第1章 供配电技术概论

第1章供配电技术概论

§1.1供配电技术的基本概念§1.2电力系统的电压和供电质量§1.3电力系统的中性点运行方式及低压配电系统接地形式§1.4电力负荷及其分类教学目标

1了解电力系统、供配电系统的基本知识和组成2掌握衡量供电质量的主要指标理解电力系统的中性点运行方式及低压配电系统接地形式4掌握电力负荷的分类及要求§1.1供配电技术的基本概念1.供配电技术概念、作用1.1.1供配电的要求和课程任务2.供配电的四项基本要求：

安全、可靠、优质、经济

3.供配电课程的主要任务

具备供配电设计、计算能力；管理、操作技能1.1.2电力系统图1.1从发电厂到用户的送电过程示意图1.1.2电力系统图1.2电力系统简图1.1.3供配电系统图1.3中型工厂供配电系统结构简图1.中型工厂供配电系统的组成1.1.3供配电系统2.何谓“单母线分段制”

3.用电设备按用途分类

§1.2电力系统的电压和供电质量1.1000V为界限来划分高、低压所有电气设备都是在一定的电压和频率下工作的2.三相交流电网和发电机的额定电压国家标准教材表1.1

1.2.1电力系统的额定电压1.电网（线路）的额定电压电网(线路)的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。

2.用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同

。

3.发电机的额定电压由于用电设备的电压偏差为±5%，而整个线路允许有10%的电压损耗，这就要求线路首端电压为额定电压的105%，末端电压为额定电压的95%，如教材图1.4所示。所以，发电机的额定电压为线路额定电压的105%

。

4.电力变压器的额定电压电力变压器的额定电压1）一次绕组105%UN

–T1；100%UN–T22）二次绕组105%UN

–T2；110%UN–T1

例1-1试求供电系统中变压器T1和线路WL1、WL2的额定电压

5.工厂配电电压的选择工厂的高压配电电压一般应采用10kV。当6kV用电设备的总容量较大，选用6kV经济合理时，宜采用6kV

工厂低压配电电压一般采用220/380V，其中线电压380V接三相动力设备及380V单相设备，而相电压220V接220V的照明灯具及其他220V的单相设备

§1.2.2衡量供电质量的主要指标对工厂用户而言，衡量供电质量的主要指标是交流电的电压和频率

电能的质量指标分为电压质量指标、频率质量指标和供电可靠性指标3项

1.电压质量指标交流电压质量由电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变和电压波形来衡量，主要包括电压数值与波形两个方面电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有直接的影响用电设备在其额定电压下工作，既能保证设备运行正常，又能获得最大的经济效益

1）电压偏差电压偏差是由于系统运行方式改变及负荷缓慢变化而引起的，其变动相对缓慢按GB50052—1995《供配电系统设计规范和条文说明》规定

2）电压调整合理选择变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器

合理地减少供电系统的阻抗，以降低电压损耗

尽量使系统的三相负荷均衡，以减小电压偏差合理改变供电系统的运行方式，以调整电压偏差采用无功功率补偿装置，提高功率因数，降低电压损耗，缩小电压偏差范围

3）电压波动和闪变及其抑制-1电压波动是由于负荷急剧变动引起的

电焊机、电弧炉和轧钢机等冲击性负荷，都会引起电网电压波动

电压波动会影响电动机的正常启动，使同步电动机转子振动，使计算机无法正常工作

电压波动还会使照明灯发生明显的闪烁现象。人眼对灯闪的主观感觉就称为“闪变”，电压闪变对人眼有刺激作用，甚至使人无法正常工作和学习

3）电压波动和闪变及其抑制-2降低或抑制冲击性负荷引起的电压波动和电压闪变，宜采取下列措施

（1）对大容量的冲击性负荷采用专线或专用变压器供电。简便有效（2）降低供电线路阻抗

（3）选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电

（4）采用“吸收”冲击性无功功率的静止补偿装置SVC(StaticVarCompensation)等

4）高次谐波及其抑制-1电力系统中产生高次谐波的非线性元件很多，例如，荧光灯、高压汞灯、高压钠灯等气体放电灯及交流电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都会产生高次谐波电流

最为严重的是大型硅整流设备（如变频器）和大型电弧炉，它们产生的高次谐波电流最为突出，是造成电力系统中谐波干扰的最主要的“谐波源”

高次谐波的干扰已成为电力系统中影响电能质量的一大“公害”

4）高次谐波及其抑制及其抑制-2抑制高次谐波，宜采取下列措施

（1）大容量非线性负荷由短路容量较大的电网供电

（2）三相整流变压器采用Yd或Dy联结，可以消除3的整数倍的高次谐波

（3）增加整流变压器二次侧的相数。整流变压器二次侧的相数越多，整流脉冲数也随之增多，其次数较低的谐波分量被消去的也越多

（4）选用Dyn11联结组三相配电变压器

2.频率质量指标我国采用的工业频率(简称“工频”)为50Hz。电网低频率运行时，所有用户的交流电动机转速都将相应降低，这将导致许多工厂的产量和质量都将不同程度地受到影响。

频率的变化对电力系统运行的稳定性影响很大，因而对频率的要求比对电压的要求要严格。国标规定频率偏差范围一般为±0.5Hz

频率的调整主要依靠发电厂

3.供电可靠性指标供电可靠性是指供电系统对用户持续供电的能力，它是以对用户停电的时间及次数来衡量的

停电分为故障停电和预安排停电两大类，其中故障停电又分为内部故障停电和外部故障停电两种情况

预安排停电则分为计划停电、临时停电和限电三种情况

§1.3电力系统的中性点运行方式及低压配电系统接地形式中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性而对于低压配电系统接地形式，则主要从国际电工委员会(IEC)的定义出发，依据电源中性点和用电设备外壳保护接地形式，将其分为IT系统、TT系统和TN系统

§1.3.1电力系统的中性点运行方式电力系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点

中性点的运行方式对电力系统的运行影响显著。它主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性的要求同时还会影响电力系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行

我国3～66kV的电力系统，大多数采取----中性点不接地只有当系统单相接地电流大于一定数值时(3～10kV，大于30A时；20kV及以上，大于10A时)才采取中性点经消弧线圈(一种大感抗的铁芯线圈)接地的运行方式----中性点经阻抗接地

110kV以上的电力系统和1kV以下的低压系统，则一般采取中性点直接接地的运行方式----中性点直接接地

1.中性点不接地的电力系统单相接地时的中性点不接地电力系统

当系统发生单相接地故障时，例如C相接地，如教材图1.8(a)。则C相对地电压为零，而完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到了线电压，即升高为原对地电压的倍

系统的三个线电压无论相位和量值均未发生变化，因此系统中的所有设备仍可照常运行。但是如果另一相又发生接地故障，则形成两相接地短路，将产生很大的短路电流，损坏线路及其设备

规程规定：中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，可允许暂时继续运行2h(小时)。但必须同时通过系统中装设的单相接地保护或绝缘监察装置发出报警信号或指示，以提醒运行值班人员注意，采取措施，查找和消除接地故障

如有备用线路，则可将负荷转移到备用线路上去。在经过2h后，如接地故障尚未消除，则应切除故障线路，以防故障扩大

2.中性点经阻抗接地的电力系统

在中性点不接地的电力系统中，如果接地电容电流较大，将在接地点产生断续电弧，使线路发生电压谐振现象。由于电力线路既有电阻、电感，又有电容，因此发生单相弧光接地时，就形成一个RLC串联谐振电路，从而可使线路上出现危险的过电压(可达线路相电压的2.5～3倍)，将导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为了消除单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压，因此在单相接地电容电流大于规定值(如前所述)时，电力系统中性点必须采取经阻抗接地的运行方式图中采用消弧线圈，它实际上是一个可调的铁芯电感线圈，电阻很小，感抗很大

消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：①全补偿IL=IC；②欠补偿IL＜IC；③过补偿IL＞IC。实际上都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振损坏设备，或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿

3.中性点直接接地的电力系统

这种系统发生单相接地，其单相短路电流比线路的正常负荷电流要大许多倍，通常要使线路上的断路器(开关)自动跳闸或者使熔断器熔断，将短路故障部分切除，恢复其他无故障部分的系统正常运行中性点直接接地的系统在发生一相接地时，其他两相对地电压不会升高，因此这种系统中的供用电设备的相绝缘只需按相电压来考虑，而不必按线电压考虑。这对110kV以上的超高压系统是很有经济技术价值的，因为高压电器特别是超高压电器的绝缘问题，是影响其设计和制造的关键问题。绝缘要求的降低，实际上就降低了高压电器的造价

我国规定110kV以上的电力系统中性点均采取直接接地的运行方式

至于低压配电系统，TN系统和TT系统均采取中性点直接接地的方式，而且引出有中性线或保护中性线，这除了便于接用单相负荷外，还考虑到安全保护的要求，一旦发生单相接地故障，即形成单相短路，快速切除故障，有利于保障人身安全，防止触电

§1.3.2低压配电系统接地形式1．IEC规定的供电线路符号和低压配电系统概念

中性线(NeuralWire,N)三个功能保护线(ProtectiveWire，PE)保护接地线

保护中性线(PENWire，PEN

)IEC规定的低压配电系统表现形式：**-*

含义2．IT系统3．TT系统4．TN系统TN供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，故TN系统又称为“接零”保护系统

专用保护线PE不允许断线，也不允许进入漏电开关

有别于电源中性点不接地的IT系统，TN和TT系统都是电源中性点直接接地的系统，且都引出有工作零线(N线)TT系统每个设备外壳的保护线是独立的，而TN系统的所有电器设备外壳的保护线是公共的

§1.4电力负荷及其分类电力用户有各种不同用电设备，它们对供电的可靠性和供电的质量要求差异很大，它们的工作时间长短及开停次数也不尽相同

按供电可靠性及工作制对用电设备或负荷分类，以满足电力用户对供电的基本要求，这对保证供电质量具有重要意义

§1.4.1按供电可靠性要求的负荷分类《供配电系统设计规范》规定：电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级1.一级负荷

定义：中断供电将造成人身伤亡的负荷；或中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷

定义：在一级负荷中“特别重要的负荷”一级负荷要求由两个独立电源供电

“特别重要的负荷”还必须增设应急电源

2.二级负荷

定义：中断供电将在政治上、经济上造成较大损失的负荷，如主要设备损坏、大量产品报废等；中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷，如交通枢纽、通信枢纽等重要负荷；中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱的负荷

二级负荷要求由双回路供电，供电变压器也应有两台当发生电力变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电

3.三级负荷

定义：三级负荷为不重要的一般负荷。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷

三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回路电力线路供电

§1.4.2按工作制的负荷分类电力负荷按其工作制，即工作时间长短及开停次数，一般分为三类1.连续工作制负荷

定义：指长时间连续工作的用电设备，其特点是负荷比较稳定，连续工作发热使得设备达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电机发电机组、电炉和照明灯等。这是各类用电设备的主体

2.短时工作制负荷

短时工作制负荷是指工作时间短、停歇时间长的用电设备。其运行特点为工作时其温度达不到稳定温度，停歇时其温度降低等于环境温度。此类负荷在用电设备中所占比例很小，如闸门电动机、机床的横梁升降电动机等

3.重复短时工作制负荷

重复短时工作制负荷是指时而工作、