企业供电技术-第四章

第四章工业企业电力线路§4-1工业企业变电站§4-2工业企业电力线路及接线方式§4-3电力线路的结构及敷设§4-4导线和电缆截面的选择原则§4-5按允许载流量和经济电流密度选择导线和电缆的截面§4-6按允许电压损失选择导线和电缆的截面§4-7电气主结线

§4-8

工业企业变电站的变压器容量和台数的选择

4.1工业企业变电站一、位置和数量的确定原则位置：中方运输远，下水污染源，防火待发展中：变电站应位于负荷的中心。远：远离震动大的车间。下水：线不浸水，或打隔水层，或控制好深度不深入地下水。污染源：金属设备处于污染源的上风处。变压器容量及电缆粗细要有一定裕量。一、位置和数量的确定原则数量的选择：总降：①、设一个总降企业负荷较低或负荷中心集中②、设几个总降企业规模大，在每个负荷中心单独设置总降，若用电设备等级较高，则至少应设两站。车间降：①、一个某车间容量大②、几个车间合用一个几个车间集中，且用电容量都不大二、变电站内主要电气设备1、电力变压器电力变压器是变电站的核心设备，通过它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能图形符号：文字符号：T型号及含义：二、变电站内主要电气设备1、电力变压器图片：二、变电站内主要电气设备2、高压断路器作用：用于1kV以上的高压电路中，正常工作时断开和接通负荷电流，短路时断开短路电流图形符号：文字符号：QF型号及含义：二、变电站内主要电气设备2、高压断路器图片：高压真空断路器跌落式高压熔断器SF6断路器二、变电站内主要电气设备3、隔离开关作用：隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修及人身安全。没有灭弧装置图形符号：文字符号：QS型号及含义：二、变电站内主要电气设备3、隔离开关图片：二、变电站内主要电气设备4、负荷开关作用：切开负荷（仅限于额定负荷附近，不能切开短路电流），有灭弧装置图形符号：文字符号：QL型号及含义：二、变电站内主要电气设备5、母线作用：汇集和分配电流6、电流和电压互感器①、可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A，电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。②、可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全。③、可以避免短路电流直接通过测量仪表及继电器的线圈。4.2工业企业电力线路及接线方式一、组成、特点、分类组成：（1）、外部供电线路:企业高压进线，一般为35—110kV.（2）、企业内高压电网:6—10kV（3）、车间内低压电网：380/220V特点：供电范围小，配电距离短，输送容量小。与供电系统的地方电网相似，故计算方法也相似；一般工业企业供电网路全线的材料、截面和结构均相同。4.2工业企业电力线路及接线方式分类：（1）、电压：1kV及以下为低压，1kV以上为高压；（2）、架设：架空线路：裸导线，投资少、易于架设，但占用地面；电缆线路：成本高、不便维修、不易发现和排除故障，但运行可靠、不易受外界影响；室内线路：车间内外敷设的各类配电线路。

（3）、结线方式：放射式，树干式，环式；（4）、布置形式：开式，闭式，一般开式居多。二、对供电网路的基本要求1、供电可靠性：供电可靠性应与负荷等级相适应2、操作简单方便，运行安全灵活：同一等级高压网路，供电层次一般不超过两级3、运行经济：高压线应尽可能深入负荷中心4、其他：便于发展，维修，负荷分配。三、工业企业供电的结线方式1、放射式线路（1）、单回路放射式QF6～10kV380/220V缺点：高压开关，可靠性低，适用三级负荷，线路初投资较大优点：时间短，相互独立，可备用供电三、工业企业供电的结线方式1、放射式线路（2）、双回路放射式（单回路投资的2倍）6～10KV6～10KV380／220V380／220VQSQF二、三级负荷供电一级负荷供电QF分段，可实现自动切换，可靠性较高三、工业企业供电的结线方式1、放射式线路（3）、有公共备用干线的放射式线路（投资比双回路少）备用线来源多样①、另一个总降②、另一个企业总降③、自备电厂6～10KV三、工业企业供电的结线方式2、树干式线路（1）、直接连接树干式6～10KVQF解决了放射式线路投资大的问题每条干线不超过五个车间每各应小于315KVA适用于二、三级负荷三、工业企业供电的结线方式2、树干式线路（2）、串联树干式6～10KVQF尽可能缩小故障停电范围越远离母线，故障范围越小三、工业企业供电的结线方式3、环式接线QF无故障时，QF是断开的4.3电力线路的结构及敷设一、架空线路的结构一、架空线路的结构和架设架空线路通常由导线、避雷线（架空地线）、电杆（杆塔）、横担、绝缘子、金具等组成。

4.3电力线路的结构及敷设（1）架空线路的导线架空线路一般采用裸导线，如铜绞线（代号TJ）、铝绞线（LJ）、钢芯铝绞线（LGJ）。工业企业多采用钢心铝绞线，机械强度要求高和35kV以上架空线则用钢芯铝绞线。钢芯铝绞线分轻型（LGJQ）、普通型（LGJ）和加强型（LGJJ）。型号：LGJ—120表示截面为120mm2的普通钢芯铝绞线。4.3电力线路的结构及敷设（2）电杆、横担和拉线电杆是用来支持和架设导线的。要有足够的机械强度，并保证导线对地有足够的距离。

电杆按其采用的材料分类，有木杆、钢筋混凝土杆和铁塔。常用钢筋混凝土杆。横担用来固定绝缘子以支承导线，并保持各相导线之间的距离。目前常用的横担有铁横担和瓷横担。拉线是为了平衡电杆各方面的受力，防止电杆倾倒用的，如下图所示。4.3电力线路的结构及敷设4.3电力线路的结构及敷设（3）线路绝缘体和金具线路绝缘子俗称瓷瓶，用来固定导线并使导线与电杆绝缘。常见的几种高压线路绝缘子有针式、悬式、蝴蝶式、瓷横担等。常用针式和悬式，针式用于35kV以下线路，悬式用于35kV以上线路。线路金具是用来连接导线、按装横担和绝缘子的金属附件。（4）架空线路的架设原则选择架空线路的路径；确定档距、垂高和其他距离；确定导线排列方式：水平排列，三角形排列，三角、水平混合排列和双回路垂直排列。

4.3电力线路的结构及敷设4.3电力线路的结构及敷设二、电缆线路的结构和架设（1）电力电缆的结构电力电缆是传输和分配电能的一种特殊导线。它由导体、绝缘层和保护层三部分组成。导体即电缆线芯，一般由多根铜线或铝线绞合而成。绝缘层作为相间及对地的绝缘，保护层又分内护层和外护层。内护层用来直接保护绝缘层，外护层用以防止内护层免受机械损伤和腐蚀。（2）电缆头的结构电缆头包括联接两条电缆的中间接头和电缆终端的封端头。（3）电缆的敷设工厂中常用的电缆敷设方式有下列几种：1)直接埋地，仅用于户外而且电缆根数不多的场合。2)电缆沟敷设，用砖或水泥砌好电缆沟，沟内两侧设有电缆支架，沟面有盖板。沟内可敷设多根电缆，电缆沟敷设用于电缆根数较多且地下管沟矛盾不大的场合。3)电缆桥架敷设，由支架、托臂、线槽及盖板组成。电缆桥架在户内、户外均可采用。采用电缆桥架敷设的电力线路，整齐美观，维护方便，还具有保护作用，封闭式槽架有利防火防爆。4）电缆敷设的一般要求路径要短，尽量少弯曲；一些地方要穿钢管保护；注意与其他管道如何混合敷设等。4.3电力线路的结构及敷设采用钢管穿线时，不可分相穿管，因为会产生涡流发热!4.3电力线路的结构及敷设三、车间动力电气平面布线图4.3电力线路的结构及敷设车间动力电气平面布线图：要求必须对所有用电设备、配电设备、配电干线和支线进行编号和标注。

4.4导线、电缆的选择原则1、型号，结构，架设方式，适用环境2、截面选择的原则（1）、发热问题：a、对绝缘物质的损害；b、对导体介质的损害（2）、电压损失问题：必须根据线路的允许电压损失来选择导线和电缆的截面（3）、机械强度：经受风、雪和温度变化的影响，必须有足够的机械强度（4）、经济运行：截面S↑→初投资↑→运行费用↓截面S↓→初投资↓→运行费用↑（5）、满足短路时的条件：经受住短路电流热作用而不至于烧毁3、企业供电截面具体选择原则（1）外部线路：①、经济运行

②、电压损失（选择）

③、机械强度，发热，短路（校验）（2）内部高压线路：①、发热问题（选择）

②、电压损失（校验）

③、其他（校验）（3）低压线路：①、发热（选择）

②、其他（按允许电压损失校验）什么部分用线，按具体原则考虑选线

4.5按允许载流量和经济电流密度选择导线截面一、按允许载流量选择（即按发热）1、导线和电缆发热及其允许电流（1）、长时工作制设有持续电流I通过电阻R的导体将产生功率损耗为：产生热量=吸热+散热热平衡式为：一、按允许载流量选择（即按发热）解出：其中θs：导体稳定温升，再有电流，温度也升不上去了，（产热=散热），则dθ=0T：没有电流，导体经过一段时间可恢复到与环境温度相同（热能=散热）一、按允许载流量选择（即按发热）曲线1为导体的温升曲线曲线2为稳定温升停止加热，导体温度下降曲线曲线3为导体平均温升曲线导线和电缆的温升曲线一、按允许载流量选择（即按发热）反过来，如果已知，则上式也可写成其中：一、按允许载流量选择（即按发热）最后解得：一、按允许载流量选择（即按发热）1、导线和电缆发热及其允许电流（2）、重复短时负荷（有冷却过程）定义：T（总周期）≦10min，tw（工作时间）≦4min①、6mm2以下铜，10mm2以下铝，按长时工作制来选。②、6mm2以上铜，10mm2以上铝，按长时工作制时间允许电流（3）、短时负荷①、tw（工作时间）≦4min，导线能冷却到环境温度，按重复短时负荷确定。②、tw（工作时间）＞4min，或导线不能冷却到环境温度，按重复短时负荷确定。一、按允许载流量选择（即按发热）2、低压网路中熔断器与导线截面的配合（1）、熔断器：熔管和熔体组成熔管的作用：①、安放熔体；②、保障安全。熔体分两种：①、小热容量，铜、银，电导率高；②、大热容量，铅、铅锡，电阻率高。熔断器的选择：①、根据工作环境条件要求选择熔断器的型号；②、熔断器额定电压应不低于保护线路的额定电压；③、熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流。一、按允许载流量选择（即按发热）2、低压网路中熔断器与导线截面的配合（2）、熔断器额定电流的选择：INF企业内常用的熔断器：RC1，RL1，RM10，RT0选择INF的注意问题①、INF≥Ica≥I30②、单台设备支线一、按允许载流量选择（即按发热）③、低压干线：近似计算时可令简化后得二、按经济电流密度选择导线截面1、经济截面的概念（1）、选择截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用就越高。（2）、截面选择越小，线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用虽然低，但电能损耗大。从全面的经济考虑，使线路的年运行费用接近最小的导线截面，成为经济截面，用符号Sec表示。对应于经济截面的电流密度成为经济电流密度，用符号jec表示。二、按经济电流密度选择导线截面2、线路的年运行费用，基本包括以下四个方面（1）、年电能损耗费用：电能损耗乘以每度电的电价（2）、年折旧费用：线路建设总投资乘以年折旧率（3）、年维护检修费：线路建设总投资乘以年维修费率（4）、年管理费用：人员工资等，一般可以忽略不计二、按经济电流密度选择导线截面3、年运行费用与截面的关系年运行费用3122曲线1：折旧费用与导线截面的关系曲线2：损耗费用与导线截面的关系曲线3：折旧费用与损耗费用相加后与导线截面的关系二、按经济电流密度选择导线截面3、经济截面的计算计算公式为：

4.6按允许电压损失选择导线截面一、有关电压损失的基本概念和定义1、电压降落电压降落是指电网两端电压的向量差始端终端线路一、有关电压损失的基本概念和定义2、电压损失电压损失是指线路两端电压的代数差3、电压偏移电压偏移是指网路中任一点的实际电压与电网额定电压的代数差二、导体R、X与S的关系三、导线电压损失的问题1、终端接一个集中负荷的线路（放射式）三相计算电路图计算电压损失的向量图电压降落：电压损失：Icos始端

RX终端

负载DABCEF三、导线电压损失的问题三、导线电压损失的问题2、树干式线路P2+Q2P1+Q1012R1，X1，L1R2，X2，L2R3，X3，L3p1+q1p2+q2P3+Q3p3+q3r2，x2，l2r1，x1，l1r3，x3，l33三、导线电压损失的问题（1）、以r，x为本三、导线电压损失的问题（2）、以p，q为本四、按允许电压损失选择导线截面1、可以忽略（在以下三种情况下，可以忽略）（2）照明电路（1）（3）四、按允许电压损失选择导线截面2、不可以忽略（1）、假设架空线，电缆线，（2）、如果，则有（3）、由公式，求出导线的截面（4）、查表确定导线型号（取上限值），S，X0，R0查表得到（5）、校验四、按允许电压损失选择导线截面例题4.1：负荷单位为Kw，Kvar，试用允许电压损失法选择架空线的截面积，建设试用铝绞线型，Dp=1m解：四、按允许电压损失选择导线截面（1）、假设，则：（2）、计算（3）、求S四、按允许电压损失选择导线截面（4）、查表选截面积（5）、按电压损失校验（6）、发热校验，查表（7）、机械强度特性一、电气主接线：指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示产生、汇聚和分配电能的电路。二、基本要求：（１）安全性

符合有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

（２）可靠性

满足负荷对供电可靠性的要求。

（３）灵活性

能适应系统所需要的各种运行方式，操作维护简便，而且能适应负荷的发展。（４）经济性

在满足以上要求的前提下，尽量使主结线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

4.7电气主接线三、变电站的主结线1、企业总降主结线原则：①、供电可靠（最高原则）②、供电方式灵活③、减少投资④、有发展余地QSQF1QSQSQFQS电源侧：一个QF，二个QS，无母线高压侧：用一个QS优点：节省投资费用缺点：维护时，需断开上面断路器，从而影响其他变电站。换成QF，投资大换成FU，不太灵活，突然掉电（电流过大即断）低压侧：一个QF，一个QS切断变压器，会空载运行声明：只有一路进线，十分不可靠，不能用于二级及以上的回路（1）、线路变压器组主结线4.7电气主结线三、变电站的主结线1、企业总降主结线（2）、桥式接线（内桥式主接线）内桥：两路电源进线，两个通路，两个T适用于外部线路较长→故障多→经常维修→断电多QF1，QF2对变压器控制弱，对线路控制直接适用于企业内负荷平稳，变压器不常更换的情况4.7电气主接线三、变电站的主结线1、企业总降主结线（2）、桥式接线（外桥式主接线）外桥：外部线路短，故障少企业内负荷变化大，变压器经常切换适于有穿越功率流过本站4.7电气主接线三、变电站的主结线abcdef1、企业总降主结线（3）、单母线分段主结线适用于进出线较多a坏，不影响d,e,f4.7电气主接线三、变电站的主结线1、企业总降主结线（3）、双母线分段主结线

QS2QS1QF1T1T2L1L2110～220kV电源进线QF235kV6～10kVabcdef为使a坏，不影响b，c而设投资高4.7电气主接线三、变电站的主结线2、车间变电站主结线（1）、线路——变压器组适用于三级负荷（负荷等级较低处）（2）、单母线电压互感器：监测供电情况避雷器：将冲击的波通过未知空隙导入地连络线：可连厂中的某发电机，以便当母线不通的时候，维持工作（3）、分段单母线4.7电气主接线1)、电力变压器的结构类型电力变压器是变电所中最关键的一次设备，又称主变压器。电力变压器由铁心和绕组等两个基本部分组成，利用互感原理，用来升高或降低电源电压。电力变压器按相数分，有单相和三相两种。一般采用三相电力变压器。电力变压器按冷却介质分，有干式和油浸式两大类。电力变压器按其绕组导体材质分，有铜绕组和铝绕组两种。下图为三相油浸式电力变压器的结构图。

4.8工业企业变电站的变压器容量和台数的选择电力变压器2)、电力变压器的额定容量电力电力变压器的额定容量，是指它在规定的环境温度条件下，户外安装时，在规定的使用年限（20年）内所能连续输出的最大视在功率（KVA）。

变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组绝缘的老化速度，而绝缘的老化速度又取决于绕组最热点的温度。

变压器的绕组导体和铁心，一般可以长期经受较高的温升而不致损坏。但绕组长期受热时，其绝缘的弹性和机械强度要逐渐减弱，这就是绝缘的老化现象。

绝缘老化严重时，就会变脆、裂纹和脱落。试验表明，在规定的环境温度条件下，如果变压器绕组最热点的温度一直维持95℃，则变压器可持续安全运行20年。但如果变压器绕组温度升高到120℃时，则变压器只能运行2年。电力变压器3)、电力变压器的事故过负荷能力电力电力变压器在事故状态下（例如两台并列运行的变压器在一台被切除时），为了保证重要负荷的继续供电，可允许短时间较大幅度的过负荷运行。油浸式变压器事故过负荷运行的过负荷值与允许时间关系可查表。变压器的事故过负荷能力是以牺牲变压器的寿命为代价的。

电力变压器

4.8工业企业变电站的变压器容量和台数的选择一、台数选择1、车间变电站内变压器台数的选择（1）、1台：三级负荷，负荷平稳。（2）、2台：一、二级负荷，负荷变化大（考虑经济原则）（3）、多台：移动作业，井下变压器要求31.5KVA以下2、企业总降压变压器台数的选择（1）、当企业的绝大部分负荷属于三级负荷，其少量一、二级负荷可由邻近企业取得低压备用电源时，可装设一台变压器。（2）、如企业的一、二级负荷所占比例比较大，必须装设两台变压器，两台之间互为备用，当一台出现事故或检修时，另一台能承担对全部一、二级负荷供电。

（3）、特殊情况下可装设两台以上变压器，如分期建设的大型企业；引起电网电压严重波动的设备可装设专用变压器；企业扩建使总降压变电站的变压器为两台以上。

（4）、当变电站仅装设一台变压器时，其容量应考虑15%～25%的富裕，以备发展的