第1章 供配電技術(shù)概論

第1章供配電技術(shù)概論

§1.1供配電技術(shù)的基本概念§1.2電力系統(tǒng)的電壓和供電質(zhì)量§1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式§1.4電力負(fù)荷及其分類(lèi)教學(xué)目標(biāo)

1了解電力系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)的基本知識(shí)和組成2掌握衡量供電質(zhì)量的主要指標(biāo)理解電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式4掌握電力負(fù)荷的分類(lèi)及要求§1.1供配電技術(shù)的基本概念1.供配電技術(shù)概念、作用1.1.1供配電的要求和課程任務(wù)2.供配電的四項(xiàng)基本要求：

安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)

3.供配電課程的主要任務(wù)

具備供配電設(shè)計(jì)、計(jì)算能力；管理、操作技能1.1.2電力系統(tǒng)圖1.1從發(fā)電廠到用戶(hù)的送電過(guò)程示意圖1.1.2電力系統(tǒng)圖1.2電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1.3供配電系統(tǒng)圖1.3中型工廠供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.中型工廠供配電系統(tǒng)的組成1.1.3供配電系統(tǒng)2.何謂“單母線(xiàn)分段制”

3.用電設(shè)備按用途分類(lèi)

§1.2電力系統(tǒng)的電壓和供電質(zhì)量1.1000V為界限來(lái)劃分高、低壓所有電氣設(shè)備都是在一定的電壓和頻率下工作的2.三相交流電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的額定電壓國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)教材表1.1

1.2.1電力系統(tǒng)的額定電壓1.電網(wǎng)（線(xiàn)路）的額定電壓電網(wǎng)(線(xiàn)路)的額定電壓只能選用國(guó)家規(guī)定的額定電壓。它是確定各類(lèi)電氣設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。

2.用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同

。

3.發(fā)電機(jī)的額定電壓由于用電設(shè)備的電壓偏差為±5%，而整個(gè)線(xiàn)路允許有10%的電壓損耗，這就要求線(xiàn)路首端電壓為額定電壓的105%，末端電壓為額定電壓的95%，如教材圖1.4所示。所以，發(fā)電機(jī)的額定電壓為線(xiàn)路額定電壓的105%

。

4.電力變壓器的額定電壓電力變壓器的額定電壓1）一次繞組105%UN

–T1；100%UN–T22）二次繞組105%UN

–T2；110%UN–T1

例1-1試求供電系統(tǒng)中變壓器T1和線(xiàn)路WL1、WL2的額定電壓

5.工廠配電電壓的選擇工廠的高壓配電電壓一般應(yīng)采用10kV。當(dāng)6kV用電設(shè)備的總?cè)萘枯^大，選用6kV經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，宜采用6kV

工廠低壓配電電壓一般采用220/380V，其中線(xiàn)電壓380V接三相動(dòng)力設(shè)備及380V單相設(shè)備，而相電壓220V接220V的照明燈具及其他220V的單相設(shè)備

§1.2.2衡量供電質(zhì)量的主要指標(biāo)對(duì)工廠用戶(hù)而言，衡量供電質(zhì)量的主要指標(biāo)是交流電的電壓和頻率

電能的質(zhì)量指標(biāo)分為電壓質(zhì)量指標(biāo)、頻率質(zhì)量指標(biāo)和供電可靠性指標(biāo)3項(xiàng)

1.電壓質(zhì)量指標(biāo)交流電壓質(zhì)量由電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動(dòng)與閃變和電壓波形來(lái)衡量，主要包括電壓數(shù)值與波形兩個(gè)方面電壓質(zhì)量對(duì)各類(lèi)用電設(shè)備的工作性能、使用壽命、安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有直接的影響用電設(shè)備在其額定電壓下工作，既能保證設(shè)備運(yùn)行正常，又能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益

1）電壓偏差電壓偏差是由于系統(tǒng)運(yùn)行方式改變及負(fù)荷緩慢變化而引起的，其變動(dòng)相對(duì)緩慢按GB50052—1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范和條文說(shuō)明》規(guī)定

2）電壓調(diào)整合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓型變壓器

合理地減少供電系統(tǒng)的阻抗，以降低電壓損耗

盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡，以減小電壓偏差合理改變供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，以調(diào)整電壓偏差采用無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)，降低電壓損耗，縮小電壓偏差范圍

3）電壓波動(dòng)和閃變及其抑制-1電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)引起的

電焊機(jī)、電弧爐和軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷，都會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，使同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，使計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作

電壓波動(dòng)還會(huì)使照明燈發(fā)生明顯的閃爍現(xiàn)象。人眼對(duì)燈閃的主觀感覺(jué)就稱(chēng)為“閃變”，電壓閃變對(duì)人眼有刺激作用，甚至使人無(wú)法正常工作和學(xué)習(xí)

3）電壓波動(dòng)和閃變及其抑制-2降低或抑制沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)和電壓閃變，宜采取下列措施

（1）對(duì)大容量的沖擊性負(fù)荷采用專(zhuān)線(xiàn)或?qū)Ｓ米儔浩鞴╇?。?jiǎn)便有效（2）降低供電線(xiàn)路阻抗

（3）選用短路容量較大或電壓等級(jí)較高的電網(wǎng)供電

（4）采用“吸收”沖擊性無(wú)功功率的靜止補(bǔ)償裝置SVC(StaticVarCompensation)等

4）高次諧波及其抑制-1電力系統(tǒng)中產(chǎn)生高次諧波的非線(xiàn)性元件很多，例如，熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈等氣體放電燈及交流電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、變壓器和感應(yīng)電爐等，都會(huì)產(chǎn)生高次諧波電流

最為嚴(yán)重的是大型硅整流設(shè)備（如變頻器）和大型電弧爐，它們產(chǎn)生的高次諧波電流最為突出，是造成電力系統(tǒng)中諧波干擾的最主要的“諧波源”

高次諧波的干擾已成為電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的一大“公害”

4）高次諧波及其抑制及其抑制-2抑制高次諧波，宜采取下列措施

（1）大容量非線(xiàn)性負(fù)荷由短路容量較大的電網(wǎng)供電

（2）三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)，可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波

（3）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多，整流脈沖數(shù)也隨之增多，其次數(shù)較低的諧波分量被消去的也越多

（4）選用Dyn11聯(lián)結(jié)組三相配電變壓器

2.頻率質(zhì)量指標(biāo)我國(guó)采用的工業(yè)頻率(簡(jiǎn)稱(chēng)“工頻”)為50Hz。電網(wǎng)低頻率運(yùn)行時(shí)，所有用戶(hù)的交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都將相應(yīng)降低，這將導(dǎo)致許多工廠的產(chǎn)量和質(zhì)量都將不同程度地受到影響。

頻率的變化對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性影響很大，因而對(duì)頻率的要求比對(duì)電壓的要求要嚴(yán)格。國(guó)標(biāo)規(guī)定頻率偏差范圍一般為±0.5Hz

頻率的調(diào)整主要依靠發(fā)電廠

3.供電可靠性指標(biāo)供電可靠性是指供電系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)持續(xù)供電的能力，它是以對(duì)用戶(hù)停電的時(shí)間及次數(shù)來(lái)衡量的

停電分為故障停電和預(yù)安排停電兩大類(lèi)，其中故障停電又分為內(nèi)部故障停電和外部故障停電兩種情況

預(yù)安排停電則分為計(jì)劃停電、臨時(shí)停電和限電三種情況

§1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式中性點(diǎn)運(yùn)行方式的選擇主要取決于單相接地時(shí)電氣設(shè)備的絕緣要求及供電可靠性而對(duì)于低壓配電系統(tǒng)接地形式，則主要從國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的定義出發(fā)，依據(jù)電源中性點(diǎn)和用電設(shè)備外殼保護(hù)接地形式，將其分為IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)

§1.3.1電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)

中性點(diǎn)的運(yùn)行方式對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行影響顯著。它主要取決于單相接地時(shí)電氣設(shè)備絕緣要求及對(duì)供電可靠性的要求同時(shí)還會(huì)影響電力系統(tǒng)二次側(cè)的繼電保護(hù)及監(jiān)測(cè)儀表的選擇與運(yùn)行

我國(guó)3～66kV的電力系統(tǒng)，大多數(shù)采取----中性點(diǎn)不接地只有當(dāng)系統(tǒng)單相接地電流大于一定數(shù)值時(shí)(3～10kV，大于30A時(shí)；20kV及以上，大于10A時(shí))才采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈(一種大感抗的鐵芯線(xiàn)圈)接地的運(yùn)行方式----中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地

110kV以上的電力系統(tǒng)和1kV以下的低壓系統(tǒng)，則一般采取中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式----中性點(diǎn)直接接地

1.中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)單相接地時(shí)的中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，例如C相接地，如教材圖1.8(a)。則C相對(duì)地電壓為零，而完好的A、B兩相對(duì)地電壓都由原來(lái)的相電壓升高到了線(xiàn)電壓，即升高為原對(duì)地電壓的倍

系統(tǒng)的三個(gè)線(xiàn)電壓無(wú)論相位和量值均未發(fā)生變化，因此系統(tǒng)中的所有設(shè)備仍可照常運(yùn)行。但是如果另一相又發(fā)生接地故障，則形成兩相接地短路，將產(chǎn)生很大的短路電流，損壞線(xiàn)路及其設(shè)備

規(guī)程規(guī)定：中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可允許暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行2h(小時(shí))。但必須同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)中裝設(shè)的單相接地保護(hù)或絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)或指示，以提醒運(yùn)行值班人員注意，采取措施，查找和消除接地故障

如有備用線(xiàn)路，則可將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線(xiàn)路上去。在經(jīng)過(guò)2h后，如接地故障尚未消除，則應(yīng)切除故障線(xiàn)路，以防故障擴(kuò)大

2.中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的電力系統(tǒng)

在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中，如果接地電容電流較大，將在接地點(diǎn)產(chǎn)生斷續(xù)電弧，使線(xiàn)路發(fā)生電壓諧振現(xiàn)象。由于電力線(xiàn)路既有電阻、電感，又有電容，因此發(fā)生單相弧光接地時(shí)，就形成一個(gè)RLC串聯(lián)諧振電路，從而可使線(xiàn)路上出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓(可達(dá)線(xiàn)路相電壓的2.5～3倍)，將導(dǎo)致線(xiàn)路上絕緣薄弱地點(diǎn)的絕緣擊穿。為了消除單相接地時(shí)接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧，引起諧振過(guò)電壓，因此在單相接地電容電流大于規(guī)定值(如前所述)時(shí)，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)必須采取經(jīng)阻抗接地的運(yùn)行方式圖中采用消弧線(xiàn)圈，它實(shí)際上是一個(gè)可調(diào)的鐵芯電感線(xiàn)圈，電阻很小，感抗很大

消弧線(xiàn)圈對(duì)電容電流的補(bǔ)償有三種方式：①全補(bǔ)償IL=IC；②欠補(bǔ)償IL＜IC；③過(guò)補(bǔ)償IL＞IC。實(shí)際上都采用過(guò)補(bǔ)償，以防止由全補(bǔ)償引起的電流諧振損壞設(shè)備，或欠補(bǔ)償由于部分線(xiàn)路斷開(kāi)造成全補(bǔ)償

3.中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)

這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地，其單相短路電流比線(xiàn)路的正常負(fù)荷電流要大許多倍，通常要使線(xiàn)路上的斷路器(開(kāi)關(guān))自動(dòng)跳閘或者使熔斷器熔斷，將短路故障部分切除，恢復(fù)其他無(wú)故障部分的系統(tǒng)正常運(yùn)行中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)在發(fā)生一相接地時(shí)，其他兩相對(duì)地電壓不會(huì)升高，因此這種系統(tǒng)中的供用電設(shè)備的相絕緣只需按相電壓來(lái)考慮，而不必按線(xiàn)電壓考慮。這對(duì)110kV以上的超高壓系統(tǒng)是很有經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值的，因?yàn)楦邏弘娖魈貏e是超高壓電器的絕緣問(wèn)題，是影響其設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵問(wèn)題。絕緣要求的降低，實(shí)際上就降低了高壓電器的造價(jià)

我國(guó)規(guī)定110kV以上的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)均采取直接接地的運(yùn)行方式

至于低壓配電系統(tǒng)，TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)均采取中性點(diǎn)直接接地的方式，而且引出有中性線(xiàn)或保護(hù)中性線(xiàn)，這除了便于接用單相負(fù)荷外，還考慮到安全保護(hù)的要求，一旦發(fā)生單相接地故障，即形成單相短路，快速切除故障，有利于保障人身安全，防止觸電

§1.3.2低壓配電系統(tǒng)接地形式1．IEC規(guī)定的供電線(xiàn)路符號(hào)和低壓配電系統(tǒng)概念

中性線(xiàn)(NeuralWire,N)三個(gè)功能保護(hù)線(xiàn)(ProtectiveWire，PE)保護(hù)接地線(xiàn)

保護(hù)中性線(xiàn)(PENWire，PEN

)IEC規(guī)定的低壓配電系統(tǒng)表現(xiàn)形式：**-*

含義2．IT系統(tǒng)3．TT系統(tǒng)4．TN系統(tǒng)TN供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼與工作零線(xiàn)相接的保護(hù)系統(tǒng)，故TN系統(tǒng)又稱(chēng)為“接零”保護(hù)系統(tǒng)

專(zhuān)用保護(hù)線(xiàn)PE不允許斷線(xiàn)，也不允許進(jìn)入漏電開(kāi)關(guān)

有別于電源中性點(diǎn)不接地的IT系統(tǒng)，TN和TT系統(tǒng)都是電源中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)，且都引出有工作零線(xiàn)(N線(xiàn))TT系統(tǒng)每個(gè)設(shè)備外殼的保護(hù)線(xiàn)是獨(dú)立的，而TN系統(tǒng)的所有電器設(shè)備外殼的保護(hù)線(xiàn)是公共的

§1.4電力負(fù)荷及其分類(lèi)電力用戶(hù)有各種不同用電設(shè)備，它們對(duì)供電的可靠性和供電的質(zhì)量要求差異很大，它們的工作時(shí)間長(zhǎng)短及開(kāi)停次數(shù)也不盡相同

按供電可靠性及工作制對(duì)用電設(shè)備或負(fù)荷分類(lèi)，以滿(mǎn)足電力用戶(hù)對(duì)供電的基本要求，這對(duì)保證供電質(zhì)量具有重要意義

§1.4.1按供電可靠性要求的負(fù)荷分類(lèi)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：電力負(fù)荷根據(jù)其對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響分為三級(jí)1.一級(jí)負(fù)荷

定義：中斷供電將造成人身傷亡的負(fù)荷；或中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的負(fù)荷

定義：在一級(jí)負(fù)荷中“特別重要的負(fù)荷”一級(jí)負(fù)荷要求由兩個(gè)獨(dú)立電源供電

“特別重要的負(fù)荷”還必須增設(shè)應(yīng)急電源

2.二級(jí)負(fù)荷

定義：中斷供電將在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失的負(fù)荷，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢等；中斷供電將影響重要用電單位正常工作的負(fù)荷，如交通樞紐、通信樞紐等重要負(fù)荷；中斷供電將造成大型影劇院、大型商場(chǎng)等較多人員集中的重要公共場(chǎng)所秩序混亂的負(fù)荷

二級(jí)負(fù)荷要求由雙回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)當(dāng)發(fā)生電力變壓器故障時(shí)不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電

3.三級(jí)負(fù)荷

定義：三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷。對(duì)一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè)，停電僅影響產(chǎn)量或造成少量產(chǎn)品報(bào)廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負(fù)荷等均屬三級(jí)負(fù)荷

三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源沒(méi)有特殊要求，一般由單回路電力線(xiàn)路供電

§1.4.2按工作制的負(fù)荷分類(lèi)電力負(fù)荷按其工作制，即工作時(shí)間長(zhǎng)短及開(kāi)停次數(shù)，一般分為三類(lèi)1.連續(xù)工作制負(fù)荷

定義：指長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的用電設(shè)備，其特點(diǎn)是負(fù)荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使得設(shè)備達(dá)到熱平衡狀態(tài)，如通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、電機(jī)發(fā)電機(jī)組、電爐和照明燈等。這是各類(lèi)用電設(shè)備的主體

2.短時(shí)工作制負(fù)荷

短時(shí)工作制負(fù)荷是指工作時(shí)間短、停歇時(shí)間長(zhǎng)的用電設(shè)備。其運(yùn)行特點(diǎn)為工作時(shí)其溫度達(dá)不到穩(wěn)定溫度，停歇時(shí)其溫度降低等于環(huán)境溫度。此類(lèi)負(fù)荷在用電設(shè)備中所占比例很小，如閘門(mén)電動(dòng)機(jī)、機(jī)床的橫梁升降電動(dòng)機(jī)等

3.重復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷

重復(fù)短時(shí)工作制負(fù)荷是指時(shí)而工作、