《工厂供电》第六版习题解答(不全).doc
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高专《工厂供电》习题解答
刘介才编
前言
本习题解答是应采用本人编《工厂供电》高专教材的部分任课教师的要求、并在出版社有关编辑的大力支持下编写的,供教师教学和批改学生作业时参考。
由于习题中涉及的一些技术参数大多有一定的选取范围,而从技术图表上查得的数据也不可能绝对精确,因此习题解答应着重注意其解题的方法步骤,而答案不一定是唯一的,仅供参考。
本习题解答不宜在学生中传播,以免有的学生盲目抄袭,影响其独立完成作业、培养解决技术问题的能力。
如有错误和不当之处,欢迎批评指正。
目 录
第一章工厂供电概论习题解答----------------------------------------------
第三章工厂的电力负荷及其计算习题解答-------------------------------
第四章短路电流计算及变配电所电气设备选择习题解答-------------
第五章工厂电力线路及其选择计算习题解答------------------------------
第六章工厂供电系统的过电流保护习题解答------------------------------
第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置习题解答------------------
第八章防雷、接地及电气安全习题解答------------------------------------
第九章节约用电、计划用电及供电系统的运行维护习题解答---------
第一章工厂供电概论 习题解答
1-1 解:
变压器T1的一次侧额定电压应与发电机G的额定电压相同,即为10.5kV。
变压器T1的二次侧额定电压应比线路WL1末端变压器T2的一次额定电压高10%,即为242kV。
故变压器T1的额定电压应为10.5/242kV。
线路WL1的额定电压应与变压器T2的一次额定电压相同,即为220kV。
线路WL2的额定电压应为35kV,因为变压器T2二次侧额定电压为38.5kV,正好比35kV高10%。
1-2解:
发电机G的额定电压应比6kV线路额定电压高5%,因此发电机G的额定电压应为6.3kV。
变压器T1的一次额定电压应与发电机G的额定电压相同,故其一次额定电压应为6.3kV。
T1的二次额定电压应比35kV线路额定电压高10%,故其二次额定电压应为38.5kV。
因此变压器T1的额定电压应为6.3/38.5kV。
变压器T2的一次额定电压应与35kV线路的额定电压相同,即其一次额定电压应为35kV。
T2的二次额定电压应比10kV电网电压高10%,即其二次额定电压应为11kV。
因此变压器T2的额定电压应为35/11kV。
变压器T3的一次额定电压应与6kV线路的额定电压相同,即其一次额定电压应为6kV。
T3的二次额定电压应比220/380V电压高5%,即其二次额定线电压应为0.4kV。
因此变压器T3的额定电压应为6/0.4kV。
1-3 解:
该变电所白天的电压偏差按式(1-4)计算为:
该变电所晚上的电压偏差按式(1-4)计算为:
因此该变电所昼夜的电压偏差范围为-5.26%+7.89%。
为了改善该变电所的电压质量,该变电所主变压器的主接头宜切换至“-5%”的位置运行,而晚上则宜切除主变压器,投入低压联络线,由临近车间变电所供电。
1-4解:
该系统的接地电容电流按式(1-3)计算为:
由于30A,因此该系统不必改为中性点经消弧线圈接地的运行方式。
第三章 工厂的电力负荷及其计算习题解答
3-1解:
(一)机床组计算负荷:
查附表8得=0.180.25(取0.2),因此
(二)通风机组计算负荷:
查附表8得(取0.8),因此
(三)车间总的计算负荷:
取因此
负荷计算表见书末习题3-1参考答案所列,此略。
3-2解:
(一)机床组的计算负荷:
查附表8,得(取0.2),,因此
(二)起重机的计算负荷:
查附表8,得起重机在时的(取0.15),。
而起重机在时的容量为5.1kW,故由式(3-16)得时的容量为
因此其计算负荷为:
(三)通风机组的计算负荷:
查附表8得(取0.8),,因此
(四)点焊机组的计算负荷:
查附表8得点焊机在时的。
而点焊机在时的容量为10.5kW。
故由式(3-11)得时的容量为:
因此其计算负荷为:
(五)车间总的计算负荷:
取,因此
负荷计算表如书末习题3-2参考答案所列,此略。
3-3解:
(一)用需要系数法计算
查附表8得小批生产的金属冷加工机床电动机组的需要系数为(取0.2),。
因此
(二)用二项式法计算
查附表8得二项式系数,最大容量设备台数。
因此
负荷计算表如书末习题3-3参考答案所列,此略。
3-4解:
单相加热器按其容量尽可能三个相均衡分配,因此一相装3台1kW的,另两相各装1台3kW的。
等效三相计算负荷按3kW的3倍计算。
查附表8得因此
3-5解:
(一)弧焊机各相的计算负荷
1.将接于AB相间的1台21kVA()换算成时的有功容量(kW)。
由附表8查得其,因此按式(3-15)可得其有功容量为:
2.将接于BC相间的1台17kVA()换算成相同的有功容量(kW)。
其,因此其有功容量为:
3.将接于CA相间的2台10.3kVA()换算成时的有功容量(kW)。
其,因此其有功容量为:
4.弧焊机换算至各相的有功和无功容量:
由表3-3查得时的功率换算系数,=-0.27
,,因此由式(3-28)式(3-33)可得各相的有功和无功容量为:
A相
B相
C相
5.弧焊机各相的有功和无功计算负荷:
查附表8得其,因此各相的有功和无功计算负荷为:
A相
B相
C相
(二)电热箱各相的计算负荷
1.A相电热箱的有功和无功计算负荷:
查附表8得因此
2.B相电热箱的有功和无功计算负荷:
3.C相电热箱的有功和无功计算负荷:
(三)线路上总的计算负荷
1.各相总的有功和无功计算负荷:
A相
B相
C相
2.总的等效三相计算负荷:
由以上计算结果看出,A相的有功计算负荷最大,因此取A相来计算总的等效三相计算负荷:
3-6解:
(一)变电所一次侧(10kV)的计算负荷和功率因数
1.变电所变压器的功率损耗:
变压器二次侧的计算负荷为
按式(3-37)得
按式(3-38)得
2.变电所一次侧的计算负荷:
3.变电所一次侧的功率因数:
因
故
(二)按一次侧(10kV)提高到0.90,低压侧(380V)需装设的并联电容器容量计算
1.现低压侧的功率因数:
因
故
2.按提高到0.92计算,低压侧需装设的并联电容器容量:
按式(3-42)计算为
3-7解:
(一)估算该厂的计算负荷
查附表9,得因此
(二)计算该厂的年有功电能消耗量
一班制取年工作小时=2000h,年平均有功负荷系数年平均无功负荷系数,由此可得年有功电能消耗量
=0.752044kW2000h=3066kW.h
年无功电能消耗量
3-8解:
(一)需装设的电容器容量和个数
时,;时,。
因此按式(3-42)得电容器容量为:
kvar
需装BWF10.5-30-1型电容器个数为:
考虑到单相电容器在三相电路中平均分配,,选取=57.
(二)无功补偿后减少的视在计算负荷
无功补偿后的无功计算负荷为:
无功补偿后的视在计算负荷为:
而补偿前的视在计算负荷为:
kVA
因此补偿后减少的计算负荷为:
3-9解;由上表可以看出,M2的=227A-32.4A=194.6A为最大,因此该线路的尖峰电流为:
=287A
而该线路的计算电流为:
A=88.2A
第四章短路电流计算及变配电所
电气设备选择习题解答
4-1解:
(一)绘短路计算电路图如下:
(附图3)
(二)计算k-1点的三相短路电路中各元件的电抗及三相短路电流和短路电流(=10.5kV)
1.电力系统的电抗:
2.电缆线路的电抗:
查表4-1得km,因此
3.绘点短路的等效电路图如下:
(附图4)
4.短路电路总电抗:
5.点的三相短路电路和短路容量:
(1)三相短路电流周期分量有效值:
kA
(2)三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
kA
(3)三相短路冲击电流:
=22.5kA
(4)第一个周期三相短路全电流有效值:
kA=13.3kA
(5)三相短路容量:
MVA
(三)计算点的三相短路电路中各元件的电抗及三相短路电流和短路容量(kV)
1.电力系统的电抗:
2.电缆线路的电抗:
3.电力变压器的电抗:
查附表1得因此
4.绘点短路的等效电路图如下:
(附图5)
5.短路电路总电抗:
6.点的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
(2)三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
kA
(3)三相短路冲击电流:
kA
(4)第一个周期三相短路全电流有效值:
kA
(5)三相短路容量:
MVA
短路计算表如附录习题4-1参考答案所列,此略。
4-2试用标幺制法重作习题4-1。
解:
(一)确定基准值
取MVA,kV,kV,而
kA
kA
(二)计算短路电路中各元件的电抗标幺值
1.电力系统的电抗标幺值
2.电缆线路的电抗标幺值:
3.电力变压器的电抗标幺值:
查附表1得因此
(三)绘短路等效电路图如下:
(附图6)
(四)求点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1.总电抗标幺值:
2.三相短路电流周期分量有效值:
kA
3.三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
kA
4.三相短路冲击电流:
kA
5.第一个周期三相短路全电流有效值:
kA
6.三相短路容量:
MVA
(五)求点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1.总电抗标幺值:
2.三相短路电流周期分量有效值:
kA
3.三相短路次暂态电流和稳态电流有效值:
kA
4.三相短路冲击电流:
kA
5.第一个周期三相短路全电流有效值:
kA
6.三相短路容量:
MVA
4-3解:
(一)计算380V母线三相短路时所受的最大电动力
由习题4-1知,380V母线的短路电流;而接于380V母线的同步电动机的额定电流为
kA
由于kA,因此需计入该电动机的反馈冲击电流。
该电动机的反馈冲击电流为
kA
因此380V母线在三相短路时所受的最大电动力N
(二)校验母线短路时的动稳定度
380V母线在作用时的弯曲力矩:
Nm
该母线的截面系数:
因此该母线在三相短路时受到的计算应力为
Pa=45.8MPa
而LMY型母线的允许应力为70MPa>45.8MPa,故该母线满足短路动稳定度的要求。
4-4
解:
已知kA,并由附表13查得。
因此该母线的最小热稳定截面为:
mm
而母线实际截面为80,因此该母线满足短路热稳定度的要求。
解:
根据变电所有一、二级负荷的情况,确定选两台主变压器,每台容量满足以下两个条件:
(1)kVA
(2)kVA
因此初步确定选两台变压器,每台变压器容量为630kVA。
4-6解:
该厂补偿后的计算电流为
A
因此根据附录表3中SN10-10型断路器规格,可初步选SN10-10I型,其A。
查附录表3得SN10-10I型断路器的开断电流kA,动稳定电流峰值kA。
其,不满足要求,因此改选SN10-10II型断路器,其选择校验结果如下表所列,完全合格。
故高压断路器规格选为SN10-10II/1000-500型。
序号
装设地点的电气条件
SN10-10II型断路器
项目
数据
项目
数据
结论
1
6kV
10kV
合格
2
314A
1000A
合格
3
20kA
31.5kA
合格
4
2.5520kA=51kA
80kA
合格
5
合格
第五章工厂电力线路及其选择计算习题解答
5-1解:
查附录表19-2得25C时4根BLV-500型铝芯塑料线穿钢管(SC)时,相线截面为95的允许电流,穿线钢管内径为70mm。
PEN线截面按选为50。
因此所选导线和穿线钢管为:
BLV-500-(395+150)-SC70。
5-2解:
查附录表19-5得时5根BLV-500型铝芯塑料线穿硬塑料管(PC)时,相线截面为120的允许电流。
5根线穿管(PC)直径为80mm。
其N线截面按,选为70。
其PE线截面按,也选为70。
因此所选结果为BLV-500-(3170+PE70)-PC80。
5-3解:
(一)按发热条件选择导线截面积
线路的计算电流为
A
查附录表16得C时架空敷设的相线为LJ-50时,其允许电流AA,满足发热条件要求。
而其PEN线截面不小于相线截面的50%,因此PEN线采用LJ-25。
(二)校验导线的机械强度
查附录表14,得380V架空铝绞线的最小允许截面积为16,因此采用LJ-350+25的架空线路满足机械强度要求。
(三)校验线路的电压损耗
由附录表12查得:
LJ-50的每相电阻线间几何均距为600mm时,LJ-50的每相电抗。
线路全长m。
又时,。
因此kW。
由此可求得线路的电压损耗为
V
由此可见,采用LJ-350+125的四根架空导线完全满足允许电压损耗的要求。
5-4解:
(一)计算线路的负荷功率和电流
1.变压器S9-1000(T1)的功率损耗和负荷功率
kW
kvar
由于时,因此
kW
2.变压器S9-500(T2)的功率损耗和负荷功率
3.计算线路的负荷电流
A
(二)按经济电流密度选择导线截面
查表5-3得LJ型导线在年最大负荷利用小时为4500h时的经济电流密度。
因此该线路导线的经济截面为
mm
可初步选LJ-70型铝绞线。
(三)校验导线的机械强度
查附录表14,知10kV铝绞线(LJ)的最小允许截面为
因此选lj-70完全满足机械强度要求。
(四)校验导线的发热条件
查附录表16得LJ-70在C时的。
满足发热条件要求。
(五)校验线路的电压损耗
查附录表12,得LJ-70在50C时,;在线距时,。
因此线路的电压损耗为
也满足电压损耗的要求,选LJ-70是正确的。
5-5解:
(一)按发热条件选择导线截面
线路的计算电流为
A
查附录表19-1得C时明敷的BLX-500型导线截面为25mm时的102AA,即选择导线为BLX-500-325。
(二)校验导线的机械强度
查附录表15,知室内明敷或穿管的绝缘铝线的最小允许截面均为2.5mm。
现导线截面为25mm,完全满足机械强度要求。
(三)校验线路的电压损耗
由于16台4kW电动机均匀分布在30m长的线路上,因此可按164kW=64kW负荷集中在线路长50m-15m=35m的末端来计算其线路的电压损耗。
由附录表12查得BLX-500-325导线的电阻(按导线温度C计),(按线距100mm计)。
而线路的有功功率kW,线路的无功功率kvar。
因此线路的电压损耗为
=8.57V
完全满足允许电压损耗的要求。
第六章工厂供电系统的过电流保护习题解答
6-1解:
(一)熔断器及其熔体额定电流的选择
熔体额定电流需满足下列两个条件:
(1)A
(2)A
查附录表5,选A,A,即选RT0-100/50型熔断器。
熔断器断流能力的校验:
查附录表5,得其kAkA。
满足要求。
(二)配电线路导线截面及穿线塑料管内径的选择
查附录表19-5,C时三根单芯线穿塑料管内径6mm的BLV-500型导线的。
塑料管(PC)内径为20mm。
即选择的导线和穿线管型号规格为BLV-500-16mm-PC20mm。
6-2解:
(一)低压断路器的选择
查附录表6得,DW16-630型断路器过电流脱扣器,选其。
而脱扣电流整定为的3倍,即
(二)断路器过电流保护灵敏度的检验
满足保护灵敏度的要求。
6-3
解:
(一)GL15/10型电流继电器动作电流的整定
由,可得
A
因此动作电流整定为8A。
(二)速断电流的整定
由,可得速断电流为
A
因此速断电流倍数为:
(三)保护灵敏度的检验
(1)过电流保护灵敏度的检验
由可得过电流保护灵敏度为
满足保护灵敏度要求。
(2)速断电流保护灵敏度的检验
由可得速断保护灵敏度为
但因此只能说基本满足速断保护灵敏度的要求。
6-4解:
(一)后一级继电器KA2在A时通过的电流及动作电流倍数
通过的电流:
A
动作电流倍数:
(二)KA2继电器在A时的实际动作时间
查附录表20的动作特性曲线,在及10倍动作电流动作时间s时,实际动作时间s。
(三)前一级继电器KA1的实际动作时间
按s计,KA1的实际动作时间s。
(四)KA1在A时通过的电流及动作电流倍数
通过的电流:
A
动作电流倍数:
(五)前一级继电器KA1的10倍动作电流动作时限
按实际动作时间s和动作电流倍数去查附录表20曲线,得其10倍动作电流动作时限应为s,即前一级继电器