搜索
第一章电力系统概论1.1.电力系统的基本概念1.电力系统的定义按对象描述：发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体；按过程描述：由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等用电设备和技术组成的一个将一次能源转换成电能的统一系统。第一章工厂供电系统的基本概念电力系统简图2.电力系统的组成3．动力系统•动力系统：电力系统与“动力部分”的总和。•动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示。可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系统的组成部分。动力系统、电力系统、电力网三部分的关系图2、要求：（1）安全、可靠——首要任务；（2）保证良好的供电质量（优质）；（3）经济性（高效）；（4）灵活、方便且有冗余；4电力系统运行的特点和要求1、特点：（1）电能不能大量贮存；（2）电力系统电磁暂态过程非常短暂；（3）电力系统重要性。1.2电力系统额定电压额定电压等级规定由于，当输送功率S一定时，U越高，I越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也就越小；对于一定的输送功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压，此时最为经济。主要分成：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;UIS31.3中性点运行方式分类及特点1.4低压配电系统的接地型式我国220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（N），保护线（PE）或保护中性线（PEN）。低压配电系统按接地型式，分TN系统、TT系统和IT系统。1.5电能的质量指标衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性。（1）电压电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压波动与闪变和电压波形来衡量。（2）频率频率的质量是以频率偏差来衡量。1.6工厂供配电系统的组成（1）电源系统———外部供电系统；（2）变配电系统——内部变配电系统总降压变电所——接受、变压、分配；高压配电所——接受、分配电能；车间变电所高压配电线路（6KV~10KV）低压配电线路（380/220V）（1）电力负荷(electricpowerload)a用电设备b用电设备需用的电功率简称负荷或功率。2.1电力负荷的基本概念（2）电力负荷的分级：一级负荷：（特别重要的负荷）、二级负荷：非常重要的负荷，三级负荷：为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷均属于三级负荷。2.2负荷计算（1）计算负荷的思路–周期短时工作的设备功率计算：需要将设备额定暂载率下的额定功率换算成标准暂载率下的设备功率。–设备容量不是设备的计算负荷，实际上是换算到一定标准工作制下的额定负荷。（断续周期工作制设备暂载率的换算）–实际中求解计算负荷的思路：需要系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算。P30=Kd×Pe。二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。P30=bPe+cPx。（2）计算负荷的方法短路名称表示符号示图短路性质特点单相短路不对称短路短路电流仅在故障相中流过，故障相电压下降，非故障相电压会升高两相短路不对称短路短路回路中流过很大的短路电流，电压和电流的对称性被破坏两相短路接地不对称短路短路回路中流过很大的短路电流，故障相电压为零，三相短路对称短路三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零)1(k)2(k)1,1(k)3(k第三章短路电流计算无限大容量系统无限大容量是理想情况，是一相对概念。指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。真正无限大容量的电源是不存在的。工程计算处理方法当电源系统容量超过用户容量的50倍时，或电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗5％～10％，可将其视为无限大容量电源系统。短路时的最大电动力计算当发生三相短路时，三相短路冲击电流在中间相(B相)产生的电动力(N)最大，其值为)3(shi)3(F7)3()3(1032aliFsh三相短路冲击电流(A)导体两相邻支持点间的档距(mm)两导体间的轴间距(中心距)(mm)校验电气设备和导体的动稳定度都采用三相短路冲击电流，热稳定度的校验是采用三相短路冲击电流)3(shi)3(shI短路电流的热效应定义供配电系统发生短路时，产生的短路电流很大。强大的短路电流通过电气设备或载流导体产生的热量使其温度急剧升高，称为短路电流的热效应。电气设备和载流导体都有规定的最高允许温度。第四章工厂变配电所及其一次系统4.1工厂变配电所常用的高压电器高压隔离开关(QS)高压隔离开关具有明显的分断间隙，因此它主要用来隔离高压电源，保证安全检修，并能通断一定的小电流（如2A以下的空载变压器励磁电流、电压互感器回路电流、5A以下的空载线路的充电电流）。它没有专门的灭弧装置，因此不允许切断正常的负荷电流，更不能用来切断短路电流。因隔离开关具有明显的断开间隙，因此它通常与断路器配合使用。操作隔离开关的操作顺序停电先拉线路侧隔离开关；送电先合母线侧隔离开关在操作隔离开关前，先注意检查断路器确在断开位置后，才能操作隔离开关。高压断路器(QF)高压断路器具有可靠的灭弧装置。它不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承担一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器的型式可按使用场合分为户内和户外两种，也可以按断路器采用的灭弧介质分为压缩空气断路器、油断路器、真空断路器、SF6断路器等多种型式。隔离开关与断路器配合使用控制电力线路时，断路器和隔离开关的操作必须按照一定顺序操作：分闸时，先分断路器，后分隔离开关；合闸时，先合隔离开关，后合断路器。高压负荷开关(QL)高压负荷开关能通断正常的负荷电流和过负荷电流，隔离高压电源。有些高压负荷开关断开后，具有明显可见的断口。高压负荷开关只有简单的灭弧装置，因此它不能切断或接通短路电流。高压负荷开关使用时通常与高压熔断器配合使用，利用熔断器来切断短路故障。高压熔断器(FU)熔断器一般由熔管、熔体、灭弧填充物、指示器、静触座等构成。工厂供电系统中，对容量小而且不太重要的负载，广泛使用高压熔断器作为输、配电线路及电力变压器（包括电压互感器）的短路及过载保护。表2.1常用的电气设备图形符号和文字符号G交流发电机S熔断器式开关电缆及其终端头FU熔断器X端子QL负荷开关三相导线QS隔离开关W导线、线路QF断路器（自动开关）W母线QK刀开关图形符号文字符号电气设备名称图形符号文字符号电气设备名称表2.2常用的电气设备图形符号和文字符号TV三绕组电压互感器TA电流互感器（具有两个铁心和两个二次绕组）C电容器L电抗器T三绕组变压器TA电流互感器（具有一个二次绕组）TV电压互感器T三相变压器T单相变压器T三相变压器M交流电动机F阀式避雷器图形符号文字符号电气设备名称图形符号文字符号电气设备名称4.2电流互感器和电压互感器电流互感器和电压互感器统称互感器，是种特殊的变压器。（1）变换功能，把大电压和大电流变换为低电压和小电流，便于连接测量仪表和继电器。（2）隔离作用，使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。（3）扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围，使仪表、继电器等二次设备的规格统一，利于批量生产。电流互感器的一次电流与其二次电流之间的关系：22121)(IKINNIi电流互感器电流互感器的变流比1-铁心2-一次绕组3-二次绕组1）电流互感器的一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很多。2）一次绕组导体粗，二次绕组导体细，二次绕组的额定电流一般为5A（有的为1A）。3）工作时，一次绕组串联在一次电路中，二次绕组串联在仪表、继电器的电流线圈回路中，二次回路阻抗很小，二次回路接近于短路状态。电流互感器的特点电流互感器使用注意事项及处理1）电流互感器在工作时二次侧不能开路。如果开路，二次侧会出现危险的高电压，危及设备及人身安全。而且铁心会由于二次开路磁通剧增而过热，并产生剩磁，使得互感器准确度降低。2）电流互感器的二次侧必须有一端接地，防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及人生安全和测量仪表、继电器等设备的安全。3）电流互感器在连接时必须注意端子极性，防止接错线。1）一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少，相当于一个降压变压器。2）工作时一次绕组并联在一次电路中，二次绕组并联接仪表、继电器的电压线圈回路，二次绕组负载阻抗很大，接近于开路状态。3）一次绕组导线细，二次绕组导线较粗，二次侧额定电压一般为100V，用于接地保护的电压互感器的二次侧额定电压为V，开口三角形侧为100/3V。电压互感器的结构特点1）电压互感器在工作时二次侧不能短路。电压互感器的一、二次侧都必须实施短路保护，装设熔断器。2）电压互感器二次侧有一端必须接地。防止电压互感器一、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。3）电压互感器接线时必须注意极性。防止接错线时，引起事故。单相电压互感器分别标A、X和a、x。三相电压互感器分别标A、B、C、N和a、b、c、n。电压互感器的使用注意事项及处理4.3工厂变配电所常用的低压开关电器刀开关必须与熔断器串联配合使用,才能在短路或过电流时自动切断电路。低压刀开关低压熔断器主要实现低压配电系统的短路保护和过负荷保护。它的主要缺点是熔体熔断后必须更换，会引起短时停电，保护特性和可靠性较差，在一般情况下，必须与其他电器配合使用。低压熔断器低压断路器低压断路器又称自动空气开关，它既能带负荷接通和切断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸，保护电力线路和电气设备免受破坏。它被广泛用于发电厂和变电所，以及配电线路的交直流低压电气装置中，适用于正常情况下不频繁操作的电路。自动开关带有多种脱扣器，能够起到过流、过载、失压、欠压保护等功能。避雷器避雷器在供电系统中作过电压保护用，防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所，以免危及被保护设备的绝缘。通常与真空断路器配合使用。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。4.4电力变压器电力变压器是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核心器件，使用最多的是三相油浸式电力变压器和环氧树脂浇注式干式变压器。电力变压器的绕组导体材质有铜绕组和铝绕组。种类电力变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两大类，工厂变电所中大多采用无载调压方式的变压器。变压器按绕组绝缘方式及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式等。工厂变电所中大多采用油浸自冷式变压器。（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。（3）一般的三级负荷，只采用一台主变压器。（4）考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。主变压器台数的选择原则（1）只装一台主变压器时主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要：SN.T≥S30（2）装有两台变压器时每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个条件：SN.T≥0.7S30SN.T≥S(Ⅰ+Ⅱ)工厂变配电所主变压器容量的选择计算负荷中的全部一、二级负荷电力系统中通常按照母线的形式对电气主接线进行分类：4.5主接线的基本接线方式高、低压电力线路的基本接线方式有三种类型：放射式树干式（可靠性低）环式5工厂电力线路•架空线路和电缆线路是应用最普遍的两大类室外供电线路。–架空线路在城区外部应用的较为广泛。•优点：成本低、投资少、安装容易、维护和检修方便，易于发现和排除故障；•缺点：架空线路会占用较多的土地，影响环境美观，易发生故障，可能会影响交通等；