某电子厂供配电系统设计.docx

某电子厂供配电系统设计本论文要紧是对小型电子厂供配电系统的电气部分进行设计。电子厂由户外引入IokV的高压电源，通过电子厂变电所降为220/38OV的低压电，直接供给电子厂车间的动力系统与照明系统。在选择电气设备之前，先对电子厂负荷进行计算，确定电子厂总的负荷容量，同时在低压母线侧进行无功功率的补偿，以提高功率因数。根据补偿后的负荷容量，选择电子厂变电所变压器的容量与台数，然后确定电子厂使用的供电系统，选择合适的车间配电方案，画出供配电系统主接线图。高压一次设备、低压一次设备与导线截面积选择时，都务必满足电路正常条件下与短路故障条件下工作的要求。电气设备不仅要满足在短路故障条件下的工作要求，还务必按最大可能的短路故障时的动稳态度与热稳态度进行校验，以推断设备是否满足工作要求。电路发生三相短路时的短路电流电流最大，计算三相短路电流，以进行设备的校验。关键词：负荷计算主接线继电保护设备选择率补偿短路电流1引言电能是现代工业生产的要紧能源与动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送与分配既简单经济，又便于操纵、调节与测量，有利于实现生产自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。通常中小型电子厂的电压进线电压为6-10kVo电能先经高压配电所集中，在由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或者者高压配电线路供给给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将6T0kV的高压降为通常低压用电设备所需的电压(220/380V),然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。关于大型电子厂及其某些电源进线电压为35kV及以上的中型电子厂，通常通过两次降压，也就是电源进厂后，先经总降压变电所，有大容量的电力变压器将35kV及以上的电源电压降为6-10kV的配电电压，再通过高压配电线路或者高压配电所将电能送到各个车间变电所，最后经变压器降为通常低压用电设备所需的电压。有的35kV进线的电子厂，只经一次降压，及35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需电压。这种配电方式称之高压深入负荷中心的直配方式。这样能够省去一级中间变压，从而简化了供电系统，节约有色金属，降低电能损耗与电压损耗，提高供电质量。然而这要根据厂区环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜使用，以确保供电安全。关于总供电容量不超过100OkV的小型电子厂，通常只设一个降压变电所，将6-10kV电压降为低压用电设备所需的电压(220380V)o假如电子厂所需容量不大于160kVA时，通常使用低压电源进线，电子厂只需设一个低压配电间。本厂属于中小型电子厂，使用IOkV供电电源，在车间东侧1020m处有一座IOkV配电室，先用Ikm的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，将6T0kV的高压降为通常低压用电设备所需的电压(220/380V),然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。2电力负荷及其计算1 .1负荷分级及供电电源措施2 .Ll负荷计算的目的与意义计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的根据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用，即可在正常情况下长期运行。通常将这个最大计算负荷简称计算负荷Pcc负荷计算的目的是：计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的根据。 计算流过各要紧电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷电流,作为选择这些设备的根据。 计算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为选择这些线路电缆或者导线截面的根据。计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算与校验电动机的启动条件。为电气设计提供技术根据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线与电气设备的根据。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面与仪表量程的根据，也是整定继电保护的重要根据。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器与导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。假如计算负荷确定的过大，将使电器与导线电缆选得过大，造成投资与有色金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。假如计算负荷确定的过小，又将使电器与导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济缺失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。2.1. 2负荷计算的方法在已知用电设备的情况下，负荷计算有需要系数法、二项式法与利用系数法；在未知用电设备的情况下，负荷计算有负荷密度法、单位指标法与住宅用电量指标法。需要系数法用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，特别适用于配变电所的负荷计算。利用系数法使用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属与功率差异的影响,乘以与有效台数有关的最大系数的计算负荷。这种方法的理论根据是概率论与数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较困难，在电气设计中通常不用。二项式法在设备组容量之与的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，使用经验系数进行加权求与法计算负荷。负荷密度法当已知某建筑面积负荷密度P时，某建筑的平均负荷可按下式计算Pav=PA(kW)式中：P负荷密度(kW)A一一某建筑面积(m2)在建筑方案设计阶段，可使用建筑面积负荷密度法进行负荷估算。在建筑施工阶段设计时，可使用需要系数法进行复核。2. 2无功功率补偿工业与民用用电设备中，有大量设备的工作需要通过向系统汲取感性的无功功率来建立交变的磁场，这使系统输送的电能容量中无功功率的成分增加，在系统变配电设备及输送线路规格一定的情况下，直接影响到有功功率的输送。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，能够提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流淌，因此能够降低线路与变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。3. 2.1功率因数功率因数低对供配电系统的影响功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：1)使配电设备的容量增加：在三相交流系统中，电流与有功功率的关系式是：I=J3Ucos其中有功功率尸是系统向用电设备提供的，要转化为其他形式能量的功率，这部分功率是不能减少的。因此在电压一定时，功率因数越小，即无功分量越大，则电流越大。若要承受较大的电流，系统电气设备的容量必定要加大，这就会增加系统成本，使电气设备利用率降低。2）使供电系统的损耗增加：从供配电系统功率损耗计算式中不难看出，通过系统的电流增加，系统上的功率损耗也会增加。3）使电压缺失增加：线路电流越大，电压缺失也就越大。4）使发电机效率降低：系统中负荷对无功功率需求量增大时，发电机务必增发相应的无功功率去平衡，这样就降低了效率。提高功率因数的意义在用电设备中绝大部分为感性负荷，使用电单位功率因数小于1。为了保证供电质量与节能，充分利用电力系统中发配电设备的容量，减小供电线路的截面，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压缺失，务必提高用电单位的功率因数。对用户的补偿容量在全国供电规则中已有规定：“无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率应属的基础上，设计与装置无功补偿设备，并做到随其负荷与电压变动及时投入与切除，防止无功电力倒送，用户在当地供电局规定的电网高峰时的功率因数，应达到下列规定：高压供电的用户与高压供电装有负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.9以上；其他100kVA（kW）及以上电力用户与大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。因此，在供配电系统中，务必改变无功功率大小，即提高功率因数，以便提高系统中设备的有效利用率。2.2.2无功补偿的选择要使供配电系统的功率因数提高，通常可从两个方面采取措施。一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不用任何补偿装置时的功率因数；一是采取人工补偿的方法使使总功率因数得以提高，总功率因数是指使用了补偿装置后得到的功率因数。提高自然功率因数的方法：电动机类电气设备的额定功率因数是较高的，通常都在0.85以上，但是当它们在非额定状态下（如轻载）工作时，功率因数与效率都将大幅度降低，对此，要紧使用如下措施改善自然功率因数：1）合理选择电动机的型号与规格。2)合理选择变压器的型号与规格，避免因长期轻载运行而造成的功率因数降低。使用人工补偿提高功率因数的方法：人工补偿方法有发电机补偿、电容器补偿、调相机补偿与静止补偿器补偿，要紧有两种，一是使用同步电动机补偿，一是使用并联电容器补偿。D在供配电系统中通常只有在能使负荷使用要求得以满足的情况下，才使用同步电动机代替异步电动机工作，且同步电动机兼作无功补偿设备，如今无功补偿的调节能够做到平滑的自动调节；专为无功补偿而设的同步电动机称之同步调相机，由于投资与损耗较大，又不便于保护、检修，供配电系统中很少使用这种补偿方式。2)使用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍使用的一种无功补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有功损耗小、运行保护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。2.2.3无功补偿的计算要使功率因数由CoSe提高到COSd，务必装设无功补偿装置，其容量为：，2、=Qso-Q30=(tantanS)=M岛°.=tan¢)-tan,称之无功补偿率电子厂无功功率的补偿：Q1=(tantan,)=392.58×tan(arccos0.6)-tan(arccos0.92)=356.2var取Q.为360Aar补偿后变压器的容量与功率因数补偿后变压器器低压侧的视在计算负荷：530c2=7o(2)2+30(2=392.582+(523.23-360)V¾=425.16ZEA变压器低压侧的计算电流：3tx2/=530(2/(y3UW2)=425.16/(3×0.38)=645.984主变压器的功率损耗：bP O.O153o0.0 Ix 425.16AW = 4.25AWQt0.05S30=0.05×425.16kvar=21.26Ear变压器高压侧的计算负荷：有功计算负荷：勺'=及'+弓=392.58+4.25=396.83ZW无功计算负荷：Q30=Q3o(2)+Qt=523.23-360+21.26=184.49%var视在计算负荷：=7+=396.832+184.492=437.62我班计算电流：品'=S30'/(闻mo)=425.16(3×0.38)=645.98A功率因数：CoSe(；=/7S30'=396.83/437.62=0.907>0.9补偿后功率因数满足要求。3变压器的选择及其电气主接线3.1 变压器的选择3.1.1 电力变压器及其分类电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其要紧功能是将电力系统的电能电压升高或者降低，以利于电能的合理输送、分配与使用。常用变压器的种类，在中低压供配电系统中，常用的电力变压器有如下几种分类方式：按相数分类：有三相电力变压器与单相电力变压器。大多数场合使用三相电力变压器，在一些低压单相负载较多的场合，也使用单相变压器。按绕组导电材料分类：有铜绕组变压器与铝绕组变压器，目前通常使用铜绕组变压器。按绝缘介质分类：有油浸式变压器与干式变压器两大类。按绕组联结组别分类：有YynO与Dynll两种。3.1. 2电力变压器的连接组别电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因采取不一致的联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不一致相位关系。中压配电变压器有YynO,与Dynll两种常见的联结组，配电变压器用Dynll联结较之使用YynO联结有一下优点：对Dynll联结变压器来说，其3n次谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流,从而不致注入公共的高压电网中去，这交之一次绕组接成星形接线的YynO联结变压器更有利于抑制高次谐波电流。Dynll联结变压器的零序阻抗较之YynO联结变压器的零序阻抗小的多，从而更有利于低压单相接地故障保护的动作与故障的切除。当低压侧接用单相不平衡负荷时，由于YynO联结变压器要求低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%,因而严重限制了其接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的发挥。GB50052-1995供配电系统设计规范规定，低压为TN及TT系统时，宜与选用Dynll联结变压器。Dynll联结变压器的低压侧中性线电流同意达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比YynO联结变压器大。因此，机器厂的电力变压器选择DynIl联结形式。3.1. 3变压器台数与容量的选择选择主变压器台数应考虑下列原则：1）三级负荷通常设一台变压器，但考虑现有开关设备开断容量的限制，所选单台变压器的容量通常不大于1250kVA;当用电负荷所需的变压器容量大于125OkvA时，通常应使用两台或者更多台变压器。2）当季节性或者昼夜性的负荷较多时，可将这些负荷使用单独的变压器供电，以便这些负荷不投入使用时，切除相应的供电变压器，减少空载损耗。3）当有较大的冲击性负荷时，为避免对其他负荷供电质量的影响，可单独设变压器对其供电。4）当有大量一、二级负荷时，为保证供电可靠性，应设两台或者多台变压器。以起到相互备用的作用。5）在确定变电所住变压器台数时，应考虑负荷的进展，留有一定的余量。变压器容量的选择1）只装一台主变压器的变电所主变压器容量Snt应满足全部用电设备总计算负荷S3。的需求，即2)装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量Snt应该同时满足下列两个条件:a.任一台变压器单独运行时，宜满足总的计算负荷S3。的大约60%-70%的需要,即Snt=(0.6-0.7)S30b.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的要求。即oN.To30(l+11)车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量，通常不宜大于l(XX)kVA°这一方面是受以往低压开关电器断流能力与短路稳固度要求的限制，另一方面也是考虑到能够使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗与有色金属消耗量。适当考虑负荷的进展应适当考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地。本电子厂的负荷属于三级负荷，同时补偿后S30'=425.16匹4可选500kVA的变压器，考虑到今后进展的要求，选择S9-630/10型变压器一台。3.1.4电力变压器的校验电力变压器的额定容量SN.T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。假如安住地点的年平均气温%a、,工20°C时，则年平均气温每升高loC,变压器容量相应地减少1%,户外电力变压器的实际容量为S=(I一4吐约»r100vr关于户内变压器，由于散热条件差，通常变压器室的出风口与进风口间有约15°C的温差，从而使处于室内中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出大约8。C,因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要小8%。关于S9-630/10型变压器，考虑本地年平均气温为23.2oC,即年平均气温不等于20°C,关于室内变压器，事实上际容量为Sr=(0.92-av20)Svr=(0.92-23,22°)630A:VAr100NT100=599MkVA>425A6kVA因此，选择的变压器满足要求。3. 2电子厂变配电所的主接线图4. 2.1电气主接线的概况电气主接线图即主电路图，是表示供电系统中电能输送与分配线路的电路图，亦称一次电路图。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护与自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳固、灵活与经济运行。电气主接线应满足可靠性、灵活性与经济性三方面：可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，电气主接线首先务必满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性与经济性两方面，做出切合实际的决定。灵活性：电气主接线应能习惯各类运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包含下列几个方面：1)操作的方便性电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单,操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。2)调度的方便性电气主接线在正常运行时，要根据调度要求，方便的改变运行方式。同时发生事故时，要能尽快地切出故障，故停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电与破坏系统的稳固运行。3)扩建的方便性对将来要扩建的发电厂与变电站，其主接线务必具有扩建的方便性。经济性：使用简单的接线方式，少用设备，节约设备上的投资。3. 2.2车间与小型电子厂变电所的主接线图车间变电所的主接线图车间变电所的主接线分两种情况：1)有电子厂总降压变电所或者高压配电所的车间变电所其高压侧的开关电器、保护装置与测量仪表等，通常都安装在高压配电线路的首段，即总配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器室与低压配电室，其高压侧多数不安装开关，或者只安装简单的隔离开关、熔断器、避雷器等，如图3.1所示。a）b）c）d）e）f）g）图3.1车间变电所高压侧主接线方案a）高压电缆进线，无开关b）高压电缆进线，装隔离开关c）高压电缆进线，装隔离开关-熔断器d）高压电缆进线，装负荷开关-熔断器e）高压架空进线，装跌开式熔断器与避雷器f）高压架空进线，装隔离开关-熔断器与避雷器g）高压架空线,装隔离开关-熔断器与避雷器由图能够看出，凡是高压架空进线，变电所高压侧务必装设避雷器，以防雷电波沿着架空线路侵入变电所击毁电力变压器及其他设备的绝缘。而使用高压电缆进线时，避雷器则装设在电缆的首端，而且避雷器的接地端要连同电缆的金属外皮一起接地。如今变压器高压侧通常能够不再装设避雷器。假如变压器高压侧为架空线又通过一段电缆引入时，则变压器高压侧仍应装设避雷器。2）电子厂无总变、配电所的车间变电所电子厂内无总降压变电所与高压配电所时.，其车间变电所往往就是电子厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置与测量仪表等，都务必配备齐全，因此通常要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下，就能够不设高压配电室，其高压侧的开关电器就装在变压器室的墙上或者电杆上，而在低压侧计量电能，或者者其高压柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能。小型电子厂变电所的主接线图1）只装有一台主变压器的小型变电所主接线图只装有一台主变压器的小型变电所，其高压侧通常使用无母线的接线。根据其高压侧使用的开关电器不一致，有下列三种比较经典的主接线方案。a.高压侧使用隔离开关-熔断器或者户外跌开式熔断器的变电所主接线图（图3.2）这种主接线，受隔离开关与开式熔断器切断空载变压器容量的限制，通常只用于500kVA及下列容量的变电所。TA夕）*220/3；图3.2高压侧使用隔离开关-熔断器这种变电所相当简单经济，但供电可靠性不高，当主变压器或者高于侧停电检修或者发生故障时，整个变电所要停电。由于隔离开关与跌开式熔断器不能带负荷操作,因此变电所送电与停电的操作程序比较复杂，假如稍有疏忽，还容易发生带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而影响供电的可靠性。但是这种主接线简单经济，关于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。b.高压侧使用负荷开关-熔断器或者负荷跌开式熔断器的变电所主接线图（图3.3）由于负荷开关与负荷跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作简便灵活得多，也不存在着在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高，通常也只用于三级负荷的变电所。6'IOKV电源进线6"IOKV电源进线QSl YS24 八220380V图3.4高压侧使用隔离开关-断路器的变电所主接线图图3.5高压双回路进线的一台主变压器变电所主接线图c.高压侧使用隔离开关-断路器的变电所主接线图（图3.4）这种主接线由于使用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便,而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，假如短路故障已经消除，则可立即合闸回复供电。假如配备自动重合闸装置，则供电可靠性更高。但是假如变电所只此一路电源进线时，通常也只用于三级负荷；但假如变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或者另有备用电源时，则可用于二级负荷。假如变电所有两路电源进线，如图3.5所示，则供电可靠性相当提高，可供二级负荷或者少量一级负荷。6"IOKV电源进线-1 L2 2QS2QFTA2. 一QSQFI ×nIIFVl-W11 QF5图3.6高压侧无母线、低压侧单母分段的变电所主接线图2）装有两台主变压器的小型变电所主接线图a.高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图（图3.6）这种主接线的供电可靠性较高，当任一主变压器或者任一电源进线停电检修或者发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。假如两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电影断电而跳闸时.，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时变电所可供一、二级负荷。6"10KVI电源进线（z"日1116"IOKVTv11QsQFl3 3 ” lQSSqf/线 11W图3.7高压使用单母线、低压单母线分段的变电所主接线b.高压侧使用单母线、低压侧使用单母分段的变电所主接线图（图3.7）这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或者具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。任一主变压器检修或者发生故障是，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但是高压母线或者电源进线进线检修或者发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。假如有与其他变电所相连的高压或者低压联络线时，则可供一、二级负荷。c.高低压侧均使用单母线分段的变电所主接线图（图3.8）这种主接线的两段高压母线，在正常时能够接通运行，也能够分段运行。任一台主变压器或者任一路电源进线停电检修或者发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电。因此，其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。6IOKV电源进线,41ATvTAA2T图3.8高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图4短路电流的计算4.1 短路的原因、后果及其形式4.1.1 短路的原因系统中最常见的故障就是短路，短路就是指不一致电位的导电部分对地之间的低阻性短接。产生短路的原因有：电气设备绝缘被损坏绝缘损坏多由于未及时发现与消除设备的缺陷，与设计、安装与运行保护不良所致。比如，过电压、设备遭雷击、绝缘材料陈旧、机械损伤等等。有关人员误操作这种情况大多是由于操作人员违反安全操作规程而发生的，比如带负荷拉闸，或者者误将低电压设备接入较高电压的电路中而造成击穿短路。鸟兽为害事故鸟兽跨越在裸露的相线之间或者者相线与接地物体之间，或者者咬坏设备与导线电缆的绝缘，从而导致短路。4.1.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。短路电流对系统产生较大的危害：短路时要产生很大的点动力与很高的温度，而使故障元件与短路电路中的其他元件受到损害与破坏，甚至引发火灾事故。 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的缺失也越大。严重的短路要影响电力系统运行的稳固性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统结列。不对称短路包含单相与两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对邻近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此务必尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳固性与热稳固性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电装置与选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也务必计算短路电流。4.1.3短路的形式在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路与两相接地短路等,其中两相接地短路，实质是两相短路。按短路电路的对称性来分，三相短路属于对称性短路，其他形式短路均不为对称短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但通常情况下，特别是远离电源的电子厂供电系统中，三相短路的短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此作为选择与校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，不对称短路也能够按对称的短路电流分解为对称的正序、负序、零序分量，然后按对称量来分析与计算，因此对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。4.2无限大容置电力系统的三相短路计算4.2.1无限大容量电力系统无限大容量电力系统，是指供电容量先关于用户供电系统容量大的多的电力系统。其特点是：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。假如电力系统的电源总阻抗不超过短路总阻抗的5%-10%,或者者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。对通常电子厂供电系统来说，由于电子厂供电系统的容量远比电力系统总容量小，而阻抗又较电力系统大得多，因此电子厂供电系统内发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说可将电力系统视为无限大容量的电源。4.2.2短路电流的计算方法进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，在电路图上，将短路计算所需要考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将个元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。电力系统的阻抗计算电力系统的电阻相关于电抗来说很小，通常不予考虑。电力系统的电抗，可由电力系统变电站馈电线出口断路器的断路容量打来估算，电力系的电抗为X恪黑式中，S为电力系统馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电路总阻抗的计算，免去阻抗换算的烦恼，此式中的S可直接使用短路点的短路计算电压；S，C为系统出口断路器的断流容量，假如只有断路器的开断电流&,则其断流容量Soc=CiocUn,这里的UN为断路器的额定电压。电力变压器的阻抗计算1）变压器的电阻Rr可由变压器的短路损APK耗近似计算因P 3In2R 3(SN啊(尹氏/A*）?式中，S为短路点短路计算电压；5'为变压器的额定容量；外为变压器的短路损耗。2）变压器的电抗X,可由变压器的短路电压q%近似地计算。因Uk%®XTXloOa4lXl00UCUc2故Y4%.上X100SN式中，q%为变压器的短路电压百分值。电力线路的阻抗计算D线路的电阻“Z可由导线电缆的单位长度电阻以乘以线路长度求得，即RWL=NJ式中，RO为导线电缆单位长度电阻，1为线路长度。2）线路的电抗XM可由导线电缆的单位长度电抗X。乘以线路长度求得，即XWLXJ表4.1电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线路电压35kV及以上6-10kV220V/380V架空线路0.40.350.32电缆线路0.120.080.066在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器时，电路内各元件的阻抗都应该统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。4. 2.3电子厂三相短路电流的计算图4.1短路计算电路图画出短路等效电路图，如图4.2所示：k-l图4. 2短路等效电路图求短路点K-I处短路电流与短路容量(Uel=K).5kV ) o计算短路电路中各元件的电流与总阻抗。a.电力系统的电抗：Uj 二(10.5ZV)2 工500MVA= 0.221查表得SNIO-IOIl型断路器的断流容量SoC=500MVAb架空线路的电抗：X2 = X0I = 0.35×l =0.35 c电缆线路的电抗：xs = x(o = 0.08 × 0.02 = 0.0016 计算总电抗：X (k r)= X1 + X2 + X3 = 0.573 计算K-I点的三相短路电流与短路容量。三相短路电流周期分量有效值：(3)(k-l)= (10.5V)2 3Xk.h 3×0.573= 10.58M三相短路次暂态电流与稳态电流：/(3F=R=/g)=1058乂三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：叫以D =255(3)=2.55x10.58 = 26.979ZVAWlRT)VK-I 3hfk h = 1.51 ,=1.51x10.58 = 5.976kVA Kl)K-I 三相短路容量:即八=36r, 1 yk n = 3 × 10.5 × 10.58 = 192.414MVA求K-2点三相短路电流与短路容量(U02 =0.4kV )1)计算短路电路中各元件的电抗与总电抗a电力系统的电抗:U2 O 42.X； = - = = 3.2×104SOC 500b架空线路的电抗:X； = X0I (-)2=0.35×(-)2 =5.08× 1042U 310.5c电缆线路的电抗:X； = Xe 油(%)2 =0.0016x(空 ¥ =2.32x10-6。3"UCl10.5d电力变压器的电抗：查表Ulc% = 5则X：a%。、100 SN5 0.42IOO 630= 0.0127总电抗X( k 2)= x： + x； + x； + X4 = 0.0.01353)计算K2点三相短路电流与短路容量。三相短路电流周期分量有效值：<3)_c2(k-2) q VOAZ(k2)(0.4 AV)23×0.0135= 17.11M三相次暂态短路电流与短路稳态电流%t2)=17llM三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：户Wk2)=1-847；2)<3)=1.84×17.11=31.48kVA.V(-ZJKK-Z2/加Jt=1.84几2)=L84x17.11=18.65H¾三相短路容量：SD=l-21-3k-2)=>×04×17.11=11.85MVA5车间的配电4.1 低压配电线路接线方式电子厂的低电压配电线路有放射式、树干式与环形三种基本结线方式。放射式结线的特点是：其引出线发生故障时互不影响，供电可靠性较高，而且便于装设自动装置。但有色金属消耗较多，使用的开关设备也较多。放射式接线方式多用于设备容量大或者供电可靠性要求较高的设备供电。而树干式结线的特点正好与放射式接线相反。很适于供电给容量较小而分布均匀的用电设备。环形结线供电可靠性较高，但其保护装置及整定配合比较复杂。因此，根据车间的具体情况，本系统使用放射式与树干式组合的结线方式，能满足生产要求。配电设计方案1：如图5.1所示：配电设计方案2：如图5.2所示：方案比较：方案1与方案2对车间的供电是可行且都能达到目的。方案1与方案2中，方案1中得干线与方案2中的干线是同样地。对功率较大的靠近变电所的设备使用放射性供电，放射式线路之间互不影响,因此供电可靠性较高。方案1中得干线跨过20多米把设备10、11、12连接，电能损耗大，金属损耗多，这样既不经济的，供电可靠性不可靠。而方案2中，设备1到9由一干线树干式供电，能减少线路的有色金属消耗量，使用的高压开关数量少，投资少，能弥补以上的缺点。方案1中的干线供电的范围中，包含功率较大的设备30与29。由于其他设备功率小，这样起动电流大，供电不可靠。方案2中干线只对13到21、31这小功率的设备供电，功率平衡，供电可靠性相对较高。大功率设备3029直接使用放射式供电。方案1中，三只桥式起重机用同一干线使用树干式供电，若有一台起重机出故障，则三台起重机均不能使用，供电可靠性极差。而关于方案2中，用干线QD对起重机设备49、50与48供电，若一台起重机出现故障，至少还有一台起重机可工作。这样，供电可靠性就提高了。方案2中得干线把22到27、32到38及10到12的设备使用树干式供电,减少电能损耗，减短导线长度。从经济上看，节约开支，且不影响供电可靠性。结论：经以上比较，从经济性、供电可靠性两方面考虑，方案2比方案1好。因此使用方案2对车间供电。5. 2低压配电系统的接地型式我国220/380V低压配电系统，广泛使用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（N）、保护线（PE）或者保护中性线（PEN）o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；二是用来传导三相系统的不平衡电流；三是减小负荷中性点的电位偏移。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带电压的易被触及的导电部分，比如设备的金属外壳、金属构架等）通过保护线接地，可在设备发生基地故障是减少触电危险。保护中性线（PEN线）的功能：它兼有中性线与保护线的功能。这种PEN线在我国通常称之“零线”，俗称地线。低压配电系统接地型式，分为TN系统、TT系统与IT系统。TN系统TN系统的中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的