供配电技术(自动化)总复习20120516.ppt

1、供配电技术总复习,一、电力系统的电压,额定电压：能使电气设备运行在最佳工作状态的电压,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（或者说由一个国家的经济发展和技术水平决定的）。 2、用电设备的额定电压 因为用电设备与给它供电的电网（线路）是相连的，因此用电设备的额定电压规定与同级电网（线路）的额定电压相同,3、发电机的额定电压 发电机额定电压应高于同级电网（线路）额定电压的5,主要知识点,4、电力变压器的额定电压,1）一次绕组的额定电压： 当变压器T1直接与发电机相联时，与发电机额定电压相同； 当与电网（线路）连接时，与电网（线路）额定电压相同。 （2）二次绕组的额定电压

2、： 首先明确什么是变压器二次绕组的额定电压，变压器二次绕组的额定电压是一次加额定电压，二次空载（开路）时的电压。 变压器二次侧供电线路较长，其二次绕组额定电压应比相连线路额定电压高10； 若二次侧供电线路不长，其二次绕组额定电压应比相连线路额定电压高5,如图，确定各变压器、电力线路及发电机的额定电压（单位：kV,1题,2题,6.3kV,G,G,T1,T1,T2,T3,T2,WL1,WL2,110/38.5kV,35kV,10kV,6kV电网,220/380V电网,6.3,121,110,35,10.5,38.5,35,6.6,0.4,10,10.5,如图，确定各变压器、电力线路及发电机的额定电

3、压（单位：kV,1题,2题,6.3kV,G,G,T1,T1,T2,T3,T2,WL1,WL2,110/38.5kV,35kV,10kV,6kV电网,220/380V电网,6.3,121,110,35,10.5,38.5,35,6.6,0.4/0.230,10,10.5,一级负荷：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。 例如：高炉炉体的冷却水泵；矿井主通风机等。 要求：不许停电；必须有两个独立电源供电。所谓独立电源是指两个毫无联系的电源，例如一个来自自备电厂，另一个来自电力系统,工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求,二级负荷：是断供电，将造成重大设备的局部损

4、坏，大量原材料报废，生产紊乱者。 例如：连铸机传动装置，生产照明等。 要求：允许短时（几分钟）停电；要有双回路电源供电。 例如两个来自不同的变压器；不同的母线段,三级负荷：不属于一、二级的负荷。 例如：办公楼、检修车间用电等。 要求：无停电要求，可采用单回路供电,二、负荷计算,主要知识点及计算公式,1、单台用电设备计算负荷的确定,2、需要系数,Kd为需要系数，常取0.10.81，可查书后附录表1,一）需要系数法,3、用电设备组计算负荷的确定,注意单位：有功功率kW，无功功率kvar，视在功率kVA，电流A,式中，tan为对应用电设备组cos的正切值,4、设备容量的计算,1）连续工作制和短时工作

5、制用电设备组： 设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和,2）断续周期短时工作制用电设备组： 必须进行负载持续率换算,吊车类电动机要求设备容量换算到 =25%条件下，即,电焊机组要求设备容量换算到 =100%条件下，即,5、多组用电设备计算负荷的确定 1）同时系数 应该考虑各用电设备组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,常取Kp=0.850.95；Kq=0.900.97,式中，P30i，Q30i：各组用电设备的计算负荷,2）计算公式,三）采用并联电容补偿的计算,式中，qC：无功补偿率，见附录表3,qC：单只电容器的无功补偿容量，见附录表4,四）变压器功率损耗的近似计

6、算,式中，S30为变压器二次母线的计算负荷,结论：加入QC使Q301Q302，S301S302，（P30不变）。12，cos1cos2， 即：cos2 cos1，所以使功率因数得到了提高,提高功率因数的意义,因为,导线上的电能损耗减少；导线截面减小,如果 cosQU（则线路的电压损耗减少。,所以cosS30I30 有,因为线路的电压损耗,因为设备容量,cosS30I30电能损耗摊在用户上的费用减少了,如果 cosQ（S一定）P，提高了供电设备的 供电能力,式中，P30 i ，Q30 i：各车间的计算负荷； P30（2），Q30（2），S30（2）：全厂变压器低压侧的计算负荷,2、全厂（变压器高

7、压侧）计算负荷,1、总降压变电所变压器低压侧计算负荷,五）全厂计算负荷的计算,尖峰电流及其计算,1、单台用电设备尖峰电流的计算,尖峰电流是指持续几秒钟的最大负荷电流 （如电动机启动电流,式中，IN为额定电流； Ist为启动电流；Kst为启动电流倍数,主要知识点及计算公式,六）计算示例及例题习题,某炼铁车间有一10吨桥式天车，PN=39.6kW，N=40%，=0.8，cos=0.5。试求该电动机在=25%，时的Pe 及P30，Q30的值。 解,某机修车间有一台电焊机SN=42kVA，N=60%，cos=0.62 =0.92 。试求该电焊机的Pe 及P30，Q30的值。 解,例题,例题,习题2-2

8、,解：此题为多组计算负荷计算,1、先求各组计算负荷,1）冷加工机床，查表得kd=0.2 cos=0.5 tg =1.73,2）行车，查表得kd=0.15 cos=0.5 tg =1.73,3）通风机，查表得kd=0.8 cos=0.8 tg =0.75,4）点焊机，查表得kd=0.35 cos=0.6 tg =1.33,取,2、再求多组计算负荷,习题2-6,解：1、先求一次侧（10kV）的计算负荷及其功率因数,因为,所以,2、求低压母线上应装设多大并联电容器容量才能满足要求,因为,所以,取,习题2-8,个,取3的整数，57个,三、短路电流计算,主要知识点及计算公式,Uc为短路点的计算电压（或平

9、均额定电压），按高于5%额定电压取值，如：0.4、6.3、10.5kV等,1、标幺值概念,任意一个物理量的标幺值,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,标幺制法,重点,2）电力变压器,3）电力线路,3、三相短路电流计算,根据 可以分别计算出,Uc为元件所在处的计算电压,2、各元件标幺值计算,1）电力系统,在高压电路中发生短路时，常取,所以,在低压电路中发生短路时，常取,在无限大容量系统中有,所以,4、三相短路容量,1）确定各基准值； （2）分别计算各元件电抗标幺值； （3）根据计算电路绘出等效电路，并将各元件电抗标

10、幺值和短路计算点一一标出在等效电路上； （4）分别求出各短路计算点的总电抗标幺值； （5）分别计算各短路计算点的各短路参数值； （6）将各计算结果列表,6、计算步骤,5、两相短路电流的计算,7、计算示例及例题习题,已知供电系统如图所示，系统出口断路器的断路容量为500MVA。 求：1）工厂配电所10kV母线上k1点和车间变电所低压380V母线上k2点短路回路的总电抗标幺值,2）k1 ，k2两点的,及,值,值,解：1、先求k1点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量 取,例题,算出各元件电抗标么值,k1点等效电路,短路回路阻抗、短路电流及短路容量,2、再求k2点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量,算

11、出各元件电抗标么值,k2点的等效电路,短路回路阻抗、短路电流及短路容量,3、将计算结果列下表,变配电所的任务,变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务。 配电所担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务,变配电所的类型,1. 总降压变电所 在大型企业或用电负荷较大的中型企业设置,2. 车间变电所 在大型企业或中小型企业设置,3. 高压配电所（开关站） 在大中型企业设置,主要知识点,电力变压器的选择,1）主变压器台数选择 （1）一、二级负荷所占比重较大的变电所选两台。以互为备用（明备用和暗备用），检修等。 （2）对于季节性负荷、昼夜变动较大的负荷、负荷曲线相差很大的几个车间负荷

12、选两台。 （3）除此之外选一台。 2）主变压器容量选择 （1）安装一台变压器的变电所：SN . TS30 （2）安装两台变压器的变电所应同时满足： SN . T 70%S30；SN . T S 30（I+II,高、低压设备及其选择,主要知识点及计算公式,3）车间变电所主变压器选择 （1）一般情况应选一台；容量在1250kVA以下，主要考虑电能损耗小和选择开关等方便。 （2）个别情况时选1250kVA2000kVA。 另外，在考虑变压器容量时要留有15%左右的欲量，以便发展,电压互感器（文字符号TV）、电流互感器（文字符号TA）统称互感器。就其结构和工作原理来说，与变压器类似，是一种特殊的变压器

13、,电流互感器和电压互感器,简单的说：无论电压互感器还是电流互感器，其功能一是供测量回路；而是供保护回路,电流互感器使用注意事项 电流互感器工作时二次侧不得开路； 电流互感器二次侧必须接地； 电流互感器接线时，其端子的极性必须正确,电压互感器使用注意事项 电压互感器工作时二次侧不得短路； 电压互感器二次侧必须接地； 电压互感器接线时，其端子的极性必须正确,高压熔断器,1）符号：文字符号：FU；图形符号： （2）作用：串联在被保护的电路中，主要起短路保护作用；有的兼有过载保护。 （3） 结构：主要由熔体和熔管（也叫熔断器）组成,高压隔离开关,1）符号：文字符号：QS；图形符号： 例如：GN8-10

14、/600，G：隔离；N：户内型；8：设计序号；10：电压（kV）；600：额定电流（A）。 （2）作用：串联在电路中，起隔离电源作用；开断时有明显的断开点。 （3）结构：由静触座、动触座和可分、合的闸刀组成。 （4）操作：手力。 注意：因无熄弧能力，禁止带负荷拉闸,高压负荷开关,1）符号：文字符号：QL；图形符号： 例如：FN3-10/RT，F：负荷；N：户内型；3：设计序号；10：电压（kV）；R：带熔断器T：热脱扣（过负荷跳闸）。 （2） 作用：串联在电路中，可通、断一定的负荷电流和过负荷电流。 注意：必须与熔断器配合使用，禁止切断短路电流,高压断路器,1） 符号：文字符号：QF；图形符号

15、： 例如：SN10-10I，S：少油；N：户内型；10：设计序号；10：电压（kV）；I：I型。 ZN5-10/630，Z：真空；N：户内型；5：设计序号；10：电压（kV）；630：额定电流（A）。 （2）作用：串联在电路中，可通、断正常的负荷电流、切断过负荷电流以及短路电流；还能与继电保护装置配合自动跳闸。 （3） 结构：由静触头、动触头、灭弧装置和操作机构等组成。 （4） 操作：有手力、电磁和弹簧储能三种。 （5）分类：按灭弧介质分有油断路器（又分多油和少油型）、真空断路器和六氟化硫（SF6）断路器三种,高、低压一次设备的选择,1）I N I L （2）UNU （3）装置类别（户内、户外

16、） （4）准确度级（TV、TA,1. 按正常工作条件选,1）断流能力 （2）热稳校验 （3）力稳校验,2. 按短路条件校验,3.兼故其他 安全性、可靠性、经济性以及运行维护是否方便等,低压一次设备,1. RTO型有填料封闭管式熔断器,低压熔断器,2. RM10型无填料密闭式熔断器,低压开关设备,1.低压刀开关,1） 符号：文字符号：QK；图形符号： （2） 作用：串联在电路中，一般在无负荷下操作，主要作隔离开关使用,2. 熔断器式刀开关（低压刀熔开关,1） 符号：文字符号：QKF或FU-QK；图形符号： （2） 功能：具有刀开关和熔断器双重功能,3.低压断路器（自动开关,1） 符号：文字符号：

17、QF；图形符号： （2） 作用：串联在电路中，既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸，其功能与高压断路器类似。 （3） 操作：手力合闸，自动跳闸,工厂变配电所的主接线图,对变配电所的主接线的基本要求是：安全，可靠，灵活，经济,主接线的定义：变配电所的主接线是供配电系统中为实现电能输送和分配的一种电气接线,主接线的构成：一般由变压器、母线、断路器、隔离开关、互感器、熔断器、避雷器、电进线和高压配出线等按一定方案连接的电气接线,1）优点 成本低，投资少，安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障等。 2）缺点 直接受大气影响，易受雷击和污秽空气危害，且架空线路要占用一

18、定的地面和空间，有碍交通和观瞻，在应用上受到一定影响。 3）适用 架空线路在供电区域之外的电源引入线路及部分供电区域内（例如一般工厂）得到广泛应用,架空线路的特点及适用,工厂电力线路及其接线方式,工厂高压线路有放射式、树干式和环形等三种接线方式,主要知识点及计算公式,1）优点 受外界因素（雷电、风害等）的影响小，供电可靠性高，不占路面，不碍观瞻，且发生事故不易影响人身安全。 2）缺点 成本高，投资大，查找故障困难，工艺复杂，施工困难。 3）适用 在建筑或人口稠密的地方，特别是有腐蚀性气体和易燃、易爆的场所，不方便架设架空线路时，宜采用电缆线路。 在现代化工厂和城市中，电缆线路已得到日益广泛的应

19、用,电缆的特点及适用,1. 车间线路的导线种类和结构 1）绝缘导线 按芯线材料分 分为铜芯和铝芯两种； 按导线绝缘材料分 分为有橡皮绝缘导线和塑料绝缘导线两种； 常见的绝缘导线型号有：BX（铜芯橡皮绝缘导线）、BLX（铝芯橡皮绝缘导线）、 BV（铜芯塑料绝缘导线）、 BLV （铝芯塑料绝缘导线）。 2）裸导线 配电用裸导线大多采用硬母线的结构，其截面形状有圆形、管形和矩形等，其材质有铜、铝和钢。 常见的有矩形硬铝母线（LMY）和硬铜母线（TMY,为了识别裸导线（裸母线）的相序，交流L1、L2、L3（以前的A、B、C） 分别用黄、绿、红表示；PEN和N线用淡蓝表示；PE线用黄绿双色表示,导线和电

20、缆截面的选择计算,应根据不同情况，在以下四种选择方法中确定选择原则： a按允许发热条件选；b按允许电压损耗选；c按经济电流密度选；d按机械强度选,选择原则,1、按允许发热条件选择,1）三相系统相线截面的选择,其导线允许电流不应小于通过相线的计算电流，即,导线与电缆截面的选择方法,为线路的允许电流，是在空气中敷设25条件下；土壤中敷设15条件下。否则引入温度校正系数K,温度校正系数,见附录表,主要知识点及计算公式,已知BLX和BLV型导线，明敷，I30=50A，30条件，试选择导线截面。 解：BLX和BLV中的B：绝缘导线；L：铝心：X：橡胶（皮）绝缘；V：塑料绝缘。 查P364附录表得： BL

21、X，30，如选A =10mm2，I al=60A（50A）； BLV，30，如选A =10mm2，I al=55A（50A,例题,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,截面不同要求也不同,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,2、按经济电流密度选择截面,经济截面,经济电流密度 可查表,3、线路电压损耗的计算（根据电压损耗选择截面

22、,导线和电缆的电压损耗，不应超过允许的电压损耗。一般不超过5,推广到n个集中负荷有,或,1,2,常用百分值表示,2,若各段导线采用相同截面,则有,所以,由有功负荷和电阻引起的电压损耗,由无功负荷和电抗引起的电压损耗,额定电压为10kV的厂区架空线路，选用LGJ-95型导线，布置成正三角形，相间距离为1m，其他条件如图所示，试求干线电压损耗,所以,解：根据A=95mm2，aav=1000mm，查得 r0=0.33/km，x0=0.334/km,例题,用百分值表示得,2）按允许电压损耗选择导线截面,当,不能忽略时求A,计算步骤,初设x0，架空线取x0=0.30.4/ km；电缆线取x0=0.070

23、.08/ km,计算,计算,再计算,mm,选出标准截面,A选出后，相应的r0、x0由附录表或其他资料查得。将r0、x0代入公式（3）或（4）校验电压损耗，若不合格，将A放大一级，再校验一次,如上例题，若允许电压损耗为5%，试按允许电压损耗选择其 导线的截面,解：设x0=0.37/ km有,因为,则有,所以,所以,mm,取A=120 mm，查表得aav=1000mm时，r0=0.27/km，x0=0.327/km,例题,所以,因为Ual=500VU=463V所以满足电压损耗的要求,4、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,所选截面应不小于最小截面，即

24、,工厂供电系统的过电流保护,继电保护装置任务是：借助断路器自动地、有选择地迅速将故障元件从供电系统中切除，并发出信号,对保护装置的要求,1、选择性,2、速动性,3、可靠性,4、灵敏性,主要知识点及计算公式,电磁式电流继电器（DL-10,电流继电器在继电保护装置中作为启动元件,图形符号和文字符号,a) 集中表示的图形 b)分开表示的图形,能使电流继电器动作的最小电流，称为电流继电器的动作电流，用Iop.KA表示,动作电流、返回电流及返回系数,能使电流继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为电流继电器的返回电流，用Ire.KA表示。 继电器的返回电流与动作电流之比，称为电流继电器的返回系数，

25、用Kre表示,电磁式时间继电器（DS-110、120,1）图形符号和文字符号,时间继电器在继电保护装置中作为时限元件,电磁式中间继电器（DZ-10,1）图形符号和文字符号,中间继电器在继电保护装置中作为出口元件,4、电磁式信号继电器（DX-11,信号继电器在继电保护和自动装置中用来作为信号指示元件,1）信号继电器的图形符号和文字符号,GL系列电流继电器（GL-10、20,1）图形符号和文字符号,GL型继电器的动作特性 两个系统的动作特性如下,工厂高压线路的继电保护,1）定时限过电流保护装置,1）动作电流的整定,整定原则：返回电流应躲过线路的最大工作电流,2）动作时限的整定,按阶梯整定原则，上一

26、级动作时限应比下一级大一个时限阶段t，即：t1=t2+t。 时限阶段t：定时限保护取0.5s,3）灵敏度校验,应以系统在最小运行方式下，被保护线路末端两相短路电流 来校验,校验原则,电流速断保护装置,在过电流保护动作时间超过0.50.7s时，应装设瞬动的电流速断保护装置，作为快速动作的主保护,整定原则： 动作电流应躲过系统在最大运行方式下，被保护线路末端三相短路电流Ik1max,1）动作电流的整定,2）灵敏度校验,校验原则：应以系统在最小运行方式下，速断保护装置安装处两相短路电流来校验,3）死区问题及弥补,死区：即速断保护的不动作区。 弥补：由定时限过流保护装置来弥补，在速断保护区内，定时限过

27、流保护是速断保护的后备保护,电力变压器的继电保护,温度升高；过负荷；单相接地（小接地电流系统）漏油,一）变压器（油浸式）的故障类型及不正常工作状态,1、内部故障,内部任何形式的相间短路； 内部单相接地短路（大接地电流 系统）；内部的匝间、层间短路,2、外部故障,出、入口处绝缘套管的相间短路；出、入口处绝缘套管单相 接地短路,3、不正常的工作状态,规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的匝间短路；外部短路引起的过电流；中性点直接接地系统中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；过负荷；油面降低；变压器温度升

28、高或油箱压力升高或冷却系统故障。不同容量、不同使用地点的变压器装设的保护装置不同，见规程规定,二）变压器继电保护的装设原则,1、610kV车间变电所及小型工厂变电所的主变压器装设：定时 限过流；电流速断保护,具体如下,2、上述情况如果变压器容量大于400kVA（车间变），800 kVA （其他变），应另装气体保护,3、过负荷保护（有过负荷可能的装,4、35kV及以上电压的工厂总降压变电所装：定时限过流；电流速断；单台容量10000kVA、两台并联单台容量在6300 kVA及以上装差动保护（取代电流速断保护）；过负荷保护（有过负荷可能的装）；气体保护,变压器的瓦斯保护（也称气体保护,瓦斯保护也称气体保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置，瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器(又称气体继电器KG,瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，特别是内部匝间短路时， 是其他保护不可比拟的。但是气体保护对变压器的外部故障无能为力,此外，还有变压器的定时限过流保护， 电流速断保护过负荷保护；差动保护,电气安全，防雷与接地,安全电流：我国一般取30 mA（工频交流）为安全电流,电流性质：工频交流对人体的伤