工厂供电 第四章工业企业变电站及供电网络

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 工业企业变电站及供电网络,要点：围绕工厂内部供电系统，着重讨论,变电站,、,企业供电网络,的各种,接线方式,：,变压器台数、容量的选择,原则和方法，,导线电缆截面选择,，,高压电气设备选择,。,第四章 工业企业变电站及供电网络,工业企业变电站,变电站位置和数量的确定原则,变电站的主要电气设备,变电站的主结线,变电站的变压器容量和台数的选择,变压器台数的选择原则,变压器容量选择,4.2.3 变压器的经济运行,第四章 工业企业变电站及供电网络,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.1 工业企业供电网络的组成和特点,4.3.2 对工业企业电力网路的基本要求,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,供电网路导线和电缆选择的原则,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,4.6 按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.7 高压电气设备选择与校验,第四章 工业企业变电站及供电网络,工业企业变电站,变电站位置和数量的确定原则,工业企业变电站组成：企业总降压变电站、车间变（配）电站和变流站等。,第四章 工业企业,变电站,及,供电网络,变电站位置和数量的确定原则,（1）变电站的位置确定原则：,选择在负荷中心,。减少配电线长度及导线截面，降低有色金属及年电能消耗。,线路进出方便。,运输条件好,。便于变压器和电气设备的搬运。,远离剧烈震动的大型设备和车间,（如锻造车间）。,地下水位较低的场所,。防止电缆沟内出现积水。,各种污染源的上风侧,（如化工厂、烟囱、烧结厂等）。防止因空气污秽引起电气设备的绝缘水平降低。,与其他建筑物保持足够的,防火间距,；,有,扩建和发展的余地。,工业企业变电站,（2）变电站的数量确定原则：,总降压变电站,设,一个总降压变电站,车间和厂房布局比较集中。但要考虑一级负荷的备用电源问题。,设,二个或二个以上总降压变电站,两个或两个以上集中大负荷，且彼此之间相距较远时。,车间变（配）电站,根据车间负荷的大小、负荷级别及相邻车间的距离等因素全面考虑。,变电站位置和数量的确定原则,4.1.2 变电站的主要电气设备,电力变压器,变电站的核心,高压断路器,闭合和开断电路的设备。由于有熄灭电,弧的机构，所以用于通断短路故障电流。,隔离开关,隔离电压的作用，保证设备检修时与电源,系统隔离，没有熄弧机构，不能切负荷，,必须与高压断路器配合使用,。,隔离开关与断路器的操作顺序：,断电时，先断路器，后隔离开关,合闸时，先隔离开关，后断路器,工业企业变电站,QS 隔离开关,QF1断路器,S11-MR-301000/10系列三相卷铁心全密封配电变压器,开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。 610kv多用。,开关触头在 SF,6,气体中 闭合和断开。 SF,6,气体兼有灭弧和绝缘功能。灭弧能力强，属高速断路器。断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。,型户外交流高压六氟化硫断路器,开关触头在真空的容器内 闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险,。,由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置,。,ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器,闸刀式隔离开关,负荷开关,介于隔离开关与高压断路器之间的开关设备；结构上与,隔离开关相似，但具有特殊的,灭弧装置；能断开相应的负荷,电流，不能切断短路电流。通常与高压熔断器配合使用（利,用熔断器断短路电流）用于次要网络系统（10KV以下）。,母线,汇集和分配电流的主要环节。分为：,钢心铝绞线（户外）；,矩形铝（或铜）排（户内）。,电流互感器及电压互感器,供计量检测仪表的继电保护装置使用,电流互感器变流（通常二次为5A),电压互感器变压（通常二次为100V）,工业企业变电站,4.1.2 变电站的主要电气设备,型户内交流高压真空负荷开关熔断器组合电器,电流互感器,电压互感器,三相电压互感器 单相电压互感器,母线,其它：,高压开关柜,电容器功率补偿；,避雷器防雷击；,继电保护装置各种变压器、线路保护；,计量仪表电度、电压、电流、频率、功率因数。,工业企业变电站,4.1.2 变电站的主要电气设备,GG-1A(F)型固定式高压开关设备,XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备,KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备,高压电容器与电容器柜,工业企业变电站,高压避雷器,工业企业变电站,变电站的主结线,变电站的主结线,组成：,电力变压器,、,高压断路器,、,隔离开关,、,母线,、,电流互感器和电压互感器,及,连接导线,。,目的：,接受和分配电能。,基本要求：,（1）根据负荷等级要求保证供电的可靠性,。,（2）力求简单、运行灵活、操作安全方便，避,免运行人员误操作。,（3）应使投资最省，运行费用最少。,（4）具有发展的可能性,。,工业企业变电站,变电站的主结线,变电站的主结线,4.1.3.1 总降压变电站主结线,（1）线路变压器组单元结线,适用于：,供电电源只有一回线路，,变电站装设一台变压器，,三级负荷的变电站。,主结线图：,工业企业变电站,电源侧：,由双侧隔离开关的线路,、断路器QF1送电。,变压器高压侧：,只装一组隔离开关,，具有切断变压器空载电流的能力；,条件：供电线路较短，,电源侧继电器保护装置,反应变压器内部及其低压侧的短路故障，且灵敏度亦满足要求。,图41 线路变压器单元主结线,变压器,低压侧,变压器,高压侧,QS 隔离开关,电源侧,QF1断路器,QS,QS,QF,QS,QS,FU,QF2,工业企业变电站,变电站的主结线, 装一组高压熔断器，切断短路电流。,条件：系统短路电流小。, 装设高压断路器、隔离开关,条件：高压熔断器不能满足切开短路电流的要求，同,时考虑运行操作上的方便。,变压器低压侧：,通过,断路器接至单母线,，向各配出负荷供电。,优点：结线简单，使用设备少。,缺点：当发生短路或任一高压设备检修时全部负荷,停电。,工业企业变电站,变电站的主结线,QS,FU,QF2,QF,QS,变电站停送电规程：,停电过程：,先停低压侧断路器、隔离器开关 再停高压,侧断路器、隔离开关。,送电过程：,先送高压侧隔离开关，断路器，再送低压侧,隔离开关，断路器。,（2）桥式结线,适用：企业总降压变电站,两回,电源线路供电，装设,两台,变压器。,由于可保证对一、二级负荷的可靠供电，所以被,广泛采用。,内桥式主结线,如图4-2所示,工业企业变电站,变电站的主结线,内桥式主结线,实际是利用桥接断路器QF5将,两个线路变压器组单元结线,连接起来。,所谓内桥式主结线，即,桥接,断,路器QF5位于线路断路器，QF1,和QF2的内侧，并靠近变压器。,优点：提高了线路运行的灵活性，增强了变电站供电的可靠性。,图42 内桥式主结线,电源进线,QS1,QF1,QS3,QS5,QF3,QS7,QS11,QS12,QF6,QS2,QF2,QS4,QS6,QF4,QS8,QS9,QS10,QF5,T1,T2,电源进线,工业企业变电站,变电站的主结线,例：线路 ，检修或故障时，断开QF1，变压器T由线,路 经断路器QF2和桥接断路器QF5继续供电。,缺点：,检修线路断路器QF1或QF2时系统只能有一路电源,进线供电。不满足一级负荷的供电要求。,内桥主线结线方式适用于：,进线线路较长,，因而故障与检修机会较多，,变电站负荷比较平稳，因而其,变压器不经常切换,的,总降压变电站。,（,因为企业总降压变电所正常运行时是一台变压器工作，且使,用一个电源进线。如果负荷变化，需要投入另一台变压器时，只能,通过QF5，而变压器的保护是,由QF1和QF2完成的，QF5并不能可靠保,护,）,工业企业变电站,变电站的主结线,外桥式主结线,桥接断路器QF5跨接,在线路断器QF1和QF2,的外侧。,适用场合：,进线线路较短，故,障与检修机会较少,的总降压变电站。,变电站的负荷变化,较大，变压器需经,常切换的总降压变电,站。,QS1,QF1,QF3,QS5,QF2,QF4,QS6,QF5,T1,T2,QS3,QS7,QS8,QS2,电源进线,QS4,图43 外桥式主结线,电源进线,工业企业变电站,变电站的主结线,（由于QF5在QF1、 QF2的外侧，因此，两台变压器都投入时，,QF1，QF2会分别保护相应的变压器）, 当供电系统采用环网供电，变电站的高压侧有穿越功,率时。,所谓穿越功率，即 或,由于穿越功率不通过线路断电器QF1，QF2，直接由桥,接断电器QF5转送，这对减少线路断路器的故障以及对,继电保护装置的整定极为有利。,（3）单母线分段主结线,见图44单母线分段主结线,供,供,工业企业变电站,变电站的主结线,单母线分段主结线,基本,同外桥式主结线。由于,企业总降压变电站的高,压进线还负责将进线二,电源转送到其它负荷中,，所以,在二个进线电源,侧增加两段母线。,原来的桥接断路器，现,负责二段母线的连接，,所以标为QF1分段,断路器。,图44 单母线分段主结线,QF1,电源进线,电源进线,转送负荷,转送负荷,QF2,T1,T2,一段母线,二段母线,工业企业变电站,变电站的主结线,适用于：,具有一、二级负荷，且高压侧进出线数量较多的总降压变电站。,变电站的低压侧也为单母线分段结线方式，分段断路,器QF2可合上，使两台变压器并列运行，也可断开使两,台变压器分别运行。,缺点：,当其中任一段,母线,需要检修或发生故障时，则,接于该段母线的全部进出线均将停止运行。,工业企业变电站,变电站的主结线,（4）双母线主结线,参见书中图44（P,7,0,）,特点：,各级电压的母线 均由、两组母线组成，两组母线间用母线联络断电器连接，正常运行一组母线工作，另一组,母线备用,，母线联络断路器QF1断开。,图45双母线主结线,电源进线L2,电源进线L1,T1,T2,工业企业变电站,变电站的主结线,QF1,优点：,克服上述几种主结线由于母线故障或检修而长期影响供电的缺点。,缺点：,设备较多，初投资增加，结线复杂。,4.1.3.2 车间变电站主结线,车间变电站的主结线由车间的负荷性质及生产工艺要求决定。,一般采用：,线路一变压器组,、,单母线,或,单母线分,段方式。,(1)线路一变压器组,只对三级负荷供电，且用电量较小的车间（同总降压变）,(2)单母线,610KV高压负荷的出线较多时， 如负荷中有一、二级负荷，则应有与其它电源相联络的线路作为备用电源。,工业企业变电站,变电站的主结线,Ttransformer,TVvoltage transformer,TAcurrent transformer,Farrester,FVvalve arrester,FPpipe arrester,图46 车间变电站,单母线,主结线,（仪用互感器）,M,电源进线,380V,高压电机,阀型避雷针,M,10KV,FU,F,TA,1TV,T1,工业企业变电站,变电站的主结线,（3）单母线分段,车间负荷中一、二级负荷比重较大，要求供电可靠高；,两回电源进线分别接于两段母线；,正常运行时母线分段断路器QF1断开。当一段母线失,去电源时自动投入分段断路器。,图47采用分段单母线的车间变电站主结线,FU,低压,T1,T1,FU,进线,进线,低压,TV1,TV2,QF1,工业企业变电站,变电站的主结线,变电站的变压器容量和台数的选择,变压器台数的选择原则,（1）,车间,变压器台数选择原则,一般生产车间，尽量装设一台。,车间的一、二级负荷比重较大 ：,应装设两台变压器；,装设一台变压器 +相邻车间联络线；,车间的负荷昼夜变化较大时，装设两台变压器,特殊场所可选用多台小容量变压器（井下变电站）,变压器台数的选择原则,（2）,企业,总降压变电站变压器台数选择原则,企业绝大部分属于三级负荷：,装设一台变压器+从邻近企业取的低压备用电源。,企业一、二级负荷占较大：,装设两台变压器，互为备用。,变电站的变压器容量和台数的选择,特殊情况下，可装设两台以上变压器。,注：当变电站仅装设一台变压器时，其容量应考虑520%的富裕，以备发展的需要。,（3）两台变压器互为备用的方式,在供电设计时，选择变压器的台数和容量，实质上就是,确定其合理的备用容量的问题,。,两台变压器，有以下两种备用方式：,明备用,运行方式：一台工作，另一台备用。,容量选择：每台均按承担100%负荷来选择。,变压器台数的选择原则,变电站的变压器容量和台数的选择,暗备用,运行方式：正常时两台变压器同时投入，每台变压器,承担50%的计算负荷,。,容量选择：,每台均按计算负荷的7080%来选择，,这样，变压器在正常运行时，负载率 ：,变压器台数的选择原则,变电站的变压器容量和台数的选择,例题：,如某企业计算负荷总容量为15000kVA，由两台变压器供,电。如以暗备用方式使用，则每台变压器承担的负荷容,量为,；每台变压器容量,。如以明,备用方式使用，则每台变压器承担的负荷容量为,；,每台变压器容量为,。,变压器台数的选择原则,变电站的变压器容量和台数的选择,变压器的额定容量,是指在规定的环境温度下，变压器在正常使用期限内能持续输出的容量（）,电力变压器使用期限,=使用寿命25年,（环境温度：最大：40,最高日平均：30）,当然变压器的使用寿命取决于其绝缘的老化速度，也就是与周围环境温度的变化以及它的负荷大小紧密相关。,变压器容量选择,变电站的变压器容量和台数的选择,变电站的变压器容量和台数的选择,以前的方法,着眼于如何充分利用变压器的过负荷能力,方面（节省投资，但电能损耗增大）。,基本原则同上 明备用 100,暗备用 50%,目前的文献,在某些情况下，把变压器的容量适当选大,些，从而达到,经济运行,的目的。,具体要通过方案比较来确定。,变压器容量选择,本节所讲述的内容涉及到一设计好的变电站，采用,何种方式运行，实际是给运行人员一操作指示。,当变电站装设两台或两台以上变压器时，就提出一个选择性问题，即变电站负荷的变化在什么范围投切变压器，使变压器运行在经济运方式。,所谓变压器的经济运行方式,指变压器在功率损耗最小情况下的运行方式，此时,电能损耗最小,，运行费用最低。,变电站的变压器容量和台数的选择,4.2.3 变压器的经济运行,4.2.3 变压器的经济运行,我们来分析一下变压器的功率损耗与其负荷的关系曲,线。有关变压器的功率损耗，我们已在第二章的第三节,做了详细的分析。不过为分析问题的方便，我们将无功损耗归算为等效的有功损耗：,变压器的空载损耗：,变压器的短路损耗：,无功功率经济当量，取,意义：单位无功损耗，相对应的有功损耗增加。,4.2.3 变压器的经济运行, 变压器的功率损耗为：,可看出 与负荷S的平方成正比，成抛物线。,（2）,二台变压器,的经济运行点,设两台变压器1T，2T，其单独运行功率损耗曲线,如图48的1、2曲线。,两条曲线相加，即得两变压器并列运行时的功率损耗曲线3。,4.2.3 变压器的经济运行,图48,2T单独运行,1T单独运行,两台并列运行,S（投入运行的容量KVA）,3,2,1,4.2.3 变压器的经济运行,从曲线看出：,SS,1,（曲线2，3的P,T,大于曲线1）,变压器1T单独运行，功率损耗最小，运行最经济。,S,1,SS,3,（曲线1，3的P,T,大于曲线2）,变压器2T单独运行，功率损耗最小，运行最经济。,S,3, 时，应再投入一台同样容量的变压器并列运行。, 退出一台变压器运行的条件,根据上面的推证,时，退出一台变压器运行，即由n1台变压器并列运行。,4.2.3 变压器的经济运行,例 某车间为三班制生产，但负荷变化悬殊，故车间变,压器装设,两台,SL,7,-1000/10型变压器,如按照变压器经,济运行原则，问车间负荷为多大时，应该投入两台变,压器并列运行。,解: 查附表1，已知SL,7,-1000/10型变压器的技术数据为：,故求得：, 是两台容量相等的变压器,且取无功功率经济当量,4.2.3 变压器的经济运行,计算得,即当车间负荷增至612KVA时，两台变压器并列运行。,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.1 工业企业,供电网络,的组成和特点,工业企业,供电系统,的组成,：,外部送电线路（1），企业总降压变电站（2），,企业内部高低压网路（3，5），车间变电站（4）., 工业企业,供电网路,主要包括：,外部供电线路 35110KV,高压进线,高压配电网路 610KV,向车间变电所或高压设备供电,4,3,5,2,1,4.3 工业企业供电网路的结线方式,低压配电网路 220/380V,向车间低压设备供电, 工业企业供电网路构成：,按,结构,分为： 架空线路，电缆线路,按,布置,形式分为： 开式电网，闭式电网,（应用较多）,按,结线,方式分为： 放射式，树干式或环式, 特点：企业供电网络与电力系统相比：,供电范围小，配电距离短，输送容量小。,就实质来说相似，故两者计算方法也相似。,4.3.1 工业企业,供电网络,的组成和特点,4.3.2 对工业企业电力网路的基本要求,设计工业企业电力网时，应注意下面几个基本要求:,1供电可靠性,-说明一个供电系统不间断供电的可靠程度 ，应与,负荷等级,相适应，不应盲目地强调供电可靠性。,在设计网路的结构方式时，除保安负荷外，不应考虑两个电源回路同时检修或发生事故。,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.2 对工业企业电力网路的基本要求,2操作简单方便，运行安全灵活,便于倒闸操作、检查、和修理；,应尽量简化结线，减少供电层次。对于同一电压等级的高压网路，供电层次一般不超过两极,（下图超2级）,。,3运行经济,高压线路应尽可能深入负荷中心。,4其它 应保证便于将来发展, 考虑正常生产、检修和事故时的负荷分配, 环境允许，尽可能采用架空线,4.3 工业企业供电网路的结线方式,总降变,610KV,车间变,380V,35KV,110KV,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,结线方式原则上有三种：放射式；树干式；环式。,下面以高压配电线路为例，简要介绍其特点:,1. 放射式线路,有三种：单回路放射式；双回路放射式；有公共备用干线的放射式, 单回路放射式线路：,企业总降压变电站（或中央配电站）610KV母线上引出的每一条回路直接向一个车间变电站（或用电中心）配电，,沿线不接其它负荷,；,各车间变电站之间也无联系。,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,图49 610KV单回路放射式线路,优点：线路敷设简单，维护简便。,保护装置简化，便于实现自动化。,缺点：总降压变电站配出线较多。,采用架空线，出线困难。,线路或开关设备故障，线路上的全部负荷停电，,供电可靠性差。,总降变,610KV,车间变,不接其它负荷,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式, 双回路放射式配电,针对上述的缺点3，,再加一条回路为车间变供电,优点：任一条线路发生,故障或检修时，,另一线路继续供,电，可靠性高。,缺,点：,总降压变电站,（a） 二、三级负荷供电,配出线较多。,采用架空线，,出线困难。,（b） 一级负荷供电,610KV,QS,220/380V,610KV,QF,220/380V,自动切换,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,公共备用干线的放射式线路,在单回路放射式基础上，为,每个车间连接一个公共的备用干线。,优点：与方式,比较出,口线减少。,610KV,备用,干线,220/380V,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,2树干式线路,二种方式:直接联线树干式，串联型树干式,直接联线树干式由总降压变电站引出的每路高压配电干线，沿车间厂房敷设，从干线上直接接出分支线引入车间变电站。,优点：高压柜少，出线简单，,干线数目少，节省投资。,缺点：断路器QF或线路上任何,地方发生故障或检修，,全停电。,因此要求:分支数目限制,在5个以内，每台变压器,容量小于。,610KV,QF,车间1,车间2,车间3,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式, 串联树干式线路,干线进入每个车间变电站，联于母线N上，然后再引出，干线的进出侧均安装隔离开关。,优点：可以缩小停电范围,例：3号车间变电站,附近线路,上（N点）,发生故障，干线始端,断路器QF跳闸。找到,故障点N后，拉开隔离,器QS4，就可继续供电。,母线N,QF,QS3,QS4,1,2,3,4.3 工业企业供电网路的结线方式,4.3.3 工业企业电力网络的结线方式,3环式线路：,是串联型树干线路的改进：把,两路串联型树干线路联络起来就构成了环式线路,。,优点：运,行,灵活,干线上的任何地方发生故障,时,，,找到故障段，拉开,两侧隔离开，,把故障段切除后其它车间可迅速,供电。,运行方式：,开环,一般采用的方式,（开环点,选择在什么地方最合理,要通过计算分析计算确,定),闭环,继电保护整定较复杂,。,QF1,QS3,QS4,1,2,QF2,QS5,QS6,3,4,4.3 工业企业供电网路的结线方式,供电网路导线和电缆选择的原则,导线和电缆选择是工业企业供电网路设计中的一个重要组成部分,，因为它们是供电网路的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。,导线和电缆的选择内容包括,两方面,：,确定其结构、型号、使用环境和敷设方式。,选择导线和电缆的截面（本节讨论的问题）,选择导线和电缆截面时，必须考虑的几个因素也是我们的,选择原则,（1）发热问题：电流通过导线或电缆时引起发热，从而,使,其温度升高，当通过的电流,超过其允许电流,时，将使绝缘线和电缆的绝缘加速老化，严重时将烧毁导线或电缆。,引出：,按导线或电缆的允许载流量来选择其截面,。,供电网路导线和电缆选择的原则,（2）电压损失问题：,导线（电缆）截面大小其电阻、电抗不同，电流通过导线时在线路的电阻和电抗产生电压损失。,电压不足引起电动机的转距大大降低（交流机转距正 比电压平方）,电压过高引起电动机的起动电流增加,引出：,根据线路的允许电压损失,选择,导线和电缆的截面,根据已知截面,校验,线路的电压损失是否超出允许范围。,（3）架空线路的机械强度,架空线路经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，因此必须有足够的机械强度。,引出：,按照机械强度条件选择,2008年1月10日 开始南方18省大雪,电网被冻，无法重新开闸，因为高压线路被冰凌冻住后通电即刻短路、导致火车停运（停运的都是电力机车），运输瘫痪，使得煤炭运输无法到达发电企业煤库，无法发电，也使数以亿计的民工无法返家过年。,供电网路导线和电缆选择的原则,（4）经济条件,导线和电缆截面的大小，直接影响网络的初投资及其电能损耗的大小。,截面小电能损耗增大，投资小,截面大电能损耗减小，投资大,引出：,按经济电流密度来选择导线和电缆的截面,综上所述，根据导线和电缆的实际运行情况提出4种选择方案，下面几节分别介绍这些方案的具体内容。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许,载,流量选择导线和电缆的截面,供电回路的基本构成：,这里有如下各量：,导线允许载流量； 熔断器的熔体额定电流；,自动开关的脱扣器的整定电流； 电机的额定电流和启动电流,下面首先介绍这些量值在选择导线截面的关系：,电机,M,QF,FU,导线或电缆,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许,载,流量选择导线和电缆的截面,1.导线的,允许电流（允许持续电流）,指导线长期所能经受的电流，在此电流的作用下，导线最大温升不超过允许温升 。,可以证明,允许电流与发热有关：,电流 导体 功率损耗（电阻） 热能,被导体本身吸收，导体温度升高,散入空气中,通过,产生,变为,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,根据热平衡式，得：,最大允许持续电流（,长期工作制,）,d 导线的直径,导线的电导系数,周围环境温度（一般选25）,导线最高允许温升,K散热系数，与导线（或电缆）的截面及散热场所，敷设方式等因素有关。,（,由此看出导线的截面与允许电流 的关系。截面,，,）,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,值,多根据,试验测试,。,实际设计,查手册,，或产品指标获得。但要根据导线的实际使用情况进行,修正,。,（1） 不是25时(计算或试验取 )：,查附表15,（2）,重复短时负荷即一个工作,周,期10min,且工作时间,情况1：对截面6mm,2,铜线,：,对截面10mm,2,铝线：,用电设备暂载率,（表明：同截面的导线电缆用于此种负荷情况下，允许的持续电流可提高）。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,情况2：对截面,6mm,2,铜线,：,对截面10mm,2,铝线：,因其发热时间常数较小，温升较快，故其允许电流按长期工作制计算。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,2.熔断器的选择,熔断器的组成及工作原理,1）熔断器由两部分组成：,熔管固定熔体，熔体断开时灭弧,熔丝线路短路保护，过负荷保护（照明）,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,2）,工作原理：,通过熔体的电流超过其,熔体值的倍数愈大，其,熔断时间愈短，反之，,熔断时间愈长。,利用熔丝熔断来切断电,路，实现保护。,熔断器的,安秒特性,熔断器熔体的选择,必须满足下列两个条件：,熔体在线路或电动机,正常工作时不应熔断,，即,4,50,20,8,100,12,20,16,熔断电流(A),熔断时间(S),I,NF,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,正常运行时流经熔体的工作电流,单台电机支线：,干线：,熔体在电动机,启动时不应熔断,a）,对于,单台电动机,支线，应满足：,电动机,启动电流,躲开电动机启动电流的,计算系数,（查表43）,。,（,2,）,与熔体材料,、,熔体电流,、,电机轻重载启动方式有关,。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,例4-1：轻载启动电机，,则熔体在电动机启动期间就不会熔断，,因为,熔体必须历,时8S才能熔断，而此时电机已启动完毕。,（重载启动1520S）,b）,对于,配电干线,熔体在,尖峰电流,的作用下不应熔断 (PK-peak),所有电动机的计算电流(A),启动电流值最大的一台电动机的,额定电流,（A）,启动电流值最大的一台电动机的启动电流倍数,最后,选择熔体额定电流，按,、两计算结果最大者选择.,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,3、按发热条件选择导线和电缆的截面,分4步：,（1）计算线路计算负荷,（2）,选择熔断器或自动开关的额定电流：,（3）,导,线和电缆在正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁。,即根据 查表选择一个,导线截面S,，使其满足：,（发热条件）,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,电机,M,QF,FU,导线或电缆,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,（4）,考虑与熔断器或自动开关等保护装置之间的,配合问题,（由于熔断器的选择考虑,电机等大型设备,启动，使其选择过大，当线路过载或短路，不能及时断路，有可能使导线烧损。为避免此种情况出现，导线截面选择大一些，即提高导线的允许电流，使线路故障时，在熔断器保护起作用之前，不致导线烧损）,计算系数 查表44（P,85,）,按（3）、（4）两条件选择，取两者较大者为所选的导线截面。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,例42某车间的部分供电系统如下图所示。各用电设备组及干线上的负荷如下表所示。,试选择支线和干线的导线截面。,支线,干线,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,FU,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,用电设备组的电动机,干 线,4台7.5KW电动机,（启动电流倍数）,2台5.5KW电动机,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,导线截面额定电流/电流密度,电机额定电流额定功率2,启动电流额定电流（67）,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,导线的第一项选择已确定：,型号：所有线路采用BLV铝芯塑料绝缘线,敷设方式：干线明设，电动机支线穿管敷设,使用环境：车间内空气温度25。,另：所有熔断器均选RTO型号，,查表43 支线： 2.5,干线： 3.5,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,解：,1支线截面及熔体的额定电流的选择,1）电动机支线。,（1）熔体的额定电流的选择, 按大于电机正常工作电流选择, 按躲过电机启动电流选择,选用,(按产品标准值选择),（2）支线的导线截面选择, 按发热选择,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,查资料选, 按与熔体额定电流相配合选择,（表44中规定）,故满足要求。结果：,2）电动机支线,（1） 熔体的额定电流：, 选择,（2）支线的导线截面选择,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面, 根据 ， 选 ，,其, 根据,故满足要求,结果,2干线截面及熔体的选择,B段干线的计算电流,（1）熔体电流的选择,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.1 按允许载流量选择导线和电缆的截面,本例中可选,但按照干线熔断器与支线熔断器在支线短路时有选择性保护，即支线短路应先断支线，而不应断干线，所有它们的,额定电流都大于二级以上的规定,，最终选择,（,电机） （电机）,（2）干线导线截面选择, 根据,查资料，选择S=10mm,2,的导线，其,（规定值）,（如果按I,NF,=100A选择则说明 或S选择的不合适，应选大的。）,结果：,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,从前面所讲述的方法看出，选择的导线截面越大,R和X越小，允许电流越大，导线发热可能性越小,电能损耗越小，并且电压损耗越小，实际上我们,所做的选择是下限。,但是，导线截面也不能无限大，因为电能损耗费用低的同时，增加了线路的投资及维护、检修费用，因此导线的选择也,有一个上限,，这就是我们本节所讲的经济截面。,我们把两者的关系用曲线表示如下：,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,年运行费率,曲线1,线路的投资,（或称为年,折旧率，即国家为积累更,新设备的资金,而每年提,取,的折旧费）及,年维护,和检,修费,。,随截面的增加而增加,曲线2线路的,年电能损耗费用,随截面,的增加而减少,；,曲线3曲线1和曲线2的合成，即,年运行费用,。,从曲线3看出，有一个较低点，满足电能损耗低，且,投资维护和检修,费,也较低，这一点所对应的截面，称为,经济截面,3,2,1,S,导线截面,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,观察曲线3发现 处比较平坦，即截面比 稍大或稍小时，年运行费用变化不大，为减少投资，选用比,小一些最好，所以 才是,最经济合理的截面。,要想,确定,需要知道很多准确数据，例如电能成本,、,折旧率,、,维护检修费,率、导线价格等。因此这项工作一般由国家有关部门统一来做。,在工程计算上，我们要考虑这样两个问题。,1企业性质、规模不同，其负荷情况不同，因此，不可能对应每一种负荷给出一个经济截面，但是，我们可给出,经济电流密度：,-单位面积（ ）上的经济电流（A）,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,这样，根据我们的线路最大计算负荷 ，利用公式：, 经济截面,计算负荷, 经济电流密度,2同样最大负荷 下一年中通过的,最大负荷的时间不同，其电能损耗费用也不同,。,即随着最大负荷利用小时 的增加，曲线2向上移，因此曲线3也向上移。则 值也增大， 也减小，也就是说对于 大的负荷要选择再大一点的导线截面，以减小电能损耗费用。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.5.2 按经济电流密度选择导线和电缆的面积,根据上述两种因素，得出,按经济电流密度选择导线和电缆的截面的方法：, 已知线路最大负荷电流（即计算电流），及用户的种类和性质。, 根据用户种类和性质查表46或有关资料，得到, 根据 ，及导线材料查表45，得到相应的, 利用公式 计算导线的截面。,4.5 按允许载流量和经济电流密度选择的电缆的截面,4.6 按允许电压损失选择导线和电缆的截面,在讲述按允许电压损失选择导线截面之前，必须先知道有关电压损失的一些基本概念和定义。,电压降落、电压损失和电压偏移,概念,1.电压降落,指电网两端电压，,即始端电压,和终端电压,的,向量差,。,2.电压损失,指线路两端电压的,代数差,（由于dc很小）,I,始端,终端,图415电压降落与电压损失的示意图,电压降落、电压损失和电压偏移,概念,如以百分数表示则：,3电压偏移,指网路中任一点（一般指终点）的,实际电压与电网额定电压的代数差,，以百分数表示为：,U所标注点的实际电压代数值。,三者的关系：, 电压降落和电压损失描述线路两端的电压变化情况。, 电压损失近似取电压降落的纵向分量（延 方向）, 电压偏移描述网络某点用电设备实际电压与额定电压,的差别。, 网路中电压损失愈大，用电设备端的电压偏移也愈大。,4.6 按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.2 电力网中电压损失的,计算,分两种情况讨论,1终端接一,集中负荷,的三相线路（,放射式线路,）,条件：由于三相交流线路中，各相负荷平衡时，各相导,线中的电流值均相等，电流与电压间的相位差亦相同，故：,计算其一相的电压损失，再按一般方法换算成线电压,损失。,图416 集中负荷的三相线路,始端,终端,4.6.2 电力网中电压损失的计算, 电流I滞后 角,滞后 角,电压 和 相差, 从图中看出,电压降落：,电压损失：,相电压矢量图（感性负载）,电压损失,4.6.2 电力网中电压损失的计算,AC的计算较复杂，而DC很短，所以认为,即：每相的电压损失为：,将电压降落向量分解为：,电阻上的压降RI和电感上的压降XI,由图中可看出：, 每相电压损失为：,换算成线电压损失为：,如果负荷以三相功率形式表达，则由于,4.6.2 电力网中电压损失的计算,在实际计算中，常采用线路的额定电压 来代替 ，,（误差极小）,，,故：,P,Q负荷的三相有功和无功（KW，Kvar）,R,X线路的电阻和电抗（ ）,线电压损失（,V,）,线路的额定电压,（,KV,）,4.6.2 电力网中电压损失的计算,2负荷的树干式线路,计算方法：, 按,集中负荷,电压损失计算公式计算,各段干线线,路,的电压损失。, 总的电压损失为各段干线电压损失之和。,各支线负荷,支线,干线,4.6.2 电力网中电压损失的计算,2负荷的树干式线路,确定各段,干线的负荷,假设各段上的功率损耗略去不计。,第一段干线：,第二段干线：,第三段干线：,4.6.2 电力网中电压损失的计算,(2) 各段干线上的电压损失,(3)总的电压损失：（设有n段干线）,（负荷以干线表示）,(4) 总的电压损失的,其它表示方法,：,4.6.2 电力网中电压损失的计算,各段负荷以,支线的负荷,表示，以本例为例：,从电源到各支线负荷间的,干线电阻和电抗,，如下图所示,4.6.2 电力网中电压损失的计算,计算电压损失用的负荷距图,4.6.2 电力网中电压损失的计算,按,电压损失百分数,表示,4.6.2 电力网中电压损失的计算,以,线路长度,和,单位长度电阻、电抗,表示, 工业企业电力电网中，线路总长不长，, 各段的截面和结构都一样,即：,每公里线路电阻和电抗,如负荷距图所示,所以有：,上二式与力学上的力矩公式相似，故通常称为,负荷距法,（,注：在计算电压损失时应用普遍，应熟练地掌握,）,此公式也用于集中负荷的三相线路，此时n=1,4.6 按允许电压损失选择导线和电缆的截面,首先，我们将电压损失计算公式分成两项：,由有功负荷及电阻引起的电压损失,由无功负荷及电抗引起的电压损失,问题求解的思路：,电压损失与导线截面,的关系,4.6.3 按允许电压损失,选择,单电源线路的,导线截面,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,导线的电阻率,导线的电导系数 铜线,铝线,S 导线的截面积,电源的频率,导线的半径,导线的相对导磁系数,三相导线间的几何均距,可看出，它们都与导线的截面有关，且有：,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,将 代入上式得,与总的负荷力矩有关,与导线材料有关,与电网电压有关,所以所谓,按允许电压损失选择线路的导线截面，就是令,允许电压损失百分数,通过求解这个方程，求解出S 。,但是，观察 的计算公式，会发现计算起来非常复杂，,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,所以我们分成两种情况，采用不同的处理方法。,1不计 时,在满足下列任一条件时， ,故可略去,（1） ，导线截面小于,，导线截面小于,（2）照明线路，因其无功负荷为零,。,（3）截面在 以下的三芯电缆（,因 小，X小）,。,的线路,功率因数高（负荷有关）,无功损耗小，故可略,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,这种情况：,令 即 或,所以,如果已知 及负荷距，便可求得导线截面,2计及 时,上述所例情况外，都应计及 。显然这种情况计算比较复杂。,工程计算采用,逐步试求法,：,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,（1）,对于610KV高压架空线路，一般,电缆线路，一般,先根据这些范围，选取一个 的平均值，这样可,根据公式：,求出值 。,（2）求,要求 （允许电压损失）,（3）由公式：,求导数的截面S，并据此选出一标准截面。,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,（4）根据所选的截面S及几何均距，从有关资料查得对应的 值，比较结果：, 与 相差不多，或, 所求得的电压损失不超过允许值,相反，按上述步骤重新计算，至到满足要求。,认为满足要求,结束计算,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,例题33.从地面变电站架设一条10KV架空线路向两个井口供电。导线采用：铝绞线，三角形布置，线间距1,。,要求：允许电压损失为5,试求：其导线的截面积,解：, 初设,则,地面变,电站,2号井口,1号井口,2km,1km,500+j200,1000+j800,KW,Kvar,KW,Kvar,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,故, 计算导线的截面：,是铝线, 选标准截面,4.6.3 按允许电压损失选择单电源线路的导线截面,从设计手册中查得,显然：, 值 与原假设值相差不大，故可用；,4.02 5, 所选截面满足电压损失的要求,4.6.4 环网的电压损失计算,（两端供电的电网）,（略）,4.6 按允许电压损失选择导线和电缆的截面,4.6.5 导线和电缆截面选择的综合分析,1。按照发热条件选择,条件： （长期允许电流应大,于或等于最大计算电流）,(与熔断器的熔体额定电流配合),的确定：, (正常工作), (单台),(干线),的确定： (A) (单台), (A) (干线),根据 Ica 查有关资料得截面S,此方法主要求电流Ica,(启动时),4.6.5 导线和电缆截面选择的综合分析,2.按照允许电压损失条件选择,方法： （忽略电抗）,（逐步试求法）,电压损失计算：,铜,铝,架空线,电缆,4.6.5 导线和电缆截面选择的综合分析,3按照经济电流密度条件选择,4按照机械强度条件选择,对架空线，所选导线的截面不小于某一最小截面，以保证导线具有足够的,机械,强度。,表41 导线最小截面 值,架空线路电压级,钢,芯铝线（mm,2,）,铝及铝合金（ mm,2,）,铜（ mm,2,）,35KV,25,35,610KV,25,35（居民区）,25（非居民）,16,1KV以下,16,16,4.6.5 导线和电缆截面选择的综合分析,下面讨论如何,运用这四种方法选择导线和电缆截面,1,对于一般工业企业,外部电源线路（线路较长，电压高）,按允许,电压损失,的条件,选择；,按,发热,和,机械强度,条件,校验；,经济电流密度,条件只作,参考,数据；,对于企业内部610KV线路（线路不长，电压高）,