工廠供電-第一章

工廠供電劉介才編目錄第一章概論第二章工廠電力負(fù)荷及其計(jì)算第三章短路電流及其計(jì)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(hù)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第九章工廠的電氣照明第十章工廠的電能節(jié)約課程主要內(nèi)容（第一章）◆電力系統(tǒng)（工廠供電系統(tǒng)）基本概念◆電力系統(tǒng)的組成、作用等◆工廠供電特點(diǎn)◆我國電網(wǎng)額定電壓等級◆電能質(zhì)量指標(biāo)◆電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式等√課程主要內(nèi)容（第二章）◆電力負(fù)荷與負(fù)荷曲線◆如何根據(jù)工藝部門提供的用電設(shè)備安裝容量正確估計(jì)工廠所需的電力和電量即求計(jì)算負(fù)荷√◆計(jì)算負(fù)荷是設(shè)計(jì)時(shí)作為選擇工廠電力系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的依據(jù)◆尖峰電流及其計(jì)算√課程主要內(nèi)容（第三章）◆短路電流計(jì)算√供電系統(tǒng)常常因?yàn)榻^緣損壞、誤操作、雷擊等原因發(fā)生短路故障，短路電流的數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。造成電氣設(shè)備溫度急劇上升，過熱會(huì)使絕緣加速老化，同時(shí)產(chǎn)生大的電動(dòng)力，使設(shè)備的載流部分變形或損壞。◆短路電流的動(dòng)穩(wěn)定度、熱穩(wěn)定度校驗(yàn)√

選用設(shè)備就要考慮該設(shè)備對短路電流的穩(wěn)定度。如：整定供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置需要計(jì)算三相短路電流；校驗(yàn)電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定就要用到短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)短路電流、短路容量等。課程主要內(nèi)容（第四章）◆工廠變配電所位置的選擇◆變電所變壓器容量和數(shù)量的選擇◆高低壓一次設(shè)備的選擇◆工廠變電所主接線圖（一次接線圖）的設(shè)計(jì)與繪制課程主要內(nèi)容（第五章）◆工廠電力線路及其接線方式◆導(dǎo)線和電纜截面的選擇計(jì)算◆電氣平面布線◆電力線路的運(yùn)行與維護(hù)課程主要內(nèi)容（第六章）◆過電流保護(hù)的任務(wù)和要求◆常用過電流保護(hù)設(shè)備（熔斷器、繼電器、低壓斷路器等）◆高壓線路的繼電保護(hù)◆變壓器的繼電保護(hù)◆高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)課程主要內(nèi)容（第七章）◆二次回路及其操作電源◆高壓斷路器的控制和信號回路◆電氣測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置◆二次回路的接線與接線圖課程主要內(nèi)容（第八章）◆防雷基本知識◆防雷裝置◆工廠供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)（架空線路與電纜的防雷、變電所防雷等）◆接地系統(tǒng)和接地電阻的計(jì)算課程主要內(nèi)容（第八、九章）◆工廠照明、節(jié)約用電等◆照明供電系統(tǒng)及其選擇◆節(jié)約用電相關(guān)措施第一章工廠供電概論第一節(jié)、工廠供電系統(tǒng)定義：工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、合理布局。是電力系統(tǒng)的主要組成部分，是電能的主要用戶工廠用電量約占全國發(fā)電量的50％～70％分類：

1、中型：--高配（6~10kV)--低變（220/380)--低壓負(fù)荷。如圖1-1∟中壓負(fù)荷2、大型:總降--高配--低變--低壓用電負(fù)荷.如圖1-2、3

3、小型：低變--低壓用電負(fù)荷。如圖1-4

變電、配電的區(qū)別圖1-1中型工廠供電系統(tǒng)簡圖

圖1-2具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)簡圖圖1-3高壓深入負(fù)荷中心的工廠供電系統(tǒng)簡圖圖1-4只設(shè)一個(gè)降壓變電所的小型工廠供電系統(tǒng)簡圖a)裝有一臺變壓器b）裝有兩臺變壓器一、電力系統(tǒng)的定義定義：由發(fā)電廠內(nèi)的各種不同類型的發(fā)電機(jī)、配電裝置、輸配電線路、升壓及降壓變電所和用戶的各種用電設(shè)備，按照一定規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體，對電能進(jìn)行不間斷的生產(chǎn)和分配。如：圖（1-5）（工廠供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分）組成電力系統(tǒng)的目的：供電可靠性：出現(xiàn)故障時(shí)可以得到其它系統(tǒng)的支持經(jīng)濟(jì)性：減少供電的備用容量、合理進(jìn)行負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配從而節(jié)約燃料和運(yùn)行費(fèi)用等第二節(jié)電力系統(tǒng)圖（1-5）大型電力系統(tǒng)簡圖二、發(fā)電廠發(fā)電廠按它所利用的能源不同，可分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、原子能發(fā)電廠以及風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等類型。（將位能、化學(xué)能、核裂變能、動(dòng)能、太陽光熱能等轉(zhuǎn)化為電能三、工廠自備電源

對于工廠的重要負(fù)荷，一般要求在正常供電電源之外，設(shè)置應(yīng)急自備電源。采用柴油發(fā)電機(jī)組的自備電源。如圖1-6（操作簡便、起動(dòng)迅速、效率較高。）采用UPS的自備電源（如圖1-7所示，由整流器(UR)、逆變器(uV)和蓄電池組(GB)等三部分組成。）圖1-6采用有柴油發(fā)電機(jī)組作備用電源的工廠供電系統(tǒng)簡圖圖1-7第三節(jié)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(gè)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(jī)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。（包括：電壓的偏差、波動(dòng)、波形、三相對稱性）*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(dòng)是指電網(wǎng)電壓有效值的快速變動(dòng)。電網(wǎng)額定電壓電力網(wǎng)額定電壓等級是國家根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理性及電機(jī)電器制造工業(yè)水平確定的電力設(shè)備額定電壓用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級線路的額定電壓相等二、三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓

750

500

330

220

1106635——10

6

30.660.38電網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓/kV825(800)750——550500——363330——242220——121110——72.566——38.535————13.8,15.75,18,20,22,24,2613.8,15.75,18,20,22,24,2610.5及1110及10.510.56.3及6.66及6.36.33.15及3.33及3.153.15高壓0.690.660.690.400.380.40低壓二次繞組一次繞組電力變壓器額定電壓/kV發(fā)電機(jī)額定電壓/kV分類表1-1我國三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓（據(jù)GB156-2003）發(fā)電機(jī)的額定電壓發(fā)電機(jī)額定電壓規(guī)定高于同級線路額定電壓的5％，用于補(bǔ)償線路上的電壓損失電力線路允許的電壓偏差為±5%，即整個(gè)線路允許有10%的電壓損耗電力變壓器額定電壓1.電力變壓器一次線圈的額定電壓。分兩種情況：①當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，高于電網(wǎng)額定電壓5%

②當(dāng)變壓器直接與線路相連時(shí)，與供電線路電壓相同。2.電力變壓器二次側(cè)電壓。分兩種情況：①二次側(cè)供電線路較長時(shí)，高于線路電壓10％②二次側(cè)供電線路不太長時(shí)，高于線路電壓5％圖1-23習(xí)題1-1的供電系統(tǒng)

1-1試確定圖1-23所示供電系統(tǒng)中變壓器T1和線路WL1、WL2的額定電壓。電壓高低的劃分

電力系統(tǒng)電壓高低的劃分,因著眼點(diǎn)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(jì)、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）以上者電壓偏差的有關(guān)概念1.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：三、電壓偏差與電壓調(diào)整2.電壓偏差對設(shè)備運(yùn)行的影響3.允許的電壓偏差電壓調(diào)整措施

為了減小電壓偏差，供電系統(tǒng)采取相應(yīng)的電壓調(diào)整措施：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2.降低供配電系統(tǒng)的阻抗3.盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡4.合理地改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式5.采用無功功率的補(bǔ)償裝置電壓波動(dòng)及其抑制1.電壓波動(dòng)與閃變：電壓波動(dòng)是指電網(wǎng)電壓有效值(方均根值)的連續(xù)快速變動(dòng)，2.電壓波動(dòng)的產(chǎn)生與危害產(chǎn)生：負(fù)荷劇烈變化引起沖擊負(fù)荷。如電機(jī)起動(dòng)、電焊機(jī)、電弧爐、軋鋼機(jī)。危害：使得設(shè)備無法正常工作。3.抑制措施（1-5）電網(wǎng)諧波及其抑制措施1、諧波的含義諧波：按傅里葉級數(shù)分解的一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧正弦電流高次諧波的干擾成了當(dāng)前系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的一大“公害”，亟待采取對策。高次諧波的產(chǎn)生：由于系統(tǒng)中有非線性元件存在，有高次諧波電流或電壓產(chǎn)生。2.諧波的抑制措施

大容量的非線性負(fù)荷由短路容量較大的電網(wǎng)供電三相整流變壓器采用Y、d或D、y聯(lián)結(jié)增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)裝設(shè)分流濾波器裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）電力用戶供配電電壓的選擇1.電力用戶供電電壓的選擇：取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓等級2.電力用戶高壓配電電壓的選擇工廠供電系統(tǒng)的高壓配電壓，主要取決于當(dāng)?shù)毓╇婋娫措妷杭肮S高壓設(shè)備的電壓和容量、數(shù)量等因素。通常有10KV；6KV；35KV等。3.電力用戶低壓配電電壓的選擇工廠供電系統(tǒng)的低壓配電電壓，主要取決于低壓用電設(shè)備的電壓，一般采用220/380V，或380/660V第四節(jié)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式及

低壓配電系統(tǒng)接地型式接地的概念：為保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個(gè)設(shè)備地某一特定地點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地作良好地連接，稱作接地接地分類：工作接地、保護(hù)接地、保護(hù)接零、防雷接地和防靜電接地

保護(hù)接地：將一切正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞時(shí)可能帶電地金屬部分接地，以保證工作人員接觸時(shí)地安全。保護(hù)接零：在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線直接連接。防雷接地：消除大氣過電壓對電氣設(shè)備的威脅，而對過電壓保護(hù)裝置采取的接地措施。如把避雷針通過導(dǎo)體與大地直接連接防靜電接地：對生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。如天然器罐的接地。工作接地：為保證電氣設(shè)備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地，一般通過電氣設(shè)備的中性點(diǎn)（星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)，所以又稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地。我國電力網(wǎng)絡(luò)目前所采用的中性點(diǎn)接地方式主要有：1.電源中性點(diǎn)不接地2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地（經(jīng)阻抗接地）3.直接接地（1、2合稱為小接地電流系統(tǒng)，或稱中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)；3稱為大接地電流系統(tǒng)，亦稱為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)）中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式正常運(yùn)行時(shí)，三相相電壓對稱，三相對地電容電流平衡，向量和為零單相接地時(shí)未故障相相電壓上升至線電壓，提高線路及各種電氣設(shè)備的絕緣水平，增加投資接地電容電流將升至正常時(shí)的3倍，可能產(chǎn)生穩(wěn)定或間歇性的電弧（Ic=3Ico)，產(chǎn)生串聯(lián)諧振過電壓（可達(dá)到相電壓的2.5~3倍）當(dāng)中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時(shí)，線路的三相線電壓未變，三相用電設(shè)備的正常工作并未受到影響，仍能正常運(yùn)行，但不允許長時(shí)運(yùn)行（一般為2h)，防止產(chǎn)生兩相接地短路。單相接地電流經(jīng)驗(yàn)公式：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈：具有氣隙鐵芯的電抗器，安裝在中性點(diǎn)與大地之間，克服不接地系統(tǒng)單相故障時(shí)產(chǎn)生的間歇性電弧不能自行熄滅的缺點(diǎn)。用感性電流補(bǔ)償容性電流，從而減少接地點(diǎn)故障電流（消除系統(tǒng)諧振過電壓）單相接地：接地相電壓為0，另兩相對地電壓升高為原來的根號3倍，三相線電壓不變。因此，發(fā)生單相接地故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間也同樣不允許超過2h在單相接地電容電流大于一定值的電力系統(tǒng)中，（3~10kV系統(tǒng)單相接地電容電流大于30A，20kV以上系統(tǒng)大于10A）電源中性點(diǎn)必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。根據(jù)消弧線圈中電感電流對接地電容電流的補(bǔ)償程度不同，可以分為全補(bǔ)償，欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。全補(bǔ)償：當(dāng)IL=IC（ωL=1/3ωC）時(shí)，接地點(diǎn)的電流為O，這種補(bǔ)償稱全補(bǔ)償。從補(bǔ)償觀點(diǎn)來看，全補(bǔ)償應(yīng)該是最好的，但實(shí)際上不采用這種方式。因?yàn)橄到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各相對地電壓不完全對稱，中性點(diǎn)對地之間有一定電壓，此電壓可能引起串聯(lián)諧振過電壓，危及電網(wǎng)的絕緣。欠補(bǔ)償：

當(dāng)IL＜IC，即感抗大于容抗時(shí)，接地點(diǎn)尚有未補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏?，這種補(bǔ)償稱欠補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式也很少采用。因?yàn)樵谇费a(bǔ)償運(yùn)行時(shí)，如果切除部分線路（對地電容減小，容抗增大IC減?。?，或系統(tǒng)頻率降低（感抗減小IL增大，容抗增大IC減小），都有可能使系統(tǒng)變?yōu)槿a(bǔ)償，出現(xiàn)電壓串聯(lián)諧振過電壓。過補(bǔ)償：

當(dāng)IL＞IC即感抗小于容抗時(shí)，接地點(diǎn)出現(xiàn)多余的電感電流，這種補(bǔ)償稱過補(bǔ)償。過補(bǔ)償可以避免出現(xiàn)上述的過電壓，因此得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)镮L＞IC，消弧線圈留有一定的裕度，也有利于將來電網(wǎng)發(fā)展。采用過補(bǔ)償，補(bǔ)償后的殘余電流一般不超過5～10安培。運(yùn)行實(shí)踐也證明，不同電壓等級的電網(wǎng)，只要?dú)堄嚯娏鞑怀^允許值（6KV電網(wǎng)，殘余電流≤30A、10KV電網(wǎng)，殘余電流≤20A、35KV電網(wǎng)，殘余電流≤10A）接地電弧就會(huì)自動(dòng)熄滅。

中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行：三相電壓、電流對稱單相接地：接地相電壓為0，另外兩相對地電壓不變，單相接地后即通過接地中性點(diǎn)形成單相短路。短路電流較大，保護(hù)裝置動(dòng)作于跳閘。降低電氣設(shè)備和線路的絕緣水平，對于110kV以上電力系統(tǒng)采用該接地方式短路電流大可以用繼電保護(hù)裝置來切除380/220V系統(tǒng)中一般也采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要時(shí)從人身安全考慮我國的220/380V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，而且引出有中性線（N）、保護(hù)線（PE）或保護(hù)中性線（PEN)。中性線（N線）其功能一是用來連接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備，二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流，三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。保護(hù)線（PE線）它是為保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常時(shí)不帶電但故障情況下可能帶電的易被人身接觸的導(dǎo)電部分，如金屬外殼、金屬構(gòu)架等）通過PE線接地，可在設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)減少觸電危險(xiǎn)。保護(hù)中性線（PEN線）兼有中性線和保護(hù)線的功能，這種保護(hù)中性線在我國通常叫“零線”，俗稱“地線”。低壓配電系統(tǒng)按接地型式，分TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)的接地型式c)TN-C-S系統(tǒng)低壓配電的TN系統(tǒng)a)TN-C系統(tǒng)b)TN-S系統(tǒng)TN系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)該系統(tǒng)中的N線與PE線合為一根PEN