供電第一章概論

第一章概論

教師:吳秋瑞

E-mail:wuqiurui@課程性質(zhì)及目的電氣工程及自動化、自動化專業(yè)學位課程。通過該課程的學習，使學生掌握有關(guān)供配電系統(tǒng)的計算和設(shè)計、照明設(shè)計、防雷等基本知識以及安全用電的相關(guān)常識，為以后的學習奠定良好基礎(chǔ)，并為未來從事相關(guān)領(lǐng)域的工作儲備技能。教學相長！課程內(nèi)容及要求熟悉工廠和建筑的供配電系統(tǒng)電力系統(tǒng)的組成發(fā)電廠變電站輸電線路電能用戶工廠供配電系統(tǒng)工廠供配電電壓額定電壓供配電電壓的選擇供電質(zhì)量的主要指標電壓頻率供電可靠性課程內(nèi)容及要求電力負荷計算負荷曲線負荷計算方法需要系數(shù)法二項式法無功補償無功補償意義無功補償方法無功補償計算課程內(nèi)容及要求短路電流計算短路故障類型三相短路單相接地短路兩相短路兩相接地短路短路電流計算方法標幺值法有名值法兩相短路電流計算課程內(nèi)容及要求配電線路選擇10KV及以下室外配電線路室內(nèi)線路敷設(shè)線路敷設(shè)方式線路截面選擇課程內(nèi)容及要求繼電保護及自動裝置繼電保護原理繼電保護裝置繼電保護類型三段式過電流保護距離保護過電壓保護差動保護課程內(nèi)容及要求繼電保護及自動裝置繼電保護原理繼電保護裝置繼電保護類型三段式過電流保護距離保護過電壓保護差動保護課程內(nèi)容及要求電氣照明基本術(shù)語照度亮度色溫照明方式及種類光源與燈具照度選擇照明節(jié)能課程內(nèi)容及要求防雷雷電形成及其特性建筑物防雷裝置的組成民用建筑物防雷分級及防雷措施防雷計算供電系統(tǒng)的接地與安全學習要求按時上下課，嚴格考勤制度；課堂認真聽講，不做與上課無關(guān)的事情（比如玩弄手機等）；獨立完成作業(yè)，就學習過程中遇到的問題與任課老師及時溝通交流。教學用參考書唐定曾.《建筑電氣技術(shù)》.機械工業(yè)出版社，劉介才.《工廠供電》.機械工業(yè)出版社，1991雍靜.《建筑供配電》.機械工業(yè)出版社蘇文成.《工廠供電》.機械工業(yè)出版社國家設(shè)計規(guī)范：《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》計劃出版社《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》計劃出版社《10kV變電所設(shè)計規(guī)范》計劃出版社第一節(jié)工廠供電的意義、要求及課程任務(wù)工廠供電（plantpowersupply)：指工廠所需電能的供應(yīng)和分配。意義：電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能在人民生活中占據(jù)了舉足輕重的地位。

要求：安全可靠優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟

此外，還要考慮發(fā)展。第二節(jié)工廠供電系統(tǒng)及發(fā)電廠、電力系統(tǒng)和自備電源一、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)：是指由發(fā)電廠、變電站、電力網(wǎng)以及用電設(shè)備所組成的統(tǒng)一整體。包括：

電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、分配、輸送以及使用五個環(huán)節(jié)。

圖1.1電力系統(tǒng)示意圖

一切大規(guī)?，F(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和人民生活都需要電能。電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)，但發(fā)電廠往往距離城市和工業(yè)中心很遠，這就需要將電能經(jīng)過線路輸送到城市或工業(yè)企業(yè)。為了減少輸電時的電能損耗，輸送電能時要升壓，采用高壓輸電線路將電能輸送給用戶，同時為了滿足用戶對電壓的要求，輸送到用戶之后還要經(jīng)過降壓，而且還要合理地將電能分配到用戶或生產(chǎn)車間的各個用電設(shè)備。為了提高供電的可靠性和經(jīng)濟性，將各發(fā)電廠通過電力網(wǎng)連接起來，并聯(lián)運行，組成龐大的聯(lián)合動力系統(tǒng)。將各種類型發(fā)電廠中的發(fā)電機、升壓降壓變壓器、輸電線路以及各種用電設(shè)備組聯(lián)系在一起構(gòu)成的統(tǒng)一的整體就是電力系統(tǒng)，用以實現(xiàn)完整的發(fā)電、輸電、變電、配電和用電。從發(fā)電廠到用戶的送電過程圖1.2從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖

電能的生產(chǎn)供用電環(huán)節(jié)變壓輸配電使用二、發(fā)電廠

發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的工廠。它把其它形式的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能、原子核能、風能、太陽能、地熱、潮汐能等等，通過發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能。我國以火電發(fā)電為主，其次是水電和原子能發(fā)電。

火力發(fā)電廠水力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠發(fā)電廠火力發(fā)電廠是指用煤、油、天然氣等為燃料的發(fā)電廠。將燃料燃燒加熱鍋爐中的水，利用高溫高壓的水蒸氣推動汽輪機，帶動與它聯(lián)軸的發(fā)電機發(fā)電。水力發(fā)電廠是把水的位能和動能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電廠。主要可分為堤壩式和引水式水力發(fā)電廠。

原子能發(fā)電廠又稱核電站，是利用核裂變能量轉(zhuǎn)化為熱能，再按火力發(fā)電廠方式利用原子核反應(yīng)堆發(fā)電。張發(fā)口發(fā)電總廠水力發(fā)電廠秦山核電站三、電力網(wǎng)

電力系統(tǒng)中各級電壓的電力線路及與其連接的變電所，總稱為電力網(wǎng)，簡稱電網(wǎng)。電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一部分，是輸電線路和配電線路的統(tǒng)稱，是輸送電能和分配電能的通道。電網(wǎng)由各種不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)類型的線路組成，從電壓的高低可將電力網(wǎng)分為低壓網(wǎng)、中壓網(wǎng)、高壓網(wǎng)和超高壓網(wǎng)等。電壓在1kV以下的，220V，380V1kV到10kV的，6kV，10kV高于10kV低于330kV，35kV，110kV，220kV330kV及以上的，330kV，500kV電網(wǎng)按電壓高低和供電范圍大小可分為區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域電網(wǎng)的供電范圍大，電壓一般在220kV及以上；地方電網(wǎng)地方電網(wǎng)的供電范圍小，電壓一般為35～110kV。電網(wǎng)也往往按電壓等級來稱呼，如說10kV電網(wǎng)或10kV系統(tǒng)，就是指相互連接的整個10kV電壓的電力線路。根據(jù)供電地區(qū)的不同有時也將電網(wǎng)稱為城市電網(wǎng)和農(nóng)電網(wǎng)。在我國，主要的大型電網(wǎng)有華北電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、西北電網(wǎng)等。大同-房山500kV輸電線路房山-昌平緊湊型輸電線路第三節(jié)

電力系統(tǒng)的電壓和電能質(zhì)量電網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓交流發(fā)電機額定線電壓變壓器額定電壓一次電壓二次電壓0.220.383610-35601101542203305000.230.403.156.310.515.75-------0.220.383及3.156及6.310及10.515.7535601101542203305000.230.403.15及3.36.3及6.610.5及11-38.566121169242363525表1.1我國交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓（kV）如何理解?一、額定電壓的國家標準

電網(wǎng)的額定電壓：是國家根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要和電力工業(yè)的水平，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟分析確定的。它是確定各類電力設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。線路首末端的電壓平均值應(yīng)等于線路的額定電壓。

-5%G~5%UN線路首端線路末端指能使電氣設(shè)備長期運行的最經(jīng)濟的電壓用電設(shè)備的額定電壓由于線路運行時要產(chǎn)生電壓降，所以線路上的各點電壓是不同的，所以，批量生產(chǎn)的用電設(shè)備，其額定電壓不可能按使用處的線路電壓來制造，所以，人們規(guī)定設(shè)備的額定電壓，其值為線路首段和末端的平均電壓，即電網(wǎng)的額定電壓UN(votagenominal)，并且用電設(shè)備的電壓有一定的可調(diào)范圍，這樣，用電設(shè)備就可以安全的在線路上使用了?？傊?，

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓是一致的。發(fā)電機的額定電壓由于電力線路運行時的允許偏差為±5%

，這樣整個線路上允許有10%的電壓損耗，因此為了維持線路的平均電壓額定值，線路首端的電壓要比額定電壓高5%，所以，發(fā)電機的額定電壓要高于同級電網(wǎng)額定電壓的5%。電力變壓器的額定電壓一次線圈：當變壓器直接與發(fā)電機相連時，其一次繞組的額定電壓與發(fā)電機的額定電壓相同，即高出同級電網(wǎng)額定電壓5%。當變壓器直接與電網(wǎng)相連時，其一次繞組的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓相同，即等于同級電網(wǎng)額定電壓。二次線圈：所供線路較長時，

高出電網(wǎng)額定電壓10%。所供線路較短時，高出電網(wǎng)額定電壓5%。作業(yè):5%跟10%是怎么確定的?MT1T2UN+5%+10%±0%+5%G~圖1.6電力變壓器的額定電壓

用電設(shè)備、發(fā)電機、變壓器的額定電壓取值示例

思考：各變壓器兩端的電壓分別是多少？用電設(shè)備額定電壓1.1UN2UN21.1UN3UN31.05Ur供電線路上的電壓變化示意圖二、電能質(zhì)量電壓偏移定義用電設(shè)備的實際端電壓偏離其額定電壓的百分數(shù)。原因是系統(tǒng)滯后的無功負荷所引起的系統(tǒng)電壓損失。

對感應(yīng)電動機的影響對同步電動機的影響對電光源的影響對設(shè)備運行的影響電壓偏差允許范圍：一般電動機為±5％。電梯電動機為±7％。照明在一般工作場所為±5％；在視覺要求較高的室內(nèi)場所為+5％、-2.5％；對于遠離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時，可以為+5％、-10％；應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明為+5％、-10％。其他用電設(shè)備當無特殊規(guī)定時為±5％。常用電氣設(shè)備允許的電壓偏移正確選擇變壓器的變壓比和電壓分接頭合理選擇導線截面，合理減小線路阻抗合理改變系統(tǒng)的運行方式盡量使三相負荷平衡采用無功補償裝置改善方法定義：是指電壓在短時間內(nèi)的快速變動情況，通常以電壓幅度波動值和波動頻率來衡量電壓波動的程度。波動的幅值為:國家規(guī)定電壓波動的范圍在-5%—+5%。電壓波動用電設(shè)備端電壓的最大波動值，KV用電設(shè)備端電壓的最小波動值，KV抑制或減小電壓波動的措施：合理的供電方式：給負載變化劇烈的電氣設(shè)備以專線單獨供電，一個大工廠不會是僅由一條線路供電，利用其中一條線路給劇烈變化的負載，此線路還可以作為工廠中其他負載的備用電源。提高供電電壓：電壓降百分率與電網(wǎng)額定電壓的平方成反比，所以，提高供電電壓無疑會對抑制電網(wǎng)波動電壓值起到良好的效果。負荷急劇的波動造成供配電系統(tǒng)瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。

電壓閃變輸出電壓有效值高于額定值110%，而且持續(xù)時間達一個或數(shù)個周期。原因：主要是由于電網(wǎng)上連接的大型設(shè)備關(guān)機時，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。電涌(powersurges)指峰值達到6000v,持續(xù)時間從萬分之一秒到二分之一周期（10ms)的電壓。原因：雷擊、電弧放電、靜電放電、或大型設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。1、電涌：電網(wǎng)突然減載時，輸出電壓會在一瞬間產(chǎn)生電壓升高的現(xiàn)象。一般以超出額定電壓110％且持續(xù)時間高于一個電力傳輸周期(20ms)作為標準。高壓尖脈沖（highvoltagespikes)類似于高壓尖脈沖，但峰值電壓高達20000伏，持續(xù)時間為0.001-0.1ms的脈沖電壓現(xiàn)象。原因：其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖，只是在解決辦法上有區(qū)別。暫態(tài)電壓(switchingtransients)電網(wǎng)突然加載時，輸出電壓一瞬間產(chǎn)生電壓降低的現(xiàn)象。一般持續(xù)時間是一個周期以上。

原因：主要是由于電網(wǎng)上連接的大型設(shè)備啟動時，大型設(shè)備投入都有可能造成這個問題。電壓下陷(powersags)電聲設(shè)備接入或電波輻射或電氣風暴時，射頻或者電磁或其他高頻物體對于電線的傳輸通道產(chǎn)生的電線聲波干擾現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：馬達的運行，繼電器動作，廣播發(fā)射，微波輻射，電氣風暴等都會引起電線噪聲干擾。電線噪聲(electricallinenoise)持續(xù)低電壓：電網(wǎng)高負載持續(xù)運行時，較長時間內(nèi)市電電壓有效值低于額定電壓的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：大型設(shè)備啟動，主電力線切換，啟動大型電機、線路過載等。持續(xù)低電壓(brownout)當網(wǎng)絡(luò)電壓波形中出現(xiàn)諧波（有時為非諧波）時網(wǎng)絡(luò)電壓波形就要發(fā)生畸變。諧波干擾是由于非線性系統(tǒng)引起的。它產(chǎn)生出不同于網(wǎng)絡(luò)頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。（1）n次諧波電壓、電流含有率正弦波形畸變率電壓、電流總諧波畸變率n次諧波電壓的方均根值，kVn次諧波電流的方均根值，A基波電流（50Hz）的方均根值，A基波電壓（50Hz）的方均根值，kV諧波電壓的總平均畸變系數(shù)諧波電壓的總平均畸變系數(shù)n次諧波電壓的方均根值，kV變化時間，△t＝3s；定義頻率偏差是指供電的實際頻率與電網(wǎng)的標準頻率的差值。 我國電網(wǎng)的標準頻率為50Hz，又叫工頻。偏差允許值頻率偏差一般不超過

0.25Hz。當電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過

0.2Hz。調(diào)整調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機有功功率。

頻率偏差在三相供電系統(tǒng)中，如果三相的電壓或電流幅紙或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位差不為120度，則稱此三相電壓或電流不平衡（unbalance)。

三相不平衡及其改善三相感應(yīng)電動機：負序電壓將產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩。變壓器

：容量得不到充分利用產(chǎn)生原因危害三相負荷不平衡使三相平衡。不平衡負荷分散連接將不平衡負荷接入上一級電網(wǎng)采用平衡裝置

改善措施（1）影響配電電壓的因素：地區(qū)供電電源的電壓用電設(shè)備的總?cè)萘坑秒娫O(shè)備的特征供電距離供電線路的回路數(shù)量用電單位的遠景規(guī)劃當?shù)毓搽娋W(wǎng)現(xiàn)狀和它的發(fā)展規(guī)劃經(jīng)濟合理因素選擇電壓的一般原則三、供配電電壓的選擇

（2）供電方式：用電設(shè)備容量在250kW或需要變壓器容量在160kVA以上者，應(yīng)以高壓方式供電；用電設(shè)備容量在250kW或需要變壓器容量在160kVA以下者，應(yīng)以低壓方式供電，特殊情況下也可以高壓方式供電。三相交流系統(tǒng)中，三相視在功率線電壓線電流思考：當輸送功率一定時，提高電壓會有哪些影響？當輸送功率一定時，提高電壓的影響：電流減小，線路、電氣設(shè)備等的載流部分所需的截面積就越小，有色金屬投資也就越小；由于電流小，傳輸線路上的功率損耗和電壓損失也較??；電壓越高，對絕緣的要求則越高，變壓器、開關(guān)等設(shè)備以及線路的絕緣投資也就越大；對應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離都有一個最為經(jīng)濟、合理的輸電電壓。線路電壓(kV)輸送功率(kW)輸送距離(km)0.38361035110220

100以下100-1000100-1200200-20002000-1000010000-50000100000-500000

0.61-34-156-2020-5050-150100-300

表1.2常用各級電壓的經(jīng)濟輸送容量與輸送距離與額定電壓等級相適應(yīng)的輸送功率及輸送距離工廠供電電壓的選擇對于一般沒有高壓用電設(shè)備的小型工廠，設(shè)備容量在100kW以下，輸送距離在600m以內(nèi)，可選用380/220V電壓供電。對于中小型工廠，設(shè)備容量在100～2000kW，輸送距離在4～20km以內(nèi)的，可采用6～10kV電壓供電。對于中大型工廠，設(shè)備容量在2000～50000kW，輸送距離在20～150km以內(nèi)的，可采用35～110kV電壓供電。工廠配電電壓的選擇工廠的高壓配電電壓一般選用6～10kV。10kV作為高壓配電電壓。如工廠供電電源的電壓就是6kV，或工廠使用的6kV電動機多且分散，可采用6kV的配電電壓。工廠的低壓配電電壓，一般采用380/220V。380V為三相配電電壓，供電給三相用電設(shè)備及380V單相用電設(shè)備。220V作為單相配電電壓，供電給一般照明燈具及220V單相用電設(shè)備。礦山及化工等部門也有采用660V配電電壓的。第四節(jié)

電力系統(tǒng)的中性點運行方式及低壓配電系統(tǒng)的接地形式一、電力系統(tǒng)的中性點運行方式

在電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機和變壓器中性點有三種運行方式（1）中性點不接地；（2）中性點經(jīng)阻抗接地；（3）中性點直接接地。前兩種合稱為小接