电机与电器81供电、配电、照明

1、1第第8章章 供电、配电、照明供电、配电、照明 本章介绍供配电基础知识，内容包括：本章介绍供配电基础知识，内容包括： 电力系统电力系统 负荷计算负荷计算 设备选择设备选择 照明照明2一、电力系统的组成一、电力系统的组成电力系统：由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户连电力系统：由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户连接而成的统一整体。接而成的统一整体。供配电系统：由总降变电所、高压配电所、配电线路、车供配电系统：由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。间变电所和用电设备组成。用电设备按用途可分为动力用电设备、照明用电设备等。用电设备按用途可分为动力用电设备、照明用电设备等

2、。 3供配电系统结构图供配电系统结构图供配电系统供配电系统输电线路输电线路配电线路配电线路降压变电所降压变电所升压变电所升压变电所升压变电所升压变电所4 总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将 35kV 110kV 的的外部配电电源降为外部配电电源降为 6 10kV 高压配电电压，供给高压配电高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。所、车间变电所和高压用电设备。 高压配电所集中接受高压配电所集中接受 6 10kV 电压，再分配到附近各车间电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业变电所和高压用电设备。一般负荷分

3、散、厂区大的大型企业设置高压配电所。设置高压配电所。 配电线路分为配电线路分为 6 10kV 厂内高压配电线路和厂内高压配电线路和 380/220V 厂内厂内低压配电线路。高压配电线路将总降变电所与高压配电所、低压配电线路。高压配电线路将总降变电所与高压配电所、车间变电所和高压用电设备联接起来。低压配电线路将车间车间变电所和高压用电设备联接起来。低压配电线路将车间变电所的变电所的 380/220V 电压送各低压用电设备。电压送各低压用电设备。 车间变电所将车间变电所将 6 10kV 电压降为电压降为 380/220V 电压，供低压用电压，供低压用电设备用。电设备用。5二、负荷分级及供电要求二、

4、负荷分级及供电要求 按对供电可靠性的要求，将负荷分为三级：按对供电可靠性的要求，将负荷分为三级： 一级负荷：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。一级重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。一级负荷负荷应应由两个独立电源供电。由两个独立电源供电。 二级负荷：二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。二级负失。二级负荷荷宜由两回线路供电。宜由两回线路供电。 三

5、级负荷：三级负荷：所有不属于一级和二级的一般电力负荷。三所有不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电电源无特殊要求。级负荷对供电电源无特殊要求。 6三、电力系统的电压三、电力系统的电压 1. 电网（线路）额定电压电网（线路）额定电压 UN 7 2、用电设备的额定电压：等于同级电网的额定电压、用电设备的额定电压：等于同级电网的额定电压 3、发电机的额定电压：、发电机的额定电压：UNG=1.05UN（考虑较长线路最大允许（考虑较长线路最大允许压降压降10%，末端仍有，末端仍有95%） 4、电压变压器的额定电压、电压变压器的额定电压 （1）升压变压器，跟发电机相连）升压变压器，跟发电机相连 ：

6、U1N=1.05UN （等于发电（等于发电机的额定电压）；机的额定电压）；U2N=1.1UN （考虑变压器压降（考虑变压器压降5%、较长线、较长线路最大允许压降路最大允许压降10%，末端仍有，末端仍有95%） （2）降压变压器，给负载供电）降压变压器，给负载供电 U1N=UN ， U2N=1.05UN （ 线路较短，线路压降按线路较短，线路压降按5%考虑，末端正好考虑，末端正好100%） U2N=1.1UN （线路较长，线路压降按最大允许（线路较长，线路压降按最大允许10%考虑，考虑，末端正好末端正好100% 。多用在。多用在35kV以上输电线路。）以上输电线路。）8 5、工矿企业电压选择、工

7、矿企业电压选择 用户的供电电压应根据全面分析、比较确定。用户的供电电压应根据全面分析、比较确定。 负荷较大，大于负荷较大，大于2000kVA，宜采用，宜采用35kV进线。用户的一进线。用户的一级配电电压宜采用级配电电压宜采用10kV/6kV。 负荷较小，采用负荷较小，采用10kV/6kV进线电压。进线电压。 低压配电电压宜采用低压配电电压宜采用220/380V，工矿企业亦可采用，工矿企业亦可采用660V；当为了安全需要时，应采用小于当为了安全需要时，应采用小于50V电压。电压。9四、电压、频率允许偏差四、电压、频率允许偏差 正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值宜符正常运行情况下，用电设

8、备端子处电压偏差允许值宜符合下列要求：合下列要求：1）电动机为）电动机为5%额定电压；额定电压；2）照明：在一般工作场所为）照明：在一般工作场所为5%额定电压；对于远离变额定电压；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为为+5%，-10%额定电压；应急照明、道路照明和警卫照额定电压；应急照明、道路照明和警卫照明等为明等为+5%，-10%额定电压。额定电压。3）其它用电设备当无特殊规定时为）其它用电设备当无特殊规定时为5%额定电压。额定电压。频率偏差很小，频率偏差很小， 0.5Hz，非敏感设备可以忽略。，非敏感设备可以忽略。10

9、五、计算负荷五、计算负荷 计算负荷计算负荷P30的含义：的含义：30分钟内的最大负荷值，分钟内的最大负荷值，Pc=P30 Q30、和、和S30 需用（要）系数法求计算负荷：在所计算用电设备组内，需用（要）系数法求计算负荷：在所计算用电设备组内，用电设备的计算负荷并不等于该组的设备容量，要用电设备的计算负荷并不等于该组的设备容量，要“打打折折”，即，即P30= KdPe Kd：需用系数：需用系数 Pe：设备功率（投用的，不包括备用的）：设备功率（投用的，不包括备用的）11例例：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有：已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V380V电机负电机负荷情况如下：荷情况

10、如下：7.5kW37.5kW3台，台，4kW84kW8台，台，3kW173kW17台，台， 1.5kW101.5kW10台。台。求其计算负荷。求其计算负荷。解解： 机床组电动机的设备总容量为：机床组电动机的设备总容量为：10kW5 . 117kW38kW43kW5 . 7ePkW5 .12073. 1tan5 . 0cos16. 0，dK查表得查表得300.16 120.519.28kWdePK P3030tan19.28 1.7333.35kvarQP3030cos19.28/0.538.56kVASP/3030N38.56358.6A1.732 0.38IS/U 计算值：计算值：12六、变

11、电所主结线六、变电所主结线1、高压侧主结线、高压侧主结线高压侧采用高压侧采用“隔离开关熔断器隔离开关熔断器”或跌开式熔断器的变电所主结线图或跌开式熔断器的变电所主结线图高压侧采用高压侧采用“负荷开关熔断负荷开关熔断器器”的变电所主结线图的变电所主结线图结构简单，投资结构简单，投资少，可靠性不高，少，可靠性不高，不宜频繁操作。不宜频繁操作。这种结线的低压这种结线的低压侧应采用低压断侧应采用低压断路器以便带负荷路器以便带负荷停、送电。停、送电。一般只用于一般只用于500 500 kVkVA A及以下容量及以下容量变电所，对不重变电所，对不重要的三级负荷供要的三级负荷供电。电。负荷开关能带负负荷开关

12、能带负荷操作，使变电荷操作，使变电所的停、送电简所的停、送电简便、灵活，但仍便、灵活，但仍用熔断器进行短用熔断器进行短路保护，其供电路保护，其供电可靠性依然不高；可靠性依然不高；低压侧的主开关低压侧的主开关既可用低压断路既可用低压断路器，也可采用低器，也可采用低压刀开关。压刀开关。应用应用 一般也用一般也用于不重要的三级于不重要的三级负荷的小型变电负荷的小型变电所。所。13 两路电源进线，互为备用或者同时用。适合重要负荷，两路电源进线，互为备用或者同时用。适合重要负荷，可靠性高，频繁操作方便灵活。可靠性高，频繁操作方便灵活。两路进线、高压侧无母线、低压侧两路进线、高压侧无母线、低压侧单母线分段

13、的两台变压器变电所主结线图单母线分段的两台变压器变电所主结线图14低压放射式接线低压放射式接线2、低压侧主结线、低压侧主结线1）放射式）放射式各低压配电出线互不影响，供电各低压配电出线互不影响，供电可靠性较高。可靠性较高。设备及材料使用多。设备及材料使用多。适合设备容量大、重要的场合。适合设备容量大、重要的场合。15 2）树干式：引出配电干线较少，设备、金属消耗量少。）树干式：引出配电干线较少，设备、金属消耗量少。干线发生故障时，停电的范围大，和放射式相比，供电干线发生故障时，停电的范围大，和放射式相比，供电的可靠性较低。适于容量较小而分布均匀的场所，如机的可靠性较低。适于容量较小而分布均匀的

14、场所，如机械加工车间、工具车间和机修车间的中小型机床设备以械加工车间、工具车间和机修车间的中小型机床设备以及照明配电。及照明配电。 低压母线放射式配电的树干式低压母线放射式配电的树干式 低压低压“变压器变压器干线组干线组”的树的树干干16 3）链式：引出配电干线最少，设备、金属消耗量最少。）链式：引出配电干线最少，设备、金属消耗量最少。干线发生故障时，停电的范围大，供电的可靠性较低。干线发生故障时，停电的范围大，供电的可靠性较低。适于容量较小而分布均匀的场所，如楼宇照明配电。适于容量较小而分布均匀的场所，如楼宇照明配电。 17 4）环形：）环形： 供电可靠性较高，任一段线路故障或检修，一般可不

15、供电可靠性较高，任一段线路故障或检修，一般可不中断供电，或只是短时停电，经切换操作后即可恢复供中断供电，或只是短时停电，经切换操作后即可恢复供电；而且可使电能损耗和电压损耗减少。电；而且可使电能损耗和电压损耗减少。 保护装置及其保护整定比较复杂，如果配合不当，易保护装置及其保护整定比较复杂，如果配合不当，易发生误动作，反而扩大发生误动作，反而扩大 故障停电范围，所以低压环形线故障停电范围，所以低压环形线 路通常多采用路通常多采用“开环开环”方式运行。方式运行。18七、变压器的选择七、变压器的选择（1）单台变压器容量的确定）单台变压器容量的确定 SN应能满足全部用电设备的计算负荷应能满足全部用电

16、设备的计算负荷Sc，留有余量，并，留有余量，并考虑变压器的经济运行，即考虑变压器的经济运行，即 SN（1.151.4）Sc（2）装有两台主变压器容量的确定）装有两台主变压器容量的确定 任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级 负荷负荷SC（+）的需要的需要 SNSC（+） （3）考虑负荷发展留有一定的容量裕度。）考虑负荷发展留有一定的容量裕度。19八、导线截面选择八、导线截面选择 载流量要求（查载流量表）载流量要求（查载流量表） 电压损失校验，线路电压损失不能超过规定的值，一般电压损失校验，线路电压损失不能超过规定的值，一般取取5%。 经济电流密

17、度校验。对于常年运行的大电流导体考虑。经济电流密度校验。对于常年运行的大电流导体考虑。30alII 20九、照明九、照明 1）光通量光通量（Luminous Flux），单位，单位lm，流明，流明Lumen 。它表示光源单位时间内向周围辐射可见光的能量。例如，它表示光源单位时间内向周围辐射可见光的能量。例如，一盏一盏100W灯泡的的光通量约为灯泡的的光通量约为1038lm。 21 2）光强，即发光强度）光强，即发光强度（Luminous Intensity）I，单位，单位cd （烛光，坎德拉（烛光，坎德拉Candela ）。表示向空间某一方向辐射的）。表示向空间某一方向辐射的光通密度。光通密度

18、。对于点光源，各个方向的光强相等对于点光源，各个方向的光强相等，即，即 为光源为光源r范围的立体角（单位为球面度范围的立体角（单位为球面度sr），），=S/r2；为光源在立体角内所辐射的总光通量。为光源在立体角内所辐射的总光通量。 根据定义，根据定义，1烛光等于在烛光等于在1立体角上产生的光通量就是立体角上产生的光通量就是1lm。整个圆球的立体角为整个圆球的立体角为4，1烛光的光通量为烛光的光通量为4lm。由此可。由此可见，球面上的光强跟球半径即距离无关。见，球面上的光强跟球半径即距离无关。I 22 3）照度（）照度（Illuminance）E，单位，单位lx（勒克斯，（勒克斯，Lux ），换

19、算单），换算单位位lm/m2 或或 cdsr/m2 。受照物体表面的光通量密度称为照度。受照物体表面的光通量密度称为照度。当光通量当光通量均匀地照射到某物体表面上（面积为均匀地照射到某物体表面上（面积为S）时，该平）时，该平面上的照度值为面上的照度值为ES 23 4）亮度）亮度L，单位，单位nit（尼特，（尼特，Nits），换算单位），换算单位cd/m2 。表示人。表示人眼对发光体或被照物体光强的实际感受。数值上等于视线方眼对发光体或被照物体光强的实际感受。数值上等于视线方向单位投影面上的发光强度。向单位投影面上的发光强度。一发光体一发光体S S，表面法线方向的光表面法线方向的光强为强为I I

20、，若人眼视线与发光体表面法线成，若人眼视线与发光体表面法线成角，则视线方向的角，则视线方向的光强为光强为I Ia a=Icos =Icos （不同于点光源各方向光强不变），而视（不同于点光源各方向光强不变），而视线方向的投影面线方向的投影面S Sa a=Scos=Scos，由此可得发光体在视线方向的亮，由此可得发光体在视线方向的亮度为度为 即亮度不因角度而变化。即亮度不因角度而变化。 = = =coscosIIILSSS 24 1 烛光在其周围约烛光在其周围约0.28m处，此处球面积处，此处球面积4r2=1m2，照射面的亮度为照射面的亮度为1尼特，尼特，2* 0.28=0.56m处的亮度就是处

21、的亮度就是1/4尼特了，电光源亮度和距离平方成正比。亮度和尼特了，电光源亮度和距离平方成正比。亮度和光强在日常用语中常被混淆使用。光强在日常用语中常被混淆使用。25 光强和亮度的区分：光强和亮度的区分： 光强：光强：指的是发光强度，是光源本身固有的性质，跟外指的是发光强度，是光源本身固有的性质，跟外部条件无关，不依距离远近变化。远看一烛光，近看也部条件无关，不依距离远近变化。远看一烛光，近看也是一烛光，都是是一烛光，都是1 1烛光的光强（烛光的光强（1cd1cd）。因此光强是绝对）。因此光强是绝对的，这符合人们的视觉习惯，方便应用。的，这符合人们的视觉习惯，方便应用。 亮度：亮度：某一光强的光

22、源投射到受照面上，人眼的感知作某一光强的光源投射到受照面上，人眼的感知作用。亮度和光强成正比，和受照面积成反比。同样一支用。亮度和光强成正比，和受照面积成反比。同样一支烛光，照射到烛光，照射到1m1m2 2白纸上，假设全反射，则亮度等于白纸上，假设全反射，则亮度等于1 1。但。但如果假设经过一个如果假设经过一个聚光镜聚光镜聚光，投射到聚光，投射到0.1m0.1m2 2，零度就是，零度就是1010。26物理量物理量符符号号国际单位制国际单位制单单位位符符号号注释注释光能光能（Luminous energy）Q流明流明秒秒lms单位有时被称作单位有时被称作talbots光通量光通量（Luminou

23、s flux）流明（流明（lm=cdsr）lm单位时间内由光源（单位时间内由光源（/被照物）所发被照物）所发出（出（/吸收）的光能吸收）的光能发光强度发光强度（Luminous intensity）I坎德拉坎德拉（cd=lm/sr）cd发光强度是一光源所发出的在给定方发光强度是一光源所发出的在给定方向上单位立体角内的光通量向上单位立体角内的光通量亮度亮度（Luminance）L尼特（尼特（nit=cd/m2）nit亮度是一光源单位在给定方向上单位亮度是一光源单位在给定方向上单位面积单位立体角内所发出的的光通量面积单位立体角内所发出的的光通量照度照度（Illuminance）E勒克斯（勒克斯（lx=lm/m2）lx照度是每单位面积所接受可见光的光照度是每单位面积所接受可见光的光通量，用于入射表面的光。通量，用于入射表面的光。光发射