工厂供电刘介才第5版完整版超好-推荐使用ppt课件.ppt

工厂供电技术 总学时60学时 本章主要内容 工厂供电的基本知识 供电系统 发电厂 电力系统及自备电源 电压 电能质量 中性点运行方式 低压配电系统的接地型式 第一节工厂供电的意义 要求及课程任务 1 工厂供电 plantpowersupply 是指工厂所需电能的供应和分配 亦称工厂配电 2 重要性 生产自动化后增加产量 提高质量 减轻劳动强度 供电中断 会引起设备损坏 可能发生人身事故 3 基本要求 安全 可靠 优质 经济 4 本课程的主要任务对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作 维护 设计 计算 第二节工厂供电系统 发电厂 电力系统及自备电源 一 工厂供电系统概况 1 中型工厂供电系统简图 一根线表示三相线路 高压配电所有两条lOkV的电源进线 分别接在高压配电所的两段母线上 形成单母线分段制 一条电源进线供电 另一条电源进线作为备用 2 中型工厂供电系统的平面布线示意图 3 大型工厂总降压变电所 电源进线35KV及以上 经过两次降压 也就是经总降压变电所 将35kV及以上电压降为6 10KV的电压 然后车间变电所降为一般低压用电设备所需的电压 4 高压深入负荷中心的供电系统 高压深入负荷中心的直配方式 可以省去一级中间变压 简化了供电系统接线 节约投资和有色金属 降低了电能损耗和电压损耗 提高了供电质量 然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的 安全走廊 要求而定 否则不宜采用 5 只设一个降压变电所的供电系统 对于小型工厂 由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多一些 如果工厂所需容量不大于160kVA时 一般直接由公共低压电网供电 a 一台主变b 两台主变 经过分析可知 配电所的任务是接受电能和分配电能 不改变电压 而变电所的任务是接受电能 变换电压和分配电能 二 发电厂和电力系统 1 发电厂 发电站 将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能 二次能源 的工厂 种类 水力 火力 核能 风力 地热及太阳能发电厂 2 电力系统 powersystem 送电过程 发电机 升压 高压输电线路 降压 配电 电力系统 由各级电压的电力线路将发电厂 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 电网 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所 称为电力网或电网 电网以电压等级来区分 例如lOkV电网 如图所示电力系统简图 三 工厂自备电源 对于工厂的重要负荷 一般要求在正常供电电源之外 设置应急自备电源 1 柴油发电机组自备电源 操作简便 起动迅速 效率较高 2 交流不停电电源 UPS 如图所示 由整流器 UR 逆变器 uV 和蓄电池组 GB 等三部分组成 第三节电力系统的电压与电能质量 衡量电能质量的两个基本参数 规定 频率偏差正负0 2Hz电压偏差正负5 电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差 一 三相交流电网和电力设备的额定电压 1 电网 线路 的额定电压根据需要 水平 技术 经济分析后确定2 用电设备的额定电压如图所示 用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同 3 发电机的额定电压高于同级电网电压5 一次绕组的额定电压 当变压器T1直接与发电机相联时 其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同 当变压器T2不与发电机相联而是连接在线路上时 可看作是线路的用电设备 因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同 二次绕组的额定电压 变压器二次侧供电线路较长 如为较大的高压电网时 其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10 其中5 是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的约5 的电压降 另外5 用以补偿线路上的电压损耗 若二次侧供电线路不长 直接供电给高低压用电设备时 仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5 的电压降 4 电力变压器的额定电压 5 电压高低的划分 行业要求不同划分不同 一般以1140V为高低压区分点 二 电压偏差与电压调整 1 电压偏差的概念 设备的端电压U与设备额定电压U 之差对额定电压U 的百分值 即 2 电压偏差对设备的影响 感应电动机 同步电动机 电光源等 3 电压调整的措施 调压型变压器 减少系统阻抗 改变系统运行方式 三相负荷均衡 无功功率补偿 四 电压波动及其抑制1 含义 电压波动是指电网电压有效值 方均根值 的连续快速变动 即 2 电压波动的产生与危害产生 负荷剧烈变化引起冲击负荷 如电机起动 电焊机 电弧炉 轧钢机 危害 使得设备无法正常工作 3 电压波动的抑制措施专用线路或专用变压器供电 减少系统阻抗 减小引起波动的负荷 高电压等级 大容量供电 装设吸收无功装置 五 电网谐波及其危害 含义 对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率 50Hz 整数倍的各次分量 通常称为高次谐波 电路中非线性元件造成 危害 使变压器及电动机的铁心损耗明显增加 电动机转子发生振动现象 电力系统发生电压谐振 对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰 六 工厂供配电电压的选择工厂供电电压的选择 主要取决于当地电网的供电电压等级 同时要考虑工厂用电设备的电压 容量和供电距离等因素 在同一输送功率和输送距离条件下 供电电压越高 线路电流越小 使线路导线或电缆截面越小 可减少线路的初投资和有色金属消耗量 第四节电力系统中性点运行方式 电力系统电源中性点的不同运行方式 对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响 而且将影响系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行 种类 中性点不接地系统 中性点经阻抗接地系统 中性点直接接地系统 1 中性点不接地的电力系统 正常运行 电压 电流对称 单相接地 另两相对地电压升高为原来的根号3倍 单相接地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的3倍 单相接地电流经验公式 2 中性点经消弧线圈接地 正常运行 三相电压 电流对称单相接地 另两相对地电压升高为原来的根号3倍 减小了接地电流 在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中 电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式 3 中性点直接接地或低阻接地的电力系统 正常运行 三相电压 电流对称单相接地 另外两相对地电压不变 单相接地后即通过接地中性点形成单相短路 单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多 因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸 切除短路故障 110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值 4 低压配电系统的接地型式 我国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N 保护线PE 保护中性线PEN 中性线 N线 的功能 一是用来接用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 的功能 它是用来保障人身安全 防止发生触电事故用的接地线 系统中所有设备的外露可导电部分 指正常不带电压但故障情况下可能带电压的易被触及的导电部分 例如设备的金属外壳 金属构架等 通过保护线接地 可在设备发生接地故障时减少触电危险 保护中性线 PEN线 的功能 它兼有中性线 N线 和保护线 PE线 的功能 这种保护中性线在我国通称为 零线 俗称 地线 低压配电系统按接地型式 分为TN系统 TT系统和IT系统 1 TN系统 中性点直接接地 所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线 PE线 或公共的保护中性线 PEN线 这种接公共PE线或PEN线的方式 通称为 接零 包括 TN C系统 TN S系统 TN C S系统 如图a b c所示 2 TT系统 中性点直接接地 设备外壳单独接地 3 IT系统 中性点不接地 设备外壳单独接地 主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所 第二章工厂的电力负荷及其计算 本章主要内容 电力负荷有关概念用电设备组计算负荷 工厂计算负荷尖峰电流及其计算 第一节工厂的电力负荷与负荷曲线 一 工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求一级负荷 中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者 以及特别重要的负荷 双电源供电 必要时增设应急电源 二级负荷 是断供电 在政治 经济上造成较大损失者 双电源供电 当负荷较小时可以专线供电 三级负荷 不属于一 二级的负荷 对供电电源无特殊要求 二 工厂用电设备的工作制连续工作制 断续周期工作制 短时工作制 负荷持续率 三 负荷曲线 表示电力负荷随时间变动情况的一种图形 从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律 获得对设计和运行有用的资料 有日有功负荷曲线 年负荷持续叶间曲线 年每日最大负荷曲线等 如下图 a 夏日负荷曲线b 冬日负荷曲线c 年负荷持续时间曲线 四 负荷曲线 负荷计算所用的物理量 1 年最大负荷 Pmax 全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率 又叫半小时最大负荷P30 2 年最大负荷利用小时 Tmax 是一个假想时间 一班制 Tmax 1800 3600h 两班制 Tmax 3500 4800h 三班制 Tmax 5000 7000h 3 平均负荷 4 负荷系数 负荷率 第二节三相用电设备组计算负荷的确定 计算负荷的方法 需要系数法 常用二项式法 设备台数少 容量差别悬殊时采用 供电系统要安全可靠运行 电力变压器 开关设备 导线 电缆必须选择合适 因此必须对各环节的电力负荷进行计算 一 需要系数法确定计算负荷 1 基本公式 如图所示 用电设备组的计算负荷 用电设备组计算负荷 需要系数 Kd可查附表1 如果是一台电机 见例题2 1 2 设备容量的计算 连续工作制和短时工作制用电设备组 设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和 断续周期工作制用电设备组 必须进行负载持续率换算 3 多组用电设备计算负荷的确定应该考虑各用电设备最大负荷不同时出现的因素 对有功 无功负荷分别计入一个同时系数及 车间干线 0 85 0 95及0 90 0 97 低压母线 用电设备组计算负荷直接相加时取0 80 0 90及0 85 0 95 由车间干线计算负荷直接相加时取0 90 0 95及0 93 0 97 总的计算负荷为 见例题2 2 二 按二项式法确定计算负荷 1 基本公式 Pe 用电设备组总容量Px X台最大容量的设备总容量B C为二项式系数见附表1 2 多组用电设备计算负荷的确定 考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷 cPx max 再加各组的平均负荷bPe 见例题2 3 4 第三节单相用电设备组计算负荷的确定 单相设备接在三相线路中 应尽可能均衡分配 如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15 则不论单相设备如何分配 单相设备可与综合按三相负荷平衡计算 如果大于15 则将单相设备换算为等效三相设备容量 再与三相设备容量相加 一 单相设备组等效三相负荷的计算1 单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算 按最大负荷所接单相设备的3倍计算 2 单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算 3 单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算 先将接于线电压的设备换算到接于相电压的设备容量 然后分相计算各相设备容量和计算负荷 计算公式如下 等换算系数可查表2 3 总的等效三相计算负荷为 其中 第四节工厂的计算负荷及年耗电量的计算 一 工厂计算负荷的确定 工厂计算负荷是选择电源进线 电气设备 主变压器的依据 1 按需要系数法确定工厂计算负荷 用电设备总容量 不包括备用 乘上一个需要系数 附录表2 2 按年产量估算工厂计算负荷 式中A为工厂的年产量 a为单位产品耗电量 3 按逐级计算法确定工厂计算负荷 计算负荷加上各级损耗进行计算 电力变压器的功率损耗按照下式近似计算 4 工厂的功率因数 无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1 工厂的功率因数 瞬时功率因数 平均功率因数 最大负荷功率因数 2 无功功率补偿 供电营业规则 规定 100KVA及以上高压供电的用户其功率因数应达到0 9以上 其它电力用户的功率因数应达到0 85以上 无功补偿容量 确定电容器个数 3 无功补偿后的工厂计算负荷 二 工厂年耗电量的计算 年有功电能消耗量 年无功电能消耗量 年平均有功负荷系数 0 7 0 75 年平均无功负荷系数 0 76 0 82Ta 年实际工作小时数 一班制2000h二班制4000h三班制6000h 第五节尖峰电流及其计算 尖峰电流是指持续时间1 2S的短时最大负荷电流 电动机起动时出现 1 单台用电设备 指单台电动机 2 多台用电设备 两台及以上电动机 或 同时系数 第三章短路电流 本章主要内容 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量三相短路及两相和单相短路的计算短路电流的效应及短路校验条件 第一节短路的原因 后果及形式 一 短路的原因 绝缘损坏 过电压 外力损伤 违反操作规程 动物造成等 二 短路的后果 产生很大的电动力 很高温度 元器件损坏 电压骤停 影响电气设备正常运行 停电 电力系统运行的稳定性遭到破坏 不平衡电流 不平衡逆变磁场 电磁干扰等出现 三 短路的形式 三相短路 两相短路 单相短路 两相接地短路 短路的形式 虚线表示短路电流路径 第二节无限大容易电力系统三相短路时的物理过程 一 无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 a 三相电路图b 等效单相电路图 无限大容量电力系统中发生三相短路 无限大容量系统发生三相短路时的电压 电流变动曲线 电路中存在电感 发生短路后 电流不能突变 有一个过渡过程即短路暂态过程 二 短路有关的物理量 1 短路电流周期分量 2 短路电流非周期分量 波形按指数函数衰减 波形为正弦波 3 短路全电流 4 短路冲击电流 1 2短路电流冲击系数 高压三相短路为1 8 低压为1 3 高压三相短路 低压三相短路 5 短路稳态电流 无限大容量系统 短路电流的表示 三相短路 两相短路 两相接地短路 单相短路 第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算 短路电流计算过程 绘出计算电路图 元件编号 绘等效电路 计算阻抗和总阻抗 计算短路电流和短路容量 计算方法 欧姆法 标幺制法 一 采用欧姆法进行三相短路计算 计算公式 计算高压短路时电阻较小 一般可忽略 时 可忽略 时 可忽略 1 电力系统的阻抗计算 电力系统的电阻相对于电抗很小 不予考虑 2 电力变压器的阻抗计算 短路损耗 电阻 电抗 3 电力线路的阻抗计算 和 可查下表或其它数据表 电力线路每相的单位长度电抗平均值 4 阻抗换算 有变压器时 电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算 换算的条件是元件功率损耗不变 例3 1 二 标幺制法进行三相短路电流计算 1 标幺值概念 任一物理量的标幺值 实际值与基准值之比 基准容量 可以任意选取 一般取100MVA 基准电压 通常取短路计算电压 基准电流 基准电抗 2 元件标幺值 电力系统电抗标幺值 电力变压器电抗标幺值 电力线路电抗标幺值 3 短路电流标幺值及短路电流计算 根据可以计算出 4 三相短路容量 例3 2 四 两相短路电流的计算 五 单相短路电流的计算 大接地电流系统 三相四线制系统发生单相短路时 要考虑正序 负序 零序阻抗 工程中简单计算 单相短路回路的阻抗 结论 在无限大容量系统中 两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小 电气设备的选择与校验应采用三相短路电流 相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流 单相短路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验 第四节短路电流的效应和稳定度校验 发生短路后产生危害效应 电动效应热效应 一 短路电流的电动效应和动稳定度 1 短路时最大电动力 由计算可知 无限大容量系统发生三相短路时 中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大 一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度 2 动稳定度校验 一般电器 和 分别为电器的极限通过电流 动稳定电流 的峰值和有效值 可查有关手册或产品样本 绝缘子 最大允许载荷 为绝缘子的最大允许载荷 可查有关手册或产品样本 如果手册或产品样本给出的是绝缘子的抗弯破坏载荷值 将其值乘以0 6作为值 为三相短路时作用于绝缘子上的计算力 如果母线在绝缘子上为平放 如果母线为竖放 则 如图所示 下页 硬母线 最大允许应力 为母线材料的最大允许应力 为母线通过时所受到的最大计算应力 为母线通过时所受到的弯曲力矩 当母线档数为1 2时 当母线档数大于2时 当母线水平放置时 为母线截面水平宽度 为母线截面的垂直高度 如图所示 下页 水平放的母线a 平放b 竖放 3 短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑 参数见表3 367页 大容量电动机对短路点反馈冲击电流 二 短路电流的热效应与热稳定度 1 短路时的发热及计算 短路前后导体的温度变化 短路发热假想时间 短路发热的假想时间 短路时间短路保护装置实际动作时间断路器的断路时间取0 1 0 2秒 2 短路热稳定度的校验条件 一般电器 母线及绝缘导线和电缆等导体 和可由有关手册或产品样本查得 导体热稳定系数 可由附录表7查得 例3 4 自己看 第四章工厂变配电所及其一次系统 本章主要内容 工厂变配电所任务和类型触头间电弧的产生和熄灭变配电所一次设备结构 原理及选择变配电所主接线图的分析变配电所的布置 结构 安装及运行和检修 第一节工厂变配电所的任务和类型 一 变配电所的任务 变电所 受电 变压 配电的任务配电所 受电 配电的任务 二 变配电所的类型 工厂变电所 总降压变电所车间变电所 车间附设变电所车间内变电所 如下图所示 车间变电所的类型 1 2内附式 3 4外附式 5车间内式 6露天或半露天式 7独立式 8杆上 9地下式 10楼上式 第二节电气设备中电弧及触头 电弧 一种强烈的电游离现象 光亮很强 温度很高 可烧毁触头 延长断电时间等 表面温度3000 4000度 弧心温度10000度 一 电弧的产生 触头在分断电流时 触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子 在外加电压足够大时 产生强烈的电游离而发生电弧 1 产生电弧的游离方式 1 热电发射 触头分断电流时 阴极表面由于大电流收缩集中 出现炽热光斑 触头表面电子吸收热能发射到触头间隙 形成自由电子 2 高电场发射 触头开断初 电场强度大 触头表面电子被强行拉出 3 碰撞游离 高速电子碰撞中性质点 使中性质点变成正离子和自由电子 当离子浓度足够大时 介质击穿产生电弧 4 热游离 电弧中心温度高达10000摄氏度 电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子 2 结论 碰撞游离产生电弧 热游离维持电弧 二 电弧的熄灭 1 电弧熄灭的条件 去游离率 游离率 2 熄灭电弧的去游离方式 正负带电质点的 复合 重新成为中性质点正负带电质点的 扩散 使电弧区带电质点减少 3 交流电弧的熄灭特点 交流电弧每一个周期要暂时熄灭两次 完善的灭弧装置熄灭交流电弧一般需要几个周期 真空断路器灭弧只要半个周期 同等条件下交流电弧比直流电弧容易熄灭 4 开关电器中常用的灭弧方法 速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法 长弧切短灭弧法 粗弧切短灭弧法 狭沟灭弧法 真空灭弧法 SF6灭弧法 如图所示 下页 吹弧方式 1电弧 2触头 a 横吹b 纵吹 电动力吹弧 磁力吹弧 1磁吹线圈 2灭弧触头 3电弧 铁磁吸弧 1电弧 2钢片 钢灭弧栅对电弧的作用 1钢栅片 2电弧 3触头 绝缘灭弧栅对电弧的作用 1绝缘栅片 2电弧 3触头 三 对电气触头的基本要求 1 满足正常负荷的发热要求 2 具有足够的机械强度 3 具有足够的动稳定度和热稳定度 4 具有足够的断流能力 第三节高压一次设备 一次电路 主电路 主接线 主回路 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路 一次设备 一次电路中所有的设备称一次设备 一次设备分类 1 变换设备其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流 频率等 例如电力变压器 电压互感器 电流互感器 变频机等 2 控制设备其功能是按电力系统运行的要求来控制一次电路的通 断 例如各种高低压开关设备 3 保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护 例如熔断器和避雷器等 4 补偿设备其功能是用来补偿电力系统中的无功功率 提高系统的功率因数 例如并联电容器等 5 成套设备它是按一次电路接线方案的要求 将有关一次设备及控制 指示 监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置 例如高压开关柜 低压配电屏 动力和照明配电箱等 本节介绍一次电路中的高压熔断器 隔离开关 负荷开关 断路器及开关柜 一 高压熔断器 fuse 文字符号为FU 在电路电流超过规定值并经过一定时间后 使熔体熔化而分断电流 断开电路的一种保护电器 熔断器的功能主要是对电路及设备进行短路保护 有的熔断器还具有过负荷保护的功能 高压熔断器全型号的表示和含义如下 1 RN1和RN2型户内高压管式熔断器 限流式 RN1型 主要用于高压电路和设备的短路保护 额定电流可达100A RN2型 高压电压互感器一次侧短路保护 额定电流一般为0 5A RN1 RN2型高压熔断器安装图 l瓷熔管 2金属管帽3弹性触座 4熔断指示器 5接线端子 6支柱瓷瓶 7底座 RN1 RN2型熔断器的熔管剖面示意图 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 虚线表示熔断指示器在熔体熔断时弹出 2 RW4和RW10 F 型户外高压跌开式熔断器 既可作6 10KV线路和设备的短路保护 又可在一定条件下 用高压绝缘钩棒操作熔管的分合 起高压隔离开关的作用 RW4 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 内套纤维质消弧管 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 3 高压隔离开关 QS 隔离高压电源 保证设备和线路的安全检修 断开后有明显可见的断开间隙 没有专门的灭弧装置 不允许带负荷操作 可以通断不超过2A的空载变压器 电容电流不超过5A的空载线路 与高压断路器配合使用 户内用CS6 83页 型手动操作机构 户外多用绝缘钩棒手工操作 GN8 10 600型高压隔离开关 1上接线端子 2静触头 3闸刀 4绝缘套管 5下接线端子 6框架 7转轴 8拐臂 9升降瓷瓶 10支柱瓷瓶 4 高压负荷开关 QL 具有简单的灭弧装置 能通断一定的负荷电流和过负荷电流 不能断开短路电流 与高压熔断器配合使用 FN3 10RT型高压负荷开关 1主轴 2上绝缘子兼气缸 3连杆 4下绝缘子 5框架 6RN1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 高压负荷开关的压气式灭弧装置工作示意图 1弧动触头 2绝缘喷嘴 3弧静触头 4接线端子 5气缸 6活塞 7上绝缘子 8主静触头 9电弧 5 高压断路器 QF 能通断负荷电流和短路电流 并能在保护装置作用下自动跳闸 切除短路故障 SNl0 10型高压少油断路器 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 SNl0 10型高压少油断路器一相油箱内部结构 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下支柱瓷瓶 14上支柱瓷瓶 15断路弹簧 16绝缘筒 17逆止阀 18绝缘油 SNIO 10型断路器灭弧室工作示意图 1静弧触头 2吸弧铁片 3横吹灭弧沟 4纵吸油囊 5电弧 6动触头 真空断路器的真空灭弧室结构 1静触头 2动触头3屏蔽罩 4波纹管 5与外壳封接的法兰盘 6金属波纹管 7玻壳 SF6断路器灭弧室结构示意图 1静触头 2绝缘喷嘴 3动触头4气缸 5压气活塞 固定 6电弧 6 高压开关柜 将一 二次设备组合在一起的高压成套配电装置 类型 固定式 手车式 移开式 具有五防功能 防止误分 误合断路器防止带负荷误拉 误合隔离开关防止带电误挂接地线防止带接地线误合隔离开关防止人员误入带电间隔 GG1A F 07S型高压开关柜 断路器柜 1母线 2母线侧隔离开关 3少油断路器 QF 4电流互感器 TA 5线路侧隔离开关 QS 6电缆头 7下检修门 8端子箱门 9操作板 10断路器的手动操动机构 11隔离开关的操动机构手柄 12仪表继电器屏 13上检修门 14 15观察窗口 GC口 10 F 型高压开关柜 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断路器手车 7 高压一次设备的选择 注 表中 表示必须校验 表示不要校验 第四节低压一次设备 1000V 或1200V 及以下的电气设备 本节介绍常用的低压熔断器 低压开关和配电屏 一 低压熔断器 种类 插入式 RC型 螺旋式 RL型 无填料密封管式 RM型 有填料密封管式 RT型 有填料管式 gF aM 高分断能力 NT型 RZ1型低压自复式熔断器 RMl0型低压熔断器 a 熔管b 熔片 1铜管帽 2管夹 3纤维熔管 4刀形触头 触刀 5变截面锌熔片 RT0型低压熔断器 a 熔体b 熔管C 熔断器d 绝缘操作手柄 1栅状铜熔体 2刀形触头 触刀 3瓷熔管 4熔断指示器 5盖板 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 RZ1型低压自复式熔断器 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 二 低压刀开关和负荷开关低压刀开关低压熔断器式刀开关低压负荷开关 三 低压断路器 塑料外壳式 万能式等很多种类 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 7脱扣按钮 8加热电阻丝 9热脱扣器 10过流脱扣器 四 低压配电屏 将一 二次设备组合在一起的一种低压成套配电装置 有PGL GGL GGD等型号 五 低压一次设备的选择 注 表中 表示必须校验 表示一般可不校验 表示不要校验 第五节电力变压器 一 电力变压器的分类 有载调压铜绕阻油浸白冷式无载调压铝绕阻干式充气式 二 结构 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油位指示器 6防爆管 7瓦斯继电器 8高压套管和接线端子 9低压套管和接线端子 10分接开关 11油箱及散热油管 12铁心 13绕组及绝缘 14放油阀 15小车 16接地端子 环氧树脂浇注绝缘的三相干式变压器 1高压出线套管 2吊环 3上夹件 4低压出线端子 5铭牌 6环氧树脂浇注绝缘绕组 7上下夹件拉杆 8警示标牌 9铁心 10下夹件 11底座 12高压绕组相间连接导杆 13高压分接头连接片 三 联接组别及选择 变压器一 二绕组因采取不同的联结方式而形成一 二侧对应的线电压之间不同相位关系 常用两种联结方式 即 即 四 变电所主变压器台数和容量的选择 1 台数选择 满足用电负荷对供电可靠性的要求 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大 采用经济运行方式 一般车间变电所采用一台 应考虑欠负荷的发展 有一定余地 2 主变压器容量的选择 装设一台主变压器 装设两台主变压器 车间变电所单台变压器容量上限 1000KVA或1250KVA 五 电力变压器并列运行条件 1 变压器的一 二次额定电压必须对应相等 2 变压器的阻抗电压 短路电压 必须相等 3 变压器的连接组别必须相同 4 变压器的容量尽量相同或相近 最大容量与最小容量之比不超过3 1 第六节电流互感器和电压互感器 电压互感器 CT TA电流互感器 PT TV 功能 使仪表 继电器 二次设备与主电路绝缘 扩大仪表 继电器等二次设备的应用范围 一 电流互感器 1 基本原理和特点 一次绕组导线很粗 匝数很少 二次绕组匝数多导线细 电流互感器 1铁心 2一次绕组 3二次绕组 2 电流互感器常用接线方式 一相式接线 两相V型接线 两相电流差接线 三相星型接线 电流互感器的接线方案 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 3 实际电流互感器 LQJ 10型电流互感器 1次接线端子 2一次绕组 3二次接线端子 4铁心 5二次绕组 6警示牌 LMZJ1 0 5型电流互感器 1铭牌 2一次母线穿孔 3铁心 树脂浇注4安装板 5二次接线端子 4 电流互感器使用注意事项 工作时二次侧不得开路 二次侧有一端必须接地 电流互感器在连接时 要注意其端子的极性 二 电压互感器 1 基本原理和特点 一次绕组导线很细 匝数很多 二次绕组匝数少导线粗 电压互感器 1铁心 2一次绕组 3二次绕组 电压互感器的使用注意事项 工作时二次侧不得短路 二次侧有端必须接地 互感器在连接时注意其端子的极性 电压互感器的常用接线方式 单相电压互感器 V V型 三相五柱式等 电压互感器的接线方案 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Yo Yo形d 三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Yo Yo 开口三角 形 第七节工厂变配电所的主接线图 对工厂变配电所主接线的基本要求 安全 可靠 灵活 经济主接线图绘制形式 系统式主接线图 装置式主接线图 一 高压配电所的主接线图 系统式 高压配电所及其附设2号车间变电所主接线图 高压配电所的装置式主接线图 二 车间和小型工厂变电所的主接线图 车间变电所高压侧主接线方案 示例 a 高压电缆进线 无开关b 高压进线 装隔离开关C 高压进线 装隔离开关和熔断器d 高压进线 装负荷开关和熔断器e 高压架空进线 装跌开式熔断器和避雷器f 高压架空进线 装隔离开关和避雷器g 高压架空进线 装隔离开关 熔断器和避雷器h 高压架空进线 装负荷开关 熔断器和避雷器 高压侧采用隔离开关和熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线图 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图 三 工厂总降压变电所的主接线图 桥式接线分类 内桥 外桥 全桥 采用内桥式接线采用外桥式接线采用全桥式接线 倒换线路方便倒换变压器方便操作灵活 投资较大 第八节工厂变配电所址 布置 结构及安装图 一 变电所所址的选择 1 所址选择的一般原则 接近负荷中心无剧烈振动或高温的场所进出线方便尘土少 无腐蚀性气体接近电源侧不在厕所 有水的下方设备运输方便不在有爆炸危险的地方 2 负荷指示图 按负荷功率矩法确定负荷中心 负荷中心的计算不必十分精确 二 变配电所的总体布置 1 总体布置的要求 便于运行维护和检修 有规定 保证运行安全便于进出线节约土地和建筑费用适应发展要求 2 变配电所总体布置方案示例 自学 136 137页 三 变配电所的结构 四 变配电所电气安装图 自学 139 144页 有主接线 二次回路 平剖面图安装图等 第五章工厂电力线路 本章主要内容 工厂电力线路的接线方式及敷设导线和电缆截面的选择计算电力线路的运行及维护 第一节工厂电力线路及接线方式 一 电力线路的任务和类别 1 任务 输送和分配电能 2 分类 低压 1140V及以下 高压 1140V以上 超高压 220KV及以上 二 高压线路的接线方式 放射式 树干式 环形 高压放射式线路 高压树干式线路高压环形接线 三 低压线路的接线方式 同样有 放射式 树干式 环形 低压放射式接线 低压树干式接线 a 母线放射式配电的树干式b 变压器 干线组的树干式 低压链式接线 变形树干式 a 连接配电箱b 连接电动机 低压环形接线 第二节工厂电力线路的结构的敷设 一 架空线路的结构和敷设 组成 导线 电杆 绝缘子 线路 金具等 架空线路的结构 1低压导线 2针式绝缘子 3横担 4低压电杆 5横担 6高压悬式绝缘子串 7线夹 8高压导线 9高压电杆 10避雷线 1 架空线路的导线 裸导线 单股 多股如钢芯铝绞线 2 电杆 横担和拉线 3 线路绝缘和金具 4 架空线的敷设 敷设要求 路径选择 导线在电杆上的排列方式 架空线的档距 弧垂 及其它距离 各种杆型在低压架空线路上的应用 1 5 11 14终端杆 2 9分支杆 3转角杆 4 6 7 10直线杆 中间杆 8分段杆 耐张杆 12 13跨越杆 高压线路绝缘子 a 针式b 蝴蝶式c 悬式d 瓷横担 架空线路的档距和弧垂 a 平地上b 坡地上 二 电缆线路的结构和敷设 1 电缆和电缆头 油浸纸绝缘电力电缆 1缆芯 铜芯或铝芯 2油浸纸绝缘层 3麻筋 填料 4油浸纸 统包绝缘 5铅包 6涂沥青的纸带 内护层 7浸沥青的麻被 内护层 8钢铠 外护层 9麻被 外护层 1缆芯 铜芯或铝芯 2交联聚乙烯绝缘层 3聚氯乙烯护套 内护层 4钢铠或铝铠 外护层 5聚氯乙烯外套 外护层 交联聚乙烯绝缘电力电缆 lOkV交联聚乙烯绝缘电缆热缩中间头 a 中间头剥切尺寸示意图b 每相接头安装示意图 1聚氯乙烯外护套 2钢铠 3内护套 4铜屏蔽层 内缆芯绝缘 5半导管 6半导层 7应力管 8缆芯绝缘 9压接管 10填充胶 11四氟带 12应力疏散胶 2 电缆的敷设 路径的选择 考虑引力 过热 腐蚀 维护等条件 敷设方式 直埋式电缆沟架桥电缆排管及隧道 3 电缆敷设的一般要求 增加5 10 的余量 穿管保护 防火 防水等 三 车间线路的结构和敷设 采用绝缘线 电缆 裸导线 四 三相交流电涂色 U V W相 A B C 黄 绿 红 等 第三节导线和电缆截面的计算 选择导线和电缆截面的条件 发热条件电压损耗条件经济电流密度机械强度 一 按发热条件选择导线和电缆截面 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允许温度 1 三相系统相线截面的选择 其允许载流量不小于通过相线的计算电流 即 如果环境温度偏差较大时 考虑温度校正系数 导线允许载流量可查附表16 17 18 2 中性线 N线 截面的选择 三相四线制中性线 两相三线及单相线路 3 保护线 PE线 截面的选择 保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度 截面不同要求不同 当时 当时 当时 4 保护中性线 PEN线 截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能 因此PEN线截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求 取其中的最大截面 二 按经济电流密度选择截面 导线或电缆的截面越大 电能损耗越小 但是线路投资 维修管理费用和有色金属消耗量都要增加 按照年运行费用最小的原则计算 年折旧费维护费十年电能损耗费 曲线1线路的年折旧维护费 曲线2线路的年电能损耗费 曲线3线路的年运行费用 经济截面 35kV及以上的高压线路及35kV以下的长距离 大电流线路例如较长的电源进线和电弧炉的短网等线路 其截面宜按经济电流密度选择 经济电流密度可查下表 三 线路电压损耗的计算 根据损耗选择截面 导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗 不应超过其正常运行时允许的电压损耗 一般线路允许损耗不超过5 1 集中负荷三相线电压损耗计算 计算原理如图所示 带有两个集中负荷的三相线路 a 单线电路图b 线路电压降相量图 电压损耗 对于无感线路 2 均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算 四 按机械强度选择截面 导线和电缆截面不应小于其最小允许截面 如附录表14和表15所列 根据设计经验 一般lOkV及以下的高压线路和低压动力线路 通常先按发热条件来选择导线和电缆截面 再校验其电压损耗和机械强度 低压照明线路 因其对电压水平要求较高 通常先按允许电压损耗进行选择 再校验其发热条件和机械强度 对长距离大电流线路和35kV及以上的高压线路 则可先按经济电流密度确定经济截面 再校验其他条件 第四节车间动力电气平面布线图 电气平面布线图 在建筑平面图上 按国家标准 按电气设备的安装位置 敷设方式 路径绘制的电气布置图 车间动力电气平面布线图 如下图 机械加工车间 一角 的动力电气平面布线图 第五节电力线路的运行维护与检修试验 架空线路 电缆线路 车间线路的运行维护 停电处理 电力线路检修 见189 195页电力系统规定 第六章工厂供电系统的过电流保护 本章主要内容 继电保护的概念及应用 第一节过电流保护的任务和要求 一 过电流保护装置的类型和任务 过电流保护装置 熔断器 简单 经济 低压断路器 供电可靠性较高 操作灵活 继电保护 自动化程度较高的场所 二 对保护装置的要求 基本要求 选择性 速动性 可靠性 灵敏度 灵敏系数 第二节熔断器保护 一 熔断器在供配电系统的配置 配置要求 使故障范围缩小到最低限度 注意 低压系统中的PE线和PEN线上不允许装设熔断器 二 熔断器熔体电流的选择 1 保护电力线路 2 保护电力变压器 考虑因素 熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流 熔体电流要躲过变压器低压侧电机起动的尖峰电流 熔体电流要躲过变压器空载含闸电流 3 保护电压互感器 RN2为0 5A 三 熔断器的选择与校验 1 选择时应满足的条件 熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压 熔断器的额定电流不应小于它所装熔体的额定电流 熔断器的额定类型应满足技术要求 2 断流能力的校验 限流式 RM RT0等 非限流式 RM10 断流能力有上下限 跌开式 四 熔断器保护灵敏度的检验 见下表 检验熔断器保护灵敏度的最小比值K 注 表中K值适用于符合IEC标准的一些新型熔断器如RTl2 RTl4 RTl5 NT等型熔断器 对于老型熔断器 可取K 4 7 即近似地按表中熔断时间为5s的熔断器来取值 五 熔断器之间的选择性配合 要求线路在发生故障时 靠近故障点的熔断器首先熔断 切断故障部分 第三节低压断路器的保护 一 低压断路器在低压配电系统中的配置 三种方式 1 单独接低压断路器或低压断路器刀开关的方式2 低压断路器与磁力起动器或接触器配合的方式3 低压断路器与熔断器配合的方式 低压断路器的配置方式 a 适于一台主变b 适于两台主变C 适于低压配电出线d 适于频繁操作电路e 适于熔断器保护的电路QF低压断路器 QK刀开关 QKF刀熔开关 KM接触器 KH热继电器 二 低压断路器脱扣器的选择和整定 1 低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择 脱扣器额定电流 2 低压断路器过流脱扣器动作电流的整定 1 瞬时过流脱扣器动作电流的整定 动作电流 可靠系数取值为 2 短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 动作电流 取值为1 2 动作时间0 2s 0 4s 0 6s三级 时间差0 2s 3 长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 动作电流 取值为1 1 动作时间 反时限最长1 2h 4 过流脱扣器与被保护线路的配合要求 允许载流量 过负荷倍数 瞬时 短时取4 5 长延时取1 有爆炸性危险的取0 8 3 低压断路器热脱扣器的选择和整定 1 热脱扣器额定电流的选择 2 热脱扣器动作电流的整定 过负荷保护 取值为1 1 三 低压断路器的选择与校验 1 选择低压断路器应满足的条件 低压断路器的额定电压不低于保护线路的额定电压 低压断路器的额定电流不小于它所安装的脱扣器的额定电流 低压断路器的类型应符合安装 保护 操作方式的要求 2 低压断路器断流能力的校验 动作时间0 02s以上 DW 分断电流 动作时间0 02s以下 DZ 四 低压断路器过电流保护灵敏度的检验 五 前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合 偏差范围正负20 到30 左右 1 断路器配合 2 低压断路器与熔断器之间的选择性配合 前一级低压断路器保护特性曲线 30 20 的负偏差 后一级熔断器保护特性曲线 30 50 的正偏差 第四节常用的保护继电器 一 概述 继电器 输入物理量达到规定值时 电气输出电路被接通或分断 输入量 电气继电器 非电气继电器 用途 控制继电器 保护继电器 物理量 电流 电压 功率 继电器按组成元件分 机电型 电磁式 感应式 晶体管型 微机型 如下图为过电流保护框图 KA电流继电器 KT时间继电器 Ks信号继电器 KM中间继电器 二 电磁式电流继电器 KA 和电压继电器 KV 1 DL 10系列电磁式电流继电器结构 1线圈 2电磁铁 3钢舌片 4静触点 5动触点 6起动电流调节转杆 7标度盘 铭牌 8轴承 9反作用弹簧 10轴 2 返回系数 一般为0 8 越接近1越灵敏 调节 平滑调节拨动杆6 级进调节线圈1串联 动作电流小 或并联 动作电流大 3 DL 10系列接线和图形符号 a DL 11型b DL 12型c DL 13型d 集中表示的图形e 分开表示的图形 4 欠电压继电器 一般为1 25 三 电磁式时间继电器 KT 使保护装置获得所需要的延时 延时时间可根据需要进行调节 DS 110 120系列时间继电器的内部接线和图形符号 四 电磁式信号继电器 KS 有信号指示牌 五 电磁式中间继电器 KM DZ 10中间继电器内部接线和图形符号 六 感应式电流继电器 1 基本结构及原理 右下图 过载及短路保护 速断倍数 GL一10 20系列感应式电流继电器的内部结构 1线圈 2电磁铁 3短路环 4铝盘 5钢片 6铝框架 7调节弹簧 8制动永久磁铁 9扇形齿轮 10蜗杆 11扁杆 12继电器触点 13时限调节螺杆 14速断电流调节螺钉 15衔铁 16动作电流调节插销 2 接线图 GL系列电流继电器 先合后断转换触点 的动作说明 a 正常位置b 动作后常开触点先闭合c 接着常闭触点断开 GL系列电流继电器的内部接线和图形符号 第五节工厂高压线路的继电保护 规定3 66KV线路 相间短路保护 过负荷保护 单相接地保护 一 继电保护的接线方式 1 两相两继电器式 接线系数 2 两相一继电器式 差接式 主要用于高压电动机保护 接线系数 三 继电保护装置的操作方式 操作电源 直流电源 交流电源 1 直接动作式 2 去分流跳闸 的操作方式 四 带时限的过电流保护 带时限的过电流保护 按其动作时限特性分 有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种 定时限就是保护装置的动作时限是按预先整定的动作时间固定不变的 与短路电流大小无关 而反时限就是保护装置的动作时限原先是按10倍动作电流来整定的 而实际的动作时间则与短路电流呈反比关系变化 短路电流越大 动作时间越短 1 定时限过电流保护装置的组成和原理 定时限过电流保护装置的原理电路如下图所示 其中图a为集中表示的原理电路图 称为接线图 这种图的所有电器的组成部件是各自归总在一起的 图b为分开表示的原理电路图 称为展开图 这种图的所有电器的组成部件按各部件所属回路来分开绘制 从原理分析的角度来说 展开图简明清晰 在二次回路中应用最为普遍 其工作原理如下 当一次电路发生相间短路时 电流继电器KA瞬时动作 闭合其触点 使时间继电器KT动作 KT经过整定的时限后 其延时触点闭合 使串联的信号继电器 电流型 KS和中间继电器KM动作 KS动作后 其指示牌掉下 同时接通信号回路 给出灯光信号和音响信号 KM动作后 接通跳闸线圈YR回路 使断路器QF跳闸 切除短路故障 QF跳闸后 其辅助触点QFl 2随之切断跳闸回路 在短路故障被切除后 继电保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态 而KS可手动复位 a 接线图b 展开图 2 反时限过电流保护装置的组成和原理 反时限过电流保护装置由GL型感应式电流继电器组成 其原理如图所示 当一次电路发生相间短路时 电流继电器KA动作 经过一定延时后 反时限特性 其常开触点闭合 常闭触点断开 这时断路器QF因其跳闸线圈YR被 去分流 而跳闸 切除短路故障 在继电器KA去分流跳闸的同时 其信号牌掉下 指示保护装置已经动作 在短路故障切除后 继电器自动返回 其信号牌可利用外壳上的旋钮手动复位 要求 继电器这两对触点的动作程