论工厂电力线路及低压系统

论工厂电力线路及低压系统1.工厂电力负荷的计算及意义1.1负荷计算的目的工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统共给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企业安全可靠供电的重要前提。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学的依据。1.2负荷计算的方法一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。1.3按需要系数法确定负荷计算[1]A.确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式:a.有功计算负荷(KW)30P=exPK；式中，xK为用电设备组或用电单位的需要系数；eP为用电设备组或用电单位的总设备容量；b.无功计算负荷KvartanPQ3030式中，tan为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值；c.视在计算负荷(KV·A)cosPS3030；d.计算电流(A)N3030U3SI式中NU为用电设备组或用电单位供电电压额定值(KV)。B.确定多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷的公式:a.有功计算负荷(KW)30P=i30PPK式中，i30P为各组的计算负荷(KW)；PK为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取PK=0.85～0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取PK=0.8～0.9；b.无功计算负荷Kvari3030QqKQ式中，i30Q为各组无功计算负荷(Kvar)；qK为无功负荷同时系数,由设备组计算车间配电干线负荷时可取qK=0.9～0.97，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取qK=0.85～0.95；c.视在计算负荷(KV·A)230230230QPS；d.计算电流(A)N3030U3SI式中NU为用电设备电压额定值(KV)；e.无功补偿公式)tantan(PQ2130C补偿前1cos=0.85,1tan=0.62补偿后2cos=0.95,2tan=0.33。1.4尖峰电流尖峰电流是指持续时间只1~2s左右的短时最大负荷电流，它对导线和电器设备有很大的损害作用，一般用来作为选择校验熔断器、自动开关、断路器等设备的依据。2.短路电流的形成，危害，计算方法及应用2.1短路的概述“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地接触。电器设备载流部分绝缘损坏是形成短路的主要原因，它带来的危害也是相当严重的。后果：（1）损坏电气设备：短路电路要产生很大的电动力和很高的温度，可使故障设备造成严重的损坏，并可能损坏电路其它设备。（2）造成停电事故：由于电路中装设有短路保护装置，因此在电路短路时，将使得短路电路断开，从而造成停电。短路点越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失越大。（3）引起电压骤降：短路时电压要骤降，从而严重影响电气设备的运行。电压的严重下降，还可能破坏各发电厂并列运行的稳定性，使得并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。（4）造成电磁干扰：不对称短路电流产生的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生严重的干扰，影响其正常运行，甚至可能造成误动作。进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路故障引起的发热效应和电动理效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据。为了校验各种电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。2.2短路电流的计算[2]2.2.1短路计算的相关公式（表2.1）有名值与标幺值换算公式参数名称有名值标幺值说明功率SdSSS一般取Sd=100MVA电压UdUUU一般取Ud=Uev电流IdIIIdddU3SI电抗XdXXX=2ddUXSX是以Sd为基准容量的标幺值变压器电抗N2NKT100SU%UXNdkT100SS%UX线路电抗LXX1L2dd1LULSXX1X为线路每公里电抗值电抗器电抗NNRRI3100U%XX2dNdNRRUIS3U100%XXRX%为电抗器铭牌上的数值系统等值电抗K2NSSUXNKdKdSUI3SSSXKS（MVA）KI（KA）KS为某点短路容量，kI为该点的三相短路电流电动机电抗N2NK''MSU100%UXNSTd''MSKSXSTK为启动电流倍数根据经验值，一般6KV电压级的基准数据如下示：dS=100MVA；dU=avU；基准电压为6.3KV；基准电抗为0.397；基准电流为9.16KA高压网络中对于无穷大电源系统三相短路标幺值法计算公式：X1IIIt''X为系统电源到短路点间的总阻抗；dd''U3SX1II（KA）dU为短路点处的平均电压，''I为次暂态短路电流；''KS=3N''UI（MVA）；''shshIk2i（KA）shi为冲击电流，shk为短路电流冲击系数；低压配电网络中短路电流的计算（1）高压侧系统的的等值电抗配电变压器容量较小，阻抗值较大，一般可认为短路时其高压侧母线电压保持不变，即为无穷大电源系统。可据下式算出系统的等值阻抗（折算到400V侧）：；；；m995Z.0X1X.0RmS400ZSSSSK2SkS配电变压侧短路容量，KVA（2）变压器的阻抗mRZXm100SU%UZmSUPR2T2TTN2NKT2N2NKT；；式中，KP的单位为KW；NU的单位为V；NS的单位为KVA（3）低压电网内电阻值较大，不能略去。用22XRZ来代替计算中的电抗X。（4）一般采用标幺值法或有名值计算比较简便。采用有名值计算时电压单位用V，电流用KA，容量用KVA，阻抗用m。有关计算公式）（）（’‘）（；3K2K22avav3K866I.0IXR3UZ3UIII式中，Z为短路回路每相的总阻抗，m；R、X分别为短路回路每相的总电阻、总电抗，m；avU为平均额定线电压，V。3.工厂电力线路接线方式，结构和敷设方式，导线电缆的选取及校验条件3.1工厂电力线路连接方式（1）高压线路的接线方式放射式(radiotype)、树干式(trunttype)、环形(ringliketype)等基本接线方式。A放射式接线：优点：线路之间互不影响，供电可靠性较高，便于装设自动装置，保护装置也很简单。缺点：高压开关设备用的较多，每台高压断路器须装设一个高压开关柜，使投资增加。B树干式接线优点：减少线路的有色金属消耗量；采用高压开关数少，投资少。缺点：供电可靠性较低。C环行接线实际上是两端供电的树干式接线。（2）低压线路的接线方式A放射式接线优点：线路发生故障时互不影响，因此供电可靠性较高。缺点：有色金属消耗量较多，采用开关设备较多。适用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。B树干式接线优点：有色金属消耗量少，采用的开关设备较少。缺点：供电可靠性较差。适用于供电容量较小、分布较均匀的用电设备。3.2工厂电力线路的结构和敷设（1）架空线路的结构和敷设优点：架空线路与电缆线路相比，成本低，投资少，安装容易、维护和检修方便，易于发现和排除故障等。缺点：易受雷击和污垢空气的危害，占用一定的地面和空间，有碍交通和观瞻。A架空线路的导线导线是线路的主体，担负着输送电能的功能。要求：必须有良好的导电性，要具有一定的机械强度和耐腐蚀性，尽可能的质轻而价廉。导线的材质有：铜、铝、钢。铜的导电性最好，机械强度也相当高，但是贵重金属，价格高，应尽量少用。铝的机械强度较差，导电性能较好，且质轻价廉，因此，用的较多。钢的机械强度大，但导电性能差功耗大，一般只作避雷线使用。架空线一般采用裸导线。分类：单股线、多股绞线：铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线。钢芯铝绞线：芯线是钢线，增加导线的抗拉强度；外围用铝线，增加导电性能。（LGJ）。B电杆、横担和拉线电杆是支持导线的支柱。要求：有足够的机械强度，经久耐用，价廉、便于搬运和安装。按其材料分：木杆、水泥杆、铁塔。工厂用水泥杆最多。按在架空线路中的地位和功能分：直线杆、分段杆、转角杆、跨越杆、分支杆。横担：安装在电杆上部，用来安装绝缘子以架设导线。常用的有木横担、铁横担、瓷横担。C线路绝缘子和金具绝缘子又称瓷瓶。用来将导线固定在电杆上，并使导线与电杆绝缘。分低压和高压。线路金具是用来连接导线、安装横担和绝缘子的金属附件。D架空线路的敷设敷设的要求和路径的选择选择架空线路的路径时的原则：路径要短，转角尽量地少。尽量避开河洼和雨水冲刷地带、不良地质条区及易燃易爆等危险场所。不应引起机耕、交通和人行困难。不宜跨越房屋，应与建筑物保持一定距离。应与工厂和城镇的总体规划协调配合，并适当考虑今后的发展。架空线路的档距、弧垂及其他距离：架空线路的档距（有称跨距），是指同一线路上相邻两根电干之间的水平距离。架空线路的弧垂（又称弛垂），是指架空线路一个挡距内导线最低点与两端电杆上导线悬挂点之间的垂直距离，架空线路的线间距离、档距、导线对地面和水面的最小距离、架空线路与各种设施接近和交叉的最小距离等。（2）电缆线路的结构和敷设电缆线路与架空线路相比，具有成本高、投资大、维修不便等缺点，但是电缆电路具有运行可靠，不易受外界影响、不需要架设电杆、不碍观瞻等优点。特别是在有腐蚀性气体和易燃易爆场所，不宜架设架空线时，只有敷设电缆线路。（3）车间线路的结构和敷设车间线路，包括室内配电线路和室外配电线路。室内配电线路大多采用绝缘导线，但配电干线则采用裸导线（母线），室外配电线路指沿车间外墙或屋檐敷设的低压配电线路，都采用绝缘导线。3.3导线电缆的选取及校验条件[3]导线和电缆截面选择计算的条件：为保证供电系统安全、可靠、优质经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：（1）发热条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度不应超过其正常运行时的最高允许温度。（2）电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流既计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时的电压损耗。（3）经济电流密度（4）机械强度根据设计经验，一般20KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。低压照明电路，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。A按发热条件来选择导线和电缆的截面（一）三相系统相线截面的选择[4]导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量不小于通过相线的计算电流即导线的允许载流量，在规定的环境温度下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。如果环境温度偏差较大时，考虑温度校正系数：（二）中性线和保护线截面的选择30IIal0'0alalK1、中性线（N线）截面的选择（1）一般三相四线制线路的中性线截面：应不小于相线截面的50%（2）两相三线线路及单相线路的中性线截面：由于中性线电流与相线电流相等，因此其中性线截面应与相线截面相等。（3）三次谐波电流突出的三相四线线路的中性线截面2、保护线(PE线)截面的选择保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度,截面不同要求不同。3、保护中性线(PEN线)截面的选择保护中性线兼有保护线和