供配电系统及用电安全知识讲座一.doc

供配电系统及用电安全知识讲座(一)二五年八月目录目 录一 工业企业供电系统概况1二 发电厂和电力系统简介21 发电厂22 电力系统2三 电力系统的电压31 交流电压的国家标准41.1 电力网（即电力线路）的额定电压41.2 用电设备的额定电压41.3 发电机的额定电压51.4 电力变压器的额定电压52 工业企业供电系统采用的电压级63 关于电网各级电压的谐波限值63.1 电力系统电压（Un）等级划分63.2各级电压的谐波限值6四 工业企业电力线路71 接线方式71.1 高压线路的接线方式71.2 低压线路的接线方式102 导线和电缆截面的选择113 配电盘柜导线的选择125 架空线路相序排列规定176 电力线路的供电半径18五 关于箱柜保护电路的电气连续性问题181 工业企业供电系统接地的型式181.1 TN系统191.2 TT系统211.3 IT系统212 电气设备电击防护分类212.1 0类电气设备212.2 类电气设备212.3 类电气设备222.4 类电气设备223 低压成套配电装置的电击防护233.1 国家电气设备安全技术规范（GB19517-2004）安全技术要求233.2 国家标准建筑物电气装置第4-41部分：安全防护电击防护233.3 低压成套开关设备和控制设备在结构上电击防护的相关标准要求24I供配电系统及用电安全知识讲座（一）供配电系统及用电安全知识讲座（一）一 工业企业供电系统概况一般中等的工业企业的电源进线电压是6-10KV，先经过高压配电所，然后由高压配电线路将电能输送给各区域变电所，降低成一般用电设备所需的电压（如380/220V）。中等工业企业供电系统的电气主接线示意图如图1所示。从上图可以看出，这个厂的高压配电所（GPS）有两条610kV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间装有一个分段隔离开关，形成所谓“单母线分段制”。当任一条高压电源线发生故障或进行检修而被切除后，可利用分段隔离开关来恢复对整个配电所（特别是其重要负荷）的供电，即分段隔离开关闭合后由另一条高压电源线供电给整个配电所。最常见的运行方式是一条电源线工作，另一条电源线备用。分段隔离开关闭合，整个配电所由一个电源供电。从上图还可以看出，配电所的任务是接受电能和分配电能，而变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能，两者的区别主要在于变电所多了变换电源的电力变压器。二 发电厂和电力系统简介1 发电厂发电厂按所利用的能源不同，可分为水力发电厂火力发电厂原子能发电厂风力发电厂地热发电厂太阳能发电厂等类型2 电力系统为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水利资源的地方建造水电站，而在有燃料资源的地方建造火电厂。但是这些有动力资源的地方，往往离用电中心较远，所以必须用高压输电线路进行远距离输电。如图2所示。什么叫电力系统？由各种电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体叫做电力系统，如图3所示。三 电力系统的电压电力系统中的所有电气设备，都是在一定的电压和频率下工作的。电力系统的电压和频率直接影响电气设备的运行。电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。我国规定一般交流电力设备的额定频率为50Hz（亦称工频），频率偏差一般不超过0.5 Hz（49.550.5 Hz范围）。1 交流电压的国家标准交流电压的国家标准：GB156-1993 标准电压我国规定的交流电力网和电力设备的额定电压如表1所示。我们结合此表分别对电力网和各类设备的额定电压作一些分析说明。表1 我国交流电力网和电力设备的额定电压电力网和用电设备额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次线圈二次线圈低压（单位：V）220/127380/220660/380230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400高压（单位：kV）361035631102203305007503.156.310.513.8，15.75，18.203及3.156及6.310及10.513.8，15.75，18.2035631102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及1138.569121242363550注：表中斜线“”左边数字为三相电路的线电压，右边数字为相电压。1.1 电力网（即电力线路）的额定电压 电力网额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电机电器制造工业的水平，经全面的技术经济分析研究后确定的。1.2 用电设备的额定电压由于线路上有电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图4所示。但是成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处的实际电压来制造，而只能按线路的额定电压Ue来制造。所以用电设备的额定电压规定与同级线路的额定电压相等。1.3 发电机的额定电压由于同一电压的线路一般允许的电压偏移是5%，即整个线路允许有10%的电压损耗值。因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端（即电源端）的电压应较线路额定电压高5%，而线路末端则可较线路额定电压低5%，如图4所示。所以发电机额定电压规定高于同级线路额定电压5%。1.4 电力变压器的额定电压1.4.1 电力变压器一次线圈的额定电压电力变压器一次线圈的额定电压分两种情况，当变压器直接与发电机相联，如图5中的变压器1B，这时它的一次额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级线路额定电压5%。当变压器不与发电机相联，而是联结在线路上时，如图中的变压器2B，这时可把它看作是线路的用电设备，因此其一次线圈额定电压应与线路额定电压相同。1.4.2电力变压器二次线圈的额定电压电力变压器二次线圈的额定电压也分两种情况，但首先要明确，变压器二次线圈的额定电压，是指变压器一次线圈加上额定电压而二次侧开路的电压，即为空载电压。而在满载时，二次线圈内有约5%的电压降。因此，如果变压器二次侧供电线路较长（如为较大的高压电网），则变压器二次线圈的额定电压，一方面要考虑补偿变压器内部5%的阻抗电压降，另一方面要考虑变压器满载时输出的二次电压还要高于线路额定电压5%，以补偿线路上的电压降，所以它要比线路额定电压高10%，如图中变压器1B。 如果变压器二次侧供电线路不太长（如为低压电网，或直接供电给高低压用电设备），则变压器二次线圈的额定电压，只需高于线路额定电压5%，仅考虑补偿变压器内部电压降，如图中变压器2B。2 工业企业供电系统采用的电压级一个地区的高压配电电压，主要取决于当地供电电源电压和工业企业用电设备的容量和电压等因素，北京市的具体供电电压级，发展远景等将在北京电网规划设计技术原则中加以说明。3 关于电网各级电压的谐波限值3.1 电力系统电压（Un）等级划分：IEC61000-3-6 低压（LV）Un1kV 中压（MV）1kVUn35 kV 高压（HV）35kVUn230 kV 超高压（EHV）230kVUn3.2各级电压的谐波限值：目前由于非线性负荷（例如晶闸管电力电子装置、电弧炉、家用电器等）对电网的谐波“污染”日益严重，已引发电网不少异常和事故（如电动机烧损、电度计量不准、电容器组不能正常投运、继电保护和自动装置误动跳闸进而引起系统大面积停电事故等等）。合理控制谐波不但对电网，而且对广大用户均具有重要的技术经济意义。1993年我们国家颁布了国标电能质量公用电网谐波（GB/T14549-93），此标准是电能质量系列标准之一，对于公用电网各（380V220kV）谐波电压限值以及对用户的谐波电流指标分配作出了规定，其中还规定了测量仪器和测量方法以及相关的计算。公用电网谐波电压（相电压）限值如表2所示。表2 公用电网谐波电压（相电压）限值电网标称电压（kV）电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8四 工业企业电力线路1 接线方式电力线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务。电力线路按电压高低分，有高压线路（1kV以上的线路）和低压线路（1kV以下的线路），按结构型式分，有架空线路、电缆线路和户内配电线路等。这里介绍工厂高、低压线路的接线方式。1.1 高压线路的接线方式 工厂高压线路可有放射式、树干式和环形等基本接线方式。1.1.1放射式接线图6-1是高压放射式线路的接线图。放射式线路之间互不影响，而且便于装设自动装置；但是高压开关设备用得较多，当线路较多时，还需设置高压配电室，因而使投资增加。这种放射式接线的供电可靠性不高，任一线路发生故障或检修时，该线路所供电的负荷都要停电。要提高供电可靠性，可在各车间变电所高压侧之间或低压侧之间敷设联络线。要进一步提高供电可靠性，可采用来自两个独立电源的两条高压进线，然后经分段母线，由两段母线用双回线对用户交叉供电，如图1中对2号变电所配电的方式。1.1.2树干式接线 图6-2是高压树干式线路的接线图。这种树干式接线与图6-1所示的放射式接线相比，具有下列优点：在大多数情况下，能减少线路的有色金属消耗量；采用的高压开关数量少，无需设高压配电室；投资较少。但有下列缺点：供电可靠性更低，当高压配电干线发生故障或检修时，其上的所有变电所都要停电；在实现自动化方面，适应性较差。要提高供电可靠性，可采用双干线供电或两端供电的方式。1.1.3 环形接线图6-3是图1所示工业企业供电系统的高压线路改为环形的接线图。环形接线，实质上是两端供电的树干式接线。为了避免环形线路上发生故障时影响整个电网，也为了便于实现下列保护的选择性，因此多数环形线路采用“开口”运行方式，即环形线路有一处开关是断开的。总起来说，工厂高压线路的接线应力求简单可靠。运行经验证明：供电系统如果接线复杂，层次过多，不仅浪费投资，维护不便，而且由于电路串联的元件过多，因误操作或元件故障而产生的事故也随之增多，且事故处理和恢复供电的操作也比较麻烦，因而延长了停电时间。同时由于变配电所的级数多，继电保护装置相应复杂化，动作时间也相应延长，对供电系统的故障保护十分不利。此外，高压配电线路应尽可能地深入负荷中心，以减少电能损耗和有色金属消耗量。1.2 低压线路的接线方式工厂低压线路也有放射式、树干式和环形等基本接线方式。1.2.1放射式接线 图7-1是低压放射式接线。放射式接线的特点是：其引出线发生故障时互不影响，供电可靠性较高；但是一般情况下，有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多。这种接线多用于供电可靠性要求较高的车间，特别是对于大型设备供电。1.2.2 树干式接线图7-2a和b是低压树干式接线。树干式接线的特点正好与放射式相反，一般情况下，它采用的开关设备较少，有色金属消耗量也较少；但干线发生故障时，影响范围大，所以供电可靠性较差。树干式接线在机械加工车间、机修车间和工具车间中应用比较普遍，因为树干式接线很适于供电给容量较小而分布较均匀的用电设备如机床、小型加热炉等。图7-2b所示树干式是“变压器干线组”接线，省去了整套低压配电装置，使变电所结构大为简化。图7-3a和b是一种变形的树干式接线，叫做“链式”接线。链式接线的特点与树干式相同，但链式相联的用电设备，一般不宜超过5台，总容量不宜超过10kW，而且这些设备的生产性质应该相同。1.2.3环形接线图7-4是由一台变压器供电的低压环形接线。一个工厂内的所有车间变电所的低压侧，也可以通过低压联络线相互联结成为环形。环形接线，供电可靠性比较高。任一段线路发生故障或检修时，都不致造成供电中断，或只短时停电，一旦切换电源的操作完成，就能恢复供电。环形接线，可使电能损耗和电压损耗减少，既能节约电能，又能提高电压水平。但是环形供电系统的保护装置及其整定配合相当复杂，如配合不当，容易发生误动作，反而扩大故障停电范围。实际上，低压环形线路也与高压环形线路一样，大多采取“开口”方式运行。2 导线和电缆截面的选择为了保证供电线路安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：a）发热条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流（即计算电流）时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高运行温度。其中导电线芯最高允许工作温度为+65；塑料护套缆芯最高工作温度为+65，裸导线（没有绝缘层的导线）为+70；油浸纸绝缘电缆缆芯最高允许工作温度：1-3kV为+80，10kV为+60；母线（铜或铝）为+70。b）电压损耗条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流时的电压损耗不应超过正常运行时允许的电压损耗。c）经济电流密度：高压线路和特大电流的低压线路，应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面，以使线路的年运行费用接近最小，节约电能和有色金属。d）机械强度：导线的截面不应小于最小允许截面。此外，对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。关于上面所述的几个条件中具体的设计和计算由于与我们箱盘制造业关系不大，为节约时间，就略去不讲了。3 配电盘柜导线的选择在盘、柜生产制造过程中最常遇到的是导线截面的选择，其依据是根据额定电流选择导线截面积。盘、柜中单根敷设的铜芯绝缘电线及母线长期连续的允许载流量见表3、表4、表5所示。表3 500伏铜芯绝缘导线长期连续负荷允许载流量表导线截面mm2线芯结构导线明敷设橡皮绝缘导线多根同穿在一根管内时允许负荷电流（A）塑料绝缘导线多根同穿在一根管内时允许负荷电流（A）股数单芯直径成品外径253025302530橡皮塑料橡皮塑料穿金属管穿塑料管穿金属管穿塑料管穿金属管穿塑料管穿金属管穿塑料管2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根2根3根4根1.011.134.421192018151412131211141311121110141311121110131210111091.511.374.6272425222018171716141917161615131917161615131816151514122.511.765.035323330282523252220262322232119262422242119242221222018412.245.545424239373830333026353128312824353128312825332926292623612.736.2585554514943394338344640364036324741374136324438353834301071.337.8857579706860535952466456505549436557505649446153475246411671.688.81101051039886776976686080726571645682736572655777686167615325191.2810.614513813512811310090100908010694849484751079585958575100898089807035191.5111.818017016815914012211012511098131114103117103921331151051201059312410798112988750191.8113.823021521520117515413716014012316314412815013111516514613015013211715413612114012310970491.3317.328526526624821519317319517515520118016218216314520518316518516714819217115417315613895841.2020.83453203223042602352102402151952412201972242011822502252002302051852342101872151921731201331.0821.7400374300270245278250227280252229260234212285266230265240215266248215248224201150372.2422.0470440340310284320290265318290262299271248320295270305280250299276252285262234表4 单片矩形截面母线在T+70时的载流量表尺 寸宽厚（毫米）单片LMY铝母线载流量（安）单片TMY铜母线载流量（安）交流直流交流直流2530352530352530352530351531651551451651551452101981852101981852032152021892152021892752582422752582422532652492332652492333403202993403202993043653433213703483264754474184754474184044804514224804514226255875506255875504055405074755455124797006586167056626205056656255856706305908608087578708177655067406956517457006569558978409609028456068708177658808277741125106099011451075101080611501080101011701100103014801390135015101420133010061425134012551455137012801810170015901875176016506081025965902104097791513201240116013451265118580813201240116013551274119316901590149017551650154510081625153014301690159014882080195518302180205019201208190017851670204019201795240022552110260024402290601011551085101511801110104014751386130015251433134280101480139013051540145013551900178516701990187017501001018201710160019101800168023102170203024702320217012010207019501820230021602025265024902330295027702600表5 矩形截面母线在T+70时的载流量表尺 寸宽厚（毫米）LMY铝母线载流量（安）TMY铜母线载流量（安）交流（每相）直流（每极）交流（每相）直流（每极）2片3片4片2片3片4片2片3片4片2片3片4片606135017201555194017402240199024958061630210020552460211027202630322010061935250025153040247031703245394060816802180184023302160279024853020808204026202400297526203370309538501008239030502945362030603930381046901208265033803350425034004340440056006010201026502110272025603300272535308010241031002735344031003990351044501001028603650415033504160565036104650530043255385725012010320041004650390048606500410052005900500062508350注：1.表中数据是指当环境温度为25时的载流量。 2.导体扁平放置时，当导体宽度在60毫米及以下时，载流量应按表列数值减少5%；当宽度在60毫米以上，应减少8%。4 盘柜配线需说明的几点a）如果是选择成组电容器的引入线的截面，则应考虑电容充电时引起的过电流，应以电容器额定电流的1.3倍选取导线截面。b）按经济电流密度选择导线的方法，一般用于高压线路和个别特大电流的低压线路，而3-5年内的临时性高压线路及母线、引接线和较短的电缆线路等，不按经济电流密度选择。c）盘、柜制造企业选择柜内的母线，应严格按订货方的设计图纸和本企业的配线工艺选择，图纸和工艺未涉及到的部分可参照表6和表7的母线及导线的规格选用（表6、表7为某国营开关制造企业的母线配线工艺标准表）。而表3、表4、表5的数值为安装运行的相关规定值，盘、柜制造企业的选择标准应大于表3、表4、表5的规定值。表6 母线搭接部分经搪锡处理长期工作时最大允许电流（A）选用表 工作性质条件 母线材质 母线规格长期工作 工作性质条件 母线材质 母线规格长期工作环境温度40环境温度40根数母线尺寸铝LMY铜TMY根数母线尺寸铝LMY铜TMY宽(mm)厚(mm)宽(mm)厚(mm)11531431832606117015142031882426081459187625323030660101760209130432241480613811785404424547808171822044054726238010204426505055857561006163820965066448301008202725886067689861001024073091806972125412082243288210061209153212010272334926088901148360614461887808111314246081835235010081367174760102317289312081603203480617802305601010061280808222628598010124916018010263333791001015371944100621242678120101830225510082588332810010306238981208285936841201034924430410010353745201201039605028表7 多根敷设绝缘导线长期工作时最大允许电流（A）选用表 工作性质条件导线 牌号材质导线标称截面(mm2)长期工作环境温度40BV、BVR、BLV塑料绝缘导线BLXF、BXF、BXR橡皮绝缘导线铝芯铜芯铝芯铜芯1.012111.510149.5132.011151013.52.5162114204.0212819256.02634243110.03445314116.04560345425.06078557135.07698698750.082102759270.0114149103134d）表8、表9列出了导线最小机械强度的允许截面，表10列出了我国规定的导线和电缆经济电流密度，供同志们参考。表8 架空裸导线的最小允许截面导线种类最小允许截面mm2备 注高压（至10kV）低压铝及铝合金线3516*与铁路交叉跨越时应为35mm2钢心铝线2516表9 绝缘导线芯线的最小允许截面导线种类及使用场所芯线最小允许截面，mm2铜芯软线铜线铝线照明用灯头线民用建筑，户内0.40.52.5工业建筑，户内0.50.82.5户外1.02.5移动式用电设备生活用0.2生产用1.0敷设在绝缘支持件上的绝缘线，其支持点间距为2m及以下户内1.02.5*户外1.52.56m及以下2.54.010m及以下2.56.025m及以下（引下线）4.010穿管线1.02.5*表10 我国规定的导线和电缆经济电流密度A/mm2线路类别导线材料年最大负荷利用小时3000以下300050005000以上架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.545 架空线路相序排列规定 a）三相四线制（TN-C）线路在同一横担架设，导线相序排列是：面向负荷从左至右为L1、N、L2、L3，如图8-1所示。 b）三相五线制（TN-S）线路在同一横担架设，导线相序排列是：面向负荷从左至右为：L1、N、L2、L3、PE，如图8-2所示。c）如何判定负荷的方向架线标准：横担要安装于电源反方向的电杆一侧。6 电力线路的供电半径负荷大小和距离电源远近对供电电压的选择有很大关系。某一个供电电源，必然有它所对应的最合理的供电容量和供电距离（供电半径）。如果导线的截面是按照电流经济密度选择的，根据计算证明：当电压一定时，能量损耗与有色金属的消耗和负荷距离成正比。根据不同电压推荐的输送容量和输送距离见表11。表11 线路的输送容量及输送距离额定电压（kV）传输方式输送功率（kW）输送距离（km）0.22架空线小于500.150.22电缆小于1000.20.38架空线1000.250.38电缆1750.353架空线1001000316架空线20001036电缆3000小于810架空线300015510电缆5000小于1035架空线200010000502060架空线35003000010030110架空线100005000015050220架空线100000500000200300五 关于箱柜保护电路的电气连续性问题1 工业企业供电系统接地的型式【GB14050-1993系统接地的型式及安全技术要求】系统接地的型式以拉丁字母作为代号，意义如下：a）第一个字母表示电源与地的关系：T电源端有一点直接接地；I电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。b）第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：T电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点； N电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。“”后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况：S中性导体和保护导体是分开的；C中性导体和保护导体是合一的。1.1 TN系统TN电力系统有一点直接接地，装置的外露可导电部分用保护线与该点连接，按照中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下三种型式：a）TN-S系统：整个系统的中性线和保护线是分开的（见图9-1）；b）TN-C-S系统：系统中有一部分中性线与保护线是合一的（见图9-2）；c）TN-C系统：整个系统的中性线与保护线是合一的（见图9-3）。注：关于要求PEN中性线在用户进线处进行重复接地的要求，是北京地区的安装要求。国标内未有规定。1.2 TT系统：TT电力系统有一个直接接地点，装置的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极（见图9-4）。1.3 IT系统：IT电力系统的带电部分与大地间不直接连接，而装置的外露可导电部分则是接地的（见图9-5）。2 电气设备电击防护分类【GB19517-2004国家电气设备安全技术规范】2.1 0类电气设备指这样的一类电气设备：在这类电气设备中，它的防止电击保护依赖于基本绝缘，即它没有把可触及的导电部分联接到安装设施的固定布线中保护导体的措施，万一该基本绝缘失效，电击保护则依赖于环境。2.2 类电气设备指这样的一类电气设备：在这类电气设备中，它的防止电击保护不仅依靠基本绝缘，而且它还包含一个附加的安全保护措施，即把可触及的导电部分与设备中固定布线的保护（接地）导线联结起来，使可触及的导电部分在基本绝缘损坏时不能变成带电体。注：对于适用软电缆或软线的电气设备（器具），本措施包括一根作为软电缆或软线组成部分的保护导体。类电气设备可以有双重绝缘或加强绝缘部分，或者以特低电压运行的部分。2.3 类电气设备指这样的一类电气设备：它的防止电击保护不仅依靠基本绝缘，而且它还包含一个附加的安全保护措施，例如双重绝缘或加强绝缘，不提供保护接地或不依赖设备条件。类电气设备可为下列类型之一：a）电气设备有坚固的基本上连续的绝缘外壳，除了一些小零件，例如：铭牌、螺钉、铆钉等外，外壳遮封了所有的金属部分，这些小零件由至少相当于加强绝缘的绝缘与带电部分隔开，这样的电气设备称为绝缘材料外壳类电气设备。b）电气设备有基本