供配電系統(tǒng)基本知識

供配電系統(tǒng)基本知識供配電系統(tǒng)概述電能是現(xiàn)代人們生產(chǎn)和生活的重要能源。建筑供配電就是指建筑所需電能的供應和分配問題。電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電能用戶組成的一個發(fā)電、輸電、變配電和用電的整體。圖所示是電力系統(tǒng)的組成。電力系統(tǒng)中的各級電壓線路及其聯(lián)系的變配電所，稱為電力網(wǎng)。電力系統(tǒng)的基本概念及組成第二頁，共64頁。.發(fā)電廠發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的工廠，它是把非電形式的能量轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電廠的種類很多，一般根據(jù)所利用能源的不同分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、原子能發(fā)電廠。此外，還有風力、地熱、潮汐、太陽能等發(fā)電廠。第三頁，共64頁。.變、配電所變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場所，由電力變壓器和配電裝置組成。變電所按變壓的性質(zhì)和作用又可分為升壓變電所和降壓變電所兩大類。升壓變電所的任務是將低電壓變換為高電壓，以利于電能的傳輸。降壓變電所的任務是將高電壓變換到一個合理的電壓等級，一般建在靠近用電負荷中心的地點。第四頁，共64頁。.電力線路電力線路又稱輸電線。電力線路的作用是輸送電能，并把發(fā)電廠、變配電所和電能用戶連接起來。電力線路按其用途及電壓等級分為輸電線路和配電線路。電壓在及以上的電力線路稱為輸電線路；電壓在及以下的電力線路稱為配電線路。電力線路按其架設方法可分為架空線路和電纜線路；按其傳輸電流的種類又可分為交流線路和直流線路。第五頁，共64頁。.電能用戶電能用戶又稱電力負荷。在電力系統(tǒng)中，一切消費電能的用電設備均稱為電能用戶。用電設備按其用途可分為動力用電設備(如電動機等)、工藝用電設備(如電解、電鍍、冶煉、電焊、熱處理等)、電熱用電設備(如電爐、干燥箱、空調(diào)器等)、照明用電設備和試驗用電設備等，它們將電能轉(zhuǎn)換為機械能、熱能和光能等不同形式，以滿足生產(chǎn)、生活的不同需要。第六頁，共64頁。圖電力系統(tǒng)的組成第七頁，共64頁。建筑供配電系統(tǒng)是指所需的電力能源從進入建筑物（或小區(qū)）開始到所有用電設備終端的整個電路。建筑供配電系統(tǒng)由總降壓變電所(或高壓配電所)、高壓配電線路、分變電所、低壓配電線路及用電設備組成。供配電系統(tǒng)的組成第八頁，共64頁。.二次變壓的供電系統(tǒng)大型建筑群和某些負荷較大的中型建筑，一般采用具有總降壓變電所的二次變壓供電系統(tǒng)，如圖所示。圖二次變壓供電方式第九頁，共64頁。.一次變壓的供電系統(tǒng)()具有高壓配電所的一次變壓系統(tǒng)一般中型建筑或建筑群多采用～電源進線，經(jīng)高壓配電所將電能分配給各分變電所，由分變電所將～電壓降至，供低壓用電設備使用。同樣，高壓用電設備直接由高壓配電所的～母線供電，如圖所示。第十頁，共64頁。()高壓深入負荷中心的一次變壓系統(tǒng)對于某些中小型建筑或建筑群，如果本地電源電壓為，且各種條件允許時，可直接采用作為配電電壓，將線路直接引入靠近負荷中心的變電所，再由車間變電所一次變壓為，供低壓用電設備使用，如圖所示。第十一頁，共64頁。()只有一個變電所的供電系統(tǒng)對于小型建筑或建筑群，由于用電較少，通常只設一個將～電壓降為電壓的變電所，如圖所示。第十二頁，共64頁。.低壓供電的小型供電系統(tǒng)某些小型建筑或建筑群也采用低壓電源進線，只需設置一個低壓配電室，將電能直接分配給各低壓用電設備使用，如圖所示。第十三頁，共64頁。圖具有高壓配電所的供電系統(tǒng)第十四頁，共64頁。圖高壓深入負荷中心的一次變壓系統(tǒng)第十五頁，共64頁。圖只有一個降壓變電所的供電系統(tǒng)()裝有一臺電力變壓器;()裝有兩臺電力變壓器第十六頁，共64頁。圖低壓進線的小型供電系統(tǒng)第十七頁，共64頁。（）安全在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（）可靠應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（）優(yōu)質(zhì)應滿足電能用戶對電壓質(zhì)量和頻率等方面的要求。（）經(jīng)濟應使供電系統(tǒng)的投資少、運行費用低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。供配電的基本要求第十八頁，共64頁。額定電壓及供電質(zhì)量額定電壓所謂額定電壓，就是用電設備、發(fā)電機、變壓器正常運行并具有最經(jīng)濟的工作電壓，也就是正常情況下所規(guī)定的電壓。國家標準規(guī)定的三相交流電網(wǎng)和電氣設備的額定電壓如表所示（見）。.電力線路的額定電壓電力線路的額定電壓等級是國家根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要及電力工業(yè)的水平，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟分析后確定的，它是確定各類用電設備額定電壓的基本依據(jù)。第十九頁，共64頁。.用電設備的額定電壓用電設備運行時，電力線路上要有負荷電流流過，因而在電力線路上引起電壓損耗，造成電力線路上各點電壓略有不同，如圖所示。但成批生產(chǎn)的用電設備，其額定電壓不可能按使用地點的實際電壓來制造，而只能按線路首端與末端的平均電壓即電力線路的額定電壓來制造。所以用電設備的額定電壓與同級電力線路的額定電壓是相等的。第二十頁，共64頁。.發(fā)電機的額定電壓由于同一等級電壓的線路允許電壓損耗為±％，即整個線路允許有％的電壓損耗，因此，為了維持線路首端與末端平均電壓的額定值，線路首端(電源端)電壓應比線路額定電壓高％，而發(fā)電機是接在線路首端的，所以規(guī)定發(fā)電機的額定電壓高于同級線路額定電壓％，用以補償線路上的電壓損耗，如圖所示。第二十一頁，共64頁。.電力變壓器的額定電壓（）變壓器一次繞組的額定電壓當變壓器直接與發(fā)電機相連，如圖中變壓器，則其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％；當變壓器不與發(fā)電機相連，而是連接在線路上，如圖中變壓器，則可將變壓器看做是線路上的用電設備，因此其一次繞組額定電壓應與線路額定電壓相同。第二十二頁，共64頁。（）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。變壓器在滿載運行時，二次繞組內(nèi)約有％的阻抗電壓降，因此分兩種情況討論。如果變壓器二次側(cè)供電線路很長(例如較大容量的高壓線路)，則變壓器二次繞組額定電壓一方面要考慮補償變壓器二次繞組本身％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的額定電壓％，以補償線路上的電壓損耗。第二十三頁，共64頁。如果變壓器二次側(cè)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)，則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的％，即僅考慮補償變壓器內(nèi)部％的阻抗電壓降，如圖中變壓器。綜上所述，在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)(發(fā)電機、變壓器、電力線路、用電設備)的額定電壓數(shù)值并不都相同。第二十四頁，共64頁。圖用電設備和發(fā)電機的額定電壓第二十五頁，共64頁。圖用電設備和發(fā)電機的額定電壓第二十六頁，共64頁。圖電力變壓器的額定電壓第二十七頁，共64頁。圖電力變壓器的額定電壓第二十八頁，共64頁。.供電質(zhì)量的主要指標（）電壓額定電壓是指用電設備處在最佳運行狀態(tài)的工作電壓。當施加于用電設備兩端的電壓與用電設備的額定電壓差別較大時，將對用電設備產(chǎn)生較大危害。對電動機而言，當電壓降低時，其轉(zhuǎn)矩急劇減小，使得轉(zhuǎn)速降低，甚至停轉(zhuǎn)，從而導致產(chǎn)生廢品，甚至引起重大事故。用電設備除對供電電壓的高低有要求之外，還要考慮供電電壓波形畸變的問題。供電質(zhì)量第二十九頁，共64頁。（）頻率我國采用的工業(yè)頻率(簡稱工頻)為。當電力網(wǎng)低于額定頻率運行時，所有電力用戶的電動機轉(zhuǎn)速都將相應降低，因而用戶將受到不同程度的影響。電力網(wǎng)頻率的變化對供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性影響很大，因而對頻率的要求比對電壓的要求更嚴格，頻率的變化范圍不應超過±。第三十頁，共64頁。.電壓偏移和電壓調(diào)整（）電壓偏移電壓偏移是指用電設備端電壓與用電設備額定電壓差值與的百分比，即Δ()×()電壓偏移是由于供電系統(tǒng)改變運行方式或電力負荷緩慢變化等因素引起的，其變化是相當緩慢的。第三十一頁，共64頁。（）電壓調(diào)整為了減小電壓偏移，保證用電設備在最佳狀態(tài)下運行，供電系統(tǒng)必須采取相應的電壓調(diào)整措施，即:①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，使之在負荷變動的情況下有效地調(diào)節(jié)電壓，保證用電設備端電壓的穩(wěn)定。②合理地減少供電系統(tǒng)的阻抗，以降低電壓損耗，從而縮小電壓偏移范圍。第三十二頁，共64頁。③盡量使系統(tǒng)的三相負荷均衡，以減小電壓偏移。④合理地改變供電系統(tǒng)的運行方式，以調(diào)整電壓偏移。⑤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。第三十三頁，共64頁。.高壓供電電壓的選擇供電系統(tǒng)的高壓配電電壓主要取決于當?shù)毓╇娤到y(tǒng)電源電壓及高壓用電設備的電壓和容量等因素。對于大型工廠和某些電力負荷較大的中型工廠，設備容量在～·、輸送電能距離在～的，可采用～電壓供電。對于中小型工廠，設備容量在～·、輸送電能距離在～的，可采用～電壓供電。電壓的選擇第三十四頁，共64頁。確定高壓供電電壓時，應對各種方案的技術(shù)和經(jīng)濟指標進行全面比較。表（見）列出了各級電壓線路合理的輸送功率和輸送距離。采用作為高壓供電電壓的用電單位，如果有的高壓用電設備(如高壓電機)，則可通過專用的變壓器單獨供電。第三十五頁，共64頁。.低壓配電電壓的選擇供電系統(tǒng)的低壓配電電壓主要取決于低壓用電設備的電壓，通常采用。其中線電壓接三相動力設備，相電壓供電給照明及其他的單相設備。對于容易發(fā)生觸電或有易燃易爆的個別部位，可考慮采用作為低壓配電電壓。對于一些有特殊要求的場所，應根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，局部采用安全電壓供電。第三十六頁，共64頁。電力系統(tǒng)中性點運行方式選擇電力系統(tǒng)中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、保護配置等有關(guān)，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器和發(fā)電機的運行安全以及對通信線路的干擾等。考慮到電力系統(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)中性點常采用不接地、經(jīng)消弧線圈接地、高電阻接地和直接接地等運行方式。電力系統(tǒng)中性點的運行方式第三十七頁，共64頁。.中性點不接地的電力系統(tǒng)中性點不接地方式即電力系統(tǒng)的中性點不與大地相接。電力系統(tǒng)中的三相導線之間和各相導線對地之間都存在著分布電容。設三相系統(tǒng)是對稱的，則各相對地均勻分布的電容可由集中電容表示，線間電容電流數(shù)值較小，可不考慮，如圖()所示。第三十八頁，共64頁。系統(tǒng)正常運行時，三個相電壓、、是對稱的，三相對地電容電流、、也是對稱的，其相量和為零，所以中性點沒有電流流過。各相對地電壓就是其相電壓，如圖()所示。當系統(tǒng)任何一相絕緣受到破壞而接地時，各相對地電壓、對地電容電流都要發(fā)生改變。當故障相(假定為第相)完全接地時，如圖()所示接地的第相對地電壓為零，即'，但線間電壓并沒有發(fā)生變化。第三十九頁，共64頁。非接地相第相對地電壓'()第相對地電壓'()即非接地兩相對地電壓均升高√倍，變?yōu)榫€電壓，如圖()所示。當?shù)谙嘟拥貢r，由于第、兩相對地電壓升高√倍，使得這兩相對地電容電流也相應地增大√倍，即第四十頁，共64頁。從圖()的相量圖可知，第相接地點接地電容電流為即中性點不接地系統(tǒng)單相接地電容電流為正常運行時每相對地電容電流的倍。從圖()的相量圖還可看出，系統(tǒng)的三個線電壓無論相位和量值均未發(fā)生變化，因此系統(tǒng)中所有用電設備仍可繼續(xù)運行。第四十一頁，共64頁。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地時有以下特點：①經(jīng)故障相流入故障點的電流為正常時本電壓等級每相對地電容電流的倍。②中性點對地電壓升高為相電壓。③非故障相的對地電壓升高為線電壓。④線電壓與正常時的相同。第四十二頁，共64頁。.中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)在中性點不接地系統(tǒng)中，當單相接地電流超過規(guī)定數(shù)值時電弧不能自行熄滅，一般采用經(jīng)消弧線圈接地措施來減小接地電流，使故障電弧自行熄滅，這種方式稱為中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，如圖所示。第四十三頁，共64頁。.中性點經(jīng)高電阻接地的電力系統(tǒng)當接地電容電流超過允許值時，也可采用中性點經(jīng)高電阻接地方式。此種接地方式和經(jīng)消弧線圈接地方式相比，改變了接地電流相位，加速泄放回路的殘余電荷，促使接地電弧自熄，從而降低弧光間歇接地過電壓，同時可提供足夠的電流和零序電壓，使接地保護可靠動作。一般用于大型發(fā)電機中性點或單相接地故障電容較少的（）配電系統(tǒng)中。這種方式適用于接地電容電流小于的場合。第四十四頁，共64頁。（）當發(fā)電機或變壓器（）繞組為接線時，其原理接線圖如圖所示。電阻通過接地變壓器接入中性點，將會使變壓器中性點接地電阻的一次值增加到原來倍，即′（）當變壓器（）繞組為△接線時，其原理接線圖如圖所示。第四十五頁，共64頁。.中性點直接接地的電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中采用中性點直接接地方式，就是把中性點直接和大地相接，這種方式可以防止中性點不接地系統(tǒng)中單相接地時產(chǎn)生的間歇電弧過電壓。中性點直接接地系統(tǒng)又稱為大電流接地系統(tǒng)，如圖所示。另外，還有中性點經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)。第四十六頁，共64頁。隨著我國現(xiàn)代化建設事業(yè)的發(fā)展，城市電網(wǎng)也正在向電纜化發(fā)展，、()電網(wǎng)的電容電流也在成比例增加。變壓器～側(cè)一般采用△接線，所以多數(shù)選用一臺形接線的所用變壓器中性點處接以低電阻。、()系統(tǒng)低電阻接地如圖所示。第四十七頁，共64頁。圖正常運行時中性點不接地的電力系統(tǒng)()電路圖；()相量圖第四十八頁，共64頁。圖正常運行時中性點不接地的電力系統(tǒng)()電路圖；()相量圖第四十九頁，共64頁。圖一相接地時的中性點不接地系統(tǒng)（）電路圖；（）相量圖第五十頁，共64頁。圖一相接地時的中性點不接地系統(tǒng)（）電路圖；（）相量圖第五十一頁，共64頁。圖一相接地時的中性點不接地系統(tǒng)（）電路圖；（）相量圖第五十二頁，共64頁。圖一相接地時的中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（）電路圖；（）相量圖第五十三頁，共64頁。圖()繞組為接線時，中性點經(jīng)高電阻接地原理圖第五十四頁，共64頁。圖()繞組為△接線時，中性點經(jīng)高電阻接地原理圖第五十五頁，共64頁。圖一相接地時的中性點直接接地系統(tǒng)第五十六頁，共64頁。圖()經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)第五十七頁，共64頁。我國的低壓配電系統(tǒng)通常采用三相四線制，即