工厂供电刘介才第五版课后习题答案.docx

1、工厂供电刘介才第五版课后习题答案工厂供电_刘介才_第五版课后习题答案 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

2、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,

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。 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P或

9、P30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: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P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是指持续时间1-2S的短

10、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 查附录表1得Kd 0.160.2 取0.2,有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流 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

11、计算负荷。解:先求各组的计算负荷金属切削机床组查附录表1,取Kd0.2, P30(1)0.25010kW Q30(1)101.7317.3kvar通风机组 Kd0.8, P30(2)0.832.4 kW Q30(2)2.40.751.8 kvar电阻炉 Kd0.7, P30(3)0.721.4 kW Q30(3)0因此总的计算负荷为(取Kp0.95,Kq0.97) P300.95(10+2.4+1.4)13.1 kW Q300.97(17.3+1.8+0)18.5 kvar S30 I30在实际工程设计说明中,常采用计算表格的形式,如表所示。序 用电设备组名称 台数n 容量 需要系数 cos

12、tan 计算负荷号 Kd1 金属切削机床 20 50 O.2 0.5 1.73 10 17.32 通风机 2 3 O.8 0.8 0.75 2.4 1.83 电阻炉 1 2 0.7 1 0 1.4 023 5513.8 19.1车间总计 取 Kp0.95Kq0.9713.1 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。设备总容量为 Pe120.5kW。x台最大容量的设备容量为 PxP57.5kW3+4kW230.5kW 有功计算负荷为

13、 P300.14120.5Kw+0.430.5Kw29.1Kw 无功计算负荷为 Q3029.1Kw1.7350.3kvar 视在计算负荷为 计算电流为 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:先求各组的和金属切削机床组由附录表1查得b0.14,c0.4,x5,0.5,1.73, 0.1450kw7kW 0.4(7.5kw1+4kw3+2.2kw1)8.68kw通风机组查附录表1得b0.65,c0.25,x5

14、,0.8,0.75, 0.653kw1.95kw 0.253kw0.75kw电阻炉查附录表1得b0.7,c0,x0,1,0,故 0.72kw1.4kw 0以上各组设备中,附加负荷以为最大,因此总计算负荷为 P30(7+1.95+1.4)+8.68 19kw Q30 (717.3+1.950.75+0 )+8.681.73 28.6kvar S30 I30 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。按一般工程设计说明书要求,以上计算可列成下表所示电力负荷计算表。序 用电设备组名称 设备台数 容量 二项式系数tan 计算负荷号总台数 最大容量台数 b

15、 c l 切削机床 20 5 50 21.7 O.14 0.4 0.5 1.73 7+8.68 12.1+15.02 通风机 2 5 3 3 0.65 O.25 0.8 O.75 1.95+0.75 1.46+0.563 电阻炉 1 O 2 O 0.7 0 1 0 1.4 0总计 235519 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(6

16、0%)接于CA相间。试求此线路的计算负荷。 解:(1)电热干燥箱的各相计算负荷查附录表1得Kd 0.7,1,0。计算其有功计算负荷:A相 P30.A(1)Kd0.7210kw14kwB相 P30.B(1)Kd0.7130kw21kwC相 P30.C(1)Kd0.7120kw14kw(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 查附录表1得;再由表2?3查得时的功率换算系数。因此对焊机换算到各相的有功和无功设备容量为A相 B相 C相 各相的有功和无功计算负荷为A相 B相 C相 (3)各相总的有功和无功计算负荷A相 B相 C相 总的等效三相计算负荷因B相的

17、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 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,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:cos2650/1031=0.63 2无功补偿容量 按规定,变电所高压侧的cos0.9,考

18、虑到变压器本身的无功功率损耗QT远大于其有功功率损耗PT,一般QT=45PT,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: Qc650tanarccos0.63-tanarccosO.92kvar 525kvar 取 QC530kvar 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 kV?A704kV?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 0.0150.015 x 704kV?A10.6kW 0.060.06704kV?A42.2

19、kvar 变电所高压侧的计算负荷为 650kW+10.6KW=661kW 800?530kvar+42.2kvar312kvar kV?A=731kV?A 补偿后工厂的功率因数为 cos/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。电 动 机 参 数 M1 M2 M3 M4额定电流/A 起动电流/A 5.840.6 535 35.8197 27.6193.2 解:电动机M4的193.2A-27.6A165.6A为最大,线路的尖峰电流为: 0.95.8+5+35.8A+193.2A235A第三章1、什么叫短路?短路故障产生的原因有哪些?

20、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

21、,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,由于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。但是由于电路中存在着电感,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

22、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 由于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

23、流有什么关系 (有正序、负序、零序阻抗) 工程中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动稳定度校验条件: 热稳定度校验条件: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SNl0?10 II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10.5kV1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SNl0-10型断路器的断流容量500MV?A, 2架空线路的电抗:查表3-1得X00.35/km 3)绘k-1点短路的等效电路,并计算其

24、总电抗为 2计算三相短路电流和短路容量 1三相短路电流周期分量有效值 2三相短路次暂态电流和稳态电流 3三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 4三相短路容量2.求k-2点的短路电流和短路容量0.4kV1电力系统的电抗 2架空线路的电抗 3电力变压器的电抗:由附录表5得%5 4绘k-2点短路的等效电路如上图b所示,并计算其总电抗:/ 2计算三相短路电流和短路容量 1三相短路电流周期分量有效值 2三相短路次暂态电流和稳态电流 3三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 4三相短路容量 在工程设计说明书中,往往只列短路计算表,如下表所示。 短路计算表 短路 三相短路电流/kA 三相短路容

25、量/MV?A计算点k-1 3.08 3.08 3.08 7.85 4.65 56.Ok-2 33.7 33.7 33.7 62.0 36.7 23.3 2、某工厂供电系统如下图所示。电力系统出口断路器为SNl0?10 II型。试用标幺制法计算系统中k-1点和k-2点的三相短路电流和短路容量。 解:1.确定基准值 ,2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1电力系统的电抗标幺值 由附录表8查得 2架空线路的电抗标幺值 由表3-1查得 3电力变压器的电抗标幺值 由附录表5查得,%5 绘短路等效电路图如下图所示:3.计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1总电抗标幺值 2三相

26、短路电流周期分量有效值 3其他三相短路电流 4三相短路容量4.计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1总电抗标幺值 2三相短路电流周期分量有效值 3其他三相短路电流 4三相短路容量由此可见,采用标幺制法的计算结果与欧姆法计算的结果基本相同。 3、已知工厂变电所380V侧母线上接有250kW感应电动机一台,平均,效率0.75,380V母线的短路电流;该母线采用LMY-10010的硬铝母线,水平平放,档距为900mm,档数大于2,相邻两相母线的轴线距离为160mm。试求该母线三相短路时所受的最大电动力,并校验其动稳定度。如果此母线的短路保护动作时间为0.6s,低压断路器的断路

27、时间为0.1s。该母线正常运行时最高温度为。校验其热稳定度。 解:1.计算母线短路时所受的最大电动力 电动机额定电流为 由于,该电动机的反馈电流冲击值为 因此母线在三相短路时所受的最大电动力为 2.校验母线短路时的动稳定度 母线在作用时的弯曲力矩为 母线的截面系数为 母线在三相短路时所受到的计算应力为硬铝母线LMY的允许应力为 由此可见该母线满足短路动稳定度的要求。 3.母线满足短路热稳定度的最小允许截面 附录表7,图3-12曲线得 母线截面为A100101000,该母线满足短路热稳定度要求。第四章 1、 开关触头间产生电弧的根本原因是什么?发生电弧有哪些游离方式?其中最初的游离方式是什么?维

28、持电弧主要靠什么游离方式 产生电弧的原因: 触头在分断电流时,触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子,在外加电压足够大时,产生强烈的电游离而发生电弧。 产生电弧的游离方式: (1)热电发射:触头分断电流时,阳极表面大电流收缩集中,出现炽热光斑,温度很高,触头表面电子吸收热能,发射到触头间隙,形成自由电子。 (2)高电场发射:触头开断初,电场强度大,触头表面电子被强行拉出。 (3)碰撞游离:高速电子碰撞中性质点,使中性质点变成正离子和自由电子,当离子浓度足够大时,介质击穿产生电弧。 (4)热游离:电弧中心温度高达10000摄氏度,电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。 最初的游离方式

29、:热电发射。 维持电弧主要靠:碰撞游离产生电弧 热游离维持电弧。 2、使电弧熄灭的条件是什么?熄灭电弧的去游离方式有哪些?开关电器中有哪些常用的灭弧方法电弧熄灭的条件:去游离率游离率 熄灭电弧的去游离方式: 正负带电质点的“复合”,重新成为中性质点 正负带电质点的“扩散”,使电弧区带电质点减少 开关电器中常用的灭弧方法 速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法 、SF6灭弧法。 3、高压隔离开关有哪些功能?有哪些结构特点? 隔离高压电源、保证设备和线路的安全检修。断开后有明显可见的断开间隙,没有专门的灭弧装置,不允许带负荷操作,可以通断不超过2

30、A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路,与高压断路器配合使用。 4、高压负荷开关有哪些功能?它可装设什么保护装置?它靠什么来进行短路保护功能:具有简单的灭弧装置,能通断一定的负荷电流和过负荷电流。 可装设热脱扣器保护装置,它与高压熔断器串联使用,借助熔断器来进行短路保护。 5、高压断路器有哪些功能功能:能通断负荷电流和短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。 6、熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高低压断路器及低压刀开关在选择时,哪些需校验断流能力?哪些需校验短路动、热稳定度校验断流能力:熔断器、高压负荷开关、高低压断路器、低压刀开关。 校验短路动、热稳定度:高压隔离开关

31、、高压负荷开关、高低压断路器。 7、工厂或车间变电所的主变压器台数如何确定?主变压器容量又如何确定台数选择:满足用电负荷对供电可靠性的要求,对季节性负荷或昼夜负荷变动较大,采用经济运行方式。一般车间变电所采用一台,应考虑欠负荷的发展,有一定余地。 主变压器容量的选择:装设一台主变压器装设两台主变压器 车间变电所单台变容量上限:1000KVA或1250KVA 8、电力变压器并列运行必须满足哪些条件(1)变压器的一、二次额定电压必须对应相等。 (2)变压器的阻抗电压(短路电压)必须相等。 (3)变压器的连接组别必须相同。 (4)变压器的容量尽量相同或相近,最大容量与最小容量之比不超过3:1。 9、电流互感器和电压互感器使用时注意事项?电流互感器使用注意事项: (1) 工作时二次侧不得开路, (2) 二次侧有一端必须接地, (3) 电流互感器在连接时,要注意其端子的极性。电压互感器的使用注意事项: (1) 工作时二次侧不得短路, (2) 二次侧有端必须接地, (3) 互感器在连接时注意其端子的极性。 10、对工厂变配电所