搜索
第一章概论供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术第一节供配电工作的意义、要求及课程任务供配电技术：研究电力的供应和分配问题。供配电的“三电”：安全用电、节约用电、计划用电基本要求：(1)安全—在电力的供应、分配和使用中，应避免发生人身事故和设备事故。(2)可靠—应满足电力用户对供电可靠性即连续供电的要求。(3)优质—应满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。(4)经济—在满足安全、可靠和电能质量的前提下，应尽量使供配电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。供配电技术本课程的任务研究电力用户（含各类企业、事业单位和民用建筑等）的电力供应和分配问题，初步掌握一般配电系统运行维护和简单设计计算所需的基本理论和基本知识，为相关课程设计、毕业设计及今后从事供配电技术工作奠定初步的基础。供配电技术第二节供配电系统及发电厂、电力系统一、供配电系统基本知识以工厂企业为例，其供配电系统是：指工厂企业所需的电力从进厂起到所有用电设备入端止的整个供配电线路及其中所有变配电设备和控制、保护等设备。供配电技术(一)具有高压配电所的供配电系统配电所：接受电能和分配电能变电所：接受电能、变换电压、分配电能供配电技术(二)具有总降压变电所的供配电系统供配电技术(三)高压深入负荷中心的企业供配电系统供配电技术（四）只有一个变电所或配电所的企业供配电系统供配电技术二、发电厂基本知识三、电力系统基本知识（一）电力的生产和输送过程供配电技术（二）电力生产特点(1)同时性电力的生产、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，几乎是同时进行的。(2)集中性电力的生产必须集中统一，有统一的质量标准，统一的调度管理，统一的生产和销售。(3)快速性电力系统中各元件(包括设备、线路等)的投入或切除，几乎在瞬间就能完成，系统运行方式的改变过程也极其短暂。(4)先行性电力生产在国民经济发展中具有先行性。供配电技术(三)电力系统、电力网及动力系统的概念电力系统：通过各级电压的电力线路，将发电厂、变电所和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。电力网：发电厂与电力用户之间的输电、变电和配电的整体，包括所有变配电所和各级电压的线路。动力系统：电力系统加上发电厂的动力部分以及热能系统和热能用户发电厂与用户之间通过电网联系图１-６大型电力系统简图建立大型电力系统的优越性：1)可以更经济合理地利用动力资源，首先利用水力资源和其他清洁、价廉、可再生的能源。2)可以减少电能损耗，降低发电和输配电成本，大大提高经济效益。３)可以更好地保证电能质量，提高供电可靠性。供配电技术四、用户自备电源基本知识对于用户的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急的自备电源(一)采用柴油发电机组的自备电源1)柴油发电机组操作简便，起动迅速。2)柴油发电机组效率较高，功率范围大，可从几千瓦到几千千瓦，而且体积小，重量轻，便于搬运。3)柴油发电机组的燃料采用柴油，其储存和运输比较方便。4)运行可靠，维修方便。供配电技术图１-７采用快速自起动型柴油发电机组作自备电源的主接线图供配电技术图１-８交流不间断电源或应急电源供电示意图(二)采用交流不间断电源(UPS)或应急电源(ＥＰＳ)的自备电源交流不停电电源（UPS）主要由整流器（UR）、逆变器（UV）和蓄电池组（GB）等三部分组成。供配电技术公共电网正常供电时，交流电源经晶闸管整流器UR转换为直流，对蓄电池组GB充电。当公共电网突然停电时，电子开关QV在保护装置作用下进行切换，使UPS投入工作，蓄电池组GB放电，经逆变器UV转换为交流，恢复对重要负荷的供电。不停电电源（UPS）较之柴油发电机组，具有体积小、效率高、无噪声、无振动、维护费用低、可靠性高等优点，但其容量相对较小，主要用于电子计算机中心、重要场所的监控中心、工业自动控制中心及停电时间不超过1.5S的重要负荷等重要场所。供配电技术第三节电力系统的中性点运行方式一、电力系统的中性点运行方式我国电力系统中电源（包括发电机和电力变压器）的中性点有下列三种运行方式：一种是中性点不接地的运行方式；一种是中性点经阻抗（通常是经消弧线圈）接地的运行方式；（前两种“小接地电流系统”）再一种是中性点直接接地或经低电阻接地的运行方式。（大接地电流系统）供配电技术(一)中性点不接地的电力系统系统正常运行时，三个相的相电压、、是对称的，三个相的对地电容电流Ico也是平衡的，如图b所示。因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压，就是各相的相电压。AUBUCU供配电技术图1-10单相接地时的中性点不接地的电力系统a)电路图b)相量图当系统发生单相接地故障时，假设是C相接地，如图1-17a所示。这时C相对地电压为零，而A相对地电压，B相对地电压，如图1-17b所示。由图1-17b的相量图可知，C相接地时，完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的倍。3ACCAAUUUU)(BCCBBUUUU)(供配电技术)(CBCACIII当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和，即CI由图1-10b的相量图可知，在相位上超前90°；而在量值上，由于而，因此.3CCAII'.0/3/3CAACACCIUXUXICICU03CCII即单相接地电容电流为系统正常运行时相线对地电容电流的3倍。供配电技术由于线路对地的电容C不好准确计算，因此IC0和IC也不好根据C值来精确地确定。中性点不接地系统中的单相接地电流通常采用下列经验公式计算：应用：这种中性点不接地的系统，高压多用于3-10KV系统，低压用于三相三线制的IT系统(35)350NohcabCUllI供配电技术(二)中性点经消弧线圈接地的电力系统上述中性点不接地的电力系统有一种故障情况比较危险，即在发生单相接地故障时如果接地电流较大，将在接地故障点出现断续电弧。由于电力线路既有电阻Ｒ、电感Ｌ，又有电容Ｃ，因此在发生单相弧光接地时，可形成一个Ｒ－Ｌ－Ｃ的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压的2.5～3倍），这可能导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为了防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压，因此在单相接地电容电流大于一定值时，电力系统中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。供配电技术消弧线圈实际上就是一个可调的铁心电感线圈，其电阻很小，感抗很大。当系统发生单相接地时，通过接地点的电流为接地电容电流与通过消弧线圈Ｌ的电感电流之和。由于超前90°，而滞后90°，因此与在接地点相互补偿。当与的量值差小于发生电弧的最小电流（称为最小生弧电流）时，电弧就不会产生，也就不会出现谐振过电压了。图１-１１中性点经消弧线圈接地的系统CILICICULICULICILICI供配电技术利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。利用对消弧线圈无载分接开关的操作，使其在一定范围内达到过补偿运行，从而实现减小接地电流的目的。使电网持续运行时间延长，相对提高了供电可靠性。此方式也是小接地电流系统。在各级电压网络中，当单相接地故障时，通过故障点总的电容电流超过下列数值时，必须尽快安装消弧线圈：①对3kV～6kV电网，故障点总电容电流超过30A；②对10kV电网，故障点总电容电流超过20A；③对22kV～66kV电网，故障点总电容电流超过10A。供配电技术(三)中性点直接接地或经低电阻接地的电力系统这种系统的单相接地，即通过接地中性点形成单相短路K(1)。单相短路电流IK(1)比线路的正常负荷电流大得多，因此在系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障，使系统的其他部分恢复正常运行。图１-１２中性点直接接地或经低阻接地的系统发生单相接地时供配电技术中性点直接接地的系统发生单相接地时，其他两完好相的对地电压不会升高，这与上述中性点非直接接地的系统不同。因此中性点直接接地系统中的供用电设备绝缘只需按相电压考虑，而无须按线电压考虑。这对110kV及以上的超高压系统是很有经济技术价值的。因为高压电器特别是超高压电器，其绝缘问题是影响电器设计和制造的关键问题。电器绝缘要求的降低，不仅降低了电器的造价，而且改善了电器的性能。供配电技术我国110kV及以上超高压系统的电源中性点通常都采取直接接地的运行方式。在低压配电系统中，我国广泛应用的TN系统及国外应用较广的TT系统，均为中性点直接接地系统。TN系统和TT系统在发生单相接地故障时，一般能使保护装置迅速动作，切除故障部分，比较安全。如果再加装漏电保护器，则人身安全更有保障。供配电技术在现代化城市电网中，由于广泛采用电缆取代架空线路，而电缆线路的单相接地电容电流远比架空线路的大,因此采取中性点经消弧线圈接地的方式往往也无法完全消除接地故障点的电弧，从而无法抑制由此引起的危险的谐振过电压。因此我国有的城市（例如北京市）的10kV城市电网中性点采取低电阻接地的运行方式。它接近于中性点直接接地的运行方式，必须装设动作于跳闸的单相接地故障保护。在系统发生单相接地故障时，迅速切除故障线路，同时系统的备用电源投入装置动作，投入备用电源，恢复对重要负荷的供电。由于这类城市电网，通常都采用环网供电方式，而且保护装置完善，因此供电可靠性是相当高的。供配电技术二、低压配电系统的接地形式(一)TN系统(图１-１３)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（neutralwire，代号N）、保护线（protectivewire，代号PE）或保护中性线（PENwire，代号PEN）。具有N线或PEN线的三相系统，统称为“三相四线制”没有N线或PEN线的三相系统，统称为“三相三线制”供配电技术中性线（N线）的功能：一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是用来减小负荷中性点的电位偏移。保护线（PE线）的功能：它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分（指正常不带电压但故障时可能带电压的易被触及的导电部分，例如设备的金属外壳、金属构架等）通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。供配电技术保护中性线（PEN线）的功能：它兼有中性线（N线）和保护线（PE线）的功能。这种PEN线在我国通称为“零线”，俗称“地线”。低压配电系统按接地型式，分为TN系统、TT系统和IT系统。供配电技术1.TN-C系统（图1-13a）其中的N线与PE线全部合并为一根PEN线。PEN线中可有电流通过，因此对其接PEN线的设备相互间会产生电磁干扰。如果PEN线断线，还可使断线后边接PEN线的设备外露可导电部分带电而造成人身触电危险。该系统由于PE线与N线合为一根PEN线，从而节约了有色金属和投资，较为经济。该系统在发生单相接地故障时，线路的保护装置应该动作，切除故障线路。TN-C系统在我国低压配电系统中应用最为普遍，但不适用于对人身安全和抗电磁干扰要求高的场所。供配电技术2.TN-S系统（图1-13b）其中的N线与PE线全部分开，设备的外露可导电部分均接PE线。由于PE线中没有电流通过，因此设备之间不会产生电磁干扰。PE线断线时，正常情况下，也不会使断线后边接PE线的设备外露可导电部分带电；但在断线后边有设备发生一相接壳故障时，将使断线后边其他所有接PE线的设备外露可导电部分带电，而造成人身触电危险。该系统在发生单相接地故障时，线路的保护装置应该动作，切除故障线路。该系统在有色金属消耗量和投资方面较之TN-C系统有所增加。TN-S系统现在广泛用于对安全要求较高的场所如浴室和居民住宅等处及对抗电磁干扰要求高的数据处理和精密检测等实验场所。供配电技术3.TN-C-S系统（图1-13c）该系统的前一部分全部为TN-C系