低压配电基础知识

.,低压配电基础知识简介,.,配电电网示意图,低压配电基础知识简介,.,低压电力产品分布,低压配电基础知识简介,.,低压配电基础知识简介,电力输配电系统概述,电力系统电力系统是由发电机、变压器、电力线路、用户等组成的供电系统。发电机主要将其他能量转换成电能，升压变压器把发电机发出的低压电能变换为高压电能，输电线路输送电能，降压变压器再把电网的高压电能转换为低压电能，以方便用户使用。一般把输电及配电网络称为电力网络简称电网。发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备(也称主设备)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，由它们组成的系统称为一次系统。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，由它们组成的系统称为二次系统。二次设备可通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得联系。,.,低压配电基础知识简介,输配电系统概述,输配电输配电是电力系统中发电厂(生产者)与电力用户(消费者)之间的输送电能与分配电能的组成部分。输电是从发电厂或发电厂群向供电区输送大量电力的主干渠道或不同电网之间互输送大量电力的联系渠道。输电的主要功能是大容量、远距离传送电能。配电是在供电区之内将电能分配到用户的分配手段，并直接为用户服务。配电的功能是在电力系统中接受发电基地或输电网的大量电能，并分配到不同的负荷区直到用户，从而完成电能的最终消费。,.,低压配电基础知识简介,输配电系统概述,工厂配电系统工厂(或企业)内部接受、变换、分配和消费电能的总电路称为工厂(或企业)供配电系统。它是公共电力系统的一个重要组成部分。工厂供电系统由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路及用电设备组成。降压变电所的作用是把电力系统供给的高压电能，变成用电设备所需要的电能，然后经过配电装置和配电线路将电能送到各车间。,.,低压配电基础知识简介,输配电系统概述,对电力系统的要求1.保证发电机供电的可靠性；2.保证良好的电能质量（表征电能质量的主要指标是电压、频率和波形）3.保证电力系统运行的经济性；4.最大限度地满足用户的用电需求。,.,根据IEC60038/GB10056标准定义低压：1000V以下中压：10kV,20kV,35kV高压/超高压：110kV,220kV,330kV,500kV,500kV以上相电压和线电压相电压Un：相线与N线之间电势差线电压UL：相线与相线之间电势差相电压与线电压关系UL/Un=如常见的AC220/380V电压系统AC230/400V电压系统,O,配电电网常识,低压配电基础知识简介,Un,UL,.,配电电网常识,低压配电基础知识简介,AC230/400V电网系统示例图,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,根据的国家标准电压配电设计规范，低压配电系统有三种接地形式：IT系统、TT系统、TN系统第一个字母表示电源端与地的关系：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大阻抗接地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。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,IT系统IT系统指电源中性点不接地，用电设备外露可导电部分直接接地的系统。IT系统可以有中性线。但IEC强烈建议不设置中性线，因为如设置中性线，在IT系统中N线任何一点发生接地故障，该系统将不再是IT系统了。,IT系统中，连接设备外露可导电部分和接地体的导线，就是PE线。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,IT系统如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TT系统TT系统指电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。通常将电源中性点的接地叫做工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。TT系统中，这两个接地必须是相互独立的。设备接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置，也可以若干设备共用一个接地装置。,TT系统中负载的所有接地均称为保护接地。工作接地线与工作零线N没有电的联系。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TT系统TT系统由于接地装置就在设备附近，因此PE线断线的几率小，且容易被发现。TT系统设备在正常运行时外壳不带电、故障时外壳高电位不会沿PE线传递至全系统。因此，TT系统在适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备进行供电；在爆炸与火灾危险性场所等有优势。TT系统适用于接地保护占很分散的地方。当电气设备的金属外壳带电，如相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。终端设备须配置漏电保护装置（如漏电断路器）作安全保护。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统TN系统指电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统。TN系统主要是靠单相碰壳故障变成单相短路故障（短路电流是TT系统的5.3倍），并通过短路保护切断电源来实施电击防护的。从电击防护的角度来说，单相短路电流大或过电流保护器动作电流值小，对电击防护都是有利的。TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统三种形式。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-C系统TN-C系统将PE线和N线的功能综合起来，由一根称为PEN线的导体同时承担两者的功能。在用电设备处，PEN线既连接到负荷中性点上，又连接到设备外露的可导电部分。由于它所固有的技术上的种种弊端，现在已很少采用，尤其是在民用配电中已基本上不允许采用TN-C系统,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-C系统设备外壳带电时，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，实际就是单相对地短路故障，熔丝会熔断或自动开关跳闸，使故障设备断电，比较安全。TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡的情况，若三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所连接的电器设备金属外壳有一定的电压差。如果工作零线断线，则保护接零的通电设备外壳带电。如果电源的相线接地，则设备的外壳电位升高，使中线上的危险电位蔓延。干线上使用漏电断路器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上闸，而且工作零线在任何情况下不能断线。所以实用中工作零线只能在漏电断路器的上侧重复接地。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-S系统TN-S系统的中性线N与TT系统相同。与TT系统不同的是，用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体，而不是连接到自己专用的接地体，中性线(N线)和保护线(PE线)是分开的。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后，不能再有任何电气连接，这一条件一旦破坏，TN-S系统便不再成立,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-S系统系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。工作零线只用作单相照明负载回路。专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-C-S系统TN-C-S系统是TN-C系统和TN-S系统的结合形式，在TN-C-S系统中，从电源出来的那一段采用TN-C系统，因为在这一段中无用电设备，只起电能的传输作用，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开形成单独的N线和PE线。从这一点开始,系统相当于TN-S系统。,TN-C,TN-S,.,低压配电基础知识简介,低压配电系统接地方式,TN系统之TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于负载不平衡的情况及线路的长度。要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地。PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器。,实际上，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。,.,由于每种系统都有它的优缺点，故没有最佳系统。倘若遵照规则，它们都是非常良好的，没有超优的接地系统。应选择符合当地规范要求、适合房建或厂建用电的需求的系统。选择的一般原则：持续供电的重要性维护人员的技能水平应考虑某些负载的特性:电动机对大电流很敏感，某些负载具有低的绝缘水平。,低压配电基础知识简介,接地系统的选择,.,主要选用原则：(1)非独立变压器供电的厂矿企业不采用TN-C系统。(2)分散住宅或农村用户宜采用TT系统。(3)民用建筑应采用TN-S系统或TN-C-S系统。(4)商业、宾馆、娱乐场所、办公大楼等应采用TN-S系统，并作等电位连接。(5)在爆炸和火灾危险场所，禁止采用TN-C系统，而应采用TN-S、TN-C-S、TT或IT系统。(6)建筑施工现场宜采用TT系统。(7)计算机室或电子信息设备，应采用TN-S系统。(8)煤矿或其它矿井，应采用IT系统,低压配电基础知识简介,接地系统的选择,黄学忠,.,一、IT系统用于不准停电的场所用于环境不良、易发生单相接地或火灾爆炸的场所。如煤矿、化工厂、纺织厂。也可用于农村地区。近几年逐步应用于重要建筑内的应急电源、医院手术室等重要场所的动力和照明系统。二、TT系统由供电部门以低压配电系统供电的场合。远离变电所的建筑物。对电压干扰要求高的精密电子和数据处理设备。对防火防爆有要求的场所,低压配电基础知识简介,接地系统的选择,.,三、TN-C系统用于三相负荷比较平衡、电路中三次谐波电流不大，并有专业人员维护管理的一般性工业厂房和场所。不适用于对低压敏感的电子设备和爆炸危险环境。四、TN-S系统单相负荷比较集中的场所。设有精密电子和数据处理设备的场所。对防火防爆有要求的场所。三次谐波电流设备较多的场所。五、TN-C-S系统TN-C-S系统是一个广泛采用的配电系统，适合于工业和民用建筑中。电源线路采用TN-C系统，进入建筑后PEN线重复接地分成PE线和N线。这种线路系统简单，又能保证一定的安全水平。,低压配电基础知识简介,接地系统的选择,.,注：带电导体是指正常通过工作电流的相线和中性线（包括PEN线但不包括PE线）,单相两线制,低压配电基础知识简介,带电导体制式,两相三线制,.,三相三线制,低压配电基础知识简介,带电导体制式,三相四线制,注：带电导体是指正常通过工作电流的相线和中性线（包括PEN线但不包括PE线）,.,低压配电基础知识简介,电工学基本概念及元件部分图例,.,低压配电基础知识简介,低压配电主要产品图例,.,额定电压指电气设备正常情况下的工作电压，代号为Ue(V)1200V以下电气设备的额定电压等级分为：直流：1.5V,2V,3V,6V,12V,24V,36V,48V,60V,72V,110V,220V,400V,440V,800V,1000V交流单相：6V,12V,24V,36V,42V,100V,127V,220V交流三相：36V,42V,100V,127V,220V,380V,380/660V,1140(1200)V,低压配电基础知识简介,低压配电基本概念,额定电压,额定频率指额定条件下正弦电路中正弦量每秒钟变化的次数，代号为f(Hz)我国电网标准频率是50Hz，美国、日本、台湾等采用60Hz。,额定频率,额定电流指额定电压及额定频率下，达到额定功率的电流Ie(A),额定电流,.,低压配电产品的各种电压Ue：额定工作电压常见有AC220/380V、AC230V/400VUc：额定控制电路电压（回路实际运行电压）Us：额定控制电源电压常见有AC220/380V、AC230V/400VUimp：额定冲击耐受电压常见有8kV、12kVUr：分断后残压Ui：额定绝缘电压常见有AC400V、AC660V、AC690V、AC1000V,低压配电基础知识简介,低压配电基本概念,.,低压配电产品的各种电流In：额定电流Ib：工作电流（实际运行电流）Ir：整定电流Iz：电缆允许电流Icc：短路故障电流Icu：极限短路分断能力Ics：运行短路分断能力,低压配电基础知识简介,低压配电基本概念,.,短路回路电流不通过电器，直接接通称之为短路。发生短路时，因电流过大会引起线路损坏或火灾等故障。电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时而流过非常大的电流。其电流值远大于线路额定电流。其电流大小取决于于短路点距电源（如变压器）的电气距离（线路的阻抗大小）。单相短路：单根相线与N线或地线短接产生的短路故障；两相短路：两根相线之间短接产生的短路故障；三相短路：三根相线之间短接产生的短路故障；短路电流大小比较：三相短路两相短路单相短路,低压配电基础知识简介,低压配电基本概念,.,频率与周期周期T:电压及电流正弦量变化一次所需的时间（秒）频率f:1s内正弦量变化的次数f1/T如中国50Hz电网系统，频率f=50Hz，T=1/50=20ms幅值与有效值幅值：电压及电流正弦量任一瞬间的值称为瞬时值，瞬时值中的最大值称为幅值。如电压U的幅值为Um、电流I的幅值为Im；有效值：交流电压和电流的有效值是根据电流的热效应来定义的。电压有效值为U、电流有效值为I。对应正弦量：,低压配电基础知识简介,低压配电基本概念,.,功率有功功率(P)、无功功率(Q)、视在功率(S=UI)举例：母线提供给电机的是视在功率；电机中转换为机械做功的部分是有功功率,提供磁场的电流产生的功率为无功电流。功率因数在电路中，功率因数角是电流滞后电压角度的余弦值，即cos。物理意义，对于设备来说，功率因数反映的是能量转换过程中有用功率占总功率的比例。各种功率之间的关系：P=ScosQ=SsinP2+Q2=S2功率因数与功率功率因数cos，以0到1之间的数值来表示。功率因数为=1，表示回路只含有功功率，不含无功功率功率因数0，电压超前电流（感性负载，如电抗器）；0，电压滞后电流（容性负载，如电容器）；,.,低压配电基础知识简介,交流电路中的基本公式,三、交流电路（三相）与单相交流回路相比，三相交流回路有以下特点电源方面：如发电机、变压器，体积小，节省材料，运行稳定；输电方面：节省有色金属（铜、铝）大约25%；用电方面：如电动机,结构简单、维护方便、运转平稳；三相交流电压公式：U相UU=Umsin(t)V相UV=Umsin(t+120)W相UW=Umsin(t+240)相序指三相交流电相位的顺序，即电动势达到最大值的先后次序。正序：UVW实际应用中，采黄、绿、红三种颜色来代表U、V、W三相。实际应用中，应明确线路实际相序再使用，这很重要。如三相异步电动机，相序错误，则电动变成反向转动。,.,低压配电基础知识简介,交流电路中的基本公式,三、交流电路（三相）电源绕组的连接方法Y形连接（星形连接）中性点：绕组末端连接在一起，形成中心点N中性线：从中性点引出的线，称为中性线，即N线相线：从首端引出的线U、V、W，对应称为L1、L2、L3相电压：绕组始、末两端之间电压UU、UV、UW线电压：相线之间电压UUV、UVW、UWU,若电源、负载都是Y连接的三相电路(YY)，则以下公式成立：线电压=相电压线电流=相电流,.,低压配电基础知识简介,交流电路中的基本公式,三、交流电路（三相）电源绕组的连接方法形连接（三角形连接）绕组之间的始、末两端依次相连接，形成的闭合回路,若电源Y连接、负载连接的对称三相电路(Y)，则以下公式成立：负载相电压=电源线电压负载线电流=电源相电流,.,一、额定容量Sn、额定电压Un、额定电流In三相变压器：In=Sn/(xUn)单相变压器：In=Sn/Un三相变压器满载电流：三相变压器低压侧的满载额定电流可由以下公式算出：,低压配电基础知识简介,变压器基本公式,.,低压配电基础知识简介,变压器基本公式,二、短路电流,.,IPXX：用数字表示设备外壳提供的保护程度根据IEC529/GB4942.2-93标准,低压配电基础知识简介,低压配电产品的防护等级,第一个数字表示防尘，防止固体进入危险部件（带电部件）的等级,0：无防护1：防止直径大于50mm固体进入2：防止直径大于12.5mm固体进入3：防止直径大于2.5mm固体进入4：防止直径大于1mm固体进入5：防尘无有害沉积6：尘密,0：无防护1：防止垂直滴水2：防止垂直方向15范围内滴水3：防止垂直方向60范围内淋水4：防止任何方向的溅水5：防止任何方向的喷水6：防止海浪或强烈喷水7：防浸水影响8：防潜水影响,第二个数字表示防湿气防水侵入的密封程度,.,低压配电基础知识简介,低压配电电器的相关国际标准,.,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,一、负荷分级依据国家标准供配电系统设计规范GB50052-20093.0.1：电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级，分级方式如下：一级负荷中断供电将造成人身伤害时。中断供电将在经济上造成重大损失时。中断供电将影响重要用电单位的正常工作。在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。,.,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,一、负荷分级二级负荷中断供电将在经济上造成较大损失时。中断供电将影响较重要用电单位正常工作。三级负荷不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。,.,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,二、电源双重电源一个负荷的电源是由两个电路提供的，两个电路就安全供电而言认为是互相独立的。应急供电系统（安全设施供电系统）用电维持电气设备和电气装置运行的供电系统目的：为了人体和家畜的健康和安全，和/或为避免对环境或其他设备造成损失以符合国家规范要求。应急电源（安全设施电源）用作应急供电系统组成部分的电源备用电源当正常电源断电时，由于非安全原因用来维持电气装置或其某些部分所需的电源。,.,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,二、电源应急供电系统（安全设施供电系统）用电维持电气设备和电气装置运行的供电系统目的：为了人体和家畜的健康和安全，和/或为避免对环境或其他设备造成损失以符合国家规范要求。应急电源（安全设施电源）用作应急供电系统组成部分的电源,.,常用应急电源示例：蓄电池组、不间断电源(UPS)适用于允许断电时间毫秒级的负荷EPS应急电源适用于允许断电时间为0.25s以上的负荷带自投的独立专用供电线路适用于允许断电时间1.5s以上的负荷快速自起动发电机组适用于允许断电时间15s以上的供电,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,UPS,EPS,发电机,.,三、供电需求一级负荷一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,（单母线分段）,（双母线）,一级负荷,一级负荷,“备”,区域降压站,“主”,“备”,“主”,.,三、供电需求一级负荷中的特别重要负荷除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。设备的供电电源的切换时间，应满足设备允许中断供电的要求。,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,一级负荷中特别重要负荷,单母线分段,区域降压站,G,应急电源：严禁将其它负荷接入应急供电系统,“备”,“主”,应急电源1、独立于正常电源的发电机组。2、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3、蓄电池4、干电池,.,三、供电需求二级负荷二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路6KV及以上专用的架空线路供电。,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,“备”,“主”,二级负荷,区域降压站,单母线分段,.,三、供电需求双重电源典型应用图示例1,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,.,三、供电需求双重电源典型应用图示例2,低压配电基础知识简介,负荷分级及供电要求,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,常见低压开关柜种类可归纳为以下几种,1、GGD型开关柜,2、GCK型开关柜,3、GCS型开关柜,.,低压开关柜,低压配电基础知识简介,GCK、GCS开关柜示例：,操作手柄,指示灯,抽出单元,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,1、GGD开关柜GGD型交流低压配电柜适用于变电站、发电厂、厂矿企业等电力用户的交流50Hz，额定工作电压380V，额定工作电流3150A以下的配电系统，作为动力、照明及发配电设备的电能转换、分配与控制之用。型号说明：,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,1、GGD开关柜主要特点：柜体采用通用柜形式，构架用8MF冷弯型钢局部焊接组装而成，并有20模的安装孔，通用系数高。GGD柜充分考虑散热问题，在柜体上下两端均有不同数量的散热槽孔，当柜内电器元件发热后，热量上升，通过上端槽孔排出，而冷风不断地由下端槽孔补充进柜，使密封的柜体自下而上形成一个自然通风道，达到散热的目的。柜体的顶盖在需要时可拆除，便于现场主母线的装配和调整，柜顶的四角装有吊环，用于起吊和装运。柜体的防护等级为IP30，用户也可根据环境的要求在IP20IP40之间选择。,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,2、GCK开关柜GCK低压抽出式开关柜由动力配电中心（PC）柜和电动机控制中心（MCC）两部分组成。该装置适用于交流50HZ、额定工作电压小于等于660V、额定电流4000A及以下的控配电系统作为动力配电、电动机控制及照明等配电设备。型号说明：,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,2、GCK开关柜主要特点：整柜采用拼装式组合结构，模数孔安装，零部件通用性强，适用性好，标准化程度高。柜体上部为母线室、前部为电器室、后部为电缆进出线室，各室间有钢板或绝缘板作隔离，以保证安全。MCC柜抽屉小室的门与断路器或隔离开关的操作手柄设有机械联锁，只有手柄在分断位置时门才能开启。受电开关、联络开关及MCC柜的抽屉具有三个位置：接通位置、试验位置、断开位置。开关柜的顶部根据受电需要可装母线桥。,.,低压配电基础知识简介,低压开关柜,3、GCS开关柜GCS型低压抽出式开关柜使用于三相交流频率为50Hz，额定工作电压为400V（或690V），额定电流为4000A及以下的发、供电系统中的作为动力、配电和电动机集中控制、电容补偿之用。广泛应用于发电厂、石