：Tmax：年最大負(fù)荷利用小時(shí)，附表2中有部分工廠數(shù)據(jù)4、按年產(chǎn)值法估算工廠計(jì)算負(fù)荷：5、參照同類工廠逐級(jí)計(jì)算法、需要系數(shù)法：適用于機(jī)械工業(yè)。按年產(chǎn)量、年產(chǎn)值估算法：適用于發(fā)酵或釀造行業(yè)。或用于粗算計(jì)算負(fù)荷。1、工廠的功率因數(shù)1）瞬時(shí)功率因數(shù)：

或功率因數(shù)表讀出2）平均功率因數(shù)：

月平均功率因數(shù)>0.85獎(jiǎng)，<0.85罰。

二、工廠的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償、補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷二、工廠的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償、補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷1、工廠的功率因數(shù)1）瞬時(shí)功率因數(shù)：

或功率因數(shù)表讀出2）平均功率因數(shù)：

月平均功率因數(shù)>0.85獎(jiǎng)，<0.85罰。

3）最大負(fù)荷功率因數(shù)：一般工廠應(yīng)大于0.9，不到0.9應(yīng)補(bǔ)償

4）自然功率因數(shù)：未裝補(bǔ)償裝置時(shí)功率因數(shù)。有：瞬時(shí)值、平均值

3）最大負(fù)荷功率因數(shù)：一般工廠應(yīng)大于0.9，不到0.9應(yīng)補(bǔ)償

4）自然功率因數(shù)：未裝補(bǔ)償裝置時(shí)功率因數(shù)。有：瞬時(shí)值、平均值

2、無功功率的補(bǔ)償1）提高自然功率因數(shù)：（1）電動(dòng)機(jī)盡可能滿載運(yùn)行。（2）合理安排生產(chǎn)。（3）合理選擇變壓器的容量。變壓器負(fù)荷率在70～80％之間，小于30％考慮切除或更換。2）人工補(bǔ)償：

（1）電容器。（2）同步調(diào)相機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)又稱同期調(diào)相機(jī)，它實(shí)際上是不帶機(jī)械負(fù)荷，空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。

3、并聯(lián)電容器補(bǔ)償形式（1）高壓集中補(bǔ)償：電容器裝在高壓配電所高壓母線上，只補(bǔ)償高壓母線前邊的無功功率。常用。（2）低壓集中補(bǔ)償：電容器裝在車間配電所低壓母線上，補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前的所有無功功率，減少變壓器容量。（3）單獨(dú)就地補(bǔ)償：電容器分散裝在各車間或用電設(shè)備附近，補(bǔ)償范圍最大，效果好，但有時(shí)利用效率不高。并聯(lián)電容器補(bǔ)償區(qū)示意圖4、補(bǔ)償容量計(jì)算要求：最大負(fù)荷功率因數(shù)cosφ≥0.9，如cosφ<0.9，應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)償。Φ’φ

cosφ——

cosφ’，無功補(bǔ)償容量。（1）補(bǔ)償容量：（附表3）

cosφ——

cosφ’，無功補(bǔ)償容量。（2）補(bǔ)償電容器個(gè)數(shù)：qc為單個(gè)電容器的的容量，單相電容器時(shí)，n取3的倍數(shù)。附表4給出了電容器的容量。5、補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷：提高功率因數(shù)的三點(diǎn)好處：1）降低變壓器的投資。2）減少基本電價(jià)。3)減少電費(fèi)，功率因數(shù)高于0.85獎(jiǎng)勵(lì)。

子任務(wù)一：計(jì)算解：1、補(bǔ)償前的變壓器容量和功率因數(shù)。2、無功補(bǔ)償容量：子任務(wù)一3、補(bǔ)償后變壓器容量和功率因數(shù)子任務(wù)一滿足要求子任務(wù)一4、補(bǔ)償后變壓器容量：子任務(wù)一1、有功電能消耗量：

α為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，取0.7～0.752、無功電能消耗量：

β為年平均無功負(fù)荷系數(shù)，取0.76～0.82。

Ta為年實(shí)際工作小時(shí)數(shù)，二五制，一班制取2000h，二班制取4000h，三班制取6000h。三、工廠年耗電量估算年耗電量子任務(wù)二：計(jì)算解：1、年平均負(fù)荷系數(shù)α＝0.7，β＝0.8；Ta＝4000h思考題：1、工廠計(jì)算負(fù)荷是選擇和計(jì)算什么的依據(jù)？全廠計(jì)算負(fù)荷有哪幾種方法？2、工廠常用到的功率因數(shù)有哪幾種？什么使工廠功率因數(shù)降低？有哪幾種補(bǔ)償裝置？3、提高功率因數(shù)有何意義？

作業(yè)：習(xí)題2－6◆任務(wù)三尖峰電流計(jì)算有一380V線路，有如表所示4臺(tái)電動(dòng)機(jī)。試計(jì)算該線路的尖峰電流。計(jì)算過程參數(shù)電動(dòng)機(jī)M1M2M3M4額定電流起動(dòng)電流(單位A）5.8535.827.640.635197193.2尖峰電流：持續(xù)時(shí)間1~2S的短時(shí)最大負(fù)荷電流。求尖峰電流作用：選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護(hù)裝置、檢查電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件。1、單臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算：（起動(dòng)電流）2、多臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算：任務(wù)三：計(jì)算解：M4的Ist-IN=193.2-27.6=165.6A為最大，K∑＝0.9。參數(shù)電動(dòng)機(jī)M1M2M3M4額定電流起動(dòng)電流(單位A）5.8535.827.640.635197193.2思考題：什么是尖峰電流？計(jì)算尖峰電流的作用。◆任務(wù)四、三相電力系統(tǒng)短路計(jì)算目的：

學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算方法

歐姆法標(biāo)幺制法一、無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過程和物理量

（一）無限大容量電力系統(tǒng)1、什么是無限大容量電力系統(tǒng)？

電力系統(tǒng)容量大、阻抗小。

電力系統(tǒng)電源總阻抗≤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50倍。發(fā)生短路認(rèn)為電力系統(tǒng)電壓不變。2、對(duì)一般工廠來說，其供電系統(tǒng)可以作為無限大容量電力系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)容量大、阻抗小。

電力系統(tǒng)電源總阻抗≤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50倍。發(fā)生短路認(rèn)為電力系統(tǒng)電壓不變。（二）無限大容量電力系統(tǒng)三相短路的物理量1、三相電路短路及其等效單相電路a）三相短路b）等效單相電路2、三相短路的物理過程：電流、電壓變動(dòng)曲線

t=0時(shí)：ip(0):周期分量初始值；inp(0):非周期分量初始值；i0:短路全電流初始值。

ik:短路全電流；ip:短路電流周期分量；inp:短路電流非周期分量；

t=0時(shí)：ip(0):周期分量初始值；inp(0):非周期分量初始值；i0:短路全電流初始值。

ik:短路全電流；ip:短路電流周期分量；inp:短路電流非周期分量；短路電流峰值3、三相短路的常用物理量1）短路次暫態(tài)電流有效值——I’’2）短路電流周期分量有效值——Ik3）短路沖擊電流——ish（沖擊電流）、Ish（沖擊電流有效值）

短路后0.01s短路電流達(dá)到最大高壓電路發(fā)生三相短路時(shí)：

在1000kV.A及以下的電力變壓器二次側(cè)、低壓電路中發(fā)生三相短路4、短路穩(wěn)態(tài)電流（有效值I∞

）為短路電流非周期分量衰減完畢后的全電流。無限大容量電力系統(tǒng)，短路全過程中電力系統(tǒng)電壓維持不變。

任務(wù)：某工廠供電系統(tǒng)如圖所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10II型。試求工廠變電所高壓10KV母線上k－1點(diǎn)短路和380V母線上k－2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。(4)S9－1000(DYn11)S9－1000(DYn11)二、三相短路電流的計(jì)算二、三相短路電流的計(jì)算

（一）計(jì)算思路與方法1、計(jì)算：I∞＝I’’=Ik(3)，而后求ish、Ish。高壓電路發(fā)生三相短路時(shí)：在1000kV.A及以下的電力變壓器二次側(cè)、低壓電路中發(fā)生三相短路：如何計(jì)算I∞＝I’’=Ik(3)

？3、短路計(jì)算電壓Uc：Uc=1.05UN

2、求I∞＝I’’=

Ik(3)：3、短路計(jì)算電壓Uc：Uc=1.05UN

線路首端電壓，即高于電網(wǎng)電壓5％。2、求I∞＝I’’=

Ik(3)：4、求電路阻抗Z∑：畫出計(jì)算圖給出元件編號(hào)和參數(shù)確定短路計(jì)算點(diǎn)畫等效計(jì)算電路標(biāo)注元件號(hào)和參數(shù)串并聯(lián)計(jì)算Z∑求Ik（3），Sk（3）例：高壓線路短路計(jì)算中：X∑>>R∑，R∑可忽略。低壓線路短路計(jì)算中：R∑>(1/3)X∑，計(jì)入R∑影響。

否則忽略。高壓線路短路計(jì)算中：X∑>>R∑，R∑可忽略。低壓線路短路計(jì)算中：R∑>(1/3)X∑，計(jì)入R∑影響。

否則忽略。5、注意單位：

電流：kA，電壓：kV，設(shè)備容量：KW、KV.A，

阻抗：Ω，

短路容量和斷流容量：MV.A6、短路電流的計(jì)算方法：

歐姆法——有名單位制法

標(biāo)幺值法——相對(duì)單位制法5、注意單位：

電流：kA，電壓：kV，設(shè)備容量：KW、KV.A，

阻抗：Ω，

短路容量和斷流容量：MV.A6、短路電流的計(jì)算方法：

歐姆法——有名單位制法

標(biāo)幺值法——相對(duì)單位制法（二）歐姆法（有名單位制法）：電路參數(shù)有單位。1、基本公式：短路電路的阻抗只計(jì)算主要元件：

電力系統(tǒng)、變壓器、電力線路等。（二）歐姆法（有名單位制法）：電路參數(shù)有單位。1、基本公式：短路電路的阻抗只計(jì)算主要元件：

電力系統(tǒng)、變壓器、電力線路等。2、各元件阻抗：1）電力系統(tǒng)的阻抗計(jì)算：

Uc取短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，不用換算。

Soc系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，查手冊(cè)或產(chǎn)品樣本（附表8）。如果沒有給出可以利用斷路器開斷電流Ioc、UN計(jì)算得到Soc。2、各元件阻抗：1）電力系統(tǒng)的阻抗計(jì)算：◆阻抗換算問題：

元件所處電壓等級(jí)不同，阻抗值不能相互疊加，必須換算到同一電壓等級(jí)（短路點(diǎn)Uc），各阻抗才能相互疊加。電力變壓器一次和二次側(cè)電壓不同，需要進(jìn)行阻抗折算。折算原則：元件消耗的功率不變。元件消耗的功率：電阻（有功功率）：電抗（無功功率）：計(jì)算電力系統(tǒng)電抗，Uc取短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，不用換算。2）電力變壓器的阻抗計(jì)算：

Uc取短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，不用換算。

△Pk為變壓器的短路損耗（負(fù)載損耗），查手冊(cè)樣本(附表5)。SN為變壓器的額定容量。2）電力變壓器的阻抗計(jì)算：

Uc取短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓，不用換算。

△Uk％為變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值，查手冊(cè)或樣本（附表5）。SN為變壓器的額定容量。2）電力變壓器的阻抗計(jì)算：2）電力變壓器的阻抗計(jì)算：3）電力線路的阻抗計(jì)算：

R0、X0為線路單位長(zhǎng)度電阻、電抗值，見附表6。

■查R0根據(jù)線截面。

■查X0根據(jù)線截面和線間幾何均距。R0、X0可按表計(jì)算。電力線路每相單位長(zhǎng)度電抗平均值(Ω/km)線路結(jié)構(gòu)線路電壓35KV及以上6～10KV220/380V架空線路0.400.350.32電纜線路0.120.080.0663）電力線路的阻抗計(jì)算：◆總結(jié)：電力系統(tǒng)、電力變壓器阻抗計(jì)算公式中，均含有電壓，直接把電壓取為短路計(jì)算電壓，免去換算。線路阻抗計(jì)算中，不含有電壓，要換算到短路計(jì)算點(diǎn)電壓下的阻抗。

任務(wù)：某工廠供電系統(tǒng)如圖所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10II型。試求工廠變電所高壓10KV母線上k－1點(diǎn)短路和380V母線上k－2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。8×10-3Ω8×10-3Ω歐姆法(4)S9－1000(DYn11)S9－1000(DYn11)解：1、求k－1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（Uc1＝10.5KV）（1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：查附表8得SN10－10II型斷路器的斷流容量Soc＝500MV.A。2）架空線路的電抗：查表3－1得X0＝0.35Ω/km3）繪制k－1點(diǎn)短路得等效電路，如圖a）（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量

1）三相短路電流周期分量有效值2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4）三相短路容量2、求k－2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（Uc2＝0.4KV）（1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：查附表8得SN10－10II型斷路器的斷流容量Soc＝500MV.A。2）架空線路的電抗(折算到0.4kV側(cè)）):表3－1得X0＝0.35Ω/km3）電力變壓器的電抗：查附表5得Uk％＝5，所以4）繪制k－2點(diǎn)短路得等效電路，如圖b）8×10-3Ω8×10-3Ω（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量

1）三相短路電流周期分量有效值2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值4）三相短路容量（三）標(biāo)幺制法（相對(duì)單位制法）：電路參數(shù)無單位。1、標(biāo)幺值：2、基準(zhǔn)值的選擇：基準(zhǔn)容量：Sd＝100MV.A基準(zhǔn)電壓：Ud取元件所在處的短路計(jì)算電壓作為基準(zhǔn)電壓。Ud=Uc。基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電抗：（三）標(biāo)幺制法（相對(duì)單位制法）：電路參數(shù)無單位。1、標(biāo)幺值：2、基準(zhǔn)值的選擇：3、主要元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算：基準(zhǔn)：Sd＝100MV.A，Ud=Uc1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值：2）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值：3、主要元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算：1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值：2）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值：3）電力線路電抗的標(biāo)幺值：

Uc為該線路所在處的短路計(jì)算電壓。

注意：不論短路發(fā)生在那一電壓等級(jí)段，只要選取短路段的短路計(jì)算電壓為基準(zhǔn)電壓，則任一段線路的電抗實(shí)際值對(duì)基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值，等于該電抗實(shí)際值乘以基準(zhǔn)容量后，被該線路所在區(qū)間的短路計(jì)算電壓的平方去除。總結(jié)：標(biāo)幺值法得出的電抗標(biāo)幺值，直接疊加得到總的電抗標(biāo)幺值，無須因電壓等級(jí)不同再進(jìn)行折算，比歐姆法簡(jiǎn)便。3）電力線路電抗的標(biāo)幺值：4、短路電流和短路容量：基準(zhǔn)：Sd＝100MV.A，Ud=Uc4、短路電流和短路容量：項(xiàng)目：某工廠供電系統(tǒng)如圖所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10II型。試求工廠變電所高壓10KV母線上k－1點(diǎn)短路和380V母線上k－2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。(4)S9－1000(DYn11)S9－1000(DYn11)短路計(jì)算電路圖標(biāo)幺制法解：（1）確定基準(zhǔn)值取Sd＝100MV.A，Uc1=10.5KV.A，Uc2＝0.4KV.A（2）計(jì)算短路電路中各主要元件電抗的標(biāo)幺值基準(zhǔn)電流：1）電力系統(tǒng)電抗的標(biāo)幺值：查附表8得SN10－10II型斷路器的斷流容量Soc＝500MV.A。解：（1）確定基準(zhǔn)值取Sd＝100MV.A，Uc1=10.5KV.A，Uc2＝0.4KV.A

（2）計(jì)算短路電路中各主要元件電抗的標(biāo)幺值1）電力系統(tǒng)電抗的標(biāo)幺值：查附表8得SN10－10II型斷路器的斷流容量Soc＝500MV.A。2）架空線路電抗的標(biāo)幺值:查表3－1得X0＝0.35Ω/km3）電力變壓器電抗的標(biāo)幺值：查附表5得Uk％＝5，所以等效電路圖如下：5.05.02）架空線路電抗的標(biāo)幺值:查表3－1得X0＝0.35Ω/km3）電力變壓器電抗的標(biāo)幺值：查附表5得Uk％＝5，所以（3）計(jì)算k－1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路容量

1）總電抗標(biāo)幺值2）三相短路電流周期分量有效值3）其它三相短路電流（3）計(jì)算k－1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路容量

1）總電抗標(biāo)幺值

2）三相短路電流周期分量有效值3）其它三相短路電流4）三相短路容量4）三相短路容量（4）計(jì)算k－2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路容量

1）總電抗標(biāo)幺值

2）三相短路電流周期分量有效值3）其它三相短路電流（4）計(jì)算k－2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路容量

1）總電抗標(biāo)幺值

2）三相短路電流周期分量有效值3）其它三相短路電流4）三相短路容量4）三相短路容量四、拓展（兩相短路電流的計(jì)算）1、由歐姆定律基本公式,已知每相阻抗Z∑,兩相短路電流:四、拓展（兩相短路電流的計(jì)算）

2、類似于三相短路計(jì)算:高壓電路發(fā)生三相短路時(shí)：在1000kV.A及以下的電力變壓器二次側(cè)、低壓電路中發(fā)生三相短路：3、兩相短路電流與三相短路電路之間的關(guān)系（遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)）2、類似于三相短路計(jì)算:

I∞(2)＝I’’(2)=Ik(2)，3、兩相短路電流與三相短路電路之間的關(guān)系（遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)）（五）拓展（單相短路電流的計(jì)算）1、工程計(jì)算單相短路電流：|Zφ0|為單相回路阻抗模，Uφ為相電壓。2、遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)發(fā)生短路時(shí)（五）拓展（單相短路電流的計(jì)算）

總結(jié)：遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)時(shí)，三相短路電流最大，兩相短路及單相短路電流均小于三相短路電流。所以三相電路中，選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備用三相短路電流。思考題：1、什么是無限大容量電力系統(tǒng)？為什么一般工廠可以將電力系統(tǒng)視為無限大？

2、工程計(jì)算中，三相短路沖擊電流的計(jì)算公式。

3、短路電流計(jì)算常用哪兩種方法？4、短路計(jì)算中，短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓如何選取？請(qǐng)列出短路計(jì)算電壓序列。5、短路計(jì)算要計(jì)算哪些主要元件的阻抗值？6、歐姆法計(jì)算短路阻抗時(shí)，變壓器兩側(cè)按照什么條件換算阻抗？如何換算？

作業(yè)：思考題2、習(xí)題3－1、3－2任務(wù)五短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)一、概述1、電動(dòng)效應(yīng)：平行帶電導(dǎo)體之間的產(chǎn)生的電動(dòng)力。2、熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體、電器產(chǎn)生熱量。

3、動(dòng)穩(wěn)定度：正常時(shí)：導(dǎo)體中流過的電流很小，電動(dòng)效應(yīng)不明顯。短路時(shí)：導(dǎo)體中流過短路短路電流很大，電動(dòng)效應(yīng)很明顯。如果電器、導(dǎo)體通過短路電流時(shí)，不因電動(dòng)力損壞，說明動(dòng)穩(wěn)定度合格。

4、熱穩(wěn)定度：

正常時(shí)：導(dǎo)體中電流小，I2Rt產(chǎn)生的熱量少，熱效應(yīng)不明顯。短路時(shí)：導(dǎo)體中電流很大，I2Rt產(chǎn)生的熱量多，熱效應(yīng)很明顯。如果電器、導(dǎo)體通過短路電流時(shí)，沒有被燒懷，說明熱穩(wěn)定度合格。子任務(wù)1、工廠變電所380V側(cè)母線短路電流Ik(3)=33.7KA，ish(3）＝62KA，母線上接有380V感應(yīng)電動(dòng)機(jī)250KW，cosφ=0.7，η＝0.75，母線采用LMY－100×10硬鋁母線，水平放置，檔距為900mm，檔數(shù)大于2，相鄰兩相母線軸線距160mm，求該母線三相短路時(shí)，最大電動(dòng)力，并校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定度。計(jì)算過程1

計(jì)算過程2

計(jì)算過程3二、短路電流的電動(dòng)效應(yīng)和動(dòng)穩(wěn)定度1、短路時(shí)的最大電動(dòng)力1）平行過電流導(dǎo)體的電動(dòng)力公式：a為兩導(dǎo)體軸線間的距離，l為檔距，μ0＝4Π×10－7N/A2，為真空磁導(dǎo)率2）兩相短路時(shí)的最大電動(dòng)力：ish（2）為兩相短路沖擊電流3）三相短路時(shí)的最大電動(dòng)力：ish（3）為三相短路沖擊電流

中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大。

單位：力：N，電流：A，長(zhǎng)度：m4）三相短路與兩相短路時(shí)的最大電動(dòng)力的關(guān)系：校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度采用ish(3)，Ish(3)。

ish（3）為三相短路沖擊電流

中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大。

2、短路動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)條件1）一般電器的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件imax、Imax為電器極限通過電流（動(dòng)穩(wěn)定電流）峰值和有效值。（附表8）2）絕緣子的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件

Fa1：絕緣子的最大允許負(fù)荷，查手冊(cè)或產(chǎn)品樣本。

Fc：短路時(shí)作用于絕緣子上的計(jì)算力。3）硬母線的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件

σa1為母線材料的最大允許應(yīng)力（Pa），硬銅母線TMY型，取140MPa，硬鋁母線LMY型，取70MPa。

σc為母線通過ish(3)時(shí)受到的最大計(jì)算應(yīng)力。M為母線通過ish(3)時(shí)受到的彎曲力矩。母線檔數(shù)為1～2檔時(shí)：母線檔數(shù)大于2檔時(shí)：

l為母線檔距W為母線的截面系數(shù)，注：b為母線水平寬度，h為母線垂直高度3、對(duì)短路計(jì)算點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)反饋沖擊電流的考慮計(jì)入條件：

短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)額定電流之和>系統(tǒng)短路電流的1％。

或者：短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘砍^100KW。短路使電動(dòng)機(jī)端電壓驟降，電動(dòng)機(jī)定子電動(dòng)勢(shì)高于外電壓，從而形成反饋電流。大容量電動(dòng)機(jī)對(duì)短路點(diǎn)反饋沖擊電流計(jì)入條件：

短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)額定電流之和>系統(tǒng)短路電流的1％。

或者：短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘砍^100KW。交流電動(dòng)機(jī)最大反饋電流：EM’’*為電動(dòng)機(jī)的次暫