建筑供配电与照明课件八

课题1

供配电系统基本知识1.1供配电系统概述1.2额定电压及供电质量1.3电力系统中性点运行方式1.1供配电系统概述电能是现代人们生产和生活的重要能源。建筑供配电就是指建筑所需电能的供应和分配问题。

电力系统是由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体。图1.1所示是电力系统的组成。电力系统中的各级电压线路及其联系的变配电所，称为电力网。1.1.1电力系统的基本概念及组成1.发电厂发电厂是生产电能的工厂，它是把非电形式的能量转换成电能。发电厂的种类很多，一般根据所利用能源的不同分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂。此外，还有风力、地热、潮汐、太阳能等发电厂。2.变、配电所变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，由电力变压器和配电装置组成。变电所按变压的性质和作用又可分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所的任务是将低电压变换为高电压，以利于电能的传输。降压变电所的任务是将高电压变换到一个合理的电压等级，一般建在靠近用电负荷中心的地点。3.电力线路电力线路又称输电线。电力线路的作用是输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户连接起来。电力线路按其用途及电压等级分为输电线路和配电线路。电压在35kV及以上的电力线路称为输电线路；电压在10kV及以下的电力线路称为配电线路。电力线路按其架设方法可分为架空线路和电缆线路；按其传输电流的种类又可分为交流线路和直流线路。4.电能用户电能用户又称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电能用户。用电设备按其用途可分为动力用电设备(如电动机等)、工艺用电设备(如电解、电镀、冶炼、电焊、热处理等)、电热用电设备(如电炉、干燥箱、空调器等)、照明用电设备和试验用电设备等，它们将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，以满足生产、生活的不同需要。图1.1电力系统的组成

建筑供配电系统是指所需的电力能源从进入建筑物（或小区）开始到所有用电设备终端的整个电路。建筑供配电系统由总降压变电所(或高压配电所)、高压配电线路、分变电所、低压配电线路及用电设备组成。1.1.2供配电系统的组成1.二次变压的供电系统大型建筑群和某些负荷较大的中型建筑，一般采用具有总降压变电所的二次变压供电系统，如图1.2所示。图1.2二次变压供电方式2.一次变压的供电系统(1)具有高压配电所的一次变压系统一般中型建筑或建筑群多采用6～10kV电源进线，经高压配电所将电能分配给各分变电所，由分变电所将6～10kV电压降至380/220V，供低压用电设备使用。同样，高压用电设备直接由高压配电所的6～10kV母线供电，如图1.3所示。(2)高压深入负负荷中心的的一次变压压系统对于某些中中小型建筑筑或建筑群群，如果本本地电源电电压为35kV，且各种条条件允许时时，可直接接采用35kV作为配电电电压，将35kV线路直接引引入靠近负负荷中心的的变电所，，再由车间间变电所一一次变压为为380/220V，供低压用用电设备使使用，如图1.4所示。(3)只有一个变变电所的供供电系统对于小型建建筑或建筑筑群，由于于用电较少少，通常只只设一个将将6～10kV电压降为380/220V电压的变电电所，如图1.5所示。3.低压供电的的小型供电电系统某些小型建建筑或建筑筑群也采用用380/220V低压电源进进线，只需需设置一个个低压配电电室，将电电能直接分分配给各低低压用电设设备使用，，如图1.6所示。图1.3具有高压配配电所的供供电系统图1.4高压深入负负荷中心的的一次变压压系统图1.5只有一个降降压变电所所的供电系系统(a)装有一台电电力变压器器;(b)装有两台电电力变压器器图1.6低压进线的小小型供电系统统（1）安全在电能的的供应、分配配和使用中，，不应发生人人身事故和设设备事故。（2）可靠应满足电电能用户对供供电可靠性的的要求。（3）优质应满足电电能用户对电电压质量和频频率等方面的的要求。（4）经济应使供电电系统的投资资少、运行费费用低，并尽尽可能地节约约电能和减少少有色金属的的消耗量。1.1.3供配电的基本本要求1.2额定电压及供供电质量1.2.1额定电压所谓额定电压压，就是用电设设备、发电机机、变压器正正常运行并具具有最经济的的工作电压，，也就是正常常情况下所规规定的电压。。国家标准规定定的三相交流流电网和电气气设备的额定定电压如表1.1所示（见P5）。1.电力线路的额额定电压电力线路的额额定电压等级级是国家根据据国民经济发发展的需要及及电力工业的的水平，经全全面技术经济济分析后确定定的，它是确确定各类用电电设备额定电电压的基本依依据。2.用电设备的额额定电压用电设备运行行时，电力线线路上要有负负荷电流流过过，因而在电电力线路上引引起电压损耗耗，造成电力力线路上各点点电压略有不不同，如图1.7所示。但成批生产产的用电设备备，其额定电电压不可能按按使用地点的的实际电压来来制造，而只只能按线路首首端与末端的的平均电压即即电力线路的的额定电压UN来制造。所以以用电设备的的额定电压与与同级电力线线路的额定电电压是相等的的。3.发电机的额定定电压由于同一等级级电压的线路路允许电压损损耗为±5％，即整个线线路允许有10％的电压损耗耗，因此，为为了维持线路路首端与末端端平均电压的的额定值，线线路首端(电源端)电压应比线路路额定电压高高5％，而发电机机是接在线路路首端的，所所以规定发电电机的额定电电压高于同级级线路额定电电压5％，用以补偿偿线路上的电电压损耗，如图1.7所示。4.电力变压器的的额定电压（1）变压器一次次绕组的额定定电压当变压器直接接与发电机相相连，如图1.8中变压器T1，则其一次绕绕组的额定电电压应与发电电机额定电压压相同，即高高于同级线路路额定电压5％；当变压器器不与发电机机相连，而是是连接在线路路上，如图1.8中变压器T2，则可将变压压器看做是线线路上的用电电设备，因此此其一次绕组组额定电压应应与线路额定定电压相同。。（2）变压器二二次绕组的额额定电压变压器二次绕绕组的额定电电压是指变压压器一次绕组组接上额定电电压而二次绕绕组开路时的的电压，即空空载电压。变变压器在满载载运行时，二二次绕组内约约有5％的阻抗电压降，，因此分两种情况况讨论。如果变压器二次侧侧供电线路很长(例如较大容量的高高压线路)，则变压器二次绕绕组额定电压一方方面要考虑补偿变变压器二次绕组本本身5％的阻抗电压降，，另一方面还要考考虑变压器满载时时输出的二次电压压要满足线路首端端应高于线路的额额定电压5％，以补偿线路上上的电压损耗。如果变压器二次侧侧供电线路不长(例如为低压线路或或直接供电给高、、低压用电设备的的线路)，则变压器二次绕绕组的额定电压只只需高于其所接线线路额定电压的5％，即仅考虑补偿偿变压器内部5％的阻抗电压降，，如图1.8中变压器T2。综上所述，在同一一电压等级中，电电力系统中各个环环节(发电机、变压器、、电力线路、用电电设备)的额定电压数值并并不都相同。图1.7用电设备和发电机机的额定电压图1.7用电设备和发电机机的额定电压图1.8电力变压器的额定定电压图1.8电力变压器的额定定电压1.供电质量的主要指指标（1）电压额定电压是指用电设备处在在最佳运行状态的的工作电压。当施施加于用电设备两两端的电压与用电电设备的额定电压压差别较大时，将将对用电设备产生生较大危害。对电电动机而言，当电电压降低时，其转转矩急剧减小，使使得转速降低，甚甚至停转，从而导导致产生废品，甚甚至引起重大事故故。用电设备除对对供电电压的高低低有要求之外，还还要考虑供电电压压波形畸变的问题题。1.2.2供电质量（2）频率我国采用的工业频频率(简称工频)为50Hz。当电力网低于额额定频率运行时，，所有电力用户的的电动机转速都将将相应降低，因而而用户将受到不同同程度的影响。电电力网频率的变化化对供电系统运行行的稳定性影响很很大，因而对频率率的要求比对电压压的要求更严格，，频率的变化范围围不应超过±0.5Hz。2.电压偏移和电压调调整（1）电压偏移电压偏移是指用电电设备端电压U与用电设备额定电电压UN差值与UN的百分比，即ΔU%=(U-UN)/UN×100(1.1)电压偏移是由于供供电系统改变运行行方式或电力负荷荷缓慢变化等因素素引起的，其变化化是相当缓慢的。。（2）电压调整为了减小电压偏移移，保证用电设备备在最佳状态下运运行，供电系统必必须采取相应的电压调整措措施，即:①合理选择变压压器的电压分接头头或采用有载调压压型变压器，使之之在负荷变动的情情况下有效地调节节电压，保证用电电设备端电压的稳稳定。②合理地减少供供电系统的阻抗，，以降低电压损耗耗，从而缩小电压压偏移范围。③尽量使系统的的三相负荷均衡，，以减小电压偏移移。④合理地改变供供电系统的运行方方式，以调整电压压偏移。⑤采用无功功率率补偿装置，提高高功率因数，降低低电压损耗，缩小小电压偏移范围。。1.高压供电电压的选选择供电系统的高压配配电电压主要取决决于当地供电系统统电源电压及高压压用电设备的电压压和容量等因素。。对于大型工厂和某某些电力负荷较大大的中型工厂，设设备容量在2000～50000kV·A、输送电能距离在在20～150km的，可采用35～110kV电压供电。对于中小型工厂，，设备容量在100～2000kV·A、输送电能距离在在4～20km的，可采用6～10kV电压供电。1.2.3电压的选择确定高压供电电压压时，应对各种方方案的技术和经济济指标进行全面比比较。表1.2（见P7）列出了各级电压压线路合理的输送送功率和输送距离离。采用10kV作为高压供电电压压的用电单位，如如果有6kV的高压用电设备(如6kV高压电机)，则可通过专用的的10/6.3kV变压器单独供电。。2.低压配电电压的选选择供电系统的低压配配电电压主要取决决于低压用电设备备的电压，通常采采用380/220V。其中线电压380V接三相动力设备，，相电压220V供电给照明及其他他220V的单相设备。对于于容易发生触电或或有易燃易爆的个个别部位，可考虑虑采用220/127V作为低压配电电压压。对于一些有特特殊要求的场所，，应根据国家有关关规定，局部采用用安全电压供电。。1.3电力系统中性点运运行方式选择电力系统中性性点接地方式是一一个综合性问题。。它与电压等级、、单相接地短路电电流、过电压水平平、保护配置等有有关，直接影响电电网的绝缘水平、、系统供电的可靠靠性和连续性、主主变压器和发电机机的运行安全以及及对通信线路的干干扰等。考虑到电力系统运运行的可靠性、安安全性、经济性及及人身安全等因素素，电力系统中性性点常采用不接地地、经消弧线圈接接地、高电阻接地地和直接接地等运运行方式。1.3.1电力系统中性点的的运行方式1.中性点不接地的电电力系统中性点不接地方式式即电力系统的中中性点不与大地相相接。电力系统中的三相相导线之间和各相相导线对地之间都都存在着分布电容容。设三相系统是是对称的，则各相相对地均匀分布的的电容可由集中电电容C表示，线间电容电电流数值较小，可可不考虑，如图1.9(a)所示。系统正常运行时，，三个相电压1、2、3是对称的，三相对对地电容电流C1、C2、C3也是对称的，其相相量和为零，所以以中性点没有电流流流过。各相对地地电压就是其相电电压，如图1.9(b)所示。当系统任何一相绝绝缘受到破坏而接接地时，各相对地地电压、对地电容容电流都要发生改改变。当故障相(假定为第3相)完全接地时，如图1.10(a)所示接地的第3相对地电压为零，，即U3'=0，但线间电压并没没有发生变化。非接地相第1相对地电压U1'=U1+(-U3)=U13第2相对地电压U2'=U2+(-U3)=U23即非接地两相对地地电压均升高√3倍，变为线电压，，如图1.10(b)所示。当第3相接地时，由于第第1、2两相对地电压升高高√3倍，使得这两相对对地电容电流也相相应地增大√3倍，即从图1.10(b)的相量图可知，第第3相接地点接地电容容电流为即中性点不接地系系统单相接地电容容电流为正常运行行时每相对地电容容电流的3倍。从图1.10(b)的相量图还可看出出，系统的三个线线电压无论相位和和量值均未发生变变化，因此系统中中所有用电设备仍仍可继续运行。中性点不接地系统统发生一相接地时时有以下特点：①经故障相流入入故障点的电流为为正常时本电压等等级每相对地电容容电流的3倍。②中性点对地电电压升高为相电压压。③非故障相的对对地电压升高为线线电压。④线电压与正常常时的相同。2.中性点经消弧线圈圈接地的电力系统统在中性点不接地系系统中，当单相接接地电流超过规定定数值时电弧不能能自行熄灭，一般般采用经消弧线圈圈接地措施来减小小接地电流，使故故障电弧自行熄灭灭，这种方式称为为中性点经消弧线线圈接地方式，如图1.11所示。3.中性点经高电阻接接地的电力系统当接地电容电流超超过允许值时，也也可采用中性点经经高电阻接地方式式。此种接地方式式和经消弧线圈接接地方式相比，改改变了接地电流相相位，加速泄放回回路的残余电荷，，促使接地电弧自自熄，从而降低弧弧光间歇接地过电电压，同时可提供供足够的电流和零零序电压，使接地地保护可靠动作。。一般用于大型发电电机中性点或单相相接地故障电容较较少的10（6）kV配电系统中。这种种方式适用于接地地电容电流小于10A的场合。（1）当发电机或变变压器10（6）kV绕组为Y接线时，其原理接接线图如图1.12所示。电阻通过接地变压压器接入中性点，，将会使变压器中中性点接地电阻的的一次值增加到原原来N2倍，即R′=N2R（2）当变压器10（6）kV绕组为△接线时，，其原理接线图如图1.13所示。4.中性点直接接地的的电力系统在电力系统中采用用中性点直接接地地方式，就是把中中性点直接和大地地相接，这种方式式可以防止中性点点不接地系统中单单相接地时产生的的间歇电弧过电压压。中性点直接接地系系统又称为大电流流接地系统，如图1.14所示。另外，还有中性点点经低电阻接地系系统。随着我国现代化化建设事业的发发展，城市电网网也正在向电缆缆化发展，35kV、10(6)kV电网的电容电流流也在成比例增增加。变压器35～10kV侧一般采用△接接线，所以多数数选用一台Z形接线的所用变变压器中性点处处接以低电阻。。35kV、10(6)kV系统低电阻接地地如图1.15所示。图1.9正常运行时中性性点不接地的电电力系统(a)电路图；(b)相量图图1.9正常运行时中性性点不接地的电电力系统(a)电路图；(b)相量图图1.10一相接地时的中中性点不接地系系统（a）电路图；（（b）相量图图1.10一相接地时的中中性点不接地系系统（a）电路图；（（b）相量图图1.10一相接地时的中中性点不接地系系统（a）电路图；（（b）相量图图1.11一相接地时的中中性点经消弧线线圈接地系统（a）电路图；（（b）相量图图1.1210(6)kV绕组为Y接线时，中性点点经高电阻接地地原理图图1.1310(6)kV绕组为△接线时时，中性点经高高电阻接地原理理图图1.14一相接地时的中中性点直接接地地系统图1.1535(10)kV经低电阻接地系系统我国的低压配电电系统通常采用用三相四线制，，即380/220V低压配电系统，，该系统采用电电源中性点直接接接地方式，而而且引出中性线线(N线)或保护线(PE线)。这种将中性点点直接接地，而而且引出中性