工厂供电第一章(概论)

1、第第1 1章章 概论概论第1章第1页EXIT工厂供电工厂供电内容提要：本章概述供电系统的一些基本知识和基本问题,包括： 供电的意义、要求及涉及课程任务； 电力系统的构成(发电厂、变配电所、电力网及电能的传输)； 工厂供电系统中供电质量； 供配电电压标准及其电压等级的选择； 电力系统的几种中性点运行方式。 第第1 1章章 概论概论第1章第2页EXIT工厂供电工厂供电第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电(plant power supply)，就是指工厂所需电能的供应和分配。 定义定义工厂供电涉及的范围：工厂供电涉及的范围：从电源线路进厂起到所有用电设备进线端止的从电源线路进厂起到

2、所有用电设备进线端止的整个电路系统整个电路系统 。第第1 1章章 概论概论第1章第3页EXIT工厂供电工厂供电第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电对于发展工业生产，实现工业现代化，具工厂供电对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义：有十分重要的意义： 意义意义(1)生产自动化后增加产量、提高质量、减轻劳动强度。 (2)供电中断，会引起设备损坏，可能发生人身事故。在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：易于与其他形式的能源相互转化；易于与其他形式的能源相互转化；输配简单经济；输配简单经济；可以精确控制、调节和测量。可以精确控

3、制、调节和测量。第第1 1章章 概论概论第1章第4页EXIT工厂供电工厂供电第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务电能中断供应的影响：电能中断供应的影响：案例案例1 1：印度大停电：印度大停电案例案例3 3：美国大停电：美国大停电2 2案例案例4 4：深圳大停电：深圳大停电案例案例2 2：美国大停电：美国大停电1 1第第1 1章章 概论概论第1章第5页EXIT工厂供电工厂供电【2008年的第一场雪】08年的春节即将到来之时，一场百年一遇的特大暴雪“雪洗”郴州，本来准备团团圆圆、欢欢喜喜地度年的郴州人民，谁都想不到，等来的却是十几天的断水、断电、断通讯、断交通的境地，整个郴州变成冰天雪地的

4、“孤岛”。第第1 1章章 概论概论第1章第6页EXIT工厂供电工厂供电第第1 1章章 概论概论第1章第7页EXIT工厂供电工厂供电第第1 1章章 概论概论第1章第8页EXIT工厂供电工厂供电第第1 1章章 概论概论第1章第9页EXIT工厂供电工厂供电第第1 1章章 概论概论第1章第10页EXIT工厂供电工厂供电l安全安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生在电能的供应、分配和使用中，不应发生 人身事故和设备事故。人身事故和设备事故。l可靠可靠 应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的 要求。要求。l优质优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。应满足电

5、能用户对电压和频率等质量的要求。l经济经济 供电系统投资少，运行费用低。供电系统投资少，运行费用低。 要求要求第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务第第1 1章章 概论概论第1章第11页EXIT工厂供电工厂供电第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务电气故障引起的设备事故。电气故障引起的设备事故。电气故障引起的火灾事故。电气故障引起的火灾事故。电气故障引起的人身伤害。电气故障引起的人身伤害。触电救护案例。触电救护案例。电电气气安安全全第第1 1章章 概论概论第1章第12页EXIT工厂供电工厂供电第八章第八章 电气安全电气安全 电流在人体中的效应电流在人体中的效应 直接接触的危险与防护

6、措施直接接触的危险与防护措施 间接接触的危险与防护措施间接接触的危险与防护措施第第1 1章章 概论概论第1章第13页EXIT工厂供电工厂供电交流电流通过人体的效应第第1 1章章 概论概论第1章第14页EXIT工厂供电工厂供电交流电流通过人体的效应（续）0.5 mA有感知，没有身体反应有感知，没有身体反应10 mA20 mA肌肉收缩，没有生理损伤肌肉收缩，没有生理损伤人体组织灼伤，呼吸系统麻痹人体组织灼伤，呼吸系统麻痹30 mA严重伤害，心室纤维性颤动严重伤害，心室纤维性颤动1 A心脏停止跳动心脏停止跳动感觉不适，但无实质危险感觉不适，但无实质危险第第1 1章章 概论概论第1章第15页EXIT工

7、厂供电工厂供电人体的电阻抗2550230400干燥皮肤干燥皮肤潮湿皮肤潮湿皮肤湿润的皮肤湿润的皮肤有水的皮肤有水的皮肤R ( kW W )人体的电阻抗在人体的电阻抗在700 700 到到 6100 W6100 W之间，之间，取决于：取决于：电流通路电流通路皮肤潮湿程度皮肤潮湿程度接触面积接触面积接触电压接触电压电流频率电流频率第第1 1章章 概论概论第1章第16页EXIT工厂供电工厂供电电流频率的影响 人体在50/60HZ时最为敏感电流敏感度阈值(mA)(f)30100500501001000DC第第1 1章章 概论概论第1章第17页EXIT工厂供电工厂供电接触电压与允许持续的时间第第1 1章

8、章 概论概论第1章第18页EXIT工厂供电工厂供电最大安全电压皮肤状态 电阻抗 (IEC 60479)UL示例干燥1500 50 V娱乐场所，办公室，商店潮湿1000 24 V洗衣房，冲洗间，施工现场，饲养场非常潮湿 500 12 V游泳池，盥洗室，淋浴间第第1 1章章 概论概论第1章第19页EXIT工厂供电工厂供电电气接触的危险直接接触 直接接触的定义：人体与正常带电导体的接触第第1 1章章 概论概论第1章第20页EXIT工厂供电工厂供电直接接触的防护措施采用阻挡物或置于伸臂范围之外将带电部分加绝缘遮拦或外护物具备IP2X 或 IPXXB的防护等级采用安全超低压 25 V做为补充防护措施：安

9、装30mA剩余电流保护器第第1 1章章 概论概论第1章第21页EXIT工厂供电工厂供电电气接触的危险间接接触 间接接触的定义：人体与正常时不带电，但由于绝缘损坏或其他事故原因可能带电部分的接触第第1 1章章 概论概论第1章第22页EXIT工厂供电工厂供电间接接触的防护措施 自动切断所接电气设备的电源 所有外露及外部可导电部分必须相互连接并可靠接地所有外露及外部可导电部分必须相互连接并可靠接地 当设备出现绝缘故障时，必须自动断开设备中的故障部当设备出现绝缘故障时，必须自动断开设备中的故障部分。接触电压越高，切断电源的速度要求越快，以防产分。接触电压越高，切断电源的速度要求越快，以防产生人身触电危

10、险。生人身触电危险。第第1 1章章 概论概论第1章第23页EXIT工厂供电工厂供电不自动切断电源的间接接触防护 采用安全性特低电压 (SELV) Un 50V 安全隔离变压器安全隔离变压器 不得接地不得接地 采用保护性特低电压 (PELV) Un 25V（兼做直接接触防护时）（兼做直接接触防护时） 安全隔离变压器安全隔离变压器 二次回路可一点接地二次回路可一点接地 采用功能性特低电压 (FELV) Un 50V 普通低压变压器普通低压变压器 需要接地需要接地IEC 60742IEC 60742第第1 1章章 概论概论第1章第24页EXIT工厂供电工厂供电 电气设备的所有外露可导电部分和所有可触

11、及的装置外可导电部分均应接地等电位联结第第1 1章章 概论概论第1章第25页EXIT工厂供电工厂供电第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务课程任务：课程任务：了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握运行维护了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握运行维护和简单设计计算所需的基础知识和基础理论。和简单设计计算所需的基础知识和基础理论。作为一名工业电气自动化技术人员，掌握如何安全、作为一名工业电气自动化技术人员，掌握如何安全、可靠、经济、合理地供配电能和使用电能是实现工业可靠、经济、合理地供配电能和使用电能是实现工业电气自动化的重要保证和基础。电气自动化的重要保证和基础。第第1 1章章 概论概论

12、第1章第26页EXIT工厂供电工厂供电第二节 工厂供电系统、电力系统电能是由发电厂生产，但发电厂往往距离城市和工业中心很远，这就需要将电能经过线路输送到城市或工业企业。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户，同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备。 2.1 电力系统的基本概念 一切大规模现代化工农业生产、交通运输和人民生活都需要电能。第第1 1章章 概论概论第1章第27页EXIT工厂供电工厂供电第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第28页EXIT工厂供电工厂供

13、电 发电机生产的电能，受发电机制造电压的限制，不能远距离输送。因此，通常使发电机的电压经过升压达220500kV，再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区，通过那里的区域降压变电所将电压降到35110kV，然后再用35110kV的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至610kV配电或终端变电所。2.1 电力系统的基本概念 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第29页EXIT工厂供电工厂供电第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第30页EXIT工厂供电工厂供电2.1 电力系统的基本概念 为了提高供电的可靠性和经济性，将各发电厂通过

14、电力网连接起来，并联运行，组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电，图1-8为电力系统的示意图。第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第31页EXIT工厂供电工厂供电第二节 工厂供电系统、电力系统图图1-8 1-8 电力系统示意图电力系统示意图 第第1 1章章 概论概论第1章第32页EXIT工厂供电工厂供电电能的生产电能的生产供用电环节供用电环节变压变压输配电输配电使用使用2.1 电力系统的基本概念 特点：特点：1、电能从生产传输消费的全

15、过程，几乎是同时进行的；而且，发电量是随着用电量的变化而变化，生产量和消费量是严格平衡的。2、电力系统中的暂态过程是非常迅速的。第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第33页EXIT工厂供电工厂供电发电厂基本知识发电厂：将自然界蕴藏的各类天然能源(一次能源)转化为电能(二次能源)的工厂。 分类：1、水力电厂-利用水流的位能生产电能 2、火力电厂和热电厂：利用燃烧的化学能（例如煤的燃烧）来生产电能。 3、核能电厂：利用原子核的裂变能来生产电能 4、其他类型发电厂第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第34页EXIT工厂供电工厂供电火力发电厂火力发电厂水

16、力发电厂水力发电厂原子能发电厂原子能发电厂发电厂发电厂 火力发电厂是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水，利用高温高压的水蒸气推动汽轮机，带动与它联轴的发电机发电。 水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。 原子能发电厂又称核电站，是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。2.1.1 2.1.1 发电厂发电厂 (power plant (power plant）2.1 电力系统的基本概念 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第35页EXIT工厂供电工厂供电2.1.2 2.1.2

17、 变配电所变配电所 变电所变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电能，则称为配电所配电所。 变电所有变电所有升压升压和和降压降压之分。升压变电所多建在发电厂内，把之分。升压变电所多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。 2.1 电力系

18、统的基本概念 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第36页EXIT工厂供电工厂供电降压降压变电所变电所地区降压地区降压变电所变电所 终端变电所终端变电所 工厂降压变电所工厂降压变电所及车间变电所及车间变电所 地区降压变电所又称为一次变电站。地区降压变电所又称为一次变电站。位于一个大用电区或一个大城市附近，从位于一个大用电区或一个大城市附近，从220kV500kV的超高压输电网或发电厂的超高压输电网或发电厂直接受电，通过变压器把电压降为直接受电，通过变压器把电压降为35110kV，供给该区域的用户或大型工厂用供给该区域的用户或大型工厂用电电。 终端变电所又称二次变电站，多

19、位于终端变电所又称二次变电站，多位于用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电所受电，经变压器降到所受电，经变压器降到610 kV，对某个对某个市区或农村城镇用户供电。市区或农村城镇用户供电。 工厂降压变电所又称工厂总降压变电工厂降压变电所又称工厂总降压变电所，与终端变电所类似，它是对企业内部所，与终端变电所类似，它是对企业内部输送电能的中心枢纽。车间变电所接受工输送电能的中心枢纽。车间变电所接受工厂降压变电所提供的电能，将电压降为厂降压变电所提供的电能，将电压降为220/380V，对车间各用电设备直接供电。对车间各用电设备直接供电。 2.1.2 2.1.2 变配

20、电所变配电所 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第37页EXIT工厂供电工厂供电 电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所，总称为电力网，简称电网。 电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。 电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成，从电压的高低可将电力网分为低压网、中压网、高压网和超高压网等。v 电压在电压在1 1kVkV以下的称低压网；以下的称低压网；v 1 1kVkV到到1010kVkV的称中压网；的称中压网；v 高于高于1010kVkV低于低于330330kVkV的称高压网；的称高压网；v 330 330k

21、VkV及以上的称超高压网。及以上的称超高压网。2.1.3 2.1.3 电力网电力网第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第38页EXIT工厂供电工厂供电电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供电范围小，电压一般为35110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。2.1.3 2.1.3 电力网电力网第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第39页EXIT工厂供电工厂供电MC高压配电所（HDS）电源进线电源进线1

22、0KV1号车间变电所（STS1）2号车间变电所（STS2）3号车间变电所（STS3）联络线联络线用电设备用电设备用电设备220/380V 图1-1是一个有代表性的中型企业供配电系统图。按国家标准GB6988-1986电气制图定义：系统图和主电路图一般都用一根线来表示三相线路,即将系统图和主电路图绘成“单线图”形式。2.2.1 2.2.1 中型工厂供电中型工厂供电2.2 工厂供电系统概况第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第40页EXIT工厂供电工厂供电2.2 工厂供电系统概况2.2.2 2.2.2 大型工厂供电大型工厂供电具有总降压变电所。具有总降压变电所。电源进线电源

23、进线经过两次降压经过两次降压第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第41页EXIT工厂供电工厂供电图1-高压深入负荷中心的供配电系统的系统图 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。 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第42页EXIT工厂供电工厂供电只有一个变电所或配电所的企业供配电系统，如图1-所示，这种降压变电所相当于上述的车间变电所。图1-只有一个降压

24、变电所的企业供配电系统的系统图2.2 工厂供电系统概况第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第43页EXIT工厂供电工厂供电 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。 第二节 工厂供电系统、电力系统2.2 工厂供电系统概况第第1 1章章 概论概论第1章第44页EXIT工厂供电工厂供电图图1-2 图图1-1所示工厂供电系统的平面布线示所示工厂供电系统的平面布线示意图意图图图1-1 中型工厂供电系统简图中型工厂供电系统简图 第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第45

25、页EXIT工厂供电工厂供电.3工厂的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。第二节 工厂供电系统、电力系统第第1 1章章 概论概论第1章第46页EXIT工厂供电工厂供电图图1-9 采用柴油发电机组作备用电源的主接线图采用柴油发电机组作备用电源的主接线图 第第1 1章章 概论概论第1章第47页EXIT工厂供电工厂供电第二节 工厂供电系统、电力系统不间断电源装置不间断电源装置(UPS)(UPS)的选择和

26、配电设计：的选择和配电设计：自备应急发电机组：自备应急发电机组：第第1 1章章 概论概论第1章第48页EXIT工厂供电工厂供电第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.1 概述 充分考虑每个用电设备的工作特点和对供电质量指标的具体要求，设计一个安全、可靠、灵活、经济的供电系统对保证工业企业安全生产、节电节能、提高劳动生产率等方面具有重要意义。 供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。 电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量是指电压、频率和波形的质量。 电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动和闪

27、变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不压波动和闪变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不平衡度等。平衡度等。第第1 1章章 概论概论第1章第49页EXIT工厂供电工厂供电 供电可靠性可用供电企业对用户全年供电小时数与全年总小时数（8760h）的百分比来衡量，也可用全年的停电次数及停电持续时间来衡量。供电营业规则规定：供电企业应不断改善供电可靠性，减少设备检修和电力系统事故对用户的停电次数及每次停电持续时间。供电设备计划检修时，对35KV及以上电压供电的用户的停电次数，每年不应超过1次；对10KV供电的用户，每年不应超过3次。 第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.1 概述 第第1 1章章

28、 概论概论第1章第50页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标频率 我国规定的电力系统标称频率（俗称工频）为50Hz，国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。由电力系统供电的交流用电设备的工作频率应与电力系统标称频率相一致。 为了达到某种特殊目的，有些用电设备需在其它频率下工作，则可配以专用变频电源供电，如高频加热、变频电动机调速等。 用户供电系统的电压频率是由电力系统保证的。我国国标规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放宽到0.5Hz。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.1 概述 第第1 1章章 概论概论第1章第51页EXIT工厂供电工厂供电电

29、能质量的主要指标电压理想的供电电压应该是幅值恒为定值的三相对称正弦。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质（如冲击负荷、非线性负荷）等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称上都与理想电压之间存在着差异。 电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动、波形及其三相的对称性（平衡性）的一种质量评估。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.1 概述 第第1 1章章 概论概论第1章第52页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标电压：电压偏差 电压偏差是指电气设备的端电压与额定电压之差。电压偏差计算式如下：电压偏差（）电压偏差（）=（实际电压额定电压）（实际电

30、压额定电压）/ 额定电压额定电压100 电网的电压偏差过大时，不仅影响电力系统的正常运行，而且对用电设备的危害很大。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.2 电压偏差 第第1 1章章 概论概论第1章第53页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标电压：电压偏差 电能质量供电电压允许偏差（GB1232590）规定电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差为：1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户为额定电压的1010；2）10kV及以下高压供电和低压供电允许偏差为77；3）低压220V单相供电电压的允许偏差为7 10。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.2 电压

31、偏差 第第1 1章章 概论概论第1章第54页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标电压：电压偏差 GB500521995供配电系统设计规范规定：正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值（以UN的百分值表示）宜符合下列要求：（1）电动机：规定为+5%（2）照明：在一般工作场所为+5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所难以满足上述要求时，可为+5%、-10%；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5%、-10%。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.2 电压偏差 第第1 1章章 概论概论第1章第55页EXIT工厂供电工厂供电在工业企业中，改善电压偏差的主要措施如下：（1）正确选择无载调

32、压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器；（2）合理减少系统的阻抗；（3）合理改变系统的运行方式；（4）尽量使系统的三相负荷均衡；（5）进行无功功率补偿；无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，它是产生电压偏差的源，因此，合理进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.2 电压偏差 第第1 1章章 概论概论第1章第56页EXIT工厂供电工厂供电图图1-14 电力变压器的分接开关电力变压器的分接开关a) 分接开关接线分接开关接线 b) 分接开关结构分接开关结构1帽帽 2密封垫圈密封垫圈 3操动螺母操动螺母 4定位钉

33、定位钉 5绝缘盘绝缘盘 6静触头静触头 7动触头动触头第第1 1章章 概论概论第1章第57页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标电压：电压波动 电压波动（Fluctuation）是指电网电压有效值（方均根值）一系列的变动或连续的改变。 电压波动值以用户公共供电点的相邻最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示；电压波动的频率用单位时间内电压波动（变动）的次数来表示。 闪变（Flick）由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑产生的刺激效应。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.3 电压波动第第1 1章章 概论概论第1章第58页EXIT工厂供电工厂供电电能质量的主要指标电压：电压波

34、动电压波动是由于负荷急剧变动引起的。负荷的急剧变动，使系统的电压损耗也相应快速变化，从而使电气设备的端电压出现波动现象。例如电焊机、电弧炉和轧钢机等冲击性负荷，都回引起电网电压波动。因此，国家标准GB123261990电能质量.电压允许波动和闪变规定了系统由冲击性负荷产生的电压波动允许值和闪变电压允许值，10KV及以下电网的电压波动不得超过2.5%，35110JV不得超过2%。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.3 电压波动第第1 1章章 概论概论第1章第59页EXIT工厂供电工厂供电电压波动的抑制措施：1）对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。2）设法增大供电

35、容量，减小系统阻抗。3）在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。4）对大容量电弧炉的炉用变压器，宜由短路容量较大的电网供电，一般是选用更高电压等级的电网供电。5）对大型冲击性负荷，可装设能“吸收”冲击无功功率的静止型无功补偿装置。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.3 电压波动第第1 1章章 概论概论第1章第60页EXIT工厂供电工厂供电一、电网谐波（harmonic）的含义 对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量外，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值n=fn/f1) 称为谐波次数。第三节第三

36、节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制7th harmonic5th harmonicfundamentalharmonicsdistorted wavefundamental第第1 1章章 概论概论第1章第61页EXIT工厂供电工厂供电 第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制二、谐波源 在供电系统中，理想的电压和电流波形应为纯正弦波，实际上电压和电流波形都含有谐波。向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。 整流元器件是最主要的谐波源。如UPS，开关电源，变频器等都含有整流器。这些元件轮回地导通和关断，造成了交流电源回路的波形

37、强行发生了变化，使得正弦波产生畸变。电流波形不再是正弦波形。第第1 1章章 概论概论第1章第62页EXIT工厂供电工厂供电第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制三相六脉冲整流在理想情况下的图形利用傅立叶级数进行分解第第1 1章章 概论概论第1章第63页EXIT工厂供电工厂供电根据傅立叶变换原理，通常任何信号都可表示成各种频率成分的正弦波之和。 A0是频率为零的直流分量，式中10010100)sin()sin()cos()(hhhhhhhthAAthbthaAtf)arctan()sin()(2)cos()(2)(1/2000022000hhhhkThhhhTbadtth

38、tfTbdtthtfTabaAdttfTAT第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制第第1 1章章 概论概论第1章第64页EXIT工厂供电工厂供电三、谐波危害 谐波增加电气设备的热损耗，干扰其功能甚至引发故障。另外谐波可对信息系统产生频率藕合干扰。 1.电动机 谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流I一起使设备产生附加热损耗，并且在电动机起动时容易发展成干扰力矩。2.电容器 由于电容器对于谐波的阻抗很小，因此电容器很容易过负荷甚至烧毁。3.电子装置 谐波电压可使晶闸管触发装置发生触发错误，甚至导致设备故障。谐波也会对电网音频控制系统和计算机产生不良影

39、响。 4.通讯系统 在2.5kHz以下导线间电感电容藕合作用随频率呈近似线性上升，特别是较高次谐波会对通讯及信息处理设备产生干扰。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第65页EXIT工厂供电工厂供电四、谐波抑制 为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条： 一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的； 另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制第第1 1章章 概论概论第1章第66页EXIT工厂

40、供电工厂供电谐波抑制的具体措施1）三相整流变压器采用D，Y联结。2）将三相桥式电路的脉动数从6提高到12，将多个谐波源接于同 一段母线，利用谐波的相互补偿作用也可降低电网谐波含量。 3）当谐波量超出规程允许值或者电网在谐波范围内有谐振时，通 常设置单调谐滤波器吸收特征谐波。对于13次及以上的谐波， 可设置一个高通滤波器。4）电容器可通过串联电抗器形成谐波阻塞回路，以防止电容器谐 波过负荷。5）选用Dyn11联结组三相配电变压器。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.4 电网谐波及其抑制第第1 1章章 概论概论第1章第67页EXIT工厂供电工厂供电第第1 1章章 概论概论第1章第68页EXI

41、T工厂供电工厂供电3.5 三相不平衡及其改善一、三相不平衡的产生 在三相供电系统中，如果三相的电压、电流幅值或有效值不等，或者三相的电压或电流相位差不为120o时，则称此三相电压或电流不平衡。 出现三相不平衡的主要原因是三相负荷不平衡所引起的（单相负荷在三相系统中的容量分配和接入位置的不合理、不均衡 ）。短路也引起三相不平衡。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第69页EXIT工厂供电工厂供电二、三相不平衡的分析 不平衡的三相电压或电流，按对称分量法，可分解为正序分量、负序分量和零序分量。 正序分量：三相幅值相等，相位为A1相超前B1相120度，B1相超前C1相

42、120度。 负序分量：三相幅值相等，相序与正序相反。 零序分量：三相幅值、相位均相等。3.5 三相不平衡及其改善第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第70页EXIT工厂供电工厂供电第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第71页EXIT工厂供电工厂供电任何正、负、零对称分量，可合成一组不对称分量。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第72页EXIT工厂供电工厂供电三、电压不平衡度及其允许值 国家标准GB/T155431995电能质量.三相电压允许不平衡度规定：电力系统公共连接点，正常不平衡度允许值为2%

43、，短时不得超过4%；接于公共连接点的每用户，电压不平衡度一般不得超过1.3%。 四、改善三相不平衡的措施3.5 三相不平衡及其改善第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第73页EXIT工厂供电工厂供电第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。工厂电网和电气设备的额定电压可以是不同的电压等级，但均应符合国家关于额定电压的规定。 额定电压 为了便于电器制造业的生产标准化和系列化，国家

44、规定了标准电压等级系列。在设计时，应选择最合适的额定电压等级。所谓额定电压，就是指某一电器(电动机、电灯等)、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。 第第1 1章章 概论概论第1章第74页EXIT工厂供电工厂供电 我国规定了电力设备的统一等级标准。但当线路中输送功率时，沿线路有电压损失，因而电力网中各点的电压是不同的。距离电源愈远的点电压愈低，并且随输送功率的增大，电压损失也增大。 第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 第第1 1章章 概论概论第1章第75页EXIT工厂供电工厂供电 受电器是按标准化生产的，不可能按照图示各点的不同电压来

45、制造电器，而且电力网中各点的电压，也并不是恒定的。为了使所有受电器的实际端电压与它的额定电压之差最小，显然应该采取一个中间值，即取Ue(U1+U3)2来作为受电器的额定电压。该电压也就规定为电力网的额定电压。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 第第1 1章章 概论概论第1章第76页EXIT工厂供电工厂供电分类电网和用电设备额定电压/KV发电机额定电压/KV电力变压器额定电压 /KV一次绕组二次绕组低压0.380.660.400.690.380.660.400.69高压3610-35661102203305003.156.310.513.8，15.75

46、18，20，2224，26-3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518，20，2224，2635661102203305003.15，3.36.3，6.610.5，11-38.572.6121242363550第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第77页EXIT工厂供电工厂供电发电机额定电压的确定 通常认为用电设备一般允许电压偏移5，即沿线的电压降一般为l0，这就要求线路始端电压为额定值的105，以使其末端电压不低于额定值的95%。发电机接于电力线路始端，因此，发电机发电机电压一般比电力网额定电压高5 。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3

47、.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 第第1 1章章 概论概论第1章第78页EXIT工厂供电工厂供电变压器额定电压的规定略为复杂。根据变压器在电力系统中输送功率的方向，规定变压器接受功率一侧的绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。分两种情况进行讨论：1)接到电力网始端即发电机电压母线的变压器(T1)。2)接到电力网受电端的变压器(T2)。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 第第1 1章章 概论概论第1章第79页EXIT工厂供电工厂供电变压器（变压器（T T1 1）一次侧电压一次侧电压由于发电机电压一般比电力网额定电压高由于发电机电压一般比电力网额定电

48、压高5，而且发电机，而且发电机至该变压器间的连线压降较小，为使变压器一次绕组电压与至该变压器间的连线压降较小，为使变压器一次绕组电压与发电机额定电压相配合，可以采用高出电力网额定电压发电机额定电压相配合，可以采用高出电力网额定电压5的电压作为该变压器一次绕组的额定电压。的电压作为该变压器一次绕组的额定电压。 变压器变压器(T2)一次侧电压一次侧电压其一次绕组可以当做受电器看待其一次绕组可以当做受电器看待，因而其额定电压取与受电器的额因而其额定电压取与受电器的额定电压即电力网额定电压相等定电压即电力网额定电压相等 。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压

49、第第1 1章章 概论概论第1章第80页EXIT工厂供电工厂供电变压器二次侧电压由于变压器二次绕组的额定电压，是指变压器空载情况下的额定电压。当变压器带负载运行时，其一,二次绕组均有电压降，二次绕组的端电压将低于其额定电压，如按变压器满载时一、二次绕组压降为5考虑，为使满载时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压5,则必须选变压器二次绕组（如T1、T2）的额定电压比电力网额定电压高出10。当电力网受端变压器供电的线路很短时，其线路压降很小，也可采用高出电力网额定电压加上5%，作为该变压器二次绕组的额定电压。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量第第1 1章章 概论概论第1章第81页EXIT工厂供电工

50、厂供电例题试指出如下图所示的供电网络中，变压器1B二次绕组、2B一次绕组及线路cd 段的额定电压。解： 1B二次绕组U2n应为35KV+10%（35KV）=38.5KV 2B一次绕组U1n应等于线路ab段的额定电压Uab.n即为35KV 线路cd段的Un应等于用电设备额定电压，即为10KV。第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.6 三相交流电网和电力设备的额定电压 第第1 1章章 概论概论第1章第82页EXIT工厂供电工厂供电第三节第三节 电力系统的电压与电能质量3.7 工厂供电电压的选择第第1 1章章 概论概论第1章第83页EXIT工厂供电工厂供电第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.

51、1 电力系统中性点运行方式 在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有三种运行方式：星形联结时，其中性点可有三种运行方式： 中性点不接地、中性点不接地、中性点经阻抗接地中性点经阻抗接地和和中性点直接中性点直接接地接地。 中性点直接接地系统常称大电流接地系统，中性中性点直接接地系统常称大电流接地系统，中性点不接地和中性点经消弧线圈点不接地和中性点经消弧线圈( (或电阻或电阻) )接地的系统称接地的系统称小电流接地系统。小电流接地系统。第第1 1章章 概论概论第1章第84页EXIT工厂供电工厂供电a)a)中性点直接接地中性点直接接地

52、 b) b)中性点不接地中性点不接地c)c)中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地 d) d)中性点经阻抗接地中性点经阻抗接地 第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.1 电力系统中性点运行方式第第1 1章章 概论概论第1章第85页EXIT工厂供电工厂供电1中性点直接接地方式优点：这种方式下的非故障相对地电压不变，电气设备绝缘按相电压考虑，降低设备要求。在中性点直接接地的低压配电系统中，如为三相四线制供电，可提供380220V两种电压，供电方式更为灵活。缺点：这种运行方式发生一相对地绝缘破坏时，就构成单相短路，供电中断，可靠性会降低。第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.1 电力系统中性点

53、运行方式第第1 1章章 概论概论第1章第86页EXIT工厂供电工厂供电2 2中性点不接地方式中性点不接地方式优点：在正常运行时，各相对地分布电容相同，三相对地电容电流对称且其和为零，各相对地电压为相电压。这种系统中发生一相接地故障时，线间电压不变。缺点：发生一相接地故障时，非故障相对地电压升高到原来相电压 倍。故障相电容电流增大到原来的3倍。电气设备的绝缘要按线电压来选择。 第四节第四节 电力系统中性点运行方式3第第1 1章章 概论概论第1章第87页EXIT工厂供电工厂供电正常运行：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

54、。单相接地电流经验公式： 350)35(cabohNCllUI第四节第四节 电力系统中性点运行方式2 2中性点不接地方式中性点不接地方式第第1 1章章 概论概论第1章第88页EXIT工厂供电工厂供电3 3中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式单相接地电容电流IC大于一定值时电力系统中性点就应改为经消弧线圈接地的运行方式，如图1-18所示。消弧线圈实际上就是一种带有铁心的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，而且可以调节。当此系统发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流的相量和。第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.1 电力系统中性点运行方式第第1 1章章

55、概论概论第1章第89页EXIT工厂供电工厂供电4.1 电力系统中性点运行方式结论结论: : 我国我国3-66KV3-66KV的电力系统的电力系统, ,特别是特别是3-10KV3-10KV的系统的系统, ,一般采用一般采用中性点不接地的运行方式。如果单相接地电流大于一定值时中性点不接地的运行方式。如果单相接地电流大于一定值时（3-10KV3-10KV系统中单相接地电流大于系统中单相接地电流大于30A30A，20KV20KV及以上系统中单及以上系统中单相接地电流大于相接地电流大于10A10A）时，则应采用中性点经消弧线圈接地的）时，则应采用中性点经消弧线圈接地的中性点运行方式或低电压电阻接地的运行

56、方式。中性点运行方式或低电压电阻接地的运行方式。 110KV 110KV及以上的电力系统，则都采用中性点直接接地的运及以上的电力系统，则都采用中性点直接接地的运行方式。行方式。第四节第四节 电力系统中性点运行方式第第1 1章章 概论概论第1章第90页EXIT工厂供电工厂供电4.2 低压配电系统的接地型式第四节第四节 电力系统中性点运行方式 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，而且引出中性线N、保护线PE、保护中性线PEN。低压配电系统按接地形式，分为：TN系统TT系统IT系统。第第1 1章章 概论概论第1章第91页EXIT工厂供电工厂供电 中性线（中性线（N N

57、线）的功能：一是用来接额定电压为系统相电压线）的功能：一是用来接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。相电流；三是减小负荷中性点的电位偏移。 保护线（保护线（PEPE线）的功能：它是用来保护人身安全、防止发线）的功能：它是用来保护人身安全、防止发生触电事故的接地线。生触电事故的接地线。 保护中性线（保护中性线（PENPEN线）：它兼有中性线（线）：它兼有中性线（N N线）和保护线线）和保护线（PEPE线）的功能。这种保护中性线在我国通称为线）的功能。这种保护中性线在我

58、国通称为“零线零线”，俗，俗称称“地线地线”。4.2 低压配电系统的接地型式第四节第四节 电力系统中性点运行方式第第1 1章章 概论概论第1章第92页EXIT工厂供电工厂供电TN-C 其中性点引出PEN线，此种系统由于N线与PE线合而为一，节约了导线材料，比较经济。但由于PEN线中有电流通过，可对接PEN线的某些设备产生电磁干扰，因此此种系统不适于对电磁干扰要求高的场所。 此外，如果PEN线断线，可使接PEN线的设备外露可导电部分带电而造成人身触电危险，因此TNC系统也不适于安全要求高的场所。PEN线上不得装设开关和熔断器线上不得装设开关和熔断器，以免PEN线断开造成事故。第四节第四节 电力系

59、统中性点运行方式4.2 低压配电系统的接地型式第第1 1章章 概论概论第1章第93页EXIT工厂供电工厂供电TNS 由于PE线与N线分开，PE线中没有电流通过，因此不会对设备产生电磁干扰，所以这种系统适合于对抗电磁干扰要求高的数据处理、电磁检测等实验场所。当PE线断线时不会使接PE线的设备外露可导电部分带电，因此比较安全，所以这种系统也适合于安全要求较高的场所。 第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.2 低压配电系统的接地型式第第1 1章章 概论概论第1章第94页EXIT工厂供电工厂供电 此系统比较灵活，对安全要求较高及对抗电磁干扰要求较高的场所，采用TNS系统，而其他情况下则采用TNC系统

60、。因此TNCS系统兼有TNC系统和TNS系统的优越性，经济实用。 TNCS 第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.2 低压配电系统的接地型式第第1 1章章 概论概论第1章第95页EXIT工厂供电工厂供电低压配电的TT系统 这种系统适于对抗电磁干扰要求较高的场所。但这种系统若有设备因绝缘不良或损坏使其外露可导电部分带电时，由于其漏电电流一般很小往往不足以使线路的过电流保护装置动作，从而增加了触电危险，因此为保障人身安全，此种系统中必须装设灵敏的漏电保护装置。第四节第四节 电力系统中性点运行方式4.2 低压配电系统的接地型式第第1 1章章 概论概论第1章第96页EXIT工厂供电工厂供电低压配电的