礦山供電專業(yè)講義

內(nèi)容提要：本章介紹了用戶供電系統(tǒng)的電力負荷與負荷計算，介紹了供電電壓以及電源的選擇，還介紹了配電系統(tǒng)的設計，最后簡單介紹了供電系統(tǒng)的電能節(jié)約與電能質量控制。第2章用戶供電系統(tǒng)第2章用戶供電系統(tǒng)第一節(jié)電力負荷與負荷計算第二節(jié)供電電壓與電源的選擇第三節(jié)用戶變電所第四節(jié)變電所的電氣主接線第五節(jié)變電所的二次接線第六節(jié)高低壓配電網(wǎng)第七節(jié)用戶供電系統(tǒng)的電能損耗與節(jié)約第八節(jié)供電系統(tǒng)的方案比較第一節(jié)電力負荷與負荷計算

一、關于負荷的基本概念

a)連續(xù)運行工作制

b)短期運行工作制

c)斷續(xù)周期工作制1.設備安裝容量設備安裝容量PN（亦稱設備功率）是指連續(xù)工作的用電設備銘牌上的標稱功率PE。但是，用電設備往往因工作性質不同而具有不同的運行工作制，這時，從供電安全和經(jīng)濟性兩方面來考慮，應按設備銘牌功率予以折算。連續(xù)運行工作制短期運行工作制斷續(xù)周期工作制能長期連續(xù)運行，每次連續(xù)工作時間超過8小時，運行時負荷比較穩(wěn)定。在計算其設備容量時，直接查取其銘牌上的額定容量。這類設備的工作時間較短，停歇時間較長。在計算其設備容量時，直接查取其銘牌上的額定容量。這類設備的工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復，且工作時間與停歇時間有一定比例。2.負荷與負荷曲線電力負荷是指單臺用電設備或一組用電設備從電源取用的電功率，包括有功功率、無功功率和視在功率。在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)過程的變化或用電設備使用上的隨機性，實際負荷都是隨著時間而變化的。電力負荷隨時間變化的曲線稱為負荷曲線。圖2-1日負荷曲線與年負荷曲線a)日有功負荷曲線b)年有功負荷曲線3.平均負荷、最大負荷、有效負荷與計算負荷

（1）平均負荷Pav

平均負荷是指電力負荷在一段時間內(nèi)的平均值。電力用戶的年平均負荷Pav可由年電能消耗量與年工作時間之比來計算：

（2）最大負荷Pmax

最大負荷是指一年中典型日負荷曲線（全年至少出現(xiàn)3次的最大負荷工作班內(nèi)的負荷曲線）中的最大負荷，即30min內(nèi)消耗電能最大時的平均負荷，記作Pmax或P30。（3）有效負荷Pe

有效負荷是指由典型工作班負荷曲線（工作班時間為T）按下式計算所得的有效值：

（4）計算負荷Pc電力用戶的實際負荷并不等于用戶中所有用電設備額定功率之和，這是因為：1）并非所有設備都同時投入工作。2）并非所有設備都能工作于額定狀態(tài)。3）并非所有設備的功率因數(shù)都相同。4）還應考慮用電設備的效率與配電設備的功率損耗。因此，在用戶供電系統(tǒng)設計中，必須首先找出這些用電設備的等效負荷。所謂等效是指用電設備在實際運行中對配電設備所產(chǎn)生的最大熱效應與等效負荷產(chǎn)生的熱效應相等，或實際負荷產(chǎn)生的最大溫升與等效負荷產(chǎn)生的溫升相等。從等效的含義上講，前述“半小時最大平均負荷”就是等效負荷。等效負荷可以作為供電系統(tǒng)設計和電氣設備選擇的依據(jù)。在供電系統(tǒng)設計中，將等效負荷稱為計算負荷Pc。4.負荷系數(shù)、利用系數(shù)、需要系數(shù)與形狀系數(shù)（1）負荷系數(shù)負荷系數(shù)是指平均負荷與最大負荷之比，它反映了負荷的平穩(wěn)程度。負荷系數(shù)常分為有功負荷系數(shù)和無功負荷系數(shù)：

（2）利用系數(shù)利用系數(shù)是針對用電設備組而言的。利用系數(shù)Kx定義為用電設備組在最大負荷工作班內(nèi)消耗的平均負荷Pav與該設備組的總安裝容量PN之比，即

（3）需要系數(shù)需要系數(shù)也是針對用電設備組而言的。需要系數(shù)Kd定義為用電設備組的最大負荷Pmax（或P30）與該設備組的總安裝容量PN之比，即（4）形狀系數(shù)形狀系數(shù)也是針對用電設備組或用戶整體而言的。形狀系數(shù)Kz定義為有效負荷Pe與平均負荷Pav之比，即

5.年最大負荷利用小時數(shù)Tmax年最大負荷利用小時數(shù)Tmax是這樣一個假想時間：電力負荷按照最大負荷Pmax持續(xù)運行Tmax時間所消耗的電能恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能Wa。如圖2-2所示,年最大負荷Pmax延伸到Tmax的橫線與兩坐標軸所包圍的矩形面積，恰好等于年負荷曲線與兩坐標軸所包圍的面積，即全年實際消耗的電能Wa，因此年最大負荷利用小時數(shù)為二、負荷的估算

1.單位產(chǎn)品耗電量法若已知某企業(yè)的產(chǎn)品和產(chǎn)量，查表可得該產(chǎn)品的單位產(chǎn)品耗電量ω和該類工廠的年最大負荷利用小時數(shù)Tmax，進而按下式求出企業(yè)年電能需要量Wa和計算負荷Pc。2.負荷密度法已知建筑面積A(m2)，并查表得到同類建筑的負荷密度指標(W/m2)，則計算負荷Pc可按下式求得：3.形狀系數(shù)法1）將用電設備分組，求出各用電設備組的總安裝容量.2）查出各用電設備組的利用系數(shù)及對應的功率因數(shù)，計算平均負荷：3）根據(jù)負荷的平穩(wěn)程度，適當選擇形狀系數(shù)Kz的值（一般情況下可取Kz=1.15），按下式估計計算負荷：三、負荷的計算

考慮到設備可能在額定工況下運行，單臺用電設備的計算負荷就取設備的安裝容量。考慮到電動機的運行效率，單臺電動機的計算負荷Pc.M應按下式計算：

1．單臺用電設備的計算負荷當計算配電干線（譬如，第j條）上的計算負荷時，首先將用電設備分組，求出各組用電設備的總安裝容量PN.i，然后查表得到各組用電設備的需要系數(shù)kd.i及對應的功率因數(shù)cosi和功率因數(shù)正切值tani，則對于設備臺數(shù)為3臺及以下的用電設備組，其計算負荷應取各設備功率之和；4臺用電設備的計算負荷宜取設備功率之和乘以0.9的系數(shù)。2．用電設備組的計算負荷車間或全廠的負荷計算以車間內(nèi)用電設備組或配電干線的計算負荷為基礎，從負荷端逐級向電源端計算，而且需要在各級配電點乘以同期系數(shù)K，即3．車間或全廠的計算負荷求出變壓器低壓側總計算負荷后，變壓器高壓側的計算負荷等于低壓側計算負荷與變壓器功率損耗之和。在初步設計時，變壓器的功率損耗可按下式近似估算4．單相用電設備計算負荷的確定當單相用電設備的總容量小于三相設備總容量的15％時，不論單相設備如何分配，均可直接按三相平衡負荷計算；若單相用電設備的總容量大于三相用電設備總容量的15％時，則需將其換算成三相等效負荷后，再參與負荷計算。單相用電設備換算為三相等效設備容量的方法如下：1）單相設備接于相電壓時，將三相線路中單相用電設備容量最大的一相乘以3作為三相等效設備容量。2）單相設備接于線電壓時，首先應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量，然后再分相計算各相的設備容量，取最大負荷相的設備容量的3倍來作為等效的三相負荷容量。接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量時，換算公式如下：1．工廠的功率因數(shù)分類和計算

瞬時功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負荷時功率因數(shù)自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指運行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時刻的功率因數(shù)值

P——功率表測出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測出的線電流讀數(shù)。指某一規(guī)定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值指配電系統(tǒng)運行在年最大負荷時（計算負荷）的功率因數(shù)WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無功電度表讀數(shù)。

P30——工廠的有功計算負荷；S30——工廠的視在計算負荷。

指用電設備或工廠在沒有安裝人工補償裝置時的功率因數(shù)指用電設備或工廠設置了人工補償后的功率因數(shù)四、功率因數(shù)及其提高

2．功率因數(shù)的提高

高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負荷調(diào)壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)應達到0.9以上，其他用戶功率因數(shù)應在0.85以上。人工補償無功功率提高自然功率因數(shù)提高功率因數(shù)3．補償容量和補償后計算負荷的計算

（1）補償容量的計算(2)補償后計算負荷的計算

確定電容器的個數(shù)

補償后總的無功計算負荷為

補償后的視在計算負荷為

五、供電系統(tǒng)負荷計算示例

某用戶供電系統(tǒng)結構和負荷數(shù)據(jù)如圖2-4所示，按照需要系數(shù)法，各級負荷計算如下。例圖2-4負荷計算示例圖解(1)通風機通風機：PN=29kW，查表得Kd＝0.85和tan=0.75，于是（2）高頻加熱設備高頻加熱設備：PN=80kW，查表得Kd=0.6和tan=1.02，于是（3）機加工車間冷加工機床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73；熱加工機床：PN=92kW，查表得Kd=0.25和tan=1.33；于是1.用電設備組的負荷計算（4）點焊機點焊機：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是取1＃變電所各組負荷的同期系數(shù)為：K

=0.90，于是2.1＃變電所低壓側計算負荷采用電容器分組自動投切的低壓集中補償方式，設補償后功率因數(shù)為cos=0.93，則補償后變壓器低壓側計算負荷為108kW+j30kvar，Sc=112kVA。1＃變電所變壓器損耗按下式估算：1＃變電所高壓側計算負荷為：3.低壓集中補償容量的計算4.變電所高壓側計算負荷取全廠負荷的同期系數(shù)為：K

=0.90，于是5.全廠總計算負荷第二節(jié)供電電壓與電源的選擇

一、線路電壓損失由于線路存在阻抗，當輸送一定負荷時，線路首末端將存在電壓之差。圖2-5電壓損失計算示意圖a)電路圖b)相量圖二、電壓與負荷容量和輸送距離的關系由于受導線截面的限制和線路電壓損失的要求，每一標稱電壓下線路的輸電能力是有限的。1)通常用戶供電系統(tǒng)所用的導線最大標稱截面為240mm2，其承載電流的能力限制了某一電壓下輸送功率的大小。對截面為A的導線，設在滿足經(jīng)濟性條件下其可承載的最大電流為Imax，則其可輸送的最大功率為2)按線路電壓損失要求(一般不應大于5％)，在額定電壓UN下，對某一截面導線的負荷矩限制如下：三、電壓的選擇用戶供電系統(tǒng)的電壓等級應符合電力系統(tǒng)的額定電壓。由于用戶負荷相對較小、供電距離較短，故從安全和經(jīng)濟的角度考慮，用戶供電系統(tǒng)的電壓等級一般在35kV及以下1．供電電壓的選擇供電電壓的選擇應根據(jù)用電容量和供電距離參照表2-6并考慮當?shù)仉娋W(wǎng)現(xiàn)狀、用戶的用電負荷性質及未來發(fā)展規(guī)劃等因素綜合而定。一般用戶的供電電壓為6~10kV，大中型工業(yè)企業(yè)的供電電壓可為35kV。對于個別電力用戶，當用電負荷很大、輸電距離長且有大功率沖擊性負荷(如電弧煉鋼爐、軋鋼設備及大型整流裝置等)時，在技術經(jīng)濟合理的條件下，可考慮采用更高一級電壓供電。2．高壓配電電壓的選擇用戶供電系統(tǒng)的高壓配電電壓一般采用6~10kV。由于lOkV技術經(jīng)濟指標好，如供電系統(tǒng)能耗和有色金屬耗量均較小，因而高壓配電電壓應首選lOkV。當用戶有多臺6kV用電設備、且容量較大、在技術經(jīng)濟上合理時，才采用6kV。當用戶有少量3kV電動機時，可用10(6)／3kV專用變壓器供電。3．低壓配電電壓的選擇

1000V以下的電壓，除非因為安全所規(guī)定的特殊電壓外，對于供給用戶直接使用的交流動力及照明電壓，我國是380／220V。對于礦山和油田等特殊場合，由于負荷分散，供電距離長，為了保證電壓質量，動力用電可采用660／380V或1140/660V。四、電源的選擇由于生產(chǎn)性質或使用場合的不同，不同用戶或同一用戶內(nèi)的不同設備對供電可靠性的要求是不同的?？煽啃约锤鶕?jù)用電負荷的性質和突然中斷其供電在政治或經(jīng)濟上造成損失或影響的程度對用電設備提出的不允許中斷供電的要求。供電電源首先應滿足用電負荷的特定要求。1．負荷等級按照用電負荷對供電可靠性的要求，即中斷供電對人身生命、生產(chǎn)安全造成的危害及對經(jīng)濟影響的程度，用電負荷分為下列三級：

(1)一級負荷（關鍵負荷）突然停電將關乎人身生命安全，或在經(jīng)濟上造成重大損失，或在政治上造成重大不良影響者。(2)二級負荷（重要負荷）突然停電將在經(jīng)濟上造成較大損失，或在政治上造成不良影響者。(3)三級負荷（一般負荷）不屬于一級和二級負荷者。2．電源及其選擇電力用戶可由多種電源供電，以滿足不同設備對電力和供電可靠性的需要。直接來自電力系統(tǒng)的電源是絕大多數(shù)電力用戶的主要電能來源，它為用戶提供了滿足長期穩(wěn)定持續(xù)供電需要的大宗電能，屬于正常電源。除正常電源外，用戶根據(jù)需要可以設置一些應急電源，以備正常電源故障中斷時的急需之用。譬如，獨立于正常電源的備用發(fā)電機組、獨立于正常電源的備用饋電線路、蓄電池組、不間斷電源（UPS）等。各級用電負荷的供電電源和供電方式，應根據(jù)負荷對供電可靠性的要求和地區(qū)供電條件，按下列原則考慮確定：（1）一級負荷應由兩個獨立電源供電，有特殊要求的一級負荷，兩個獨立電源應來自兩個不同的地點。兩個供電電源應在設備的控制箱內(nèi)實現(xiàn)自動切換，切換時間應滿足設備允許中斷供電的要求。除正常電源外，還需增設應急電源。（2）二級負荷應由兩回線路供電，并可在配電裝置內(nèi)實現(xiàn)切換，當一回線路故障時，應不影響另一回線路供電。當負荷較小或取得兩回線路有困難時，可由一回專用線路供電。小容量負荷可以采用一路電源加不間斷電源，或一路電源加設備自帶的蓄電池組在末端實現(xiàn)切換。（3）三級負荷對供電方式無特殊要求，但在不增加投資或經(jīng)濟允許的情況下，也應盡量提高供電可靠性。第三節(jié)用戶變電所用戶變電所是用戶供電系統(tǒng)的主要組成部分，它向用戶分配電能并進行控制，其組成結構如圖2-7所示。圖2-7用戶供電系統(tǒng)結構框圖1－總降壓變電所2－配電所3－10(6)kV變電所4－高壓用電設備一、變電所的作用與組成變電所的主要作用是降低電壓并向用電設備或用電設備組配電。用戶變電所按電壓等級分為總降壓變電所和10(6)kV變電所（在工業(yè)企業(yè)稱為車間變電所）。總降壓變電所將進線35~110kV降為6~10kV，配電給10(6)kV變壓器或高壓用電設備，然后由10(6)kV變電所再次降壓為380/220V供給低壓用電設備。如果進線電壓為10(6)kV，則可在用戶區(qū)內(nèi)設置10(6)kV總配電所。由35kV直接供電的35/0.4kV變電所稱為直接降壓變電所。高低壓開關、供配電線路和測量保護設備等是變電所中的主要電氣設備，實現(xiàn)著電能的控制與分配和供電系統(tǒng)的監(jiān)視與保護。安全、可靠、合理、經(jīng)濟是對用戶供電系統(tǒng)的基本要求，也是對用戶變電所的要求。變電所的設計要保證操作人員安全和供用電設備安全，變電所的設置要滿足用電負荷對供電可靠性和電能質量的要求，同時，既要考慮用戶用電負荷進一步發(fā)展的需要，又要努力降低建設投資和年運行費用。二、變電所的設置1．總降壓變電所或總配電所當用戶供電電壓為35kV及以上時，一般應考慮設置總降壓變電所。對于以35kV供電的用戶，若用戶沒有高壓用電設備，為簡化供電系統(tǒng)，減少投資和電能損耗，在周圍環(huán)境允許時，也可以不設總降壓變電所，而以35／0.4kV的變壓器直接向負荷供電?？偨祲鹤冸娝梢栽O置1~2臺降壓變壓器。當供電電壓為10(6)kV且有多臺高壓用電設備或10(6)kV變電所較多時，宜設置總配電所。對負荷不大的小型用戶，可將總配電所與某個10(6)kV變電所合并，擴充為變配電所，或僅設一個獨立式變電所。三、變電所位置的確定總降壓變電所的位置應接近負荷中心，并適當靠近電源的進線方向，以便使有色金屬耗量最少和線路功率及電能損耗最小。同時，還應考慮變電所周圍的環(huán)境、進出線的方便和設備運輸?shù)姆奖?。圖2-8負荷指示圖注：1．圓中帶斜線者為動力負荷，不帶斜線者為照明負荷

2．分線值為示例，分子為動力負荷，分母為照明負荷圖2-9負荷分布示意圖2．10(6)kV變電所10(6)kV變電所（在工廠供電系統(tǒng)中常稱為車間變電所）的設置主要取決于車間（或小區(qū)）負荷的大小、車間（或小區(qū)）之間的距離、各生產(chǎn)車間之間工藝聯(lián)動要求以及經(jīng)濟效果。車間（或小區(qū)）負荷較小時，可考慮幾個鄰近車間（或小區(qū)）或工藝上有聯(lián)動要求的車間合建一個變電所，合建時要考慮低壓線路供電的負荷矩。車間（或小區(qū)）負荷較大時，可考慮單獨建立一個變電所。當車間（或小區(qū)）負荷很大時，也可在該車間（或小區(qū)）建立多個變電所。根據(jù)負荷的大小和負荷等級，一個10(6)kV變電所一般設置1~2臺變壓器，單臺變壓器容量一般不大于1600kVA。（1)獨立變電所具有獨立完整的變電所建筑。（2)附設變電所附設變電所利用廠房一面或兩面墻壁建造，如圖2-10所示。當廠房生產(chǎn)面積有限、生產(chǎn)環(huán)境特殊或因生產(chǎn)工藝要求設備經(jīng)常變動時，宜采用外附式，否則應采用內(nèi)附式。（3)箱式變電所箱式變電所集配電變壓器和開關電器于一體，裝配在箱內(nèi)，整體可獨立置于戶外，具有體積小、安裝靈活、無需建筑等特點，適用于小型工業(yè)企業(yè)、居民小區(qū)、廣場和道路照明等場合。(4)地下變電所地下變電所設于地下，通風不良，投資較大，用于有防空等特殊要求的場合，此外，民用高層建筑的變電所常設置在地下室內(nèi)。第四節(jié)變電所的電氣主接線一、電氣主接線及其要求電氣主接線表示電能從電源分配給用電設備的主要電路，主接線圖應表示出所有的電氣設備及其連接關系。由于三相交流電力裝置中三相連接方法相同，為清晰起見，主接線圖通常只表示電氣裝置的一相連接，因而主接線圖也稱為單線圖。安全、可靠、靈活、經(jīng)濟是對變電所主接線的基本要求。安全包括設備安全和人身安全。因此，電氣設計必須遵照國家標準和電氣設計規(guī)范，正確設計電氣回路，合理選擇電氣設備，嚴格配置正常監(jiān)視系統(tǒng)和故障保護系統(tǒng)，全面考慮各種保障人身安全的技術措施。可靠就是變電所的主接線應能滿足各級負荷對供電可靠性的要求。提高供電可靠性的途徑很多，例如，設置備用電源并采用備用電源自動投入裝置、多路并聯(lián)供電等。電氣設備是供電系統(tǒng)中最薄弱的元件，為了使供電系統(tǒng)工作可靠，接線方式應力求簡單清晰，減少電氣設備的數(shù)目。靈活就是在保障安全可靠的前提下，主接線能夠適應不同的運行方式。例如負荷較輕時，能方便地切除不必要的變壓器，而在負荷增大時，又能方便地投入，以利于經(jīng)濟運行。檢修時操作簡單，不致中斷供電等。經(jīng)濟是在滿足以上要求的前提下，盡量降低建設投資和年運行費用。但是，在投資增加不多或經(jīng)濟許可的情況下，應盡量提高供電可靠性，減少停電損失。二、母線制母線是從配電變壓器或電源進線到各條饋出線路之間的電氣主干線，它起著從電源接收電能和給各饋出線分配電能的作用。母線制是指電源進線與各饋出線之間的連接方式。常用母線制主要有三種：單母線制、單母線分段制和雙母線制。1．單母線制圖2-12單母線制單母線制的可靠性和靈活性都較低，母線或直接連接于母線上的任一開關發(fā)生故障或檢修時，全部負荷都將中斷供電2．單母線分段制

單母線分段制在可靠性和靈活性方面較單母線制有所提高，可滿足二類負荷和部分一類負荷的供電要求。當雙回路同時供電時，母線分段開關正常是打開的，一條回路故障或一段母線故障將不影響另一段母線的正常供電。此外，檢修亦可采用分段檢修方式，不致使全部負荷供電中斷。單母線分段的缺點是，某分段上的母線或母線隔離開關發(fā)生故障或檢修時，該段母線上的負荷將中斷供電，而且電源只能通過一回進線供電，供電功率較低。

圖2-13單母線分段制a)用隔離開關分段b)用斷路器分段3．雙母線制圖2-14雙母線制雙母線制的優(yōu)點有：①輪流檢修母線或母線隔離開關，不致引起供電中斷；②在工作母線發(fā)生故障時，通過備用母線能迅速恢復供電。雙母線制的缺點：開關數(shù)目增多，聯(lián)鎖機構復雜，切換操作繁瑣，造價高。對用戶供電系統(tǒng)不推薦采用雙母線制。三、總降壓變電所的主接線用戶供電系統(tǒng)中，總降壓變電所的常用電氣主接線可概括為兩類：線路變壓器組方式和橋形接線方式。1.線路—變壓器組接線圖2-15線路—變壓器組接線方式線路變壓器組接線方式的共同特點：一回電源進線經(jīng)過一臺主降壓變壓器供電到廠內(nèi)配電母線上。圖2-16雙回線路變壓器組接線方式當用戶有兩回電源進線時，可采用雙回線路一變壓器組接線配以單母線分段制，用于對一、二級負荷供電，如圖2-16所示。如繼電保護和自動裝置無要求，母線分段開關可僅設隔離開關。2．橋形接線圖2-17橋形接線方式a)內(nèi)橋接線b)外橋接線橋形接線可用于給一、二級負荷供電。內(nèi)橋接線適用于線路較長或不需經(jīng)常切換變壓器的情況，而外橋接線適用于供電線路較短或需要經(jīng)常切換變壓器的情況。橋形接線線路復雜，高壓設備多，操作不便，投資大，在用戶供電系統(tǒng)中應用很少。四、10(6)kV配電所的主接線配電所是用戶電能的中轉站。10(6)kV配電所(或總降壓變電所的配電部分)接收來自電源或總降壓變壓器的電能并分配給各饋出線的用戶，每個配電所的饋出線路一般不少于4~5回。此外，在配電母線上常設有電壓互感器、避雷器、靜電電容器、所用變壓器等。配電所的配電母線可以是單母線或單母線分段制。(1)10(6)kV電源進線圖2-18配電所10(6)kV電源進線的接線方式(2)10(6)kV饋出線圖2-19配電所10(6)kV饋出線的接線方式五、10(6)kV變電所的主接線10(6)kV變電所供電線路往往較短，并考慮環(huán)境美化因素，常采用電纜配電。圖2-20由電纜供電的10(6)kV變電所典型主接線當10(6)kV變電所由架空線供電時圖2-21由架空線供電的10(6)kV變電所典型主接線圖2-22變電所低壓饋出線的典型接線方式六、變電所主接線的繪制變電所主接線圖應說明：①電源電壓、電源進線回路數(shù)和線路結構；②變電所的接線方式和運行方式；③高壓開關柜和低壓配電屏的類型和電路方案；④高低壓電氣設備的型號及規(guī)格；⑤各條饋出線的回路編號、名稱及容量等。圖2-23某35kV變電所高壓配電系統(tǒng)圖圖2-24某10kV變電所低壓配電系統(tǒng)圖第五節(jié)變電所的二次接線一、

二次接線的基本概念一次設備是指直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設備，主電路中的變壓器、高壓斷路器、隔離開關、電抗器、并聯(lián)補償電力電容器、電力電纜、送電線路以及母線等設備都屬于一次設備。

對一次設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的輔助電氣設備稱為二次設備。變電所的二次設備包括測量儀表、控制與信號回路、繼電保護裝置以及遠動裝置等。它們相互間所連接的電路稱為二次回路或二次接線。二次回路按照功用可分為控制回路、合閘回路、信號回路、測量回路、保護回路以及遠動裝置回路等；按照電路類別分為直流回路、交流回路和電壓回路。反映二次接線間關系的圖稱為二次回路圖。二次回路的接線圖按用途可分為原理接線圖、展開接線圖和安裝接線圖3種形式。圖2-25變電所二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的關系一、電氣測量儀表及測量回路具體要求如下：1)測量精度應滿足測量要求，并不受環(huán)境溫度、濕度和外磁場等外界條件的影響。2)儀表本身消耗的功率應越小越好。3)儀表應有足夠的絕緣強度、耐壓和短時過載能力，以保證安全運行。4)應有良好的讀數(shù)裝置。圖2-266~10kV高壓線路電氣測量儀表接線原理圖圖2-276~10kV母線的電壓測量及絕緣監(jiān)視接線原理圖TV－電壓互感器S－聯(lián)鎖開關Q－電壓切換開關KV－電壓繼電器KS－信號繼電器二、斷路器的操作控制與信號回路斷路器的控制與信號回路一般分為控制保護回路、合閘回路、事故信號回路和預告信號回路等。圖2-28燈光監(jiān)視的斷路器的控制與信號回路圖2-29LW2-Z型控制開關觸點表三、信號裝置在變電所運行的各種電氣設備，隨時都可能發(fā)生不正常的工作狀態(tài)。在變電所裝設的中央信號裝置，主要用來示警和顯示電氣設備的工作狀態(tài)，以便運行人員及時了解、采取措施。中央信號裝置按用途分有事故信號、預告信號和位置信號。四、操作電源操作電源應滿足如下基本要求：1)正常情況下，提供信號、保護、自動裝置、斷路器跳合閘以及其他二次設備的操作控制電源。2)在事故狀態(tài)下，當電網(wǎng)電壓下降甚至消失時，應能提供繼電保護跳閘和應急照明電源，避免事故擴大。1.直流操作電源圖2-30單母線直流系統(tǒng)接線圖圖2-31所用變壓器的接線方式2.交流操作電源圖2-32交流操作電源下斷路器保護跳閘原理接線圖第六節(jié)高低壓配電網(wǎng)一、配電網(wǎng)的接線方式用戶供電系統(tǒng)的配電網(wǎng)主要是10(6)kV高壓配電網(wǎng)和380V低壓配電網(wǎng)。配電網(wǎng)常用的典型配電方式分為放射式、樹干式和環(huán)式三種。1．放射式放射式的優(yōu)點是：供電可靠性高，故障發(fā)生后影響范圍??；繼電保護裝置簡單且易于整定；便于實現(xiàn)自動化；運行簡單，切換操作方便。放射式的缺點是：配電線路和高壓開關柜數(shù)量多，投資大。圖2-34放射式接線圖a)單回路放射式b)雙回路放射式c)帶有公共備用線路的放射式2．樹干式圖2-35單樹干式接線圖a)架空線b)電纜樹干式的優(yōu)點是變配電所的饋出線回路數(shù)少、投資小、結構簡單，其缺點是可靠性差、線路故障影響范圍大。為減小干線故障時的停電范圍，每條線路連接的變壓器臺數(shù)不宜超過5臺，總容量不超過3000kVA。圖2-36雙回路樹干式接線圖3．環(huán)式圖2-37環(huán)式接線圖環(huán)式接線的供電可靠性較高，運行方式靈活，可用于對二、三級負荷供電。當環(huán)中任一點發(fā)生故障時，只要查明故障點，經(jīng)過短時停電“倒閘操作”，拉開故障點兩側隔離開關，即可全部恢復供電。圖2-38低壓配電系統(tǒng)的接線方式a)放射式配電系統(tǒng)b)樹干式配電系統(tǒng)c)鏈式配電系統(tǒng)二、配電網(wǎng)的結構工廠高低壓配電網(wǎng)最普通的兩種戶外結構是架空線和電纜。架空線的主要優(yōu)點有：①設備簡單，造價低。架空線與電纜比較，電纜的造價約為架空線的4倍。②露置空中，依靠定期巡線便能及時發(fā)現(xiàn)缺陷，有故障時易于檢修和維護，電纜線路埋設在地下，不易發(fā)現(xiàn)缺陷，有故障時較難尋找，修復工作量也大。③利用空氣絕緣，建造比較容易，這一優(yōu)點在超高壓線路上尤為明顯。架空線路也存在以下問題：①需占一定的空間，導線距地高度及距鄰近建筑物的距離根據(jù)電壓高低都有明確的規(guī)定，往往因為廠區(qū)生產(chǎn)廠房密集，人員較多，運輸頻繁，加之負荷分散，采用架空線時線路縱橫交錯，占地較大。②架空線影響廠區(qū)美化，這也是廠區(qū)供電采用電纜線路的原因之一。電纜，它的導電部分和絕緣部分都在一個整體中，所以電纜線路的結構問題實際上就是電纜的敷設方法。電纜戶外敷設有三種類型：1)直接埋地2)敷設在混凝土管中3)敷設在電纜溝中圖2-39電纜直接埋地圖2-40電纜敷設在混凝土管中圖2-41電纜溝a)戶內(nèi)b)戶外c)廠內(nèi)1蓋板

2電纜支架

3預埋鐵件三、供電線路的電阻和電抗1．電阻

2．電抗

對于系統(tǒng)頻率為50Hz的電網(wǎng)，且導線為有色金屬

圖2-42三相交流線路中的線間距離圖2-43導線的換位從滿足正常發(fā)熱條件看，要求通過導線或電纜的電流不應大于它的允許載流量從滿足機械強度條件看，要求架空導線的截面不應小于它的最小截面從保證電壓質量看，線路電壓損失不應大于正常運行時允許的電壓損耗滿足經(jīng)濟要求對于35kV及110kV高壓供電線路，其截面主要按照經(jīng)濟電流密度來選擇，但應按允許載流量來校驗。對于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗的校驗。車間內(nèi)動力線路一般按照允許載流量來選擇截面。照明線路一般按照電壓損耗來選擇。

四、導線截面的選擇

1．按經(jīng)濟電流密度選擇導線、電纜截面截面選得越大，電能損耗就越小，但線路投資及維修管理費用就越高；截面選得小，線路投資及維修管理費用雖然低，但電能損耗則增加。綜合考慮這兩方面的因素，定出總的經(jīng)濟效益為最好的截面，稱為經(jīng)濟截面。對應于經(jīng)濟截面的電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。

Aec=Imax/jec式中Aec——導線的經(jīng)濟截面；

Imax——線路最大長期工作電流；

jec——經(jīng)濟電流密度。2．按允許載流量選擇導線、電纜截面為保證安全可靠，導線和電纜的正常發(fā)熱溫度不能超過其允許值?；蛘哒f通過導線的計算電流或正常運行方式下的最大負荷電流Imax應當小于它的允許載流量，Ial≥Imax式中Ial——導線允許載流量；

Imax——線路最大長期工作電流，即最大負荷電流。相同截面下，銅的載流能力是鋁的1.3倍，因此若導線為TJ型銅絞線時，其允許載流量為相同截面LJ型鋁絞線允許載流量的1.3倍。

允許載流量與環(huán)境溫度有關。查允許載流量時注意根據(jù)環(huán)境溫度查出或乘上溫度修正系數(shù)求出相應的允許載流量。Tal——導體正常工作時的最高允許溫度；T0——導體允許載流量所采用的環(huán)境溫度；

T0’——導體敷設地點實際的環(huán)境溫度。

按規(guī)定，選擇導線時所用的環(huán)境溫度：室外——取當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁?；室?nèi)——取當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁丶?℃。選擇電纜時所用的環(huán)境溫度：土中直埋——取當?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?；室外電纜溝、電纜隧道——取當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁?；室?nèi)電纜溝——取當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁丶?℃。選擇降壓變壓器高壓側的導線時，應取變壓器額定一次電流。選高壓電容器的引入線應為電容器額定電流的1.35倍；選低壓電容器的引入線應為電容器額定電流的1.5倍（主要考慮電容器充電時有較大涌流）。一般三相負荷基本平衡的低壓線路的中性線截面，不宜小于相線截面的50%；三次諧波電流相當突出的三相線路，選中性線截面與相線截面相同；由三相線路分出的兩相三線線路和單相雙線線路中的中性線，中性線截面應與相線截面相等。室內(nèi)明敷的絕緣導線，其最小截面不得小于4mm2。低壓架空導線，其最小截面不得小于16mm2。保護線截面一般不得小于相線截面的一半，但當相線截面小于16mm2時，保護線截面應與相線截面相等。保護中性線的截面選擇應同時滿足中性線和保護線選擇的條件。

3．按機械強度校驗導線截面架空裸導線和不同敷設方式的絕緣導線的截面不應小于其最小允許截面的要求，可查表進行校驗。規(guī)程規(guī)定1～10kV架空線路不得采用單股線。電纜不必校驗機械強度。導線種類最小允許截面（mm2）

備注

35kV3～10kV低壓

鋁及鋁合金線

353516**與鐵路交叉跨越時應為35mm2

鋼芯鋁絞線

352516

架空裸導線的最小截面

4．按電壓損耗選擇導線和電纜截面

為了保證用電設備端子處電壓偏移不超過其允許值，設計線路時，高壓配電線路的電壓損耗一般不超過線路額定電壓的5%，從變壓器低壓側母線到用電設備端子處的低壓配電線路的電壓損耗，一般也不超過線路額定電壓的5%（以滿足用電設備要求為限）。如果線路電壓損耗超過了允許值，應適當加大導線截面，使之小于允許電壓損耗。對于輸電距離較長或負荷電流較大的線路，必須按允許電壓損耗來選擇或校驗導線的截面:

式中——線路實際的電壓損耗；

P、Q——干線上總的有功負荷和無功負荷；

l——線路的長度；

R0、X0——線路單位長度的電阻和電抗；

UN——線路的額定電壓。對于架空線路可先取，對于電纜線路可先取，因此可由上式求出R0：

R0≤于是，可導出滿足電壓損耗要求的導線截面A：

A≥

式中

——導線材料的電阻率。根據(jù)上式所得A值選出導線標稱截面后，再根據(jù)線路布置情況得出實際和進行校驗。例

設有一回10kV的LJ型架空線路向兩個負荷點供電，線路長度和負荷情況如圖所示。已知架空線線間距為1m，空氣中最高溫度為37℃，允許電壓損耗，試選擇導線截面。解：設線路AB段和BC段選取同一截面LJ型鋁絞線，先取，則對AB段（l1段）來說，P1=p1+p2，Q1=q1+q2

；對BC段（l2段）來說，P2=p2

，Q2=q2

。因此可得≤5%代入數(shù)據(jù)可得

≤

A≥

例

設有一回10kV的LJ型架空線路向兩個負荷點供電，線路長度和負荷情況如圖所示。已知架空線線間距為1m，空氣中最高溫度為37℃，允許電壓損耗，試選擇導線截面。解：選取LJ-70鋁絞線，查表可得：，，將參數(shù)代入可得≤5%可見，LJ-70型導線滿足電壓損失要求，下面按發(fā)熱條件進行校驗。導線最大負荷電流為AB段承載電流，其值為查表，得LJ-70型導線在25℃條件下的載流量為265A，乘以40℃時的修正系數(shù)0.82，可得載流量為217.3A，大于導線最大負荷電流，滿足發(fā)熱條件。第七節(jié)用戶供電系統(tǒng)的電能損耗與節(jié)約一、電能節(jié)約的途徑一方面要降低供電系統(tǒng)的電能損耗，提高供電效率，另一方面要降低生產(chǎn)中的電能消耗，提高電能的生產(chǎn)利用率二、供電系統(tǒng)中的電能損耗與節(jié)約供電系統(tǒng)中的電能損耗包括變壓器和線路中的電能損耗，降低電能損耗的主要途徑有變壓器的經(jīng)濟運行、線路的經(jīng)濟運行、供電系統(tǒng)負荷的經(jīng)濟調(diào)配、無功功率補償?shù)取?.變壓器的電能損耗與經(jīng)濟運行（1）變壓器的功率損耗（2）變壓器的電能損耗（3）變壓器的經(jīng)濟運行2.線路的電能損耗與經(jīng)濟運行（1）線路的電能損耗（2）線路的經(jīng)濟運行線路的經(jīng)濟運行包括：①合理選擇導線截面和材質，必要時按經(jīng)濟電流密度法選??；②合理走線，避免線路迂回，減少線路長度；③采用靈活的主接線，可能時雙回線路并列運行；④如果用多回載流導體并聯(lián)供電，應將三相載流導體正確排列以減小近距效應，從而使電抗減小3.供電系統(tǒng)的節(jié)電措施通過負荷調(diào)配來平穩(wěn)負荷和裝設電力電容器來補償無功是供電系統(tǒng)節(jié)電的兩個重要措施。（1）供電系統(tǒng)負荷的經(jīng)濟調(diào)配以降低供電系統(tǒng)損耗為目的，通過負荷調(diào)配，使總用電負荷趨于平穩(wěn)的措施稱作電力負荷的經(jīng)濟調(diào)配。負荷經(jīng)濟調(diào)配主要包括三個方面的內(nèi)容：1）在空間上對負荷進行調(diào)整，使供電系統(tǒng)各個變壓器和電力線路實現(xiàn)經(jīng)濟運行。2）在時間上對負荷進行調(diào)整，削峰填谷，使負荷曲線接近均衡。3）在三相負荷分配上，使三相的負荷盡量均衡。（2）供電系統(tǒng)的無功功率補償電力用戶中，大量使用著感性用電設備，它們從電網(wǎng)吸收感性無功功率。無功功率本身并不消耗電能，但是，無功功率增大了負荷電流，從而增大了供電系統(tǒng)中的電能損耗三、用電系統(tǒng)中的電能節(jié)約1.電動機節(jié)電1)采用高效電動