校园供配电毕业设计

第一章 三相变压器的相关知识

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。 2.1变压器的简介

2.1.1变压器的功能

主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；[1]隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。

2.1.2变压器按用途

可以分为：配电变压器、电力变压器、 全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、 单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器 试验变压器 转角变压器 大电流变压器 励磁变压器 。

2.1.3变压器的最基本型式 包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。 2.2变压器的结构简介 2.2.1铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为 0.35 mm\\0.3mm\\0.27 mm，

表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成

铁心分为铁心柱和横片俩部分，铁心柱套有绕组；横片是闭合磁路之用

铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 2.2.2绕组

绕组是变压器的电路部分，

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它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成

感应电势公式为：E= 4.44fNØm 式中：E--感应电势有效值 f--频率 N--匝数

Øm --主磁通最大值

由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压U1和U2大小也就不同。 2.3变压器的功率

变压器铁心磁通和施加的电压有关。在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和，将使线圈的电阻损耗增加，超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出，线圈会损坏，假如你用的线圈是由超导材料组成，电流增大不会引起发热，但变压器内部还有漏磁引起的阻抗，但电流增大，输出电压会下降，电流越大，输出电压越低，所以变压器输出功率不可能是无限的。假如你又说了，变压器没有阻抗，那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力，很容易使变压器线圈损坏，虽然你有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说，随着超导材料和铁心材料的发展，相同体积或重量的变压器输出功率会增大，但不是无限大！ 2.4变压器的原理

当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。 2.5变压器的材料

要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。 2.5.1铁芯材料

变压器使用的铁芯材料是铁片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢

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片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000， 2.5.2绕制变压器通常用的材料

漆包线，纱包线，丝包线 纸包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。 2.5.3绝缘材料

在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，环氧板，或纸板。层间可用聚脂薄膜，电话纸，6520复合纸等作隔离，绕阻间可用黄腊布，或亚胺膜作隔离。 2.5.4浸渍材料

变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料 或1032绝缘漆，树脂漆。 2.6变压器的基本工作原理

变压器是利用电磁感应原理工作的，其主要部件是铁心和绕组。两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中接电源的绕组称为一次绕组(曾称为原绕组、初级绕组)用于接负载的绕组称为二次绕组(曾称为副绕组、次级绕组)。

一次绕组加上交流电压u1后，绕组中便有电流i1通过，在铁心中产生与u1同频率的变磁通Φ，根据电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动势e1和e2。

e1N1 e2N2Φ tΦ t式中，负号表示感应电动势总是阻碍磁通的变化。若把负载接在二次绕组上，则在电动势e2的作用下，有电流i2流过负载，实现了电能的传递。由上式可知，一、二次绕组感应电动势的大小（近似于各自的电压u1及u2）与绕组匝数成正比，故只要改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的，这就是变压器的基本工作原理。 2.6.1变压器的用途

变压器最主要的用途是在输、配电技术领域。目前世界各国使用的电能基本上均是由各类(火力、水力、核能等)发电站发出的三相交流电能，发电站一般均建在能源地，江、海边或远离城市的地区，因此，它所发出的电能在向用户输送的过程中，通常需要很长的输电线。根据P3UIcos，在输送功率P和负载的功率因数cos一定时，输电线路上的电压U越高，则流过输电线路中的电流I就越小。这不仅仅可以减小输电线的截面积，节约导体材料，同时还可减小输电

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线路的功率损耗。

变压器是输、配电系统中不可缺少的重要电气设备，从发电厂发出的电能升压变压器升压，输送到用户区后，再经降压变压器降压供电给用户，中间要经过4~7次变压器的升降压。根据最近的资料显示，1KW的发电设备需5~6KV.A变压器容量与之配套，由此可见，在电力系统中变压器是容量最大的电气设备。电能在传输过程中会有能量的损耗，主要是输电线路的损耗及变压器的损耗，它占整个供电容量的5%~9%。这是一个相当可观的数字。例如我国2009年发电设备的总装机容量约为9亿千瓦，则输电线路及变压器损耗的部分约为4500~8100万千瓦，它相当于目前我国30~50个装机容量最大的火力发电站的总和（我国三峡工程总装机容量为1820万千瓦）。在这个能量损耗中，变压器的损耗最大，约占60%左右，因此变压器效率的高低成为输配电系统中一个突出的问题。目前大批量生产的是S9低损耗节能变压器，并要求逐步淘汰原来在使用中的旧型号变压器，据初步估算采用低损耗变压器所需要的投资费用可在4~5年时间内从节约的电费中收回。

变压器除用于改变电压外，还可用来改变阻抗以及产生脉冲等。 2.6.2单相变压器的运行原理 1、变压器的空载运行

变压器一次绕组接额定交流电压，而二

次绕组开路，即I20的工作方式称为变

压器的空载运行，如图所示。

由于变压器在交流电源上工作，因此通过变压器中的电压、电流、磁通及电动势的大小及方向均随时间在不断地变化，为了正确地表示它们之间的相位关

系，必须首先规定它们的参考方向，或称为正方向。

参考方向在原则上可以任意规定，但是参考方向的规定方法不同，由楞次定律可以知道，同一电磁过程所列出的方程式，其正、负号也将不同。为了同一起见，习惯上都按照“电工惯例”来规定参考方向：

(1) 在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。 (2) 磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。 (3) 由交变磁通Φ产生的感应电动势e，其参考方向与产生该磁通的电流参考方向一致（即感应电动势e与它的磁通Φ之间符合右手螺旋定则时为正方向）。

理想变压器：当主磁通Φ 同时穿过一次及二次绕组时，分别在其中产生

感应电动势e1和e2， E14.44fN1Φm （V） E24.44fN2Φm (V)

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式中，Φm为交变磁通的最大值，Wb；N1为一次绕组匝数；N2为二次绕组匝数；f为交流电的频率，HZ。 由以上两式可得：

E1N = 1 E2N2如略去一次绕组中的阻抗不计，则外加电源电压U1与一次绕组中的感应电动

势E1可近似看做相等，即U1E1，而U1与E1的参考方向正好相反，即电动势E1与外加电压U1相平衡。

在空载情况下，由于二次绕组开路，故端电压U2与电动势E2相等，即U2E2。

因此

U1E14.44fN1Φm

(1-1)

U2E24.44fN2Φm (1-2)

及

NU1E ≈ 1 = 1KuKN2U2E2

(1-3)

式中，Ku称为变压器的变压比，简称变比，也可用K来表示，它是变压器最重要的参数之一。

由式（1-3）可见：变压器一、二次绕组的电压与一、二次绕组的匝数成正比，也即变压器有变换电压的作用。

由式（1-1）可见：对某台变压器而言，f及Ｎ1均为常数，因此当加在变压器上的交流电压有效值Ｕ1恒定时，则变压器铁心中的磁通Φm基本上保持不变。这个恒磁通的概念很重要，在以后的分析中经常会用到。

2、变压器的负载运行

当变压器二次绕组接上负载后，在E2的作用下，二次绕组流过负载

电流I2 ，并产生去磁磁通势N2 I2 ，为保持铁心中的磁通Φ基本不变，一次绕组中的电流由 I0增加为 I1 ，磁通势变为N1I1，以抵消二次绕组电流产生的磁通势的影响，由此可得磁通势平衡方程式为

由于I0 很小，可以忽略，因此可得

变压器一次、二次绕组中的电流与一次、二次绕组匝数成反比，即变压器也有变

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换电流的作用。

变压器的最基本公式为 K＝

IU1N ≈1 ≈2 ，由式可见变压器的高压U2N2I1绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细；反之低压绕组匝数少，通过的电流大，所用的导线粗。

2.7三相电力变压器的结构

现代的电力系统都采用三相制供电，因而广泛采用三相变压器来实现电压的转换。三相变压器可以由三台同容量的单相变压器组成，按需要将一次绕组或二次绕组分别接成星形或三角形连结。在三相电力变压器中，目前使用最广的是油浸式电力变压器，它主要由铁心、绕组、油箱和冷却装置等部件组成，其外形图如图所示。 2.7.1 铁心

铁心是三相变压器的磁路部分，与单相变压器一样，它也是由0.3~0.35mm厚的硅钢片叠压（或卷制）而成，20世纪70年代以前生产的电力变压器铁心采用热轧硅钢片，其主要缺点是变压器体积大，损耗大，效率低。20世纪80年代起生产的新型电力变压器铁心均用高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片制作，以降低其损耗，提高变压器的效率，以S7及S9为代表产品。

叠片式铁心的主要缺点是铁心的剪冲及叠装工艺比较复杂，不仅给制造而且给修理带来许多麻烦，同时，由于接缝的存在也增加了变压器的空载损耗。随着制造技术的不断成熟，像单相变压器一样，采用卷制式铁心结构的三相电力变压器已在500KV·A以下容量中被采用，其优点是体积小、损耗低、噪声小、价格低，极有推广前途。

变压器铁心的最新发展趋势是采用铁基、铁镍基、钴基等非晶态材料代替硅钢。我国已生产SH11系列非晶合金电力变压器，它具有体积小、效益高、节能等优点，极有发展前途。 2.7.2绕组

绕组是三相电力变压器的电路部分。一般用绝缘纸包的扁铝线或扁铜线绕成，绕组的结构型式与单相变压器一样由同心式绕组和交叠式绕组。当前新型的绕组结构为箔式绕组电力变压器，绕组用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕制，使变压器整体性能得到较大的提高，我国已开始批量生产。 2.7.3油箱和冷却装置

由于三相变压器主要用于电力系统进行电能的传输，因此其容量都比较大，电压也比较高。为了增加散热面积，一般在油箱四周加装散热装置，老型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管，新型电力变压器以采用片式散热器散热为多，容量大于10000KV·A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。

2.7.4保护装置

1、气体继电器 在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。

2、防爆管（安全气道） 装在油箱顶部，若变压器发生故障，使油箱内压力剧增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。 2.7.5铭牌

在每台电力变压器的油箱上都有一块铭牌，标志其型号和主要参数，作为正

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确使用变压器时的依据。

2.8三相电力变压器的运行特性

要正确、合理地使用变压器，必须了解变压器在运行时的主要特性及性能指标。变压器在运行时的主要特性有外特性与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率，效率特性在第二节中已叙述，这里仅介绍变压器的外特性。

2.8.1变压器的外特性

变压器空载运行时，若一次绕组电压U1不变，则二次绕组电压U2也是不变的。变压器加上负载之后，随着负载电流I2的增加，I2在二次绕组内部的阻抗压降也会增加，使二次绕组输出的电压U2随之发生变化。另一方面，由于一次绕组电流I1随I2增加，因此I2增加时，使一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次绕组电动E1和二次绕组电动势E2也会有所下降，这也会影响二次绕组的输出电压U2。变压器的外特性是用来描述输出电压U2随负载电流I2的变化而变化的情况。

当一次绕组电压U1和负载的功率因数cos2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性。它可以通过实验求得，功率因数不同时的几条外特性曲线绘于图五中，可以看出，当cos2=1时，U2随I2的增加而下降得并不多；当cos2降低时，即在感性负载时，U2随I2增加而下降的程度加大，

当cos2为负值时，即在容性负载时，U2会随I2的增加而提高。以上叙述表明，负载的功率因数对三相电力变压器外特性的影响是很大的。

一般情况下，三相电力变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加时，输出电压U2总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。当三相电力变压器从空载到额定负载(I2=I2N)运行时，二次绕组输出电压的变化值△U与空载电压(额定电压) U2N之比的百分值就称为三相电力变压器的电压变化率，用U％来表示。U%U2NU2100% U2N27

式中，U2N为变压器空载时二次绕组的电压(称为额定电压)；U2为二次绕组输出额定电流时的电压。

电压变化率反映了供电电压的稳定性，是三相电力变压器的一个重要性能指标。U％越小，说明三相电力变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变压器的U％越小越好。常用的三相电力变压器从空载到满载，电压变化率约为3％～5％。

第二章 东院的负荷统计及负荷计算

2.1 东院的负荷统计

一、实训区 实训楼104教室 设备 车床 C618型机床 磨床 万能铣床 单柱铣床 机床 数量 20 7 型号 C6120 C618 频率 50HZ 50HZ 功率 5.5KW 5KW 电流 10A 9A 电压 380V 380V 相数 3 3 1 1 1 6 / X8140 X1540 CW6136A 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 5KW 5KW 7KW 4KW 9A 8A 14A 8A 380V 380V 380V 380V 3 3 3 3 实训楼106教室 设备 方正数控机床 线切割控制柜 数量 1 2 1 型号 DK7763 DK7740 / 额定功率 15KW 15KW 13KW 额定频率 50HZ 50HZ 50~60HZ 额定电压 380V 380V 380V 27

切割机床 风扇 电灯 2 D7140P 14KW 50HZ 380V 12 12 / / 100W 40W 50HZ 50HZ 220V 220V 实训楼107教室 设备名称 风扇 电灯 实训楼115教室 设备名称 电灯 风扇 实训楼116教室 设备名称 电灯 风扇 高压开关柜 整流变压器 电脑 硅整流设备 异步电动机 实训楼117教室

设备名称 风扇 数量 18 功率 100W 额定扭矩 / 数量 20 9 12 1 1 1 1 型号 / / GG-1A-55 / / GKA22-100 JD313 额定电压 220V 220V 10KV 380V 220V 380V 390V 额定电流 150A 7.44A 110A 功率 40W 100W 30KW 25KW 350W 30KW 60KW 数量 20 9 型号 / / 功率(W) 40W 100W 数量 12 12 每台负载情况（功率） 100W 40W 27

电灯 CKA系列平床身数控车床 立式加工车床 实训楼3楼教室

教室名称 70 4 4 40W 主轴电机7.5KW 主轴电机7.5KW / / 30N.m 设备名称 风扇 数量 6 38 6 38 13 38 6 38 6 20 2 9 4 12 10 28 8 24 功率（W） 100 40 100 40 100 40 100 40 100 40 100 40 100 40 100 40 100 40 302 电灯 风扇 303 电灯 304 305 风扇 电灯 风扇 307 电灯 风扇 312 电灯 风扇 316 电灯 风扇 321 电灯 风扇 322 电灯 风扇 323 电灯 实训楼306教室

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设备 三相异步电动机 电扇 电灯 数量 104 型号 A025834 功率 120W 电流 0.47A 电压 380V 6 38 / / 100W 40W 0.43A 0.4A 220V 220V 实训楼317、318、319教室 教室 317 318 319 设备 空调 电灯 电脑 数量 3 36 150 型号 格力空调 / I07T21 频率 50HZ 50HZ 50~60HZ 功率 3243W 40W 350W 电源 380V 220V 380V 电流 1.2A 0.4A 1.6A 实训楼4楼

教室名称 408 电灯 416 电灯 421 电灯 422 风扇 电灯 风扇 423 电灯 风扇 电灯 24 6 16 6 20 6 27 40 100 40 100 40 100 40 风扇 9 6 40 100 风扇 32 2 40 100 设备名称 风扇 数量 4 功率（W） 100 412 27

实训楼4楼 教室 403 404 设备 电灯 电脑 风扇 电灯 电脑 401 风扇 电灯 电脑 417 418 风扇 电灯 电脑 空调 419 风扇 电灯 电脑 空调 420 电灯 风扇 电脑 实训楼406教室 设备 直流发电机 异步电动机 数量 1 型号 Z2-31 频率 50HZ 功率 1.4KW 电流 0.697A 电压 230V 数量 30 24 20 30 8 20 30 48 6 16 50 1 6 16 50 1 12 6 35 额定功率 40W 350W 100W 40W 350W 100W 40W 350W 40W 40W 100W 350W 40W 40W 100W 350W 40W 100W 350W 频率 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 额定电压 220v 380V 220v 220v 380V 220v 220v 380V 220v 220v 380V 380V 220v 220v 380V 380V 220v 220v 380V 1 Y112M-4 50HZ 4KW 8.8A 380V

车 床 3 C5112B 50HZ 24KW 70A 380V 刨 床 铣 床 风扇 电灯 1 1 6 36 B2012A X2012C / / 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 23KW 23.5KW 100W 40W / / / / 380V 380V 220V 220V 实训楼407教室 设备 数量 型号 功率 频率 电压 综合装置 6 ZAMS2000 YY7112 / / 25KW 50HZ 380V 电动机 风扇 电灯 1 6 36 0.37KW 100W 40W 50HZ 50HZ 50HZ 220V 220V 220v 实训楼409教室 设备 风扇 电灯 电视机 数量 4 24 12 型号 / / R2116AE 功率 100W 40W 70W 频率 50HZ 50HZ 50HZ 电压 220V 220V 220V 实训楼516教室 设备 风扇 电灯 电脑 数量 12 20 3 功率 100W 40W 350W 频率 50HZ 50HZ 50HZ 额定电压 220V 220V 380V 实训楼501、503、504、512、513教室 教室名称 501 设备名称 风扇 数量 8 功率 100W 频率 50HZ

电灯 503 504 512 513 513 二、教学区 设备名称 电灯 风扇 三、教学楼办公区 设备名称 风扇 电灯 空调 电脑 饮水机 打印机 实训楼办公区 设备名称 风扇 电灯 数量 26 42 数量 22 98 3 15 3 3 数量 378 84 风扇 电灯 风扇 电灯 风扇 电灯 风扇 电灯 28 8 28 6 30 6 38 4 30 40W 100W 40W 100W 40W 100W 40W 100W 40W 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 50HZ 功率 40W 100W 功率 100W 40W 1300W 350W 300W 31W 频率 50HZ 50HZ 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 额定电压 220V 220V 220V 220V 220V 220V 功率 100W 40W 频率 50HZ 50HZ 额定电压 220V 220V

空调 电脑 饮水机 打印机 四、宿舍区

设备 8 16 8 8 1300W 350W 300W 31W 50HZ 50~60HZ 50HZ 50HZ 220V 220V 220V 220V 数量 电压 功率 频率 电灯 1050 220v 40w 50Hz 电扇 700 220v 65w 50Hz 五、其他生活区

设备名称 电灯 风扇 电视机 数量 35 21 2 功率 40W 100W 70W 频率 50HZ 50HZ 50HZ 额定电压 220V 220V 220V 六、室外用电负荷

设备名称 数量 功率 频率 额定电压 路灯 60 250W 50HZ 220V 2.2 东院的负荷计算

一、负荷计算的基本概念

电气负荷是供配电设计所依据的基本资料，通常，电气负荷是随时变动的。 （1）负荷计算的目的是确定设计各阶段中选择和校验供配电系统及其各个元件所需的各项负荷数据，即计算负荷。

（2）计算负荷是一个假想的，在一定时间间隔中的持续负荷；它在该时间间隔中产生的特定效应与实际变动负荷的效应相等。

二、负荷计算的内容

平均负荷：（1）年平均负荷用于计算电能年消耗量；最大负荷与平均负荷用于计算最大负荷。（2）平均负荷宜由用电设备的电能消耗量除以相应的时间间隔求得，也可由设备功率乘以利用系数算出。

三、负荷计算的基本方法

1、负荷计算法应有可信的理论与实践基础，有可靠的一套实用数据。 2、常用的负荷计算方法有需要系数法、利用系数法和单位指标法。

3、需要系数法：算法的基础是负荷曲线，特点是逐级乘系数。步骤是设备功率先乘以需要系数，再逐级乘上同时系数，求得计算负荷。

4、设备功率的确定

进行负荷计算时，应将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。

5、单台用电设备的设备功率

（1）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。

（2）电焊机的设备功率是将额定功率容量换算到负载持续率ε为100%时的有功功率（KW） Sr——电焊机的额定容量；cos——功率因数。

（3）白炽灯和卤钨灯的设备功率为灯泡额定功率，气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加镇流器的功率损耗（荧光灯采用普通型电感镇流器加25%，采用节能型电感镇流器加15%~18%，采用电子镇流器加10%，金属卤化物灯、高压钠灯、荧光高压汞灯用普通电感镇流器时加14%~16%，用节能型电感镇流器时加9%~10%）

四、用需要系数法求东院的计算负荷 用电设备组的计算负荷：

有功功率Pc Pc=KxPe (KW) Kx：需要系数；Pe用电设备组的设备功率 无功功率Qc Qc=Pctan (kvar) tan：用电设备组功率因数相对应的正切值 视在功率Sc Sc=

计算电流Ic Ic= Ur：用电设备额定电压（线电压） （1）实训区

（2）教学区

（3）办公区

（4）宿舍区

（5）其他生活区

（6）室外用电负荷

五、东院用电实际负荷估算

(一)需要负荷或最大负荷估算（6月~7月或12月~1月期间上班或上课期间的负荷估算。 由以上计算的结果经计算可以得知：有功功率Pc=520.23KW ；

无功功率Qc=601.89Kvar ； 视在功率Sc=900.135KVA ； 计算电流Ic=1912.267 A 。

（二）其他月份上课时间的负荷估算

由以上负荷计算的结果经计算可知：有功功率Pc=480.17KW

无功功率Qc=500Kvar 视在功率Sc=700.21KVA 计算电流Ic=1170.95A

（三）假期的负荷估算

由以上负荷计算的结果经估算：有功功率Pc=38KW 无功功率Qc=43Kvar 视在功率Sc=56KVA 计算电流Ic=68A

第三章 新校区供电电力变压器的使用

3.1学院南院的负荷估算

湖南铁道职业技术学院分为南院和东院，南院主要是办公楼，教学楼，宿舍楼等，而东院除此之外还包括实训楼。根据东院的负荷统计及估算，由此可以估算出南院的负荷如下：

有功功率Pc=900KW

无功功率Qc=812Kvar 视在功率Sc=1160KVA 计算电流Ic=2120A

3.2新校区供电负荷的估算

学院东院及南院现共用两台三相电力变压器，每台均为S7-1000/10三相电力变压器，基本上可满足需要。

如果我们学校由老校区搬至新校区，东院和南院合并在一起，用电负荷会随之增加，经过初步的估算，新校区供电负荷如下：

有功功率 Pc=1700KW 无功功率Qc=1360Kvar 视在功率Sc=2261KVA 计算电流Ic=3890A

3.3新校区供电电力变压器型号及使用

一、选用原则：

在分析三相电力变压器性能价格比的基础上，尽量采用我国目前生产的低损耗节能型三相电力变压器。

二、三相电力变压器型号的选择

1、我国生产的三相电力变压器标准沿革

“十一五”规划中，建设节约型社会是党中央国务院的重大方针政策，而贯彻“三相配电变压器能效限定值及节能评估值”国家标准，加速现有电网中老的配电变压器更新换代的节能潜力巨大、社会效益显著，是实施建设节约型社会的有效途径。

变压器在整个电力系统中是一种应用广泛的电气设备，一般来说，从发电、供电一直到用电，需要经过3~5次的变压过程，其自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗。由于变压器台数多、总容量大，所以在广义电力系统（包括发、供、用电）运行中，变压器总的电能耗损占总的发电量的10%左右，其中配电变压器损耗率要高。按2007年我国供用电水平计算，意味着全年变压器总的电能损耗为2400KW·h以上，相当于3个中等用电量省份的用电量之和。我国变压器电能损耗大，是因为我国的城乡电网中和企业电网中老的高能耗变压器数量之大。

按变压器技术参数水平进行分析，可把建国以来的各类型变压器划分为四代产品： （1）第一代：热轧硅钢片变压器

20世纪50—60年代生产SJ、SJ1型的产品，1964年国家标准生产JB500（又称64型）；这些产品的铁心材料都是热轧硅钢片，当然其性能参数都是落后的，因此热轧硅钢片变压器是属于技术落后、损耗大应淘汰的老旧变压器。

（2）第二代：冷轧硅钢片变压器

第二代变压器产品出现在20世纪70年代中期，变压器铁心材料由热轧硅钢片改为冷轧晶粒取向硅钢片，这是铁心材料的一个突破，大大降低了变压器的空载损耗。所以第二代变压器的出现，在当时是降低变压器损耗的一次飞跃。型号有：SJ3、SJ5、S3、S5。1973年国家标准生产JB1300。

（3）第三代：低损耗节能型变压器

第三代变压器产品是20世纪80年代中期出现的低损耗节能型变压器。低损耗节能型变压器的出现是变压器产品技术进步的第二次飞跃。其原因是变压器设计者在保证原产品安全性能指标的基础上，从降低损耗技术参数上大做文章，改变了变压器产品结构，提高了产品的电气性能。变压器空载损耗下降率为38%~46%，变压器负载损耗下降率为25%~32%。其型号：GB/T6451—1986,S7、S9、S9-M、S10-M；20世纪90年代末期，S11立体三角形卷铁心变压器。

（4）第四代：非晶态变压器

第四代变压器产品是近年来才出现的（20世纪90年代末期）非晶态变压器。非晶态变压器在我国处于起步阶段。非晶态变压器产品的出现是变压器产品技术进步的第三次飞跃。非晶态变压器空载损耗较S7系列下降80%，负载损耗下降50%。

非金合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料，它采用国际先进的超级冷技术，这种合金具有许多独特性能特点，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度、高电阻率等。非金合金变压器的价格约为同容量S9变压器的1·3~1·5倍，与S9型变压器的价格比接近1·3：1后，价差能够在五年内收回，从第六年起，可享受非金合金变压器超低损耗所带来的效益。

（5）超导变压器

最近我国又自主研发了非金合金铁心、高温超导三相630KVA电力变压器，并于2005年末挂网运行，它将两种新材料非金合金与高温超导材料同时应用于变压器，由于采用了高温超导材料，负载损耗仅相当于同容量S9型变压器国家标准规定值的4.5%，我国10%配电变压器将改用非晶材料，届时非金材料的年需求量约高达7万吨。

2、国产低损耗节能型三相电力变压器主要技术参照对照 S7三相电力变压器主要技术参数 型号 S7-30/10 S7-50/10 S7-63/10 S7-80/10 S7-100/10 S7-125/1

容量KV·A 30 50 63 80 100 125 空载损耗W 150 190 220 270 320 370 负载损耗W 800 1150 1400 1650 2000 2450 空载电流% 2.8 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 阻抗电压% 4 4 4 4 4 4

0 S7-160/10 S7-200/10 S7-250/10 S7-315/10 S7-400/10 S7-500/10 S7-630/10 S7-800/10 S7-1000/10 S7-1250/10 S7-1600/10 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 460 540 640 760 920 1080 1300 1540 1800 2200 2550 2850 3400 4000 4800 5800 6900 8100 9900 11500 13800 16500 2.1 2.1 2.0 2.0 1.9 1.9 1.8 1.5 1.2 1.2 1.1 4 4 4 4 4 4 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 S9、S9-M三相电力变压器主要技术参数

型号 S9-M-100/10 S9-M-200/10 S9-M-250/10 S9-M-315/10 S9-M-400/10 S9-M-500/1容量KV·A 100 200 250 315 400 500 空载损耗KW 0.29 0.48 0.56 0.67 0.8 0.96 负载损耗KW 1.5 2.6 3.05 3.6 4.3 5.1 空载电流% 1.6 1.3 1.2 1.1 1.0 1.0 压% 4 4 4 4 4 4 阻抗电

0 S9-M-630/10 S9-M-800/10 S9-M-1000/10 S9-M-1250/10 S9-M-1600/10 630 800 1000 1250 1600 1.15 1.4 1.65 1.95 2.4 6.9 7.5 9.8 11.7 14.5 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 S10-M三相电力变压器主要技术参数 型号 S10-M-250/10 S10-M-315/10 S10-M-400/10 S10-M-500/10 S10-M-630/10 S10-M-800/10 S10-M-1000/10 S10-M-1250/10 S10-M-1600/10 S10-M-2000/10 S10-M-2500/10 容量KV·A 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 空载损耗KW 450 550 660 760 910 1080 1260 1540 1870 2250 3400 负载损耗KW 3050 3600 4300 5100 6760 8230 9600 11460 13720 16500 19000 空载电流% 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6 阻抗电压% 4 4 4 44.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 5.5 5.5 SH12-M三相电力变压器主要技术参数

型号 SH12-M-100/10 SH12-M-125/10 SH12-M-160/10 SH12-M-200/10 SH12-M-250/10 SH12-M-315/10 SH12-M-400/10 SH12-M-500/10 SH12-M-630/10 SH12-M-800/10 SH12-M-1000/10 SH12-M-1250/10 SH12-M-1600/10

容量KV·A 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 空载损耗KW 0.075 0.085 0.10 0.12 0.14 0.17 0.20 0.24 0.30 0.35 0.42 0.49 0.60 负载损耗KW 1.50 1.80 2.20 2.60 3.05 3.65 4.30 5.10 6.20 7.50 10.30 12.8 14.50 空载电流% 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.3 0.3 0.3 阻抗电压% 4 4 4 4 4 4 4 4 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 S11三相电力变压器主要技术参数 型号 S11-100/10 S11-200/10 S11-250/10

容量KV·A 100 200 250 空载损耗KW 0.2 0.34 0.4 负载损耗KW 1.5 2.6 3.05 空载电流% 1.6 1.3 1.2 阻抗电压% 4 4 4

S11-315/10 S11-400/10 S11-500/10 S11-630/10 S11-800/10 S11-1000/10 S11-1250/10 S11-1600/10 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 0.48 0.57 0.68 0.81 0.98 1.15 1.36 1.64 3.65 4.3 5.15 6.2 7.5 10.3 12 14.5 1.1 1.0 1.0 1.0 0.8 0.7 0.6 0.6 4 4 4 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 3、新校区供电变压器的型号选择

建议可选用S11三相卷铁心全密封电力变压器或S9-M全密封三相电力变压器，其经济性能分析，可通过下例粗略计算看出：

几种不同型号三相电力变压器的技术参数

型号 SJ1 S9-M S11-M SH12 容量KVA 1600 1600 1600 1600 空载损耗P0 5300W 2400W 1640W 600W 负载损耗PK 20500W 14500W 14500W 14500W 例如：用SJ1-1600型及用S11-M-1600型三相电力变压器在额定负载下运行一年，每天工作24小时，求S11-M型可节省多少电能，按0.7元/度电价计算，有功电能的电费可节省多少？ 解：SJ1-1600总损耗ΔP=P0+PK=5300=20500=25800W=25.8KW S11-M-1600总损耗ΔP=P0+PK=1640+14500=16140W=16.14KW

SJ1运行1年的总有功损耗电能W=ΔP·T=25.8×8760=226008KW·h S11-M运行1年的总有功损耗电能W=ΔP·T=16.14×8760=141386KW·h

S11-M比SJ1运行一年节约电能226008－141386=84622KW·h S11-M比SJ1运行一年节约电费84622×0.7=59235元

总结：用高效节能型三相电力变压器S11-M(或S9-M)来取代用热轧硅钢片的SJ1三相电力变压器节能效果十分明显，通常所需的新增投资费用在3年左右时间内即可收回，在整个变压器寿命期间可节约的电费支出约为整个投资费用的3~4倍，并有利于绿色环保。因此我国强行规定从20世纪80年代末期起新生产及新上网的必须是高效节能型三相电力变压器。

3.4新校区供电电力变压器的容量选择

3.4.1选用原则

应尽量使三相电力变压器在经济运行区内运行，此时变压器的损耗最小，最合乎节电及节约费用的原则。

3.4.2三相电力变压器的功率损耗及效率(双绕组变压器)

1、有功损耗：ΔP=Pfe+Pcu α、Pfe：不变损耗(空载损耗P0) b、Pcu：铜损耗（负载损耗Pk）

：负载系数

P0：空载损耗（铁损耗） Pk：额定负载时的铜损耗

I2：变压器二次侧输出电流 I2N：变压器二次侧额定输出电流

S： 变压器输出视在功率

S2N：变压器输出额定视在功率

P2=S·cos=β·SN·cos

P2：变压器输出有功功率； cos：变压器功率因数

2、无功功率损耗

变压器是一个感性无功负载，在变压器传输功率的过程中，其本身不仅存在有功功率损耗，也有无功功率损耗，但对于学校用户而言，主要以节省有功电量为主，即可以只按有功经济运行进行优化，即只按减少有功功率损耗来进行选择。

3、变压器的效率 可见变压器的效率随负载系数jp[jp=I(负载系数)/IN(额定负载电流)]变化而变

化。由上式还可以看出：变压器的效率还决定于铁损耗P0，铜损（额定）PK和负载电流I的大小。当负载电流很小时，铜损很小，此时铁损（不变损耗）是决定效率的主要因素，此时若负载电流增加，总损耗增大不多，而输出功率却随电流成正比增加，故效率随负载电流

而增大，当负载电流较大时，铜损耗成为总损耗的主要部分，它正比于电流平方，而输出功率只与电流的一次方成正比，故负载电流继续增加时，效率将逐步下降，变压器效率η与负载系数β的关系曲线即效率特性曲线见前面图3。

最大效率可将上式对β求导数得出，即 ，可得 即不变损耗等于可变损耗时，变压器效率最高。式中 为变压器效率最高时的负载系数 。

3.4.3三相变压器的并联运行

三相变压器的并联运行是指几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别连接到高压电源及低压电源母线上，共同向负载供电的运行方式。

在变电站中，总的负载经常由两台或多台三相电力变压器并联运行供电，其原因为： （1）变电站所供的负载一般来讲总是在若干年内不断发展、不断增加的，随着负载的不断增加，可以相应地增加变压器的台数，这样做可以减少建站、安装时的一次投资。 （2）当变电站所供的负载有较大的昼夜或季节波动时，可以根据负载的变动情况，随时调整投入并联运行的变压器台数，以提高变压器的运行效率。

（3）当某台变压器需要检修（或故障）时，可以切换下来，而用备用变压器投入并联运行，以提高供电的可靠性。

为了使变压器能正确地投入并联运行，各并联运行的变压器必须满足以下条件： （1）一、二次绕组电压应相等，即变比应相等。 （2）联结组别必须相同。

（3）短路阻抗（即短路电压）应相等。

实际并联运行的变压器，其变比不可能绝对相等，其短路电压也不可能绝对相等，容许有极小的差别，但变压器的联结组别必须要相同。

3.4.4三相电力变压器的经济运行

1．对三相变压器经济运行误区的剖析

长期以来，由于传统理伦观念（使用热轧硅钢片的变压器分析计算）的影响，发.供.用电单位在变压器经济运行中较普遍地存在着误把浪费当节约的陈旧观念和习惯做法,也就是说在变压器经济运行领域中存在着较多的误区。其中主要误区有：误认为小容量变压器接近满载后则应改用大容量变压器运行；误认为一台变压器接近满载时才应两台变压器并列运行；误认为变压器效率最高点时的负载率为75%左右（或50%左右）；误认为变压器负载率低于30%是“大马拉小车”；误认为两台相同容量变压器一台运行一台设备时，可随机选择运行方式。

下面利用变压器经济运行理论，即变压器效率最高时的负载系数 和我国制订的“工矿企业电力变压器经济运行导则”GB/T13462-1992所给出的变压器“大车拉小车”的判定式，即临界负载系数 ，对变压器的经济运行误区进行分析，并追溯历史，找出产生误区的原因，走出误区，正确选用变压器。

2．追溯历史

运用20世纪30年代的两台不同容量（560KVA.1000KVA）的变压器，如下表：

SN/KVA 560 P0/KW 5.2 PK/KW 9.4 I0%(%) 6 U0%(%) 4.5

1000 9.5 16.8 6 4.5 根据表中技术参数，按上面公式进行计算可得

对560KV·A变压器而言，当变压器实际负载为560×βjp=560×0.744=417KV·A时变压器效率最高。

对1000KV·A变压器而言，当变压器实际负载为1000×βjp=1000×0.752=752KV·A 560KVA变压器与1000KVA变压器的“大马拉小车”的临界负载系数分别为βLP=0.554.

β

LP=0.566

由上计算结果得知：(1).变压器最高效率点的负载率是75%左右；(2).当变压器负载率为30%时，其损耗率是额定负载时的1.39倍，因此，确定变压器负载率30%是“大马拉小车”。

结论对当时变压器经济运行总结是完全正确的。 3．产生误区的原因

随着技术的进步，变压器制造水平不断提高，变压器技术参数发生了变化，变压器的铁损P0与铜损PK都在降低。但从20世纪30年代到50年代，P0与PK降低速度很慢。 进入到20世纪60年代，由于变压器的铁心材料硅钢片由热轧变成冷轧，近年来又出现非晶态的铁心，因此变压器铁损降低速度很快，降低率达到95%左右，同时铜损降低了65%左右。因此对变压器经济运行方式的选取，也发生了跃变，也就是说从前对变压器经济运行所得出的科学结论不适用于现代变压器经济运行。这是产生该误区的原因，对此可选用实例做分析和计算。下面选用20世纪70年代的S7型.80年代末和90年代初的S9型及新世纪非晶态的500KVA与1000KVA变压器参数进行分析与计算。其变压器技术参数如表：

S7.S9.SH12变压器技术参数 型号 Sn/KVA P0/KW W PK/K) 8.2 14 6.9 10.4 I0%(%%) 5 5 1.4 0.7 Uk%(S7 500 1000 2.05 3.5 1.08 1.7 4.5 4.5 4.5 4.5 S9 500 1000

SH12 500 1000 0.27 0.42 3.78 5.7 0.18 0.11 4.5 4.5 ①500KVA及1000KVA变压器的经济负载系数分别为： 500KVA：βjp=0.5（S7）. βjp=0.396(S9) . βjp=0.267(SH12) 1000KVA：βjp=0.5(S7) . βjp=0.404(S9) . βjp=0.271(SH12)

②三种不同型号.容量为1000KVA的变压器“大车拉小车”的临界负载系数分别为

βLP=0.25（S7）. βLP=0.163（S9）. βLP=0.073(SH12)

对以上计算结果进行分析可以得出以下几点结论：

①小容量500KVA变压器半载左右就应投入大容量1000KVA变压器运行。如S7型500KVA变压器负载率刚过半载—56%时就应将1000KVA变压器运行，其负载率仅为28%；如S9型500KVA变压器在40%负载率时就应将1000KVA变压器运行，其负载率仅为20%；如SH12型500KVA变压器在轻载28%负载率时就应将1000KVA变压器投入运行，其负载率仅为14%。

②一台1000KVA变压器半载左右时，就应投入两台1000KVA变压器运行。 ③变压器经济运行负载系数—效率最高点的负载率在27%~50%之间。 ④变压器“大马拉小车”的临界负载系数为0.07~0.25。

通过以上的分析与计算，充分说明，由于变压器制造技术发生了很大变化，其铜铁损耗之比（PK:P0）发生了巨大变化。20世纪30年代铜铁损耗比为1.77：1，S7型为4:1，S9型为6.1:1，SH12型为13.6:1。因此变压器经济运行方式必然发生巨大变化，现在如果仍然按以往前热轧硅钢片变压器的结论安排运行，将成为变压器经济运行的巨大误区。

3.4.5优选三相电力变压器的经济容量

变电站（所）结构中的变压器按经济运行理论对台数与容量进行优越，虽然一次性投资增多，但节电效果非常显著，多花的投资短期内很快收回。并且还提高了变电所的安全供电可靠性，提高供电能力和供电质量，经济效益显著，创建“安全优质经济型变电站（所）。 长期以来，在变电站（所）的设计中，强调了安全运行而忽视了经济运行，以一次性投资最小为原则，因此，仅根据最大负载选择变压器容量与台数，其结果不仅造成变电站（所）损耗过大，而且安全可靠性与供电能力也有所降低。对此如按变电站（所）的变压器经济运行容量与台数进行选择，把变压器容量增大与台数适当增多，虽然一次性投资有所增加，但是显著地降低了变电站（所）的电能损耗，而且也提高了变电站（所）供电的安全可靠性，提高了供电能力和供电质量，经济效益显著。

变电站（所）结构的科学发展观是：在时间上既要考虑近期供电负载对变电站（所）结构的需求，更要预测长期负载（供电设备寿命期内）对变电站（所）结构的需求；在空间上既要考虑本企业构建变电站（所）的经济效益，更要考虑构建变电站（所）的社会效益；在水平上运用科技创新构建成国际一流的安全经济优质型变电站（所），不仅使我国变电站（所）运行中的安全、经济、质量指标缩小与发达国家的差距，而且达到国际先进水平，创建国际一流的电力企业。

按变电站（所）结构的优化理论比原变电站（所）结构（常规设计）选取变压器容量要增大、台数要增多，因此变电站（所）中变压器和供电线路的容量比显著增大(增大1倍

左右)，运行方式增多，负载调整功能增强，这就促成了变电站（所）运行中供电设备负载率显著下降，从而提高供电能力和安全供电可靠性，减少电压损耗，提高供电质量，大大降低电网损耗。从此可见，构建“安全、优质、经济型变电站(所)”，虽然一次性投资有所增多，但由于节电降耗幅度大，因此对企业和社会都产生显著经济效益。

在电网改扩中对新型变压器容量的选择，不仅应考虑到变压器容量的利用率来满足安全供电的需求，同时更应考虑到变压器运行效率，按经济运行来选取变压器容量，来降低变压器的电能损耗。在设计中按变压器容量利用率和按经济容量时，其结果不一致的。一般来说，按变压器经济容量来选择容量比按变压器利用率来选取容量要大一些。增大了变压器一次性投资，但是运行中减少变压器的无功消耗和有功损耗，也就相应地减少了电容器的投资和节约了变压器的运行费用，由此计算出变压器容量增大所增加投资的回收年限，并计算出企业节电经济效益和节电的社会效益，择优选取变压器经济容量。

由于变压器容量的增大，降低了变电站的负载率，提高了供电能力与安全供电可靠性，减少了电压损耗，提高了供电质量。 （1）变压器的有功功率损耗

ΔP=P0+(S/SN) ²Pk （2）优选变压器经济容量的节电效果 a .优选变压器经济容量的功率节约

当变压器负载容量S一定时，选用大容量三相电力变压器D比选用小容量三相电力变压器X的有功功率节约ΔΔP为 ΔΔP=P0X -P0D+S²(PKX/S2NX-PKD/S2ND)

b .优选变压器经济容量全年节约电能 ΔΔAP=8760ΔΔP

3.4.6湖铁职院新校区三相电力变压器的容量选择

假设老校区负载功率P老=1200KW，假设新校区负载功率P新=1600KW

现采用2台S9-M-1000（a）变压器供电，或用2台S9-M-1600（b）变压器供电，对供电性能进行比较。

型号 S9-M-1000 S9-M-1600 容量KVA 1000 1600 空载损耗（P0）W 1650 2350 负载损耗PK(W) 9800 14000 负载系数：（a）β=1600/2000=0.8 (b) β=1600/3200=0.5 经济运行时负载系数（a）βjp=0.41 (b) βjp=0.41

a .1000KVA损耗： ΔP=1.65+(1600/2000) ²×9.8=1.65+0.64×9.8=7.92KW b .1600KVA损耗： ΔP=2.35+（1600/3200）²×14=2.35+0.25×14=5.85KW

大容量比小容量可节省 ΔΔP=7.92-5.85=2.07KW

大容量比小容量全年可节约有功电能 ΔΔAP=8760×2.07=18132KW·h 加上全年无功电能节约（可按有功电能相当来近似计算） 则全年综合节约电能18132×2=36266KW·h

全年综合节约电费（0.7元/度） 36266×0.7=25386元 变压器价格小容量每台97800元，两台共计195600元 变压器价格大容量每台约125000元，两台共计250000元 变压器投资增加值 250000-195600=54400元 投资回收年限 54400/25386=2.14年

设变压器寿命20年，则可节省电费（20-2.14）×25386=453394元

结论：1.当学院需用负荷1600KVA时，用2台S9-M-1600KVA电力变压器供电比用2台S9-M 1000KVA并联运行供电经济效益要好得多，虽然一次性投资较大，但增加的投资通常可在2~3年内从节约的电费中回收。在整个变压器寿命期内节约的电费约为整个投资费用的10倍以上。

2.在供电高峰期（夏季及冬季）仍可安全可靠运行。 3.在假期可用1台变压器供电。

第四章 新校区主要用电设备的选择

————三相异步电动机的选用

4.1 三相异步电动机的主要型号及技术参数

4.1.1、J、JO系列三相异步电动机

为我国20世纪50年代生产的仿苏产品，容量为0.6～125KW，由于其技术性能及指标均比较落后，现已淘汰，很少见到。 4.1.2、J2、J02系列三相异步电动机

为我国20世纪60年代自行设计的统一系列产品，性能比J、J0系列有较大的提高，采用热轧硅钢片铁心，容量为0.8~125KW，E级绝缘，目前已停止生产，但仍然在一定数量的设备上使用。

JO2系列三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 1.5 2.2 77.5 81 82.5 76.5 80.5 82 75 78.5 80.5 0.85 0.87 0.87 0.77 0.81 0.83 0.70 0.74 0.76

4 5.5 7.5 11 15 22 30 55 75 110 85.5 86.5 87.5 87.5 88.5 88.5 89.5 90 91 92 85 86 87 87.5 89 89.5 90 91.5 92 92 84 85 86 87 88 89 89.5 91.5 92 / 0.88 0.88 0.88 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.92 0.92 0.85 0.86 0.87 0.87 0.88 0.88 0.88 0.89 0.89 0.90 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.85 0.86 0.88 0.89 / 4.1.3、Y系列三相异步电动机

为我国20世纪80年代设计的产品，容量为0.75~315KW，铁心虽仍采用热轧硅钢片，但与J02系列相比，效率有所提高，起动转矩倍数较大，体积比同容量J02平均减小15%，重量减轻12%，采用B级绝缘，温升裕度较大，功率等级较多，Y系列电动机符合国际电工委员会标准，有利于出口设备及进口设备电动机的互换。

Y系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 1.5 2.2 4 5.5 7.5 11 15 73 79 82 85.5 85.5 86.2 87.2 88.2 72.1 79 81 84.5 85.5 87 88 88.5 72.5 77.7 80.5 84 85.3 86 87 89.5 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.88 0.88 0.88 0.76 0.79 0.82 0.82 0.84 0.85 0.84 0.85 0.7 0.74 0.74 0.77 0.78 0.78 0.78 0.81

22 30 55 75 110 89 90 91.4 91.4 91 91.5 92.2 92.6 92.7 93 90.2 90.2 91.6 92 92.5 0.89 0.89 0.89 0.89 0.89 0.86 0.87 0.88 0.88 0.89 0.83 0.85 0.87 0.87 0.87 4.1.4、Y2系列三相异步电动机

从20世纪90年代起，我国又设计开发了Y2系列三相异步电动机，机座中心高80~35mm，功率0.55~315KW，是在Y系列基础上更新设计的，已达到国际同期先进水平，是取代Y系列的更新换代产品。Y2系列电动机较Y系列效率高，起动转矩大，由于采用F级绝缘（用B级考核），故温升裕度大，且噪音低，电机结构合理，体积小，质量轻，外形新颖美观，与Y系列一样，电机完全符合国际电工委员会标准。从20世纪90年代末期起，我国已开始实现从Y系列向Y2系列过度。

Y2系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 1.5 2.2 4 5.5 7.5 11 15 22 30 55 75 79 81 85 86 87 88 89 90.5 91.2 92.5 73 78 80 84 85 87 88 89 91 92 93 69 76 79 82 84 86 87.5 89 90 91.5 92.8 0.83 0.84 0.85 0.88 0.88 0.88 0.89 0.89 0.9 0.9 0.9 0.77 0.79 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.85 0.85 0.86 0.87 0.72 0.75 0.76 0.76 0.77 0.77 0.78 0.81 0.83 0.84 0.86

75 110 93.2 94 93.8 94.5 93.5 94 0.91 0.91 0.87 0.88 0.86 94 4.1.5、Y2-E系列高效节能型三相异步电动机

我国以前生产的J2、J02、Y、Y2等系列三相异步电动机效率总体水平较低的主要原因之一是电动机定子及转子铁心均采用0.35~0.5mm的热轧硅钢片制作，从而造成电动机铁损耗增大。为此国家将采用强制性措施，停止热轧硅钢片的生产，这样就迫使电机行业重新设计采用冷轧硅钢片制作铁心的YX系列、Y2-E系列及Y3系列新型三相异步电动机，除了铁心材料的改变以外，还采取了改进定子、转子槽的配合和风扇结构等措施，使这些新系列三相异步电动机的效率比Y及Y2系列提高了约1%~3%，达到了国际电工委员会颁布的能效标准，因此被称为“高效节能电机”。我国目前高效节能型三相异步电动机市场份额仅占约1%，今后将大批量生产及使用。

Y2-E系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 1.5 2.2 4 5.5 7.5 11 15 22 30 55 75 110

77 80.5 82.5 86 88 88.5 90.5 91 91.7 92.7 94.7 94.8 / 75.5 79.5 82 86 87 88 90.5 91 92.8 93.2 94.5 94.7 / 72.5 78 81 85.5 86.5 88.5 89 90.5 92 93.5 93.8 / / 0.83 0.85 0.85 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.91 / 0.77 0.78 0.81 0.82 0.83 0.85 0.85 0.85 0.86 0.86 0.87 0.87 / 0.71 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.8 0.81 0.83 0.85 0.86 / /

4.2 国际电工委员会有关三相异步电动机的能效标准

A级（超高效率） 2极 82.2 85.1 86.4 88.4 89.3 90.2 91.2 92 92.2 93.5 94.5 95 95.5 4极 84.2 86.8 88 89.7 90.5 91.3 92.1 92.8 93.5 94 94.9 95.3 95.7 6极 82 85.3 86.6 88.2 89.1 89.9 90.8 91.5 92.4 93.1 94.3 94.8 95.4 B级（高效率） 2极 79 82.5 84.1 86.4 87.5 88.5 89.6 90.6 91.6 92.3 93.5 94.1 94.7 4极 81.4 84.2 85.6 87.5 88.5 89.4 90.3 91.1 92 92.6 93.7 94.2 94.7 6极 79 82.5 84 86 87 88 89 89.9 91 91.8 93.2 93.8 94.5 C级（改进效率） 2极 72 77.7 80.3 83.5 85 86.3 87.7 88.8 89.9 90.8 92.5 93.1 93.6 4极 / / / / / / / / / / / / / 6极 70 76 78.5 82.5 84 85.5 87 88 89.3 90.3 92 92.7 93.5 功率KW 0.75 1.5 2.2 4 5.5 7.5 11 15 22 30 55 75 110

4.3 节能型三相异步电动机节能效果

举例：普通车床三相异步电动机P=5.5KW，4级，求满载使用1天（24小时），Y2-E电动机比Y系列电动机可节省多少电能？

解：Y2-E系列 5.5KW 4级电动机 效率η=87% P1=P/η=5.5/0.87=6.322KW

Y系列 5.5KW 4级电动机 效率η=85.5% P1=P/η=5.5/0.855=6.433KW

Y2-E系列比Y系列可节省功率 6.433－6.322=0.111KW 一天（24小时）可节省电 0.111×24=2.664（度） 一天节省电费 2.664×0.7=1.86（元） 一年节省电费 1.86×365=680（元）

结论：假如学校有100台三相异步电动机，一天可以节省电费186元，一年可以

节省电费66216元，学校选择Y2-E系列的三相异步电动机比选Y系列电动机一年要节约66216元，所以选择Y2-E系列要划算得多。

第五章 电力变压器的损耗、效率及并联运行

变压器的损耗

变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分两大类 铜耗 1、基本铜耗2、杂散铜耗 铁耗 1、基本铁耗2、杂散铁耗

基本铜耗：一、二次绕组内电流所引起时的直流电阻损耗。

杂散铜耗：主要是由漏磁通所引起的肌肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗。以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。

铜耗与负载电流的平方成正比。因此也称为可变损耗。 铜耗与绕组的温度有关，一般用77度时的电阻值来计算。 基本铁耗：变压器铁心中的磁滞与涡流损耗。 杂散铁耗：主要是铁心接连处由于磁通密度分布不均匀所引起的损耗，和主磁通在铁轭

22BUm1夹件，油箱等结构部件中所引起的涡流损耗。铁耗可近似认为与或成正比。由于变

压器一侧电压保持不变。故铁耗可视为不变损耗。（F不变的前提下）

N2r1222PCur1I12r2I2r1IrIr222I22N2K 1

I2I2N

∵

2r122PCuNr1I12Nr2I2rN2I2N2K

I2PCuI2N ∴

2PPCuNCuN

2

P1PPP2P21P1P2PP1P1

变压器的效率

P2P1P

1、因变压器无转动部分，一般效率都很高，大多数在95%以上。大型变压器可达99%。 测量变压器的效率一般不采用直接测P1、P2的方法，因P1与P2相差很小。测量仪器本身的误差就可能超出次范围，一般用间接法测量变压器的效率。即测出各种损耗，再计算效率。 考虑到：

P2mU2I2cos2

2PCUPFemI2RK

PmU2I2cos222PmI2U2cos2PFemI2RK1

FepP

d02PFemIRKdI22令 可得:

在计算效率时作以下假设：1.额定电压下空载损耗

变化。

2、额定电流时的

*2PCUPKNI2

POPFe，且PFe不随负载的变化而

PKNPCUN，因铜耗与负载电流平方成正比，所以任一负载下的铜耗

3、计算P2时忽略了负载时U2的变化，即

*PmuIcosISNcos2 22222

1P1P1PFePCUmU2I2cos2PFePCU

*2P0I2PKN1**2SNI2cos2POPKNI2

*2PIPKN 02因产生最大效率时

P0PKN1~1/34

对应最大效率时负载电流的标幺值为：

*I2P0*2PKN I20.5~0.6

通过变压器空载和短路实验测取变压器的励磁参数和短路参数。 变压器中的参数

Zm,Zk对变压器的运行性能有直接影响,知道了变压器的参数,就可

Zm可通过空载试验

绘出等效电路,然后绘出等效电路,然后可以运用等效电路分析计算, 来确定. k可以通过试验确定,这两个试验是

变压器的主要试验项目.

A B C

变压器的并联运行 把变压器的原、副绕组相同标号的出线端连在一起，直接或者经过一段线路接到母线上，这种运行方式就叫做变压器的并联运行。 变压器并联运行的意义

由于现代的发电厂和变电所的容量很大，一台变压器往往不能担负起全部容量的升压或降压任务，于是要采用多台变压器并联运行。

 变压器并联运行的优点

1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器如有某台变压器发生故障，可以把它从电网切除进行检修，而电网仍能继续供电；

Z电源高压母线ABCK1ABCK2IIIabcK3abcK4cba低压母线负载图5-1 两台变压器并联运行的接线图

2）可根据负荷大小调整投入并联变压器的台数，以提高运行效率；

3）可以减少总的备用容量；

4）可以随着用电量的增加，分批安装新的变压器，以减少第一次投资。 变压器的理想并联条件

1）空载时并联的各变压器副边之间没有循环电流，这样，空载时各变压器副原边的铜耗也较小。

2）负载后，各变压器所承担的负载电流按它们的额定容量成比例分配，这样，并联变压器的装机容量能得到充分利用。

3）负载后各变压器副边电流同相位。这样在总的负载电流一定时各变压器所分担的电流最小；如果各变压器副边电流一定时，则共同承担的总电流最大。

 为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备下列三个条件： 1）各变压器的额定电压应相等，若为单相变压器则各变压器的变比应相等； 2）各变压器的联结组相同；

3）各变压器的短路阻抗标么值(或短路电压)应相等，而且短路电抗和短路电阻之比也应相等。

以上三个条件中，联结组相同的条件必须严格保证。

因为如果联结组不同，当各变压器的原边接到同一电网时，它们副边线电压的相位不同，而且至少是30度(Y,y0和Y,d11并联时，副边线电动势的相位差就是30度)。在此情况下，如果两变压器的变比相等，图中Eab1= Eab2= Eab是两变压器副边的线电动势，从图可见，副边有电动势差

 变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配

&&I1Zk1I2Zk2I1Zk1I2Zk2I1Zk2I2Zk1Zk1I1I2IU1kZk2U2图5-3 变比和联结组相同时两台变压器并联时的简化等效电路