工厂供电(第二版)重庆大学出版社-李颖峰主编

李颖峰主编工厂供电（第二版）【内容提要】本章概述用户供配电系统的一些基本知识和基本问题。首先，简要说明电力系统的构成，介绍发电厂、变电所、电力网及电力系统的基本知识，并介绍了电力系统的中性点运行方式及电能生产的特点。其第1章电力系统与工厂供配电系统

次，介绍了电力系统的额定电压等级及应用范围。然后，重点论述了用户供配电系统的构成，介绍了不同容量用户的供配电系统接线及特点。最后，简要介绍了有关电能质量的电压、频率和可靠性问题。【教学目标与要求】熟悉电力系统的构成；了解发电厂、变电所的分类和特点；了解电力系统的中性点运行方式及电能生产的特点；了解电力系统的额定电压等级及应用范围；掌握用电设备、发电机及变压器额定电压的规定；掌握用户供配电系统的构成；了解不同容量用户的供配电系统接线及特点；了解电能质量的主要技术指标。1.1电力系统概述1.1.1电力系统的组成现代工农业及整个社会生活中所使用的电能，绝大部分是由发电厂发出来的。(1)发电厂发电厂是生产电能的工厂，又称发电站。1)火力发电厂火力发电厂简称火电厂或火电站。它利用煤、油、天然气等燃料的化学能来生产电能。2)水力发电厂水力发电厂简称水电厂或水电站。它利用水流的位能和动能来生产电能。图1.1电力系统示意图图1.2电力系统的系统图图1.3凝汽式火力发电厂图1.4坝式水力发电厂1—上游水位；2—下游水位；3—大坝；4—压力进水管；5—检修闸门；6—闸门；7—吊车；8—水轮机蜗壳；9—水轮机转子；10—尾水管；11—发电机；12—发电机间；13—吊车；14—发电机电压配电装置；15—升压变压器；16—架空线路；17—避雷线3)核能发电厂核能发电厂又称核电站。它是利用原子核的裂变能(即核能)来生产电能。(2)变电所变电所又称为变电站，是变换电能电压和接受与分配电能的场所。1)枢纽变电所2)地区变电所3)终端变电所图1.5核电厂生产过程示意图1—核反应堆；2—稳压器；3—蒸汽发生器；4—汽轮发电机组；5—给水加热器；6—给水泵；7—主循环泵4)用户变电所及车间变电所(3)电力网不同电压等级的电力线路及其所联系的变电所，称为电力网，简称电网。(4)电能用户1.1.2电能生产的特点1)同时性2)集中性3)快速性4)先行性1.1.3电力系统中性点运行方式(1)中性点不接地方式图1.6中性点不接地系统单相接地图1.7相量图(2)中性点经消弧线圈接地方式(3)中性点直接接地方式图1.8中性点经消弧线圈接的系统单相接地图1.9中性点直接接地系统单相接地1.1.4电力系统的额定电压(1)额定电压等级1)用电设备的额定电压图1.10用电设备和发电机的额定电压2)发电机的额定电压3)电力变压器的额定电压①电力变压器一次绕组的额定电压②电力变压器二次绕组的额定电压(2)各种电压等级的适用范围图1.11电力变压器的额定电压1.2用户供配电系统概述1.2.1对用户供配电系统的要求1)安全2)可靠3)优质4)经济5)合理1.2.2供配电系统的系统图(1)中型用户(2)大型用户(3)小型用户1.3供电质量的主要技术指标1.3.1频率图1.12具有高压配电所的用户供电系统图图1.13具有总降压变电所的用户供电系统图图1.14高压深入负荷中心的用户供电系统图图1.15只有一个降压变电所的用户供电系统图1.3.2电压理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。1)电压偏差2)电压波动和闪变3)高次谐波4)三相不对称

1.3.3可靠性(1)一级负荷1)两个电源来自不同的发电机；2)两个电源间无联系，或虽有联系但能够在任一电源故障时自动断开其联系。(2)二级负荷(3)三级负荷【内容提要】本章介绍了电力负荷的有关概念，主要讲述了用电设备计算负荷和工厂计算负荷的确定方法，电力线路和变压器的功率损耗与电能损耗的计算，最后介绍了工厂功率因数的确定及无功补偿后计算负荷的确定方法。第2章电力负荷及其计算【教学目标与要求】了解电力负荷的概念及负荷曲线的绘制方法；熟悉与负荷曲线有关的物理量及其计算方法；掌握按需要系数法和二项式系数法求计算负荷的方法；熟练掌握线路和变压器功率损耗的计算；了解线路和变压器电能损耗的概念；熟练掌握工厂计算负荷的方法；掌握工厂功率因数的确定方法及无功补偿容量确定方法。2.1电力负荷和负荷曲线2.1.1电力负荷的概念电力负荷也称电力负载,是指耗用电能的用电设备或用电单位(用户)，有时也把用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小称为电力负荷。(1)拖动生产机械的电动机(2)工业用电炉(3)电焊类设备(4)照明设备2.1.2用户用电设备的工作制(1)长期连续工作制(2)短时工作制(3)断续周期工作制2.1.3负荷曲线(1)负荷曲线的类型及其绘制负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。(2)与负荷曲线有关的物理量1)年最大负荷和年最大负荷利用小时图2.1负荷曲线的绘制(a)折线形负荷曲线;(b)梯形负荷曲线图2.2年负荷持续时间曲线的绘制图2.3年每日最大负荷曲线图2.4年负荷曲线和年最大负荷利用小时数2)平均负荷和负荷系数2.2电力负荷的计算2.2.1计算负荷的概念2.2.2按需要系数法确定计算负荷(1)基本公式(2)用电设备组额定容量的确定1)对一般长期连续工作制和短时工作制的用电设备组2)对断续周期工作制的用电设备组①吊车电动机组②电焊机组(3)多组用电设备计算负荷的确定2.2.3按二项式法确定计算负荷(1)基本公式(2)多组用电设备计算负荷的确定2.2.4单相用电设备计算负荷的确定(1)单相设备接于相电压时

(2)单相设备接于线电压时(3)单相设备分别接于相电压和线电压时2.3用户供配电系统的功率损耗和电能损耗2.3.1用户供配电系统的功率损耗(1)线路功率损耗的计算(2)变压器功率损耗的计算1)变压器的有功功率损耗2)变压器的无功功率损耗2.3.2用户供配电系统的电能损耗(1)配电线路的电能损耗(2)变压器的电能损耗2.4用户计算负荷的确定2.4.1用户计算负荷的确定图2.5τ＝f(TM,cosφ)

的关系曲线(1)按逐级计算法确定用户计算负荷1)车间变电所低压母线上的计算负荷2)用户变电所引出线端的计算负荷图2.6全厂计算负荷示意图3)用户变电所低压母线上的计算负荷

4)用户变电所进线上的计算负荷(即用户总的计算负荷)(2)按需要系数法确定用户计算负荷(3)按估算法确定用户计算负荷1)单位产品耗电量法2)单位产值耗电量法2.4.2工厂的功率因数、无功补偿及补偿后工厂计算负荷的确定(1)工厂供电系统的功率因数1)瞬时功率因数2)平均功率因数3)最大负荷时的功率因数(2)无功补偿容量的确定图2.7功率因数的提高与无功功率和视在功率的关系(3)无功补偿后计算负荷的确定(4)无功补偿前后变压器容量比较【内容提要】本章重点讲述供配电系统的一次设备，对一次设备着重介绍其功能、结构特点、基本原理及使用时应注意的事项。本章是从事供配电系统运行、维护必备的基础面军知识。第3章用户供配电系统一次设备【教学目标与要求】了解供配电系统电气设备的结构；掌握供配电系统电气设备的作用、基本原理(包括变压器、开关电器、互感器)；熟悉电气设备的符号、型号含义；熟悉互感器使用时应注意的事项；掌握架空线路结构及各部分的作用；了解电缆线路的结构；了解电力线路的接线方式。3.1供配电系统电气设备概述用户供配电系统中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，也称为主电路或主接线。1)变换电能的设备2)接通或断开电路的开关设备3)限制过电流和过电压等的保护设备4)补偿设备5)载流导体3.2电力变压器在电力系统中供输电和配电用的变压器，统称电力变压器。3.2.1电力变压器的主要功能和分类3.2.2电力变压器的结构和型号图3.1三相油浸式电力变压器1—信号温度计；2—铭牌；3—吸湿器；4—油枕(储油柜)；5—油标；6—防爆管；7—瓦斯继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁芯；13—绕组及绝缘；14—放油阀；15—小车；16—接地端子3.2.3电力变压器的联接组别1)抑制高次谐波。2)有利于短路保护动作。3)承受不平衡负载的能力大。4)Dyn11联接变压器一次绕组的绝缘强度比Yyn0联接变压器稍高，因而其制造成本也稍高于Yyn0联接变压器。5)防雷性能好。3.3低压开关电器3.3.1低压熔断器(1)低压熔断器的功能和型号(2)低压熔断器的类型和工作原理1)RM10型低压密闭管式熔断器2)RT0型有填料管式熔断器3)RZ1型低压自复式熔断器图3.2RM10型密闭管式熔断器(a)熔管;(b)熔片1—铜帽；2—管夹；3—纤维熔管；4—变截面锌熔片；5—触刀图3.3RT0型填料管式熔断器(a)熔体;(b)熔管;(c)熔断器;(d)绝缘操作手柄1—栅状铜熔体；2—触刀；3—瓷熔管；4—盖板；5—熔断指示器；6—弹性触座；7—瓷质底座；8—接线端子；9—扣眼；10—绝缘拉手手柄3.3.2低压刀开关刀开关(也称刀闸开关)是一种最简单的低压开关，它只能用于手动接通或断开电流较小的电路。图3.4RZ1型自复式熔断器1—接线端子；2—云母玻璃；3—氧化铍瓷管；4—不锈钢外壳；5—钠熔体；6—氩气；7—接线端子图3.5带有灭弧罩的低压刀开关1—上接线端子；2—钢片灭弧罩；3—闸刀；4—底座；5—下接线端子；6—主轴；7—静触头；8—传动连杆；9—操作手柄3.3.3低压刀熔开关图3.6刀熔开关的基本结构1—RT0型熔断器的熔管；2—弹性触座；3—连杆；4—操作手柄；5—配电屏面板3.3.4低压负荷开关3.3.5低压断路器(1)低压断路器的功能和型号(2)低压断路器的类型和工作原理1)塑料外壳式低压断路器塑料外壳式低压断路器，又称装置式自动开关。2)万能式低压断路器万能式低压断路器又称框架式自动开关。图3.7低压断路器的原理结构和接线图1—主触头；2—跳钩；3—锁扣；4—分励脱扣器；5—失压脱扣器；

6—过电流脱扣器；7—热脱扣器；8—加热电阻丝；9，10—脱扣按钮图3.8DZ型塑料外壳式低压断路器1—牵引杆；2—锁扣；3—跳钩；4—连杆；5—操作手柄；6—灭弧室；7—引入线和接线端子；8—静触头；9—动触头；10—可挠连接条；11—电磁脱扣器；12—热脱扣器；13—引出线和接线端子；14—塑料底座图3.9DW10型万能式低压断路器的外形结构图1—操作手柄；2—自由脱扣器；3—失压脱扣器；4—过流脱扣器电流调节螺母；5—过电流脱扣器；6—辅助触点(联锁触点)；7—灭弧室3.3.6低压配电屏3.4高压开关电器3.4.1高压熔断器(1)高压熔断器的功能和型号(2)高压熔断器的类型及工作原理

图3.10RN1,RN2型高压熔断器1—瓷熔管；2—金属管帽；3—弹性触座；4—熔断指示器；5—结线端子；6—瓷绝缘子；7—底座1)户内高压熔断器2)户外高压熔断器3.4.2高压断路器(1)高压断路器的功能和型号图3.11RN1,RN2型高压熔断器熔管剖面示意图1—管帽；2—瓷管；3—工作熔体；4—指示熔体；5—锡球；6—石英砂填料；7—熔断指示器图3.12RW4—10(G)型跌开式熔断器1—上接线端子；2—上静触头；3—上动触头；4—管帽；5—操作环；6—熔管；7—铜熔丝；8—下动触头；9—下静触头；10—下接线端子；11—绝缘瓷瓶；12—固定安装板(2)高压断路器的类型和工作原理1)油断路器2)压缩空气断路器3)六氟化硫断路器图3.13SN10—10型少油断路器的外形图1—铝帽；2—上接线端子；3—油标；4—绝缘筒；5—下接线端子；6—基座；

7—主轴；8—框架；9—断路弹簧图3.14SN10—10型少油断路器的一相油箱内部结构图1—铝帽；2—油气分离器；3—上接线端子；4—油标；

5—插座式静触头；6—灭弧室；7—动触头(导电杆)；8—中间滚动触头；9—下接线端子；10—转轴；11—拐臂；12—基座；13—下支柱绝缘子；14—上支柱绝缘子；

15—断路弹簧；16—绝缘筒；17—逆止阀；18—绝缘油图3.15LN2—10型高压SF6断路器1—接线端子；2—绝缘筒(内有气缸和触头)；

3—下接线端子；4—操动机构箱；5—小车；6—断路弹簧图3.16ZN3—10型户内式高压真空断路器1—上接线端子(后面出线)；2—真空灭弧室(内有触头)；

3—下接线端子(后面出线)；4—操作机构箱；5—合闸电磁铁；6—分闸电磁铁；7—断路弹簧；8—底座4)真空断路器3.4.3高压隔离开关(1)高压隔离开关的用途和型号1)隔离高压电源2)倒闸操作3)接通或断开较小电流(2)高压隔离开关的类型及工作原理(3)隔离开关应注意事项图3.17GN8—10/600型户内隔离开关1—上接线端子；2—静触头；3—动触头(刀闸)；4—套管绝缘子；5—下接线端子；6—框架；7—转轴；8—拐臂；9—升降绝缘子；10—支柱绝缘子3.4.4高压负荷开关(1)高压负荷开关的用途和型号(2)高压负荷开关的类型及结构原理3.4.5高压开关柜(1)高压开关柜的用途和型号图3.18FN3—10RT型户内压气式高压负荷开关外形图1—主轴；2—上绝缘子兼气缸；3—连杆；4—下绝缘子；5—框架；

6—RN1型高压熔断器；7—下触座；8—闸刀；9—弧动触头；

10—绝缘喷嘴(内有弧静触头)；11—主静触头；12—上触座；

13—断路弹簧；14—绝缘拉杆；15—热脱扣器(2)高压开关柜的类型图3.19GG—1A(F)—07S型高压开关柜(断路器柜)1—母线；2—母线侧隔离开关(QS1，GN8—10型);3—少油断路器(QF，SN10—10型);4—电流互感器(TA，LQJ—10型)；5—线路侧隔离开关(QS2，GN6—10型);6—电缆头;7—下检修门；8—端子箱门；9—操作板；10—断路器的手动操作机构(CS2型);11—隔离开关的操作机构手柄；12—仪表继电器屏；13—上检修门；14,15—观察窗口图3.20GCD—10(F)型高压开关柜外形图1—仪表屏；2—手车室；3—上触头(兼起隔离开关作用)；4—下触头(兼起隔离开关作用)；5—SN10—10型断路器手车3.4.6高压组合电器(1)SF6封闭式组合电器(GIS)图3.21单母线单相单筒式式布置1—隔离开关；2—电流互感器；3—吸附剂；4—断路器灭弧室；5—操动机构；6—控制柜；7—伸缩节；8—母线筒；9—绝缘子；10—导电杆；11—电缆头；12—电缆；

13—接地开关图3.22双母线三相共筒1—操动机构；2—断路器；3—绝缘子；4—伸缩节；5—导电杆；6—触头；7—接地开关；8—隔离开关；9—电缆头；10—电缆；11—三相母线(2)SF6绝缘金属封闭式组合电器(C—GIS)(3)户外高压紧凑型组合式开关设备3.5电流互感器和电压互感器电流互感器和电压互感器，合称为互感器。图3.23电流互感器1—铁芯；2—一次绕组；3—二次绕组3.5.1电流互感器(1)电流互感器的结构原理和型号(2)电流互感器的类型和接线方式1)电流互感器的类型图3.24LQJ—10型电流互感器1—一次接线端子；2—一次绕组(树脂浇注)；3—二次接线端子；4—铁芯；5—二次绕组；6—警告牌(上写“二次侧严禁开路”等字样)2)电流互感器的接线方式图3.25LMZJ1—0.5型电流互感器

1—铭牌；2—一次母线穿孔；3—铁芯；4—安装板；5—二次接线端子①一相式接线②两相V形接线③两相电流差接线④三相星形接线(3)电流互感器使用注意事项3.5.2电压互感器(1)电压互感器的结构原理和型号(2)电压互感器的类型和接线方式1)电压互感器的类型图3.26电流互感器的接线方式(a)一相式接线;(b)两相V形接线;(c)两相电流差接线;(d)三相星形接线图3.27电压互感器1—铁芯；2—一次绕组；3—二次绕组2)电压互感器的接线方式①一个单相电压互感器的接线②两个单相电压互感器接成V/V形③三个单相电压互感器接成Y0/Y0形图3.28JDZJ—10型电压互感器1—一次结线端子；2—高压绝缘套管；3—一、二次绕组、环氧树脂浇注；4—铁芯；5—二次结线端子④三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角形)(3)电压互感器使用注意事项3.5.3电子式互感器电子式互感器主要由传感头、绝缘支柱和光缆三部分组成。(1)无源电子式互感器无源电子式互感器分为无源电子式电流互

图3.29电压互感器的接线方式(a)一个单相电压互感器;(b)两个单相电压互感器接成V/V形；(c)三个单相电压互感器接成Y0/Y0形；(d)三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角形)

感器(也称为光学电流互感器)和无源电子式电压互感器(也称为光学电压互感器)。(2)有源电子式互感器图3.30无源电子式电流互感器的传感头

图3.31无源电子式电压互感器原理图有源电子式互感器分为有源电子式电流互感器和有源电子式电压互感器。图3.32Rogowski线圈的测量原理图图3.33有源电子式电压互感器原理框图3.6电力线路3.6.1电力线路的任务和形式电力线路是供电系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务。3.6.2电力线路的接线方式(1)高压线路的接线方式高压线路的接线方式有放射式、树干式和环形等基本接线方式。1)放射式接线2)树干式接线图3.34高压放射式线路图3.35高压树干式线路图3.36双干线供电和两端供电的接线方式(a)双干线供电;(b)两端供电3)环形接线(2)低压线路的接线方式图3.37高压环形接线1)放射式接线2)树干式接线3)环形接线3.6.3电力线路的结构与敷设(1)架空线路的结构与敷设1)架空线路的结构图3.38低压放射式接线图3.39低压树干式接线(a)低压母线放射式的树干式;(b)低压“变压器—干线组”的树干式图3.40低压链式接线(a)连接配电箱;(b)连接电动机图3.41低压环形接线图3.42架空线路的结构2)架空线路的敷设(2)电缆的结构和敷设1)电缆的结构2)电缆的敷设方式图3.43扇形三芯电缆的构造1—导体；2—绝缘层；3—铅包皮；4—黄麻层；5—钢带铠甲；6—黄麻保护层【内容提要】本章重点讲述供配电系统电气主接线的形式，对各种主接线形式着重阐述其基本要求，对一些典型接线进行分析。本章是从事供配电系统设计必备的基础知识。第4章用户供配电系统一次接线【教学目标与要求】掌握设计电气主接线的基本要求及设计省原则；掌握各种主接线形式的优、缺点及使用场合；掌握工厂变电所常用的主接线形式。4.1概述用规定的文字符号和图形符号，表示电气设备的元件及其相互间实际联接顺序的图，称为接线图。4.1.1对电气主接线的基本要求1)安全2)可靠3)灵活4)经济4.1.2电气主接线设计的原则(1)一般设计原则1)遵守规程、执行政策2)安全可靠、先进合理3)近期为主、考虑发展4)全局出发、统筹兼顾(2)基本原则4.2电气主接线的基本接线形式4.2.1单母线接线所谓母线，就是汇集和分配电能的金属导体，故又称汇流排，在原理上它仅是电路中的一个电气节点。(1)单母线不分段接线图4.1单母线不分段接线QF—断路器；QS—隔离开关；W—母线；L—出线(2)单母线分段接线图4.2单母线分段接线DQS—分段隔离开关；DQF—分段断路器(3)单母线带旁路母线的接线图4.3带旁路母线的单母线接线W—母线；SW—旁路母线；SQF—旁路断路器；SQS—旁路隔离开关；QF—出线断路器；QS—隔离开关4.2.2双母线接线图4.4双母线接线

CQF—母线联络断路器(1)双母线接线的优点(2)双母线接线的缺点(3)消除上述缺点的措施(4)适用范围4.2.3桥式接线(1)内桥接线(2)外桥接线4.2.4线路—变压器组单元接线图4.5内桥式主接线图4.6外桥式主接线4.3用户变配电所的主接线形式变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。图4.7线路—变压器组单元接线4.3.1总降压变电所的主接线(1)只装有一台主变压器的总降压变电所主接线(2)装有两台主变压器的总降压变电所主接线4.3.2总配电所的主接线图4.8只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图4.9一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图4.10一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线1)单母线接线2)单母线分段接线4.3.3车间变电所的主接线(1)高压侧无母线的接线1)高压侧采用隔离开关—熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线2)高压侧采用负荷开关—熔断器的变电所主接线3)高压侧采用隔离开关—断路器的变电所主接线图4.11高压侧采用隔离开关—熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图4.12高压侧采用负荷开关—熔断器的变电所主接线图4.13高压侧采用隔离开关—断路器的变电所主接线图4.14高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线(2)高压侧单母线的主接线1)高压侧采用单母线、低压侧单母线分段的变电所主接线2)高、低压侧均为单母线分段的变电所主接线①备用电源②功率因数补偿③电源进线方式④电能计量方式⑤设备选择原则图4.15高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图4.16高、低压侧均为单母线分段的变电所主接线【内容提要】本章首先简述供配电系统短路的原因、危害、短路种类及短路计算的目的，电力系统中性点的运行方式；其次重点讲述无限大容量系统发生三相短路时的暂态过程、用标幺制法计算短路回路元件阻抗和三相短路电流的方法；同时讲述不对称短路电流的计算。第5章短路电流及其计算【教学目标与要求】了解供配电系统短路的原因、危害、短路种类；了解短路计算的目的;熟悉无限大容量系统发生三相短路时的暂态过程;掌握无限大容量系统发生三相短路时短路电流的计算方法;熟悉两相短路、单相短路时短路电流的计算方法。5.1短路的基本概念5.1.1短路的原因工厂供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的需要。①电气设备存在隐患。②运行、维护不当。③自然灾害。5.1.2短路的危害5.1.3短路电流计算的目的5.1.4短路的种类①三相短路②两相短路③单相短路④两相接地短路5.2无限大容量系统三相短路过程分析5.2.1无限大容量电力系统的概念电力系统的容量即为其各发电厂运转发电机的容量之和。图5.1短路的类型(虚线表示短路电流的路径)5.2.2短路电流的变化过程图5.2无限大容量电力系统中发生三相短路(a)三相电路图;(b)等效单相电路图图5.3短路时电压、电流相量图及电流波形图(A相)图5.4短路电流为最大值时的相量图及波形图(A相)5.3三相短路电流的计算5.3.1概述计算短路电流前，应先搜集有关部分的电力系统接线图、运行方式及各元件的技术数据等资料。5.3.2采用欧姆法进行短路计算欧姆法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名。(1)电力系统的阻抗(2)电力变压器的阻抗(3)电力线路的阻抗5.3.3采用标幺值法进行短路计算(1)标幺值的概念(2)标幺值法计算的优点(3)供电系统各主要元件电抗标幺值的计算1)电力系统的电抗标幺值2)电力变压器的电抗标幺值3)电力线路的电抗标幺值(4)用标幺值法进行短路计算的方法5.4两相和单相短路电流的计算5.4.1两相短路电流的计算图5.8无限大容量系统中发生两相短路5.4.2单相短路电流的计算【内容提要】本章介绍了短路电流的效应和电气设备的选择及校验原则。首先,介绍了短路电流的效应。当供电系统发生短路时,巨大的短路电流将产生强烈的电动力效应和热效应,可能使电气设备受到破坏。因此,必须对电气设备和载流导体进行动稳定和热稳定校验。其次,介绍了电气设备选择的一般原则:按第6章电气设备的选择及校验

正常工作条件选择,按短路条件校验。最后,论述了导线和电缆截面的选择计算。【教学目标与要求】了解短路时导体的发热过程；掌握短路电流的电动力效应和热效应及其计算方法;掌握电气设备选择及校验的一般原则;熟悉各种高压电气设备的选择方法;掌握按经济电流密度选择导线和电缆截面的方法。6.1短路电流的效应由于供电系统发生短路时，要有相当大的短路电流通过电器和导体。一方面要产生很高的温度，即热效应；另一方面要产生很大的电动力，即电动效应。6.1.1短路电流的热效应(1)短路时导体的发热过程(2)短路时导体的发热计算图6.1短路前后导体的温升变化图6.2短路发热假想时间图6.3用来确定θk的曲线图6.4由θL查θk的步骤说明6.1.2短路电流的电动效应6.2电气设备的选择及校验原则电气设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一,是保证电网安全、经济运行的重要条件。6.2.1选择电气设备的一般原则1)选择设备的额定电压和额定电流，按短路电流校验设备的动稳定和热稳定性。2)按工作环境，运行要求，经济效果等选择设备的型号规格。3)按安装地点的三相短路容量Sk，校验开关电器的断流能力(断流容量)。6.2.2按正常工作条件选择电气设备(1)按工作电压选择电气设备(2)按工作电流选择电气设备6.2.3按短路电流校验设备的热稳定和动稳定性(1)短路热稳定度的校验条件(2)短路动稳定度的校验条件图6.5水平放置的母线(a)平放;(b)竖放6.3高压电气设备的选择高压电气设备的选择，要满足安全、可靠，运行维护方便和投资经济合理等要求。6.3.1高压开关设备的选择(1)高压断路器的选择1)断路器种类和型式的选择2)按开断电流选择(2)隔离开关的选择(3)高压熔断器的选择1)按额定电压选择2)按额定电流选择①熔管额定电流的选择。②熔体额定电流选择。3)熔断器开断电流校验4)熔断器选择性校验图6.6熔断器的安秒特性曲线1—熔体;1特性曲线;2—熔体;2特性曲线6.3.2支持绝缘子和穿墙套管的选择支持绝缘子的作用是为了支撑母线；穿墙套管的作用是为了保证母线穿墙时的绝缘。图6.7绝缘子和穿墙套管所受的电动力6.3.3电流互感器和电压互感器的选择(1)互感器的配置原则图6.8绝缘子受力示意图1)电流互感器配置2)电压互感器的配置①母线②线路③供电部门指定的计量点，一般装有专用电压互感器。④变压器(2)电流互感器的选择1)按一次回路额定电压和电流选择2)电流互感器种类和型式的选择3)电流互感器的准确度和额定容量的选择4)热稳定校验5)动稳定校验(3)电压互感器的选择1)一次回路电压选择2)二次回路电压选择3)电压互感器的种类和型式的选择4)电压互感器的准确度和容量的选择6.4电力变压器的选择在各级电压等级的变电所中，变压器是主要的电气设备之一。6.4.1电力变压器的容量及过负荷能力(1)电力变压器的容量(2)电力变压器的正常过负荷1)由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷2)由于季节性负荷差异而考虑的过负荷(3)电力变压器的事故过负荷图6.9油浸式变压器的允许过负荷系数与日负荷率β和最大负荷持续时间T的关系曲线6.4.2变电所主变压器台数和容量的选择(1)变电所主变压器台数的选择(2)变电所主变压器容量的选择1)只装一台主变压器的变电所2)装有两台主变压器的变电所3)车间变电所变压器的单台容量上限4)适当考虑负荷的发展6.4.3电力变压器的并联运行(1)所有并列变压器的额定一次电压及二次电压必须对应相等(2)所有并联变压器的阻抗电压(即短路电压)必须相等(3)所有并列变压器的联接组别必须相同6.5导线和电缆截面的选择计算(1)发热条件(2)电压损耗条件(3)经济电流密度(4)机械强度6.5.1按发热条件选择导线和电缆的截面(1)三相系统相线截面的选择(2)中性线和保护线截面的选择1)中性线(N)截面的选择2)保护线(PE线)截面的选择3)保护中性线(PEN线)截面的选择6.5.2按经济电流密度选择导线和电缆的截面导线的截面越大，电能损耗就越小，而线路投资、维修管理费用和有色金属消耗却要增加。6.5.3线路电压损耗的计算由于线路存在着阻抗，所以在负荷电流通过线路时要产生电压损耗。图6.10线路的年运行费用C与导线截面A的关系曲线(1)集中负荷的三相线路电压损耗计算图6.11带有两个集中负荷的三相线路(a)单线电路图;(b)相量图图6.12均匀分布负荷的线路【内容提要】本章首先介绍继电保护的基本知识及常用保护继电器，其次详细阐述用户高压供配电系统的线路保护、变压器保护、电动机保护的构成原理、接线方案和整定计算，其中重点介绍电流保护；然后介绍了低压配电系统的断路器及熔断器保护；最后对微机保护做了简介。第7章用户供配电系统的保护装置【教学目标与要求】熟悉继电保护的任务、对继电保护的基本要求；掌握继电保护的基本原理；熟悉常用保护继电器的分类、结构及工作原理；了解高压配电线路保护的配置原则、保护装置的接线方式；掌握定时限过电流保护的构成原理、接线方案和整定计算；了解反时限过电流保护的构成原理、接线方案和整定计算；掌握电流速断保护的构成原理、接线方案和整定计算；熟悉中性点不接地系统的单相接地保护的构成原理、接线方案和整定计算；了解变压器的故障分类及保护的配置原则;掌握变压器瓦斯保护、过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的构成原理、接线方案和整定计算；了解高压电动机的故障分类及保护的配置原则；熟悉高压电动机的过电流、低电压保护的构成原理、接线方案和整定计算；熟悉低压配电系统的断路器及熔断器保护配置方式和整定计算；了解微机保护的优点、构成及原理。7.1继电保护装置概述供配电系统中，由于各种原因难免发生各

种故障和不正常运行状态，其中最常见的就是短路。7.1.1继电保护装置的任务(1)故障时跳闸(2)异常状态发出报警信号7.1.2继电保护装置的基本要求(1)选择性继电保护动作的选择性是指在供电系统发生故障时，只使电源一侧距离故障点最近

的继电保护装置动作，通过开关电器将故障切除，而非故障部分仍然正常运行。(2)速动性速动性就是快速切除故障。图7.1继电保护装置动作选择性示意图(3)可靠性可靠性指保护装置该动作时就应该动作(不拒动),不该动作时不误动。(4)灵敏性灵敏性是指保护装置在其保护范围内对故障和不正常运行状态的反应能力。7.1.3常用的保护继电器(1)保护继电器的分类(2)常用的保护继电器图7.2DL—10系列电磁式电流继电器的内部结构1—电磁铁；2—钢舌簧片；3—线圈；4—转轴；5—反作用弹簧；6—轴承7—标度盘(铭牌)；8—启动电流调节转杆；9—动触点；10—静触点图7.3电磁式电流继电器的定时限特性图7.4感应式电流继电器的反时限特性图7.5GL—1115系列感应式电流的电流时间特性曲线图21257.2高压配电网的继电保护7.2.1概述①绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。②有选择性的单相接地保护(零序电流保护)，亦动作于信号，但当危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。7.2.2保护装置的接线方式保护装置的接线方式是指启动继电器与电流互感器之间的连接方式。图7.6两相两继电器式接线图图7.7两相一继电器式接线图(1)两相两继电器式接线(见图7.6)(2)两相一继电器式接线(见图7.7)图7.8两相电流差接线在不同短路形式下的电流相量图(a)三相短路;(b)A,C两相短路;(c)A,B两相短路7.2.3带时限的过电流保护带时限的过电流保护，按其动作时间特性分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。(1)定时限过电流保护装置定时限就是保护装置的动作时间固定不变，与短路电流的大小无关。1)电路组成及原理2)动作电流的整定图7.9定时限过电流保护原理接线图(a)归总式；(b)展开式QF—高压断路器；TA—电流互感器；KA—电流继电器；KT—时间继电器；KS—信号继电器；KM—中间继电器；YR—跳闸线圈3)动作时间整定(2)反时限过电流保护装置反时限就是保护装置的动作时间与反应到继电器中的短路电流的大小成反比关系，短路电流越大，动作时间越短，所以反时限特性也称为反比延时特性或反延时特性。1)电路组成及原理2)动作电流的整定图7.10线路过电流保护整定说明图图7.11反时限过电流保护的原理接线图(a)归总式；(b)展开式TA—电流互感器；KA—感应型电流继电器；YR—跳闸线圈3)动作时间的整定图7.12反时限过电流保护整定说明(a)电路；(b)反时限过电流保护的动作时限曲线图7.13反时限过电流保护的动作时间整定(3)定时限与反时限过电流保护的比较(4)过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措施1)过电流保护的灵敏度2)低电压闭锁的过电流保护7.2.4电流速断保护(1)电流速断保护的组成及速断电流的整定电流速断保护实际上就是一种瞬时动作的过电流保护。图7.14低电压闭锁的过电流保护电路QF—高压断路器;TA—电流互感器;TV—电压互感器；KA—电流继电器;KM—中间继电器;KS—信号继电器；KV—低电压继电器;YR—断路器图7.15电力线路定时限过电流保护和电流速断保护电路图图7.16线路电流速断保护的保护区和死区Ik.max——前一级保护应躲过的最大短路电流；Iqb1——前一级保护整定的一次动作电流(2)电流速断保护的“死区”及其弥补(3)电流速断保护的灵敏度7.2.5中性点不接地系统的单相接地保护(1)小接地电流系统单相接地故障分析(2)绝缘监视装置(3)有选择性的单相接地保护装置单相接地保护又称“零序电流保护”。图7.17中性点不接地系统单相接地时电容电流分布图7.18绝缘监视装置接线图图7.19零序电流保护装置(a)架空线路用；(b)电缆线路用1)单相接地保护动作电流的整定2)单相接地保护的灵敏度7.3电力变压器的继电保护7.3.1概述变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。1)瓦斯保护2)差动保护或电流速断保护3)过电流保护4)过负荷保护7.3.2变压器的瓦斯保护7.3.3变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护(1)变压器的过电流保护图7.20瓦斯继电器的安装及结构示意图(a)瓦斯继电器在变压器上的安装1—变压器油箱；2—连通管；3—瓦斯继电器；4—油枕(b)FJa—80瓦斯继电器的结构示意图1—容器；2—盖；3—上油杯；4—永久磁铁；5—上动触点；6—上静触点；7—下油杯；8—永久磁铁；9—下动触点；10—下静触点；11—支架；12—下油杯平衡锤；13—下油杯转轴；14—挡板；15—上油杯平衡锤；16—上油杯转轴；17—放气阀变压器的过电流保护装置一般都装设在变压器的电源侧。图7.21变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路(2)变压器的电流速断保护变压器是供电系统中的重要设备。(3)变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护是用来反应变压器正常运行时出现的过负荷情况，只在变压器确有过负荷可能的情况下才予以装设，一般动作于信号。7.3.4变压器低压侧的单相短路保护1)低压侧装设三相均带过电流脱扣器的低压断路器2)低压侧三相装设熔断器保护3)在变压器中性点引出线上装设零序过电流保护图7.22变压器的零序过电流保护QF─高压断路器；TNA─零序电流互感器；KA─电流继电器；YR─断路跳闸线圈4)采用两相三继电器接线或三相三继电器接线的过电流保护1)两相两继电器式接线［见图7.24(a)］2)两相一继电器式接线(见图7.25)7.3.5变压器的差动保护变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路。图7.23适用于变压器低压侧单相短路保护的两种接线方式(a)两相三继电器式；(b)三相三继电器式图7.24YynO联接的变压器，高压侧采用两相两继电器的过电流保护(在低压侧发生单相短路时)(a)电流分布；(b)电流相量分解(设变压器的电压比和互感器的变流比均为1)图7.25YynO联接的变压器，高压侧采用两相一继电器的过电流保护，在低压侧发生单相短路时的电流分布(1)变压器差动保护的基本原理图7.26变压器差动保护的单相原理电路图(2)变压器差动保护中的不平衡电流及其减小措施1)由变压器接线而引起的不平衡电流及其消除措施2)由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流及其消除措施3)由变压器励磁涌流引起的不平衡电流及其减小措施(3)变压器差动保护动作电流的整定图7.27Ydll联接变压器的纵联差动保护接线(a)两侧电流互感器的结线；(b)电流相量分析(设变压器和互感器的匝数比均为1)7.4高压电动机的继电保护7.4.1高压电动机对继电保护的要求电动机最常见的故障是定子绕组的相间短路、定子绕组的单相接地、定子绕组匝间短路等。7.4.2电动机的相间短路保护和过负荷保护(1)电动机的相间短路保护1)采用电流速断保护的接线和动作电流的整定计算2)采用差动保护的接线和动作电流的整定计算(2)电动机的过负荷保护图7.28高压电动机纵联差动保护的接线图7.29一相式电流互感器的接线7.4.3电动机的单相接地保护图7.30高压电动机的单相接地保护KA—电流继电器;KS—信号继电器;KM—中间继电器;TAN—零序电流互感器7.4.4电动机的低电压保护7.4.5电动机综合保护装置7.5电力电容器的保护7.5.16～10kV电容器的常见故障和保护配置电容器的常见故障主要有：电容器组与断路器之间连接线发生相间短路、电容器引出线发生相间短路、电容器内部极间短路、单相接地等；电容器的不正常运行状态主要有：电容器组过负荷、母线电压升高、电容器组失压等。7.5.2电力电容器常用的保护(1)过电流保护当电容器组与断路器之间连接线发生短路时，设置带短延时的过电流保护，电流保护

可以采用两相两继电器式或两相电流差接线，也可以采用三相三继电器式接线。图7.31电容器组过电流保护原理接线图(2)电容器组过电压保护(3)电容器组失压保护在变电所中，一般只有单电源情况下装设失压保护。图7.32电容器组的过电压保护原理接线图7.6低压供配电系统的保护7.6.1熔断器保护熔断器保护可用于高、低压供配电系统，但其断流能力小，选择性差，所以一般用于供电可靠性要求不高的场所。(1)熔断器在供配电系统中的配置(2)熔断器的选用及其与导线的配合图7.33熔断器在低压配电系统中的配置方式(a)放射式；(b)变压器干线式1—干线；2—分干线；3—支干线；4—支线；Q—低压断路器(自动空气开关)(3)熔断器保护灵敏度校验(4)上下级熔断器的相互配合7.6.2低压断路器保护(1)低压断路器在低压配电系统中的配置方式(2)低压断路器的过电流脱扣器图7.34低压断路器在低压系统中常用的配置方式Q—低压断路器；QK—刀开关；KM—接触器；KH—热继电器；FU—熔断器1)长延时过流脱扣器(即热脱扣器)的整定2)瞬时(或短延时)过电流脱扣器的整定3)灵敏系数SP

4)低压断路器过流脱扣器整定值与导线的允许电流I的配合7.6.3低压断路器与熔断器在低压电网保护中的配合7.7供配电系统微机保护图7.35低压断路器与熔断器的设置7.7.1概述配电系统电压等级低，结构简单，主要是单端供电或双端供电，因而其保护也简单，除采用熔断路保护外，主要采用由电磁式或感应式继电器构成的电流保护。微机继电保护简称微机保护，是以微处理器(MPU)为核心组成的继电保护装置。1)可靠性高2)功能齐全3)灵活性高4)调试维护方便5)经济性好7.7.2配电系统微机保护的功能1)保护功能2)测量功能3)自动重合闸功能4)人机对话功能5)自检功能6)事件记录功能7)报警功能8)通信功能7.7.3微机保护装置的硬件结构7.7.4微机保护装置的软件系统微机保护装置的软件系统一般包括设定程序、运行程序和中断微机保护功能程序三部分。图7.36配电系统微机保护硬件系统框图图7.37微机保护装置程序原理框图【内容提要】本章首先介绍二次接线的基本概念及作用，其次重点介绍了二次回路的操作电源、断路器的控制回路、信号装置及电气测量仪表；最后介绍了备用电源自动投入装置及线路自动重合闸装置。第8章用户供配电系统二次接线与自动装置【教学目标与要求】熟悉二次接线的基本概念及分类；掌握二次接线的原理图与安装图绘制；熟悉二次回路的操作电源的分类及特点；了解对断路器控制回路的一般要求，熟悉灯光监视的断路器控制回路和信号回路；了解变电站信号装置的分类及作用；了解对电气测量仪表的一般要求，熟悉变配电装置中测量仪表的配置；了解备用电源自动投入装置的原理及接线;了解自动重合闸装置的原理及接线。8.1二次接线概述8.1.1二次接线的基本概念在用户供配电系统中，通常将电气设备分为一次设备及二次设备。8.1.2二次接线图用规定的图形符号和文字符号表示设备的元件及其相互连接顺序的图称为二次接线图。图8.16～10kV线路保护原理接线图(a)归总式；(b)展开式(1)二次接线的原理图1)归总式2)展开式(2)二次接线的安装图安装图是二次回路设计的最后阶段，用来作为设备制造、现场安装的实用二次接线图，也是运行、调试、检修的主要图纸。8.2二次回路的操作电源二次回路的操作电源是指控制、信号、监测及继电保护和自动装置等二次回路系统所需的电源。二次回路的操作电源，分直流操作电源和交流操作电源两大类。8.2.1直流操作电源(1)铅酸蓄电池组优点是它与交流的供电系统无直接关系，不受供电系统运行情况的影响，工作可靠。缺点是设备投资大，还需设置专门的蓄电池室，且有较多的腐蚀性，运行维护也相当麻烦。现在一般变配电所已很少采用。(2)镉镍蓄电池组优点是除了不受供电系统运行情况影响、工作可靠之外，还有它的大电流放电性好，使用寿命长，腐蚀性小，无需设蓄电池室，降低了投资，运行维护也比较简便。(3)带电容储能的硅整流装置图8.2带电容储能的硅整流装置8.2.2交流操作电源交流操作电源比整流电源更简单。

图8.3“去分流跳闸”的过电流保护电路图8.4直接动作式过电流保护电路

QF─断路器；TA─电流互感器；QF─断路器；TA─电流互感器；

KA─GL型电流继电器；YR─跳闸线圈YR─跳闸线圈(即直动式继电器KA)交流操作电源可以从电压互感器、电流互感器或所用变压器取得。(1)“去分流跳闸”方式(2)直接动作式8.3断路器的控制回路8.3.1概述对断路器的控制，按控制的地点可分为就地控制和集中控制。8.3.2对控制回路的一般要求8.3.3灯光监视的控制回路和信号回路(1)控制回路的构成1)控制元件2)中间放大元件3)操作机构(2)控制回路和信号回路操作过程分析1)手动合闸2)自动合闸图8.5断路器的控制回路和信号回路图8.6LW2—Z型控制开关触点表3)手动跳闸4)自动跳闸5)防跳装置8.4信号装置在变电所运行的各种电气设备，随时都有可能发生不正常的工作状态。信号装置的总体称为信号系统。8.4.1位置信号位置信号是用来指示设备的运行状态的，如断路器的通、断状态，所以位置信号又称为状态信号。8.4.2事故信号事故信号表示供电系统在运行中发生了某种事故而使继电保护动作。8.4.3预告信号预告信号是在供电系统发生不正常状态时发出的信号。图8.7重复动作的中央复归式事故音响信号回路一是发出音响；二是光字牌变亮。8.5电气测量仪表电气测量仪表是指对电力装置回路的电气运行参数做经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。8.5.1对电气测量仪表的一般要求8.5.2变配电装置中测量仪表的配置8.5.3电气测量仪表接线举例(1)220/380V低压电气测量仪表接线图8.8220/380V低压线路电测量仪表电路图图8.96~10kV高压线路电测量仪表电路图(2)6~10kV高压电气测量仪表接线8.6备用电源和备用设备自动投入装置8.6.1概述在用户供配电系统中，为了提高供电的可靠性，保证不间断供电，通常设有两路及以上的电源进线，其中一路作为工作电源，一路作为备用电源。8.6.2对APD装置的基本要求变电所的所用电；由双电源供电且其中一个电源经常断开以作为备用的变电所；有备用变压器或互为备用的母线段的降压变电所；某些重要的备用机组。图8.10备用电源自动投入示意图(a)明备用；(b)暗备用8.6.3APD装置接线图8.11高压双电源互为明备用的APD电路8.7线路自动重合闸装置8.7.1概述运行经验表明，供配电系统的架空线路是发生故障最多的元件，且故障大多属于瞬时性故障。按动作原理分，有电气式和机械式；按作用于断路器的方式分，有三相ARD、单相ARD和综合ARD；按重合次数分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式。8.7.2电气一次自动重合闸装置接线图8.12单电源线路三相一次自动重合闸接线图图8.13ARD装置与继电保护的配合方式(a)后加速保护；(b)前加速保护【内容提要】本章首先介绍雷电过电压的概念、分类及供电系统常用的防雷保护装置，其次重点介绍了变配电所及架空线路的防雷措施，然后介绍接地的概念及接地装置、接地电阻的计算；最后介绍了有关电气安全知识。第9章防雷、接地及电气安全【教学目标与要求】了解雷电过电压的概念及分类；熟悉供电系统常用的防雷保护装置；掌握变配电所及架空线路的防雷措施；了解接地的概念及接地装置；了解接地电阻的计算；了解有关电气安全知识。9.1过电压及雷电的有关概念9.1.1过电压的形式与产生原因过电压是指在电力线路或电气设备上出现的超过正常工作电压要求的电压。(1)内部过电压1)操作过电压2)谐振过电压3)电弧接地过电压(2)外部过电压1)直接雷击过电压2)雷电感应过电压9.1.2雷电的形成、危害及有关名词概念(1)雷电的形成(2)雷电的危害雷电的破坏作用主要是雷电流引起的。雷电流的机械力作用能使被击物破坏，击毁杆塔和建筑物。(3)雷电的有关名词概念1)雷电流的幅值和陡度。2)年平均雷暴日数。3)地面落雷密度。9.2防雷保护装置供电系统采用的防雷保护装置有：避雷针、避雷线、保护间隙及各种避雷器等。9.2.1避雷针避雷针的功能实质上是引雷作用。图9.1雷电流的波形避雷针一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成。图9.2单支避雷针的保护范围h—避雷针的高度；hx—被保护物高度；ha—避雷针本身的有效高度；rx—避雷针在hx高度水平面上的保护半径9.2.2避雷线避雷线的功能和原理与避雷针相同。由于避雷针`既是架空，又需接地，因此它又称为架空地线。图9.3单支避雷线的保护范围h—避雷线的高度；hx—被保护物高度；ha—避雷线的有效高度；rx—避雷线每侧保护半径9.2.3避雷器避雷器是用来防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。(1)保护间隙它是最简单经济的防雷设备。(2)管式避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。图9.4角型间隙(a)装在铁横担上；(b)装在木横担上1—羊角电极；2—支持绝缘子产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成。内部间隙装在产气管内，一个电极为棒形，另一个电极为环形。图9.5管式避雷器1—产气管；2—胶木管；3—棒形电极；4—环形电极；5—动作指示器;s1—内部间隙;s2—外部间隙(3)阀式避雷器由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。(4)金属氧化物(ZnO)避雷器它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀式避雷器，又称压敏避雷器。图9.6阀式避雷器1—上接线端；2—磁套管；3—火花间隙；4—阀电阻片；5—下接线端9.3变配电所及架空线路的防雷措施9.3.1变配电所的防雷措施变配电所的防雷有两个重要方面，对直接雷击的防护和对由线路侵入的雷击冲击波的防护。图9.7避雷针与被保护物间允许距离(1)对直击雷的防护措施避雷针按安装方式分为独立避雷针和构架避雷针。(2)对线路侵入雷电波的防护9.3.2架空线路的防雷措施①架设避雷线；②装设自动重合闸装置；图9.835kV全线无避雷线线路变电所进线段防雷保护方式③提高线路的绝缘水平；④利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线；⑤装设避雷器和保护间隙；⑥采用电缆供电。9.4供配电系统的接地图9.9顶线绝缘子附有保护间隙1—保护间隙；2—接地线9.4.1接地和接地装置在供配电系统中，为保证电气设备的正常工作或防止人身触电，而将电气设备的某部分与大地作良好的电气连接，称为接地。(1)接地装置的构成接地装置由接地体和接地线两部分组成。(2)接地装置的散流效应1)接地电流和对地电压2)接触电压和跨步电压图9.10接地网示意图1—接地体；2—接地干线；3—接地支线；4—电气设备图9.11接地电流对地电压及接地电流电位分布曲线(1)工作接地为了保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，称为工作接地。(2)保护接地为了保障人身安全，防止触电事故而将电气设备的金属外壳与大地进行良好的电气连接，称为保护接地。图9.12接触电压和跨步电压1)IT系统2)TN系统图9.13中性点不接地的三相三线制系统保护接地(a)无保护接地；(b)有保护接地①TN—C系统②TN—S系统③TN—C—S系统图9.14TN型低压配电系统电路图(a)TN—C系统；(b)TN—S系统；(c)TN—C—S系统3)TT系统图9.15TT系统保护接地功能示意图(a)未接地；(b)接地(3)重复接地在电源中性点直接接地TN系统中，为减轻PE或PEN线断线时危险程度，除在电源中性点进行接地外，还在PE或PEN线上的一处或多处再次接地，称为重复接地。9.5接地电阻及其计算9.5.1接地电阻的含义接地电阻是指电气设备接地装置的对地电压与电流之比。

图9.16重复接地功能示意图(a)未重复接地；(b)采用重复接地9.5.2接地电阻的组成及供电系统对接地电阻的要求它的定义是接地体的对地电压与经接地体流入地中的接地电流之比。(1)土壤电阻土壤电阻的大小用土壤电阻率表示。(2)接地线(3)接地体9.5.3接地电阻计算(1)人工接地装置工频接地电阻计算工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用RE表示。(2)防雷装置接地电阻的计算9.6电气安全9.6.1触电事故及其影响因素(1)流经人体的电流这是决定触电危害程度的根本因素。(2)人体电阻人体触电时，流过人体电流在接触电压一

定时由人体电阻决定，人体电阻愈小，流过的电流则愈大，人体所遭受的伤害也愈大。(3)作用于人体的电压作用于人体的电压，对流过人体的电流的大小有直接的影响。(4)触电时间电流对人体的伤害与触电时间有着密切的关系。(5)电流路径电流对人体伤害程度主要取决于心脏受损程度。(6)电流性质试验表明，直流、交流和高频电流通过人体时的危害程度是不一样的。9.6.2电气安全的一般措施(1)加强电气安全教育(2)严格执行安全工作规程(3)加强维护和检修试验工作(4)用电气安全用具(5)采用漏电保护装置图9.17电流动作型漏电保护器工作原理示意图TAN—零序电流互感器；A—放大器；YR—脱扣器；QF—低压断路器【内容提要】本章首先阐述节约用电的意义和一般措施，其次重点介绍供配电系统功率因数提高措施、补偿电容器接线方式的选择及电容器补偿方式；最后介绍了供配电系统电压质量的改善措施。第10章节约用电、无功补偿及电压质量的提高【教学目标与要求】了解节约用电的意义和一般措施；熟悉供配电系统功率因数提高措施；掌握补偿电容器的补偿方式；了解供配电系统电压质量的改善措施。10.1用户供配电系统的电能节约10.1.1电能节约的意义电能是一种很重要的二次能源。10.1.2节约电能的技术指标(1)电力电力是指用户所需的最大电功率(即最大负荷)。(2)用电量用电量是指用户的年电能消耗量。(3)功率因数功率因数是工业企业供电中的一项重要技术措施。10.1.3节约电能的一般措施(1)节约用电的管理措施1)建立建全管理机构2)完善能耗定额管理3)加强电能计量的日常管理4)加强用电分析，开展电能平衡工作5)实行节电奖惩制度(2)节约用电的技术措施1)更新淘汰低效率的供用电设备2)改造耗能大的供用电设备3)改造不合理的供配电系统4)采用新技术、新材料、新方法5)改善工艺，改进操作6)合理选择供用电设备的容量，提高设备的负荷率7)提高设备的检修质量、加强运行维护8)采用无功补偿设备，人工地提高功率因数，以降低电能损耗。10.2用户供配电系统的无功补偿10.2.1提高功率因数的意义(1)降低供电设备的供电能力，提高电能成本(2)线路和设备功率(电能)损耗增大(3)供电线路电压损失增大10.2.2自然功率因数的提高凡未装设任何补偿装置(移相电容器、调相机)时的功率因数称为自然功率因数。自然功率因数有瞬时值和平均值两种。10.2.3无功功率的人工补偿1)采用同步发电机；2)采用同步电动机；3)采用同步调相机；4)并联电力电容器；5)静止无功补偿器(SVC)；(1)电容器接线方式的选择(2)电容器的补偿方式1)高压集中补偿2)低压集中补偿低压集中补偿是将低压电容器组装设在用图10.1并联电容器在供电系统中的补偿方式

户终端变配电所的低压母线上，能补偿终端变配电所低压母线前面高压配电线路及电力系统的无功功率。图10.2高压集中补偿电容器组的接线原理图3)单独就地补偿图10.3低压集中补偿电容器组的接线原理图单独就地补偿，又称个别补偿或分散补偿，是将补偿电容器组装设在需进行无功补偿的用电设备旁边。4)分组补偿分组补偿是将补偿电容器组分别装设在各车间配电盘的母线上或各分路出线上。图10.4感应电动机旁就地补偿的低压电容器组的结线原理图10.3用户供配电系统电压质量的提高图10.5电容器分组补偿示意图10.3.1电压偏差及其改善措施(1)电压偏差的含义与规定电压偏差是相对于系统的额定电压而言的。1)对感应电动机的影响2)对同步电动机的影响3)对电光源的影响(3)改善电压偏差的措施1)正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器2)合理减少系统的阻抗3)合理改变系统的运行方式图10.6电力变压器的分接开关4)尽量使系统的三相负荷均衡5)采用无功功率的补偿装置10.3.2电压波动、闪变及其改善措施(1)电压波动的含义电压波动是指电网电