《工厂供电(第3版)》刘介才(课后习题详细答案).docx

1、工厂供电第三版刘介才主编课后习题解答2014 年 8 月精选第一章习题解答1-1 试确定图 1-25 所示供电系统中的变压器 T1 和线路WL1、WL2 的额定电压？图 1-25习题 1-1 的供电系统解：1.变压器的一次侧额定电压：应与发电机的额定电压相同，即为 10.5。变压器1 的二次侧额定电压应比线路1 末端变压器2 的一次额定电压高10，即为 242 。因此变压器1 的额定电压应为 10.5242V。2. 线路1 的额定电压：应与变压器2 的一次额定电压相同，即为 220V。3. 线路2 的额定电压：应为 35V，因为变压器2 二次侧额定电压为 38.5V，正好比 35V 高 10。

2、1-2 试确定图 1-26 所示供电系统中的发电机和各变压器的额定电压？图 1-26习题 1-2 的供电系统解：1.发电机的额定电压应比 6V 线路额定电压高，因此发电机的额定电压应为6.3V。2. 变压器1 的额定电压：一次额定电压应与发电机的额定电压相同，因此其一次额定电压应为 6V。1 的二次额定电压应比 220/380V 线路额定电压高 10，因此其二次额定电压应为 0.4V。因此变压器1 的额定电压应为 60.4V。3. 变压器2 的额定电压：其一次额定电压应与发电机的额定电压相同，即其一次额定电压应为 6.3V。2 的二次额定电压应比 110V 电网电压高 10，即其二次额定电压应

3、为 121V。因此变压器2 的额定电压应为 6.3121V。4. 变压器3 的额定电压：其一次额定电压应与 110V 线路的额定电压相同，即其一次额定电压应为 110V。3 的二次额定电压应比 10k电压高 10，即其二次额定电压应为11V。因此变压器3 的额定电压应为 11011V。1-3 某厂有若干车间变电所，互有低压联络线相连。其中某一车间变电所装有一台无载调压型配电变压器，其高压绕组有+5%、0、5% 三个电压分接头，现调在主接头“ 0”的位置（即U 1 N）运行。但是白天生产时，低压母线电压只有360V（额定电压为 380V），而晚上不生产时，低压母线电压又高达 415V。试问此变电

4、所低压母线昼夜电压偏差范围（%） 为多少？宜采取哪些改善措施？解：1.变电所低压母线昼夜的电压偏差范围：该变电所白天的电压偏差按式（1-2）计算为：DU % =U -UNUN= 360V - 380V 100% = -5.26% 380V该变电所晚上的电压偏差按式（1-2）计算为：DU % =U -UNUN= 415V - 380V 100% = 9.21% 380V因此该变电所昼夜的电压偏差范围为-5.26% - +9.21%。2.改善该变电所低压侧电压质量的措施：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

5、车间变电所供电。1-4 某 10kV 电网，架空线路总长度 40km，电缆线路总长度 23km。试求次中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容道路，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。解：1.该系统发生单相接地时的接地电容电流： 按式（1-7）计算为：ohI = UN (l+ 35lcab) = 10 (40 + 35 23) = 24.1AC3503502.判断该系统中性点是否需要改变运行方式：由于 IC 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。第二章习题解答2-1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有额定电压 380V 的三相电动机 15kW1 台，11

6、kW3 台，7.5kW8 台,4kW15 台,其他更小容量电动机容量共 35kW。试分别用需要系数法和二项式法计算其 P 、Q3030、 S 和 I。3030解：1.用需要系数法计算此机床组电动机的总容量为P = 15kW +11kW 3 + 7.5kW 8 + 4kW 15 + 35kW = 203kWe查附录表 1 中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得Kd= 0.16 0.2 （取 0.2）,cosj = 0.5 , tanj = 1.73, 因此可求得:1） 有功计算负荷按式（2-10）得P302） 无功计算负荷按式（2-11）得= K Pd30= 0.2 203kW = 40.6

7、kW30Q= P30tanj = 40.6kW 1.73 = 70.2k var3） 视在计算负荷 按式（2-12）得P40.6kWS=30= 81.2kVA30cosj0.54） 计算电流按式（2-13）得S81.2kVA303U3 0.38kVI=30N= 123.4A2. 用二项式法计算由附录表 1 查得b = 0.14, c = 0.4, x = 5,cos j = 0.5, tan j = 1.73 。而设备总容量为Pe= 203kWx 台最大容量的设备容量为P = Px5= 15kW 1+11kW 3 + 7.5kW 1 = 55.5kW1） 有功计算负荷按式（2-21）得P =

8、bP + cP = 0.14 203kW + 0.4 55.5kW = 50.6kW30ex2） 无功计算负荷按式（2-11）得30Q= P30tanj = 50.6kW 1.73 = 87.6k var3） 无功计算负荷按式（2-12）得P50.6kWS=30= 101.2kVA30cosj0.54） 计算电流按式（2-13）得S101.2kVA303U3 0.38kVI=30N= 153.8A2-2 某 380V 线路供电给 1 台 132kW Y 型电动机，其效率h = 91% ，功率因数cosj = 0.9 。试求该线路的计算负荷 P 、Q3030、 S 和 I 。3030解：此台电动

9、机功率为Pe= 132KW ，由于是单台设备，所以， P30= P / h = 132 / 0.91 = 145kweQ= P3030S= P3030I= S3030 tanj = 145 tan(arccos 0.9) = 70.2k var/ cosj = 145 / 0.9 = 161kV .A/ ( 3 0.38kV ) = 161KVA /3 0.38kV ) = 245A2-3 某机械加工车间的 380V 线路上，接有流水作业的金属切削机床组电动机30 台共85kW(其中较大容量电动机有 11kW1 台，7.5kW3 台，4kW6 台，其他为更小容量电动机)。另外有通风机 3 台，

10、共 5kW；电葫芦 1 个，3kW（ e = 40% ）。试分别按需要系数法和二项式法确定各组的计算负荷及总的计算负荷 P 、Q3030、S 和 I 。3030解：1.用需要系数法计算1） 金属切削机床组：e查附录表 1，取 K = 0.25,cos j = 0.5, tanj = 1.73 ，已知 P = 85kW 因此dP= P30(1)= K P= 0.25 85kW = 21.3kWdeQ30(1)tan j = 21.3kW 1.73 = 36.8k var30S= P3030I= S/ cosj = 21.6 / 0.9 = 42.6kV .A/ ( 3 0.38kV ) = 42

11、.6KVA /3 0.38kV ) = 64.7 A30(1)302） 通风机组：查附录表 1，取 Kd= 0.8,cos j = 0.8, tanj = 0.75 ，因此P= P30(2)= K P= 0.8 5kW = 4kWdeQ30(2)tan j = 4kW 0.75 = 3k var30S30(2)I= P / cosj = 4 / 0.8 = 5kV .A30= S/ ( 3 0.38kV ) = 5KVA /3 0.38kV ) = 7.6 A30(2)303） 电葫芦组：查附录表1，取Kd0.40.25此= 0.15,cos j = 0.5, tanj = 1.73 ， e

12、= 40% ，因P= K P= 0.15 3kW 0.4 /= 0.57kW30(3)Q30(3)d e= P30tan j = 0.57 1.73 = 0.98k varS30(3)I= P / cosj = 0.57 / 0.5 = 1.14kV .A30= S/ ( 3 0.38kV ) = 1.14KVA /3 0.38kV ) = 1.73A30(3)30因此 380V 线路上的总计算负荷为（取K= 0.95, K= 0.97 ） p qP = 0.95 (21.3 + 4 + 0.57)kW = 0.95 25.87kW = 24.6kW30Q= 0.97 (36.9 + 3 +

13、0.98)k var = 0.97 40.88k var = 39.6k var30S=24.62 + 39.62 kVA = 45.9kVA303 0.38kV45.9kVAI30 = 69.7 A2.用二项式法计算先求各组的bP 和cPex1）金属切削机床组：查附录表 1，取b = 0.14, c = 0.5, x = 5,cos j = 0.5, tan j = 1.73,因此bPe (1)cPx (1)= 0.14 85kW = 11.9 kW= 0.5 (11kW 1 + 7.5kW 3 + 4kW 1) = 18.75kWP30(1)= bP= Pe(1)+ cPx (1)= (1

14、1.9 + 18.75)kW = 30.7kWQ30(1)tan j = 30.7 kW 1.73 = 53.1k var30S30(1)I= P / cosj = 30.7 / 0.5 = 61.4 kV .A30= S/ ( 3 0.38kV ) = 61.4KVA /3 0.38kV ) = 93.5A30(1)302）通风机组：查附录表 1，取b = 0.65, c = 0.25,cos j = 0.8, tanj = 0.75 ，故bPe (2)cPx (2)= 0.65 5kW = 3.25kW= 0.25 5kW = 1.25kWP30(2)= bP= Pe(2)+ cPx (2

15、)= (3.25 + 1.25)kW = 4.5kWQ30(2)tan j = 4.5kW 0.75 = 3.38k var30S30(2)I= P / cosj = 4.5 / 0.8 = 5.63kV .A30= S/ ( 3 0.38kV ) = 5.63KVA /3 0.38kV ) = 8.55A30(2)303）电葫芦组：查附录表 1，取b = 0.06, c = 0.2,cos j = 0.5, tan j = 1.73 ，故bPe (3)cPx (3)= 0.06 3kW = 0.18kW= 0.2 0.3 = 0.6k varP30(3)= bPe(3)+ cPx (3)=

16、(0.18 + 0.6)kW = 0.78kW折算到e = 25% 时的 P402530(3)P30(3) = P4025= P30(3)= 0.57 = 0.985kWQ30(3)tan j = 0.98kW 1.73 = 1.70k var30S30(3)I= P / cosj = 0.985 / 0.5 = 1.97 kV .A30= S/ ( 3 0.38kV ) = 1.97KVA /3 0.38kV ) = 2.9A30(3)30以上各组设备中，附加负荷以cPx(1)为最大，因此总计算负荷为P = S(bP )30e i+ (cP )emax= (11.9+ 3.25 + 0.18

17、)kW +18.75kW = 34.2kWQ = S(bP tanj)30ei+ (cP )xmaxtanjmax= (11.91.73 + 3.25 0.75 + 0.61.73)k var+18.751.73k var= 55.9k varS=34.22 + 55.92 kVA = 65.5kVA65.5kVA3 0.38kV30I= 99.5A30计算负荷序设备名称台设备容需要costan号数量系数1. 需要系数法计算结果列成电力负荷计算表。Pe/KWQ30/kvaS30/(kVA)I30/APe/KWKd1机床组30850.250.51.7321.336.842.664.72通风机35

18、0.80.80.754357.63电葫芦13（=40%）0.250.51.730.570.981.141.733.75（=25%）（=40%）4总计340.5425.940.85取 K =0.9524.638.845.969.7计算负荷n 或PePxPeQ30S30I32. 二项式法计算结果列成电力负荷计算表。序设备名称台数设备容量二项式costan号系数 b/cn/x/KW/KW/KW/kva/(kVA)0/A1机床组30/58537.50.14/0.50.51.7330.753.161.493.52通风机350.56/0.250.80.754.53.385.638.553电葫芦13（=40

19、%）0.250.06/0.51.730.9851.701.972.993.750.2（=40%）（=25%）4总计340.5434.255.965.599.52-4 现有 9 台 220V 单相电阻炉，其中 4 台 4kW，3 台 1.5kW, 2 台 2kW。试合理分配上列各电阻炉于 220/380V 的 TN-C 线路上，并计算其计算负荷 P 、Q3030、 S 和 I。3030解：单相电阻炉按其容量尽可能三个相均衡分配，因此 4 台 4kW 的可将 3 台分别接于A 相，B 相和C 相，另一台接于A 相，3 台 1.5kW 的可接于B 相，2 台 2kW 的可接于C 相。三个相负荷基本平

20、衡，等效三相计算负荷按容量最大的B 相负荷的 3 倍计算。查附表 1 得 Kd= 0.77,cos j = 1,tanj = 0 , 因此dP = 3K P30eQ = 030P= 3 0.77 4.5kW = 10.4kW10.4kWS=30= 10.4kVA30cosj13 UN3 0.38kVI=S 30 3010.4kVA= 16 A2-5 某 220/380V 线路上，接有如表 2-5 所列的用电设备。试确定该线路的计算负荷P 、30Q 、 S30和 I。3030表 2-5习题 2-5 的负荷资料设备名称380V 单头手动弧焊机220V 电热箱接入相序ABBCCAABC设备台数112

21、211单台设备容量21kVA17kVA(=65%)(=100%)10.3kVA(=50%)3kW6kW4.5kW解：1.弧焊机各相的计算负荷1） 将接于AB 相间的 1 台 21kVA（ e = 65% ）换算成e = 100% 时的有功容量（kW）。由附录表 1 查得其cosj = 0.35 ，因此按式（2-15）可得其有功容量为：0.65P= 21kVA 0.35 AB= 5.88kW2） 将接于 BC 相间的 1 台 17kVA（ e = 100% ）换算成相同e 的有功容量（kW）。其cosj = 0.35 ，因此其有功容量为：P= 17kVA 0.35 = 5.95kWBC3） 将接

22、于 CA 相间的 2 台 10.3kVA( e = 50% )换算成e = 100% 时的有功容量(kW)。其cosj = 0.35 ，因此其有功容量为：0.5P= 2 10.3kVA 0.35CA= 5.16kW4） 弧焊机换算至各相的有功和无功容量：由表 2-3 查得cosj = 0.35 时的功率换算系数p= p= p= 1.27 ， I I= 22 A = 0.27AB - ABC - BCA-CN , FE30q= q= q= 1.05 , q= q= q= 1.63AB - ABC - BCA-CAB - BBC -CCA- A因此由式(2-29)式(2-34)可得各相的有功和无功

23、容量为:A 相PAQB 相PBQ= 1.27 5.88kW - 0.27 5.16kW = 6.08kW= 1.05 5.88k var+1.63 5.16k var = 14.58k varA= 1.27 5.95kW - 0.27 5.88kW = 5.97kW= 1.05 5.95k var+1.63 5.88k var = 15.83k varC 相PCB= 1.27 5.16kW - 0.27 5.95kW = 4.95kWQ = 1.05 5.16k var+1.63 5.95k var = 15.12k varC5） 弧焊机各相的有功和无功计算负荷:查附录表 1 得其 K = 0

24、.35 ，因此各相的有功和无功计算负荷为：dA 相P30. A(1)Q30. A(1)B 相P30. B (1)Q30. B (1)C 相P30.C (1)Q30.C (1)= 0.35 6.08kW = 2.13kW= 0.35 14.58 k var = 5.10 k var= 0.35 5.97kW = 2.09kW= 0.35 15.83k var = 5.54 k var= 0.35 4.95kW = 1.73kW= 0.35 15.12 k var = 5.29 k var2. 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：查附录表 1 得 Kd= 0.7,cos j

25、= 1,tanj = 0, 因此P30. A(2)Q30. A(2)= 0.7 2 3kW = 4.2kW= 02）B 相电热箱的有功和无功计算负荷：P30. B (2)Q30. B (2)= 0.7 6kW = 4.2kW= 03）C 相电热箱的有功和无功计算负荷：P30.C (2)Q30.C (2)= 0.7 4.5kW = 3.15kW= 03. 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P30. AQ= P30. A(1)= Q+ P30. A(2)+ Q= 2.13kW + 4.2kW = 6.33kW= 5.10k var+ 0 = 5.10k varB 相P30.

26、 A= P30. A(1)+ P30. A(2)= 2.09kW + 4.2kW = 6.29kW30. B30. B (1)30. B (2)Q30.B = Q30.B (1) + Q30.B (2) = 5.54k var+ 0 = 5.54k varC 相P30.CQ= P30.C (1)= Q+ P30.C (2)+ Q= 1.73kW + 3.15kW = 4.88kW= 5.29k var+ 0 = 5.29k var30.C30.C (1)30.C (2)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：P = 3P

27、3030. AQ = 3Q= 3 6.33kW = 19kW= 3 5.10k var = 15.3k var3030. AS= 192 +15.32 kVA = 24.5kVA3024.5 1000VA3 380VI= 37.2 A302-6 有一条长 2km 的 10kV 高压线路供电给两台并列运行的电力变压器。高压线路采用LJ-70 铝绞线，等距水平架设，线距 1m。两台变压器均为S9-800/10 型， Dyn11 联结，总的计算负荷为 900kW， cosj = 0.86,Tmax=4500h。试分别计算此高压线路和电力变压器的功率损耗和年电能损耗。解：1.高压线路的功率损耗和年电能

28、损耗计算1） LJ-70 铝绞线的电阻及其有功功率损耗：查附录表3 得 R0= 0.48W / km 。因此总电阻R = 0.48(W / km) 2km = 0.96W 。线路计算电流为900kW3 10kV 0.86I= 60.4 A30因此该线路的有功功率损耗按式（2-36）为：DP= 3 60.42 0.96 10-3 kW = 10.5kWWL2） LJ-70 铝绞线的电抗及其无功功率损耗：由于线路为等距水平架设，线距a = 1m ，故其线间几何均距 aav= 1.26a = 1.26 m。查附录表 12 得 X0= 0.36W / km。线路总电抗X = 0.36(W / km)

29、2km = 0.72W 。因此线路的无功功率损耗按式（2-36）为：DQ= 3 60.42 0.72 10-3 kvar = 7.88kvarWL3） 高压线路的年电能损耗计算由Tmax= 4500 h 和cosj = 0.86 查图 2-11 得t 3000 h。因此按式（2-47）可得线路的年电能损耗为：DWa.WL= 3 60.42 0.96 3000 10-3 kWh=31.5103kWh2.变压器的功率损耗和年电能损耗计算1） 变压器的有功功率损耗:按式(2-45)近似计算,其中S= P3030/ cosj = 900kW / 0.86 = 1047 kVA ,故DP 0.01ST3

30、0= 0.011047kVA = 10.5kW2） 变压器的无功功率损耗:按式(2-46)近似计算可得DQ 0.05ST30= 0.05 1047kVA = 52.5kvar3） 变压器的年电能损耗计算:全年的铁损按式(2-50)计算,查附录表 8 得DPFe= 1.4kW ，因此DWa (1)= 1.4kW 8760h = 12264kWh全年的铜损按式(2-51)计算,查附录表 8 得DPCu= 7.5kW ,而S = P3030/ cosj = 900kW / 0.86 = 1046.5kVA,t 3000h ，因此1046.5DWa (2)= 2 7.5kW (2 800)2 3000

31、h = 19360kWh由此可得变压器的年电能损耗按式(2-52)计算为:DW = DWaa (1)+ DWa(2)= 12264kWh +19260kWh = 31524kWh = 31.5103 kWh2-7 某降压变电所装有一台 Yyn0 联结的 S9-1000/10 型电力变压器，其二次侧（380V）的有功计算负号为 720kW，无功计算负荷为 580kvar。试求此变电所一次侧的计算负荷及其功率因数。如果功率因数未达到 0.90，问此变电所低压母线上需装设多少容量的并联电容器才能满足要求？注：变压器功率损耗按式（2-40）和式（2-44）计算。解：1.变电所一次侧的计算负荷和功率因数

32、1） 变电所变压器的视在计算负荷和变压器功率损耗:变压器二次侧的视在计算负荷为S30.2=7202 + 5802 kVA = 924.5kVA变压器的负荷率 为： b = SS30N= 924.5kVA /1000 kVA = 0.925查附录表 1 的变压器的DP0= 17003w, DPk= 10300w, I= 0.7%,U= 4.5%0K按式(2-40)得DP DP + DP b 2 = 1700W + 10300 0.9252W = 10513W = 10.5kWT 0k按式(2-44)得 I %U % 0.74.5DQ S 0+kb 2 = 1000kVA +0.9252 = 45

33、.5k varTN 100100 1001002）变电所一次侧的计算负荷:P30.1Q30.1= 720kW +10.5kW = 730.5kW= 580k var+ 45.5k var = 625.5k var3）变电所一次侧的功率因数:jQ625.5k var因tan=30.1 = 0.8561P30.1730.5kW所以cosj = 0.762. 按一次侧cos j 1提高到 0.90，二次侧cos j 2提高到 0.92 低压侧需装设的并联电容器容量计算1） 现低压侧的功率因数:因tanj2所以cosj2= 580k var = 0.81 720kW= 0.782） 按cosj 提高到

34、 0.92 计算,低压侧需装设的并联电容器容量：按式(2-48)计算为2Q = PC30.2(tan j2- tan j, ) = 720kW (0.803 - 0.426) = 270k var22-8 某厂的有功计算负荷为 4600kW,功率因数为 0.75。现拟在该厂高压配电所 10kV 母线上装设 BWF10.5-40-1 型并联电容器，使功率因数提高到 0.90，问需装设多少个？装设电容器以后，该厂的视在计算负荷为多少？比未装设电容器时的视在计算负荷减少了多少？解：1.需装设的电容器容量和个数cosj = 0.75 时, tanj = 0.882 ; cosj = 0.9 时, ta

35、nj = 0.484 。因此按式（2-59） 得电容器容量为：Q = PC30(tan j - tan j, ) = 4600 kW (0.882 - 0.484) = 1830 kvar需装BWF10.5-30-1 型电容器个数为:n = 1830 / 40 = 452.无功补偿后减少的视在计算负荷无功补偿后的视在计算负荷为:S , = P / cosj , = 4600 kW / 0.9 = 5111kVA3030而补偿前的视在计算负荷为:S= P3030/ cosj = 4600kW / 0.75 = 6133.3kVA因此补偿后减少的计算负荷为:DS= S3030- S , = 613

36、3.3kVA - 5111kVA = 1022.3 kVA302-9 某车间有一条 380V 线路，供电给表 2-6 所列 5 台交流电动机。试计算该线路的计算电流和尖峰电流。 （提示：计算电流在此可近似地按下式计算： I30 KSSIN ，式中 K S建议取 0.9。）表 2-6习题 2-9 的负荷资料参数电M2 20140动M3 32.4227机额定电流/A启动电流/AM1 6.134M4 10.266.3M5 30165解：取 KS = 0.9 ，因此该线路的计算电流为I K SI= 0.9 (10.2 + 32.4 + 30 + 6.1 + 20) = 88.8 A30SN由上表可以看

37、出，M3 的 Ist - IN峰电流为：= 227 A - 32.4 A = 194.6 A 为最大，因此该线路的尖I= 0.9 (10.2 + 30 + 6.1+ 20)A + 227 A = 286.7 Apk第三章习题解答3-1 有一地区变电站通过一条长 7km 的 10kV 架空线路供电给某工厂变电所，该变电所装有两台并列运行的 Yyn0 联结的 S9-1000 型变压器。已知地区变电站出口断路器为 SN10-I0型。 试用欧姆法计算该工厂变电所 10kV 母线和 380V 母线的短路电流 I (3) 、kI (3) 、I（3）、i(3)、I (3) 及短路容量 S (3) ，并列出短

38、路计算表。shshk解：1. 计算 k-1 点处的短路电流和短路容量（Uc1=10.5kV）1) 计算 k-1 短路电路中各元件的电抗及总电抗U 21电力系统的电抗： X =C1S(10.5kV )2= 300MV A= 0.37W架空线路电抗：X2=X0l=0.35(/km)7km=2.45 W绘 k-1 点短路的等效电路如下，计算其总阻抗为：X= X + X = 0.37 + 2.45 = 2.82W(k-1)122）计算 k-1 点短路电流和短路容量U3X C1( K -1)短路电流周期分量有效值： I(3) =K -1=10.5kV= 2.15kA3 2.82W短路次暂态电流和稳态电流： I (3) = I (3) = I(3) = 2.15kAK -1冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：i (3) = 2.55I (3) = 2.55 2.15kA = 5.48kAshI (3) = 1.51I (3) = 1.5