供电技术 第四版课后习题答案

1-1试述 电力系统的组成及各部分的作用?

各级电压的电力线路将发电厂、 变配电所和电力用户联系起来的一个发电、 输电、 变电、配 电及用电的整体即为电力系统。电力系统由以下几部分组成:

(1 发电 将一次能源转换成电能的过程即为 “发电” 。 根据一次能源的不同, 有火力发电、 水力发电和核能发电,还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电方式。

(2变电与配电

变电所的功能是接受电能、转换电压和分配电能。 仅用于接收和分配电能,而没有变压器的场所称为配电所

(3电力线路 电力线路将发电厂、变电所和电能用户连接起来,完成输送电能和分配电 能的任务。

(4电能用户 包括工业、企业在内的所有用户(用电单位 ,使用(消耗电能 1-4 电力系统 中性点运行方式 有哪几种?各自的特点是什么?

答:电力系统中性点运行方式有中性点有效接地系统(包括中性点直接接地系统和中性 点非有效接地系统(包括中性点不接地和中性点经消弧线圈或电阻接地 。

1中性点不接地系统

特点:发生单相接地故障时, 线电压不变, 非故障相对地电压升高到原来相电压的√ 3倍, 故障相电容电流增大到原来的 3倍。

2中性点经消弧线圈接地系统

特点:发生单相接地故障时,与中性点不接地系统一样,非故障相电压升高√ 3倍,三相导 线之间的线电压仍然平衡。

3中性点直接接地系统

特点:当发生一相对地绝缘破坏时,即构成单相接地故障,供电中断,可靠性降低。但由于 中性点接地的钳位作用,非故障相对地电压不变。电气设备绝缘水平可按相电压考虑。在 380/220V低压供电系统中,采用中性点直接接地可以减少中性点的电压偏差,同时防止一 相接地时出现超过 250V 的危险电压。

2--2在供电系统设计中, 考虑上述因素后就需要确定一个最大的、 恒定不变的等效负荷来代 替实际变化的真实负荷, 作为工程设计的依据。 该最大的、 恒定不变的等效负荷 (假想负荷 在供电系统工程设计中称为 计算负荷 。

实际负荷:真实存在、随机变化的;

计算负荷:假想最大的、恒定不变的等效负荷; 假想负荷于实际负荷之间的关系(等效含义 :

根据计算负荷所选择的配电设备, 在实际负荷长期作用下, 其温升不超过配电设备在规定使 用年限内所允许的最高温升。

即:用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与计算负荷(等效负荷产生 的热效应相同。

计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等配电设备参数选择的依据。 从发热的角度分析,计算负荷在数值上等于用户典型日负荷曲线中的 30min 最大平 均负荷 P 30。

2-6变压器 台数选择应考虑哪 些因素?什么是明备用?什么是暗备用? 答:台数选择考虑因素:(1供电可靠性要求 (2负荷变化与经济运行 (3集中负荷 容量大小

明备用 :一台变压器工作, 另一台变压器停止运行作为备用, 此时两台变压器均按最大负荷 时变压器负荷率均按 100%考虑。

暗备用 :两台变压器同时运行,正常情况下每台变压器各承担负荷的 50%,每台变压器宜 按全部最大负荷的 70%选择。

2-14 在供电系统中提高功率因数的措施有哪些? 1、提高用户自然功率因数 2、无功补偿:1就地补偿

2集中补偿:分组集中补偿,高压集中补偿,低压集中补偿。

3-1, 什么是大容量电源供电系统?该系统发生短路时其电流该如何变化? 答:无限大容量电源 是指内阻抗为零的电源, 不论输出的电流如何变动, 电源内部均不产生 压降,电源母线上的输出电压维持不变。

系统发生短路时,短路电流的全电流瞬时值由周期分量和非周期分量合成,经过 0.01s 短路 电流的幅值达到冲击电流值,非周期分量衰减至零,暂态过程结束,短路进入稳态,稳态电 流只含短路周期分量。

3-4 什麽叫 短路电流的力效应 ?为什麽要用短路冲击电流来计算?

答:(1短路电流的力效应:三相载流导体水平敷设在同一平面上,三相短路电流流过各相 导体时,根据两平行导体间同相电流力相吸,异相电流力相斥的原理,中间相受力最大。 (2根据 可知短路时情况最糟,影响最大,所以用短路冲击电流来计算;

3-5 什麽叫 短路电流的热效应? 为什麽要用短路稳态电流来计算?

答:(1在线路发生短路时,强大的短路电流将产生很大的热量。工程上,可近似地认为 导体在短路时间内是与周围介质绝热的。 短路电流产生的热量不向外扩散, 全部转化为载流 导体的温升;

(2 由于短路全电流的有效值在整个短路过程中非常数, 特别是发电机端短路, 变化比较 复杂,为了便于计算,工程上以短路稳态分量有效值代替短路全电流的有效值;

4— 1 什么是继电保护装置?供电系统对继电保护有哪些要求?

答:继电保护装置 是一种能反映供电系统中电气元件(电力线路、变压器、母线、用电 设备等发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。 继电保护装置由测量比较、 逻辑判断、 执行输出三部分组成。 继电保护一般应满足可靠性、 灵敏性、选择性和速动性 4个基本要求。

4-10 试说明变压器可能发生哪些故障和不正常工作状态,应装设哪些保护? 答:变压器的故障 分为内部故障和外部故障。

内部故障主要有:绕组的相间短路、匝间短路和单相接地。 外部故障有:套管及其引出线的相间短路、单相接地故障。

变压器的不正常工作状态有:外部短路或过负荷引起的过电流, 风扇故障或油面降低引起的 冷却能力下降等。 这些都会使绕组和铁心过热。 此外, 对中性点不接地运行的星形接线变压 器,外部接地短路是有可能造成变压器中性点过电压,威胁变压器绝缘。

对于电力变压器的常见故障及异常运行状态,一般应装设 下列保护 :

(1差动保护或电流速断保护 (2 瓦斯保护 (3 过电流保护 (4 过负荷保护 (5 温度保护

4-13决定熔体熔断时间和通过其电流的关系曲线 t =f(I称为熔断器熔体的安秒特性曲线 其熔体电流的选用可按以下条件:

(1I FE>= Ic 线路正常运行时的计算电流 Ic

(2I FE>=Ipk 应躲过由于电动机起动所引起的尖峰电流 Ipk , 以使线路出现正常的尖峰电流 而不致熔断

(3可靠地保护导线和电缆 ,, 允许电流 Ial 相配合

5-3为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安全,而将电气设备的金属外壳进行接地 即为 保护接地(又称安全接地 。

在用户供电系统中,保护接地的型式有 IT 系统、 TT 系统和 TN 系统(包括 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系统共五种。

5-5

电气设备从接地外壳、接地极到 20m 以外零电位之间的电位差,称为接地时的 对地电压 . 用 u E 表示。

在接地回路里,人站在地面上触及到绝缘损坏的电气装置时,人体所承受的电压称为 接触 电压 ,用 u tou 表示;

在接地回路里, 人的双脚站在不同电位的地面上时, 两脚间 (一般跨距为 0.8m 所呈现的电 压称为 跨步电压 ,用 u sp 表示

5-12

避雷针(线 防直击雷装 避雷器 防线路侵入波装置

1. 避雷针(线由 接闪器,引下线和接地极三部分组成。

避雷针的接闪器用圆钢或钢管制成, 固定于被保护物体或邻近支持物上, 经接地引下线与埋 设在地下的接地极连接。 当被保护物附近上空雷云的放电先导发展到距地面和被保护物一定 高度时, 避雷针的接闪器会影响雷云电场发生畸变, 引导雷

云放电先导向其身, 由它及与它 相连的引下线和接地极将雷电流安全导入地中, 从而避免了被保护物或临近的建筑物受到雷 击。

常用的避雷器有管式避雷器、阀式避雷器和氧化锌避雷器。 5-14. 变电所的防雷措施

根据运行经验表明,按规程规定装设避雷针或避雷线对直击雷进行防护,装设避雷 器对线路侵入波进行防护 .

用户供电系统 架空线路防雷的一般措施:

?增加架空线绝缘子个数, 采用较高等级的绝缘子, 或顶相用针式而下面两相改用悬 式绝缘子,提高反击电压水平。

?部分架空线装设避雷线。

?改进杆塔结构,当应力允许时,采用瓷横担等。 ?减小接地电阻以及采用拉线减少杆塔电感。 ?采用电缆供电。

6-1、影响 电压质量的主要因素有 哪些?

1>、负荷无功功率或无功功率变化量 2>、电网短路容量或电网等效电抗 负荷无功功率或无功变化量越大, 对电压质量的影响越大; 电网短路容量越大, 则负荷变化

对电网电压质量的影响越小

6-2、什么 叫电压偏差? 产生电压偏差的主要原因?

1>、电压偏差是指电网电压偏离电网额定电压的程度。电压偏差的定义为实际电压与额定 电压之差对额定电压的百分比,即 δU%=(U-UN /UN*100%

2>、线路和变压器中的电压损失是产生电压偏差的主要原因,变压器的分接头调整也直接 影响到下级电网的电压偏差

6-5什么 是电压波动 ?什么是电压闪变?产生电压波动和闪变的主要原因是什么? (p160 答:电网电压幅值(或半周波方均根值的连续快速变化称为电压波动。

照明用白炽灯对电压波动特别敏感,电压波动使灯光闪烁,刺激眼睛,干扰人们的正常工 作,电压波动的这种效应称为电压闪变。电压闪变 :电压波动引起的灯光闪烁对人眼、脑产 生的刺激效应。

电压波动和闪变主要是由用户中的波动负荷从电网取用快速变动的功率 (剧烈变化 引起的。 6-12、为什么供电系统中会产 生谐波?谐 波对供电供电系统有什么影响?(p172

使电力系统产生谐波的因素有很多,可归纳为两大类:

第一类为电力系统中的发电机和变压器, 通常发电机产生的谐波很小, 而变压器由于其铁心 的非线性磁化特性,变压器励磁电流波形严重畸变。

第二类谐波源主要为电力用户中的非线性用电设备, 如冶炼电弧炉、 电力机车、 大容量变流 设备、家用电器和办公自动化设备等。第二类谐波源是电力系统谐波的主要来源。

影响:①谐波对发电机、 变压器、电动机、电容器等几乎所有连接于电网的电气设备都有危 害, 主要表现为产生谐波附加损耗, 使设备过热以及谐波过电压加速设备绝缘老化等。 在三 相四线制低压系统中,各相 3次谐波在中性线中叠加,导致中性线过电流。

②当配电系统存在并联电容器时, 并联电容器与系统等效电抗可能在某次谐波附近发生并联 谐振,导致谐波电压和谐波电流的严重放大,影响供电系统的安全运行。

③谐波对变压器差动保护、线路距离保护及电容器过电流保护等保护和自动装置亦有影响, 主要表现为引起继电保护和自动装置误动作。

④谐波对电能计量精确度有影响。 当供电系统含有谐波时, 工频电能表对谐波电压和谐波电 流产生的谐波功耗的计量存在误差; 此外谐波的存在会影响电能表的磁电特性, 从而导致基 波计量误差。

⑤谐波对通信质量有影响。 当含有谐波电流的电力线路与通信线路并行敷设时, 由于高次谐 波的辐射作用,将使通信信号产生杂音干扰。

6-15. . 不平衡负荷对供 电系统有何影响?改善供电系统中负荷不平衡度有哪些措施?

(在三相正弦系统中,当三相相量间幅值不等或相位差不为 120 时,称三相不对称或三相 不平衡。

原因:三相负荷不对称所引起。

危害:1感应电动机:降低输出转矩产生负序电流,使电动机效率下降,总电流增大, 电动机过热,绝缘老化加快。

2变压器:三相电流不对称,当最大相电流达到变压器额定电流时,其他两相电流低于 额定值,变压器容量不能充分利用。

3整流装置:产生较大的非特征谐波,进一步影响电能质量。 4增大线路中的功率损耗。

解决措施:合理分配和布局单相用电负荷; 采取补偿装置, 补偿系统中的不平衡负荷 ; 采 用特殊接线的变压器。

7-1变电所的自动化系统 就是将变电所的二次设备(包括:继电保护装置、控制装置、测量 装置、 信号装置 通过计算机网络和现代通信技术综合集成为一体, 实现变电所运行管理自 动化的系统。

变电所自动化系统的设备配置具有微机化、模块化、多功能组合的特点。 7-5什么是备用 电源自动投入装置 ?供电系统对 APD 有哪些基本要求? 答:备用电源自动投入装置:当工作电源因故障被断开后,能自动而迅速地将备用电源投 入,保证用电负荷的正常供电的装置。

要求:

1当常用电源失电压或电压很低时, APD 应将此路电源切除,随即将备用电源投入,以保 证不间断地向用户供电。

2常用电源因负荷侧故障被继电保护装置切除或备用电源无电时, APD 均不应动作。

3 APD 只应动作一次。以避免将备用电源合闸到永久性故障上去。 4 APD 的动作时间应尽量缩短。

5电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时, APD 不应动作。 6常用电源正常的停电操作时 APD 不能动作,以防止备用电源投入。 7-6什么是 自动重合闸装置?供 电系统对 ARD 有哪些基本要求?

答:在供电系统的架空线路发生 “瞬时性故障” 被继电保护迅速断开后, 由于故障的瞬时性, 故障点的绝缘强度会自动恢复。 利用这一特点, 采用自动重合闸装置能够自动将断路器重新 合闸,恢复供电,提高供电的可靠性。

要求:

1 线路正常运行时,自动重合闸装置(ARD 应投入,当值班人员利用控制开关或遥控装 置将断路器断开时, ARD 不应动作。当值班人员手动合闸,由于线路上有永久性故障而随 即由保护装置将断路器断开时, ARD 亦不应动作。

2 除上述情况外,当断路器因继电保护装置或其他原因跳闸时, ARD 均应动作。 3 ARD可采用控制开关位置与断路器位置不对应原则启动重合闸装置,即当控制开关处在 合闸位置而断路器实际上处于断开位置的情况下,使 ARD 启动动作。

4 ARD的动作次数应符合预先的规定 (如一次重合闸只应动作一次 。 无特殊要求时对架空 线路只重合一次,而对电缆线路一般不采用 ARD ,因其瞬时性故障极少发生。

5 ARD 的动作时限应大于故障点灭弧并使周围介质恢复绝缘强度所需时间和断路器及操作 机构恢复原状,准备好再次动作的时间,一般采用 0.5~1s 。

6 ARD动作后,应能自动复归,为下一次动作做好准备。

7 应能和保护装置配合,使保护装置在 ARD 前加速动作或 ARD 后保护加速动作。

[补充] 变压器的主要构成部分有；铁心、绕组、绝缘套管、油箱 及其他附件等 变压器在运行中的要求: 1. 音响正常无杂音 2. 无严重漏油现象，油位及油色应正常 3. 油温不能超过允许值 高压断路器（QF） ： 是一种既可以断开和闭合 正常工作电流 也可以自动断开 过负荷电流和 短路电流 的开 关设备。 其一是控制作用；其二是保护作用。 隔离开关的主要作用有： ① 隔离电源。 ② 倒闸操作。 ③ 接通和断开小电流电路 熔断器主要由金属熔件（熔体） 、支持熔件的触头、灭弧

装置和 绝缘底座 等部分组成。 电气危害有两个方面： 一方面是对系统自身的危害，如短路、过电压、绝缘老化等； 另一方面是对用电设备、环境和人员的危害，如触电事故、电气火灾、电压异常升高造成 用电设备损坏等， 其中尤以触电和电气火灾危害最为严重触电它可直接导致人员伤残、死亡，或引发坠落等 二次事故致人伤亡。 触电事故通常可分为电击和电伤。 电击是指电流通过人体内部，造成人体内部组织、器官损坏，以致死亡的一种现象。 电击伤害是在人体内部，人体表皮往往不留痕迹。 电伤是指由电流的热效应、化学效应等对人体造成的伤害。对人体外部组织造成的局 部伤害，而且往往在肌体上留下伤疤。 触电方式: 1．单相触电 2．两相触电 3．跨步电压触电 雷云对地放电时，其破坏作用表现有以下四种基本形式： ① 直击雷。 ② 感应雷。 ③ 雷电波侵入。 ④ 球形雷。 雷电的危害一般分成两种类型， 一是直接破坏作用, 主要表现为雷电的热效应和机械效应； 二是间接破坏作用, 主要表现为雷电产生的静电感应和电磁感应。

装置和 绝缘底座 等部分组成。 电气危害有两个方面： 一方面是对系统自身的危害，如短路、过电压、绝缘老化等； 另一方面是对用电设备、环境和人员的危害，如触电事故、电气火灾、电压异常升高造成 用电设备损坏等， 其中尤以触电和电气火灾危害最为严重触电它可直接导致人员伤残、死亡，或引发坠落等 二次事故致人伤亡。 触电事故通常可分为电击和电伤。 电击是指电流通过人体内部，造成人体内部组织、器官损坏，以致死亡的一种现象。 电击伤害是在人体内部，人体表皮往往不留痕迹。 电伤是指由电流的热效应、化学效应等对人体造成的伤害。对人体外部组织造成的局 部伤害，而且往往在肌体上留下伤疤。 触电方式: 1．单相触电 2．两相触电 3．跨步电压触电 雷云对地放电时，其破坏作用表现有以下四种基本形式： ① 直击雷。 ② 感应雷。 ③ 雷电波侵入。 ④ 球形雷。 雷电的危害一般分成两种类型， 一是直接破坏作用, 主要表现为雷电的热效应和机械效应； 二是间接破坏作用, 主要表现为雷电产生的静电感应和电磁感应。

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