供电系统概述

供配电系统概论,教师：张军国办公室：森工楼423E-mail：zjggcgd北林大工学院电气教研室2,电力系统的基本概念、运行特点；电力系统额定电压的规定及适用范围；电力系统与供配电系统的关系；供配电系统的组成及发展趋势；建筑供配电系统的中性点接地方式；各类建筑供电系统典型方案等。,主要内容,北林大工学院电气教研室3,建筑供配电系统、工厂供配电系统等等都是供配电系统中的主要个例。供配电系统是电力系统的一个重要组成部分。,北林大工学院电气教研室4,国家电力信息网的统计数据,我国1990年发电机总装机容量为13789万kW，总发电量为6213亿kWh，人均发电量5433kWh人均用电量为4589kWh；1995年发电机总装机容量为21722万kW，总发电量为9942亿kWh，人均发电量为8314kWh，人均用电量为6944kWh；2000年发电机总装机容量为31932万kW，总发电量为13510亿kWh，人均发电量为10811kWh，人均用电量为9996kWh。,北林大工学院电气教研室5,发达国家和地区的相关数据（1996年）,人均消费电量：加拿大为17495kWh人；美国为12980kWh人；日本为8097kWh人；德国为6582kWh人；韩国为5022kWh人；我国香港特区为9764kWh人。电能的生产量和使用量已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志之一。,北林大工学院电气教研室6,1.1电力系统的基本概念1.2工厂供配电系统1.3工厂供配电电压1.4供电质量的主要指标,第1章供配电系统概论,北林大工学院电气教研室7,1.1电力系统的基本概念,1.1.1发电厂1.1.2变配电所1.1.3电力网1.1.4高压直流输电1.1.5电能用户1.1.6电力系统的中性点运行方式,北林大工学院电气教研室8,图1.1电力系统示意图,北林大工学院电气教研室9,所谓电力系统，是指由发电厂、变电站、电力网以及用电设备所组成的统一整体。,发电厂升压变电站高压输电线路降压变电站变电所用电设备,包括电能生产、转换、分配、输送以及使用五个环节。,北林大工学院电气教研室10,一切大规模现代化工农业生产、交通运输和人民生活都需要电能。电能是由发电厂生产，但发电厂往往距离城市和工业中心很远，这就需要将电能经过线路输送到城市或工业企业。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户，同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备。,北林大工学院电气教研室11,为了提高供电的可靠性和经济性，将各发电厂通过电力网连接起来，并联运行，组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。,北林大工学院电气教研室12,从发电厂到用户的送电过程,图1.2从发电厂到用户的送电过程示意图,北林大工学院电气教研室13,北林大工学院电气教研室14,1.1.1发电厂,发电厂是生产电能的工厂。它把其它形式的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等等，通过发电设备转换为电能。我国以火电发电为主，其次是水电和原子能发电。,北林大工学院电气教研室15,火力发电厂,水力发电厂,原子能发电厂,发电厂,火力发电厂是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水，利用高温高压的水蒸气推动汽轮机，带动与它联轴的发电机发电。,水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。,原子能发电厂又称核电站，是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。,1.1.1发电厂,北林大工学院电气教研室16,北林大工学院电气教研室17,张发口发电总厂,北林大工学院电气教研室18,北林大工学院电气教研室19,水力发电厂,北林大工学院电气教研室20,秦山核电站,北林大工学院电气教研室21,1.1.2变配电所,变电站？变电所？配电所？,北林大工学院电气教研室22,1.1.2变配电所,变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所。变电所有升压和降压之分升压变电所多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。,北林大工学院电气教研室23,1.1.2变配电所,北林大工学院电气教研室24,1.1.3电力网,电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所，总称为电力网，简称电网。电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成，从电压的高低可将电力网分为低压网、中压网、高压网和超高压网等。,电压在1kV以下的，220V，380V,1kV到10kV的，6kV，10kV,高于10kV低于330kV，35kV，110kV，220kV,330kV及以上的，330kV，500kV,北林大工学院电气教研室25,电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网地方电网的供电范围小，电压一般为35110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网。,北林大工学院电气教研室26,在我国，主要的大型电网有华北电网、东北电网、华东电网、华中电网、南方电网、西北电网等。,北林大工学院电气教研室27,北林大工学院电气教研室28,中国的华中电网和华北电网于2003年九月二十一日上午10时正式实现并网运行。目前中国的东北电网和华北电网已经实现了联网运行，而华中电网和川渝电网也已经实现了互联互通。此次联网使东北电网、华北电网、华中电网和川渝电网连成一片，形成一个跨越14个省市自治区、总容量超过1.4亿千瓦的超大规模交流同步电网。中新社记者:贾国荣,北林大工学院电气教研室29,思考：电力系统并网运行的原因,用电设备使用的电能最终来自发电厂，那么，为什么要构成一个电力网络，而不是由单个发电厂直接向电能用户提供电能呢？,北林大工学院电气教研室30,实现经济运行一次能源运输困难，就地建厂充分利用发电厂的季节优势提高供电可靠性不会因个别发电机故障或检修而导致对用户停电。提高设备利用率系统内的设备互为备用,北林大工学院电气教研室31,北林大工学院电气教研室32,大同-房山500kV输电线路,北林大工学院电气教研室33,房山-昌平紧凑型输电线路,北林大工学院电气教研室34,直流输电一般由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。,图1.3直流输电系统结构示意图,1.1.4高压直流输电,北林大工学院电气教研室35,1.1.4高压直流输电,1远距离输电及跨海输电；2联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。,思考：高压直流输电优点还有哪些？缺点？,北林大工学院电气教研室36,1远距离输电及跨海输电跨海输电及远距离输电容量大，如采用交流输电的话，由于距离长，线路感抗也将增大，从而限制了输送容量，而且造成运行不稳定。另外，由于交流线路存在分布电抗和对地分布电容，会引起线路电压在很大范围内发生变化，必须投入无功补偿设备，投资增加。若采用直流输电，则不存在此类问题。直流输电线路具有架设方便、能耗小、导线截面可得到充分利用及绝缘强度高等优点，使其更适宜于远距离大容量输电。,北林大工学院电气教研室37,2联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。,若将电能从交流系统A输送到交流系统B，则换流装置把交流整流成直流，通过直流电网输送给换流装置，换流装置再把直流逆变为与交流系统B同频率同相位的交流电馈送给交流系统B。,北林大工学院电气教研室38,特高压电网,特高压电网，是指1000千伏交流和正负800千伏直流输电网络，具有远距离、大容量、低损耗输送电力和节约土地资源等特点，因此又被形象地称为电力高速路。特高压电网其实是现有电网的有效补充。,北林大工学院电气教研室39,我国首个超大容量特高压直流输电工程迈向实施阶段(2006-11-17),宛若一道蕴涵无限能量的彩虹，世界最大、电压等级最高的特高压直流输电线路将从四川跨向上海国家电网公司日前在成都召开向家坝-上海特高压直流试验示范工程换流站预初步设计审查会议，这标志着我国第一个特高压直流试验示范工程即将进入实施阶段。全国范围内能源资源高效配置成为可能，能源新格局初露端倪！,北林大工学院电气教研室40,北林大工学院电气教研室41,北林大工学院电气教研室42,1.1.5电能用户,所有的用电单位均称为电能用户，其中主要是工业企业。我国工业企业用电占全年总发电量的60%以上，是最大的电能用户。工业企业的电力负荷种类多，容量相差悬殊，运行特征也是各种各样。三相负荷单相负荷,北林大工学院电气教研室43,电动机,电热炉,北林大工学院电气教研室44,1.1.6电力系统的中性点运行方式,在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有两种运行方式：中性点接地中性点直接接地系统常称大电流接地系统中性点不接地中性点不接地和中性点经消弧线圈(或电阻)接地的系统称小电流接地系统,北林大工学院电气教研室45,图1.4电力系统中性点运行方式,中性点直接接地,中性点不接地,中性点经消弧线圈接地,消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。,中性点经阻抗接地,北林大工学院电气教研室46,中性点运行方式比较,作业：中性点运行方式优缺点分析以及各种接地方式的应用场合（参阅相关资料）,北林大工学院电气教研室47,1.2供配电系统,1.2.1工厂降压变电所1.2.2车间变电所1.2.3工厂配电线路1.2.4建筑供（配）电系统,北林大工学院电气教研室48,供配电系统,供配电系统,北林大工学院电气教研室49,供配电系统,供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站。涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节，其运行特点、要求和电力系统基本相同，只是由于供配电系统直接面向用电设备及其使用者，因此供、用电的安全性尤显重要。,北林大工学院电气教研室50,供电电源配电系统的电源可以取自电力系统的电力网或企业、用户的自备发电机。配电网作用：接受电能、变换电压、分配电能。组成：由企业或用户的总降压变电所（或高压配电所）、高压输电线路、车间降压变电所（或配电所）、低压配电线路组成。,供配电系统,北林大工学院电气教研室51,用电设备作用：用电设备是指专门消耗电能的电气设备。据统计用电设备中70%是电动机类设备，20%左右是照明用电设备。结构：与电力系统是极其相似的，所不同的是配电系统的电源是电力系统中的电力网，电力系统的用户实际上就是配电系统。分类：高压用电设备：额定电压在1kV以上。低压用电设备：额定电压在1kV以下。,北林大工学院电气教研室52,1.2.1工厂降压变电所,工厂降压变电所，把35110kV电压降为610kV电压向车间变电所供电。为了保证供电的可靠性，工厂降压变电所多设置两台变压器，由单条或多条进线供电，每台变压器容量可从几千到几万千伏安。供电范围由供电容量决定，一般在几千米以内。,北林大工学院电气教研室53,1.2.2车间变电所,将610kV的高压配电电压降为220/380V，对低压用电设备供电。供电范围一般只在500m以内。车间变电所一般设12台变压器，单台变压器的容量通常为1000kVA及以下，最大不宜超过2000kVA。,北林大工学院电气教研室54,1.2.3工厂配电线路,主要作为工厂内输送、分配电能之用。户外敷设的低压配电线路目前多采用架空线路。在厂房或车间内部则应根据具体情况确定，或采用明线配电线路，或采用电缆配电线路。在厂房或车间内，由动力配电箱到电动机的配电线路一律采用绝缘导线穿管敷设或采用电缆线路。,北林大工学院电气教研室55,北林大工学院电气教研室56,北林大工学院电气教研室57,北林大工学院电气教研室58,北林大工学院电气教研室59,北林大工学院电气教研室60,北林大工学院电气教研室61,1.2.4建筑供（配）电系统,建筑供电一般从电网取得10kV高压电源，然后用变压器将10kV高压变换为220/380V的三相四线制低压电源，再分配到各个用电负载。从取得电源到用电负载之间的线路，加上线路中间的各种分支、控制及保护装置，即组成建筑供配电系统，简称建筑供电系统。从电力系统角度来看，建筑供电系统是其一个用户；从建筑物内用电设备的角度来看，建筑供电系统则是它们的电源。,供电,配电,北林大工学院电气教研室62,某建筑物供电系统示意图,从电力网引入10kV的三相三线制高压电源，经10kV变电所变换为220/380V的三相四线制低压电源，分成3条回路，分别给3栋楼房供电，在每栋楼房内，又通过配电箱将电源线路分至每层的用电器。,北林大工学院电气教研室63,在建筑电气图中，所有线路用单线条表示，注明线路种类，从而简化供配电系统图。,北林大工学院电气教研室64,1.3供配电系统电压,1.3.1额定电压的国家标准1.3.2供配电电压的选择,北林大工学院电气教研室65,1.3.1额定电压的国家标准,电网的额定电压：线路首末端电压的平均值应等于电网额定电压。用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。发电机的额定电压高于所供电网额定电压5%。,指能使电气设备长期运行的最经济的电压,线路的允许电压偏差一般是5,北林大工学院电气教研室66,变压器的额定电压,一次线圈：当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同，即高出同级电网额定电压5%。当变压器直接与电网相连时，其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同，即等于同级电网额定电压。二次线圈：所供线路较长时，高出电网额定电压10%。所供线路较短时，高出电网额定电压5%。,作业:5%跟10%是怎么确定的?,北林大工学院电气教研室67,图1.6电力变压器的额定电压,北林大工学院电气教研室68,表1.1我国交流电网和电力设备的额定电压（kV）,如何理解?,北林大工学院电气教研室69,用电设备、发电机、变压器的额定电压取值示例,思考：各变压器两端的电压分别是多少？,用电设备额定电压,1.1UN2,UN2,1.1UN3,UN3,1.05Ur,北林大工学院电气教研室70,（1）影响配电电压的因素：地区供电电源的电压用电设备的总容量用电设备的特征供电距离供电线路的回路数量用电单位的远景规划当地公共电网现状和它的发展规划经济合理因素,选择电压的一般原则,1.3.2供配电电压的选择,北林大工学院电气教研室71,（2）供电方式：用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以上者，应以高压方式供电；用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以下者，应以低压方式供电，特殊情况下也可以高压方式供电。,北林大工学院电气教研室72,三相交流系统中，,三相视在功率,线电压,线电流,思考：当输送功率一定时，提高电压会有哪些影响？,北林大工学院电气教研室73,当输送功率一定时，提高电压的影响：电流减小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属投资也就越小；由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小；电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大；对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济、合理的输电电压。,北林大工学院电气教研室74,表1.2常用各级电压的经济输送容量与输送距离,北林大工学院电气教研室75,与额定电压等级相适应的输送功率及输送距离,北林大工学院电气教研室76,工厂供电电压的选择对于一般没有高压用电设备的小型工厂，设备容量在100kW以下，输送距离在600m以内，可选用380/220V电压供电。对于中小型工厂，设备容量在1002000kW，输送距离在420km以内的，可采用610kV电压供电。对于中大型工厂，设备容量在200050000kW，输送距离在20150km以内的，可采用35110kV电压供电。,北林大工学院电气教研室77,工厂配电电压的选择工厂的高压配电电压一般选用610kV。10kV作为高压配电电压。如工厂供电电源的电压就是6kV，或工厂使用的6kV电动机多且分散，可采用6kV的配电电压。工厂的低压配电电压，一般采用380/220V。380V为三相配电电压，供电给三相用电设备及380V单相用电设备。220V作为单相配电电压，供电给一般照明灯具及220V单相用电设备。矿山及化工等部门也有采用660V配电电压的。,北林大工学院电气教研室78,1.4供电质量的主要指标,1.4.1电压1.4.2频率1.4.3可靠性,指电能质量和供电可靠性,北林大工学院电气教研室79,供电线路上的电压变化示意图,1.4.1电压,一、电网电压偏移,北林大工学院电气教研室80,定义用电设备的实际端电压偏离其额定电压的百分数。,理解？,原因是系统滞后的无功负荷所引起的系统电压损失。,北林大工学院电气教研室81,民用建筑电气设计规范对用电设备供电电压偏差允许范围的规定：,一般电动机为5。电梯电动机为7。照明在一般工作场所为5；在视觉要求较高的室内场所为+5、-2.5；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可以为+5、-10；应急照明、道路照明和警卫照明为+5、-10。其他用电设备当无特殊规定时为5。,北林大工学院电气教研室82,常用电气设备允许的电压偏移,北林大工学院电气教研室83,正确选择变压器的变压比和电压分接头合理选择导线截面，减小线路阻抗无功补偿，减小电流尽量使三相负荷平衡，减小中线电流,改善方法,北林大工学院电气教研室84,定义：是指电压在短时间内的快速变动情况，通常以电压幅度波动值和波动频率来衡量电压波动的程度。波动的幅值为:国家规定电压波动的范围在-5%+5%。,电压波动,用电设备端电压的最大波动值，KV,用电设备端电压的最小波动值，KV,北林大工学院电气教研室85,抑制或减小电压波动的措施：合理的供电方式：给负载变化剧烈的电气设备以专线单独供电，一个大工厂不会是仅由一条线路供电，利用其中一条线路给剧烈变化的负载，此线路还可以作为工厂中其他负载的备用电源。提高供电电压：电压降百分率与电网额定电压的平方成反比，所以，提高供电电压无疑会对抑制电网波动电压值起到良好的效果。,北林大工学院电气教研室86,负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。,电压闪变,北林大工学院电气教研室87,不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。,不对称度,北林大工学院电气教研室88,当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。（1）n次谐波电压、电流含有率,正弦波形畸变率,北林大工学院电气教研室89,（2）电压、电流总谐波畸变率,n次谐波电压的方均根值，kV,n次谐波电流的方均根值，A,基波电流（50Hz）的方均根值，A,基波电压（50Hz）的方均根值，kV,北林大工学院电气教研室90,（3）谐波电压的总平均畸变系数,谐波电压的总平均畸变系数,n次谐波电压的方均根值，kV,变化时间，t3s；,北林大工学院电气教研室91,定义频率偏差是指供电的实际频率与电网的标准频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。偏差允许值频率偏差一般不超过0.25Hz。当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。调整调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。,1.4.2频率偏差,北林大工学院电气教研室92,1.4.3可靠性,定义供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。对供电可靠程度的要求，取决于建筑用电负荷的等级。按照民用建筑电气设计规范，用电负荷分为如下三个等级：一级负荷二级负荷三级负荷,北林大工学院电气教研室93,对可靠性的要求不同划分,北林大工学院电气教研室94,北林大工学院电气教研室95,供电可靠率衡量供电可靠性的指标，用户用电时间内不中断的概率。供电可靠率（1用电平均停电时间/统计期间时间）100例如，全年时间8760小时，用户全年停电时间为87.6小时，即停电时间占全年的1%，供电可靠率为99%。可靠性标准城市供电可靠率达到99.9%；大中城市中心市区供电可靠率达到99.99%。,北林大工学院电气教研室96,提高供电可靠率的措施采用高可靠性的设备，做好维护保养工作选用合理的系统结构和接线，重要负荷采用双回路供电应有足够的备用容量，装设备用电源自动投入装置开展带电检修作业，尽量减少停电次数,北林大工学院电气教研室97,1.5建筑供配电系统的中性点接地方式,1.5.1中性点运行方式种类及应用场合1.5.2低压配电系统中性点运行方式1.5.3供电线路的分支方式1.5.4建筑供电系统典型方案,北林大工学院电气教研室98,1.5.1中性点运行方式的种类及应用场合,北林大工学院电气教研室99,中性点接地：属于大接地电流系统直接接地，又称为有效接地经低阻接地中性点不接地：属于小接地电流系统不接地，又称为中性点绝缘经消弧线圈接地经高阻接地,消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。,北林大工学院电气教研室100,中性点接地系统,特点：中性点接地系统一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。,北林大工学院电气教研室101,北林大工学院电气教研室102,中性点不接地系统,特点：中性点不接地系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，因而系统仍可继续运行，这对提高供电可靠性是有利的。但这种系统在发生单相接地故障时，系统中性点对地电压会升高到相电压，非故障相对地电压会升高到线电压；若接地点不稳定，产生间歇性电弧，过电压会更严重，对绝缘不利。,北林大工学院电气教研室103,北林大工学院电气教研室104,北林大工学院电气教研室105,各种中性点运行方式比较,北林大工学院电气教研室106,供配电系统中性点运行方式,110kV及以上电压等级的高压输配电网绝缘问题突出，一般都采用中性点接地系统；35kV、10kV、6kV等中压供配电系统中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的过电压对绝缘的威胁不大，因为中压系统的绝缘水平是根据更高的雷电过电压制定的，因此为提高供电可靠性，多采用中性点不接地系统；1kV以下的低压配电系统我国的220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（neutralwire,代号N）、保护线（protectivewire,代号PE）或保护中性线（protectiveneutralwire,代号PEN)。,北林大工学院电气教研室107,中性线（N线）其功能一是用来连接额定电压为系统相电压的单相用电设备，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流，三是减小负荷中性点的电位偏移。保护线（PE线）它是为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有电气设备的外露可导电部分（指正常时不带电但故障情况下可能带电的易被人身接触的导电部分，如金属外壳、金属构架等）通过PE线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。保护中性线（PEN线）它兼有N线和PE线的功能。这种PEN线，我国过去习惯称为“零线”。,北林大工学院电气教研室108,根据IEC规定，按保护接地的型式不同，低压配电系统分为三类：TN系统TT系统IT系统,三相四线制系统：TN系统和TT系统都是中性点直接接地系统，且都引有中性线,三相三线制系统：IT系统电源中性点不接地或经1000阻抗接地，而且通常不引出中性线,1.5.2低压配电系统中性点运行方式,北林大工学院电气教研室109,TN系统,TN系统中设备外露的可导电部分（如电动机、变压器的外壳，高压开关柜、低压配电屏的门及框架等）均采用与公共的保护线（PE线）或保护中性线（PEN线）相连接的方式。在我国380/220V低压配电系统，广泛采用TN系统，即属于中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线N或保护线PE。这种系统的安全保护性能较好：一旦发生单相接地故障时，便形成单相短路，单相短路电流将使断路器或熔断器动作而切除故障电路，以免发生人身伤亡及电气设备毁坏事故。,PE线是为防止电击，而将电气设备外露可导电部分、外部导电部分、总接地端子、接地干线、接地极、电源接地点或人工接地进行电气连接的导体。注：“电气设备外露可导电部分”一般指金属外壳。,北林大工学院电气教研室110,TN系统,根据工作零线N与保护零线PE是否分开，TN系统又可分为三种TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统,N线是与电力系统中性点相联能起到传导电能作用的导体，其主要作用是：（1）通过三相负载的不平衡电流；（2）便于接入单相负载及测量相电压。注：N线是不允许断开的,北林大工学院电气教研室111,低压配电的TN系统a)TN-C系统b)TN-S系统c)TN-C-S系统,北林大工学院电气教研室112,TN-C系统三相四线供电系统,系统的中性线N和保护线PE合为一根PEN线，电气设备的金属外壳与PEN线相连。在我国应用最普遍。,北林大工学院电气教研室113,TN-S系统三相五线供电系统,系统的中性线N和保护线PE是分开的，所有设备的金属外壳均与公共PE线相连。正常时PE上无电流，因此各设备不会产生电磁干扰，所以适用于数据处理和精密检测装置使用。N和PE分开，则当N断线也不影响PE线上设备防触电要求，故安全性高。缺点是用材料多，投资大。在我国应用不多。,相线的主要作用是传输电能,中性线的主要作用是传输三相系统中的不平衡电流，以减少中性点的偏移使系统正常工作，同时用来连接单相用电设备,保护线的作用是防止人使用用电设备时发生触电事故，保护线是专用的。,北林大工学院电气教研室114,TN-C-S系统,这种系统前边为TN-C系统，后边为TN-S系统（或部分为TN-S系统）。它兼有两系统的优点，适于配电系统末端环境较差或有数据处理设备的场所。,北林大工学院电气教研室115,TT系统,TT系统中性点直接接地，设备外露的可导电部分（如电动机、变压器的外壳，高压开关柜、低压配电屏的门及框架等）接至与中性点接地点无关的接地极。该系统在国外应用较广泛，在我国很少采用。,北林大工学院电气教研室116,IT系统,IT系统中性点不接地或经大阻抗接地，设备外露的可导电部分（如电动机、变压器的外壳，高压开关柜、低压配电屏的门及框架等）接地。该系统在某些不间断供电要求高的场所（如矿山、井下等）应用较广泛，在建筑供电系统中很少采用。,北林大工学院电气教研室117,作业：保护接地与保护接零概念,北林大工学院电气教研室118,北林大工学院电气教研室119,北林大工学院电气教研室120,保护接地的实质和关键,实质：通过接地电阻与人身电阻的并联，使整体电阻下降。当发生漏电时，降低人体触电电流。关键：接地电阻越小越好。,北林大工学院电气教研室121,保护接零-实质和关键,实质：提高动作电流，将漏电流变成单相短路电流，实质是提高漏电电流和减小动作时间。关键：一定有可靠的保护装置与之配合，否则故障更严重。,北林大工学院电气教研室122,北林大工学院电气教研室123,北林大工学院电气教研室124,在建筑供电系统中，普遍采用TN系统，即变压器中性点直接接地，而用电设备的金属外壳与零线或专用保护线（PE线）连接。,北林大工学院电气教研室125,供电系统要把引入的电源进行合理的配电，建筑内的配电必须分级配电，即电源引入建筑后须设总配电箱，总配电箱后须设分配电箱（一般每层设一个），分配电箱之后可设开关箱。各配电箱之间的线路连接有多种方式，常用的有：放射式树干式混和式（分区树干式）,1.5.3供电线路的分支方式,北林大工学院电气教研室126,放射式,北林大工学院电气教研室127,优点后级配电箱与前级配电箱连接的线路是相互独立的，故后级配电箱之间互不影响，供电可靠。缺点所需线路多，不易更改应用场合适用于用电负荷容量大且集中，线路较短的场所。,北林大工学院电气教研室128,树干式,北林大工学院电气教研室129,优点线路简单灵活缺点干线发生故障时影响面较大应用场合适用于负荷较分散且单个负荷容量不大、线路较长的场所。,北林大工学院电气教研室130,混和式（分区树干式）,北林大工学院电气教研室131,一般情况下，动力负荷的配电线路多用放射式，而照明负荷的配电线路多用树干式或分区树干式。,工矿企业的各种生产、加工机械；建筑内的电梯、水泵、中央空调机组、通风设备及服务性行业的大功率炊事电器等。,各种照明灯具、家用电热水器、电取暖器、吸尘器、小型空调器等各种单相220V的用电器等。,北林大工学院电气教研室132,小型建筑供电系统只有照明负荷,1.5.4建筑供电系统典型方案,北林大工学院电气教研室133,含有少量动力负荷,北林大工学院电气教研室134,多单元住宅楼供电系统,北林大工学院电气教研室135,小区供电系统,小区有多栋建筑，用电量较大，一般引入10kV高压电源，通过变电所降压后分配至各建筑。,柴油发电机作为备用电源，平时由市电供电，市电停电后才启动柴油发电机，因此柴油发电机组的断路器与市电断路器互锁，即市电合闸时，柴油发电机组的断路器在分闸位置，反之亦然。,北林大工学院电气教研室136,高层建筑供电系统,按照高层民用建筑防火设计规范的规定10层以及l0层以上或建筑高度超过24m的民用建筑均属高层建筑。高层建筑具有如下特点：建筑面积大，高度高，装修档次高；设备种类多，具有照明负荷、空调负荷、动力负荷等多种电气负荷；建筑内部人员密集，消防要求高；用电负荷容量大，供电可靠性要求较高。,北林大工学院电气教研室137,高层建筑供配电系统要求变电所,高层建筑的变电所，应尽可能深入负荷中心一般的高层建筑，为方便设备的运输和安装，通常把变电所设在地下层而对于超高层建筑，为降低线路损耗，需在建筑内设置若干个变电所，一般可分散在地下层、中间层、顶层。,北林大工学院电气教研室138,高层建筑供配电系统要求配电系统,高层建筑的配电系统较复杂，一般把照明负荷、动力负荷、空调负荷等分开配电动力负荷、空调负荷常用放射式配电照明负荷常用混合式配电一般每10层左右作为一个配电区，用一条干线进行配电。,北林大工学院电气教研室139,保护功能齐全高层建筑负荷大，电流大，线路繁杂，其供配电系统一般都具有功能完善的保护装置，且为了满足防火要求，保护控制装置可与消防报警系统联动，保证火警时的各项安全。,高层建筑供配电系统要求保护功能,北林大工学院电气教研室140,自动化程度高高层建筑内各类设备繁多，维护工作繁重，故一般都有设备运行监控系统，利用计算机实现供配电系统及设备运行管理的自动化，从而减少故障的发生。,高层建筑供配电系统要求自动化程度,北林大工学院电气教研室141,一般高层建筑供电系统,北林大工学院电气教研室142,大型或高层建筑供电系统（用电负荷多为二级负荷或一级负荷）,双电源互为备用供电系统,北林大工学院电气教研室143,双电源一用一备供电系统,北林大工学院电气教研室144,供电工程设计与施工一般知识工厂供电工程设计与施工是整个工厂设计与施工的重要组成部分。工厂供电工程设计与施工的质量直接影响到工厂的生产及其发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解工厂供电工程设计与施工的有关知识，以便适应设计与施工工作的需要。这里概略介绍工厂供电工程设计与施工的一般原则、内容及其程序与要求。,北林大工学院电气教研室145,供电工程设计与施工的一般原则(1).用户（包括工厂）供电工程的新建或改造，应符合当地电网建设与改造的总体规划。(2).用户供电工程的设计、施工、试验与运行，均应符合国家的有关标准规范。(3).用户供电工程的设计施工文件，均应一式两份，送交当地供电企业审核。(4).用户供电工程在施工期间，应接受当地供电企业根据审核同意的设计和有关施工标准进行的检查。如发现有不符合规定的，供电企业应以书面形式向用户提出意见，用户应按要求予以改正。(5).用户供电工程施工、试验完工后，应向当地供电企业提供工程竣工报告，并由供电企业及时组织检验。检验不合格的，供电企业应以书面形式一次性通知用户改正。只有供电企业检验合格后，供电企业才对其装表接电。,北林大工学院电气教研室146,供电工程新建或改造的设计还必须遵循以下设计原则：(1).遵守规程，执行政策必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、保护环境等技术经济政策。(2).安全可靠，先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理。应采用高效低耗和性能先进的电气产品。(3).近期为主，考虑发展应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。(4).全局出发，统筹兼顾必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。,北林大工学院电气教研室147,供电工程设计的内容供电工程设计包括变（配）电所设计、配电线路设计和电气照明设计等。(一).变配电所设计无论总降压变电所或车间变电所，设计的内容都基本相同。而高压配电所设计，则除了没有主变压器选择和变压器室设计外，其余的设计内容也与变电所设计基本相同。变配电所的设计内容包括：变配电所负荷计算和无功功率补偿，变配电所所址选择，变电所主变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择，进出线的选择，短路计算及开关设备的选择，二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定，防雷保护及接地和接零的设计，变配电所电气照明的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制变配电所主电路图、二次回路图及其他施工图纸。,北林大工学院电气教研室148,配电线路设计工厂配电线路设计，分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计和车间外部低压配电线路设计。其设计内容包括：配电线路路径及线路结构型式的确定，负荷的计算，导线电缆及配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，防雷保护与接地和接零的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其他施工图纸。车间配电线路设计，包括车间配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线及配电设备和保护设备的选择，线路敷设设计等。最后也需要编制设计说明书、设备材料清单及工程概（预）算，绘制车间配电线路系统图、平面图及其他施工图纸。,北林大工学院电气教研室149,电气照明设计工厂电气照明设计，包括厂区室外照明设计和车间（建筑）内照明设计。无论是室外照明设计还是室内照明设计，其内容均应包括：照明光源和灯具的选择，灯具布置方案的确定和照度的计算，照明负荷的计算及导线的布置与选择，保护和控制设备的选择等。最后同样需要编制设计说明书、设备材料清单及工程概（预）算，绘制照明系统图、平面图及其他施工图纸。,北林大工学院电气教研室150,供电工程设计的程序与要求供电工程设计，通常分为扩大初步设计和施工设计两个阶段。大型工程设计，分为初步设计、技术设计和施工设计三个阶段，也有的分为方案设计（或可行性研究）、初步设计和施工设计三个阶段。如果设计任务紧迫，设计规模较小，又经过技术论证许可时，也可直接进行施工设计。,北林大工学院电气教研室151,扩大初步设计扩大初步设计的任务，主要是根据设计任务书的要求，进行负荷的统计计算，确定工厂的需电容量，选择工厂供电系统的原则性方案及主要设备，提出主要设备材料清单，并编制工程概算，报上级主管部门审批。因此，扩大初步设计资料应包括工厂供电系统的总体布置图、主电路图、平面布置图等图纸及设计说明书和工程概算等。(1).工厂的总平面图、各车间（建筑）的土建平、剖面图。(2).工艺、给水、排水、通风、采暖及动力等工种的用电设备平面布置图及主要的剖面图，并附主要用电设备的名称及有关技术数据。(3).用电设备对供电可靠性的要求及工艺允许停电的时间。(4).全厂的年产量或年产值及年最大负荷利用小时数，用以估算全厂的年用电量和最高需电量。,北林大工学院电气教研室152,(5).向当地供电企业收集下列资料：1）可供的电源容量和备用电源容量；2）供电电源的电压、供电方式、供电电源回路数、导线或电缆的型号规格、长度及进厂的方位；3）电力系统的短路容量或供电电源线路首端的开关断流容量；4）供电电源首端的继电保护方式及动作时限整定值，电力系统对工厂进线端继电保护方式及动作时限配合的要求；5）供电企业对工厂电脑计量方式的要求及电费计收办法；6）对工厂功率因数的要求；7）电源线路厂外部分设计和施工的分工及工厂应负担的投资费用等。,北林大工学院电气教研室153,(6).向当地气象、地质及建筑安装等部门收集下列资料：1）当地气温数据，如年最高温度、年平均温度、最热月平均最高温度、最热月平均温度及当地最热月地面下0.81m处的土壤平均温度等,以供选择电器和导体之用;2）当地海拔高度、极端最高温度和最低温度等，也是供电器选择之用；3）当地年雷暴日数，供防雷设计之用；4）当地土壤性质或土壤电阻率，供接地装置设计之用；5）当地常年主导风向、地下水位及最高洪水位等，供选择变配电所所址之用；6）当地曾经出现过或可能出现的最高地震烈度，供考虑防震措施之用；7）当地电气工程的技术经济指标及电气设备和材料的生产供应情况等，供编制工程概（预）算之用。,北林大工学院电气教研室154,(7).在向当地供电企业收集资料的同时，也应向当地供电企业提供一些资料。按供电营业规则规定，高压供电的用户应提供：1）用户供电工程设计及说明书；2）用电负荷分布图；3）负荷组成、性质及保安负荷；4）影响电能质量的用电设备清单；5）主要电气设备一览表；6）节能篇及其主要生产设备、生产工艺耗电情况以及允许中断供电时间；7）高压受电装置一、二次接线图和平面布置图；8）用户功率因数计算及无功补偿方式；9）继电保护、过电压保护及电能计量装置的方式；10）隐蔽工程设计资料；11）配电网络布置图；12）供电企业认为必须提供的其他资料。低压供电的用户应向供电企业提供负荷的组成和用电设备清单。,北林大工学院电气教研室155,(二).施工设计施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后，为满足安装施工要求而进行的技术设计，重点是绘制施工图，因此也称为施工图设计。施工设计必须对初步设计的原则性方案进行全面的技术经济分析和必要的计算和修订，以使设计方案更加完善和精确，有助于安装施工图的绘制。安装施工图是进行安装施工所必需的图纸资料。安装施工图应尽可能采用国家颁发的标准图样。施工设计资料应包括施工说明书，各项工程的平、剖面图，各种设备的安装图，各种非标准件的安装图，设备与材料明细表以及工程预算等。施工设计由于是即将付诸安装施工的最后决定性设计，因此设计时更有必要深入现场调查研究，核实资料，精心设计，以确保工厂供电工程的质量。,北林大工学院电气教研室156,小结,电力系统是发电、输电、变电、配电和用电的统一整体。发电厂把其它型式的能源通过发电设备转换为电能；变配电所用以变换电能、接受电能和分配电能。电力网是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。我国电力网的额定电压等级主要有：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等几种。,北林大工学院电气教研室157,小结,电力系统中性点接地运行方式中性点接地：属于大接地电流系统直接接地，又称为有效接地经低阻接地中性点不接地：属于小接地电流系统不接地，又称为中性点绝缘经消弧线圈接地经高阻接地,北林大工学院电气教研室158,小结,我国电力系统中，110kV以上高压系统多采用中性点直接接地运行方式；635kV中压系统首选中性点不接地运行方式；低于1kV的低压配电系统通常采用中性点直接接地运行方式。一般大型工厂由工厂降压变电所、高压配电线路