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、变变电电所所的的类类型型和和作作用用变电电所所是是联联系系发发电电厂厂和和用用电电用用户户的的中中间间环环节节，，其其作作用用是是变变换换电电压压，，接接受受和和分分配配电电能能。。1）枢枢纽纽变变电电所所枢纽纽变变电电所所位位于于电电力力系系统统的的枢枢纽纽点点，，电电压压等等级级一一般般为为330kV及其其以以上上，，连连接接电电力力系系统统电电压压和和中中压压的的几几个个部部分分，，汇汇集集着着多多个个电电源源，，出出线线回回路路多多，，变变电电容容量量大大。。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相对地的电电压为零，，而中性点点N对地的电压压，即中性性点N对地的电压压不再为零零。此时U相、V相对地的电电压、分别别为即此时U相、V相对地的电电压由原来来的相电压压升高为线线电压由于W相接地，此此时三相对对地的电容容电流的相相量和不再再为零中性点不接接地系统发发生单相接接地故障时时由于线电电压不变，，用户可继继续工作，，提高了供供电的可靠靠性。为防防止由于接接地点的电电弧及伴随随产生的过过电压，这这种系统中中必须安装装交流绝缘缘监察装置置。电力系系统规定发发生单相接接地时，允允许继续运运行的时间间不得超过过2小时。单相接地时时由于非故故障相的对对地电压升升高到线电电压，故在在这种系统统中电气设设备和线路路的对地绝绝缘必须按按线电压来来考虑。中性点不接接地的系统统，高压多多用于3~10kV系统，低压压则用于三三相三线制制的IT系统。2、中性点经经消弧线圈圈接地的运运行方式在中性点不不接地的系系统中，如如果接地电电流较大，，容易在接接地点产生生断续电弧弧，使线路路有可能发发生谐振过过电压现象象。正常运行时时，中性点点对地的电电压为零，，所以消弧弧线圈中没没有电流流流过。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。中性点以消消弧线圈接接地的系统统与不接地地的系统一一样，在发发生单相接接地故障时时，可继续续供电2小时，提高高了供电的的可靠性。。3、中性点直直接接地或或经低电阻阻接地的运运行方式这种系统正正常运行时时，三相系系统对称，，中性点的的对地电压压为零，中中性点没有有电流流过过。当单相接地地时，由于于接地相通通过大地与与电源构成成单相短路路，所以称称这种故障障为单相接接地短路。。单相短路电电流比线线路正常负负荷电流在在得多，对对系统危害害很大。因因此这种系系统中装设设的短路保保护装置将将立即动作作，切断线线路，切除除故障部分分，使系统统的其他部部分恢复正正常运行。。以电缆为主主体的城市市电网，由由于电缆线线路的对地地电容较大大，单相接接地电容电电流也随之之增大，采采用消弧线线圈补偿的的方法达不不到抑制单单相接地电电流的要求求，可采用用经低电阻阻接地的运运行方式。采用中性性点经低低电阻接接地方式式运行时时，为限限制接地地相的电电流，减减少对周周围通信信线路的的干扰，，中性点点接地电电阻的大大小以限限制接地地相电流流不超过过600~1000A的范围内内为宜。。低压配电电系统广广泛采用用中性点点直接接接地的运运行方式式，而且且引出中中性线（（N线）、保保护线（（PE线）或保保护中性性线（PEN线）：4、低压配配电系统统的接地地型式（1）中性线线：中性性线的功功能有以以下三个个方面：：一是用用来接采采用额定定电压为为系统相相电压的的单相用用电设备备的，二二是用来来传导三三相系统统中的不不平衡电电流和单单相电流流，三是是减小负负荷中性性点的电电位偏移移。（2）保护线线：是是为了保保障人身身安全、、防止发发生触电电事故用用的接地地线。系系统中所所有设备备的外露露可导电电部分通通过保护护线接地地，或在在设备发发生接地地故障时时减小触触电危险险。（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，所有有设备的的外露可可导电部部分经公公共的PE线或PEN线接地，，属三相相四线制制系统。。按PE线的形式式又分为为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统三种种：（1）TN-C系统TN-C系统不适适用于安安全要求求较高的的场合。。（2）TN-S系统由于N线和PE线完全分分开，PE线上没有有电流流流过，不不会产生生电磁干干扰。而而且PE线断开时时，不会会使设备备的外露露可导电电部分带带电，比比较安全全，所以以这种系系统也适适用于安安全要求求较高的的场合。。由于N线和PE线完全分分开，消消耗的材材料较多多，成本本高。（3）TN-C-S系统这种系统统的前面面部分为为TN-C系统，后后面部分分为TN-S系统，它它是TN-C系统和TN-S系统的组组合，兼兼有TN-C系统和TN-S系统的优优点，对对安全要要求较高高和对抗抗电磁干干扰要求求较高的的场所，，采用TN-S系统，其其他场所所采用TN-C系统。这这种系统统比较灵灵活。2.TT系统TT系统的电电源中性性点直接接接地，，与TN系统一样样，也从从中性点点引出一一条中性性线（N线），用以通通过三相不平平衡电流和单单相相电流，，但设备的外外露可导电部部分则经各自自的PE线单独接地。。由于各设备备的PE线之间没有直直接的电气联联系，互相之之间不会发生生电磁干扰，，适合于对抗抗电磁干扰要要求较高的场场合。这种系统中必必须安装灵敏敏的漏电保护护装置IT系统的电源中中性点不接地地，或经高阻阻抗（约1000）接地，没有有中性线，所所有设备的外外露可导电部部分经各自的的PE线单独接地3.IT系统这种系统主要要用于对连续续供电要求较较高，或对抗抗电磁干扰要要求较高及有有易燃易爆危危险的场所。。我国电力系统统标称频率（（工频）为50Hz。在电力系统统正常频率偏偏差允许值为为±0.2Hz，电网装机容容量在300万kW以下的，偏差差值可放宽到到±0.5Hz。1）供电频率和和频率偏差5、供电质量量要求正常运行情况况下，用电设设备端子处的的电压偏差允允许值应符合合下列要求2）电压偏差及其其允许值（1）电动机规规定为5%。（2）电气照明在在一般工工作场所为5%；对于远离变变电所的小面面积一般工作作场所、难以以满足上述要要求时，可为为+5%、10%；应急照明、、道路照明和和警卫照明等等为+5%、10%。电气设备只有有在额定电压压下运行才能能获得最佳的的经济效果。。例如白炽灯灯，如果电压压偏高，则光光效高，但其其使用寿命将将大大缩短；；如果电压偏偏低，则光效效严重下降，，照度明显降降低。电压波动是指指电网电压的的快速变动或或电压包络线线的周期性快快速变动。3）电压波动和闪闪变电压波动是由由于电网中存存在急剧变动动的冲击性负负荷（如电动动机的起动等等）引起的。。负荷的急剧剧变化，使电电网的电压损损耗相应变动动，从而使用用户公共连接接点的电压了了现波动现象象。电压波动会引引起灯光的闪闪烁，严重影影响视觉。电电压波动还会会影响电动机机的正常起动动，严重时可可能使电动机机无法起动。。闪变是指人眼眼对灯闪的主主观感觉。闪闪变是由于照照明灯的端电电压出现电压压波动而引起起的。4）电网谐波电力系统中的的三相交流电电压，一般可可认为是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。工业供配电系系统1、电力负荷及及其计算电力负荷是指指用电设备或或用电单位所所消耗的电功功率或电流的的大小。电力负荷分为为以下三级一级负荷：是指中断供供电将造成人人身伤亡者；；或中断供电电将在政治、、经济上造成成重大损失者者。二级负荷：是指中断供供电将在政治治、经济上造造成较大损失失者，或者造造成公共场所所秩序混乱者者。三级负荷：所有不属属于一级和二二级负荷者都都属于三级负负荷。用电设备的工工作制工厂的用电设设备按其工作作制分为以下下三类：连续工作制：这类设备在恒恒定负荷下长长期连续运行行，负荷比较较稳定。短时工作制：这类设备的工工作时间较短短，而停歇时时间相对较长长。断续周期工作作制：这类设备备周期性地工工作、停歇，，如此反复运运行。计算负荷是指指用统计计算算求出的、用用来按发热条条件选择供配配电系统中各各元件的负荷荷值三相用电设备备组计算负荷荷的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:某车间的金金属切削机机床组，拥拥有电压为为380V的三相交流流电动机15kW的2台，7.5kW的5台，4kW的10台，1.5kW的12台。试求其其计算负荷荷。解:该机床组的的设备总容容量为查表得：“小批量生产的金属冷加工机床电动机”的取0.2；，求得，，从而可求求得2.多组组用电设备备计算负荷荷的确定确定拥有多多组用设备备的干线上上或车间变变电所低压压母线上的的计算负荷荷时，先将将性质相同同，且具有有相同需要要系数和功功率因数的的用电设备备分组，求求出每组用用电设备的的计算负荷荷。同时，，考虑到各各用电设备备组的最大大负荷一般般不同时出出现，将各各用电设备备组总的有有功计算负负荷、无功功计算负荷荷分别乘以以一个同时时系数，，一般取取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.单相用电设设备组计算算负荷的确确定在实际应用用中，除了了三相设备备外，还有有许多的单单相设备，，如电炉、、照明灯等等。当有多多台单相设设备时，应应将它们尽尽可能地均均匀分配，，力求三相相负荷平衡衡当单相设备备的总容量量不超过三三相设备总总容量的15%时，不论单单相设备如如何分配，，均可按三三相负荷平平衡计算；；如果单相相设备的总总容量超过过三相设备备总容量的的15%时，则应将将单相设备备容量换算算成等效三三相设备容容量，再与与三相设备备一起计算算。单相用电设设备换算为为三相等效效设备容量量的方法如如下：（1）单相设备备接于相电电压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）单相设备备接于同一一线电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）当单相设设备既有接接于线电压压又有接于于相电压时时此时，首先先应将接于于线电压的的单相设备备容量换算算为接于相相电压的设设备容量，，然后再分分相计算各各相的设备备容量，取取最大负荷荷相设备容容量的3倍作为等效效的三相负负荷容量。。2、低压配电线线路的接线线方式1.放射式接线线这种接线方方式是由变变压器低压压母线上引引出若干条条回路，再再分别配电电给各配电电箱或用电电设备。其其特点是：：其配电引引出线发生生故障或检检修时互相相不影响，，供电可靠靠性较高，，但变电所所低压侧引引出线多，，有色金属属消耗量大大，采用的的开关设备备也较多。。放射式接接线方式多多用于设备备容量较大大或对供电电可靠性要要求较高的的场合。2.树干式接线线树干式接线线的特点与与放射式相相反，其采采用的开关关设备较少少，有色金金属的消耗耗量也较少少，当干线线发生故障障时，将影影响该条干干线上的所所有设备，，因此供电电可靠性较较低。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.环形接线这种接线方方式供电可可靠性高。。环形接线线可使电能能损耗和电电压损耗减减少，便这