工业供电与配电课程课件

工业供电与配电发电与输电工业供配电系统概述返回概述1、电力系统的构成在电力系统中，普遍采用三相制。三相制交流电的优点：1、从发电看：三相发电机的结构并不比单相发电机复杂，且使用和维护也比较方便，运行成本低；2、从输电看：在相同距离下传输同等功率时，三相输电比单相输电节约25%左右的材料成本，效率高；3、从供电形式看，三相制可以实现不同的供电方式（例如星形供电或三角形供电），且能满足大功率设备的用电需求；4、从用电看，三相交流电比单相交流电应用更为广泛，既可适用于三相制用电设备，也可取其中一相交流电用于照明和其他用电等单相设备。电能是通过人为加工而取得的二次能源。将自然转变为电能的过程称为发电，这一过程一般在发电厂进行。而发电厂与用电用户之间往往相距很远，这就需要用电力线路来输送电能。将发电厂的电能送到负荷中心的线路称为输电线路，将负荷中心的电能送到各用户的电力线路称为配电线路。在输送与分配电能的过程中，为了减少电能损耗可以提高电压减少线路电压降落、功率损耗和电能损耗。将电能用高电压输电线路送到负荷中心的变电所，然后经降压、分配和控制，再用配电线路送到用电用户。三相交流电从发电厂到用户的传输过程大型电力系统简图2、电力系统的电压等级按国家标准规定，按电压高低及使用范围分为三类：1、100V及以下的额定电压这类额定电压主要用于安全动力、照明、蓄电池及其他特殊设备。其中交流36V只作为潮湿环境的局部照明及其他特殊电力负荷。

主要用于动力及照明设备，其应用最广，数量最多。2、100以上，1000V以下的额定电压用于电力系统的发电、输电、配电及高压用电设备。3、1000V及以上的额定电压通常1kV以下的电压称为低压，高于1kV而低于330kV的电压称为高压，330kV以上的电压称为超高压。发电与输电1、发电厂基本知识发电厂（又称“一次能源”）是把各种天然能源，转换成电能（又称“二次能源”）的工厂。发电厂是电力系统的中心环节，根据一次能源形式的不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂、风力发电厂等。发电厂发出的电能一般由变电所升压，经高压输出电线路输送出去，电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。（1）水力发电厂水力发电厂也称水电厂或水电站。它是将水的位能和动能转换为电能的工厂。水电厂能量转换过程按照水力枢纽布置的不同，水电厂又分为堤坝式水电厂、径流式水电厂和抽水蓄能电厂。火力发电厂是将燃料（如煤、天然气等）的化学能转换成电能的工厂。（2）火力发电厂火力发电厂能量转换过程火力发电厂又分凝汽式和供热式，通常凝汽式火力发电厂称为火电厂，而供热式火力发电厂称为热电厂。（3）核能发电厂核能发电厂又称原子能发电厂或核电站，它是利用原子核的裂变能来生产电能的工厂。核电厂能量转换过程核能发电厂生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆代替了燃煤锅炉，以核燃料代替了煤燃料。核电厂能取得较大的经济效益，且所需原料极少。2、变电所的类类型和作用变电所是联系系发电厂和用用电用户的中中间环节，其其作用是变换换电压，接受受和分配电能能。1）枢纽变电电所枢纽变电所位位于电力系统统的枢纽点，，电压等级一一般为330kV及其以上，连连接电力系统统电压和中压压的几个部分分，汇集着多多个电源，出出线回路多，，变电容量大大。2）中间变电电所中间变电所位位于电力系统统主干环行线线路或系统主主要干线的接接口处，电压压等级一般为为330~220kV，汇集2~3个电源和若干干线路，高压压侧以交换功功率为主，或或使长距离输输电线路分段段，且同时降降压向地区用用户供电。3）地区变电所地区变电所是是一个地区和和一个中、小小城市的主要要变电所，电电压等级一般般为110~220kV，是以对地区区用户供电为为主的变电所所。4）企业变电所企业变电所是是大、中型工工矿企业的专专用变压所，，电压等级为为35~220kV。5）终端变电所终端变电所位位于配电线路路的终端，在在负荷点附近近，电压等级级一般为110kV，经降压后向向用户供电。。3、电力系统的的中性点运行行方式电力系统的中中性点是指电电力系统中作作星形联结的的变压器和发发电机的中性性点。1）中性点不接接地的运行方方式系统正常运行时，系统的三个相电压、是对称的，则流过电容的三个电流、、也是对称的，此时，，所以没有电流流过大地。在中性点不接接地的三相系系统中，当发发生单相接地地故障，设W相因故完全接接地，系统的的线电压没有有改变。此时时W相对地的电压压为零，而中中性点N对地的电压，，即中性点N对地的电压不不再为零。此此时U相、V相对地的电压压、分别为即此时U相、V相对地的电压压由原来的相相电压升高为为线电压由于W相接地，此时时三相对地的的电容电流的的相量和不再再为零中性点不接地地系统发生单单相接地故障障时由于线电电压不变，用用户可继续工工作，提高了了供电的可靠靠性。为防止止由于接地点点的电弧及伴伴随产生的过过电压，这种种系统中必须须安装交流绝绝缘监察装置置。电力系统统规定发生单单相接地时，，允许继续运运行的时间不不得超过2小时。单相接地时由由于非故障相相的对地电压压升高到线电电压，故在这这种系统中电电气设备和线线路的对地绝绝缘必须按线线电压来考虑虑。中性点不接地地的系统，高高压多用于3~10kV系统，低压则则用于三相三三线制的IT系统。2、中性点经消消弧线圈接地地的运行方式式在中性点不接接地的系统中中，如果接地地电流较大，，容易在接地地点产生断续续电弧，使线线路有可能发发生谐振过电电压现象。正常运行时，，中性点对地地的电压为零零，所以消弧弧线圈中没有有电流流过。。当系统发生单相接地故障时，设W相发生单相接地，此时中性点对地的电压，U相、V相对地的电压升高为线电压，系统的线电压仍然保持不变。消弧线圈在电压的作用下，将产生一个电流，这个电流必流过接地点，所以接地点处的电流为接地电容电流与消弧线圈电流的相量和。由相量分析可知，超前90，消弧线圈电流滞后电压90，即和的相位相差180，和相互抵消。适当选择消弧线圈的匝数，可使接地点处的电流变得很小或等于零。中性点以消弧弧线圈接地的的系统与不接接地的系统一一样，在发生生单相接地故故障时，可继继续供电2小时，提高了了供电的可靠靠性。3、中性点直接接接地或经低低电阻接地的的运行方式这种系统正常常运行时，三三相系统对称称，中性点的的对地电压为为零，中性点点没有电流流流过。当单相接地时时，由于接地地相通过大地地与电源构成成单相短路，，所以称这种种故障为单相相接地短路。。单相短路电流流比线路正正常负荷电流流在得多，对对系统危害很很大。因此这这种系统中装装设的短路保保护装置将立立即动作，切切断线路，切切除故障部分分，使系统的的其他部分恢恢复正常运行行。以电缆为主体体的城市电网网，由于电缆缆线路的对地地电容较大，，单相接地电电容电流也随随之增大，采采用消弧线圈圈补偿的方法法达不到抑制制单相接地电电流的要求，，可采用经低低电阻接地的的运行方式。采用中中性点点经低低电阻阻接地地方式式运行行时，，为限限制接接地相相的电电流，，减少少对周周围通通信线线路的的干扰扰，中中性点点接地地电阻阻的大大小以以限制制接地地相电电流不不超过过600~1000A的范围围内为为宜。。低压配配电系系统广广泛采采用中中性点点直接接接地地的运运行方方式，，而且且引出出中性性线（（N线）、、保护护线（（PE线）或或保护护中性性线（（PEN线）：：4、低压压配电电系统统的接接地型型式（1）中性性线：：中性性线的的功能能有以以下三三个方方面：：一是是用来来接采采用额额定电电压为为系统统相电电压的的单相相用电电设备备的，，二是是用来来传导导三相相系统统中的的不平平衡电电流和和单相相电流流，三三是减减小负负荷中中性点点的电电位偏偏移。。（2）保护护线：：是是为了了保障障人身身安全全、防防止发发生触触电事事故用用的接接地线线。系系统中中所有有设备备的外外露可可导电电部分分通过过保护护线接接地，，或在在设备备发生生接地地故障障时减减小触触电危危险。。（3）保护中中性线：：它兼有有中性线线和保护护线的功功能，PEN线也称为为零线。。低压配电电系统，，按其中中电气设设备的外外露可导导电部分分保护接接地的型型式不同同，分为为TN系统、TT系统和IT系统。1.TN系统TN系统就是是电源中中性点直直接接地地，并引引出N线，所有设设备的外露露可导电部部分经公共共的PE线或PEN线接地，属属三相四线线制系统。。按PE线的形式又又分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统三种：：（1）TN-C系统TN-C系统不适用用于安全要要求较高的的场合。（2）TN-S系统由于N线和PE线完全分开开，PE线上没有电电流流过，，不会产生生电磁干扰扰。而且PE线断开时，，不会使设设备的外露露可导电部部分带电，，比较安全全，所以这这种系统也也适用于安安全要求较较高的场合合。由于N线和PE线完全分开开，消耗的的材料较多多，成本高高。（3）TN-C-S系统这种系统的的前面部分分为TN-C系统，后面面部分为TN-S系统，它是是TN-C系统和TN-S系统的组合合，兼有TN-C系统和TN-S系统的优点点，对安全全要求较高高和对抗电电磁干扰要要求较高的的场所，采采用TN-S系统，其他他场所采用用TN-C系统。这种种系统比较较灵活。2.TT系统TT系统的电源源中性点直直接接地，，与TN系统一样，，也从中性性点引出一一条中性线线（N线），用以以通过三相相不平衡电电流和单相相相电流，，但设备的的外露可导导电部分则则经各自的的PE线单独接地地。由于各各设备的PE线之间没有有直接的电电气联系，，互相之间间不会发生生电磁干扰扰，适合于于对抗电磁磁干扰要求求较高的场场合。这种系统中中必须安装装灵敏的漏漏电保护装装置IT系统的电源源中性点不不接地，或或经高阻抗抗（约1000）接地，没没有中性线线，所有设设备的外露露可导电部部分经各自自的PE线单独接地地3.IT系统这种系统主主要用于对对连续供电电要求较高高，或对抗抗电磁干扰扰要求较高高及有易燃燃易爆危险险的场所。。我国电力系系统标称频频率（工频频）为50Hz。在电力系系统正常频频率偏差允允许值为±0.2Hz，电电网网装装机机容容量量在在300万kW以下下的的，，偏偏差差值值可可放放宽宽到到±0.5Hz。1）供供电电频频率率和和频频率率偏偏差差5、供供电电质质量量要要求求正常常运运行行情情况况下下，，用用电电设设备备端端子子处处的的电电压压偏偏差差允允许许值值应应符符合合下下列列要要求求2）电压压偏偏差差及及其其允允许许值值（1）电电动动机机规规定定为为5%。（2）电电气气照照明明在在一一般般工工作作场场所所为为5%；对对于于远远离离变变电电所所的的小小面面积积一一般般工工作作场场所所、、难难以以满满足足上上述述要要求求时时，，可可为为+5%、10%；应应急急照照明明、、道道路路照照明明和和警警卫卫照照明明等等为为+5%、10%。电气气设设备备只只有有在在额额定定电电压压下下运运行行才才能能获获得得最最佳佳的的经经济济效效果果。。例例如如白白炽炽灯灯，，如如果果电电压压偏偏高高，，则则光光效效高高，，但但其其使使用用寿寿命命将将大大大大缩缩短短；；如如果果电电压压偏偏低低，，则则光光效效严严重重下下降降，，照照度度明明显显降降低低。。电压压波波动动是是指指电电网网电电压压的的快快速速变变动动或或电电压压包包络络线线的的周周期期性性快快速速变变动动。3）电压波动动和闪变变电压波动动是由于于电网中中存在急急剧变动动的冲击击性负荷荷（如电电动机的的起动等等）引起起的。负负荷的急急剧变化化，使电电网的电电压损耗耗相应变变动，从从而使用用户公共共连接点点的电压压了现波波动现象象。电压波动动会引起起灯光的的闪烁，，严重影影响视觉觉。电压压波动还还会影响响电动机机的正常常起动，，严重时时可能使使电动机机无法起起动。闪变是指指人眼对对灯闪的的主观感感觉。闪闪变是由由于照明明灯的端端电压出出现电压压波动而而引起的的。4）电网谐谐波电力系统统中的三三相交流流电压，，一般可可认为是是50Hz的正弦波。但但由于系统中中存在各种非非线性元件，，会使线路中中出现谐波，，使电压或电电流波形发生生畸变。谐波波对电气设备备的危害很大大。例如谐波波通过变压器器，将使变压压器的铁芯损损耗明显增加加，使变压器器铁芯过热，，使用寿命缩缩短。5.三相电压不平平衡在三相供电系系统中，如果果三个相电压压或电流幅值值或有效值不不等，或三个个相电压或电电流的相位差差不为120°，则称此三相相电压或电流流不平衡或不不对称。三相不对称主主要是由系统统运行参数不不对称、三相相用电负荷不不对称等因素素引起的。供供电系统的不不对称运行，，对用电设备备及供配电系系统都有危害害，低压系统统的不对称运运行还会导致致中性点偏移移，从而危及及人身和设备备安全。工业供配电电系统1、电力负荷荷及其计算算电力负荷是是指用电设设备或用电电单位所消消耗的电功功率或电流流的大小。。电力负荷分分为以下三三级一级负荷：是指中断断供电将造造成人身伤伤亡者；或或中断供电电将在政治治、经济上上造成重大大损失者。。二级负荷：是指中断断供电将在在政治、经经济上造成成较大损失失者，或者者造成公共共场所秩序序混乱者。。三级负荷：所有不不属于一级级和二级负负荷者都属属于三级负负荷。用电设备的的工作制工厂的用电电设备按其其工作制分分为以下三三类：连续工作制制：这类设备在在恒定负荷荷下长期连连续运行，，负荷比较较稳定。短时工作制制：这类设备的的工作时间间较短，而而停歇时间间相对较长长。断续周期工工作制：这类设设备周期性性地工作、、停歇，如如此反复运运行。计算负荷是是指用统计计计算求出出的、用来来按发热条条件选择供供配电系统统中各元件件的负荷值值三相用电设设备组计算算负荷的确确定负荷计算方方法有：需需要系数法法、二项式式系数法、、利用系数数法1.用需要系数数法确定计计算负荷需要系数法法就是将用用电设备的的设备容量量乘以该设设备的需要要系数，所所得结果即即是计算负负荷。例:某车车间间的的金金属属切切削削机机床床组组，，拥拥有有电电压压为为380V的三三相相交交流流电电动动机机15kW的2台，，7.5kW的5台，，4kW的10台，，1.5kW的12台。。试试求求其其计计算算负负荷荷。。解:该机机床床组组的的设设备备总总容容量量为为查表得：“小批量生产的金属冷加工机床电动机”的取0.2；，，求求得得，，从从而而可可求求得得2.多多组组用用电电设设备备计计算算负负荷荷的的确确定定确定定拥拥有有多多组组用用设设备备的的干干线线上上或或车车间间变变电电所所低低压压母母线线上上的的计计算算负负荷荷时时，，先先将将性性质质相相同同，，且且具具有有相相同同需需要要系系数数和和功功率率因因数数的的用用电电设设备备分分组组，，求求出出每每组组用用电电设设备备的的计计算算负负荷荷。。同同时时，，考考虑虑到到各各用用电电设设备备组组的的最最大大负负荷荷一一般般不不同同时时出出现现，，将将各各用用电电设设备备组组总总的的有有功功计计算算负负荷荷、、无无功功计计算算负负荷荷分分别别乘乘以以一一个个同同时时系系数数，，一一般般取取0.7~1。即多组用用电设备总总计算负荷荷为3.按二项式法法确定三相相用电设备备的计算负负荷用二项式法法确定三相相用电设备备的计算负负荷的基本本公式为式中b、c为二项式系系数为用电设备组的平均负荷,为用电设备组的设备总容量

为x台最大容量设备设入运行时增加的附加负荷，为x台最大容量设备的设备总容量，

各组设备中最大的一组附加负荷各组平均负荷为各组的平均有功负荷之和为各组有功附加负荷中的最大值

为各组的平均无功负荷之和各组无功附加负荷中的最大值最大附加负荷设备组的平均功率因数角的正切值采用二项式式法确定多多组用电设设备的总计计算负荷时时，也应考考虑各组设设备的最大大负荷不同同时出现的的因素4.单相用电电设备组组计算负负荷的确确定在实际应应用中，，除了三三相设备备外，还还有许多多的单相相设备，，如电炉炉、照明明灯等。。当有多多台单相相设备时时，应将将它们尽尽可能地地均匀分分配，力力求三相相负荷平平衡当单相设设备的总总容量不不超过三三相设备备总容量量的15%时，不论论单相设设备如何何分配，，均可按按三相负负荷平衡衡计算；；如果单单相设备备的总容容量超过过三相设设备总容容量的15%时，，则则应应将将单单相相设设备备容容量量换换算算成成等等效效三三相相设设备备容容量量，，再再与与三三相相设设备备一一起起计计算算。。单相相用用电电设设备备换换算算为为三三相相等等效效设设备备容容量量的的方方法法如如下下：：（1）单单相相设设备备接接于于相相电电压压时时当单相设备接于相电压时，等效三相设备容量应按最大负荷相所接单相设备容量的3倍计算。（2）单单相相设设备备接接于于同同一一线线电电压压时时当容量为的单相设备接在线电压上时，其等效的三相设备容量为（3）当单单相设设备既既有接接于线线电压压又有有接于于相电电压时时此时，，首先先应将将接于于线电电压的的单相相设备备容量量换算算为接接于相相电压压的设设备容容量，，然后后再分分相计计算各各相的的设备备容量量，取取最大大负荷荷相设设备容容量的的3倍作为为等效效的三三相负负荷容容量。。2、低压配配电线线路的的接线线方式式1.放射式式接线线这种接接线方方式是是由变变压器器低压压母线线上引引出若若干条条回路路，再再分别别配电电给各各配电电箱或或用电电设备备。其其特点点是：：其配配电引引出线线发生生故障障或检检修时时互相相不影影响，，供电电可靠靠性较较高，，但变变电所所低压压侧引引出线线多，，有色色金属属消耗耗量大大，采采用的的开关关设备备也较较多。。放射射式接接线方方式多多用于于设备备容量量较大大或对对供电电可靠靠性要要求较较高的的场合合。2.树干式式接线线树干式式接线线的特特点与与放射射式相相反，，其采采用的的开关关设备备较少少，有有色金金属的的消耗耗量也也较少少，当当干线线发生生故障障时，，将影影响该该条干干线上上的所所有设设备，，因此此供电电可靠靠性较较低。。低压母线放射式配电的树干式低压“变压器-干线组”的树干式3.环形接接线这种接接线方方式供供电可可靠性性高。。环形形接线线可使使电能能损耗耗和电电压损损耗