供配电系统毕业设计(电气工程自动化 本科)

第1章 负荷计算

第一节.负荷概述

1.1负荷计算的内容和目的

1.1.1负荷计算的目的

电力负荷，指用电设备或用电单位，也可指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流。负荷计算的目的主要为作为按发热条件选择变压器、开关电器和导线、电缆截面以及确定补偿容量之用。

（1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷，计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等，在配电设计中通常采用30min的最大平均负荷作为发热条件选择电器或导线的依据。

（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1s左右的最大负荷电流。一般取起动电流的周期分量作为计算电压损失，电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件的依据。在效验顺动元件时，还应考虑起动电流的非周期分量。

（3）平均负荷为某段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷，平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

1.1.2负荷计算的内容

（1）计算负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用

来计算电压损失和功率损失。

（2）尖峰电流，用以效验电压波动和选择保护电器。 （3）一、二级负荷，用于确定备用电源或应急电源。

（4）季节性负荷，以经济运行条件出发，用以考虑变压器的台数和容量。

1.1.2.1负荷计算方法及选用原则

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法、单位面积功率法等几种。

1、需要系数法

用设备功率系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。当采用需要系数计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一划组。配电干线的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数。变电所或配电所的计算负荷，为各配电干线的计算负荷之和再乘以同时系数。计算变电所高压侧负荷，应加上变电所的功率损耗。

2、利用系数法

采用利用系数法求出最大负荷和平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论根据是该伦论和数理统计，因而计算结果比较接近实际。适用与各种范围的负荷计算，但计算进程稍繁。

3、单位元面积计算法

单位指针对的单位产品消耗电量度法。前两者多用于民间建筑，后者用于某

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些工业。由单位面积耗电量a和建筑面积A计算建筑照明的有功计算负荷（KW），

P30=Aa103 (1-1) 1.1.2.2需要系数法

(1)用电设备组的计算负荷及计算电流：

有功功率 P30KxPe (1-2) 无功功率 Q30P30tg (1-3) 视在功率 S30P302Q302 (1-4) 计算电流 I30S30 (1-5) 3UN(2)配电干线火车间变电所的计算负荷：

有功功率 P30=KP(KdPe) (1-6) 无功功率 Q30=Kq(KxPetg) (1-7) 视在功率 S30P302Q302 (1-8) 以上式中 Pe— 用电设备组的设备功率，KW； Kd——需要系数； UN------设备额定电压

tg——用电设备功率因子的正切值；

Kq、KP——有功功率、无功功率同时系数，分别取0.8～0.9和0.93～0.97；

Un ——用电设额定电压（线电压），KV。

(3)配电所或总降压变电所的计算负荷

车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数Kq和KP对配电所的Kp和

Kq分别取0.85～1和0.95～1，对总变电所的Kp和Kq分别取0.85～0.8和

0.93～0.97。

当简化计算的时，同时系数Kp和Kq都去Kp。

1.1.2.3利用系数法

利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，都必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，而后算出结果。 1、用电设备组在最大负荷班内的平均负荷 有功功率

PPKmP e （KW） （1-9）

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无功功率 QPPPtg （KW） （2-1） 式中 Pe—— 用电设备组的设备功率（KW）；

Km — 用电设备组在最大负荷的利用系数，从设计手册查得； tg— 用电设备组的功率因数角的正切值。 2、平均利用系数为

KavPav （2-2） Pe式中 Pav——各用电设备组平均负荷的有效功率之和，（KW）； Pe——各用电设备组的设备功率之和，（KW）。

3、用电设备组的有功台数，是将不同设备功率和工作制的用电设备台数的换

算为相同设备功率和工作制的等效值。故

(Pe)2nyx （2-3） 2P1e式中 P1e——单个用电设备的设备功率，KW； 4、计算负荷及计算电流

有功功率 PCKmPa v （KW） （2-4） 无功功率 QcKmQa v （Kvar） （2-5） 视在功率 PcPc2Qc2 （KVA） （2-6） 计算电流 ICSc （A） （2-7） 3Un式中 Un——额定电压，KV；

Km——最大系数，根据有效台数和平均利用系数，从设计手册查得； 3台及以下用电设备的计算有功功率取设备功率总和。

3台以上用电设备，而有效台数小于4时，计算有功功率取设备功率总和，再乘以系数0.9。

1.1.2.4单位面积功率法和单位指标法

1、单位面积功率（或负荷密度）法：单位面积法计算有功功率的公式为

P'eS (KW) （2-8） Pc1000式中 P'e——单位面积功率（负荷密度），W/m2； S—— 建筑面积，m2。

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2、单位指标法：单位指标计算有功功率的公式为

P'eNPc （2-9）

1000式中 P'e——单位用电指标；

N—— 单位数量。

应用以上方法计算负荷时，还应结合工程具体情况，乘以不同的同时系数。 1.1.2.5单相负荷计算

单相负荷应均衡分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加，等效三相负荷按下列方法计算： 1、 只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。 2、

只有线间负荷时，等效三相负荷Pe为：单台时取最大线间负荷的3倍

加上次最大线间负荷的（3-3）倍，即

Pe3Pab(33)Pbc1.73Pab1.27Pbc （3-1）

当 Pab=Pbc时 Pbc=3Pab （3-2） 当只有Pab时 Pe=3Pab （3-3） 式中 Pab、Pbc——接于ab,bc线间负荷，KW；

Pe—— 等效三相负荷，KW。

3、 既有线间又有相负荷时，应先将线间负荷换算为相负荷，然后各相负

荷分别相加，选取最大相负荷乘3倍作为等效三相负荷。

1.1.2.6尖峰电流的确定

对于不同性质的负荷，其尖峰电流的计算公式是不同的。

1、单台电动机、电弧炉或电焊变压器的支线，其尖峰电流Ijf为

Ijf=Kin （A） （3-4）

式中 In——电动机、电弧炉或电焊变压器一次侧额定电流，A； K——起动电流倍数，即起动电流与额定电流之比。

2、接有多台电动机的配电线路，只考虑一台电动机起动时的尖峰电路为

Ijf(KIr)maxI'c （A） （3-5）

式中 (KIr)max——起动电流为最大的一台电动机的起动电流，A； I'c——除起动电动机以外的配电线路计算电流，A。

两台以上设备的电动机有可能同时起动时，尖峰电流根据实际情况确定。

3、对于自起动的电动机组，其尖峰电流为所有参与起动的电动机的起动电流之和。

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1.1.3年电能损耗和年电能消耗量计算

1.1.3.1功率损耗计算

1、三相线路中有功功率及无功功率损耗：

有功功率损耗 P13Ic2R103 （KW） （3-6） 无功功率损耗 Q13Ic2X103 （Kvar） （3-7） 其中 RR'l;XX'l 以上式中 R——每相线路电阻，； X—— 每相线路电抗，； Ic—— 计算相电流，A；

R'、X'——线路单位长度的交流电阻及电抗，/km.

2、电力变压器的有功功率及无功功率损耗：

有功功率损耗 PTP0[ScS]2 （KW） n无功功率损耗 QTQ0[ScS]2 （Kvar） n其中 QkUK%Sn100

Q0I0%Sn100 以上式中 Sc——变压器计算负荷，KVA； Sn——变压器额定容量，KVA； P0——变压器空载有功损耗，KW；

Pk——变压器满载有功损耗，KW；

Q0——变压器空载无功损耗，Kvar； I0%——变压器空载电流占额定电流的百分数； Qk——变压器满载无功损耗,Kvar;

Uk%——变压器阻抗电压占额定电压的百分数。

当变压器负荷率不大于85%时，其功率损耗可以概略计算如下

PT0.0S1c QT0.0S5c 3、高压电动机的有功功率及无功功率损耗：

有功功率损耗 PMPn[1] （KW） 无功功率损耗

QMPMtg （Kvar） 5

3.8）

3.7）

3-8）

3-9）

4-1）

4-2）

（ （（ （（ （供配电系统毕业设计

以上式中 Pn——电动机额定功率，KW； ——电动机效率；

tg——电动机额定功率因数角的正切值。 1.1.3.2年电能损耗计算

（1）供电线路年有功电能损耗为

WLP1 （kWh） （4-3）

式中 P1——三相线路中有功功率损耗，KW；

—— 最大负荷年损耗小时数（Tmax）

（2）变压器年有功电能损耗为

ScWTP0tP[] （kWh） (4-4

Sn式中 t——变压器全年投运小时数，可取8760h.

1.1. 4用电设备的额定容量、负荷持续率及负荷系数

1．负荷持续率

负荷持续率，又称“暂载率”或“相对工作时间”，符号为ε，其定义为一个工作周期内的工作时间t与工作周期T的百分比，即

ε=

tt100%== 100% （4-5）Ttt0式中，T为工作周期（s）；t为工作周期内的工作时间（s）；t0为工作周期内的停

歇时间（s）。

同一设备，在不同的负荷持续率下运行时，其输出功率是不同的。例如某设备在ε1的设备容量是P1，那么该设备在ε2的设备容量是P2是多少呢？这应进行“等效”换算，即按同一周期内不同负荷（P1或P2）下造成相同的热量损耗条件来进行换算。

假设设备的内阻为R，则电流I通过设备在t时间内产生的热量为I2Rt。因此在R不变而产生的热量相同的条件下，I ∝ 1/t。又电压相同时，设备容量

P ∝I。而由前面式（1-1）可知，同一周期内的负荷持续率ε∝ t。由此可得 P ∝ 1/，即设备容量与负荷持续率的二次方根成反比关系，因此 P2==P1

12 （ 4-6）

2、用电设备的额定容量

用电设备的额定容量，是指用电设备在额定电压下的总输出功率。

（1）对电机、电灯和电炉等设备，额定容量均用有功功率PN表示，单位为瓦（W）或千瓦（KW）。

（2）对变压器、互感器和电焊机等设备，额定容量一般用视在功率表示，单位为伏安（VA）或千伏安（kV·A）。

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（3）对电容器类设备，其额定容量则用无功功率表示，单位为乏（var）或千乏（kvar）。

3、用电设备的负荷系数

用电设备的负荷系数（或称“负荷率”）为设备在最大负荷时输出或耗用的功率P与设备额定容量PN的比值。 KL =

P （4-7） PN负荷系数表征了设备容量的利用程度。负荷系数的符号有时也用β表示。

第二节 设备组计算负荷的确定

1.2.1概述

计算负荷是供电设计计算的基本依据。是根据统计计算得出，如果计算负荷确定过大，将使设备和导线选择偏大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线选择偏小，造成设备和导线运行时过热，增加电能损耗和电压损耗，甚至使设备和导线烧毁，造成事故。因此正确确定计算负荷具有重要的意义。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能，生产的组织以及能源供应状况等很多因素有关，因此负荷计算只能力求接近实际。 目前，我国确定用电设备组计算负荷的方法，一般有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便。而二项式法应用的局限性较大，但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，而计算也较简便。应此本论文采用的是需要系数法确定计算负荷

1.2.2需要系数法的基本计算公式

需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为：

P30=Kd·Pe （4-8） 式中 Pe——为用电设备组所有设备（但不含备用设备）的额定容量之和。

Kd——需要系数（设计手册查得）。 这里必须指出：对断续周期工作制的用电设备组，其设备容量应为各设备容量在不同负荷持续率下的铭牌容量换算到一个统一的负荷持续率的容量之和。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，它们的容量换算要求如下：

（1）电焊机组 要求统一换算到ε=100%，因此由式（1-2）可得换算后的设备容量为：

Pe=SN cos N 100即 Pe= SN cos N （ KW） （ 4-9）

式中 SN为电焊机的铭牌容量（PN为有功容量，SN为视在容量）；

εN为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）； ε100为其值为100%的负荷持续率；

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cos为铭牌规定的功率因数。 （2）吊车电动机组

Pe== 2 PN N （5-1）

式中 PN为吊车电动机的铭牌容量；

εN为与铭牌容量对应的负荷持续率；

在按式P30== KdPe求出有功计算负荷P30后，可按下式分别求出其余的计算负荷。

用电设备组的无功计算负荷为：

Q30== P30 tan （Kavr） （5-2） 式中，tan对应于用电设备组cos的正切值。 用电设备组的视在计算负荷为： S30==

P30 （MVA） （5-3） cos式中，cos为用电设备组的平均功率因数。 用电设备组的计算电流为： I30S303UN （A） （5-4）

式中，UN为用电设备组的额定电压。

1.2.2.1供电区设备容量及需要系数

西山梁供电区用电设备容量表 用电设Pe（容量） 备 学生宿舍1# 65 学生宿舍2# 学生宿舍3# 学生宿舍4# 学生宿舍5# 学生2食堂 西山梁计算中心 65 70 70 70 180 60 Kx（需要系数） cos tan 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.95 0.85 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.75 1 0 0 0 0 0 0.88 0.8 8

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CAD 锅炉1 锅炉2 火灾试验 洗澡房 洗衣房 164 50 70 120 65 35 0.85 0.9 0.9 0.8 0.85 0.35 0.8 0.6 0.15 1 0.85 0.85 0.8 1.0 1.0 0.8 0 0 0.8 0.6 0.6 0.75 0.6 0.75 0 0.75 0.75 土木系实习基地 21 车辆 起重

10 10 1.2.2.1西山梁供电区供电设备的计算负荷

1、计算机中心负荷计算：

动力：设备容量 Pe=110KW

需要系数 Kd=0.85 cos=0.8 tan=0.75 有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.85×110=93.5KW 无功计算负荷 Q30=P30×tan=93.5×0.75=70.12KW 照明：设备容量 Pe=65KW 需要系数 Kd=0.8

有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.8×65=52KW 无功计算负荷 Q30=P30×tan=0

总的计算负荷：同时系数 Kp=0.85

有功计算负荷 P30=0.95(93.5+52)=138.22KW 无功计算负荷 Q30=0.97×70.12=60.08KW 视在功率 S30=150.47KVA 计算电流 I30=99.02A

2、西山梁1、2号学生公寓楼负荷计算：

130 (KW)（经调查） 设备功率: Pe652

需要系数: Kd=0.6（取0.8） 0有功计算负荷: P30=0.8130=1 049

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无功功率: Q30=P30tan

视在功率: S30=P302Q302130KVA 计算电流: I30S3013085.19A

3、学生二食堂计算负荷：

动力：设备容量 经调查 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 照明：设备容量 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 总的计算负荷 同时系数 有功计算负荷 无功计算负荷 视在功率 计算电流 4、火灾试验负荷计算

动力：设备容量 经调查 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 照明：设备容量 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 总的计算负荷 同时系数 有功计算负荷 无功计算负荷 视在功率 计算电流 5、洗澡房负荷计算

动力：设备容量 经调查 3UN30.38 Pe=130KW

Kd=0.85 cos=0.8 tan=0.88 P30=Kd·Pe=0.85×130=104KW Q30=P30×tan=95×0.75=110KW Pe=50KW Kd=0.8

P30=Kd·Pe=0.8×50=40KW Q30=P30×tan=0 Kp=0.85

P30=0.95(104+40)=120KW Q30=0.97×110=110KW S30=140.2KVA I30=90.5A

Pe=120KW

Kd=0.8 cos=0.75 tan=0.8 P30=Kd·Pe=0.8×75=96KW Q30=P30×tan=96×0.75=65KW Pe=45KW Kd=0.8

P30=Kd·Pe=0.8×45=34KW Q30=P30×tan=0 Kp=0.85

P30=0.95(96+34)=110KW Q30=0.97×65=56KW S30=116KVA I30=187.09A

Pe=50KW

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需要系数 Kd=0.6～0.85（取0.85）

cos=0.75 tan=0.75

有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.85×50=55.25KW 无功计算负荷 Q30=P30×tan=55.25×0.75=41.43KW 照明：设备容量 Pe=15KW 需要系数 Kd=0.8

有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.8×15=12KW 无功计算负荷 总的计算负荷 同时系数 有功计算负荷 无功计算负荷 视在功率 计算电流 6、锅炉负荷计算

动力：设备容量 经调查 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 照明：设备容量 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 总的计算负荷 同时系数 有功计算负荷 无功计算负荷 视在功率 计算电流 7、西山梁计算机中心负荷计算

动力：设备容量 经调查 需要系数 有功计算负荷 无功计算负荷 照明：设备容量 需要系数 有功计算负荷 Q30=P30×tan=0

Kp=0.85

P30=0.95(55.25+12)=65.25KW Q30=0.97×41.43=45.43KW S30=61.24KVA I30=110.21A

Pe=600KW

Kd=0.1～0.15（取0.95）

cos=0.8 tan=0.75

P30=Kd·Pe=0.15×600=95KW Q30=P30×tan=95×0.75=55KW Pe=50KW Kd=0.8

P30=Kd·Pe=0.8×50=40KW Q30=P30×tan=0 Kp=0.85

P30=0.95(95+40)=110KW Q30=0.97×55=51.6KW S30=100KVA I30=167.84A

Pe=60KW

Kd=0.85 cos=0.8 tan=0.75 P30=Kd·Pe=0.85×60=51KW Q30=P30×tan=51×0.75=36.12KW Pe=25KW Kd=0.8

P30=Kd·Pe=0.8×25=20KW

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无功计算负荷 Q30=P30×tan=0 总的计算负荷：同时系数 Kp=0.85

有功计算负荷 P30=0.95(51+25)=63KW 无功计算负荷 Q30=0.97×51=41KW 视在功率 S30=497.6KVA 计算电流 I30=798.71A

8、学生公寓3#、4#、5#负荷计算

设备功率 经调查 Pe=75*3=210 (KW) 需要系数 Kd=0.8

有功计算负荷 P30=0.8*210=160（KW）

无功功率 Q30=P30×tan=0 视在功率 S30=P302Q302160KVA 计算电流 I30S303UN16075.19(A)

30.389、土木系试验基地负荷计算

动力：设备容量 经调查 Pe=35KW 需要系数 Kd=0.6

cos=0.8 tan=0.75

有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.15×35=21KW 无功计算负荷 Q30=P30×tan=21×0.75=15.75KW 照明：设备容量 Pe=10KW 需要系数 Kd=0.8

有功计算负荷 P30=Kd·Pe=0.8×50=8KW 无功计算负荷 Q30=P30×tan=0 总的计算负荷 同时系数 Kp=0.85

有功计算负荷 P30=0.95(21+8)=26KW 无功计算负荷 Q30=0.97×15.75=13.5KW 视在功率 S30=26.25KVA 计算电流 I30=43.24A 全厂总负荷：（取有功同时系数Kq=0.95无功同时系数KP=0.97）

PP3 0 有功计算负荷 P30=K=0.95×（275+130.25+120+100+55.25+96+

21+48+38+15）=780KW

qQ 32)K 无功功率负荷 Q30(==0.97×(97.7+110+60+41.43+65+15.75+4.8

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+32+10.5)=437KW

视在功率负荷 S30P302Q302=78024372894KVA 功率因数： cosP30=780/894=0.814 S30全场变电所负荷计算表 用电P30（有功功Q30（无功功设备 率） 率） (KW) (KVA) 学生宿舍1#、104 0 2# 学生宿舍3#、450.25 211.43 4#、5# 学生2食堂 120 110 西山梁计算中心 CAD 锅炉1 锅炉2 火灾试验 洗澡房 51 138.22 86 86 96 55.25 38.25 60.08 51.6 51.6 65 41.43 15.75 4.8 S30（视在功率） (KVA) 104 497.6 140.2 63.749 150.47 100 100 116 61.24 26.25 5.79 I30（计算电流） (A) 150.115 798.71 90.5 115.03 99.02 167.841 167.841 187.09 110.21 43.24 10.52 土木系实习基 21 地 起重 3.25

第二章 确定供电系统

第一节 负荷分级及对供电的要求

2.1.1负荷分级

根据用电设备对供电可靠性的要求，我国将电力负荷分成三类：一级负荷、二级负荷和三级负荷。

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1、一级负荷

①中断供电将造成人身伤亡时；②中断供电将在政治、经济上造成重大损失时，例如重大设备损坏、大量产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等；③中断供电将有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。突然停电将造成人身死亡危险或重大设备损坏，但难以修复或带来重大经济损失者，属一级负荷。

2、二级负荷

①中断供电将在政治、经济上造成较大损失时，例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；②中断供电将影响重要单位的正常工作，例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱时。突然停电将产生大量废品，大量原材料报废；大量减产，或发生重大设备损坏，但采取适当的措施能避免者，属二级负荷。 2、三级负荷。不属一级负荷和二级负荷的用电设备属三级负荷。 供电区的负荷分级表 序号 1 2 3 4 5 6 7 建筑名称 学生宿舍 食堂 计算中心 锅炉房 火灾试验 洗澡房 起重 用电设备及部位名称 房内照明 楼梯走廊通道照明 炊具 照明 冰箱 计算机 外部设备电源 照明 锅炉设备 试验动力 照明等 风扇 照明 动力 负荷分级 二级 二级 二级 三级 二级 三级 二级 2.1.2各级负荷对供电电源的要求

1、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，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷投入应急供电系统。可作为应急电源的电源有：①独立于正常电源的发电机组；②供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；③蓄电池；④干电池。

2、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。二级负荷宜由两回线路供电，供电变压器一般也应有两台。在负荷较小或地区供电困难时，二级负

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荷可由一会6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线路时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。

3、三级负荷对供电电源的要求

三级负荷也属不重要负荷，对供电电源无特殊要求。

2.1.2电源电压选择

2.1.2.1电压选择的原则

1、用电单位的供电电压应根据用电容量；用电设备特性；供电距离；供电线路的回路数，当地公共电网现状及其发展规划等因素，经技术经济比较确定。 2、当供电电压为35KV及以上时，用电单位的一级配电电压应采用10KV，低压配电电压应采用220/380V。

3、当供电电压为35KV，为减少配变电级数，简化接线及技术经济合理时配变电电压应采用35KV。用电设备容量在250KW或需要变压器容量在160KVA以上者应以高电压方式供电，用电设备容量在250KW或需要用变压器容量在160KVVA及以下者，应以低压方式供电，特殊情况也可以高压方式供电。 4、3KV及以上三相交流设备的额定电压和系统的标称电压。 各级电压线路的送电能力如下表：

受电设备额定电压和供电设备额定电送电容量MW 送电距离KM 系统标称电压压(KV) (KV) 3 3.15 6 10 35 6.3 10.5 37 0.1～1.2（3） 15～4 （〈3 ) 0.2～2（4） 2～8 20～6（〈6） 50～20 2.1.2.2用电设备端子处电压偏值允许值

1、正常运行情况下用电设备端子处电压偏值允许值（以额定电压的百分数表

示）可按下列要求验算：

（1）一般电动机为±7% （2）电梯电动机为±7% （3）照明，一般场所为±5% 在视觉要求比较高的屋内场所为＋5%～-2.5%，对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时可为+5%～-10%。 （4）其他用电设备当无特殊规定时为±5%。

2、电子计算机供电电源的电能质量应满足表所列数值。 A级 B级 D级 电压波动（%） 频率变化（%） 波形失真率（%） -5～+5 -0.05～+0.05 ≤5 -10～+7 -0.5～+0.5 ≤10 -10～+10 -1～+1 ≤20 15

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3、医用X线诊断机的允许电压波动范围为额定电压的-10%～+10%

2.1.2.3电压损失的计算

1、线路电压损失的计算 （1）三相平衡负荷线路 （2）线电压的单相负荷线路 （3）相电压的单相负荷线路 2、变压器电压损失

2.1.2.4电压偏值

1、基本概念

电压偏值是供配电系统在正常运行方式下（即系统中所有元件都按预定工况运行），系统各点的实际电压U 对系统标称电压U，常用相对于系统标称电压的百分数表示，即

UUnU100% （5-5）

Un 2、电压偏值计算

如果在某段时间内线路或其他供电元件首端的电压偏值为U1，线路电压损失为U1，则末端电压偏值为

UxU1U1 （5-6）

当有变压器或其他调压设备时，还应计入其电压提升，即

UxU1eU1 （5-7）

式中 U1——线路首端的电压损失，%；

U1——回路中电压损失总和，%；

E——变压器分接头或调压设备的提升率，%。

常用配电变压器分头接头与二次空载电压和电压提升的关系表 10（6）±5%/0.4KV变压器分接头 变压器二次空载电压（V） 电压提升（%） ±5% 380 0 0 400 +5 -5% 420 +10

3、减小电压偏值的措施

（1）为减少电压偏差，供配电系统的设计应符合下列要求：

①正确选择变压器的变压比和电压分接头。 ②合理减少系统阻抗。 ③合理补偿无功功率。 ④尽量使三相负荷平衡。

（2）技术电压偏差时，应计入采取下列措施的调压效果： ①自动或手动调整并联补偿电容器、并联电抗器。 ②自动或手动调整同步电动机的励磁电流。 ③改变供配电系统运行方式。

（3）变电所中的变压器在下列情况之一时，应采用由载调压变压器：

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①35KV以上电压的变电所中的降压变压器，至今向35、10（6）KV电网送电时。

②35KV降压变电所的主变压器，在电压偏差不能满足要求时。

（4）10（6）KV配电变压器不宜采用有载调压型，但在当地10（6）KV电源电压偏差不能满足要求，且用电单位有对电压要求严格的设备，单独设置调压装置技术经济不合理，也可采用10（6）KV有载调压变压器。

（5）为了限制电压波动和闪变（不包括电动机起动时允许的电压波动）在合理范围，对冲击性低压负荷宜采取下列措施：

①采用专线供电。

②与其他负荷共用配电线路时，宜降低配电线路阻抗。 ③较大功率的冲击性负荷或冲击性负荷群与对电压波动、闪变敏感的负荷，宜分别由不同的配电变压器供电。

2.1.3供电方案

1、高压供电系统

根据对供电可靠性的要求，变压器的容量及分布地理环境等情况，高压配电系统采用放射式，也可采用树干式；环式或其他组合方式。

（1） 放射式

供电可靠性高，保护简单，便于自动化，故障发生后影响范围比较小，但配电线路和高压开关柜数量多而造价较高。①单回路放射式：一般用于配电给二、三级负荷或专用设备，但对二级负荷供电时，尽量要有备用电源。②双回路放射式：线路互为备用，用于配电给二级负荷。电源可靠时，则可供电给一级负荷。

（2） 树干式

配电线路和高压开关柜数量少且投资少，但故障影响范围较大，供电可靠性较差①单回路树干式：一般用于对三级负荷配电，每条线路装接的变压器约5台以内，总容量一般不超过2000KVA。②双回路树干式：分别有两个电源供电，与单侧供电双回路树干式相比，供电可靠性略有提高，只要用于二级负荷。当供电电源可靠时，也供给一级负荷。

（3） 环式

有闭路环式和开路环式两种，为简化保护，一般采用开路环式，其供电可靠性较高，但切除操作较繁。①单侧供电环式：用于对二、三级负荷配电，一般两回电源同时工作开环运行，也可一用一备闭环运行。供电可靠性较高，电力线路检修时可以切换电源，故障时可以切除故障点，缩短停电时间。可对二级负荷配电，但保护装置和整定配合都比较复杂②双侧供电环式：用于对二、三级负荷配电。正常运行时由一侧供电或在线路的负荷分界处断开。配电系统应加闭锁，避免并联，故障后手动切换，寻找故障时要中断供电。

第三章 变配电站

第一节 变配电站的主要结线方式

3.1.1变配电所主结线方案的设计原则与一般要求

所谓主接线图是表示变配电所的电能输送和分配路线的电路图，称为主电路或一次电路图，也称主接线图。另一种是用来控制、指示、测量和保护主电路及

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设备运行的电路图，称为二次电路图或二次回路图。一般二次回路是通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的。

变配电所的主结线方案原则与一般要求： 1、安全性

应符合国家标准和有关技术规范的要求，能成分保证人身和设备的安全。例如在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设高压隔离开关；对低压断路器也一样，在其电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压刀开关。①在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。②在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。③在装设高压熔断器负荷开关的出现柜母线侧，必须装设高压隔离开关。④35KV以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸。⑤变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。

2、可靠性

应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求，也就是变配电所的主接线方案，应与其电力负荷的级别相适应。例如对一、二级重要负荷，其主结线方案应考虑两台主变压器，且一般应为双电源供电。①变配电所的主结线方案，必须与其负荷级别相适应。②接于公共干线上的变配电所电源进线首端，应装设带有断路保护的开关设备。③对于一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性。④变电所低压侧的总开关，宜采用低压熔断器。

3、灵活性

应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。①变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段。②两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行，当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行。③主结线方案与主变压器经济运行的要求相适应。

4、经济性

在满足上述要求的前提下，应尽量使主结线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进有经济适用的节能产品。主结线方案力求简单。

3.1.2 电气主结线设计应遵循的主要原则与步骤

在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤如下：

1、应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针政策和有关部委的建设政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。

2、主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。 3、根据供电系统计算结果提供的各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其与系统的联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较（必要时），以期设计合理的电气主

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结线。

4、新技术的应用对变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。

3.1.3主结线的基本结线形式

1、单母线结线

单母线结线的特点是：①结线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠性；②每回路由断路器切断负荷电流和故障电流。③检修母线和与母线连接的隔离开关时，将造成全部停电。④检修任一会路及其断路器时，仅该回路停电，其他回路不受影响。

缺点是母线故障及检修设备和母线时要造成停电，仅适用于对可靠性要求不高的10kV～35kV地区负荷。

为了克服单母线结线的某些缺陷，通常采取以下措施：①用断路器或隔离开关将母线分段，以提高其供电的可靠性及运行的灵活性；②增加旁路母线及相应设备，使检修断路器时不致停电。

DL—断路器；M—母线 1G、2G—线路和母线隔离开关

这种接线方式所有进出线均连在一条母线上。每回进出线上均装有断路器，用于切断负荷电流或故障电流。隔离开关有两种，靠母线侧的母线隔离开关，为检修断路器时隔离母线侧电源之用；靠线路侧的线路隔离开关，在下述情况应装设：（1）有电压反馈的馈线回路（为防止检修断路器时从该侧来电）；（2）架空线回路（检修时防止雷电过电压侵入）。

这种接线方式的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、建造费用低。缺点是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，必须断开所有回路的电源，造成全部用户停电。适用于单一电源、配出回路数不多（一般高压6～10KV不多于4回），容量较小对供电连续性要求不高的中小型工厂。 2．单母线分段接线

单母线分段的结线，广泛应用在10kV～35kV地区负荷、城市电牵引各种变电所和110kV电源进线回路较少的110kV结线系统。单母线分段的结线虽能提高运行的可靠性与灵活性，但线路断路器检修或损坏时将使该回路停电。具有旁

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路母线的单母线结线不但解决了断路器的公共备用和检修备用，在调试、更换断路器及内装式电流互感器、整定继电保护时都可不必停电。广泛用于牵引负荷和35kV以上电压变电所中，特别是负荷较重要，线路断路器多、检修断路器不允许停电的场合。缺点是增加了一套旁路母线和相应的设备，以及为此而增加配电装置的占地面积。

为了克服单母线存在的可靠性、灵活性差的缺点，设计了单母线分段的接线方式。通常每段母线接1路电源线，引出线分别接到各段上，并使各段引出线的负荷与电源功率相平衡，以减少各段之间的功率交换。

单母线用断路器分段。而用断路器分段的，是并列运行方式，但当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障母线段切除，保证非故障母线段不间断供电。单母线分段接线在运行时其分段断路器断开，采取分列运行方式。

单母线用断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出一回线向其供电，可保证有两个电源供电。这种接线方式可靠性高，运行灵活。可以适应多电源、大负荷，广泛应用于出线回路≥4路的一、二级负荷。

MD—分段断路器； FD—分段隔离开关

3．双母线接线

它有两组母线，双母线的两组母线可以一组工作、一组备用；两组母线用母线联络断路器相连接；任一电源线或引出线都有一台断路器和两组母线隔离开关分别与两组母线相联。也可以两组同时工作，通过母线联络断路器分列运行，互为备用，电源线和引出线按可靠性要求和电力平衡原则分别接到两组母线上。

双母线接线的优点是：（1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。（2）运行灵活。任一电源线和负荷线均可任意接到某一组母线上。（3）扩建方便。其缺点是：（1）设备多。增加一组母线和每一回路均要增加一组母线隔离开关。（2）回路改换所接母线时，用母线隔离开关来作为倒换的操作电器，易造成误操作。

双母线接线适用于容量大，供电可靠性要求很高，出线回路数多的城市、工厂总降压变电所的35～110KV母线系统。

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4、桥形结线

当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成桥形结线，

桥形结线分为内桥形和外桥形两种。前者的桥接母线连接在靠变压器侧，后者则连接在靠线路侧。桥断路器QD在正常状态下合闸运行。桥形结线用于有穿越功率的与环形电网连接的变电所中。

内桥结线当任一线路故障或检修时不影响变压器的并列工作。由于线路故障远比变压器故障多，故这种结线在牵引变电所中获得广泛应用。当内桥结线的两回电源线路接入系统的环形电网中，并有穿越功率时，QD的检修或故障将造成环网断开。为此可在线路断路器外侧安装一组跨条。

外桥结线当变压器发生故障或运行中需要断开时，只需断开断路器1DL或2DL，而不影响电源线路的正常工作。故适用于电源线路较短、负荷不恒定、变压器要经常切换的场合。

3.1.4 确定主结线方案的技术经济分析于比较

牵引变电所及其他供、变电装置主结线的选择，必须在充分研究各种原始资料、电源与电力系统情况、地区负荷别类、牵引供电计算得到各种参数的基础上，根据本章前面各节讨论的各种型类、电压级主结线基本形式，提出若干可能的全变电所主结线方案，通过技术经济的全面分析，再集中少数几个能同时满足技术要求的方案，深入进行经济比较，最后确定技术经济指标最优的主结线。

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3.1.5车间及小型企业变电所的主电路图

车间变电所及一些小型企业变电所，是将高压（6～10KV）降为一般用电设备所需低压（如220/380V）的终端变电所。它们的主结线相当简单。从车间变电所高压侧的主结线来看，分两种情况：（1）有企业总降压变电所或高压配电所的车间变电所。其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首端，即在总变、配电所的高压配电室内，而车间变电所一般只设变压器室（或室外变压器台）和低压配电室，其高压侧大多都不装开关，或只装简单的隔离开关、熔断器（室外为跌开式熔断器）、避雷器等，如图2-1所示。由图2-1可以看出，凡是高压架空进线，无论变压器装在户内还是户外，均需装设避雷器来防止雷电波沿架空线侵入变电所击毁电力变压器及其它设备的绝缘。而高压电缆进线时，避雷器是安装在电缆的首端的（图上未示出），而且避雷器的接地端需连同电缆的金属外皮一起接地。这时变压器的高压侧可不再装设避雷器。但是，如果变压器高压侧为架空线加一段引入电缆的进线方式时。则变压器高压侧仍应装设避雷器。

企业内无总变、配电所，其车间变电所即企业的降压变电所。其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求较低的情况下，也可不设高压配电室，其高压熔断器、隔离开关、负荷开关或跌开式熔断器等，就装设在变压器室（室外为变压器台）的墙上或室外杆上，而在低压侧计量电能；或高压开关柜不多于6台时，高压开关柜就装设在低压配电室内，在高压侧计量电能。

第二节 企业变配电所的所址、布置及结构

3.2.1 10KV配变电所所址选择

1、配变电所位置选择，应根据下列要求综合考虑确定： （1）接近负荷中心； （2）进出现方便； （3）接近电压侧；

（4）设备吊装、运输方便；

（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；

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（6）不宜设在多尘、水雾（如大型冷却塔）或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污染源的下风侧；

（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方且不宜与其贴邻。 （8）不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时，应符合现行的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

（9）配变电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。 （10）高层建筑地下层配变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。 （11）配变电所位于高层建筑（或其他地下建筑）的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施，并应避免洪水或积水从其他渠道淹渍配变电所的可能性。

①装有可燃性油渍电力变压器的变电所，不应设在耐火等级为三、四级的建筑中。

②在无特殊防火要求的多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配备电所，可设置在底层靠外墙部位，但不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻或疏散出口的两旁。

③高层建筑的配变电所，宜设置在地下层或首层；当建筑物高度超过100m时，也可在高层区的避难层或上技术层内设置变电所。

④一类高、低层主体建筑内，严禁设置装有可燃性油的电气设备的配变电所，如受条件限制必须设置时可采用难燃性油的变压器，应设在首层靠外墙部位或地下一层，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻或出口的两旁，并应采取相应的防火和排油措施。

⑤大、中城市除居住小区的杆上变电所外，民用建筑中不宜采用露天或半露天的变电所，如确因需要设置时，宜选用带防护外壳的户外成套变电所。

⑥露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： （12）有腐蚀性气体的场所；

（13）挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； （14）附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；

（15）容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。

2、负荷中心的确定

利用负荷距确定负荷中心：

设有负荷P1，P2和 P3（均表示有功计算负荷），分布如图3-2所示。它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为P1（x1，y1）， y P2（x2，y2），P3（x3，y3）。现假设总负荷 P=∑Pi= P1+ P2+ P3的负荷中心位于坐标P（x，y） y2 P2 求重心力矩的方程可得： y ∑Pi x∑Pi= P1 x1+ P2 x2+ P3 x3

y∑Pi= P1 y2+ P2 y2+ P3 y3 y3 P3 写成一般式为：

x∑Pi=∑（Pixi）

y1 P1 y∑Pi=∑（Piyi） X1 X2 X x2 x

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因此可求得负荷中心的坐标为：

x(Px) （5-8）

(P)iiiiii

(Py)y （5-9） (P) 这种按负荷功率矩确定负荷中心的方法，只考虑了各负荷的功率和位置，而未

考虑各负荷的工作时间，因此负荷中心被认为是静止不变的。这种按负荷功率矩确定负荷中心的方法也称为“静态负荷中心计算法”。

3.2.2 10KV配变电所型式的选择

工厂的总降压变电所和高压配电所多为独立式，车间变电所多为附设式。

变配电所结构型式和使用范围如下： 1、室内型 （1）独立式

优点为不受车间生产影响，不占车间生产面积，但建筑费高。主要适用范围为总降压变电所，高压配电所及下列情况车间变电所：各车间负荷小而分散，或需远离易燃易爆危险及有腐蚀性车间时。 （2）附设式

①内附：有缺点为建筑费较低，且能保持车间建筑外观整齐，但占车间生产面积。主要适用在车间面积不太大，且车间内设备布置不很稳定的车间变电所。

②外附：不占或少占车间生产面积，建筑费也较低，但有碍车间外观整齐。只要适用只有与内附设相同，而在考虑内附设有困难时。

（3）车间内式

深入负荷中心，技术经济性好，但占车间生产面积，且防火安全大大提高。只要适用在车间面积大，负荷重，且车间内大容量设备布置相当稳定的车间变电所。

（4）露天式 较为简单经济，但变压器露天装设，安全可靠性较差，且运行维护不够方便。主要适用在负荷不很重，且环境正常的车间变电所。

（5）杆上式

较为简单经济，但运行维护条件差。主要适用在变压器容量小（315KVA以下），负荷不重要的场所，一般供生活区用电。

第三节 西山梁配电所的位置确定

3.3.1配电所位置

根据负荷中心确定与实际地形，在西山梁CAD对面，土木系试验基地处可修建配电所。

3.3.2配电所型式

根据具体建筑物及地理环境的情况，总配电所型式采用室外型露天式。

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3.3.3总配电所具体情况

（1）进线电压：根据本地区变电所的出线电压为10.5KV以及学校负荷量不大的特点，采用就近地区变电所专用线进线方案。

（2）进线回数：学校负荷等级为二级，采用两回进线以保证学校负荷对供电的要求。

（3）10KV进线侧母线接线方式：采用单母线分段接线。

（4）配电线回数：两回，一回由配电所至1#变压器，配线长度为30m；另一回

由配电所至2#变压器，配线长度为3m。

（三）配电所容量：根据负荷计算量并考虑中远期发展，配电所容量确定为

1300KVA。

配电所主接线图见附图2

第四节 配电变压器台数、位置和容量的选择

3.4.1变压器台数的选择 1、一台

（1）供总计算负荷不大于1250KVA的三相负荷变电所。

（2）变电所另有低压联络线，或其他备用电源，而总计算负荷不大于1250KVA的含有部分一、二级负荷的变电所。 2、两台

（1）含有大量一、二级负荷的变电所。

（2）供总计算负荷大于1250KVA的三相负荷变电所。

（3）季节性负荷较变化较大，从技术经济上考虑经济运行有力的三相负荷变电所。

3.4.2变压器容量的选择

变压器容量的选择条件:

1、一台 SNTS30 （6-1） 式中 SNT——单台变压器容量；

S30——变电所总的计算负荷。 2、两台

SNT0.7S30 （ 6-2） SNTS30(ⅠⅡ） (6-3)

式中

S30Ⅰ(Ⅱ）——变电所的一、二级负荷的计算负荷。

车间变电所中的单台变压器（低压为0.4KV）的容量，一般不宜大于

1250KVA；但当负荷容量大而集中，且运行合理时，亦可选用1600～2000KVA的更大容量变压器。

25

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3.4.3变电所变压器型式的选择

（1）油侵式——一般适用于正常环境的变电所，应优先选用SL7，S7等。 （2）干式——用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所，SCL等系列环氧树脂浇注变压器，具有较好的难燃，防尘和防潮的性能。

（3）密封式——用于具有氧化腐蚀性气体，蒸汽或具有导电，纤维会严重影响变压器安全运行的场所。SL14等系列具有以上功能，可与可燃性气体隔离。 （4）防雷式——多用于多雷区及土壤电阻率较高的山区。

（5）有载调压式——用于电力系统供电电压偏低或剥夺严重而用电设备对电压质量有要求较高的场所。

3.4.4变电所变压器连接组别的选择

1、D,yn11

（1）适用于由单相不平衡负荷引起的中型线电流超过变压器低压绕组额定电流25%时。

（2）当供电系统中存在着较大的“谐波源”，高次谐波电流比较突出时。 2、Y，yn0

（1）三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过低压绕组额定电流25%时。

（2）供电系统中谐波干扰不严重时。

第四节 供电区变压器的选择

3.4.1 1号变压器

（1）供电范围：学生公寓楼1#、2#、3#、4#、5# ；学生二食堂；土木系试验

基地；西山梁CAD；锅炉1#、2#；车辆。

（2）变压器容量计算：

计算负荷有功容量：P30(1)=∑P30=486W 计算负荷无功容量：Q30(1)=∑Q30=330Kvar S30(2)=

22P30(1)Q30(1)587.4KVA

（3）变压器的选择

可选630KVA，考虑到今后发展的需要，选用型号为800KVA的SL7-800KVA型油浸式铜绕组电力的变压器。 （5）安放位置：考虑到管理方便及供电区的实际情况，此处安放一台SL7-800KVA

型油浸式室内附设变压器。

3.4.2 2号变压器

（1）供电范围：CAD；秦岭隧道火灾试验。 （2）变压器容量计算：

P30(1)=∑P30=294KW Q30(1)=∑Q30=107Kvar

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S30(1)=

22P30(1)Q30(1)312KVA

（3）变压器的选择

可选400KVA，考虑到今后发展的需要，选用型号为500KVA的SL7-500KVA型油浸式铜绕组电力的变压器。

（4）安放位置：在CAD与武警保卫中间放一台SL7-500KVA型油浸式铜绕组电力的变压器。

第四章 供配电线路的选择与计算

4.1导线和电缆的选择

4.1.1导线和电缆型式的选择

1、高压架空线路，一般采用铝绞线。当档距较大、电杆较高时，宜采用钢芯铝绞线。沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采用铜绞线或防腐铝绞线。低压架空线路，也一般采用铝绞线。

2、高压电缆线路，在一般环境和场所，可采用铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，例如在振动剧烈、有爆炸危险、高温及对铝有腐蚀的场所，应采用铜芯电缆。埋地敷设的电缆，应采用有外保护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可采用塑料护套电缆或带外护层的铅包电缆。在有可能发生位移的土壤中埋地敷设的电缆，应采用钢丝铠装电缆。敷设在电缆沟、桥架或穿管（排管）的电缆，一般采用裸铠装电缆或塑料护套电缆。交联电缆宜优先采用。

3、低压电缆线路，一般也采用铝芯电缆，但特别重要的或有特殊要求的线路可采用铜芯电缆。低压TN系统中应采用四芯或五芯电缆。

4、低压穿管线路，一般采用铝芯绝缘线；但特别重要或有特殊要求的线路，可采用铜芯绝缘线。

4.1.2导线和电缆截面选择的条件

1、发热条件

导线和电缆（包括母线）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即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于企业内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3、经济电流密度

35KV及以上高压线路及电压35KV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。企业内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

4、机械强度

①导线（包括裸导线和绝缘导线）截面应不小于其最小允许截面。

②电缆，由于它有内外护套，机械强度一般满足要求，不需校验，但需校验短路热稳定度。母线也应校验短路热稳定度。

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5、关于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

4.1.3按发热条件选择导线和电缆

电流通过导线时，要产生能耗，使导线发热。导线的正常发热温度不得超过额定负荷时的最高允许温度。

三相系统相线截面的选择：

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Ia1不小于通过相线的计算电流I30，即：

Ia1≧I30 （6-4）

按发热条件选择导线所用的计算电流I30，对降压变压器高压侧的导线，应取为变压器额定一次侧电流I1N。T，对电容器的引入线，由于电容器充电时有较大的涌流，因此其计算电流I30应取为电容器额定电流IN.C的1.35倍。

4.1.4按经济电流密度选择导线和电缆

导线（或电缆，下同）的截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属的消耗量却要增加。因此从经济方面考虑，导线应选择一个比较合理的截面，既使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量。

按经济电流密度Jec计算经济截面Aec的公式为： AecI30 （6-5） jec式中，I30为线路计算电流。

4.1.5母线的选择

1、母线型号

（1）母线材料的基本特征

母线通常由铜、铝、铝合金及钢材料制成的，各种材料的基本特征如下： 基 本 特 征 电阻率 密度 熔点 比热 导热系统 抗拉强度 伸长率 最大允许应力 弹性模数 材料名称 铜 0.0179 8.89 1083 0.3843 3.8644 210-250 ＞3 140 100000 铝 0.0290 2.71 653 铝锰合金 0.0379 2.73 铝镁合金 0.0458 2.68 160 10 90 71000 300 24 170 70000 钢 0.1390 7.85 1536 0.4522 0.8083 ＞280 ＞25 160 200000 0.9295 2.1771 ＞120 ＞3 70 70000 （2）母线型式及适用范围 母线除满足工作电流、机械强度和电晕要求外，母线形状还应满足下列要求：

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1）电流分布均匀（即集肤效应系数尽可能低）； 2）机械强度高；

3）散热良好（与导体放置方式和形状有关）； 4）有利于提高电晕起始电压； 5）安装、检修简单，连接方便。

我国目前常用的硬母线型式有矩形、槽形和管型等。 （1） 矩形母线

单片矩形母线具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点，一般适用于工作电流I≤2000A的回路中。

多片矩形母线集肤效应系数比单片母线的大，所以附加损耗增大。 （2） 槽形母线

槽形母线的电流分布比较均匀，与同截面的矩形母线相比，其优点是散热条件好、机械强度高、安装也比较方便。尤其是在垂直方向开有通风孔的双槽形母线避不开孔德方管形母线的载流能力约大9%-10%；比同截面的矩形母线截流能力约大35%。因此在回路持续工作电流为4000-8000A时，一般可选用双槽形母线，大于上述电流值时，由于会引起钢构件严重发热，故不推荐使用。

（3） 管型母线

管型母线是空心导体，集肤效应系数小，且有利于提高电晕的起始电压。户外配电装置使用管形母线，具有占地面积小、架构简明、布置清晰等特点。 2、母线截面的选择和校验

（1） 一般要求：裸母线应具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验：

① 工作电流； ② 经济电流密度； ③ 电晕；

④ 动稳定或机械强度； ⑤ 热温度。

（2） 裸母线尚应按下列使用环境条件校验：

① 环境温度； ② 日照； ③ 风速；

④ 海拔高度。

（3） 按回路持续工作电流选择

Ixu≥Ig （6-6）

式中 Ig——母线回路持续工作电流（A）； Ixu——相应于母线在模已运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量（A）。

（4） 按经济电流密度选择

Sj=Ig/j (6-7) 式中 Sj——经济截面；

Ij——回路的持续工作电流； J——经济电流密度。 （5）截面的校验

①按电晕条件校验。对110KV及以上电压的母线应按电晕电压校验。 ②按短路热稳定校验

29

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SQk/C （6-8）

式中 S——母线的载流截面；

Qk——短路电流的热效应；

C——与导体材料及发热温度有关的系数。

4.2线路选型计算

根据以上电缆及导线的选择条件，在本设计中我所进行选择导线及电缆型号的计算如下： 选线部分计算Ⅰ.

1、由配电所到1#变压器，线路全长l=3m，为10KV电缆。

计算负荷：P=486KW，Q=330Kvar，选择变压器容量为800KVA。 计算电流： I=

S3UN800KVA310KV46.18A

查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.92A/mm2，由此可得： Aec=

41.3621.54mm2 1.92选择三芯标准截面为16mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

（1）校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0157157A

Imax= I30=46.18A<157A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用 VLV-3×16铝绞线，导线横截面S=16mm2。 （2）校验机械强度 S2、配电所到2#变压器

拟采用直埋于土壤中的聚氯乙烯铝芯电缆，线路全长l=30m。S=500KVA 按经济电流密度选择电缆：

I30=

S50020A 3UN310.52010mm2 1.54查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.54A/mm2，由此可得： Aec=

选择三芯标准截面为16mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0157157A

30

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Imax= I30=20A<157A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得 3、由1#变压器到西山梁CAD

拟采用直埋于土壤中的聚氯乙烯铝芯电缆，线路全长l=6.6m。S=87KVA 按经济电流密度选择电缆：

I30=

S3UN8730.38132.2A

查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.54A/mm2，由此可得： Aec=

132.285.84mm2 1.54选择三芯标准截面为95mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0189189A

Imax= I30=132.2A<189A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得 4、由1#变压器到学生公寓1#、2#

拟采用直埋于土壤中的聚氯乙烯铝芯电缆，线路全长l=18.5m。S=78.9KVA 按经济电流密度选择电缆：

I30=

S3UN78.930.38119.88A

查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.54A/mm2，由此可得： Aec=

119.8877.84mm2 1.54选择三芯标准截面为95mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0189189A

Imax= I30=119.88A<189A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得 5、1#变压器到锅炉房1#

线路全长l=9.5m，为低压电缆，计算负荷：P=88.35KW，Q=15Kvar，S=89.61KVA。

计算电流： I=

S3UN89.61KVA30.38KV136.15A

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用LG-35

31

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铝绞线，导线横截面S=35mm2。

校验机械强度 S=Smin=35 mm2，符合要求，满足要求。 6、由1#变压器学生食堂

线路全长l=7.2m，电缆，计算负荷：P=49.4KW，Q=23.28Kvar，S=54.61KVA。 计算电流： I=

S3UN54.61KVA30.38KV82.97A

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用LG-16铝绞线，导线横截面S=16mm2。

校验机械强度 S7、变压器1#到学生公寓3# 线路全长l=20.7m，为低压电缆

计算负荷：P=278.28KW，Q=65.226Kvar，选择变压器容量为400KVA。。 计算电流： I=

S3UN400KVA310KV23.09A

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用LG-16铝绞线，导线横截面S=16mm2。

8、由1#变压器到学生公寓3#、4#

拟采用直埋于土壤中的聚氯乙烯铝芯电缆，线路全长l=18.2m。S=60.53KVA 按经济电流密度选择电缆：

I30=

S3UN60.5330.3891.97A

查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.54A/mm2，由此可得： Aec=

91.9759.72mm2 1.54选择三芯标准截面为70mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0157157A

Imax= I30=91.97A<157A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得 9、由1#变压器到锅炉房2#

拟采用直埋于土壤中的聚氯乙烯铝芯电缆，线路全长l=14.2m。S=60KVA 按经济电流密度选择电缆：

I30=

S3UN6030.3891.16A

查手册，以铝为材质的电缆线路经济电流密度jec=1.54A/mm2，由此可得：

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Aec=

91.1659.2mm2 1.54选择三芯标准截面为70mm2的聚氯乙烯铝芯电缆。

校验长期发热 取土壤中的温度为25℃，缆芯工作温度为70℃

KIN1.0157157A

Imax= I30=91.16A<157A 满足要求

K-----电缆在不同环境温度时的载流量修正系数 IN----电缆的允许载流量，查表可得 10、由1#变压器到土木系实验基地 线路全长l=6m，为低压电缆

计算负荷：P=25KW，Q=6Kvar，S=25.71KVA。 计算电流： I=

S3UN25.71KVA30.38KV39.06A

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用VLV22-16

2

铝绞线，导线横截面S=16mm。 10、 由2#变压器到秦岭火灾实验

线路全长l=5m，为低压动力架空线，

计算负荷：P=25KW，Q=6Kvar，S=25.71KVA。 计算电流： I=

S3UN25.71KVA30.38KV39.06A

以本地年最高气温35℃选择，按发热条件选择导线截面，查表，当选用LG-16铝绞线，导线横截面S=16mm2。 1.校验机械强度： S2.校验电压损耗 按S=35mm2查表，该导线的单位阻抗R0=0.96Ω/km,

X=0.39Ω/km,因此线路的电压损耗为： UPRQX25(0.17920.96)6(0.17920.39)12.42V UN0.38U12.42100%100%3.27%5% UN380 U%所选导线满足要求。

第五章 短路计算

5.1短路电流计算 5.1.1短路计算的方法

33

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1、欧姆法（有名单位制法）:

（1）计算短路回路中各主要组件的阻抗

（2）绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联求事等效阻抗的方法，简化电路

计算短路回路的总阻抗。

（3）计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量。 （4）列出短路计算表。 2、标么值法（相对单位制法）：

（1）设定基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id。一般

Sd=100MVA 设Ud=Uo（短路计算电压Uo较之同级电网额定电压高

5%）， IdSd 3Ud（2）计算短路回路中各主要组件的电抗标么值。

（3）绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联回路求等效阻抗的方法，化简电

路，计算短路回路的总电抗标么值。

（4）计算三相计算短路电流周期分量有效值及其它电路电流和三相短路容量。 （5）列出短路计算表。

5.1.2常用的电路计算公式

5.1.2.1欧姆值法 （1）阻抗

①电力系统阻抗

U02XS

SC0其中 U0短路计算点的计算电压，比电网额定电压高5%；

Sco电力系统出口短路器的断流容量。 ②线路阻抗

RWLR0l XWLX0l

X0、R0线路单位长度的电阻，电抗。

③变压器

U02RTPK()SNXT[(UKSN——变压器额定容量；

PK——变压器短路损耗； UK%——变压器短路电压。 （2）三相短路电流

U02%)/100]

SN①周期分量 IK(3)U0 3|Z|34

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|Z|——短路回路的总阻抗|Z|R2X2

②其他 IK\"(3)I(3)IK(3) ③冲击值：

高压为 Ish(3)2.55I\"(3)

Ish(3)1.51I\"(3)

低压为 Ish(3)1.8I4\"(

Ish(3)1.09I\"(3)

（3）三相短路容量： Sk(5.1.2.2标幺值法 （1）电抗：

3)3U0Ik(3)

Sd SocSd——基准容量，一般取为100MVA

XolSd②线路阻抗 XWL*

U02Sd③变压器阻抗 XT*[(UK%)/100]

SN（2）三相短路电流

①电力系统阻抗 XS*①周期分量 Ik②冲击值

(3)Id2/X2

高压为 Ish(3)2.55I\"(3) Ish(3)1.5I1\" (3低压为 Ish(3)1.8I4\" ( Ish(（3）三相短路容量 Sk(2.3.2.3两相短路电流

Ik(2)3(3)Ik0.866Ik(3) 23)3)1.0I9\"(

Sd/X *2.3.2.4单相短路电流

Ik(1)Uc()

|Z()|Uc()——单相短路回路的计算电压

35

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|Z()|——单相短路回路的总计算阻抗

5.1.3短路计算的目的

（1）电气接线方案的比较和选择； （2）正确选择和校验电器设备； （3）正确选择和校验载流导体； （4）继电保护的选择和整定；

（5）接地装置的设计及确定中性点接地方式； （6）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （7）验算大、中型电动机的启动。

5.1.4短路的原因

短路是指不同电位的导体之间的电气短接，这是电力系统中常见的一种故障，也是最严重的一种故障。

电力系统出现短路故障，究其原因，主要是以下三个方面：

（1）电气绝缘损坏 这可能是由于设备长期运行，其绝缘自然老化而损坏；也可能是由于设备本身质量不好，绝缘强度不够而被正常电压击穿；也可能是设备绝缘受外力损伤而导致短路。

（2）误操作 例如带负荷误拉高压隔离开关，很可能导致三相弧光短路；又如误将较低电压的设备投入较高电压电路中而造成设备击穿短路。

（3）鸟兽害 例如鸟类及蛇鼠小动物跨越在裸露的不同电位的导体之间，或者咬坏设备或导体的绝缘，都会引起短路故障。

5.1.5短路的后果

电路短路后，其阻抗值比正常负荷时电路的阻抗值小得多，因此短路电流往往比正常电流大很多倍。在大容量电力系统中，短路电流可高达几万安培或几十万安培。如此大的短路电流对电力系统将产生极大的危害：

（1）短路的电动效应和热效应 短路电流将产生很大的电动力和很高的温度，可能造成电路及其中设备的损坏。

（2）电压骤降 短路将造成系统电压骤然下降，越靠近短路点电压越低，这将严重影响电气设备的正常运行。

（3）造成停电事故 短路时，电力系统保护装置动作，使开关跳闸或熔断器熔断，从而造成停电事故。越靠近电源短路，引起停电的范围越大，从而给国民经济造成的损失也越大。

（4）影响系统稳定 严重的短路可使并列运行的发电机组失去同步，造成电力系统解列，破坏电力系统稳定运行。

（5）产生电磁干扰 单相接地短路电流，可对附近的通信线路，信号系统及电子设备等产生电磁干扰，使之无法正常运行，甚至引起误动作。

由此可见，短路的后果是非常严重的，因此供电系统在设计、安装和运行中，都应该尽力设法消除可能引起短路故障的一切因素。

5.1.6短路的形式

在三相系统中，有如下短路形式：

36

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（1） 三相短路： 三相短路用k(3)表示，三相短路电流则写作ik(3)。 （2） 两相短路： 两相短路用k(2)表示，两相短路电流则写作ik(2)。 （3） 单相短路： 单相短路用k(1)表示，单相短路电流则写作ik(1)。 （4） 两相接地短路： 由中性不接地的电力系统中两不同的单相接地所形成的

两相短路，也指两相短路又接地的情况，都用k(1,1)表示，其短路电流写作ik(1,1)。两相接地短路实质上与两相短路相同。 上述三相短路，属“对称性短路”。其他形式的短路，均属“非对称性短路”。

5.1.7短路计算

以配电所到2#变压器线路为列

10.5KV 30m 10KV 0.4KV 5m

G 10KV 1#变压器 画等效电路

设架空线L=1km

1、计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 1）电力系统的电抗

X1Uc2/Soc=10.52/5000.221

式中 Uc——短路点的短路计算电抗；

Soc——系统出口短路器的断流容量，根据出口型号来确定。

2）架空线路的电抗

X0=0.38 /km =1km X2=Xo =0.38×

1=0.38 

3）电缆线路的电抗

Xo=0.11

0.03=0.0033

)X1X2X30.221+0.38+0.0033）总电抗： X(K1（=0.6043

/km =0.03km X3=0.11×

2、计算K-1点的三相短路电流和短路容量

1）三相短路电流周期分布有效值

Ik-1(3)Uc1/3X(K1)10.5/（3×0.604）=9.07

2）三相次暂态短路电流和短路稳态电流

Ik-1\"(3)I(k1)(3)Ik-1(3)=9.07

37

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3)三相短路冲电流及第一个周期短路全电流有效值

Ish(3)(k1)2.25I(k1)\"(3)2.25×9.07=20.407KA Ish(3)(k1)1.15I(k1)\"(3)1.15×9.07=13.696KA

4）三相短路容量

S(3)(k1)3Uc1Ik13×9.07×10.5=164.951MVA

3、求k-1点的短路电流和容量 1)电力系统电抗

X1'=Uc2/Soc=(9.07)2/5000.165

2）架空线

X2'=X0Uc2/Uc10.3810.4/9.070.0077

22 3）电缆线路的电抗

X3'=X01Uc2/Uc10.180.030.4/9.0722=0.864×

1005

4）电力变压器的电抗

SL7500' 所以Uk%4（阻抗电压）

Uk%Uc2240.42X4=0.128

100SN100500 总电抗 X(K1)X1'X2'X3'X4'0.165+0.0077+0.0000864=0.293 5）计算K-1点的三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流周期分布有效值

Ik-1(3)Uc2/3X(K2)（0.4/3）×0.2927=0.789

2）三相次暂态短路电流和短路稳态电流

Ik-3\"(3)I(k2)(3)Ik-2(3)0.789KA

3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

Ish(3)(k2)1.84I(k2)\"(3)0.40.29270.789KA3Ish(3)(k2)1.09I(k2)\"(3)1.090.7890.86KA

4）三相短路容量

S(3)(k2)3Uc2Ik230.4I(3)K20.546MVA

计算结果可见表如下：

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K-1 K-2 IK3 I\"3 I(3) ISH(3) iSH(3) SK(3) 13.696 0.86 20.407 164.951 1.452 0.546 9.07 0.789 9.07 0.789 9.07 0.789

第六章 主要设备选型计算

6.1高压断路器的选择

1、高压设备选择的一般要求：

（1）满足工作要求：应满足正常运行；检修及短路和过电压情况下的工作要求。包括电压、电流、频率、负荷;

（2）适应环境条件：应按当地环境条件进行校核。包括环境温度、相对湿度、海拔高度、最大风速；

（3）先进合理：应力求技术先进和经济合理；

（4）整体调谐：应与整个工程的建设标准协调一致； （5）适应发展：应适当考虑发展，留有一定的裕量； 2、按正常工作条件选择高压电器 （1）按工作电压选择：

选择的高压电器，其额定电压应符合所在回路的系统标称电压，其允许最高工作电压Umax不应小于所在回路的最高运行电压Uy，即

Umax≥Uy

熔断器、避雷器、电压互感器的额定电压应符合所在回路的系统标称电压。 （2）按工作电流选择：

高压电器和导线的额定电流In不应小于所在回路的最大持续工作电流Imax，即

In≥Imax

当高压电器的额定环境与实际环境温度不一致时，电器的最大允许工作电流应修正。

3、按开断电流（或断流容）选择：

①按短路器的额定开断电流（或断流容量）选择短路其时，应满足下式要求 Ibn≥Isct 或 Sbn≥Ssct 式中Ibn——断路器额定开断电流，KA； Sbn——断路器额定断流容量，MVA；

Isct——断路器触头开始分离瞬间的短路电流的有效值，KA； Ssct——断路器触头开始分离瞬间的短路容量，MVA；

按开断电流（或断流容量）选择高压电器时，宜取断路器实际开端电流（继电器动作时间与断路器固有份闸时间之和）的短路电流作为选择条件。

对于装有快速保护的速断器，当实际开断时间小于0.1S，其开断短路电流

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还应考虑非周期分量的影响，即按短路全全电流最大有效值来选择。 ②熔断器按开断电流选择时需满足下式要求 Ibn≥Ich

4、按电压和电流进行选择

高压隔离开关和断路器的额定电压，不低于装设地点电网的额定电压；其额定电流，不得小于通过的计算电流。 5、断流能力校验

高压隔离开关不允许带负荷操作，因此不校验其断流能力。 高压断路器需分断短路电流，其断流能力应满足的条件为：

Ioc≥Ik(3)

或 Soc≥Sk(3)

式中，Ioc、Soc分别为断路器的最大开断电流和断流容量；Ik(3)、Sk(3)分别为断路器安装地点的三相短路电流周期分量有效值和三相短路容量。 6、短路稳定度的校验

高压隔离开关和断路器均需进行短路动稳定度和热稳定度的校验。 6.2低压断路器校验

（1）低压断路器的额定电压UN.QF应不低于所在线路的额定电压UN，即 UN.QF≥UN （5-3）

（2）低压断路器的额定电流IN.QF应不小于它所安装的脱扣器额定电流IN.OR或IN.HR，即

IN.QF≥IN.OR （5-4） IN.QF≥IN.HR （5-5）

（3）低压断路器还必须进行断流能力的校验

1.对动作时间在0.02s以上的万能式断路器，其极限分断电流Ioc应不小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值Ik(3)，即

Ioc≥Ik(3) （5-6）

2.对动作时间在0.02s及以下的塑壳式断路器，其极限分断电流Ioc应不小于通过它的最大三相短路冲击电流ish(3)或Ish(3)，即

Ioc≥Ish(3) （5-7） 或 ioc≥ish(3) （5-8） （4）低压断路器过电流保护灵敏度的检验

为了保证低压断路器的瞬时或短延时过电流脱扣器在系统最小运行方式下在其保护区发生轻微的短路故障时能可靠地动作，低压断路器保护灵敏度必须满足条件：

SpIk.minK （5-9） Iop式中，Iop低压断路器的瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流；Ik.min为低压断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流（对TN或TT系统）或两相短路电流（对IT系统）；K为最小比值，可取1.3。 高压断路器： 型号 额定 额定 断流 动稳定 热稳定 固有分 开断 合闸 电压 电流 容量 电流峰值 电流 闸时间 电流 时间 40

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/KV /A /MVA /KA /KA SN10-10Ⅱ 10 1000 500 80 31.5(4s) 低压断路器： 型号 脱扣器 长延时动作 瞬时动作 单相接地短 额定电流 整定电流 整定电流 路动作电流 /A /A /A /A DW16-630 160 102～160 480～960 80 /s ≤ 0.06 /KA 31.5 /s ≤ 0.2 分断能力 电流 /kA 30 (380V) cosΦ 0.25 (380V) 6.3电压互感器和电流互感器的选择与校验 （一）电流互感器的选择与校验

1.电流互感器的额定电压应不地低于装设地点电路的额定电压；其额定一次电流应不小于电路的计算电流；其额定二次电流按其二次设备的电流负荷而定，一般应为5A。

2.短路动稳定度的校验

(3) Kes2I1Nish式中I1N为电流互感器的额定一次电流

3.短路热稳定度校验

(3)KtI1NItima t大多数电流互感器的热稳定时间取1s，因此其热稳定度校验公式可改为：

(3)tima KtI1NI（二）电压互感器的选择与校验

电压互感器的额定一次电压，应与安装点电网的额定电压相适应，其额定二次电压一般为100V。 电压互感器一、二次侧装有熔断器保护，因此不需要进行短路动稳定度校验和热稳定度校验。

（三）互感器的选择与校验 Ⅰ.电流互感器的选择

如图所示，10KV侧进线，计算电流

I30=

S3UN800KVA310KV46.18A

拟初步选择LQJ-10型电流互感器 型号 稳定电流比（A/A） 动态稳定性校验 41

LQJ-10 300/5 供配电系统毕业设计

(3) Kes2I1N160230067.88KAish56.58KA

满足动稳定性要求 短路热稳定性校验

Kt I1N=75×300=22.5KA

大多数电流互感器的热稳定时间取t=1s

(3)Itima(3)Itima22.190.718.57KA t(3)KtI1NItima

满足热稳定性要求

电流互感器选择 负荷 参数 型号 稳定电流比(A/A) 1s热稳定倍数 Kt 动稳定倍数Kes 动态稳定性校验 负荷1（校医院） LQG-0.5 300/5 50 100 负荷2（食堂） LQG1-0.5 400/5 50 100 (3)负荷1 Kes2I1N100230042.43KAish28.83KA (3)负荷2 Kes2I1N100240056.57KAish40.96KA

满足动稳定性要求

电压互感器的选择 安 10KV 装点 参数 型号 JDZ-10 额定电压 10KV 最大容量 500VA 准确级次 1级 6.4熔断器的选择 高压熔断器的选择CAD

0.4KV 负荷1CAD 负荷2（食堂） JDZ6-0.38 10KV 100VA 3级 JDZ6-0.38 380V 100VA 3级 1. 10KV侧进线，计算电流： I30=

S3UN800KVA310KV46.18A

拟初选RN1-10型熔断器 IN.FU =100A；IN.FE =75A IN.FU >IN.FE

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IN.FE > I30=46.18A

线路尖峰电流 Ipk=Ist=KstIN=3×46.18=138.54A IN.FE >K Ipk =0.3×138.54=41.56A

能躲过线路尖峰电流 2、熔断器保护灵敏度的检验

Ik.min0.86622.19103 Sp256.2K7 满足要求

IN.FE75型号 RN1-10 额定电流IN.FU 熔体电流IN.FE 额定电压 /A /A /KV 100 75 10 最大分断电流Ioc /KA 50 低压熔断器的选择 1、食堂计算电流： I30= 拟初选RT0-400型熔断器

IN.FU =400A；IN.FE =150A IN.FU >IN.FE IN.FE > I30=91.16A

线路尖峰电流

Ipk=Ist=KstIN=3×91.16=273.5A

IN.FE >K Ipk =0.3×273.5=82.04A 2、熔断器保护灵敏度的检验

S3UN6030.3891.16A

Ik.min0.86615.67103 Sp90.47K7

IN.FE150满足要求

（2）1.负荷2（食堂）计算电流：I30=

S3UN8730.38132.18A

拟初选RT0-600型熔断器 IN.FU =600A；IN.FE =350A IN.FU >IN.FE IN.FE > I30=132.18A

线路尖峰电流 Ipk=Ist=KstIN=3×132.18=396.54A IN.FE >K Ipk =0.3×396.54=119A能躲过线路尖峰电流

2. 熔断器断流能力的校验

Ioc=50KA>I’’(3)=22.26KA 满足要求

3. 熔断器保护灵敏度的检验

Ik.min0.86622.26103 Sp55.08K7 满足要求

IN.FE350型号 熔管额定额定电流/A 电压 熔管 熔 体 /V 43

最大分断电流Ioc /KA 供配电系统毕业设计

RT0-400 交流380 直流440 400 RT0-600 600 （150，200），250，300，350，400 （350，400），450，500，550，600 50 （cosΦ=0.1～0.2） 第七章 继电保护

7.1继电保护的作用

保护装置是反应供电系统及设备的故障或不正常状态，而作用于断路器跳闸或者发生信号的自动装置。 其主要作用：

(1)当保护的线路或者设备发生故障时，保护装置迅速动作，有选择的将故

障与电源分开。

(2)当线路或设备出现不正常运行状态，保护装置发出信号、减负荷或者跳

闸。

(3)为了防止故障扩大的，减轻故障的危害程度，并提高供配电系统运行的

稳定性，当系统发生故障，保护装置应尽量快的动作，切除故障。 (4)当发生故障或者不正常运行状态时，保护能灵敏的反应。

7.2供电系统常见的保护类型

1. 继电保护

2. 熔断器保护：多用在防止过载和短路，但是灵活性、选择性差，适用于

对供电可靠性要求不高之处，以及供电系统的末端采用。

3. 低压自动空气开关保护（380V，220V）：在对可靠性要求较高以及频繁操

作的低压供电系统中应用广泛。

7.3变压器的保护

一般应设以下保护： 1、 瓦斯保护

油浸式变压器当绕组过热或者匝间短路温度升高；用于800KVA以的油浸式变压器及400KVA以上的车间变压器。轻瓦斯保护温度不大，动作于信号。 重瓦斯动作于断开变压器各电源侧的断路器。

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2、 纵联差动保护或电流速断保护

为防止变压器绕组因套管间的多相短路，中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路，以及绕组匝间短路，应设此保护，保护装置动作于断开变压器的各侧断路器,6300KVA及以上并联运行变压器至10000KVA及以上单独运行的重要变压器及可设纵联差动保护10000KVA以下变压器可设电流速断保护和过电流保护。

3、带时限动作于跳闸的过电流保护

利用高压侧过电流保护，宜采用三相式。接于低压侧中线上的零序电流保护。接于低压侧三相电流保护。高压侧为单母线，低压侧无降压变压器，不宜装零序电流保护。400KVA及以上，Dyn一次电压在10KV及以下低压中性点直接接地，对低压侧装设单相接地保护，灵敏性符合要求时可利用高压侧过电流保护。 4、过负荷保护

对三绕组变压器应能反应各侧的过负荷情况，过负荷保护的方式用单相式带时限动作于信号，经常无人值班的变电所应动作于跳闸或断开部分负荷。 5、电容器保护

相间短路保护：低压侧及容量不大于400Kvar的高压电容器，设熔断器保护。 高压大容量需设高压断路器控制，由瞬时或短时过电流保护。

过压保护：电容器要求电网电压不得超过电容器额定电压的10%，凡有可能超过均应设过压保护，作用于信号或带时限的动作跳闸。

7.2 继电保护的整定计算

7.2.1 10KV侧线路所设保护

10KV侧线路应设（1）过电流保护（2）单相接地保护（3）电流速断保护 1、过电流保护

（1）过电流保护起动电流的整定 线路最大负荷电流：

If.max=3I30=3×46.18=138.54A

继电器动作电流：

Idz

灵敏度校验：

KKKZQKiKfhIf.max1.21138.543.46A0.86045

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Id.min19.22103K92.581.5IdzKi3.4660符合要求

（2）时限整定

应比后一级过电流保护动作的最大时限增加一个Δt，即 t1≥t2+Δt （3）备保护的灵敏度

I(2)d.min13.57103 K65.371.5

IdzKi3.4660符合要求

2、单相接地保护

7.2.2电力变压器保护

对变压器装设有：（1）过电流保护，（2）电流速断保护 1、过电流保护

变压器一次额定电流

I1NTSN3UN80031046.19A

IL.max=2I1NT=2×46.19=92.38A

动作电流

Idz灵敏度校验

KKKZQKfhIL.max1.2192.38138.6A 0.8KId.minIdz13.57103138.60.4103.921.5

符合要求

2、电流速断保护 速断保护动作电流

Idz

灵敏度校验

KKKZQKTIk.max1.3115.67103814.8A10/0.4Id.min19.22103K23.61.5Idz814.8符合要求

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第八章 防雷与接地

8.1防雷保护

8.1.1过电压及雷电的有关概念 (1)过电压的分类

过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。

在电力系统中，按过电压产生的原因不同，可分为内部过电压和外部过电压(雷电过电压)两大类。

1. 内部过电压

内部过电压是由于电力系统本身的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。

内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统的开关操作、负荷骤变或由于故障而出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利组合时发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁芯饱和而引起的铁磁谐振过电压。

2. 雷电过电压

雷电过电压又称外部过电压，是由于电力系统的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。

雷电过电压有两种基本形式：

(1)直接雷击 它是雷电直接击中电气设备、线路或建筑物，其过电压引起强大的雷电流用过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。

(2)间接雷击 它是由雷电对设备、线路或其他物体产生静电感应或电磁感应而引起的过电压。 8.1.2防雷保护的措施 一、接地的有关概念 (1)接地的类型和作用

1.工作接地 是指为了电路或设备达到运行要求的一种接地方式。系统中性点直接接地后，能维持相线对地电压不变；而系统中性点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地电弧，避免系统出现过电压。

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2.保护接地 是指为了在故障情况下保障人身安全、防止触电事故而进行的接地方式。

3.防雷接地 是指为了防止雷电过电压对人身和设备的安全生产危害而进行的一种接地方式，如避雷针、避雷器等的接地。

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