工厂供电第一章

工厂供电普通高等专科教育机电类专业规划教材机械工业出版社精品教材机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS刘介才编目录第三章工厂的电力负荷及其计算第二章工厂变配电所及其一次系统第一章工厂供电概论第四章短路电流计算及变配电所电气设备选择第五章工厂电力线路及其选择计算第六章工厂供电系统的过电流保护目录第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置第八章防雷、接地及电气安全第九章节约用电、计划用电及供电系统的运行维护附录习题参考答案第一章工厂供电概论第三节电力系统中性点运行方式及低电压配电系统接地型式题第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识第一节工厂供电的意义、要求及课程任务返回目录第四节电力系统的电压与电能质量第一节工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电（plantpowersupply）是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。第一节工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电的要求：（1）安全（2）可靠（3）优质（4）经济工厂供电的课程任务：讲述中小型工厂内部的电能供应和分配问题，并讲述电气照明，使学生初步掌握中小型工厂供电系统和电气照明运行维护和简单设计计算所必需的基本理论和基本知识。返回本章目录第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识一、工厂供电系统概况（工厂供电系统，是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括工厂内的变配电所和所有的高低压供配电线路）。图1-1是一个比较典型的中型工厂供电系统简图（进线电压10KV)。图1-1中型工厂供电系统简图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识图1-2是如图1-1所示工厂供电系统的平面布线示意图。图1-2图1-1中型工厂供电系统的平面布线示意图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，一般经两次降压，即电源进厂以后，先经总降压变电所降压，然后通过高压配电线将电能送到各个车间变电所，其简图如图1-3所示。也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压,与图1-1类似(将进线电压改为35KV)。有的35kV进线的工厂，只经一次降压，即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需的电压，如图1-4所示。第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识图1-3具有总降压变电所的工厂供电系统简图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识图1-4高压深入负荷中心的工厂供电系统简图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识对于小型工厂，由于其容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只设一个降压变电所，将6～10kV降为低压用电设备所需的电压，如图1-5所示。图1-5只设一个降压变电所的工厂供电系统简图a）装有一台主变压器b）装有两台主变压器第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识二、工厂供电系统电源简介（简单介绍工厂供电系统往电源方向的发电厂、电力系统和自备电源等）（一）发电厂（P4-P61．水力发电厂；2．火力发电厂；3．核能发电厂；4．风力发电、地热发电和太阳能发现简介）（二）电力系统（由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所称为电网，例如10KV电网实际上是指电压等级同为10KV的相互联系的整个电力线路。供电系统是电力系统末端的部分,是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括工厂内的变配电所和所有的高低压供配电线路）图1-7是从发电厂到用户的送电过程示意图。图1-7从发电厂到用户的送电过程示意图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识（三）工厂的自备电源简介（工厂里特别重要的负荷，求除了要求两路电源供电外，还应设置应急自备电源）1.采用柴油发电机组的自备电源。图1-9是采用快速自启动型柴油发电机组作备用电源的主接线图。图1-9采用柴油发电机组作备用电源的主接线图第二节工厂供电系统及其电源和负荷的基本知识2.采用柴油发电机组的自备电源三、工厂电力负荷简介（p9。一、二、三级负荷及其对电源的要求略）柴油发电机组组成示意图第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式一、电力系统的中性点运行方式（一）中性点不接地的电力系统图1-11是电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图。图1-11正常运行时的中性点不接地的电力a）电路图b）相量图由图1-11b所示相量图可知，系统正常时,三个相的相电压对称,三个相的对地电容电流平衡,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。当系统发生单相接地故障时，如教材P11图1-12所示。接地相对地电压为零，完好相的对地电压都由原来的相电压升高为线电压，即升高为原对地电压的倍。必须指出，当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，因为线路的线电压无论其相位和量值均为发生变化，因此该系统中的三相用电设备仍能照常运行，这从教材P11图1-12b)所示相量图可以看出。但是这种存在单相接地故障的系统不允许长期运行，以免再有一相发生接地故障时，形成两相短路，使故障扩大。因此在中性点不接地不接地系统中，应装设专门的单相接地保护装置或绝缘监视装置。3第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式（二）中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点不接地电力系统在发生后单相接地故障时，如果接地电流过大，将在接地故障点出现断续电弧,有可能因谐振而在线路上产生危险的过电压。为了防止单相接地点出现断续电弧,避免引起谐振过电压,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。图1-13是电源中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时的电路图和相量图。图1-13中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地故障a）电路图b）相量图电感电流与电容电流互相补偿。当两者的量值差小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会产生，也就不会出现谐振过电压了。第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式（三）中性点直接接地或经低电阻接地的电力系统图1-14是电源中性点直接接地的电力系统发生单相接地时的电路图。图1-14中性点直接接地的电力系统在发生单相接地故障中性点直接接地的系统发生单相接地故障时，其他完好两相的对地电压不会升高。因此中性点直接接地系统中的供电设备的绝缘只需按相电压考虑。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。中性点直接接地系统发生单相接地故障时，即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比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。在低压配电系统中，我国广泛应用的TN系统就采用中性点直接接地系统(下面即将讲到)。TN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。第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式二、低压配电系统的接地型式（一）TN系统TN系统的中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线（PE线）或公共的保护中性线（PEN线）。这种接公共PE线或PEN线的方式，通称“接零”。TN系统又分TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统，如图1-15所示。第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式图1-15低压配电的TN系统a）TN-C系统；b）TN-S系统；c）TN-C-S系统第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式（二）TT系统TT系统的中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地，如图1-16所示。图1-16低压配电的TT系统第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式（三）IT系统该系统中所有设备的外露可导电部分均经各自的PE线单独接地，如图1-17所示。图1-17低压配电的IT系统返回本章目录第四节电力系统的电压与电能质量一、概述二、三相交流电网和电力设备的额定电压按GB156-2003《标准电压》规定，我国三相交流电网和发电机的额定电压如表1-1所示。分类电网和用电设备额定电压/kV发电机额定电压/kV电力变压器额定电压/kV一次绕组二次绕组低压0.380.400.380.400.660.690.660.69高压33,153,3.153,15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,11表1-1我国三相交流电网和电力设备的额定电压第四节电力系统的电压与电能质量高压—13.8,15.75,18,20,22,24,2613.8,15.75,18,20，22,24,26—35—3538.566—6672.5110—110121220—220242330—330363500—500550750—750825(800)1000—10001100(续)第四节电力系统的电压与电能质量（一）电网(电力线路)的额定电压（二）用电设备的额定电压按GB/T11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》规定，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，如表1-2所示。表1-2系统的额定电压、最高电压和高压设备的额定电压（单位：kV）系统额定电压系统最高电压高压开关、互感器及支柱绝缘子的额定电压穿墙套管额定电压熔断器额定电压3610353.56.911.540.53.67.21240.5—6.911.540.53.56.91240.5第四节电力系统的电压与电能质量(三)发电机的额定电压为了维持线路的平均电压在额定电压植,线路首端(电源端)的电压应较线路额定电压高5%,而线路末端电压则较线路额定电压低5%,如图1-18所示。图1-18用电设备和发电机的额定电压第四节电力系统的电压与电能质量（四）电力变压器的额定电压（五）电压高低的划分三、电压偏差与电压调整（一）电压偏差的有关概念（二）电压调整的措施（1）正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压变压器。我国工厂供电系统中应用的6～10kV电力变压器，一般为无载调压型，其高压绕组（一次绕组）有±5%的电压分接头，并装设有无载调压分接开关，如图1-20所示。（2）合理减小系统的阻抗。（3）合理改变系统的运行方式。（4）尽量使系统的三相负荷均衡。（5）采用无功功率补偿装置。第四节电力系统的电压与电能质量图1-20电力变压器的分接开关1-帽2-密封垫圈3-操动螺母4-定位钉5-绝缘底座6-静触头7-动触头第四节电力系统的电压与电能质量四、电压波动及其抑制五、电网谐波及其抑制（一）电网谐波的有关概念（二）电网谐波的抑制抑制电网谐波，可采取下列措施：（1）三相整流变压器采用Yd或Dy联结。（2）增加整流变压器二次侧的相数。（3）使各台整流变压器二次侧互有相角差。（4）装设分流滤波器。在大容量静止“谐波源”（如大型晶闸管整流器）与电网连接处，装设如图1-21所示的分流滤波器，使滤波器的各组R-L-C回路分别对需要消除的5，7，11…等次谐波进行调谐，使之发生串联谐振。（5）选用Dyn11联结组三相配电变压器。（6）其他抑制谐波的措施。第四节电力系统的电压与电能质量图1-21装设分流滤波器吸收高次谐波六、三相不平衡及其改善七、工厂供配电电压的选择（一）工厂供电电压的选择工厂供电的电压，主要取决于当地电网的供电电压等级，同时也要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离，如表1-3所示。（二）工厂高压配电电压的选择（三）工厂低压配电电压的选择第四节电力系统的电压与电能质量表1-3各级电压线路合理的输送功率和输送距离线路电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.380.386610103566110220架空线电缆架空线电缆架空线电缆架空线架空线架空线架空线≤100≤175≤1000≤3000≤2000≤50002000～100003500～3000010000～50000100000～500000≤0