工厂供电复习课

1、第一章 电力系统概论1.1. 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.电力系统的定义 按对象描述： 发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体； 按过程描述： 由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等用电设备和技术组成的一个将一次能源转换成电能的统一系统。第一章 工厂供电系统的基本概念电力电力系统简图系统简图2.电力系统的组成3动力系统 动力系统 ：电力系统与“动力部分”的总和。动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示。可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系统的组成部分。发电厂的电力部分属于电力系统，动力发电厂的电力部分属于电力系统，动力部分属于动力系统。部分属于动力系统。动力系

2、统动力系统、电力系统、电力网三部分的关系图、电力系统、电力网三部分的关系图要求：（1）安全、可靠首要任务；（2）保证良好的供电质量（优质）；（3）经济性（高效）；（4）灵活、方便且有冗余；4 电力电力系统运行的特点和要求系统运行的特点和要求1.2 电力系统额定电压电力系统额定电压额定电压等级规定 由于 ，当输送功率S 一定时，U越高，I 越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也就越小； 对于一定的输送功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压，此时最为经济。主要分成：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;UIS31.3 中性点运行方式分类及特

3、点中性点运行方式分类及特点中性点不接地系统发生单相接地时特征：中性点不接地系统发生单相接地时特征：经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地总电容电流的对地总电容电流的3倍倍；中性点对地电压升高为相电压；中性点对地电压升高为相电压；非故障相的对地电压升高为线电压；非故障相的对地电压升高为线电压；线电压与正常时的相同，依然对称；线电压与正常时的相同，依然对称；适用范围： 中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不大中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不大的电网：的电网： 3-10kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id30

4、A； 35-60kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id10A；1.4 低压配电系统的接地型式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）或保护中性线（PEN）。 低压配电系统按接地型式，分TN系统、TT系统和IT系统。1.5 电能的质量指标电能的质量指标 衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性。（1）电压 电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压波动与闪变和电压波形来衡量。（2）频率 频率的质量是以频率偏差来衡量。1.6 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成（1）电源系统

5、外部供电系统；（2）变配电系统内部变配电系统总降压变电所总降压变电所接受、变压、分配；接受、变压、分配；高压配电所高压配电所接受、分配电能；接受、分配电能；车间变电所高压配电线路（车间变电所高压配电线路（6KV10KV）低压配电线路（低压配电线路（380/220V）（1）电力负荷 ( electric power load) a 用电设备 b用电设备需用的电功率 简称负荷或功率。2.1 电力负荷的基本概念电力负荷的基本概念（2）电力负荷的分级：一级负荷：（特别重要的负荷）、二级负荷：非常重要的负荷，三级负荷： 为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷均属于三级负荷。2.2 负荷计算负荷计算（1）

6、计算负荷的思路 周期短时工作的设备功率计算：需要将设备额定暂载率下的额定功率换算成标准暂载率下的设备功率。 设备容量不是设备的计算负荷，实际上是换算到一定标准工作制下的额定负荷。（断续周期工作制设备暂载率的换算） 实际中求解计算负荷的思路：需要系数法需要系数法二项式系数法二项式系数法需要系数是按照车间以上的负荷需要系数是按照车间以上的负荷情况来确定的，适用于变、配电情况来确定的，适用于变、配电所的负荷计算所的负荷计算。 P30=KdPe。二项式系数法考虑了用电设备中二项式系数法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加功率，一般适用于荷影响的附加功率，

7、一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷低压配电支干线和配电箱的负荷计算计算。 P30= bPe +c Px。（2）计算负荷的方法短路名称 表示符号 示 图 短路性质 特点 单相短路 不对称短路 短路电流仅在故障相中流过，故障相电压下降，非故障相电压会升高 两相短路 不对称短路 短路回路中流过很大的短路电流，电压和电流的对称性被破坏 两相短路接地 不对称短路 短路回路中流过很大的短路电流，故障相电压为零， 三相短路 对称短路 三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零 )1(k)2(k)1 , 1(k)3(k第第三三章章 短路电流计算短路电流计算p无限大容量系统无限

8、大容量系统n 无限大容量是理想情况，是一相对概念。无限大容量是理想情况，是一相对概念。n 指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗远小于短路回路的总生三相短路时电源系统的阻抗远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。系统的母线电压都能基本维持不变。n 真正无限大容量的电源是不存在的。真正无限大容量的电源是不存在的。n 工程计算处理方法当电源系统容量超过用户容量的50倍时，或电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗510，可将其视为无限大

9、容量电源系统。p短路时的最大电动力计算短路时的最大电动力计算n当发生三相短路时，三相短路冲击电流当发生三相短路时，三相短路冲击电流 在中间相在中间相(B相相)产生的电动力产生的电动力 (N)最大，其值为最大，其值为)3(shi)3(F7)3()3(1032aliFsh三相短路冲击电流(A) 导 体 两 相 邻支 持 点 间 的档距(mm) 两 导 体 间 的轴间距(中心距)(mm) n 校验电气设备和导体的动稳定度都采用三相短路冲击校验电气设备和导体的动稳定度都采用三相短路冲击电流电流 ，或短路后第一个周期的三相短路全电流有效，或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值值 。 )3(shi)3(

10、shI短路电流的热效应短路电流的热效应p定义定义n供配电系统发生短路时，产生的短路电流很大。强供配电系统发生短路时，产生的短路电流很大。强大的短路电流通过电气设备或载流导体产生的热量大的短路电流通过电气设备或载流导体产生的热量使其温度急剧升高，称为使其温度急剧升高，称为短路电流的热效应短路电流的热效应。 电气设备和载流导体都有规定的电气设备和载流导体都有规定的最高允许温度最高允许温度。此处有计算题，书上此处有计算题，书上69页例题页例题3-4第四章第四章 工厂变配电所及其一次系统工厂变配电所及其一次系统4.1 工厂变配电所常用的高压电器工厂变配电所常用的高压电器 p高压隔离开关高压隔离开关(Q

11、S) 高压隔离开关具有高压隔离开关具有明显明显的的分断间隙分断间隙，因此它主要用来，因此它主要用来隔离隔离高压电源高压电源，保证安全检修，并能通断一定的小电流（如，保证安全检修，并能通断一定的小电流（如2A2A以下以下的空载变压器励磁电流、电压互感器回路电流、的空载变压器励磁电流、电压互感器回路电流、5A5A以下的空载以下的空载线路的充电电流）。它线路的充电电流）。它没有专门的灭弧装置没有专门的灭弧装置，因此，因此不允许切断不允许切断正常的负荷电流正常的负荷电流，更，更不能用来切断短路电流不能用来切断短路电流。因隔离开关具有。因隔离开关具有明显的断开间隙，因此它明显的断开间隙，因此它通常与断路

12、器配合使用。通常与断路器配合使用。 n操作操作隔离开关的操作顺序隔离开关的操作顺序停电先停电先拉线路侧拉线路侧隔离开关隔离开关；送电先送电先合母线侧隔离开关合母线侧隔离开关在操作隔离开关前，先注意检查在操作隔离开关前，先注意检查断路器确在断开位置后断路器确在断开位置后，才能操作隔离开关。才能操作隔离开关。p高压断路器高压断路器(QF) n高压断路器具有高压断路器具有可靠的灭弧装置可靠的灭弧装置。它不仅能通断正常的负荷。它不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承担一定时间的电流，而且能接通和承担一定时间的短路电流短路电流，并能在保护装，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。置作用下自动跳闸

13、，切除短路故障。n高压断路器的型式可按使用场合分为高压断路器的型式可按使用场合分为户内户内和和户外户外两种，也可两种，也可以按断路器采用的灭弧介质分为以按断路器采用的灭弧介质分为压缩空气断路器压缩空气断路器、油断路器油断路器、真空断路器真空断路器、SFSF6 6断路器断路器等多种型式。等多种型式。n隔离开关与断路器配合使用控制电力线路时，断路器和隔离隔离开关与断路器配合使用控制电力线路时，断路器和隔离开关的操作必须按照一定顺序操作：开关的操作必须按照一定顺序操作：分闸时分闸时，先分断路器，后，先分断路器，后分隔离开关；分隔离开关；合闸时合闸时，先合隔离开关，后合断路器，先合隔离开关，后合断路器

14、。 p高压负荷开关高压负荷开关(QL) n高压负荷开关能通断高压负荷开关能通断正常的负荷电流正常的负荷电流和和过负荷电流过负荷电流，隔离高压电，隔离高压电源。有些高压负荷开关断开后，具有明显可见的断口。源。有些高压负荷开关断开后，具有明显可见的断口。n高压负荷开关只有简单的灭弧装置，因此它高压负荷开关只有简单的灭弧装置，因此它不能切断或接通短路不能切断或接通短路电流电流。高压负荷开关使用时。高压负荷开关使用时通常与高压熔断器配合使用通常与高压熔断器配合使用，利用熔，利用熔断器来切断短路故障。断器来切断短路故障。 p高压熔断器高压熔断器(FU) n熔断器一般由熔断器一般由熔管、熔体、灭弧填充物、

15、指示器、静触座等熔管、熔体、灭弧填充物、指示器、静触座等构成。构成。n工厂工厂供电系统中，对容量小而且不太重要的负载，广泛使用高压供电系统中，对容量小而且不太重要的负载，广泛使用高压熔断器作为输、配电线路及电力变压器（包括电压互感器）的短路熔断器作为输、配电线路及电力变压器（包括电压互感器）的短路及过载保护及过载保护。表表2.1 常用的电气设备图形符号和文字符号常用的电气设备图形符号和文字符号 G交流发电机交流发电机 S熔断器式开关熔断器式开关 电缆及其终端头电缆及其终端头 FU熔断器熔断器 X端子端子 QL负荷开关负荷开关 三相导线三相导线 QS隔离开关隔离开关 W导线、线路导线、线路 QF

16、 断路器（自动开关）断路器（自动开关） W母线母线 QK 刀开关刀开关 图形符号图形符号 文字符文字符号号 电气设备名称电气设备名称 图形符号图形符号 文字符文字符号号 电气设备名称电气设备名称 表表2.2 常用的电气设备图形符号和文字符号常用的电气设备图形符号和文字符号 TV三绕组电压互感器三绕组电压互感器 TA电流互感器（具有电流互感器（具有两个铁心和两个二两个铁心和两个二次绕组）次绕组）C电容器电容器 L电抗器电抗器 T三绕组变压器三绕组变压器 TA电流互感器（具有电流互感器（具有一个二次绕组）一个二次绕组）TV电压互感器电压互感器 T三相变压器三相变压器 T单相变压器单相变压器 T三相

17、变压器三相变压器 M交流电动机交流电动机 F阀式避雷器阀式避雷器 图形符号图形符号 文字符号文字符号 电气设备名称电气设备名称 图形符号图形符号 文字符号文字符号 电气设备名称电气设备名称 4.2 电流互感器电流互感器和电压互感器和电压互感器 p电流互感器和电压互感器电流互感器和电压互感器统称统称互感器互感器，是种是种特殊的变压器。特殊的变压器。 n（1）变换变换功能功能，把把大电压和大电流变换为低电压和小大电压和大电流变换为低电压和小电流，便于连接测量仪表和继电器。电流，便于连接测量仪表和继电器。n（2）隔离隔离作用作用，使使仪表、继电器等二次设备与主电路仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。

18、绝缘。n（3）扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围，）扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围，使仪表、继电器等二次设备的规格统一，利于批量生产。使仪表、继电器等二次设备的规格统一，利于批量生产。 n电流互感器的一次电流与其电流互感器的一次电流与其二次电流之间的关系：二次电流之间的关系： 22121)(IKINNIi电流互感器电流互感器电流互感器电流互感器的变流比的变流比1-1-铁心铁心 2-2-一次绕组一次绕组 3-3-二次绕组二次绕组1）电流互感器的）电流互感器的一次绕组匝数很少一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很二次绕组匝数很多多。2）一次绕组导体粗一次绕组导体粗，二次绕组导体细二次绕组

19、导体细，二次绕组的额，二次绕组的额定电流一般为定电流一般为5A（有的为（有的为1A）。）。3）工作时，一次绕组串联在一次电路中，二次绕组串）工作时，一次绕组串联在一次电路中，二次绕组串联在仪表、继电器的电流线圈回路中，二次回路阻抗很联在仪表、继电器的电流线圈回路中，二次回路阻抗很小，二次回路接近于短路状态。小，二次回路接近于短路状态。 n电流互感器的特点电流互感器的特点n电流互感器使用注意事项及处理电流互感器使用注意事项及处理1）电流互感器）电流互感器在工作时二次侧不能开路在工作时二次侧不能开路。如果开路，二次。如果开路，二次侧会出现危险的高电压，危及设备及人身安全。而且铁心会侧会出现危险的高

20、电压，危及设备及人身安全。而且铁心会由于二次开路磁通剧增而过热，并产生剩磁，使得互感器准由于二次开路磁通剧增而过热，并产生剩磁，使得互感器准确度降低。确度降低。 2）电流互感器的二次侧必须有一端接地电流互感器的二次侧必须有一端接地，防止其一、二次，防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及人生安绕组间绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及人生安全和测量仪表、继电器等设备的安全。全和测量仪表、继电器等设备的安全。 3）电流互感器在连接时必须注意端子极性，防止接错线。）电流互感器在连接时必须注意端子极性，防止接错线。1）一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少，相当于一）一次绕组匝数

21、很多，二次绕组匝数很少，相当于一个降压变压器。个降压变压器。2）工作时一次绕组并联在一次电路中，二次绕组并联）工作时一次绕组并联在一次电路中，二次绕组并联接仪表、继电器的电压线圈回路，二次绕组负载阻抗很接仪表、继电器的电压线圈回路，二次绕组负载阻抗很大，接近于开路状态。大，接近于开路状态。3）一次绕组导线细，二次绕组导线较粗，二次侧额定）一次绕组导线细，二次绕组导线较粗，二次侧额定电压一般为电压一般为100V，用于接地保护的电压互感器的二次侧，用于接地保护的电压互感器的二次侧额定电压为额定电压为V，开口三角形侧为，开口三角形侧为100/3V。n 电压互感器的电压互感器的结构结构特点特点1）电压

22、互感器在工作时）电压互感器在工作时二次侧不能短路二次侧不能短路。电压互感器。电压互感器的一、二次侧都必须实施短路保护，装设熔断器。的一、二次侧都必须实施短路保护，装设熔断器。 2）电压互感器）电压互感器二次侧有一端必须接地二次侧有一端必须接地。防止电压互感。防止电压互感器一、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，器一、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。危及人身和设备安全。 3）电压互感器接线时）电压互感器接线时必须注意极性必须注意极性。防止接错线时，。防止接错线时，引起事故。单相电压互感器分别标引起事故。单相电压互感器分别标A、X和和a、x。三相电。三相电压

23、互感器分别标压互感器分别标A、B、C、N和和a、b、c、n。 n电压互感器的使用注意事项及处理电压互感器的使用注意事项及处理p低压断路器低压断路器 低压断路器又称低压断路器又称自动空气开关自动空气开关，它既能带负荷接通和切，它既能带负荷接通和切断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸，断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸，保护电力线路和电气设备免受破坏。它被保护电力线路和电气设备免受破坏。它被广泛用于发电厂和广泛用于发电厂和变电所，以及配电线路的交直流低压电气装置中，适用于正变电所，以及配电线路的交直流低压电气装置中，适用于正常情况下不频繁操作的电路。常情况下不频繁

24、操作的电路。 自动开关带有多种脱扣器，能够起到自动开关带有多种脱扣器，能够起到过流过流、过载过载、失压失压、欠压保护欠压保护等功能。等功能。 4.3 工厂工厂变配电所常用的低压开关电器变配电所常用的低压开关电器 4.4 电力变压器电力变压器 电力变压器是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满电力变压器是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核心器件，使用最多的是足不同电压等级负荷要求的核心器件，使用最多的是三相油浸三相油浸式电力变压器式电力变压器和和环氧树脂浇注式干式变压器环氧树脂浇注式干式变压器。电力变压器的绕。电力变压器的绕组导体材质有组导体材质有铜绕组铜绕组和和铝

25、绕组铝绕组。p种类种类n电力变压器按调压方式分，有电力变压器按调压方式分，有无载调压无载调压和和有载调压有载调压两大两大类，工厂变电所中类，工厂变电所中大多采用无载调压方式大多采用无载调压方式的变压器。的变压器。n变压器按绕组绝缘方式及冷却方式分，有变压器按绕组绝缘方式及冷却方式分，有油浸式油浸式、干式干式和和充气式充气式等。工厂变电所中大多采用油浸自冷式变压器。等。工厂变电所中大多采用油浸自冷式变压器。n（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、供有大量一、二级负荷二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无的变电所应采用两台变压器

26、，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。与其他变电所的联络线。n （2）对）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。考虑采用两台主变压器。n （3）一般的三级负荷一般的三级负荷，只采用一台主变压器。，只采用一台主变压器。n （4）考虑）考虑负荷的发展负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。，留有安装第二台主变压器的空间。 p主变压器台数的选择原则主变压器台数的选择原则n（1）只装一台主变压器时）只装一台主变压器

27、时主变压器的额定容量主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计应满足全部用电设备总的计算负荷算负荷S30的需要：的需要： SN.T S30n（2）装有两台变压器时）装有两台变压器时每台主变压器的额定容量每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个条应同时满足以下两个条件：件： SN.T （0.6 0.7）S30 SN.T S(+)p工厂变配电所主变压器容量的选择工厂变配电所主变压器容量的选择计算负荷中的全计算负荷中的全部一、二级负荷部一、二级负荷n 电力系统中通常按照母线的形式对电气主接线进行电力系统中通常按照母线的形式对电气主接线进行分类分类：4.5 主接线的基本接线方式主接线的

28、基本接线方式p高、低压电力线路的基本接线方式有三种类型：n放射式n树干式（可靠性低）n环式 5 工厂电力线路工厂电力线路 架空线路和电缆线路是应用最普遍的两大类室外架空线路和电缆线路是应用最普遍的两大类室外供电线路。供电线路。 架空线路在城区外部应用的较为广泛。架空线路在城区外部应用的较为广泛。 优点优点：成本低、投资少、安装容易、维护和检修方：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；便，易于发现和排除故障； 缺点缺点：架空线路会占用较多的土地，影响环境美观，：架空线路会占用较多的土地，影响环境美观，易发生故障，可能会影响交通等；易发生故障，可能会影响交通等； 电缆线路在

29、城市电缆线路在城市(特别是大中城市特别是大中城市)内部应用很内部应用很广泛。广泛。p导线n导线有裸导线和绝缘导线两种。架空线路一般采用裸导线按规定，裸导线A、B、C三相涂漆的颜色分别对应为黄、绿、红三色。n导线在电杆上的排列方式有三种三角形排列水平排列垂直排列 导线、电缆的型号应根据它们所处的电压等级和使用场所导线、电缆的型号应根据它们所处的电压等级和使用场所来选择，具体有下面几个条件：来选择，具体有下面几个条件： 按发热条件按发热条件(负荷电流负荷电流)选选 在在最大允许连续负荷电流最大允许连续负荷电流下，导线发热不超过线芯下，导线发热不超过线芯所允许的温度，不会因过热而引起导线绝缘损坏或所

30、允许的温度，不会因过热而引起导线绝缘损坏或老化加快。老化加快。 按机械强度条件选按机械强度条件选 在正常的工作状态下，导线应有在正常的工作状态下，导线应有足够的机械强度足够的机械强度，以防断线保证安全可靠运行。以防断线保证安全可靠运行。 5.6.2 导线和电缆截面的选择 按允许电压损失选择按允许电压损失选择 导线上的电压损失应低于最大允许值导线上的电压损失应低于最大允许值(5)，以，以保证供电质量。保证供电质量。 按经济电流密度选择按经济电流密度选择 应保证最低的电能损耗，并尽量减少有色金属应保证最低的电能损耗，并尽量减少有色金属的损耗。的损耗。导线通过的电流与导线截面之比p 对于35kV及110kV高压供电线路，其截面主要按照经济电流密度来选择，但应按允许载流量来校验。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。p 车间内动力线路一般按照允许载流量来选择截面。p 照明线路一般按照电压损耗来选择。 p 按经济电流密度选择导线、电缆截面 截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；截面选得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则增加。综合考虑这两方面的因素，定出总的经济效益为最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度jec。