电气设计导则_电力常用计算公式)

厂用电率计算

厂用电负荷计算方法

变压器容量选择

电压调整计算

母线电压偏移计算

电动机起动及自起动电压校验

成组电动机自起动时厂用母线电压的校验

电动机容量选择计算

低压电器选择及校验条件

低压电器保护配合

F-C设计计算规定：

厂用电率计算

厂用电率是发电厂的一项重要的经济指标，其数值的大小是指发电厂本身所消耗的电能占同一时间内全部发电量的百分数。

   （一）在厂用电设计中，凝汽式发电厂厂用电率可按下列方法进行近似计算：

式中e ——厂用电率（%）；

    Sjs——厂用电计算负荷（KVA）；

        cosp——电动机在运行功率时的平均功率因数，一般取0.8；

        Pe——发电机的额定功率（KW）。

   （二）计算厂用电率用的计算负荷采用“换算系数”法计算，其计算原则大部分与厂用变压器的负荷计算原则相同。不同部分按如下原则处理。

    1、只计算经常连续运行的负荷。

    2、对于备用的负荷，即使由不同变压器供电也不予计算。

3、全厂性的公用负荷，按机组的容量比例分摊到各机组上。

4、随季节性变动的负荷（如循环水泵、通风、采暖等）按一年中的平均负荷计算。

5、在24小时内变动大的负荷（如输煤、中间储仓制的制粉系统），可按设计实际每天运行时间进行修正：

系数=设计每天系统运行时间/24

 6、照明负荷乘以系数0.5.

  厂用电负荷计算方法

    负荷计算一般采用换算系数法，必要时可用轴功率法校验。

    1、“换算系数”法

换算系数法的算式为：

SJS=Σ（KP）            （4—1）

式中   SJS——计算负荷（KVA）；

       K——换算系数，可取表4—1数值；

       P——电动机的计算功率（KW）。

    表4—1                   换算系数表

（1）经常连续和不经常连续运行的电动机为

     P=Pe•d                              (4—2)

式中Pe•d——电动机的额定功率（KW）。

（2）短时及断续运行的电动机为

     P=0.5Pe•d                     （4—3）

（3）修配厂为

     P=0.14P∑+0.4P∑5             （4—4）

式中P∑——全部电动机额定功率总和（KW）；

    P∑5 ——其中最大5台电动机的额定功率之和（KW）。

（4）煤场机械

  1）中小型机械为

     P=0.35P∑+0.6P∑3             （4—5）

式中    P∑3 ——其中最大3台电动机的额定功率之和（KW）。

  2）大型机械为

翻车机          P=0.22P∑+0.5P∑5       （4—6）

悬臂式斗轮机    P=0.13P∑+0.3P∑5       （4—7）

门式斗轮机      P=0.1P∑+0.3P∑5        （4—8）

式中    P∑5 ——其中最大5台电动机的额定功率之和（KW）。

（5）电气除尘器

     SJS=KPΣ+∑Pe          （4—9）

式中   K——可控硅整流设备的换算系数，取0.45~0.75；

       PΣ——可控硅高压整流设备额定容量之和（KW）；

       ∑Pe——电加热设备额定容量之和（KW）。

（6）照明负荷

                            （4—10）

式中     PA——照明安装功率（KW）；

         cos——功率因数，白炽灯、卤钨灯cos=1，气体放电灯

                 cos=0.6

         ——镇流器及其它附件损耗系数，白炽灯、卤钨灯=0，

              气体放电灯=0.2；

         K1——照明负荷同时系数，见表4—2。

表4—2                 照明负荷同时系数

轴功率法的算式为

                           （4—11）

式中     K1——同时率，对新建电厂取0.9，扩建电厂取0.95；

         PZ——最大运行轴功率（KW）；

         ——对应于轴功率的电动机效率；

         cos——对应于轴功率的电动机功率因数。

当仅有少数几台电动机的功率较大（例如每台电动机功率大于变压器低压绕组额定容量的20%）时，则可用简化算法，即对这几台电动机单独以下式计算，并与换算系数法相比较，取其大者作为计算负荷，而对其余负荷仍用换算系数法计算。

                             （4—12）

 变压器容量选择

   （一）选择原则

    1、高压厂用工作变压器的容量，应按高压电动机计算负荷的100%与低压厂用电的计算负荷之和选择。如公用负荷正常由起动/备用变压器供电，则要考虑起动/备用变压器检修时，1号高压厂用工作变压器的容量应能满足接带公用段负荷的要求。

低压厂用工作变压器的容量宜留有10%左右的裕度。

2、发电厂厂用备用变压器（电抗器）或起动/备用变压器的容量，应按下列要求选择：

（1）高压厂用备用变压器（电抗器）或启动/备用变压器的容量不应小于最大一台（组）高压厂用工作变压器（电抗器）的容量；当起动/备用变压器带有公用负荷时，其容量还应满足最大一台（组）高压厂用工作变压器备用要求。

对于单元制接线的发电机，当出口装有断路器或负荷开关时，高压启动/备用变压器的容量应按一台工作变压器容量的60%~100%选择。

（2）低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器的容量相同。

   （二）计算公式

    1、高压厂用工作变压器

    （1）双绕组变压器

         SB≥1.1Sg+Sd                （4—13）

（2）绕组变压器

  绕组       S2B≥S2Bj        (4—14)

                     S2Bj =1.1Sg+Sd

      高压绕组       SB≥S2Bj-SS      （4—15）

式中   SB——高压绕组额定容量（KVA）；

           S2B——绕组额定容量（KVA）；

           S2Bj——绕组计算负荷（KVA）；

S2Bj——所有绕组计算负荷之和（KVA）；

           Sg——高压电动机计算负荷（KVA）；

           Sd——低压变压器计算负荷（KVA）；

           Ss——两个绕组重复计算负荷（KVA）。

2、低压厂用工作变压器

             SKt =1.1Sd               (4—16)

式中   S——低压厂用工作变容量（KVA）

       Kt——温度修正系数（一般取1，南方地区由主厂房进风时，安装在小间内的变压器需修正容量）；Sd—变压器低压侧计算负荷（KVA）。

 电压调整计算

   （一）一般要求

    1、在正常的电源偏移和厂用负荷波动的情况下，厂用电各级母线的电压偏移应不超过额定电压的±5%。

    2、电源电压的波动范围应根据各电厂的具体情况确定。发电机出口电压的波动范围，可按5%考虑。当发电机出口不装设断路器时，出口引接的高压厂用工作变压器不应采用有载调压变压器。为了满足本条第1项的要求，高压厂用工作变压器的阻抗电压（对变压器为绕组额定容量为基准的穿越阻抗电压）应不大于10.5%。对于有进相运行要求的大容量发电机，其厂用电压的变化及厂用变压器的阻抗和调压方式选择应通过全面的技术经济比较后确定。

    3、当高压厂用备用变压器的阻抗电压在10.5%以上时，或引接地点的电压波动超过±5%时，应采用有载调压变压器。备用变压器引接地点的电压波动应计及全厂停电时负荷潮流变化引起的电压变化。

   （二）分接位置及调压开关选择

    1、选择原则

    （1）按电源电压最高、负荷最小、母线电压不超过允许值，选择最高分接位置；

（2）按电源电压最低、负荷最大、母线电压不低于允许值，选择最低分接位置；

（3）根据最高、最低分接位置及制造厂产品选定调压开关。

1、计算公式

                                      （4—17）

式中  n——分接头位置，取正、负整数；

     Ug*——电源电压标么值，

     UG——电源电压（KV）；

     U1e——变压器高压侧额定电压（KV）；

     U2e*——变压器低压侧额定电压标么值，

     UIIe——变压器低压侧额定电压（KV）；

     Uj——基准电压，分别取0.38KV、3KV、6KV、10KV；

     Um*——厂用母线允许最高或最低电压标么值，一般最高取1.05，最低取0.95；

     S*——厂用负荷标么值（以低压绕组额定容量S2B为基准）；

     Zф*——负荷压降阻抗标么值，

                                            （4—18）

     RB*——变压器电阻标么值，

     Pt12——变压器额定铜耗（KW），对变压器取单侧低压绕组通过 额定电流时的铜耗；

     cos——负荷功率因数，一般取0.8（相应sin=0.6）；

     XB*——变压器电抗标么值；

                                     （4—19）

     UdIⅡ%——变压器阻抗电压百分数，对变压器取以高压绕组额定容量为基准的半穿越电抗；

     δu%——级电压（%）;S2B—绕组额定容量；SB—高压绕组额定容量

 母线电压偏移计算

    1、计算条件

    （1）按电源电压最高、分接位置最高、负荷最小，计算厂用母线最高电压，应满足Umg*≥1.05。

（2）按电源电压最低、分接位置最低、负荷最大，计算厂用母线电压，应满足Umd*≤0.95。

2、计算公式

  （4—20）

                                   （4—21）

上二式中  U0*——母线空地电压标么值；其它符号同式（4—17）。

  电动机起动及自起动电压校验

   （一）校验条件

    1、电动机正常起动时的电压校验

    （1）最大容量的电动机正常起动时，厂用母线的电压应不低于额定电压的80%。容易起动的电动机起动时电动机的端电压应不低于额定电压70%，对于起动特别困难的电动机，当制造厂有明确合理的起动电压要求时，应满足制造厂的要求。

（2）当电动机的功率（KW）为电源容量（KVA）的20%以上时，应验算正常起动时的电压水平。但对2MW及以下的6KV电动机，可不必校验。

 成组电动机自起动时厂用母线电压的校验

（1）为了保证1类电动机的自起动，应对成组电动机自起动时的厂用母线电压进行校验。自起动时，厂用母线电压应不低于表4—2的规定。

表4—2             自起动要求的最低母线电压

1）空载自起动——备用电源空载状态自动投入失去电源的工作段时形成的自起动。

2）失压自起动——运行中突然出现事故低电压，当事故消除、电压恢复时形成的自起动。

3）带负荷自起动——备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作段时形成的自起动。

对于低压厂用变压器尚需校验高、低压厂用母线串接自起动的工况。

    计算公式

    1、电动机正常起动时的电压计算

电动机正常起动时的母线电压按式（4—22）计算，算式中各标么值的基准电压取0.38KV，3KV，6KV或10KV；对变压器基准容量取低压绕组的额定容量S2B（KVA）。

（4—22）

式中  Um——电动机正常起动时的母线电压（标么值）；

      Uo——厂用母线的空载电压（标么值），对无激磁调压变压器取1.05，

            对有载调压变压器取1.1；

      X——变压器的电抗（标么值）；

      S——合成负荷（标么值），可按式（4—23）计算。

      S=S1+Sq                  （4—23）

式中  S1——电动机起动前，厂用母线上的已有负荷（标么值）；

      Sq——起动电动机的起动容量（标么值）；

      Kq——电动机的起动电流倍数；

      Pe•d——电动机的额定功率（KW）；

      ηd——电动机的额定效率；

      cosd——电动机的额定功率因数。

    2、成组电动机自起动时厂用母线电压的计算

    （1）电动机成组自起动时的厂用母线电压按（4--24）计算，算式中各标么值的基准电压取0.38KV、3KV、6KV、或10KV；对变压器基准容量取低压绕组的额定容量S2B（KVA）。

                              （4—24）

式中  Um——电动机成组自起动时的厂用母线电压（标么值）；

      Uo——厂用母线上的空载电压（标么值），对无激磁调压变压器取1.05， 

            对有载调压变压器取1.1；

      X——变压器或电抗器的电抗（标么值）；

      S——合成负荷（标么值），可按式（4—25）计算。

      S=S1+Sqz                  （4—25）

式中  S1——自起动前厂用电源已带的负荷（标么值），失压自起动或

            空载自起动时，S1=0；

      Sqz——自起动容量（标么值）；

      Kqz——自起动电流倍数，备用电源为快速切换时取2.5，慢速切换时取5；

ΣPe•d——参加自起动的电动机的额定功率总和（KW）；

      ηdcosd——电动机的额定效率和额定功率因数的乘积，可取0.8。

（2）高、低压厂用母线串接自起动时的厂用母线电压按式（4—26）计算：

高压厂用母线的电压为

                             （4—26）

式中  Ugm——自起动时，高压厂用母线电压（标么值）；

      Sg——高压厂用母线上的合成负荷（标么值）；

      Xg——高压厂用变压器的电抗（标么值）；

低压厂用母线的电压为

                             （4—27）

式中  Udm——自起动时，低压厂用母线电压（标么值），其最低允许值

             见表4—2；

      Sd——低压厂用母线上的合成负荷（标么值）；

      Xd——低压厂用变压器的电抗（标么值）。

电动机容量选择计算

1、电动机的容量一般由制造厂或工艺专业按机械的轴功率选择，只有在特殊情况下才需按照起动温度校验其容量。

按机械的轴功率选择，可按下式计算：

Pe≥K•Kt•Kh•PZ           （4—28）

式中  Pe——电动机额定容量（KW）；

      PZ——机械所需轴功率（KW）；

      K——机械储备系数；（见电力工程电气设计手册第一册286页表7－14）

      Kt——温度修正系数；（见电力工程电气设计手册第一册286页表7－15）

      Kh——海拔修正系数。（见电力工程电气设计手册第一册286页条款三）

低压电器选择及校验条件

1、不同低压电器的选择及校验条件

低压电器选择及校验条件见表4—3。

2、熔断器熔件及断路器脱扣器选择

（1）熔断器熔件及断路器脱扣器选择公式见表4—4。

（2）断路器脱扣器整定电流灵敏度按下式校验：

           （4—29）

                                     （4—30）

上两式中  Km(2)、Km(1)——分别为两相短路和单相短路时的灵敏度，一般取

                         1.5；

          Iz——脱扣器整定电流（A）；

          Id(2)、Id(1)——电动机端部或车间母线上的最小两相和单相短路电

                       流（A）。

表4—3            低压电器选择及校验条件

 熔件额定电流（A）；

Iz——脱扣器整定电流（A）；

IQ——电动机起动电流（A）；

IQ1——最大一台电动机起动电流（A）；

Σ2nIgi——除最大一台电动机外，所有其它电动机计算工作电流之和（A）；

ΣIQ——由馈电干线供电的所有要求自起动的电动机起动电流之间（A）；

α1——熔件选择系数：对RTO熔断器取2.5，对NT型熔断器取3，对I类电动机或起动时间大于6s的电动机按计算确定的熔件相应增大一级；

α2——干线回路熔件选择系数，取2；

K——可靠系数，动作时间不大于0.02s，取1.7~2；动作时间大于0.02 s，取1.35。

 低压电器保护配合

    1、断路器与断路器配合原则

    1）上一级断路器短延时动作电流不小于下一级断路器整定值的1.25倍。

2）上一级断路器延时时间比下一级断路器大0.07″~0.2″。

3）如果上一级断路器带有瞬动电流脱扣器，则其整定值应大于下一级断路器出口最大予期短路电流的1.15倍。如无法做到，则下一级应选用限流断

路器，将短路电流到上一级瞬动脱扣器整定电流以下。

2、断路器与熔断器配合原则

（1）上级断路器与下级熔断器配合

1）过载长延时部分不相交且有一定时间间隔。

2）短延时脱扣器动作时间应比相应电流下熔断器熔断时间大0.1″。

3）若断路器带有瞬时脱扣器，则熔断器应将短路电流到瞬时脱扣器动作电流之下。

（2）上级熔断器与下级断路器配合

1）过载时熔断曲线与断路器长延时部分不相交，并留有一定时间间隔。

2）短路时，熔断器熔断时间应比断路器动作时间大0.07″以上。

3、熔断器与熔断器配合原则

计及上、下级熔断器正、负误差，并留10%配合裕度。

（1）NT熔断器配合级差一般宜按上下级电流比为2:1选取。

（2）RTO熔断器一般上、下级级差为2~5级，与短路电流大小有关。

F-C设计计算规定：

1．F-C应用应根据负荷重要性，性质及容量大小综合考虑。对于没有互为备用的一类电动机不宜采用F-C方案

2．熔断器选择暂定只考虑单管

3．熔体选择用IP计算如下：

     IP=K1*K2*KQ*KF*IN

     K1——熔体误差系数1.1

     K2——熔体安装在封闭柜内降容系数1.1（当熔体大于20A时）

     KQ——电动机启动电流倍数（一般取6）

           4极电动机KQ—6.5

           6极电动机KQ—6 

           8，10，12极电动机KQ—5.5

     KF——电动机小时启动频次

     IN——电动机额定电流

泵类电动机——6S，研磨类电动机——10—15S；风扇类——60S

以IP为横坐标，电动机启动时间为纵坐标，在所选择的熔断器时间曲线上交点所在的曲线或点的右上方的曲线所代表的熔体为你所需选择的熔体规范。

4．操作过电压采用氧化锌避雷器，当中性点为不接地系统时，氧化锌避雷器在单相接地故障时须耐受线电压2小时。电动机回路避雷器残压不能大于15KV，1MA直流参考电压不小于11。3KV；变压器回路避雷器残压不大于19KV。

避雷器最好用硅橡胶外套.

5．对厂家要求：厂家应做F-C柜凝露试验和内部燃弧试验。柜门上不能装有有机玻璃。熔断器必须带机械撞针，此外，辅助开关接点容量满足跳合闸回路要求

6．电缆截面选择

断路器回路按电缆热稳定截面选择。对F-C回路参考以下选择，具体工程应按熔断器曲线校验

熔体大于200A时，YJLV-最小95；YJV-最小70

熔体小于200A时；YJLV-最小70；YJV-最小50