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)的中性點運行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式§1.4電力負荷及其分類教學目標

1了解電力系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)的基本知識和組成2掌握衡量供電質(zhì)量的主要指標理解電力系統(tǒng)的中性點運行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式4掌握電力負荷的分類及要求§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.供配電的四項基本要求：

安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟

3.供配電課程的主要任務(wù)

具備供配電設(shè)計、計算能力；管理、操作技能1.1.2電力系統(tǒng)圖1.1從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖1.1.2電力系統(tǒng)圖1.2電力系統(tǒng)簡圖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“單母線分段制”

3.用電設(shè)備按用途分類

§1.2電力系統(tǒng)的電壓和供電質(zhì)量1.1000V為界限來劃分高、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)電機的額定電壓國家標準教材表1.1

1.2.1電力系統(tǒng)的額定電壓1.電網(wǎng)（線路）的額定電壓電網(wǎng)(線路)的額定電壓只能選用國家規(guī)定的額定電壓。它是確定各類電氣設(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)定與同級電網(wǎng)的額定電壓相同

。

3.發(fā)電機的額定電壓由于用電設(shè)備的電壓偏差為±5%，而整個線路允許有10%的電壓損耗，這就要求線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)電機的額定電壓為線路額定電壓的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6kV用電設(shè)備的總?cè)萘枯^大，選用6kV經(jīng)濟合理時，宜采用6kV

工廠低壓配電電壓一般采用220/380V，其中線電壓380V接三相動力設(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)量的主要指標對工廠用戶而言，衡量供電質(zhì)量的主要指標是交流電的電壓和頻率

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

1.電壓質(zhì)量指標交流電壓質(zhì)量由電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動與閃變和電壓波形來衡量，主要包括電壓數(shù)值與波形兩個方面電壓質(zhì)量對各類用電設(shè)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用電設(shè)備在其額定電壓下工作，既能保證設(shè)備運行正常，又能獲得最大的經(jīng)濟效益

1）電壓偏差電壓偏差是由于系統(tǒng)運行方式改變及負荷緩慢變化而引起的，其變動相對緩慢按GB50052—1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范和條文說明》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)的三相負荷均衡，以減小電壓偏差合理改變供電系統(tǒng)的運行方式，以調(diào)整電壓偏差采用無功功率補償裝置，提高功率因數(shù)，降低電壓損耗，縮小電壓偏差范圍

3）電壓波動和閃變及其抑制-1電壓波動是由于負荷急劇變動引起的

電焊機、電弧爐和軋鋼機等沖擊性負荷，都會引起電網(wǎng)電壓波動

電壓波動會影響電動機的正常啟動，使同步電動機轉(zhuǎn)子振動，使計算機無法正常工作

電壓波動還會使照明燈發(fā)生明顯的閃爍現(xiàn)象。人眼對燈閃的主觀感覺就稱為“閃變”，電壓閃變對人眼有刺激作用，甚至使人無法正常工作和學習

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

（1）對大容量的沖擊性負荷采用專線或?qū)Ｓ米儔浩鞴╇?。簡便有效?）降低供電線路阻抗

（3）選用短路容量較大或電壓等級較高的電網(wǎng)供電

（4）采用“吸收”沖擊性無功功率的靜止補償裝置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機、電焊機、變壓器和感應(yīng)電爐等，都會產(chǎn)生高次諧波電流

最為嚴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）大容量非線性負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)量指標我國采用的工業(yè)頻率(簡稱“工頻”)為50Hz。電網(wǎng)低頻率運行時，所有用戶的交流電動機轉(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。

頻率的變化對電力系統(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要嚴格。國標規(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.供電可靠性指標供電可靠性是指供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力，它是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量的

停電分為故障停電和預(yù)安排停電兩大類，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)安排停電則分為計劃停電、臨時停電和限電三種情況

§1.3電力系統(tǒng)的中性點運行方式及低壓配電系統(tǒng)接地形式中性點運行方式的選擇主要取決于單相接地時電氣設(shè)備的絕緣要求及供電可靠性而對于低壓配電系統(tǒng)接地形式，則主要從國際電工委員會(IEC)的定義出發(fā)，依據(jù)電源中性點和用電設(shè)備外殼保護接地形式，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)的中性點運行方式電力系統(tǒng)的中性點是指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點

中性點的運行方式對電力系統(tǒng)的運行影響顯著。它主要取決于單相接地時電氣設(shè)備絕緣要求及對供電可靠性的要求同時還會影響電力系統(tǒng)二次側(cè)的繼電保護及監(jiān)測儀表的選擇與運行

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

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

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

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

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)中的所有設(shè)備仍可照常運行。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，損壞線路及其設(shè)備

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，可允許暫時繼續(xù)運行2h(小時)。但必須同時通過系統(tǒng)中裝設(shè)的單相接地保護或絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出報警信號或指示，以提醒運行值班人員注意，采取措施，查找和消除接地故障

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

2.中性點經(jīng)阻抗接地的電力系統(tǒng)

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

消弧線圈對電容電流的補償有三種方式：①全補償IL=IC；②欠補償IL＜IC；③過補償IL＞IC。實際上都采用過補償，以防止由全補償引起的電流諧振損壞設(shè)備，或欠補償由于部分線路斷開造成全補償

3.中性點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路的正常負荷電流要大許多倍，通常要使線路上的斷路器(開關(guān))自動跳閘或者使熔斷器熔斷，將短路故障部分切除，恢復(fù)其他無故障部分的系統(tǒng)正常運行中性點直接接地的系統(tǒng)在發(fā)生一相接地時，其他兩相對地電壓不會升高，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考慮，而不必按線電壓考慮。這對110kV以上的超高壓系統(tǒng)是很有經(jīng)濟技術(shù)價值的，因為高壓電器特別是超高壓電器的絕緣問題，是影響其設(shè)計和制造的關(guān)鍵問題。絕緣要求的降低，實際上就降低了高壓電器的造價

我國規(guī)定110kV以上的電力系統(tǒng)中性點均采取直接接地的運行方式

至于低壓配電系統(tǒng)，TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)均采取中性點直接接地的方式，而且引出有中性線或保護中性線，這除了便于接用單相負荷外，還考慮到安全保護的要求，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)定的供電線路符號和低壓配電系統(tǒng)概念

中性線(NeuralWire,N)三個功能保護線(ProtectiveWire，PE)保護接地線

保護中性線(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相接的保護系統(tǒng)，故TN系統(tǒng)又稱為“接零”保護系統(tǒng)

專用保護線PE不允許斷線，也不允許進入漏電開關(guān)

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

§1.4電力負荷及其分類電力用戶有各種不同用電設(shè)備，它們對供電的可靠性和供電的質(zhì)量要求差異很大，它們的工作時間長短及開停次數(shù)也不盡相同

按供電可靠性及工作制對用電設(shè)備或負荷分類，以滿足電力用戶對供電的基本要求，這對保證供電質(zhì)量具有重要意義

§1.4.1按供電可靠性要求的負荷分類《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：電力負荷根據(jù)其對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1.一級負荷

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

定義：在一級負荷中“特別重要的負荷”一級負荷要求由兩個獨立電源供電

“特別重要的負荷”還必須增設(shè)應(yīng)急電源

2.二級負荷

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

二級負荷要求由雙回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺當發(fā)生電力變壓器故障時不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電

3.三級負荷

定義：三級負荷為不重要的一般負荷。對一些非連續(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)品報廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負荷等均屬三級負荷

三級負荷對供電電源沒有特殊要求，一般由單回路電力線路供電

§1.4.2按工作制的負荷分類電力負荷按其工作制，即工作時間長短及開停次數(shù)，一般分為三類1.連續(xù)工作制負荷

定義：指長時間連續(xù)工作的用電設(shè)備，其特點是負荷比較穩(wěn)定，連續(xù)工作發(fā)熱使得設(shè)備達到熱平衡狀態(tài)，如通風機、水泵、空氣壓縮機、電機發(fā)電機組、電爐和照明燈等。這是各類用電設(shè)備的主體

2.短時工作制負荷

短時工作制負荷是指工作時間短、停歇時間長的用電設(shè)備。其運行特點為工作時其溫度達不到穩(wěn)定溫度，停歇時其溫度降低等于環(huán)境溫度。此類負荷在用電設(shè)備中所占比例很小，如閘門電動機、機床的橫梁升降電動機等

3.重復(fù)短時工作制負荷

重復(fù)短時工作制負荷是指時而工作、