智能建筑與供配電技術

任務2電力系統(tǒng)的額定電壓及中性點運行方式

學習任務：1．熟記我國電力系統(tǒng)的常用的3個電壓等級。2．寫出給定的供電系統(tǒng)圖上設備的額定電壓。3．簡述不同中性點運行方式的特點。4．畫出民用建筑中常用的低壓配電系統(tǒng)圖。一、電力系統(tǒng)的額定電壓

1．額定電壓的國家標準(見表1-1)。3.15及3.36.3及6.610.5及11－38.572.61212423635503及3.156及6.310及10.513.8，15.75，18，2035661102203305003.156.310.513.8，15.75，18，20－－－－－－3610－3566110220330500高壓0.400.690.380.660.400.690.380.66低壓二次繞組一次繞組電力變壓器額定電壓/kV發(fā)電機額定電壓/kV電網(wǎng)和用電備額定電壓/kV分類表1-1三相交流電網(wǎng)和電力設備的額定電壓

2．電力系統(tǒng)各設備額定電壓的規(guī)定（1）電力線路（或電網(wǎng)）的額定電壓:國家規(guī)定（2）．用電設備的額定電壓規(guī)定與同級電力線路的額定電壓相同（3）．發(fā)電機的額定電壓發(fā)電機的額定電壓高于同級線路額定電壓的5%圖1-7用電設備和發(fā)電機的額定電壓圖1-8電力變壓器一、二次額定電壓說明圖（4）．電力變壓器的額定電壓：1）電力變壓器一次繞組的額定電壓有兩種情況：A、當電力變壓器直接與發(fā)電機相連，如圖1-8中的變壓器T1，一次繞組的額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同，即高于同級線路額定電壓5%。B、當變壓器不與發(fā)電機相連，而是連接在線路上，如圖1-8中的變壓器T2，則可將變壓器看作是線路上的用電設備，因此其一次繞組的額定電壓應與線路額定電壓相同。2）變壓器二次繞組的額定電壓變壓器二次繞組的額定電壓，是指變壓器一次繞組接上額定電壓而二次繞組開路時的電壓，即空載電壓。而變壓器在滿載運行時，二次繞組內約有5%的阻抗電壓降。因此分兩種情況討論：2）變壓器二次繞組的額定電壓變壓器二次繞組的額定電壓，是指變壓器一次繞組接上額定電壓而二次繞組開路時的電壓，即空載電壓。而變壓器在滿載運行時，二次繞組內約有5%的阻抗電壓降。因此分兩種情況討論：A、變壓器二次側供電線路很長（例如較大容量的高壓線路），如圖1-8中的變壓器T1，變壓器二次繞組額定電壓要比線路額定電壓高10%。原因：一方面要考慮補償變壓器二次繞組本身5%的阻抗電壓降，另一方面還要考慮變壓器滿載時輸出的二次電壓要滿足線路首端應高于線路額定電壓的5%，以補償線路上的電壓損耗。B、變壓器二次側供電線路不長（例如為低壓線路或直接供電給高、低壓用電設備的線路），如圖1-8中變壓器T2，變壓器二次繞組的額定電壓，只需高于其所接線路額定電壓5%。

原因：僅考慮補償變壓器內部5%的阻抗電壓降。

額定電壓二．電能質量的基本參數(shù)額定頻率1、電壓及波形電壓的數(shù)值交流電的電壓質量波形電壓質量對各類用電設備的工作性能、使用壽命、安全及經(jīng)濟運行都有直接的影響。

（1-1）（1）電壓偏移電壓偏移又稱電壓偏差，是指用電設備端電壓與用電設備額定電壓之差對額定電壓的百分數(shù)，即用電設備端子處電壓偏移的允許值：①電動機±5%；②照明燈一般場所±5%；在視覺要求較高的場所＋5%，-2.5%；③其它用電設備無特殊規(guī)定時±5%；（2）電壓波動（3）波形畸變（4）三相電壓不平衡

2．頻率我國采用的工業(yè)頻率（簡稱工頻）為50HZ（1）影響當電網(wǎng)低于額定頻率運行時，所有電力用戶的電動機轉速都將相應降低，因而工廠的產(chǎn)量和質量都將不同程度受到影響。頻率的變化還將影響到計算機，自控裝置等設備的準確性。電網(wǎng)頻率的變化對供配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性影響也很大。（2）對頻率的要求頻率的變化范圍一般不應超過±0.5HZ。

3.電壓調整電壓調整措施為了減小電壓偏移，保證用電設備在最佳狀態(tài)下運行，供配電系統(tǒng)必須采用相應的電壓調整措施。（1）.合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓器變壓器。（2）.

盡量使系統(tǒng)的三相負荷均衡，以減小電壓偏移。（3).合理地改變供配電系統(tǒng)的運行方式，以調整電壓偏移。

(4).采用無功功率補償裝置，提高功率因數(shù)，降低電壓損耗，縮小電壓偏移范圍。

4.供配電系統(tǒng)配電電壓的選擇高壓配電電壓的選擇（我國電力系統(tǒng)）（1）220KV及以上電壓等級多用于大型電力系統(tǒng)的主干線；（2）110KV電壓等級既用于中、小型電力系統(tǒng)的主干線，也用于大型電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡；（3）35KV電壓等級多用于電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡或大型工廠的內部供電網(wǎng)絡；（4）6～10KV高壓配電電壓多用于一般企業(yè)內部。低壓配電電壓的選擇主要取決于低壓用電設備的電壓（1）線電壓380V接三相動力設備；（2）相電壓220V供電給照明及其他220V的單相設備；（3）220/127V對于容易發(fā)生觸電或有易燃易爆的個別車間或場所，可考慮采用；（4）660V（只用于礦井下）用于某些特殊場合。≤0.25≤0.35≤10≤85-20≤1020～5030～10050～150200～300≤100≤175≤1000≤3000≤2000≤50002000～100003500～3000010000～50000100000～500000架空線電纜線架空線電纜線架空線電纜線架空線架空線架空線架空線0.380.386610103566110220輸送距離/km輸送功率/kW線路結構線路電壓/kV表1-2各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離三、

電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)的中性點是指發(fā)電機或變壓器的中性點?？紤]到電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、經(jīng)濟性及人身安全等因素，電力系統(tǒng)的中性點常采用不接地；經(jīng)消弧線圈接地；直接接地和經(jīng)低電阻接地。四種運行方式。

1.中性點不接地的電力系統(tǒng)我國3～66kV系統(tǒng)，一般采用中性點不接地的運行方式。圖1-9正常運行時中性點不接地的電力系統(tǒng)a）電路圖b）相量圖（1）系統(tǒng)正常運行時中性點沒有電流流過，各相對地電壓就是其相電壓。（2）當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，非接地兩相對地電壓均升高變?yōu)榫€電壓。對地電容電流相應的增大。但線電壓不變，三相設備允許繼續(xù)運行2小時。圖1-10一相接地時的中性點不接地系統(tǒng)a）電路圖

b）相量圖（3）確定中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電容電流的經(jīng)驗公式：

（1-4）

式中,為系統(tǒng)的單相接地電容電流（A）；為系統(tǒng)的額定電壓（kV）;

為同一電壓具有電氣聯(lián)系的架空線路總長度（km）；為同一電壓的具有電氣聯(lián)系的電纜線路（cableline）總長度（km）。

（4）中性點不接地系統(tǒng)一般都裝有單相接地保護裝置或絕緣監(jiān)測裝置，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，會及時發(fā)出警報，提醒工作人員盡快排除故障；同時，在可能的情況下，應把負荷轉移到備用線路上去。

注意：我國電力規(guī)程規(guī)定，中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，單相接地運行時間不應超過2小時。2.中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)

（1）3～10KV系統(tǒng)中，接地電流大于30A，（2）20KV及以上系統(tǒng)中，接地電流大于10A，采用經(jīng)消弧線圈接地的措施來減小接地電流，熄滅電弧，避免過電壓的產(chǎn)生。圖1-11一相接地時的中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

a）電路圖b）相量圖3.中性點直接接地的電力系統(tǒng)

圖1-12一相接地時的中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，其它兩完好相的對地電壓不會升高，因此，該系統(tǒng)中的供電設備的絕緣只需按相電壓考慮，而無需按線電壓考慮。（1）110KV以上的超高壓系統(tǒng)（2）380/220V低壓配電系統(tǒng)我國380/220V低壓配電系統(tǒng)也采用中性點直接接地方式，而且引出中性線（N線）、保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），這樣的系統(tǒng)，稱為TN系統(tǒng)。

4.中性點經(jīng)低電阻接地的電力系統(tǒng)（1）．中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)產(chǎn)生的背景現(xiàn)代化大、中型城市在電網(wǎng)改造中大量采用電纜線路，致使接地電容電流增大。因此，即使采用中心點經(jīng)消弧線圈接地的方式也無法完全在發(fā)生接地故障時熄滅電??；而間歇性電弧及諧振引起的過電壓會損壞供配電設備和線路，從而導致供電的中斷。（2）．中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)的作用介紹它接近于中性點直接接地的運行方式，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，保護裝置會迅速動作，切除故障線路，通過備用電源的自動投入，使系統(tǒng)的其他部分恢復正常運行。我國一些大城市的10kV系統(tǒng)采用了中性點經(jīng)低電阻接地的方式。例如，北京市四環(huán)路以內地區(qū)的變電站，10kV系統(tǒng)中性點均采用經(jīng)低電阻接地方式。

總結：電力系統(tǒng)的中性點運行方式，對于供電可靠性、過電壓、絕緣配合、短路電流、繼電保護、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及對弱電系統(tǒng)的干擾等諸方面都有不同程度的影響，特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，有明顯的影響。因此，電力系統(tǒng)的中性點運行方式，應依據(jù)國家的有關規(guī)定，并根據(jù)實際情況而確定。四、低壓配電系統(tǒng)的接地型式低壓配電系統(tǒng)按照接地型式不同，分為TN、TT和IT三種不同的系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission）對系統(tǒng)接地文字符號的意義規(guī)定：第一個字母表示電源側中性點接地狀態(tài)，T表示電源側中性點直接接地；I表示中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地。第二個字母表示負荷側電氣設備的外露可導電部分（正常時不帶電，故障時可帶電且容易觸及的部分）的接地狀態(tài)，N表示直接與配電系統(tǒng)接地點引出的保護線PE線（或保護中性線PEN線）電氣連接；T表示通過自身獨立接地體與大地直接連接。1．TN系統(tǒng)（1）中性線（N線）的作用①用來接相電壓為220V的單相用電設備；②用來傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流；③減少負載中性點的電壓偏移。（2）保護線（PE線）的作用保障人身安全，防止觸電事故發(fā)生。（3）TN系統(tǒng)類型根據(jù)TN系統(tǒng)中N線和PE線的不同形式，分為TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)，如圖1-13所示。當PEN斷線時，可使設備外露可導電部分帶電，對人有觸電危險。注意：在安全要求較高的場所和要求抗電磁干擾的場所均不允許采用該系統(tǒng)。圖1-13低壓配電TN系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)圖1-13低壓配電TN系統(tǒng)b)TN-S系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)這種系統(tǒng)前一部分為TN-C系統(tǒng)，后一部分為TN-S系統(tǒng)（或部分為TN-S系統(tǒng)），如圖1-13c所示。