一、 短路电流计算
1、 原始数据：
⑴ 基准容量（MVA） Sj= 100 MVA
⑵ 基准电压（kV）
110kV侧： Uj110= 115 kV
10kV侧： Uj10= 10.5 kV
⑶ 基准电流（kA）
110kV侧： Ij110= 0.5020 kA
10kV侧： Ij10= 5.4986 kA
⑷ 归算至110kV母线阻抗标幺值：
110kV系统最大短路电流 系统最大阻抗标幺值 Xxmax= 0.02
按25kA设定
⑸ 主变压器参数： 型号：SZ9-63000kVA/110±8×1.25％/10.5kV
额定容量（MVA）：SB= 63 MVA
短路阻抗： Ud%= 17
⑹ 主变压器阻抗标幺值： 0.27
2、 短路计算阻抗图
3、 计算结果：
⑴ 110kV母线三相短路电流(d1)：
系统最大值 50.0000
25.1022 kA
⑵ 10kV母线三相短路电流(d2)：
系统最大值 3.4502
18.9710 kA
二、 110kV设备选择校验：
1、 计算数据
⑴ 主变110kV侧额定电流(A)： Ie110 = 316.3 A
⑵ 主变110kV侧持续工作电流(A)： Ig110 = 332.1 A
⑶ 110kV线路侧额定电流(A)： 2×Ie110 = 632.6 A
⑶ 110kV线路侧持续工作电流(A)： 2×Ig110 = 664.2 A
⑷ 110kV母线短路电流(kA)： Id1 = 25.1022 kA
⑸ 母线短路冲击电流(kA)： ich110 =2.55*Id1 = 64.0106 kA
母线短路热稳定电流(kA2·s)： t=1s时： Qdt110=Id12×t = 630.1197 kA2·s
t=2s时： Qdt110=Id12×t = 1260.2394 kA2·s
t=3s时： Qdt220=Id12×t = 1890.3592 kA2·s
t=4s时： Qdt110=Id12×t = 2520.4789 kA2·s
2、 110kV GIS设备（开关设备）：
设备参数 计算值
额定电压（kV）： 110
最高工作电压（kV）： 126
额定电流（A）： 1600A 664.2 A
额定短路开断电流（kA）： 31.5 25.1022 kA
额定热稳定电流（kA）： 31.5
额定热稳定时间（S）： 4
热稳定校验值（kA2·s)： Qt = 31.52×4 2520.4789 kA2·s
额定动稳定电流（峰值）（kA）： 80 64.0106 kA
结论： 满足要求
3、 110kV电流互感器：
⑴ 主变110kV套管电流互感器(型号：LR-110、LRD-110)：
a、 一次额定电流选择：
按比 正常工作电流大1/3左右选择： 421.7 A
故选择主变110kV套管电流互感器变比为： 400～800/1 A
⑵ 110kV主变进线电流互感器(GIS)：
a、 一次额定电流选择：
按比 正常工作电流大1/3左右选择： 421.7 A
故选择110kV主变进线电流互感器变比为： 2*400/1 A
⑶ 110kV出线电流互感器(GIS)：
a、 一次额定电流选择：
按比 正常工作电流大1/3左右选择： 843.4 A
故选择110kV出线电流互感器变比为： 2*400/1 A
结论： 满足要求
4、 110kV氧化锌避雷器（型号：108/268）
⑴、 设备参数：
a、 持续运行电压有效值(kV)： 84.2 kV
b、 避雷器额定电压有效值(kV)： 108 kV
c、 最大雷电冲击残压峰值(kV)： ≤268 kV
d、 最大陡坡冲击残压峰值(kV)： ≤308 kV
e、 最大操作冲击残压峰值(kV)： ≤228 kV
⑵、 设备校验：
a、 避雷器的持续运行电压Uby：
应满足 Uby ≥ Uxg (系统最高相电压)
72.75 kV
b、 避雷器额定电压Ube：
应满足 Ube ≥ Ug (系统出现的最高工频过电压)
94.50 kV
Um—系统最高电压
c、 避雷器最大雷电冲击残压UbLC：
其中，BIL—内绝缘全波额定雷电冲击耐压
110kV的BIL=450kV
KLP—雷电冲击绝缘配合系数，取1.4
321.4 kV
d、 陡坡冲击电流下的残压U'bLC：
369.6 kV
e、 避雷器操作冲击残压Ubcc：
其中，Ugs—内绝缘1min工频实验电压
110kV的Ugs=200kV
KCP—操作冲击绝缘配合系数，取1.15
1.35—为内绝缘的冲击系数
234.8 kV
结论： 满足要求
三、 10kV设备选择校验：
1、 计算数据
⑴ 主变10kV侧额定电流(A)： Ie10 = 3464.1 A
⑵ 主变10kV侧持续工作电流(A)： Ig10 = 3637.3 A
⑶ 10kV母线短路电流(kA)： Id2 = 18.9710 kA
⑷ 母线短路冲击电流(kA)： ich10 = 48.3760 kA
⑸ 母线短路热稳定电流(kA2·s)： t=1s时： Qdt10=Id22×t = 359.8982 kA2·s
t=2s时： Qdt10=Id22×t = 719.7964 kA2·s
t=3s时： Qdt10=Id22×t = 1079.6947 kA2·s
t=4s时： Qdt10=Id22×t = 1439.5929 kA2·s
2、 断路器手车（主变进线及分段）：
设备参数 计算值
额定电压（kV）： 10
最高工作电压（kV）： 12
额定电流（A）： 4000 3637.3 A
额定短路开断电流（kA）： 40 18.9710 kA
3S短时耐受电流（kA）： 40
热稳定校验值（kA2·s)： Qt = 402×3 1079.6947 kA2·s
额定短路关合电流（峰值）（kA）： 100 48.3760 kA
结论： 满足要求
3、 断路器手车（馈线、电容、接地变、站用变）：
设备参数 计算值
额定电压（kV）： 10
最高工作电压（kV）： 12
额定电流（A）： 1250 439.9 A
（每回馈线最大负荷按8MVA考虑）
额定短路开断电流（kA）： 31.5 18.9710 kA
4S短时耐受电流（kA）： 31.5
热稳定校验值（kA2·s)： Qt = 31.52×4 1439.5929 kA2·s
额定短路关合电流（峰值）（kA）： 80 48.3760 kA
结论： 满足要求
4、 电流互感器
⑴、 设备参数：
型号： LZZB9-10Q
1S热稳定倍数： 45 倍
动稳定倍数： 90 倍
⑵、 一次额定电流选择：
a、 主变10kV侧电流互感器： 3637.3 A
按主变10kV侧持续工作电流 故选择电流互感器变比为： 4000/1 A
b、 10kV馈线电流互感器：
每回馈线最大负荷按8MVA考虑： 439.9
586.5 A
故选择电流互感器变比为： 600/1 A
c、 10kV电容器出线电流互感器：
电容器额定容量：Sre= 6012 kVar
回路额定电流 Ire= 330.6 A
440.8 A
故选择10kV电容器出线电流互感器变比为： 500/1 A
结论： 满足要求
⑶、 短路稳定校验：
a、 内部动稳定校验：
其中Kd为动稳定倍数；I1e为CT一次绕组额定电流，取最小值ICT10-R
77.6081
b、 热稳定校验：
其中：Kr为1S热稳定倍数；I1e为CT一次绕组额定电流，取最小值ICT10-R
Qd短路电流引起的热效应（kA2·S）=Id102×t'= 359.9 S
上式中 ，t' 取1S；
t = 1.0 S
43.0410
结论： 满足要求
5、 10kV熔断器(电压互感器用）（型号：RN1-10）
⑴、 熔断器最大开断容量： SRkd = 30~400MVA
⑵、 10kV母线短路容量： 345.02 MVA
结论： 满足要求
6、 10kV氧化锌避雷器（型号：HY5W-17/45）
⑴、 设备参数：
a、 持续运行电压有效值(kV)： 13.6 kV
b、 避雷器额定电压有效值(kV)： 17 kV
c、 最大雷电冲击残压峰值(kV)： ≤45 kV
d、 最大陡坡冲击残压峰值(kV)： ≤51.5 kV
e、 最大操作冲击残压峰值(kV)： ≤38.3 kV
⑵、 设备校验：
a、 避雷器的持续运行电压Uby：
应满足 Uby ≥1.1 Um (系统最高电压)
13.20 kV
b、 避雷器额定电压Ube：
应满足 Ube ≥ Ug (系统出现的最高工频过电压)
16.56 kV
Um—系统最高电压
c、 避雷器最大雷电冲击残压UbLC：
其中，BIL—内绝缘全波额定雷电冲击耐压
10kV的BIL=75kV
KLP—雷电冲击绝缘配合系数，取1.4
53.6 kV
d、 陡坡冲击电流下的残压U'bLC：
61.6 kV
e、 避雷器操作冲击残压Ubcc：
其中，Ugs—内绝缘1min工频实验电压
10kV的Ugs=42kV
KCP—操作冲击绝缘配合系数，取1.15
49.3 kV
结论： 满足要求
四、 接地体截面选择：
1、 原始数据：
接地材料的热稳定系数（铜） C= 210
短路的等效持续时间 te= 3 s
流过接地线的短路电流稳定值 4000 A
2、 计算结果：
接地线的最小截面 33.0 mm2
选接地线为TJ-150的铜绞线，S= 150 mm2
选接地极为φ18的铜棒 ，S=3.14×92= 254.34 mm2
铜接地材料不考虑腐蚀
结论： 满足要求
五、 变电所主接地网接地电阻计算：
1、 原始数据：
土壤电阻率 ρ= 390 Ω.m
水平接地极的等效直径 d= 0.014 m
垂直接地极的等效直径 d= 0.018 m
水平接地极的埋深 h= 0.9 m
接地网的总面积 S=79×42= 3318 m2
垂直接地极长度 l= 2.5 m
垂直接地极个数 N= 60 个
水平接地极的总长度 L=79×8+42×14= 1220 m
接地网的外缘边线总长度 L0=79×2+42×2= 242 m
深井接地极长度 L1= 20 m
深井接地极的等效直径 d1= 0.1 m
深井接地极个数 N‘= 10 个
2、 计算结果：
0.9329
等值方形接地网的接地电阻 3.0735 Ω
0.9774 Ω
任意形状边缘闭合接地网的接地电阻 3.0039 Ω
单根垂直接地极的接地电阻 149.2947 Ω
单个深井接地极的接地电阻 19.7935 Ω
垂直接地极的总接地电阻 R∑=Rv/N= 2.4882 Ω
深井接地极的总接地电阻 R'∑=R'v/N= 1.9794 Ω
增加深井接地极后的总接地电阻 R总=R∑‖Rn‖R'V∑= 0.8064 Ω
施放降阻剂后的接地电阻 R降=R总/1.8= 0.4480 Ω
考虑0.9的系数后的总接地电阻 R‘总=R降/0.9= 0.4978 Ω
结论： 满足要求
六、 接触电位差和跨步电位差校验：
1、 原始数据：
人站立地表土壤电阻率 ρf= 800 Ω.m
接地装置的接地电阻 R= 0.5 Ω
入地短路电流 Ig= 4000 A
接地装置的电位 Ug＝Ig×R= 2000 V
均压带的等效直径 d= 0.014 m
均压带根数 N= 22 根
接地网的外缘边线总长度 L0=79×2+42×2= 242 m
水平接地极的总长度 L=79×8+42×14= 1220 m
接地网的总面积 S=79×42= 3318 m2
水平接地极的埋深 h= 0.9 m
跨步距离 T= 0.8 m
2、 计算结果：
⑴、 接触电位差和跨步电位差允许值
接地短路电流持续时间 t取 1.2 s
接触电位差允许值 Ut=(174+0.17ρf)/√t ＝ 282.9900 V
跨步电位差允许值 Us=(174+0.7ρf)/ √t ＝ 670.0473 V
⑵、 接地网表面最大接触电位差计算
Kd=0.841-0.225lgd＝ 1.2581
KL＝ 1.0
Kn=0.076+0.776/N＝ 0.1113
Ks=0.234+ 0.414lg√S= 0.9628
Ktmax=KdKLKnKs= 0.1348
Utmax=KtmaxUg= 269.5796 V
结论： 满足要求
⑶、 接地网表面最大跨步电位差计算
n=2(L/L0)(L0/4√S)1/2＝ 10.3332
β=0.1√n= 0.3215
α2=0.35〔(n-2)/n〕1.14（√S/30）β= 0.3378
Ksmax=(1.5-α2)ln｛〔h2+(h+T/2)2〕/〔h2+(h-T/2)2〕｝/ln(20.4S/dh)= 0.0643
Usmax=KsmaxUg= 128.6992 V
结论： 满足要求
电学知识总结
一, 电路
电流的形成:电荷的定向移动形成电流.(任何电荷的定向移动都会形成电流).
电流的方向:从电源正极流向负极.
电源:能提供持续电流(或电压)的装置.
电源是把其他形式的能转化为电能.如干电池是把化学能转化为电能.发电机则由机械能转化为电能.
有持续电流的条件:必须有电源和电路闭合.
导体:容易导电的物体叫导体.如:金属,人体,大地,盐水溶液等.
绝缘体:不容易导电的物体叫绝缘体.如:玻璃,陶瓷,塑料,油,纯水等.
电路组成:由电源,导线,开关和用电器组成.
路有三种状态:(1)通路:接通的电路叫通路;(2)开路:断开的电路叫开路;(3)短路:直接把导线接在电源两极上的电路叫短路.
电路图:用符号表示电路连接的图叫电路图.
串联:把元件逐个顺序连接起来,叫串联.(任意处断开,电流都会消失)
并联:把元件并列地连接起来,叫并联.(各个支路是互不影响的)
二, 电流
国际单位:安培(A);常用:毫安(mA),微安( A),1安培=103毫安=106微安.
测量电流的仪表是:电流表,它的使用规则是:①电流表要串联在电路中;②电流要从"+"接线柱入,从"-"接线柱出;③被测电流不要超过电流表的量程;④绝对不允许不经过用电器而把电流表连到电源的两极上.
实验室中常用的电流表有两个量程:①0～0.6安,每小格表示的电流值是0.02安;②0～3安,每小格表示的电流值是0.1安.
三, 电压
电压(U):电压是使电路中形成电流的原因,电源是提供电压的装置.
国际单位:伏特(V);常用:千伏(KV),毫伏(mV).1千伏=103伏=106毫伏.
测量电压的仪表是:电压表,使用规则:①电压表要并联在电路中;②电流要从"+"接线柱入,从"-"接线柱出;③被测电压不要超过电压表的量程;
实验室常用电压表有两个量程:①0～3伏,每小格表示的电压值是0.1伏;
②0～15伏,每小格表示的电压值是0.5伏.
熟记的电压值:①1节干电池的电压1.5伏;②1节铅蓄电池电压是2伏;③家庭照明电压为220伏;④安全电压是:不高于36伏;⑤工业电压380伏.
四, 电阻
电阻(R):表示导体对电流的阻碍作用.(导体如果对电流的阻碍作用越大,那么电阻就越大,而通过导体的电流就越小).
国际单位:欧姆(Ω);常用:兆欧(MΩ),千欧(KΩ);1兆欧=103千欧;
1千欧=103欧.
决定电阻大小的因素:材料,长度,横截面积和温度(R与它的U和I无关).
滑动变阻器:
原理:改变电阻线在电路中的长度来改变电阻的.
作用:通过改变接入电路中的电阻来改变电路中的电流和电压.
铭牌:如一个滑动变阻器标有"50Ω2A"表示的意义是:最大阻值是50Ω,允许通过的最大电流是2A.
正确使用:a,应串联在电路中使用;b,接线要"一上一下";c,通电前应把阻值调至最大的地方.
五, 欧姆定律
欧姆定律:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
公式: 式中单位:I→安(A);U→伏(V);R→欧(Ω).
公式的理解:①公式中的I,U和R必须是在同一段电路中;②I,U和R中已知任意的两个量就可求另一个量;③计算时单位要统一.
欧姆定律的应用:
①同一电阻的阻值不变,与电流和电压无关,其电流随电压增大而增大.(R=U/I)
②当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R)
③当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR)
电阻的串联有以下几个特点:(指R1,R2串联,串得越多,电阻越大)
①电流:I=I1=I2(串联电路中各处的电流相等)
②电压:U=U1+U2(总电压等于各处电压之和)
③ 电阻:R=R1+R2(总电阻等于各电阻之和)如果n个等值电阻串联,则有R总=nR
④ 分压作用:=;计算U1,U2,可用:;
⑤ 比例关系:电流:I1:I2=1:1 (Q是热量)
电阻的并联有以下几个特点:(指R1,R2并联,并得越多,电阻越小)
①电流:I=I1+I2(干路电流等于各支路电流之和)
②电压:U=U1=U2(干路电压等于各支路电压)
③电阻:(总电阻的倒数等于各电阻的倒数和)如果n个等值电阻并联,则有R总=R
④分流作用:;计算I1,I2可用:;
⑤比例关系:电压:U1:U2=1:1 ,(Q是热量)
六, 电功和电功率
1. 电功(W):电能转化成其他形式能的多少叫电功,
2.功的国际单位:焦耳.常用:度(千瓦时),1度=1千瓦时=3.6×106焦耳.
3.测量电功的工具:电能表
4.电功公式:W=Pt=UIt(式中单位W→焦(J);U→伏(V);I→安(A);t→秒).
利用W=UIt计算时注意:①式中的W.U.I和t是在同一段电路;②计算时单位要统一;③已知任意的三个量都可以求出第四个量.还有公式:=I2Rt
电功率(P):表示电流做功的快慢.国际单位:瓦特(W);常用:千瓦
公式:式中单位P→瓦(w);W→焦;t→秒;U→伏(V),I→安(A)
利用计算时单位要统一,①如果W用焦,t用秒,则P的单位是瓦;②如果W用千瓦时,t用小时,则P的单位是千瓦.
10.计算电功率还可用右公式:P=I2R和P=U2/R
11.额定电压(U0):用电器正常工作的电压.另有:额定电流
12.额定功率(P0):用电器在额定电压下的功率.
13.实际电压(U):实际加在用电器两端的电压.另有:实际电流
14.实际功率(P):用电器在实际电压下的功率.
当U > U0时,则P > P0 ;灯很亮,易烧坏.
当U < U0时,则P < P0 ;灯很暗,
当U = U0时,则P = P0 ;正常发光.
15.同一个电阻,接在不同的电压下使用,则有;如:当实际电压是额定电压的一半时,则实际功率就是额定功率的1/4.例"220V100W"如果接在110伏的电路中,则实际功率是25瓦.)
16.热功率:导体的热功率跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比.
17.P热公式:P=I2Rt ,(式中单位P→瓦(W);I→安(A);R→欧(Ω);t→秒.)
18.当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热),则有:热功率=电功率,可用电功率公式来计算热功率.(如电热器,电阻就是这样的.)
七,生活用电
家庭电路由:进户线(火线和零线)→电能表→总开关→保险盒→用电器.
所有家用电器和插座都是并联的.而用电器要与它的开关串联接火线.
保险丝:是用电阻率大,熔点低的铅锑合金制成.它的作用是当电路中有过大的电流时,它升温达到熔点而熔断,自动切断电路,起到保险的作用.
引起电路电流过大的两个原因:一是电路发生短路;二是用电器总功率过大.
安全用电的原则是:①不接触低压带电体;②不靠近高压带电体.
八,电和磁
磁性:物体吸引铁,镍,钴等物质的性质.
磁体:具有磁性的物体叫磁体.它有指向性:指南北.
磁极:磁体上磁性最强的部分叫磁极.
任何磁体都有两个磁极,一个是北极(N极);另一个是南极(S极)
磁极间的作用:同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引.
磁化:使原来没有磁性的物体带上磁性的过程.
磁体周围存在着磁场,磁极间的相互作用就是通过磁场发生的.
磁场的基本性质:对入其中的磁体产生磁力的作用.
磁场的方向:小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向.
磁感线:描述磁场的强弱,方向的假想曲线.不存在且不相交,北出南进.
磁场中某点的磁场方向,磁感线方向,小磁针静止时北极指的方向相同.
10.地磁的北极在地理位置的南极附近;而地磁的南极则在地理的北极附近.但并不重合,它们的交角称磁偏角,我国学者沈括最早记述这一现象.
11.奥斯特实验证明:通电导线周围存在磁场.
12.安培定则:用右手握螺线管,让四指弯向螺线管中电流方向,
则大拇指所指的那端就是螺线管的北极(N极).
13.通电螺线管的性质:①通过电流越大,磁性越强;②线圈匝数越多,磁性越强;③插入软铁芯,磁性大大增强;④通电螺线管的极性可用电流方向来改变.
14.电磁铁:内部带有铁芯的螺线管就构成电磁铁.
15.电磁铁的特点:①磁性的有无可由电流的通断来控制;②磁性的强弱可由改变电流大小和线圈的匝数来调节;③磁极可由电流方向来改变.
16.电磁继电器:实质上是一个利用电磁铁来控制的开关.它的作用可实现远距离操作,利用低电压,弱电流来控制高电压,强电流.还可实现自动控制.
17.电话基本原理:振动→强弱变化电流→振动.
18.电磁感应:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,这种现象叫电磁感应,产生的电流叫感应电流.应用:发电机
感应电流的条件:①电路必须闭合;②只是电路的一部分导体在磁场中;③这部分导体做切割磁感线运动.
感应电流的方向:跟导体运动方向和磁感线方向有关.
发电机的原理:电磁感应现象.结构:定子和转子.它将机械能转化为电能.
磁场对电流的作用:通电导线在磁场中要受到磁力的作用.是由电能转化为机械能.应用:电动机.
通电导体在磁场中受力方向:跟电流方向和磁感线方向有关.
电动机原理:是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的.
换向器:实现交流电和直流电之间的互换.
交流电:周期性改变电流方向的电流.
直流电:电流方向不改变的电流.
实验
一.伏安法测电阻
实验原理:(实验器材,电路图如右图)注意:实验之前应把滑动变阻器调至阻值最大处
实验中滑动变阻器的作用是改变被测电阻两端的电压.
二.测小灯泡的电功率——实验原理:P=UI
