供配电技术习题答案

供配电技术习题答案

莫岳平 翁双安2012版

1---7、电力负荷分级的依据是什么？各级电力负荷对供电电源有什么要求?

用电负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上造成的影响程度分级。

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。

1-11试确定图1-17所示电力系统中各变压器的一次、二次绕组的额定电压。

kV U kV U T NT NT 121,5.10:.2.11==；kV U kV U T NT NT 4.038.01.1,5.10:.2.12≈?== kV

U kV U T NT NT 5.101005.1,110:.2.13=?==；kV U kV U T NT NT 4.038.01.1,10:.2.14≈?==

2--1用电设备按工作制分哪几类？各有何工作特点？

用电设备按工作制分三类：（1）连续工作制，（2）断续周期工作制，（3） 短时工作制

连续工作制：是指设备在无规定期限的长时间内恒载的工作制，在恒定负载连续运行到达热稳定状态。此类设备有通风机、水泵、电动扶梯、照明等。

断续周期工作制：是指设备按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段恒定负载运行时间和一段停机并断电时间组成，但在每一周期内运行的时间较段，不足以使电机到达热稳定状态，且每一周期的起动电流对温升无明显影响。 断续周期工作制的设备用负荷持续率来表征其工作特征。

%100%1000?+=?=t t t T t ε

T----工作周期

t----工作周期内的工作时间

t0----工作周期内的停歇时间

（3）短时工作制 ：是指设备在恒定负载下按制定的时间运行，在未到达热稳定前就停机，其停机时间足以让电机温度下降到环境温度。

2--5什么叫尖峰电流?尖峰电流与计算电流同为最大负荷电流，各在性质和用途上有那些区别？

尖峰电流 是指持续时间1-2S 的短时最大负荷电流（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。

计算电流是计算负荷在额定电压下的正常工作电流。它是选择导体、电器、计算电压偏差、功率损耗等的依据。

2—10现有9台单相电烤箱，其中4台1kW 、3台1.5kW 、2台2kW 。试合理分配上述各电烤箱在220/380V 的线路上，并计算其等效三相计算符合C P 、C Q 、C S 和C I 。

此线路上设备总功率：

kW P P sb js 5.12225.1314=?+?+?==∑

查副表1：0tan ,00.1,6.0~4.0===??Cos K d

取0tan ,00.1,5.0===??Cos K d

kW P K P js d C 25.65.125.0=?==

var 0tan k P Q c C ==?

kVA Cos P S C C 25.6125.6===?

A U S I N C

C 40.16220325.63=?==

3---7电弧对电器的安全运行有哪些影响？

电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。 电弧是高温高导电率的游离气体，它

不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。电弧的存在可引起高温,短路等伤害电器设施。

3---13电流互感器和电压互感器具有何功能？各有何结构特点？

电流互感器的功能：

1)把大电流变换为小电流扩大仪表和继电器的量程。电流一般变为5A，

2)使仪表电器与主电路绝缘，起隔离作用。

3)使仪表和继电器规格统一。

电压互感器的功能：

1)把高电压变换为低电压扩大电压表和继电器的使用范围。电压一般变为100V

2)使二次仪表和主电路隔离。

3)使仪表和继电器规格统一，易于实现标准化

两者工作原理和变压器原理差一样，都是利用电磁感应放大或缩小电压、电流来实现测量现实中无法直接测量的过大或过小的电压、电流值。

电压互感器是测大电压的。并联接入被测线路的零线和火线，原线圈砸数很多，为了增大电而副线圈的砸数很少，目的就是为了缩小需直接测量的电压。测出缩小后的电压之后再根据变压前后的比等于原副线圈砸数之比算出原来电路

两端电压。这样就实现了测量大电压。反过来可以测量过小的电压。

电流互感器是串联接入电路，原线圈砸数很少，为了减少电而副线圈的砸数很多，目的就是为了缩小需直接测量的电流利用电压比等于原副线圈砸数的正比来算的，它和电压互感器原理差不多。

3---20变配电所所址选择应考虑哪些条件？变电所靠近负荷中心有什么好处？

变配电所所址选择的确定遵循以下原则：

（1）接近负荷中心

（2）进出线方便

（3）靠近电源侧

（4）满足供电半径的要求

（5）运输设备方便

（6）避免设在有剧烈震动和高温的场所

（7）避免设在多尘或有腐蚀性气体的场所

（8）避免设在潮湿或易积水场所

（9）避免设在有爆炸危险的区域或有火灾危险区域的正上面或正下面

变电所应靠近负荷中心和主要用户可方便输电线路进出和铺设，减少工程费用，减小输电线路上的电压损失。

3---24

变压器的容量大小，通常情况下是根据所需用电单位供电大小来确定的，随着电压等级的不同，各电压等级产品容量也不一样。电压等级可从10KV~1000KV不等。常规容量大小从10KVA开始，随着电压等级的增大，容量也会相应的增加。例如：10KVA/10KV、500/10、630/10、800/10、2000/35、31500/66、40000/110、100000/220、240000/330、400000/500等等。

由于该建筑物有1，2级负荷为400kVA，所以应才用2台变压器大于400kVA变压器；由于总计算负荷为1200kVA，基于上述2点应采用2台630/10干式变压器。

4---1短路产生的原因和后果有哪些？

短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有：

(1)电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。

(2)自然的原因。如：气候恶劣，由于大风、低温导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。

(3)人为事故。如：工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金屑性短路，人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。

短路可能产生后果：

(1)短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏；

(2)短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；

(3)短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作；

(4)短路可能使电力系统的运行失去稳定；

(5)不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。

4---3什么样的系统可以认为是无限大容量电源供配电系统？

无限大容量电力系统，指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。

在实际中，当电力系统电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的10%，或者电力系统容量超过用户（含企业）供配电系统容量的50倍时，就可将电力系统视为“无限大容量电源”

4---13某用户供电系统如下图所示。已知电力系统出口处的短路容量在系统最大运行方式下为SK=200MVA ，试求用户高压配电所高压10kV 母线上k-1点短路时和配电变电所低压380V 母线上k-2点短路时的三相短路电流和两相短路电流，并列出短路计算表。

解：1.求k-1点的三相短路电流和短路容量(1c U =10.5kV)

(1)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：

Ω=?==55.0A 200)5.10(2

211MV kV S U X oc c

2)电缆线路的电抗：查表13得X0=0.08Ω/km

Ω=?Ω==24.03)/(08.002km km l X X

3）绘k-1点短路的等效电路，并计算其总电抗为

Ω=Ω+Ω=+=-∑79.024.055.021)1(X X X k

(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

kA

kV X U I k c k 67.779.035.103)1(1

)3(1=Ω?==-∑-

2)三相短路次暂态电流和稳态电流

kA I I I k 67.7)3(1)3()3"(===-∞

3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

kA

kA I i sh 56.1967.755.2"55.2)3()3(=?== kA kA I I sh 58.1167.751.1"51.1)3()3(=?==

4)两相短路电流

kA I I k k 64.667.7866.0231)3()2(1=?==--

2.求k-2点的三相短路电流和短路容量(1c U =380V)

(1)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：

Ω=?==55.0A 200)5.10(2

211MV kV S U X oc c

2) 电缆线路的电抗：查表13得X0=0.08Ω/km

Ω=?Ω==24.03)/(08.002km km l X X

3)电力变压器的电抗：

Ω=????==625.510800*********.4100%36

NT d k d S S U X

4）绘k-2点短路的等效电路，并计算其总电抗为

Ω=Ω+Ω+Ω=++=-∑415.6625.524.055.0321)2(X X X X k

(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

A

kV X U I k c k 2.34415.6338.03)2(2

)3(2=Ω?==-∑-

2)三相短路次暂态电流和稳态电流 A

I I I k 2.34)3(2)3()3"(===-∞ 3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

A

A I i sh 2.872.3555.2"55.2)3()3(=?== A A I I sh 1.532.3551.1"51.1)3()3(=?==

4) 两相短路电流

A I I k k 48.302.35866.0231)3()2(1=?==--

5---1继电保护装置有哪些任务和基本要求？

继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气元件发生故障

或不正常运动状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种

自动装置。

基本任务是:

①自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，迅速恢复非故障部分的正常供电。

②能正确反映电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号，以便值班人员采取措施，保证电气设备的正常工作；或经一段时间运行处理后，电气设备仍不能正常工作，则保护动作于断路器跳闸，将不能正常工作的电气设备切除。

③与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置ARD 、备用电源自动投人装置APD等）配合，缩短事故停电时间，提高供电系统的运行可靠性。

基本要求：

①选择性。当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。

②速动性：为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。

③灵敏性。指在保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置的反应能力。

④可靠性。继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。

5---14试述变压器差动保护的基本原理，分析其产生不平衡电流的原因及抑制方法？

变压器纵联差动保护是反应变压器原副边两侧电流差值的一种快速动作的保护装置。保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。

（1）在正常运行和外部短路时:

22I I I K ''='== 0（或差流值极小），继电器不动作。

（2）在差动保护的保护区内d 点短路时，对于单端供电的变压器来说2I ''= 0，所以

1I I K ''= ，继电器动作。对于双端供电的变压器来说22

I I I K ''+'=，继电器也动作。 变压器差动保护中不平衡电流产生原因及抑制措施

（1）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。

在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流(即励磁涌流)。

励磁涌流有如下特点：

①含有很大成分的非周期分量，其波形偏向时间轴的一侧。 ②含有大量高次谐波，而且以二次谐波为主。

③波形之间出现间断角。

减小励磁涌流影响的方法如下：

①采用具有速饱和铁心的差动继电器。

利用BCH-2型差动继电器来实现。

②采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。

③利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。微机保护装置可实现

（2）由于变压器一、二次侧结线不同引起的不平衡电流Y/△-11接线的变压器原副边相位相差30°，因此必须补偿回来。

补偿方法为：

（3）由两侧电流互感器变比的计算值与标准值不同引起起的不平衡电流

可以在电流互感器二次回路接入自耦电流互感器来进行平衡，或利用速饱和电流互感器中的或专门的差动继电器中的平衡线圈来进行补偿，消除不平衡电流。但差动继电器的平衡线圈只有整数匝数可供选择。因而不能完全补偿，需在动作电流整定时躲过。

（4）各侧电流互感器型号和特性不同引起的不平衡电流

当变压器两侧电流互感器的型号和特性不同时，其饱和特性也不同(即使型号相同，其特性也不会完全相同)。因此尽可能选择同型号或相近型号的电流互感器，并在动作电流整定时躲过。

（5）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流

变压器在运行时，往往采用改变分接头位置(即改变高压线圈的匝数)进行调压。因为分接头的改变，就是变压器变比的改变，电流互感器二次侧电流因而改变，引起新的不平衡电流。

通过提高保护动作电流躲过。按“0”分接头整定，考虑5%的变动。

总之，变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采取措施，减小其影响，用以提高差动保护灵敏度是可能的。

6---14变电所的综合自动化的基本功能？

变电站综合自动化是多专业性的综合技术，它以微计算机为基础，实现了对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现了电网运行管理的一次变革。变电站自动化需完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几种功能组：①控制、监视功能；②自动控制功能；③测量表计功能；④继电保护功能；⑤与继电保护有关功能；⑥接口功能；⑦系统功能。结合我国的情况，具体来说，变电站综合自动化系统的基本功能主要体现在微机保护、安全自动控制、远动监控、通信管理四大子系统的功能。

6---16备用电源自动投入装置和自动重合闸装置有何作用？备自投是在厂用工作电源消失后，备用电源自动投入的装置。

自动重合闸是当线路故障时，断路器断开以后，能将断路器重新合上的装置。

区别：备自投不考虑同期，自动重合闸考虑同期。

7---4电线电缆导体截面积的选择应考虑哪些条件？

确定电线电缆的导体截面积时，一般应考虑发热，电压损失，经济电流密度，机械强度等选择条件。

根据经验，低压动力线因其负荷电流较大，故一般先按发热条件选择截面，然后验算其电压损失和机械强度；低压照明线因其对电压水平要求较高，可先按允许电压损失条件选择截面，再验算发热条件和机械强度；对高压线路，则先按经济电流密度选择截面，然后验算其发热条件和允许电压损失；而高压架空线路，还应验算其机械强度。

8---6什么是等电位联结？它有哪些作用？

等电位联结是将建筑物中各电气装置和其它装置外露的金

属及可导电部分与人工或自然接地体同导体连接起来以达

到减少电位差的目的。等电位联结有总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结。

补充：浴室被国际电工标准列为电击危险大的特殊场所。在我国浴室内的电击事故也屡屡发生，造成人身伤害，这是因为人在淋浴时遍体湿透，人体阻抗大大下降，沿金属管道传导来的较小电压即可引起电击伤亡事故，因此在卫生间作局

部等电位联结可使卫生间处于同一电位，防止出现危险的接触电压，有效的保证了人身安全。

9---3建筑物的防雷措施有哪些？

建筑物一般都采用安装避雷针，避雷线(网)等设备。对于电路安装SPD对电路进行保护。

补充：

第一类防雷建筑物防直击雷的措施

一、应装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5m×5m或6m×4m。

二、排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内，当有管帽时应按表3.2.1确定;当无管帽时，应为管

口上方半径5m的半球体。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外

避雷针安装高度：接地电阻不宜大于10Ω

防雷电感应的措施，应符合下列要求:

一、建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。

金属屋面周边每隔18～24m应采用引下线接地一次。

现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔18～24m采用引下线接地一次。

二、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。

当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。

三、防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10Ω。

当建筑物高于30m时，尚应采取以下防侧击的措施：

1. 从30m 起每隔不大于6m 沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连；

2. 30m 及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。

八、在电源引人的总配电箱处宜装设过电压保护器。 当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m 。

9---5有一座第3类防雷建筑物，高12m ，其屋顶最远的一角距离高50m 的水塔20m 远，水塔上装有一支2m 高的避雷针。试验算此避雷针能否保护这做建筑物？

m h m h x 12,52==

763.0525.585.5,12030===≤≤h p m h

=-=p h h r x x )25.1((78-24）0.763=41.2>20

此避雷针能保护这做建筑物。

10---1衡量电能质量的标准主要有哪些？

电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。

电能质量从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电

压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个方面的相关术语和概念。

电能质量的主要指标有：电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、公用电网谐波和公用电网间谐波等。

补充：我国还对应颁布了六项的电能质量相关标准，分别是：

1、GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差

2、GB/T 15945-2008电能质量电力系统频率偏差

3、GB/T 15543-2008电能质量三相电压不平衡度

4、GB/T 12326-2008电能质量电压波动和闪变

5、GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波

10---6谐波产生的原因是什么？怎样抑制？

电网中的谐波主要是由各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉、荧光灯等产生的。在电力电子装置大量应用之前，主要的谐波源电力变压器的励磁电流，其次是发电机。在电力电子装置应用之后发电机成为主要的谐波源。

现在主要用的谐波抑制方法：

LC滤波器，既可补偿谐波，又可补偿无功功率，结构简单。缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大使LC滤波器过载烧毁。它只能补偿固定的频率的谐波，补偿效果不理想。