工厂供电第二版思考题与习题答案.docx

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工厂供电第二版思考题与习题答案

中等职业学校教学用书（电气与运行控制专业）

工厂供电（第2版）

思考题与习题答案

姚锡禄于磊陈晖编

PublishingHouseofElectronicsIndustry

北京BEIJING

第1章工业企业供电概论

思考题与习题

1.1工厂供电对工业有何重要作用？

对工厂供电工作有哪些基本要求？

答：

1、电能是现代工业生产的主要能源和动力，也是最清洁的能源之一。

电能的输送和分配既要简单经济，又要便于控制、调节和测量，既要有利于实现生产过程自动化，更要有利于环境保护。

是现代工业生产不可或缺的。

工业生产应用电能和实现电气化以后，能大大提高生产效率，提高产品质量。

如果中断电力供应，会造成生产停滞，产品报废，甚至发生重大设备损坏或人身伤亡事故。

2、对工厂供电工作的基本要求是：

安全、可靠、优质、经济。

1.2工厂供电系统包括哪些范围？

变电所和配电所各自的任务是什么？

答：

1、工厂供电系统是指工厂所需的电力电源从进厂起到所有用电设备电源入端止的整个电路。

2、配电所的任务是接受电能和分配电能；而变电所的任务是接受电能，变换电压和分配电能。

1.3什么叫电力负荷？

电力负荷按其对供电可靠性的要求可分为几级？

各级负荷对供电电源有何要求？

答：

1、电力负荷有两个含义：

一个是指用电设备或用电单位（用户）；另一个是指用电设备或用电单位（用户）所消耗的电功率或电流。

2、电力负荷根据对供电可靠性的要求分为三级。

3、一级负荷对供电电源的要求：

一级负荷属重要负荷，应由两个独立电源供电。

当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

一级负荷中特别重要的负荷，除有两个独立电源外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。

二级负荷对供电电源的要求：

二级负荷也属重要负荷，但其重要程度次于一级负荷。

二级负荷宜由两个回线路供电，供电变压器也应有两台。

在其中一个回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。

只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一个回路6kV及以上的专用架空线路供电。

三级负荷对供电电源的要求：

由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。

1.4表征电能质量的基本指标是什么？

我国采用的工频是多少？

一般要求的频率偏差为多少？

电压质量包括哪些内容？

答：

频率和电压是衡量电能质量的两个基本参数。

我国采用的工业频率（简称工频）为50Hz，频率偏差范围一般规定为±0.5Hz。

如果电力系统容量达3000MW及以上时，则频率偏差范围为±0.2Hz。

对于工厂供电系统来说，提高电能质量主要是提高电压质量和供电可靠性的问题。

电压质量不只是指对额定电压来说是电压偏高或偏低即电压偏差的问题，而且包括电压波动以及电压波形是否畸变，即是否含有过多的高次谐波成分的问题。

1.5我国国家标准GB156-93《标准电压》规定的三相交流电网额定电压等级有哪些？

答：

三相交流电网额定电压等级有：

0.38、0.66、3、6、10、35、66、110、220、330、500kV。

1.6发电机的额定电压为什么规定要高于同级电网额定电压5%？

答：

由于电力线路允许的电压偏差一般为±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗值，线路首端（电源端）的电压可较线路额定电压高5%，而线路末端则可较线路额定电压低5%，所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。

1.7电力变压器的额定一次电压，为什么规定有的要高于相应的电网额定电压5%，有的等于相应的电网额定电压？

而其额定二次电压，为什么规定有的高于相应的电网额定电压10%，有的又可只高于相应的电网额定电压5%？

答：

电力变压器的额定电压。

a.电力变压器一次绕组的额定电压。

分两种情况：

●当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压5%。

●当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上时，则可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网的额定电压相同。

b.电力变压器二次绕组的额定电压。

亦分两种情况：

●变压器二次侧供电线路较长（如较大的高压电网）时，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%，其中5%是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部约5%的电压损耗，这是因为变压器二次绕组的额定电压是指变压器一次绕组加上额定电压时，二次绕组开路的电压，带负载运行时其内部必有电压损耗；此外变压器满负荷运行时输出的二次电压还要高于所连电网额定电压5%，以补偿线路上的电压降。

●变压器二次侧供电线路不长（如低压电网或直接供电给高低压用电设备）时，其二次绕组额定电压只需高于所连电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5%的电压损耗。

1.8什么叫电压偏差？

电压偏差对电气设备运行有什么影响？

如何进行电压调整？

答：

电压偏差是用电设备端子处的电压偏差

是以设备端电压U与设备额定电压UN差值同UN的百分值来表示的，即

电压偏差对设备的工作性能和使用有很大影响。

对感应电机和同步电机来讲，由于转矩与端电压平方成正比（M∝U2）。

当端电压比额定电压低10%时，其实际转矩只有额定转矩的81%左右，而负荷电流将增大5%～10%以上，温升将增高10%～15%以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机寿命。

当其端电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘相应受损，对电机不利。

电压偏差对照明灯具也有影响，端电压偏低将使发光效率降低，照度降低，影响视力；而电压偏高又缩短了灯具的寿命。

电压调整：

（1）正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器

（2）降低阻抗。

（3）尽量使系统的三相负荷平衡。

（4）合理改变系统的运行方式。

（5）采用无功功率的补偿装置。

1.9什么叫电压波动？

电压波动是如何产生的？

电压波动对电动机和照明光源各有什么影响？

答：

电压波动是指电网的快速变动或电压包络线的周期性变动。

电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起。

负荷急剧变动，使电网的电压损耗相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。

电压波动可影响电动机的正常启动，可使同步电动机转子振动，使电子设备特别是使计算机无法正常工作，可使照明灯发生明显的闪烁现象，其中电压波动对照明的影响最明显。

从人眼对灯光的主观感觉上讲，称为“闪变”，引起灯光闪变的波动电压叫“闪变电压”，灯光闪变对人眼有刺激作用，甚至使人无法正常工作和学习。

1.10电力系统中的高次谐波是如何产生的？

有什么危害？

有哪些抑制谐波的措施？

答：

向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源。

电力系统中存在着各种各样的“谐波源”，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”大小“谐波源”主要是指存在于电力系统中的各种非线性元件。

例如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯，感应电机，电焊机，变压器和感应电炉等都要产生谐波电流或电压。

最为严重的是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉产生的谐波电流最为突出，它们是造成电网谐波的主要因素。

谐波对电气设备的危害很大。

谐波电流通过变压器，会使变压器的铁心损耗明显增加，使变压器出现过热，缩短使用寿命。

谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且还会使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。

谐波对电容的影响更为突出，谐波电压加在电容的两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，因此电容器很容易发生过负荷甚至烧毁。

此外谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加；使计量电能的感应式电度表计量不准确；还可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起过电压，有可能击穿线路设备的绝缘；还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作或拒动；及可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。

抑制电网谐波，可采取下列措施：

（1）大容量的非线性负荷由短路容量较大的电网供电，电网的短路容量越大，它承受非线性负荷的能力越强。

（2）三相整流变压器采用Y，d或D，y的结线。

（3）增加整流变压器二次侧的相数。

（4）装设分流滤波器。

1.11三相交流电力系统的电源中性点有哪些运行方式？

中性点不直接接地的电力系统与中性点直接接地的电力系统在发生单相接地时各有什么不同特点？

答：

在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：

一种是电源中性点不接地，一种是中性点经阻抗接地，再有一种是中性点直接接地。

中性点不直接接地的电力系统在发生单相接地时，两完好相对地电压将升高

倍。

中性点直接接地的电力系统在发生单相接地时，两完好相对地电压不变。

1.12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、IT系统各有什么特点？

答：

中性线（N线）的功能：

一是用来接额定电压是相电压的单相用电设备，二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：

是为保障人身安全，防止触电事故用的接地线。

系统中所有设备的外露可导电部分，例如金属外壳、金属构架等，通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。

保护中性线（PEN线）兼有中性线和保护线的功能。

这种中性线在我国通称为“零线”，俗称“地线”。

TN-C系统又称三相四线制，N线与PE线全部合为PEN线，曾在我国广泛应用。

系统中的N线与PE线全部分开，则此系统称为TN-S系统，又称三相五线制，此系统安全性稳定、可靠,是当前在工厂供电中积极推广的一种系统。

如果系统的前一部分其N线与PE线合为PEN线，而后一部分线路，N线与PE线全部或部分分开，则此系统称为TN-C-S系统，此系统多为老企业将三相四线制改造为三相五线制一种过渡过程的系统。

TT系统中的所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地。

IT系统中的所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地，它与TT系统不同的是，其电源中性点不接地或经1000Ω阻抗接地，且通常不引出中性线。

1.13试确定图1.18所示供电系统中变压器T1和线路WL1，WL2的额定电压。

图1.18习题1.13的供电系统

答：

T1：

6∕121KV，WL1：

110KV，WL2：

35KV。

1.14试确定图1.19所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。

图1.19习题1.14的供电系统

答：

G：

10.5KV，T1：

10∕38.5KV，T2：

35∕6.6KV，T3：

10∕0.4KV。

1.15某10kV电网，架空线路总长度50km，电缆线路总长度15km，试求此中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。

答：

解

=

=16.43（A）

不需要改为经消弧线圈接地。

第2章工厂供配电系统的主要设备

思考题与习题

2.1电弧的产生和维持的原因是什么？

答：

产生电弧的原因是：

在触头分离瞬间，全电路的电压集中在分离的两触头上，触头间的电场强度很大，使触头表面上的电子被强拉出成为速率很高的自由电子；触头在分断电流时，电流未断，触头间的电阻很大，因而温度很高；触头周围的空气（绝缘介质）被碰撞游离出大量的自由电子和正离子，这时空气已呈游离状态（热游离），气体已由绝缘状态变成导电状态，这种状态称为气体放电。

气体放电有多种形式，如电晕放电、辉光放电、火花放电等，电弧就是强烈的火花放电，空气在触头间呈现热游离的过程，也就是电弧维持燃烧的过程。

2.2熄灭电弧的根本条件是什么？

答：

熄灭电弧的根本条件，一方面减弱中性分子游离率，另一方面加快游离子的扩散