工廠供電 第1章 概論

工廠供電劉介才編江陰職業(yè)技術(shù)學院工廠供電課程組2/2/20231目錄第一章概論第二章工廠電力負荷及其計算第三章短路電流及其計算第四章工廠變配電所及一次系統(tǒng)第五章工廠電力線路第六章工廠供電系統(tǒng)的過電流保護第七章供配電系統(tǒng)二次回路第八章防雷接地與電氣安全2/2/20232工廠供電本課程是：電氣自動化專業(yè)的主干專業(yè)課。學習本課程的任務(wù)是:掌握中小型工廠變、配、供電系統(tǒng)的基本理論知識及高壓電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理和性能，學習電氣主接線、廠用電接線的形式、特點和設(shè)計方法，學習二次繼電保護動作電流、動作時間的整定及線路過電流保護等知識。使學生深入了解一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的功能和作用，具備供配電線路運行、維護的能力，為學習后續(xù)專業(yè)課、強化職業(yè)技能、增強工作能力打下堅實的基礎(chǔ)。2/2/20233項目一：基本知識工廠供電的意義、要求及課程任務(wù)發(fā)電廠及自備用電源電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量電力系統(tǒng)中性點的運行方式及低壓配電系統(tǒng)接地型式項目二：供配電系統(tǒng)計算三相用電設(shè)備組計算負荷的確定電路電流和短路容量的計算2/2/20234項目三：一次主系統(tǒng)各種電氣設(shè)備及設(shè)備安裝變配電所所址的選擇變配電所的主接線圖電力線路包括：架空線路、電纜線路、車間線路項目四：二次系統(tǒng)過電流保護二次儀表及控制、信號回路二次接線和接線圖2/2/20235項目五：安全電流對人體的作用觸電急救過電壓與防雷電氣裝置的接地2/2/20236項目一：概論知識點：了解工廠供電系統(tǒng)的組成，掌握工廠供電的基本要求，掌握電力系統(tǒng)中性點的運行方式及高低壓配電系統(tǒng)的接地型式。2/2/20237工廠供電的意義、要求及課程任務(wù)工廠供電電能的供應電能的分配電能的重要性生產(chǎn)自動化后增加產(chǎn)量提高產(chǎn)品的質(zhì)量減輕勞動強度2/2/20238突然中斷供電對工業(yè)生產(chǎn)將造成嚴重后果!如:某些對供電可靠性要求很高的工廠,即使是極短時間的停電,也會引起重大設(shè)備損壞,或引起大量產(chǎn)品報廢,甚至可能發(fā)生重大的人身事故,給國家和人民帶來經(jīng)濟上甚至政治上的重大損失.2/2/20239突然中斷供電！2/2/202310停電！2/2/202311對工廠供電的基本要求安全可靠優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟2/2/202312一、工廠供電系統(tǒng)概況中小型工廠的電源進線電壓是6~10kV。電能先從高壓配電所集中，再由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所或由高壓配電線路直接供給高壓用電設(shè)備。一根線表示三相線路第2節(jié)工廠供電系統(tǒng)及發(fā)電廠、電力系統(tǒng)與工廠的自備用電源2/2/2023132、中型工廠供電系統(tǒng)的平面布線示意圖2/2/2023143、大型工廠總降壓變電所電源進線35KV及以上,經(jīng)過兩次降壓，也就是經(jīng)總降壓變電所，將35kV及以上電壓降為6～10KV的電壓，然后車間變電所降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓。2/2/2023154、高壓深入負荷中心的供電系統(tǒng)高壓深入負荷中心的直配方式，可以省去一級中間變壓，簡化了供電系統(tǒng)接線，節(jié)約投資和有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高了供電質(zhì)量。然而這要根據(jù)廠區(qū)的環(huán)境條件是否滿足35kV架空線路深入負荷中心的“安全走廊”要求而定，否則不宜采用。2/2/2023165、只設(shè)一個降壓變電所的供電系統(tǒng)對于小型工廠，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多一些，如果工廠所需容量不大于160kVA時，一般直接由公共低壓電網(wǎng)供電。經(jīng)過分析可知：配電所的任務(wù)是接受電能和分配電能，不改變電壓；而變電所的任務(wù)是接受電能、變換電壓和分配電能。2/2/202317二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)簡介由于電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用是同步實現(xiàn)的，因此需要對發(fā)電廠有些了解。發(fā)電廠——又稱發(fā)電站，是將自然界的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能的工廠。2/2/202318火力發(fā)電廠（一）發(fā)電廠2/2/202319水力發(fā)電廠2/2/202320核電站2/2/202321風力發(fā)電2/2/202322（二）電力系統(tǒng)將一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換電能傳輸電能分配電能利用發(fā)電變電輸電變配電用電2/2/202323送電過程：發(fā)電機→升壓→高壓輸電線路→降壓→配電.2/2/202324電力系統(tǒng)：由各級電壓的電力線路將發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。電網(wǎng)：電力系統(tǒng)中各級電壓的電力線路及其聯(lián)系的變電所，稱為電力網(wǎng)或電網(wǎng)。電網(wǎng)以電壓等級來區(qū)分，例如l0kV電網(wǎng)。2/2/2023252/2/202326三、工廠自備電源

對于工廠的重要負荷，一般要求在正常供電電源之外，設(shè)置應急自備電源。(一)柴油發(fā)電機組自備電源：操作簡便、起動迅速、效率較高。(二)交流不停電電源（UPS）：如圖所示，由整流器(UR)、逆變器(uV)和蓄電池組(GB)等三部分組成。2/2/202327第3節(jié)電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量

一、概述電力系統(tǒng)中的所有設(shè)備，都是在一定的電壓和頻率下工作的。*電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù)。一般交流電力設(shè)備的額定頻率為50Hz，工頻的額定偏差一般不得超過0.5Hz。頻率的調(diào)整主要依靠發(fā)電廠來調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。*對于工廠供電系統(tǒng)來說，提高電能質(zhì)量主要是提高電壓的質(zhì)量。*電壓偏差是指電氣設(shè)備的端電壓與額定電壓之差，通常以額定電壓的百分值來表示。*電壓波動是指電網(wǎng)電壓有效值的快速變動。2/2/202328二、三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓（一）電網(wǎng)（線路）的額定電壓分電網(wǎng)和用電設(shè)備發(fā)電機電力變壓器額定電／kV類額定電壓／kV額定電壓／kV一次繞組二次繞組低0.38O.400.380.40壓0.66O.690.660.6933.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,11高13.8,15.75,18，20,22,24,2613.8,15.75,18，20,22,24,26353538.5壓666672.51101101212202202423303303635005005502/2/202329（二）用電設(shè)備的額定電壓

用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定:與供電電網(wǎng)的額定電壓相同。2/2/202330（三）發(fā)電機的額定電壓

發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網(wǎng)的額定電壓高出5%，用于補償線路上的電壓損失。(四)電力變壓器的額定電壓

1.變壓器一次繞組的額定電壓

分兩種情況：①當變壓器直接與發(fā)電機相連時，高于電網(wǎng)額定電壓5%

②當變壓器直接與線路相連時，與供電線路電壓相同。變壓器T1的一次繞組與發(fā)電機直接相連，所以其一次繞組的額定電壓取發(fā)電機的額定電壓2/2/2023312.變壓器二次側(cè)額定電壓分兩種情況：①變壓器二次側(cè)供電線路較長，高于供電線路額定電壓10%。②變壓器二次側(cè)供電線路較短，或低壓線路時，高于供電電網(wǎng)額定電壓5%。當變壓器供電距離較短時，可以不考慮線路上的電壓損失，只需要補償滿載時變壓器繞組上的電壓損失即可。2/2/202332(五)電壓高低的劃分電力系統(tǒng)電壓高低的劃分,因著眼點不同而有不同的劃分方法.1.根據(jù)《電業(yè)安全工作規(guī)程》規(guī)定：低壓——指設(shè)備對地電壓在250V及以下者；高壓——指設(shè)備對地電壓在250V以上者。以上劃分是從人身安全方面著眼的。2.根據(jù)我國的一些設(shè)計、制造和安裝規(guī)程通常是以1000V為界限來劃分電壓高低壓。一般規(guī)定：低壓——指額定電壓在1000V（或1200V）以下者高壓——指額定電壓在1000V（或1200V）以上者。2/2/202333三、電壓偏差與電壓調(diào)整（一）電壓偏差的有關(guān)概念電壓偏差的含義：電壓偏差是指給定瞬間設(shè)備的端電壓U與設(shè)備額定電壓UN之差對額定電壓UN的百分比，即：2/2/202334為了滿足用電設(shè)備對電壓偏差的要求，供電系統(tǒng)必須采取相應的電壓調(diào)整措施:調(diào)壓型變壓器、減少系統(tǒng)阻抗、改變系統(tǒng)運行方式、三相負荷均衡、無功功率補償。

（二）電壓調(diào)整的措施2/2/202335四、電壓波動（一）電壓波動的有關(guān)概念1.電壓波動與閃變電壓波動是指電網(wǎng)電壓有效值(方均根值)的連續(xù)快速變動，2.電壓波動的產(chǎn)生與危害產(chǎn)生：負荷劇烈變化引起沖擊負荷。如電機起動、電焊機、電弧爐、軋鋼機。危害：使得設(shè)備無法正常工作。2/2/202336六、工廠供配電電壓的選擇

(一)工廠供電電壓的選擇主要取決于當?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓等級，同時要考慮工廠用電設(shè)備的電壓、容量和供電距離等因素。在同一輸輸送功率和輸送距離條件下，供電電壓越高，線路電流越小，使線路導線或電纜截面越小，可減少線路的初投資和有色金屬消耗量。2/2/202337低壓：

單相220V三相380V高壓：有10KV、35（66）KV、110KV、220KV。除發(fā)電廠直配電壓可采用3KV或6KV外，其他等級的電壓應逐步過渡到上述額定電壓。如果用戶需要的電壓等級不在上列范圍時，應自行采用變壓措施解決。用戶需要的電壓等級在110KV及以上時，其受電裝置應作為終端變電所設(shè)計，其方案需經(jīng)省電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)審批。2/2/202338（二）工廠高壓配電電壓的選擇采用的高壓配電電壓通常為10KV。如果工廠擁有相當數(shù)量的6KV用電設(shè)備，則可考慮采用6KV作為工廠的高壓配電電壓。如果當?shù)仉娋W(wǎng)供電電壓為35KV，而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用35KV架空線路和較經(jīng)濟的35KV電氣設(shè)備時，則可考慮采用35KV作為高壓配電電壓深入負荷中心的直配方式。2/2/202339工廠的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)備及額定電壓為380V的單相用電設(shè)備。相電壓220V接額定電壓為220V的照明燈具和其他單相用電設(shè)備。某些特殊場合宜采用660V甚至1140V作為低壓配電電壓。比如，礦井下，因負荷離變配電所較遠，線路損耗較大。（三）工廠低壓配電電壓的選擇2/2/202340之四：電力系統(tǒng)中性點運行方式

及低壓配電系統(tǒng)接地型式

一、電力系統(tǒng)的中性點運行方式在三相交流電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機和變壓器的中性點有三種運行方式：中性點直接接地——中性點不接地中性點經(jīng)消弧線圈接地大電流接地系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)2/2/202341（一）中性點不接地方式單相接地電流經(jīng)驗公式：2/2/2023422/2/202343（二）中性點經(jīng)消弧線圈接地正常運行：三相電壓、電流對稱消弧線圈單相接地：另兩相對地電壓升高為原來的根號3倍，減小了接地電流。在單相接地電容電流大于一定值的電力系統(tǒng)中，電源中性點必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。2/2/202344消弧線圈對電容電流的補償有三種方式：（1）全補償；（2）欠補償；（3）過補償。Why?在電力系統(tǒng)中一般不采用完全補償?shù)姆绞?，而采用過補償運行方式2/2/202345（三）中性點直接接地或低阻接地的電力系統(tǒng)

正常運行：三相電壓、電流對稱單相接地：另外兩相對地電壓不變，單相接地后即通過接地中性點形成單相短路。單相短路電流比線路的正常負荷電流大得多，因此，系統(tǒng)發(fā)生單相短路時保護裝置應動作于跳閘，切除短路故障。2/2/202346二、低壓配電系統(tǒng)的接地型式我國220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出有中性線（N），保護線（PE）或保護中性線（PEN）。中性線（N）的功能：一是用來接用額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備；二是用來傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流；三是減小負荷中性點的電位偏移。

保護線（PE）的功能：用來保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。保護中性線（PEN）的功能：兼有中性線和保護線的功能，這種保護中性線在我國通常叫“零線”，俗稱“地線