工厂供电刘介才第五课后习题答案.docx
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工厂供电刘介才第五课后习题答案
工厂供电刘介才第五版课后习题详细答案
仅供专业学习参考之用
课后习题解答：
第一章
1、工厂供电对工业生产有何重要作用?
对工厂供电工作有哪些基本要求?
重要作用:
现代社会是建立在电能应用的基础之上的，电能在产品成本中所占的比重一般很小（除电化等工业外＞，其重要性是在于工业生产实现电气化以后可以增加产量、提高产品质量和劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度。
如果工厂供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。
基本要求：
1、安全：
在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
2、可靠：
应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。
3、优质：
应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
4、经济：
供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地减少有色金属消耗量。
2、工厂供电系统包括哪些范围?
变电所和配电所的任务有什么不同?
什么情况下可采用高压深入负荷中心的直配方式?
工厂供电系统是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的电路系统,包括工厂内的变配电所和所有的高低压供电线路。
配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压；而变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能。
高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，简化了供电系统接线，节约投资和有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高了供电质量。
然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用。
3、什么叫电力系统、电力网和动力系统?
建立大型电力系统有哪些好处?
电力系统：
由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。
电网：
电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网。
动力系统：
电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户，就称为动力系统。
建立大型电力系统或联合电网，可以更经济合理地利用动力资源，减少燃料运输费用，减少电能消耗，降低发电成本，保证供电质量＜即电压和频率合乎规范要求），并大大
提高供电可靠性。
4、我国规定的“工频”是多少?
对其频率偏差有何要求?
工频：
一般交流电力设备的额定频率为50HZ。
规定：
频率偏差正负0.2Hz电压偏差正负5%电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差，通常以其对额定电压的百分值来表示。
5、三相交流电力系统的电源中性点有哪些运行方式？
中性点非直接接地系统与中性点直接
接地系统在发生单相接地故障时各有什么特点？
中性点运行方式：
中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统。
中性点非直接接地系统单相接地时，另两相对地电压升高为原来的根号3倍。
单相接地电
容电流为正常运行时相线对地电容电流的3倍。
中性点经阻抗接地系统单相接地时，另两相对地电压升高为原来的根号3倍，减小了
接地电流。
在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。
中性点直接接地系统单相接地时，另两相对地电压不变，变成单相接地短路。
6、低压配电系统中的中性线（N线＞、保护线（PE线〉和保护中性线（PEN线＞各有哪些功能?
TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统、TT系统和IT系统各有哪些特点，各适于哪些场合应用？
中性线（N线〉的功能：
一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；二电是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减小负荷中性点的电位偏移。
保护线（PE线〉的功能：
它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。
系统中所有设备的外露可导电部分（指正常不带电压但故障情况下可能带电压的易被触及的导电部分，例如设备的金属外壳、金属构架等＞通过保护线接地。
保护中性线（PEN线〉的功能：
它兼有中性线（N线〉和保护线（PE线〉的功能。
这种保护中性线在我国通称为“零线”，俗称“地线”。
TN—C系统：
其中的N线与PE线全部合为一根PEN线。
PEN线中可有电流通过，因此对某接PEN线的设备产生电磁干扰。
主要于我国低压配电系统中应用最为普普遍，但不适于对安全和抗电磁干扰要求高的场所。
TN—S系统：
其中的N线与PE线全部分开，设备的外露可导电部分均接PE线。
主要
用于对安全较高＜如潮湿易触电的浴室和居民住宅等）的场所对抗电磁干扰要求高的数据处理和精密检测等实验场所。
TN-C-S系统：
该系统的前一部分全部为TN-C系统，而后边有一部分为TN-C系统，有
一部分则为TN-S系统，其中设备的外露可导电部分接PEN线或PE线。
主要用于安全要求
和对抗电磁干扰要求高的场所。
TT系统：
中性点直接接地，设备外壳单独接地。
IT系统：
中性点不接地，设备外壳单独接地。
主要用于对连续供电要求较高及有易燃易
爆危险的场所。
第二章
1电力负荷按重要程度分哪几级？
各级负荷对供电电源有什么要求？
一级负荷：
中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。
双电源供电，必要时增设应急电源。
二级负荷：
是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。
双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。
三级负荷：
不属于一、二级的负荷。
对供电电源无特殊要求。
2、工厂用电设备按其工作制分哪几类？
什么叫负荷持续率？
它表征哪类设备的工作特性？
工作制分三类：
＜1）连续工作制，＜2）断续周期工作制，＜3）短时工作制
负荷持续率：
负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，负荷持续率表征断续周期工作制的设备的工作特性。
，丄100%
T
3、什么叫最大负荷利用小时？
什么叫年最大负荷和年平均负荷？
什么叫负荷系数？
最大负荷利用小时：
是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或P3o>持
续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。
年度最大负荷Pmax:
全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率又叫半
小时最大负荷P30
年平均负荷Pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间
t内消耗的电能Wt除以时间t的值。
负荷系数又叫负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pv与其最大负荷Pmax的比值。
4、确定计算负荷的需要系数法和二项式法各有什么特点？
各适用于哪些场合？
计算负荷的方法：
需要系数法：
确定计算负荷的基本方法，常用。
二项式法：
设备台数少，容量差别悬殊时采用。
5、什么叫尖峰电流？
尖峰电流的计算有什么用途？
尖峰电流Ipk是指持续时间1-2S的短时最大负荷电流<电动机起动时出现）。
尖峰电流主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及检验电动机自起动条
件等。
计算题
1、已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kw3台，4kw8台，
3kw17台，1.5kw10台。
试用需要系数法求其计算负荷。
解：
此机床组电动机的总容量为
Fe=7.5kW34kW83kW171.5kW10=120.5kW
查附录表1得
Kd=0.16~0.2（取0.2>,cos即=0.5,tan即=1.73
有功计算负荷
巳0=0.2120.5kW=24.1kW
无功计算负荷
Q30=24.1kW1.73=41.7kvar
视在计算负荷
g24.1kWA
S3048.2kVA
300.5
计算电流
13^48^VAS.2A寸3x0.38kV
2、某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW<其中较大容量电动机有7.5kW1台，4Kw3台，2.2Kw7台），通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。
试用需要系数法确定此线路上的计算负荷。
解：
先求各组的计算负荷
（1）金属切削机床组
查附录表1，取Kd=0.2，cos=0.5,tan=1.73
P30<1）=0.2X50=10kW
Q30<1）=10X1.73=17.3kvar
（2）通风机组
Kd=0.8,cos=0.8,tan=0.75
P30<2）=0.8X3=2.4k^V
Q30<2）=2.4x0.75=1.8kvar
（3）电阻炉
Kd=0.7,cos®=1,tan®=0
P30<3）=0.7x2=1.4k^V
Q30<3）=0因此总的计算负荷为<取K刀p=0.95,心q=0.97）
P30=0.95x<10+2.4+1.4）=13.1kW
Q30=0.97x<17.3+1.8+0）=18.5kvar
S30=、13.1218.52kVA=22.7kVA
在实际项目设计说明中，常采用计算表格的形式，如表所示。
序
号
用电设备组名称
台数
n
容量
kW
需^＜系数
Kd
cos申
tan®
计算负荷
p30kW
Q30
kvar
S30
I30
~A
kVA
1
金属切削机床
20
50
O.2
0.5
1.73
10
17.3
2
通风机
2
3
O.8
0.8
0.75
2.4
1.8
3
电阻炉
1
2
0.7
1
0
1.4
0
车间总计
23
55
13.8
19.1
取K刀p=0.95K刀q=0.97
13.1
18.5
22.7
34.5
3、已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kw3台，4kw8台,
3kw17台，1.5kw10台。
试用二项式法来确定机床组的计算负荷。
解：
由附录表1查得b=0.14,c=0.4,x=5,cos—0.5,tan—1.73。
设备总容量为Pe=120.5kW。
x台最大容量的设备容量为Px=P5=7.5kWx3+4kWx2=30.5kW
有功计算负荷为
P30=0.14x120.5Kw+0.4x30.5Kw=29.1Kw
无功计算负荷为
Q30=29.1Kwx1.73=50.3kvar
视在计算负荷为
计算电流为
58.2kVA
30
:
88.4A
■■30.38kV
4、某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW＜其中较大容量电动机有7.5kW1台，4Kw3台，2.2Kw7台），通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。
试用二项式法来确定机修车间380V线路的计算负荷。
解：
先求各组的bPe和CPx
（1）金属切削机床组
由附录表1查得b=0.14,c=0.4,x=5,cos「=0.5,tan=1.73,
bPe⑴=0.14X50kw=7kW
cPx⑴=0.4<7.5kwX1+4kwX3+2.2kwX1）=8.68kw
（2）通风机组
查附录表1得b=0.65,c=0.25,x=5,cos:
=0.8,tan=0.75,
bPe
（2）=0.65X3kw=1.95kw
cPx
（2）=0.25X3kw=0.75kw
（3）电阻炉
查附录表1得b=0.7,c=0,x=0,cos「=1,tan=0，故
bPe（3）=0.7X2kw=1.4kw
cPx（3）=0
以上各组设备中，附加负荷以cPx⑴为最大，因此总计算负荷为
P30=<7+1.95+1.4）+8.68=19kw
Q30=<7X17.3+1.95X0.75+0）+8.68X1.73=28.6kvar
S30=、19228.62kVA=34.3kVA
从计算结果可以看出，按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果大得比较多，这也更为合理。
按一般项目设计说明书要求，以上计算可列成下表所示电力负荷计算表。
序
号
用电设备组名称
设备台数
容量
二项式系数
COS屮
tan申
计算负荷
总台数
最大容量台数
Pe
kW
pxkW
b
c
p30
kW
Q30
kvar
S30
kVA
I30
A
l
切削机床：
>0
5
50
21.7
0.1
4
0.4
0.5
1.73
7+
8.68
12.1+
15.0
2
通风机
2
5
3
3
0.65
O.2
5
0.8
O.75
1.95+
0.75
1.46+
0.56
3
电阻炉
1
O
2
O
0.7
0
1
0
1.4
0
总计
23
55
19
28.6
34.3
52.1
5、如图所示220/380V三相四线制线路上，接有220V单相电热干燥箱4台，其中2台
10kW接于A相，1台30kW接于B相，1台20kW接于C相。
另有380V单相对地焊机4台，其中2台14kW<£=100%）接于AB相间，1台20kw<£=100%）接于BC相间，1台
30kW<£=60%）接于CA相间。
试求此线路的计算负荷。
—1
1,
r
1
n丁
M~T「JrUL
一一严
】iirnr
r-i
1
OkW.pDkW]j3QkW|||lAW|20kW|
电热楣対塚执
解：
<1）电热干燥箱的各相计算负荷
查附录表1得Kd=0.7,cos「=1,tan「=0。
计算其有功计算负荷:
A相P30.a<1）=KdPeA=0.7X2X10kw=14kw
B相P30.b<1）=KdPeB=0.7X1X30kw=21kw
C相P30.c<1）=KdPeC=0.7X1X20kw=14kw
<2）焊机的各相计算负荷
先将接于CA相间的30kw<£=60%）换算至&=100%的容量，即
%=.0.630KW=23kW
查附录表1得Kd=0.35,cos=0.7,tan=1.02；再由表2—3查得cos即=0.7时的
功率换算系数
PaB-A=PbC.B=PcA_G=0.8,Pab_B=PbC_C=PcAJ=0・2,qAB丄二qBC_B=qCA_C=0.22,
qAB_b=qBc_C二qCA」=0.8。
因此对焊机换算到各相的有功和无功设备容量为
A相FA=0.8214kW0.223kW=27kW
Qa=0.22214kvar0.823kvar=24.6kvar
B相Pb=0.820kW0.2214kW=21.6kW
QB=0.2220kvar0.8214kva^26.8kvar
C相FC=0.823kW0.220kW=22.4kW
Qc=0.2223kvar0.820kva^21.1kvar
各相的有功和无功计算负荷为
a相
R0.a
（2）=0.35汉27kW=9.45kW
Q30.A
（2）
=0.3524.6kvar=8.61kvar
B相
R30.B
（2）=0.35x21.6kW=7.56kW
Q30.B
（2）
=0.3526.8kvar=9.38kvar
C相
巳0C
（2）=0.3522.4kW=7.84kW
Q30..c
（2）=°.35x21.1kvar=7.39kvar
＜3）各相总的有功和无功计算负荷
=8.61kvar
B相
巳0.b=P30.BU）+巳0.b
（2）=21kW+7.56kW=28.6kW
Q30.B
=Q30.b
（2）=9.38kvar
C相
P30C=P30.c
（1）+P30.C
（2）=14kW+7.84kW=21.8kW
Q30.C
=Q30.C
（2）=7.39kvar
（4）
总的等效三相计算负荷
Q30.A-Q30.A
（2）
因B相的有功计算负荷最大，故取B相计算等效三相计算负荷，由此可得
巳o=3&o.b=3X28.6kW=85.8kW
Q30=3Q30.b=3汉9.38kvar=28.1kvar
绻=眾0+Q；o=J85.82+28.12kVA=90.3kVA
S3090.3kVA
130137A
3UN,30.38kV
6、某厂压变电所装设一台主变压器。
已知变电所低压侧有功计算负荷为650kW无功计算
负荷为800kvar。
为了使工厂（变电所高压侧＞的功率因数不低于0.9，如在变电所低压侧装设并联电容器进行补偿时，需装设多少补偿容量？
并问补偿前后工厂变电所所选主变压器容
量有何变化？
解：
（1＞补偿前的变压器容量和功率因数
变压器低压侧的视在计算负荷为
主变压器容量选择条件为Snt》S30
（2），因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选
为1250kV・A（参看附录表5>。
这时变电所低压侧的功率因数为：
cos「（2>=650/1031=0.63
（2>无功补偿容量
按规定，变电所高压侧的cos心0.9，考虑到变压器本身的无功功率损耗AQT远大于
其有功功率损耗厶Pt,—般AQt=（4〜5>APt,因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，取cos:
'=0.92。
低压侧需装设的并联电容器容量为：
Qc=65CK（tanarccos0.63—tanarccosO.92>kvar
=525kvar
取Qc=530kvar
（3>补偿后的变压器容量和功率因数
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
22
Sm2）==650（800-530）kV•A=704kV•A
因此主变压器容量可改选为800kV•A,比补偿前容量减少450kV•A。
变压器的功率损耗为
△Pt~0.015S30
（2）=0.015x704kV・A=10.6kW
△Qt~0.06S30
（2）=0.06x704kV•A=42.2kvar
变电所高压侧的计算负荷为
巳0⑴=650kW+10.6KW=661kW
Q30
（1）=（800—530>kvar+42.2kvar=312kvar
&0⑴=66123122kV•A=731kV•A
补偿后工厂的功率因数为
cos:
=P30
（1）/S30
（1）=661/731=0.904
7、有一380V三相线路，供电给下表所示4台电动机。
试计算该线路的尖峰电流。
参数
电动机
M1
M2
M3
M4
额定电流1N/A
5.8
5
35.8
27.6
起动电流Ist/A
40.6
35
197
193.2
解：
电动机M4的J-lN=193.2A-27.6A=165.6A为最大，线路的尖峰电流为:
lpk=0.9x（5.8+5+35.8>A+193.2A=235A
第三章
1、什么叫短路？
短路故障产生的原因有哪些？
短路对电力系统有哪些危害？
短路就是指不同的电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。
短路的原因：
绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等。
短路对电力系统的危害：
产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。
2、短路有哪些形式？
哪种短路形式的可能性最大？
哪些短路形式的危害最为严重？
短路的形式有：
三相短路，两相短路，单相短路。
发生单相短路可能性最大。
三相短路的短路电流最大，因此造成的危害最大。
3、什么叫无限大容量的电力系统？
它有什么特点？
在无限大容量系统中发生短路时，短路电流将如何变化？
能否突然增大？
无限大容量的电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。
特点是，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。
在无限大容量系统中发生短路时，因为负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路电流根据欧姆定律要突然增大。
但是因为电路中存在着电感，电流不能突变，因而引起一个过度过程，即短路暂态过程。
最后短路电流达到一个新的稳定状态。
4、短路电流周期分量和非周期分量各是如何产生的？
各符合什么定律？
短路电流周期分量是因短路后电路阻抗突然减小很多倍，而按欧姆定律应突然增大很多倍的电流。
短路电流非周期分量是因短路电路存在电感，而按楞次定律产生的用以维持初瞬间电路电流不致突变的一个反向抵消inp且按指数函数规律衰减的电流。
5、什么是短路冲击电流ish?
什么是短路次暂态电流I"?
什么是短路稳态电流I-?
短路后经半个周期，ik达到最大植，此时的短路全电流即短路周期电流。
短路次暂态电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期分量ip的有效值。
短路稳态电流是短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流。
6、什么叫短路计算电压？
它与线路额定电压有什么关系？
因为线路首端短路时其短路最为严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压UN高5%
7、在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流各与三相短路电流有什么关系
lK2）/lK3）=吟3/2=0.866
IK）＜有正序、负序、零序阻抗）
Z^+Z^+Z3^
8、对一般开关电器，其短路动稳定度和热稳定度校验的条件各是什么
计算题
1、某工厂供电系统如下图所示。
已知电力系统出口断路器为SNIO—10II型。
试求
工厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。
解：
1.求k-1点的三相短路电流和短路容量（Uci=10.5kV＞
（1＞计算短路电路中各元件的电抗及总电抗
1＞电力系统的电抗：
由附录表8查得SNI0-10H型断路器的断流容量Soc=500MV・A,
22
X1二些二竺述=0.22「
Soc
-500MVA
2＞架空线路的电抗：
查表3-1得X）=0.35l】/km
X2=X°I=0.35（门/km）5km=1.75"
3）绘k-1点短路的等效电路，并计算其总电抗为
Xgk」）=X1-X2=0.22门1.75门-1.97门
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