《工厂供电》第六版习题解答(不全)培训资料

《工厂供电》第六版习题解答(不全)

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T 3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：

360380%100% 5.26%380V V U V

-?=?=- 该变电所晚上的电压偏差按式（1-4）计算为：

410380%100%7.89%380V V U V

-?=?=+ 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：

10(403525)26.1350

C I A A ?+?== 由于C I <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d K =0.180.25(取

0.2),cos 0.5,tan 1.73,??==因此

30.10.2800160P kW kW =?=

30.1160 1.73277var Q kW k =?=

30.1320S kVA ==

30.1486I A ==

(二)通风机组计算负荷:查附表8得0.70.8d K =(取

0.8),cos 0.8,tan 0.75,??==因此

30.20.85644.8P kW kW =?=

30.244.80.7533.6var Q kW k =?=

30.256S kVA ==

30.285I A ==

(三)车间总的计算负荷:取0.9,0.95,P Q K K ∑∑==因此

30.0.9(16044.8)184P kW kW ∑=?+=

30.0.95(27733.6)var 295var Q k k ∑=?+=

30.348S kVA ∑==

30.529I A ∑==

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0.160.2d K =（取0.2）,cos 0.5,tan 1.73??==,因此

30.12000.240P kW kW =?=

30.140 1.7369.2var Q kW k =?=

(二)起重机的计算负荷:查附表8，得起重机在25%ε=时的

0.10.15d K =(取0.15),cos 0.5,tan 1.73??==。而起重机在15%ε=时的容量为

5.1kW,故由式(3-16)得25%ε=时的容量为

2 5.1 3.95e P kW kW =?=

因此其计算负荷为:

30.20.15 3.950.59P kW kW =?=

30.20.59 1.73 1.02var Q lW k =?=

(三)通风机组的计算负荷:查附表8得0.70.8d K =(取

0.8),cos 0.8,tan 0.75??==,因此

30.30.854P kW kW =?=

30.340.753var Q kW k =?=

(四)点焊机组的计算负荷:查附表8得点焊机在100%ε=时的

0.35,cos 0.6,tan 1.33d K ??===。而点焊机在65%ε=时的容量为10．5kW 。故由式（3-11）得100%ε=时的容量为：

10.58.47e P kW kW ==

因此其计算负荷为：

30.40.358.47 2.96P kW kW =?=

30.4 2.96 1.33 3.94var Q kW k =?=

（五）车间总的计算负荷：取0.9,0.95p q K K ∑∑==，因此

3009400594296733P kW kW ?∑=??

+?++?=?（） 300956921023394733var Q k ?∑=??

?+?++?=?（）

30849S kVA ?∑==?

30129I A ?∑== 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

0.160.2d K =（取0.2),cos 0.5,tan 1.73??==。因此

300.28517P kW kW =?=

3017 1.7329.4var Q kW k =?=

3034S kVA ==

3051.7I A == （二）用二项式法计算

查附表8得二项式系数0.140.4b c ==，，最大容量设备台数

5,cos 0.5,tan 1.73n ??===。因此

300.14850.47.5433120.9P kW kW kW kW kW =?+?

+?+?=（） 3020.9 1.7336.2var Q kW k =?=

3041.8S kVA ==

3063.5I A == 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0.7,cos 1,tan 0,d K ??===因此

300.733 6.3P kW kW =??=

300Q =

3030 6.3S P kVA ==

309.57I A == 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 （65%ε=）换算成100%ε=时的有功容量（kW ）。由附表8查得其cos 0.35?=，因此按式（3-1 5）可得其有功容量为：

210.35 5.88AB P kVA kW =?=

2．将接于BC 相间的1台17kVA （100%ε=）换算成相同ε的有功容量（kW ）。其cos 0.35?=，因此其有功容量为：

170.35 5.95BC P kVA kW =?=

3．将接于CA 相间的2台10.3kVA(50%ε=)换算成100%ε=时的有功容量(kW)。其cos 0.35?=，因此其有功容量为：

210.30.35 5.16CA P kVA kW =??=

4．弧焊机换算至各相的有功和无功容量：由表3-3查得cos 0.35?=时的功率换算系数 1.27AB A BC B CA C p p p ---===，AB B BC C CA A p p p ---===-0.27

, 1.05AB A BC B CA C q q q ---===, 1.63AB B BC C CA A q q q ---===,因此由式(3-28)式(3-33)可得各相的有功和无功容量为:

A 相 1.27 5.880.27 5.16 6.08A P kW kW kW =?-?=

1.05 5.88var 1.63 5.16var 14.58var A Q k k k =?+?=

B 相 1.27 5.950.27 5.88 5.97B P kW kW kW =?-?=

1.05 5.95var 1.63 5.88var 15.83var B Q k k k =?+?=

C 相 1.27 5.160.27 5.95 4.95C P kW kW kW =?-?=

1.05 5.16var 1.63 5.95var 15.12var C Q k k k =?+?=

5.弧焊机各相的有功和无功计算负荷:

查附表8得其0.35d K =，因此各相的有功和无功计算负荷为：

A 相 30.(1)0.35 6.08 2.13A P kW kW =?=

30.(1)0.3514.58var 5.10var A Q k k =?=

B 相 30.(1)0.35 5.97 2.09B P kW kW =?=

30.(1)0.3515.83var 5.54var B Q k k =?=

C 相 30.(1)0.35 4.95 1.73C P kW kW =?=

30.(1)0.3515.12var 5.29var C Q k k =?=

（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0.7,cos 1,tan 0,d K ??===因此

30.(2)0.723 4.2A P kW kW =??=

30.(2)0A Q =

2．B 相电热箱的有功和无功计算负荷：

30.(2)0.76 4.2B P kW kW =?=

30.(2)0B Q =

3．C 相电热箱的有功和无功计算负荷：

30.(2)0.7 4.5 3.15C P kW kW =?=

30.(2)0C Q =

（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 30.30.(1)30.(2) 2.13 4.2 6.33A A A P P P kW kW kW =+=+=

30.30.(1)30.(2) 5.10var 0 5.10var A A A Q Q Q k k =+=+=

B 相 30.30.(1)30.(2) 2.09 4.2 6.29B B B P P P kW kW kW =+=+=

30.30.(1)30.(2) 5.54var 0 5.54var B B B Q Q Q k k =+=++

C 相 30.30.(1)30.(2) 1.73 3.15 4.88C C C P P P kW kW kW =+=+=

30.30.(1)30.(2) 5.29var 0 5.29var C C C Q Q Q k k =+=+=

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：

3030.33 6.3319A P P kW kW ==?=

3030.33 5.10var 15.3var A Q Q k k ==?=

3024.5S kVA ==

3037.2I A == 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

30.2546.7S kVA ==

按式(3-37)得 0.01546.7 5.467T P kW kW ?≈?=

按式(3-38)得 0.05546.7var 27.34var T Q k k ?≈?=

2.变电所一次侧的计算负荷:

30.1420 5.467425.5P kW kW kW =+=

30.1350var 27.34var 377var Q k k k =+=

3.变电所一次侧的功率因数:

因 30.1130.1377var tan 0.885425.5Q k P kW

?=== 故 1cos 0.75?=

(二)按一次侧(10kV)1cos ?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 2350var tan 0.833420k kW

?== 故 2cos 0.77?=

2.按2cos ?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

30.221(tan tan )420(0.8330.426)170C Q P kW kVA ??=-=?-=

3-7解：（一）估算该厂的计算负荷

查附表9,得0.35,cos 0.75,tan 0.88,d K ??===因此

300.3558402044P kW kW =?=

3020440.881799var Q kW k =?=

3020442725S kW kVA ==

（二）计算该厂的年有功电能消耗量

一班制取年工作小时a T =2000h ，年平均有功负荷系数0.75,α=年平均无功负荷系数0.8β=,由此可得年有功电能消耗量

.p a W =0.75?2044kW ?2000h=3066?310kW.h

年无功电能消耗量

3.0.81799var 2000287810var q a W k h k h =??=??

3-8 解:(一)需装设的电容器容量和个数

cos 0.65?=时,tan 1.17?=;cos 0.9?=时,tan 0.48?=。因此按式（3-42）得电容器容量为：

,30(tan tan )2400(1.170.48)1656C Q P kW ??=-=-=kvar

需装BWF10.5-30-1型电容器个数为: 1656/3056n ==

考虑到单相电容器在三相电路中平均分配,,选取n =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：

'303030tan 2400 1.175730var 1098var C C

Q Q Q P Q kVA k k ?=-=-=?-?=

无功补偿后的视在计算负荷为:

'302639S kVA ==

= 而补偿前的视在计算负荷为:

3030/cos 2400/0.653692S P kW ?===kVA

因此补偿后减少的计算负荷为:

'303030

369226391053S S S kVA kVA kVA ?=-=-= 3-9 解； 由上表可以看出，M 2的st N I I -=227A-32.4A=194.6A 为最

大，因此该线路的尖峰电流为：

0.9(10.230 6.120)227pk I A A =?++++=287A

而该线路的计算电流为：

300.9(10.232.430 6.120)I =?++++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（1c U =10.5kV ）

1.电力系统的电抗: 2211(10.5)0.367300c oc U kV X S MVA

===Ω 2．电缆线路的电抗：查表4-1得00.08/X =Ωkm ，因此

20.08(/)40.32X km km =Ω?=Ω

3．绘1k -点短路的等效电路图如下：

4．短路电路总电抗：

(1)0.3670.320.687k X ∑-=Ω+Ω=Ω

5

．1k -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：

(3)18.82k I -===kA （2）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：

''(3)(3)(3)!8.82k I I I ∞-===kA

（3）三相短路冲击电流：

(3)''(3)2.55 2.558.82sh

i I ==?=22.5kA （4）第一个周期三相短路全电流有效值：

(3)''(3)1.51 1.518.82sh

I I ==?kA=13.3kA （5）三相短路容量：

(3)(3)11110.58.82160k c k S I kV kA --=?=MVA

（三）计算2k -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（20.4c U =kV ）

1．电力系统的电抗： 22'

421

(0.4) 5.3310300c oc U kV X S MVA -===?Ω 2．电缆线路的电抗： '22422010.4()0.08(/)4() 4.641010.5c c U kV X X l km km U kV

-==Ω??=?Ω 3．电力变压器的电抗：查附表1得% 4.5,Z U =因此 22

3234% 4.5(0.4)910100100800k C N U U kV X X S kVA

-==?=?=?Ω 4．绘2k -点短路的等效电路图如下：

5．短路电路总电抗：

4

'

'444(2)123/2 5.3310 4.641045105510k X X X X ----∑-=++=?Ω+?Ω+?Ω=?Ω 6．2

k -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：

(3)242k I -==kA （2）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：

''(3)(3)(3)242k I I I ∞-===kA

（3）三相短路冲击电流：

(3)(3)21.84 1.844277.3sh k i I kA -==?=kA

（4）第一个周期三相短路全电流有效值：

(3)(3)21.09 1.094245.8sh k I I kA -==?=kA

（5）三相短路容量：

(2)(3)2220.44229.1k c k S I kV kA --?=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100d S =MVA ，1110.5d c U U ==kV ，220.4d c U U ==kV ，而

1 5.50d I =

==

kA 2144d I ===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 *11000.333300d oc S MVA X S MVA

=== 2．电缆线路的电抗标幺值： *22

1000.08(/)40.29(10.5)MVA X km km kV =Ω??= 3．电力变压器的电抗标幺值：查附表1得% 4.5,Z U =因此 **34 4.51001000 5.625100800kVA X X kVA

?==?= （三）绘短路等效电路图如下：