电气安全及供配电系统(高压部分)设备工程部——电气授课人:慕金辉2015年9月29日2019/8/5第一章电力系统基本知识由发电、送电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统。电力系统中的送电、变电、配电三个部分称为电力网。2019/8/5第一节电力系统、电力网构成电力网按其在电力系统中的作用不同,分为输电网和配电网。输电网是电力网中的主网架,它以高压甚至超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来。配电网是直接将电能送到用户的网络,分为高压配电网即指110kV及以上电压、中压配电网指(35kV)10kV、6kV、3kV电压及低压配电网220V、380V。2019/8/5电力系统额定电压中国国家标准《额定电压》规定的电压等级为:低压0.38,(0.66);中压(3,6),10,(20);高压35,66,(63),110,220kV;超高压330,500,750kV;特高压1000kV及以上。根据相邻级差不宜太小的原则,可以认为上述电压等级中的35kV、63kV和110kV不宜在同一个地区性电网中并存;330kV和500kV、500kV和750kV不宜在同一输电系统中并存。中国电力系统中除西北地区采用330/(220)/110/(35)/10kV和东北地区采用500/220/63/10kV,其他地区都采用500/220/110/(35)/10kV系列。其他国家的情况如下:美国、日本、加拿大、前苏联多采用500/220(275,230)/110kV系列,美国、加拿大、前苏联也有750(765)/330(345)/110(154)kV系列;西欧和北欧国家采用400(380)/220/110(138)系列。电力生产的特点(1)同时性;发电、供电、用电必须时刻保持平衡;(2)集中性;电力生产是高度集中的,统一调度;(3)适用性;电能不受或少受时间、地点、空间、气温、场地的限制,适用性最广泛。(4)先行性。国民经济发展电力必须先行1)工农业方面产生的提高,主要依靠劳动生产率的提高,并不断提高机械化和电气化的水平;2)出现许多新的、规模大的、耗电多的工业部门,如电气冶炼、电化学等;3)农业、交通运输业等,随着新技术推广,将广泛应用电能,使电能需要量大大增加;4)人民生活水平、文化水平不断提高,都会使居民用电量日益增加。第二节电力负荷电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率(kW)、容量(kVA)或电流(A)。一、电力网负荷组成(用电+线路损耗)1.用电负荷用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。2.线路损失负荷电能从发电厂到用户的输送过程中会发生功率和能量的损失,与之对应的发电功率叫线路损失负荷,也称为线损。3.供电负荷用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷,是发电厂对外供电时所承担的全部负荷,称为供电负荷。二、按发生时间不同负荷分类(1)高峰负荷高峰负荷是指电网或用户在单位时间内所发生的最大负荷值。高峰负荷分日、晚高峰负荷;分析时常选24小时中最高的一小时的平均负荷为高峰负荷。(2)低谷负荷低谷负荷是指电网中或某用户在一天24h内,发生的用电量最少的电量。为了合理使用电能应尽量减少发生低谷负荷的时间,对于电力系统来说,峰、谷负荷差越小,用电则越趋近于合理。(3)平均负荷平均负荷是指电网中或某用户在某一段确定的时间阶段内平均小时用电量。2019/8/5由于受到突然中断供电所引起的影响,用电负荷可分为以下几类:(1)一类负荷也称一级负荷,指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染,造成经济上的巨大损失,以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的用电负荷。供电要求双电源及备用(2)二类负荷也称二级负荷,是指突然中断供电会造成较大的经济损失、社会秩序混乱或政治上产生较大影响的用电负荷。供电要求双回路2019/8/5(3)三类负荷也称三级负荷,是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷,对这类负荷,突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。供电无要求对于一级负荷的用电设备,应按有两个以上的独立电源供电,并辅之以其他必要的非电力电源的保安措施。2019/8/5第三节供电质量供电质量指电能质量与供电可靠性。一、电能质量电能质量主要包括电压质量与频率质量两部分。电压质量又分为电压允许偏差、电压允许波动与闪变、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度。频率质量为频率允许偏差等项。1.供电电压允许偏差在某一时段内,电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度,以电压实际值(U)和电压额定值(UN)之差ΔU与电压额定值UN之比的百分数ΔU%来表示,即•当电压降低时,白炽灯的发光效率和光通量都会急剧下降;U=0.9U时,光通量下降30%;当电动机输出功率一定时,端电压降低会使定子,转子的电流都有显著增大,温度上升。•当电压上升时,白炽灯的寿命会大为缩短,U=1.1U时则寿命缩减一半;当电压过高时,会使各关电气设备绝缘老化过程加快,设备寿命缩短。.%100%NNUUUU国家标准规定电压偏差的允许值为:1)35kV及以上电源供电的,电压允许偏差为额定电压的±5%。2)10kV及以下三相供电的电压允许偏差为额定电压的±7%。3)220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%,-10%。2019/8/52.电压允许波动和闪变(1)电压允许波动在某一时段内,电压急剧变化而偏离额定值的现象,称为电压波动。电压变化的速率大于1%的,即为电压急剧变化。电压波动程度以电压在急剧变化过程中,相继出现的电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数来表示,即:电压波动的原因:1)、电动机启动;2)、电焊机工作;3)、大型电弧炉运行;4)、大型轧钢机冲击性工作;等负荷的急剧变动的冲击负荷所引起。%100%minmaxNUUUU2019/8/5国家标准对电压波动允许值规定为:1)220kV及以上为1.6%;2)35kV~110kV为2%;3)10kV及以下为2.5%。(2)电压闪变周期性电压急剧波动引起灯光闪烁,光通量急剧波动,而造成人眼视觉不舒适的现象,称为闪变。3.公用电网谐波电网谐波的产生,主要在于电力系统中存在各种非线性元件。产生谐波的元件很多,如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、异步电动机、电焊机、变压器和感应电炉等,最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉,他们产生的谐波电流最为突出,是造成电网谐波的主要因素。影响:有谐波电压加于电容时,电容对谐波的阻抗很小,容易发生过流而发热纸张击穿或烧掉。2019/8/54.供电频率允许偏差供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差Δf与额定频率fN之比的百分数Δf%表示,即我国电力系统频率额定值为50Hz。在并联运行的同一电力系统中,不论装机容量的大小,范围的广阔,任一瞬间的频率在全系统都是一致的。我国规定对频率变化的允许偏差范围,在300MW以上的系统中,不超过额定值的±0.2Hz。据系统容量可放宽到±0.5%;(小容量)%100%NNffff2019/8/5•二、供电可靠性供电可靠性是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数,可以直接反映供电企业持续向用电单位的供电能力。供电可靠性一般利用年供电率进行考核。供电可靠率是指在一年内,对用户有效供电时间总小时数和统计期间停电影响用户小时数之差与统计期间用户有效供电时间总小时数比值的百分数,记作RS。即:2019/8/5•即:由公式可以看出,要提高供电可靠率就要尽量缩短用户平均停电时间。2019/8/5停电时间包括:事故停电、计划检修停电及临时性停电时间。影响停电时间t及停电影响的户数n的因素有:1)线路长短,所带负荷户数的多少,可使n增大或减少;2)供电部门几时抢修和恢复供电运行工作水平,可直接影响t值;3)统一安排检修和带电作业,可以减少t和n值;4)供电设备故障率及检修周期要求等。国家规定供电可靠率不低于99.96%。2019/8/5第四节电力系统接地工作接地:配电变压器或低压发电机中性点通过接地装置与大地相连;工作接地形式:有直接接地和非直接接地(含中性点不接地或经消弧线圈接地)两类。工作接地的接地电阻≤4Ω。一、系统接地的型式•1、文字代号:例TN—C—S•第一字母:表示电力系统对地关系:T——直接接地;I——所有带电部分与地绝缘,或经一点阻抗接地。•第二字母:表示装置的外露可接近导体的对地关系:T——外露可接近导体对地直接作电气连接,此接地点与电力系统的接地点无直接关连。N——外露可接近导体通过保护线与电力系统的接地点直接作电气连接。•若后面还有字母时:S——中性线和保护线是分开的;C——中性线和保护线是合一的2019/8/5•2、中性点接地方式•(1)中性点直接接地:指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。•1)、作用:使中性点经常保持零电位。•2)、当系统发生一相接地故障时,能限制非故障相对地电压升高,保护单相用电设备安全。但接地相电流较大,可使剩余电流保护或过电流保护动作,切断电源,造成停电。发生人身对地电击,危险性较大。•3)、不适用于对连续供电要求较高及人身安全要求较高的场合。2019/8/5•(2)中性点非接地方式:指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接;•1)可减少人身电击时流经人体的电流,降低设备外壳对地电压;中性点不接地系统发生单相接地故障时,接地相对地电压最低为零。•2)单相接地电流很小,接地时三相线电压大小不变,一般允许2小时内继续用电。•3)非故障相对地电压升高可达倍,用电设备绝缘应按线电压考虑;2019/8/5•4)、若系统中如电缆等容性设备较多,电容电流较大,一相接地时接地点会有电弧出现,造成过电压;当一相接地电流超过一定数时应把中性点经消弧线圈接地,以减少故障电流和加速灭弧。•城市配网中的接地方式应用情况:•220KV、110KV——直接接地方式;•35KV——经消弧线圈接地;•10KV——经消弧线圈或小电阻接地;(电缆线路为主的配电网)•220V/380V——直接接地2019/8/5•二低压系统接地形式•1、TN系统:TN——S、(分开)TN——C(合并)TN——C——S(先并后分)•电力系统有一点直接接地,电气装置外露可接近导体通过PE线与该点连接。2019/8/52019/8/5•TN-C-S系统:系统中有一部分线路的中性线N与保护线PE是合一的2019/8/52019/8/52019/8/5第二章电气安全技术2019/8/5第一节防止电击事故措施1)绝缘和屏护措施2)采用安全电压防止电击事故措施3)电气设备安全接地2019/8/5我国安全电压等级:42V、36V、24V、12V、6V;直流安全电压上限72V最小安全距离:电压等级KV1以下1~1020~35110220500设备不停电的安全距离m(不带遮拦)0.10.71.01.53.05.0工作人员工作时正常活动范围与带电设备的安全距离m0.350.61.53.05.02015年9月25日第二节电气安全用具基本安全用具绝缘安全用具辅助安全用具安全用具携带型接地线一般防护用具临时遮拦标示牌安全牌近电报警器2019/8/5标示牌禁止类“禁止合闸,有人工作!”“禁止合闸,线路有人工作!”允许类“在此工作”:挂在设备或遮拦入口处“从此上下”:挂在允许工作人员上下的铁钩或梯子上。警告类“止步,高压危险”:挂在施工地点附近带电设备的遮拦上,室外工作地点的围栏上,禁止通行的过道上,高压试验地点以及室内构架和工作地点临近带电设备的横梁上。“禁止攀登,高压危险”:挂在与工作人员上下的邻近有电设备的铁钩架上和运行中变压器的梯子上。2019/8/5安全提示牌近电报警器:适合在有电击危险的环境里进行巡查、作业时使用。还具有非接触性检验高、低压线路是否断电和断线的功能。禁止类:禁止开动、禁止通行、禁止烟火警告类:当心电击,注意头上吊装,注意下落物,注意安全指令类:必须戴安全帽,必须戴防护手套,必须戴防护目镜2019/8/5悬挂部位和地点标示牌类型一经合闸即送电的开关操作把手禁止合闸,有人工