工厂供电__刘介才第5版课件

工厂供电技术总学时60学时第一章概论本章主要内容：工厂供电的基本知识供电系统、发电厂、电力系统及自备电源电压、电能质量中性点运行方式低压配电系统的接地型式第一节工厂供电的意义、要求及课程任务1、工厂供电(plantpowersupply)：是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。2、重要性：生产自动化后增加产量、提高质量、减轻劳动强度。供电中断，会引起设备损坏，可能发生人身事故。3、基本要求：安全、可靠、优质、经济。4、本课程的主要任务对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作、维护、设计、计算。第二节工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源一、工厂供电系统概况1、中型工厂供电系统简图：一根线表示三相线路高压配电所有两条lOkV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上，形成单母线分段制。一条电源进线供电，另一条电源进线作为备用。2、中型工厂供电系统的平面布线示意图3、大型工厂总降压变电所电源进线35KV及以上,经过两次降压，也就是经总降压变电所，将35kV及以上电压降为6～10KV的电压，然后车间变电所降为一般低压用电设备所需的电压。4、高压深入负荷中心的供电系统高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，简化了供电系统接线，节约投资和有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高了供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用。5、只设一个降压变电所的供电系统对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多一些，如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般直接由公共低压电网供电。a)一台主变b)两台主变经过分析可知：配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压；而变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能。二、发电厂和电力系统1、发电厂（发电站）：将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能(二次能源)的工厂。种类：水力、火力、核能、风力、地热及太阳能发电厂。2、电力系统(powersystem)：送电过程：发电机→升压→高压输电线路→降压→配电电力系统：由各级电压的电力线路将发电厂、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。电网：电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网。电网以电压等级来区分，例如lOkV电网。如图所示电力系统简图三、工厂自备电源对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急自备电源。1、柴油发电机组自备电源：操作简便、起动迅速、效率较高。2、交流不停电电源（UPS）：如图所示，由整流器(UR)、逆变器(uV)和蓄电池组(GB)等三部分组成。第三节电力系统的电压与电能质量衡量电能质量的两个基本参数:规定：频率偏差正负0.2Hz电压偏差正负5%电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差。一、三相交流电网和电力设备的额定电压1、电网（线路）的额定电压根据需要、水平、技术、经济分析后确定2、用电设备的额定电压如图所示，用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。3、发电机的额定电压高于同级电网电压5%一次绕组的额定电压：当变压器T1直接与发电机相联时，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同。当变压器T2不与发电机相联而是连接在线路上时，可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。二次绕组的额定电压：变压器二次侧供电线路较长，如为较大的高压电网时，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10％，其中5％是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的约5％的电压降，另外5％用以补偿线路上的电压损耗。若二次侧供电线路不长，直接供电给高低压用电设备时，仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5％的电压降。4、电力变压器的额定电压5、电压高低的划分行业要求不同划分不同，一般以1140V为高低压区分点分电网和用电设备发电机电力变压器额定电／kV类额定电压／kV额定电压／kV一次绕组二次绕组低0.38O.400.380.40压0.66O.690.660.6933.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,11高13.8,15.75,18，20,22,24,2613.8,15.75,18，20,22,24,26353538.5压666672.5110110121220220242330330363500500550二、电压偏差与电压调整1、电压偏差的概念设备的端电压U与设备额定电压U。之差对额定电压U。的百分值，即%100%NNUUUU2、电压偏差对设备的影响感应电动机、同步电动机、电光源等3、电压调整的措施调压型变压器、减少系统阻抗、改变系统运行方式、三相负荷均衡、无功功率补偿。四、电压波动及其抑制1、含义：电压波动是指电网电压有效值(方均根值)的连续快速变动，即：%100%minmaxNUUUU2、电压波动的产生与危害产生：负荷剧烈变化引起冲击负荷，如电机起动、电焊机、电弧炉、轧钢机。危害：使得设备无法正常工作。3、电压波动的抑制措施专用线路或专用变压器供电、减少系统阻抗、减小引起波动的负荷、高电压等级、大容量供电、装设吸收无功装置五、电网谐波及其危害含义：对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率(50Hz)整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。（电路中非线性元件造成）危害：使变压器及电动机的铁心损耗明显增加、电动机转子发生振动现象、电力系统发生电压谐振、对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。六、工厂供配电电压的选择工厂供电电压的选择，主要取决于当地电网的供电电压等级，同时要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。在同一输送功率和输送距离条件下，供电电压越高，线路电流越小，使线路导线或电缆截面越小，可减少线路的初投资和有色金属消耗量。第四节电力系统中性点运行方式电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且将影响系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行。种类：中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统1、中性点不接地的电力系统正常运行：电压、电流对称。单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍。单相接地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的3倍。单相接地电流经验公式：350)35(cabohNCllUI2、中性点经消弧线圈接地正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍，减小了接地电流。在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。3、中性点直接接地或低阻接地的电力系统正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另外两相对地电压不变，单相接地后即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，因此在此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。110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值。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、保护中性线PEN。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情况下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。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。这种保护中性线在我国通称为“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。1）TN系统：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，通称为“接零”。包括：TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统，如图a、b、c所示。2）TT系统：中性点直接接地，设备外壳单独接地。3）IT系统：中性点不接地，设备外壳单独接地。主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所。第二章工厂的电力负荷及其计算本章主要内容：电力负荷有关概念用电设备组计算负荷、工厂计算负荷尖峰电流及其计算第一节工厂的电力负荷与负荷曲线一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。双电源供电，必要时增设应急电源。二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。二、工厂用电设备的工作制连续工作制、断续周期工作制、短时工作制（负荷持续率）三、负荷曲线表示电力负荷随时间变动情况的一种图形。从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律，获得对设计和运行有用的资料。有日有功负荷曲线、年负荷持续叶间曲线、年每日最大负荷曲线等。如下图：a)夏日负荷曲线b)冬日负荷曲线c)年负荷持续时间曲线四、负荷曲线、负荷计算所用的物理量1、年最大负荷(Pmax)：全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率,又叫半小时最大负荷P30。2、年最大负荷利用小时(Tmax)（是一个假想时间）maxmaxPWTa一班制：Tmax=1800—3600h、两班制：Tmax=3500—4800h、三班制：Tmax=5000—7000h3、平均负荷：tWPtav4、负荷系数（负荷率）：NLPPK第二节三相用电设备组计算负荷的确定计算负荷的方法：需要系数法，常用二项式法，设备台数少，容量差别悬殊时采用。供电系统要安全可靠运行，电力变压器、开关设备、导线、电缆必须选择合适，因此必须对各环节的电力负荷进行计算。一、需要系数法确定计算负荷1、基本公式：如图所示用电设备组的计算负荷用电设备组计算负荷：eWLeLPKKP30需要系数：WLeLdKKKedPPK30edPKP30tan3030PQcos3030PSNUSI33030(Kd可查附表1)如果是一台电机：cos30NNNUPII（见例题2—1）2、设备容量的计算连续工作制和短时工作制用电设备组：设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。断续周期工作制用电设备组：必须进行负载持续率换算100/NNePP3、多组用电设备计算负荷的确定应该考虑各用电设备最大负荷不同时出现的因素，对有功、无功负荷分别计入一个同时系数及车间干线：0.85～0.95及0.90～0.97pKqK低压母线：用电设备组计算负荷直接相加时取0.80～0.90及0.85～0.95由车间干线计算负荷直接相加时取0.90～0.95及0.93～0.97总的计算负荷为ipPKP.3030IPQKQ.3030NUSI3303023023030QPS（见例题2—2）二、按二项式法确定计算负荷1、基本公式：xecPbPP30Pe=用电设备组总容量Px=X台最大容量的设备总容量B、C为二项式系数见附表12、多组用电设备计算负荷的确定考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷（cPx）max，再加各组的平均负荷bPemax30)()(xiecPbPPmaxmax30tan)()tan(XiecPbPQ（见例题2—3，4）第三节单相用电设备组计算负荷的确定单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%则不论单相设备如何分配，单相设备可与综合按三相负荷平衡计算，如果大于15%则将单相设备换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。一、单相设备组等效三相负荷的计算1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算meePP.3按最大负荷所接单相设备的3倍计算：2、单相