供配电系统(1-6).ppt

1、供配电技术,本章要求： 1.了解和掌握电力系统和供配电系统的概念 2. 掌握电力系统的额定电压 3. 掌握电力系统中性点的运行方式 4. 掌握电能的质量指标和电力负荷的基本知识,第1章 电力系统概论,1.1 电力系统和供配电系统概述,1.1.1 电力系统 一、电力系统定义 由发电厂、变电所、电力线路和电力用户连接起来 的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。如示意 图 所示。,电力是现代工业生产的主要能源和动力，是现代文 明的物质技术基础；是工业现代化，国民经济的现代化 的基础；是信息化和网络化的基础。,电力系统的示意图,升压变电所,220kV,地区枢纽所,10kV,至用户,配电所,10kV

2、,10kV,升压 变电所,220kV,220kV,220kV,输电线路,220kV,10kV,为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。,二、电力的生产和输送过程,2、变电所：变电所的功能是接受电能、变换电 压和分配电能。,1、发电厂：发电厂将一次能源转换成电能。,3、电力线路：电力线路将发电厂、变电所和电 力用户连接起来，完成输送电能和分配电能的任务。,4、电力用户：所有消耗电能的用电设备或用电 单位称为电力用户。按行业可分为工业用户、农业用 户、市政商业用户和居民用户。,发电机组发出的电压一般为 6 10 KV。,1

3、.1.2 供配电系统,供配电系统由总降压变电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。如下图所示,HSS,STS,工厂供配电系统图,1.1.3 供配电的要求和课程任务,1、基本要求 (1) 安全在电力的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 (2) 可靠应满足电力用户对供电可靠性即连续供电的要求。 (3) 优质应满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。 (4) 经济应使供配电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。 应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系。,额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，是国家根据国民经济发展的需要，

4、电力工业的水平和发展趋势，经全民技术经济分析后确定的。我国国家标准GBl561993标准电压规定的三相交流电网和电力设备(含用电设备和发电机、电力变压器)的额定电压，如表1-1所示（见书P4页）,1.2 电力系统的额定电压,讲述工厂供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事工厂供配电技术工作奠定基础。,2、本课程的任务,1.电网（线路）的额定电压,该电压UN只能选择国家规定的额定电压,如表 1-1 所示。它是确定各类电气设备电压的基本依据。,2. 用电设备的额定电压UM,UM=UN,用电设备和发电机的额定电压说明,3. 发电机

5、的额定电压UG UG=1.05UN,（2）变压器二次绕组的额定电压 1) UN2T=1.05UN(连接线路短) 2) UN2T=1.1UN(连接线路长) 如下图所示:,4. 变压器的额定电压,（1） 变压器一次绕组的额定电压 1）UN1T=1.05UN(与发电机直接相联) 2）UN1T=UN(连接在线路上),例1: 已知下图所示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。,UG=UN11T=1.056KV=6.3KV； UN21T=1.1110KV=121KV； UN12T =110KV UN22T=1.110KV=11KV,1.3 电力系统的中性点运行方式,1.3.1 中性点不接地的

6、电力系统(小接地电流系统）,1、系统正常运行时的电路图和相量图,由图知：,因此没有电流在地中流过，各相对地电压均为相电压。,2、系统发生单相接地故障时的电路图和相量图,假设 C 相接地，即,由图知：,系统的接地电流（电容电流）为：,由于,而,因此,由于线路对地电容 C 难于准确确定，所以IC0和IE 也不好根据 C 来准确计算，在工程中通常采用下列经验公式来计算：,1.3.2 中性点经消弧线圈接地的电力系统,当单相接地电容电流 IC 大于一定值时(310KV系统Ic 30A，20KV及以上系统 IC 10A 时)，电力系统中性点就应改为经消弧线圈接地的运行方式,由图知，消弧线圈对电容电流有补偿

7、作用,1.3.3 中性点经电阻接地的电力系统,1.中性点经高电阻接地 该方式一线直接低电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆，中性点经高电阻接地可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用，但对系统绝缘水平要求较高，主要用于发电及回路。,2.中性点经低电阻接地 城市635KV配电网络主要有电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达1001000A，若采用中性点经消弧线圈接地方式，无法完全消除接地故障点的电弧和抑制谐振过电压，可采用中性点经低电阻接地方式，该方式具有切除单相接地故障快，过电压水平低的优点。 该方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电

8、流比较大的城市电网，发电厂厂用电系统及企业配电系统。,1.3.4 中性点直接接地的电力系统,中性点直接接地的电力系统中发生单相接地时，相间电压的对称关系被破坏，但未发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压，因此中性点直接接地的系统中供用电设备的相绝缘只需按相电压来考虑，所以 110kv及以上的电力系统通常都采取中性点直接接地的运行方式。,4、低压配电系统的接地型式,（3）IT 系统,（1）TN 系统,（2）TT 系统,1.4 电能的质量指标,1.4.1 电压质量指标,1、电压偏差：指电压离额定电压的幅度，用,（允许偏差值见表1-2）,2、电压波动与闪变,1）电压波动：指电压的急剧

9、变化，用,（允许波动值见表1-3、4）,电压偏差的危害与调节见P268273,2）闪变：指周期性电压急剧变化应其光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象。,电压波动、闪变与抑制见P273276,3、电压波形：波形的质量是以正弦波形畸变率来衡量的。,公用电网谐波电压（相电压）限值见表1-5,1.4.2 频率质量指标,频率的质量是以频率偏差来衡量的，在正常情况下，频率的允许偏差师根据电网的装机容量而定的，事故情况下，频率允许偏差更大。频率允许的偏差见表1-6,1.4.3 供电可靠性指标,供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量的，常用供电可靠率表示,谐波与抑制见P276282,1.5 电力负

10、荷,电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的 用电设备或用户，一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大 小。,一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求,(一) 工厂电力负荷的分级,(1) 一级负荷：重要负荷或特别重要的负荷,(2) 二级负荷：比较重要负荷,(3) 三级负荷：一般电力负荷，所有不属于上述一、,二级负荷者均属三 级负荷。,(二) 各级电力负荷对供电电谭的要求,(1) 一级负荷对供电电源的要求：要求由两路电源供电，对特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。,(2) 二级负荷对供电电源的要求：一般要求由两

11、回路供电，特殊情况下可采用一回路 6kv及以上的专用架空线路供电。,(3) 三级负荷对供电电源的要求：由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。,二、工厂用电设备的工作制,(1) 连续工作制,(2) 短时工作制,(3) 断续周期工作制,断续周期工怍制的设备，可用 “负荷持续率”来表示，其定义如下：,本章要求： 1. 了解符荷曲线的概念及其有关物理量 2. 掌握各类设备容量的确定方法 3. 学会负荷计算、尖峰电流计算的方法 4. 掌握功率损耗和电能损耗的计算方法 5. 学会功率因数和无功功率补偿等,第2章 负荷计算,负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，反映了用户用电

12、的特点和规律。它绘在直角坐标系上，纵坐标表示负荷 ，横坐标表示对应的时间 。,2.1 负荷曲线,二 、负荷曲线的分类,2 、实际负荷远小于设备总容量。,三 、负荷曲线的绘制,1、一班制工厂的日有功负荷曲线,一、工厂电力负荷的特点：,1 、负荷的大小是时刻在变的；,1）依点连成的负荷曲线（即折线形）,2）阶梯形负荷曲线,2、年负荷曲线,1 ）年负荷持续时间曲线，按负荷大小依次排列，全 年按 8760h计。,2 ）年每日最大负荷曲线,年负荷持续时间曲线,年每日最大负荷曲线,四、负荷曲线的有关物理量,1、年最大负荷和年最大负荷利用小时,1) 年最大负荷Pmax,Pmax是指全年中负荷最大的 工作半内

13、（为防偶然性，这样的 工作半至少要在最大的月份出现 23次）30分钟平均功率的最大 值，故又称30分钟最大负荷P30。,Tmax是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷 Pmax (或 P30) 持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。,2) 年最大负荷利用小时 Tmax,即,年最大负荷和年最大负荷利用小时,Tmax是反映工厂负荷是否均匀的一个重要参数,2 平均负荷和负荷系数,1）平均负荷 Pav : Pav就是电力负荷在一定时间 t 内平均消耗的功率。,即：,年平均负荷是指电力负荷在年内平均消耗的功率。如用Wa 表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：,2) 负荷

14、系数KL: KL又称负荷率，它是用电设备的平均负荷 Pav 与其最大负荷 P 最大的比值。,即,负荷系数又称负荷率或负荷充填稀疏，它表征负荷曲线不平坦的程度。,对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率 P 与设备额定容量 PN 的比值。,即,它表征该设备或设备组的容量是否被充分利用。,2.2 用电设备的设备容量,一、设备容量的定义,不同工作条件下，用电设备铭牌上的额定功率经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”，用Pe表示。,二、设备容量的确定,1 、长期工作制和短时工作制的用电设备,对单台设备：,对多台设备：,2、反复短时工作制的用电设备,(1) 电焊机和电焊机组,要求统一换算到=100

15、 是的额定功率，即,(2) 起重机（吊车电动机）,要求统一换算到=25 是的额定功率，即,3、电炉变压器组,设备容量是指在额定视在功率下的有功功率，即,4、照明设备,（1）不用镇流器的照明设备（如白炽灯、碘钨灯）,（2）用镇流器的照明设备（如荧光灯等）,对荧光灯：,对高压汞灯、金属卤化物灯：,（3）照明设备的容量还可按建筑物的单位面积容量法估算：,2.3 负荷计算的方法,一、定义：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生最高温升的相等，该等效负荷就称为计算负荷。,实际上，Pc与30min最大负荷（亦即年最大负荷）基本相当，因此有以下定义：,三、计算负

16、荷的方法：,二、计算负荷的目的和意义： 为供配电设计选择提供基本依据。,1、估算法,（1）单位产品耗电量法,（2）负荷密度法,有功计算负荷为：,企业全年电能,单位耗电量,年产量,年最大负荷小时,a、Tmax、 值可查表2-1、2-2、2-3或相关表格,2、需要系数法,需要系数的概念：,需要系数表达式：,同时系数,负荷系数,由此可见，影响需要系数的因素为： 1 ）与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关； 2 ）与操作人员的技能和生产组等多种因素有关 3 ）与用电设备的类别和工作状态关系极大 如果为一台三相电动机，则可认为 Kd=1 ，于是 P30=Pe= PN/， Q30

17、、 S30、I30 均随之改变。,（1）单组用电设备组的计算负荷,基本公式：,应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，需结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数。即：,（2）多组用电设备计算负荷的确定,注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。,对车间干线，取,(1) 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取,(2) 由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取,对低压母线，分两种情况,例 ：某机修车间 380V线路上，接有金属切削机 床电动机 20 台共 50kw（其中较大容量电动机有 7.5 kw

18、l台， 4kw3台， 2.2kw7台)，通风机 2 台共 3kw， 电阻炉 1 台2kW试确定此线路上的计算负荷。 解：先求各组的计算负荷,(1) 金属切削机床组： 查表A-1 ， 取 故,(2) 通风机组：查表A-1 ， 取 故,(3) 电阻炉组：查表A-1 ， 取 故,因此总的计算负荷为,在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如下表所示。,3、二相式法,用二相式法进行负荷计算时，既考虑了用电设备组的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷。,基本公式,（1）单组用电设备组的计算负荷,（2）多组用电设备计算负荷的确定,4、单相负荷计算,单相设备接在

19、三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中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，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量的15时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。,(一）概述,接有较多单相设备的三相线路中，不论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的 3 倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。,（二）单相设备组等效三相负荷的计算,C、单相设备分别接于线电压和相电压时,a) 将接于线电压的单相设备换算为接于相电压的设备容量,b) 分

20、相计算各相的设备容量和计算负荷,将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量按下列换算公式进行换算(换算系数见表2-4）：,c) 计算总的等效三相有功计算负荷,d) 计算总的等效三相无功计算负荷,2.4 功率损耗和电能损耗,（1）有功功率损耗,式中，电阻 RWLR0L ，其中L为线路长度，R0为线路单位长度的电阻值，可查有关手册或产品样本，附录A-16 是电力电缆和导线的R0值供参考。,（2）无功功率损耗,电抗 XWL X0L ，其中L 为线路长度， X0 为线路单位长度的电抗值，也可查有关手册或产品样本，附录表A-16 列出电力电缆和导线的X0值供参考。一般对架空线路，X00.4/k

21、m；对电缆线路， X00.08/km,1、线路的功率损耗,一、功率损耗,2、变压器的功率损耗,（1）有功功率损耗=铁损+铜损,（2）无功功率损耗=Q0+QN,即,即,对低损耗变压器（如S9、SL7等） PT=0.015Sc,对低损耗变压器（如S9、SL7等） QT=0.06Sc,二、供配电系统的电能损耗,在供配电系统中，因负荷随时间不断变化，其电能损耗计算困难，通常用年最大负荷损耗小时来近似计算线路和变压器的有功电能损耗。,1、线路的电能损耗,2、变压器的电能损耗,（1）由铁损引起的电能损耗,（2）由铜损引起的电能损耗,故变压器全年的电能损耗为,2.5 用户负荷计算,按逐级计算法确定用户,计算

22、负荷，供配电示意图如右所示，计算如下以有功功率为例：,Pc（6）=KdPe Pc（5）= K pPc（6) Pc（4）= Pc（5）+PWL2 Pc（3）= K pPc（4) Pc（2） = Pc（3）+PT+ PWL1 Pc（1）= K pPc（2),2.6 尖峰电流的计算,一、概述,尖峰电流(peak current)是指持续时间12s的短,时最大负荷电流。主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。,二、用电设备尖峰电流的计算,1、单台用电设备尖峰电流的计算,2、多台用电设备尖峰电流的计算,2.7 功率因数和无功率补偿,一、功率因数的计算,若用户在电费计量点

23、装设感性和容性的无功电度表来分别计量感性无功电能（WrL)和容性无功电能（Wrc)，则,二、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因 数的方法,所有具有电感特性的用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利用率降低等不良影响。,1、功率因数对供配电系统的影响,在供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负 荷时的功率因数应达到下列规定： l00kV A及以上高压供电的用户功率因数为 0.90 以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为 0.85 以上”并规定，凡功率因数未达到

24、上述规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。,主要方法有：,(2) 人工补偿功率因数, 并联电容器人工补偿：这是目前用户、企业内广泛采用的一种补偿装置，具有以下优点,可按系统需要，增加或减少安装容量和改变安装地点；,有功损耗小，约为0.250.5，而同步调相机约为1.53；,无旋转部分，运行维护方便；,个别电容器损坏不影响整个装置运行；,短路时，同步调相机增加短路电流，增大了用户开关 的断流容量，电容器无此缺点。,缺点：如只能有级调节，而不能随无功变化进行平滑的自动调节，当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。, 同步电动机补偿, 动态无功功率补偿,三、并联电容

25、器补偿,1、并联电容器的型号,并联电容器的型号由文字和数字 两部分组成，型号各部分所表示的 意义见书P37,2补偿容量和电容器台数的确定,无功功率补偿前后的变化（如图所示）,要使功率因数由 提高到 必须装设无功补偿装置(并联电容器) ，其容量为,在确定并联电容器的容量后，根据产品目录(见表A-2)就可以选择并联电容器的型号规格，并确定并联电容器的数量为,对于由上式计算所得的数值，应取相近偏大的整数，如果是单相电容器，还应取为3的倍 数，以便三相均衡分配，实际工程中，都选用成套电容器补偿柜(屏)。,单个电容器的额定容量,四、并联电容器的装设与控制,1、并联电容器的接线,（3）、 Y接线的优缺点,

26、2、并联电容器的装设地点,并联电容器在供配电系统中的装设位置和补偿效果,（1）高压集中补偿,（2）低压集中补偿,（3）单独就地补偿,高压集中补偿电容器组的接线,低压集中补偿电容器组的接线,五、补偿后用户的负荷计算和功率因数计算,1、负荷计算,若补偿装置装设地点在变压器一次侧，则,若补偿装置装设地点在变压器二次侧，如图所示,则,补偿后总的是在计算负荷为：,2、功率因数计算,（1）固定补偿,一般计算其平均功率因数，补偿后平均功率因数为,（2）自动补偿,一般计算其最大负荷时的功率因数，补偿后功率因数为,本章要求： 1. 了解无限大容量供电系统的概念 2. 掌握三相短路的有关物理量 3. 学会无限大容

27、量供电系统三相短路两相 短路和单相短路电流的计算 4. 掌握短路电流的效应及其计算,第3章 负荷计算,3.1 短路概述,短路故障的原因，主要是以下三个方面：(1)电气绝缘损坏；(2)误操作；(3) 鸟兽害,一、短路的原因,短路是指不同电位的导体之间的电气短接，这是电力系统中最常见的一种故 障，也是最严重的一种故障。,二、短路的后果,(1) 短路的电动效应和热效应,(2) 电压骤降,(3) 造成停电事故,(4) 影响系统稳定,(5) 产生电磁干扰,三、短路的形式,3.2 无限大容量供电系统三相短路分析,一、无限大容量供电系统的概念,1、定义：无限大容量供电系统就是供电系统的容量相对于用户内部供电

28、系统容量(S2)大得多(S150S2倍）的电力系统。,2、特点：在无限大容量供电系统中，用户的负荷 不论如何变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线的电压能基本维持不变。,二、无限大容量的供电系统三相短路暂态过程,1、无限大容量系统的三相短路图,无限大容量系统的三相短路图,2、短路前后分析（t=0时发生短路）,（1）正常运行时,式中,（2）三相短路时，电压不变,短路回路 阻抗角,短路电流非周 期分量初值,短路电流,（3）最严重三相短路时的短路电流,三相短路时的向量图,三相短路时的向量图如右图所示，由分析可知，最严短路电流的条件为：,短路前电路空载或cos=1,短路瞬间电压过零，即t=0时,=

29、0o或180o,短路回路纯电感，即k=90o,当Im=0， k=90o时，,短路电流周期分量有效值,三、三相短路的有关物理量,1、短路电流周期分量有效值,式中,2、次暂态短路电流,次暂态短路电流是短路周期分量在短路后第一个周期的有效值，用I/表示。,3、短路全电流有效值,4、短路冲击电流和冲击电流有效值,短路冲击电流ish是短路全电流的最大瞬时值，改制出现在短路后半个周期，即t=0.01s时,式中， 为短路电流冲击系数。对于纯电阻性电路，ksh=1；对于纯电感性电路，ksh=2；因此，1ksh 2。,（1）短路冲击电流,（2）冲击电流有效值,或,该值是短路后第一个周期的短路全电流有效值。即,为

30、计算方便，在高压系统发生三相短路时，一般取 Ksh1.8，因此,在低压系统发生三相短路时，一般取Ksh1.3，因此,3.3 无限大容量供电系统三相短路电流的计算,一、标幺制,用相对值表示元件的物理量，成为标幺制。,任意一个物理量的有名值与基准值的比值称为标幺值，标幺值没有单位。即,1、容量、电压、电流、阻抗的标幺值,2、基准值的选定,（2）基准电压：通常取元件所在处的短路平均额定电压，即取Ud = Uav=1.05UN 。,（1）基准容量：工程设计中通常取Sd=100MVA。,（3）基准电流：则按下式计算：,（4）基准电流：则按下式计算：,由于基准容量从一个电压等级换算到另一个电压等级时，其值

31、不变，而基准电压从一个电压等级换算到另一个电压等级时，其数值就是另一个电压等级的基准电压。,二、短路回路元件的标幺值阻抗,1、线路的电阻标幺值和电抗标幺值,2、电抗器的电抗标幺值,3、变压器的电抗标幺值,5、电力系统的电抗标幺值,若 时，可忽略电阻，即 。通常 高压系统的短路计算中，由于总电抗远大于总电阻， 故只计及电抗而忽略电阻；在计算低压系统短路时往 往需计及电阻。,三、三相短路电流计算,1、三相短路电流周期分量有效值,2、冲击短路电流,3、三相短路容量,或,短路电流计算的步骤：,（1）绘出计算电路图；,（3）按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上

32、，只需将所计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值(既有电阻又有电抗时，用复数形式R+jX表示)；,（5）计算短路电流和短路容量,（4）将等效电路化简。一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗；,（2）在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的主要参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点；,四、电动机对三相短路电流的影响,供配电系统发生三相短路时，接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发电机一样，向短路点馈送短路电流。同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很

33、快衰减，一般只考虑电动机对冲击短路电流的影响，如下图所示。,电动机对冲击短路电流的影响示意图,电动机提供的冲击短路电流可按下式计算,式中，ksh.M为电动机的短路电流冲击系数，低压电动机取1.0，高压电动机取1.41.6； 为电动机的次暂态电势标幺值； 为电动机的次暂态电抗标幺值； 为电动机的次暂态短路电流标幺值；IN.M为电动机额定电流， 和 数值见表3-2。,实际计算中，只有当高压电动机单机或总容量大于l000kW，低压电动机单机或总容量大于100kW，在靠近电动机引出端附近发生三相短路时，才考虑电动机对冲击短路电流的影响因此，考虑电动机的影响后，短路点的冲击短路电流为,3.4 两相和单相

34、短路电流的计算,一、两相短路电流的计算,在无限大容量系统 中发生两相短路时的 电路如右图所示。,1、基本公式,2、两相短路电流与三相短路电流的关系,二、单相短路电流的计算,在大接地电流的电力系统或三相四线制配电系统中发生单相短路时，单相短路电流为,式中，Uav为短路点的额定平均电压； Ud为短路点所在电压等级的基准电压；Zp.o为单相短路回路相线与大地或中线的阻抗。,式中，RT、XT分别为变压器单相的等效电阻和电抗；R p.o、X p.o分别为相线与N线或与PE线、PEN线的短路回路电阻和电抗；可查有关手册或产品样本。,3.5 短路电流的效应,一、短路电流的电动力效应,导体通过电流时相互间电磁

35、作用产生的力，称为电动力。,1、两平行载流导体间的电动力,如下图所示，两导体间,大小相等，由下式决定,由电磁作用产生的电动力,的方向由左手定则决定，,两平行导体间的电动力,矩形导体的形状系数,2、三相平行载流导体间的电动力,三相平行的导体中流过的电流对称，且分别为iA，iB， iC ，每两导体间由电磁作用产生电动力，A相导体受到的电动力为FAB、FAC，B相导体受到的电动力为FBC、FBA ，C相导体受羽动力为FCA、FCB ，如下图所示。经分析可知，中相导体受到的电动力最大，并可按下算：,三相平行导体间的电动力,3、短路电流的电动力,（1）计算三相短路产生的最大电动力为,（2）计算两相短路产

36、生的最大电动力为,（3）两相短路和三相短路产生的最大电动力关系,因,故,2、短路热平衡方程,短路发热可近似为绝热过程，短路时导体内产生的能量等于导体温度升高吸收的能量，导体的电阻率和比热也随温度而变化，其热平衡方程为,将 代入上式，得,整理后得,短路和正常的发热系数,3、短路产生的热量,设导体通过I所产生的热量，恰好与实际短路电流ik或Ik(t)在实际短路时间tk内所产生的热量相等。这一假定的时间，称为短路发热的假想时间或热效时间用tima表示，tima可按下式计算,（1）短路发热假想时间定义,短路发热的假想时间,继电保护动作时间,断路器断路时间，查阅有关产品手册可得,在无限大容量系统中发生短

37、路，由于I=I，因此,（2）热量计算,4、导体短路发热温度,为使导体短路发热温度 计算简便，工程上一般利 用导体发热系数A与导体 温度的关系曲线A=f() 来确定短路发热温度K， 如右图所示,-A关系曲线,由L求K的步骤如下,(1)由导体正常运行时的温度L从A曲线查出导体正常发热系数A。,(2)计算导体短路发热系数,(3)由AK从A=f()曲线查得短路发热温度K,5、短路热稳定最小截面计算,(1)由L和K.al从A曲线分别查出AL和Ak.al,(2)计算短路热稳定最小截面Smin,本章要求： 1. 掌握供配电系统的电压选择 2. 了解变电所位置的确定方法 3. 认识变电所的一次设备和主接线 4

38、.了解变电所的布置和结构,第4章 供配电系统,4.1 电压的选择,一、供电电压确定,(2)企业负荷大小及距离电源线路远近,供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。主要取决于以下因素,(1)电力部门所能提供的电源电压,(3)企业大型设备的额定电压决定了企业的供电电压,导线的截面积、负荷的功率因数、电价制度等也是影响供电电压的因素,各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离见表4-1（P70页）,配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。分为高压配电电压和低压配电电压。,二、配电电压,1高压配电电压,用户内部的高压配电电压通常采用l0kV或6kV，一般情况下，优先采用l0kV高压配电电

39、压。如果用户环境条件允许，也可采用35kV。,高压电压有：500kV，220kV ，10kV，6kV。,2低压配电电压,低压电压有：660V，380V，220V。,我国规定低压配电电压等级为380V220V。,一、变电所的类型,4.2 变电所的配置,变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分。变电所按其在供配电系统中的地位和作用，分为以下几种类型。,1、总降压变电所：由地区供电电源的电压等级和用户负荷的大小及分布情况而设置。,2、车间变电所,车间变电所主要有以下两种类型的变电所。,车间变电所的类型,车间附设变电所适合生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整、设备也要相应

40、变动的生产车间。,(2) 车间内变电所 (如上图中的5)： 适合负荷较大、且负荷中心在厂房中央的多跨厂房。,6、露天(或半露天)变电所 (如上图中的6)。适合周围环境条件正常，无腐蚀性、爆炸性气体和粉尘的场所。,3、独立变电所 (如上图中的7)。一般电力系统中的大型变配电所和工厂的总变配电所采用独立式。,4、地下变电所 (如上图中的9)。适合高层建筑、地下工程和矿井中。,5、楼上变电所 (如上图中的10)。适合高层建筑。变电所一律采用干式变压器，真空断路器或六氟化硫断路器。,7、杆上变电台 (如上图中的8)。适合用于容量在315kVA及以下的变压器，而且多用于生活区供电。,9、移动式变电所 整

41、个变电所装设在可移动的车上。主要用于坑道作业及临时施工现场供电。,8、成套变电所 由电器制造厂按一定接线方案成套制造、现场装配的变电所。适合高层建筑等。,二、变电所的位置选择,1、变电所位置选择的原则：P73页,负荷指示图是将电力负荷（Pc）按一定比例(例如以lmm2面积代表若干kW)用负荷圆的形式，标示在企业或车间的平面图上。,2、负荷中心确定：负荷中心可以用负荷指示图或负荷功率矩的计算法近似确定。,(1) 负荷指示图,负荷圆的半径r，由车间的计算负荷 推得：,式中，K为负荷圆的比例(kWmm2)。,右图是某企业的负荷指示图。由负荷指示图可以直观和概略地确定企业或车间的负荷中心，再结合上述变

42、配电所所址选择的其他条件全面考虑，分析比较几个方案，最后择其最佳方案来确定变配电所所址。,(2) 按负荷功率矩法确定负荷中心,有负荷P1，P2，P3。它们在任选的直角坐标系中的坐标如下图所示，经推导可得负荷中心的坐标,负荷分布与公式推导,(3) 按负荷电能矩法确定负荷中心,按负荷指示图确定负荷中心比较粗略。要比较精确地确定负荷中心，则可用负荷矩法。,按负荷电能矩法确定负荷中心的公式为：,3、变电所位置的确定,根据上述两种方法，综合考虑变电所位置选择的原则可确定变电所的位置。但大多数工厂变电所的位置都是靠近负荷中心且偏向电源侧。,一、变压器型号选择,4.3 变压器的选择,变压器的型号表示及含义如

43、下：,变压器常用的型号有油浸自冷电力变压器（S9、SL7等）；干式电力变压器（ SC、SCZ、SG3等）。,二、变压器台数和容量的确定 1总降压变电所主变压器台数和容量的确定 (1)变压器台数的确定 应满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器选择也可多于两台； 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器； 三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。,2车间变电所变压器台数和容量的确定,车间变电所变压器台数和容量的确定原则和总降压变电所基本相同。,对于二、

44、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。 对一、二级负荷较大的车间，采用两回独立进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。,车间变电所中单台变压器容量不宜超过1000kVA， （一般情况）或1250(或1600)2000kVA （采用新型断路器），对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。,三、变压器的容量和过负荷能力,1变压器的实际容量,电力变压器的额定容量(铭牌容量)，是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限(一般为20年)内所能连续输出的最大视在功率(kVA)。,我国国标规定

45、，变压器正常使用的最高年平均气温为+200C。若变压器安装地点的年平均气温0.av200C，则每升高l0C，变压器的容量就要减少1%。因此变压器的实际容量ST，应按下式计算：,2电力变压器的正常过负荷,由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷，夏季每低1，可在冬季过负荷1，但不得超过15。,其允许的过负荷系数KOL可按下式计算,以上两部分过负荷需同时考虑，即,式中，系数1.2适于户内变压器；系数1.3适于户外变压器。 干式电力变压器一般不考虑正常过负荷。,电力变压器在事故情况下允许短时间较大幅度地过负荷运行，而不论故障前的负荷情况如何，但这种事故过负荷运行的时间不得超过下表所规定的时间。,3电力变压

46、举的事故过负荷,4.4 变电所主要电气设备,一、概述 变电所中承担输送和分配电能任务的电器，称为一次电路或称主电路、主接线。一次电路中的所有设备，称为一次设备或一次元件。 一次设备按功能可分为以下几类： 1、变换设备，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，如各种高低压开关设备。 3、保护设备，如熔断器和避雷器等。 4、补偿设备，如并联电容器等。 5、成套设备，如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。,二、高压熔断器 1、熔断器的功能：主要是对电路及电路设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。 2、工厂供电系统中常用的高压熔断器： 1）室内采用RNl、

47、RN2等型高压管式熔断器， 2）室外采用RW410、RWl0(F)10等型高压跌开式熔断器和RWl0-35等型高压限流熔断器。 3、高压熔断器全型号的表示和含义如下：,(一) RNl和RN2型户内高压熔断器 1、基本结构：RNl型与RN2型的结构基本相同， 都是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。其 外形结构如4-9所示，内部结构如4-10所示。,2、功能： RNl型主要用作高压线路和设备的短路保护，也能起过负荷保护的作用. RN2型只用作电压互感器一次侧的短路保护，其熔体额定电流一般为0.5A。 3、工作原理：冶金效应 4、性能：限流特性，熔断器能在短路后不到半个周期(0.01s)就能熄

48、灭电弧，即能在短路电流达到冲击值之前熔断，切除短路，从而使装有这种熔断器保护的电路和设备。,(二) RW4和RWl0(F)型户外高压跌开式熔断器 1、基本结构：图4-11是RW4-10(G)型跌开式熔断器的基本结构。这种跌开式熔断器串接在线路上。 2、结构特点：直接用高压绝缘钩棒(俗称“令克棒”)来操作熔管的分合。且为“逐级排气”。 3、 性能： “非限流”特性 4、功能： 1）作610kV线路和设备的短路保护； 2）作隔离开关，以隔离电源，保护安全检修。 5、操作注意事项：,6、 RW4和RWl0(F)的区别： RW4-10(G)型跌开式 熔断器只能无负荷下操作， 或通断小容量的空载变压 器

49、和空载线路等。 RWl0-10(F)型跌开式 熔断器则能带负荷操作， 但只能通过负荷电流或过 负荷电流。,三、高压隔离开关 1、基本结构：见图,2、结构特点： 1）没有专门的灭弧装置； 2）断开后有明显可见的断开间 隙，而且断开间隙的绝缘及相间 绝缘都是足够可靠的，能充分保 障人身和设备的安全。 3、功能： 1）隔离高压电源，以保证 其设备和线路的安全检修。 2）可通断一定的空载电流。 4、操作注意事项：不许带负荷操作。 5、配套的操作机构型号及功用： CS6(见右图4-13），能手动和远 距离分闸，但只能手动闸。,6、图形文字符号： 7、高压隔离开关全型号的表示和含义如下：,四、高压负荷开关

50、 1、基本结构：见图(见图4-14） 2、结构特点： 1）具有简单的灭弧装置（开关上端的绝缘子）； 2）可与高压熔断器串联使用， 3）断开后有明显可见的断开间隙 3、功能： 1）可通断一定的负荷电流和过负荷电流； 2）隔离高压电源，以保证其设备和线路的安全检修。,4、操作注意事项：可带负荷操作。但负荷开关的灭弧能力不足以熄灭短路电弧，因此负荷开关不能配以保护短路的继电保护来自动跳闸。但可配以热脱扣器，当发生过负荷时，使负荷开关自动跳闸。 5、配套的操作机构型号 及功用：CS2(见右图4-16）， 能手动和远距离分闸，但只 能手动闸。 6、图形文字符号：,7、高压负荷开关全型号的表示和含义如下：

51、,五、高压断路器 （一）功能：能通断正常负荷电流，也能通断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。 （二）高压断路器全型号的表示和含义如下：,（三）图形文字符号： （四）分类： 1、油断路器 多油：油即作灭弧介质，又作（相对地或相）绝缘介质； 少油：油只作灭弧介质，其外壳通常是带电的。 2、真空断路器：利用真空（气压为10210 6Pa)作灭弧介质。 3、六氟化硫（SF6）断路器：利用SF6气体作灭弧和绝缘介质。,1、SN10-10型高压断路器 1）基本结构：由框架、传动机构和油箱等三各主要部分组成。见下图(见图4-17、18） 2）结构特点：油箱中部装有灭弧室， 该灭弧室

52、具有较大的断流能力。,3）工作原理：断路器跳闸时，导电杆(动触头)向下运动。当导电杆离开静触头时，产生电弧，使油分解，形成气泡，导致静触头周围的油压骤增，迫使逆止阀(钢珠)向上堵住中心孔。这时电弧在近乎封闭的空间内燃烧，从而使灭弧室内的油压迅速增大。当导电杆继续向下运动，相继打开一、二、三道灭弧沟及下面的油囊时，油气流强烈地横吹和纵吹电弧，同时由于导电杆向下运动，在灭弧室形 成附加油流射向电弧。 由于油气流的横吹和纵 吹以及机械运动引起的油 吹等综合作用，使电弧迅 速熄灭。而且这种断路器 跳闸时，导电杆是向下运 动的，导电杆端部的弧根 部分总与下面新鲜的冷油 接触，进一步改善了灭弧 条件，因此

53、它具有较大的 断流容量。,4）配套的操作机构型号及功用： CS2：能手动和远距离分闸， 但只能手动闸。 (见前图4-16）。 CD10 能手动和远距离分、 合闸，但须用直流操作。外形图 和剖面图见图4-21；分、合闸传 动原理图见图4-22。, CT7能手动和远距离分、合闸，并可很方便地实现一次自动重合闸，且可交流操作。操动机构外形尺寸图见图4-23；内部结构图见图4-24,2、高压六氟化硫（ SF6）断路器 1）结构分类： 双压式：有两个气压系统，压力低的作为绝缘，压力高的作为灭弧。 单压式：有一个气压系统，灭弧时，SF6的气流靠压气活塞产生。 SF6断路器的外形图如图4-27，灭弧室工作示

54、意图如图4-28。 2）工作原理：断路器跳闸时， 装有动触头和绝缘喷嘴的气缸由 断路器操动机构通过连杆带动， 离开静触头，造成气缸与活塞的 相对运动，压缩SF6，使之通过 喷嘴吹弧，从而使电弧迅速熄灭。 3）SF6断路器具有下列优点： 见P91页 4）SF6断路器主要用于需频繁 操作及有易燃易爆危险的场所， 特别是用作全封闭组合电器。 5）SF6断路器配用CDl0等型电 磁操动机构或CT?等型弹簧操动机 构。,3、高压真空断路器 1) 真空断路器的外形图如图4-25，灭弧室工作示意图如图4-26。 2) 工作原理：灭弧室的中部，有一对圆盘状的触头。在触头刚分离时，由于高电场发射和热电发射而使触

55、头间发生电弧。电弧的温度很高，可使触头表面产生金属蒸气。随着触头的分开和电弧电流的减小，触头间的金属蒸气密度也越来越小。当电弧电流 过零时，电弧暂时熄灭，触 头周围的金属离子迅速扩散， 凝聚在四周的屏蔽罩上，以 致在电流过零后几个微秒的 极短时间内，触头间隙实际 上又恢复了原有的高真空度。 因此当电流过零后虽然很快 又加上高电压，触头间隙也 不会再次击穿，即真空电弧 在电流第一次过零时就能完 全熄灭。 3）真空断路器的优点 4）主要适用场所。 5）配套操作机构：CD10 或CT7,六、互感器 互感器是电流互感器和电压互感器的合称。互感器实质上是一种特殊的变压器，其基本结构和工作原理与变压器基本

56、相同。 互感器有三个功能： 1、将高压变为低压（100V），大电流变为小电流（5A或1A），供测量仪表及继电器的线圈； 2、可使测量仪表、继电气等二次设备与一次主电路隔离，保证测量仪表、继电器和工作人员的安全； 3、可是仪表和继电器标准化。,电流互感器 (一)电流互感器的结构原理和结线方案 1、结构原理图如图4-13所示。 1）接入电路的方式 2）结构特点 3）一次电流I1与二次电流I2之间有下列关系： 式中，N1、N2为电流互感器一、二次绕组匝数；Ki 为电流互感器变流比，一般表示为额定一次电流与二次电流之比，即KiIlNI2N。 2、四种常见的结线方案如图所示,(二)电流互感器的类型和型号

57、 1、类型： 按一次绕组的匝数分: 单匝式(包括母线式、芯柱式、套管式等) 多匝式(包括线圈式、线环式、串级式等) ， 按一次电压分:高压 低压 按绝缘和冷却方式分:油浸式：主要用于户外 干式：环氧树脂浇注绝缘 按用途分:测量用 保护用 按准确级分: 0.l、0.2、0.5等级; 保护用： 5P 1、3、5等级 10P,2、型号： 常用的高压电流互感器：LA-10、LQJ-10、LAJ-10、LCJ-35等 常用的低压电流互感器：LMZJ-0.5、LMZ1-0.5、LQJ-0.5、LMZB6-0.38等 3、图形文字符号：,3、结构特点： 1）图2-11是户内高压LQJ-10型电流互感器的外形

58、图。它有两个铁芯和两个二次绕组，准确级有0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于继电保护。 2）图2-12是户内低压LMZJ1-0.5型电流互感器的外形 图。它不含一次绕组，穿过其铁心的母线就是其一次绕组(相 当于1匝)。它用于500V及以下的低压配电装置中。,4、 电流互感器全型号的表示和含义如下：,（三）电流互感器的使用注意事项:P81,电压互感器 (一) 电压互感器的结构原理和结线方案 1、结构原理图如图4-17所示。P81 1）接入电路的方式 2）结构特点 3）一次电压U 1与二次电压U 2之间有下列关系： 式中，N1、N2为电压互感器一、二次绕组匝数；KU为电压互感器变压比，一般表示为额定一次电压与二次电压之比，即KU UlN U2N。,2、电压互感器的接线方案,(二) 电压互感器的类型和型号 1、类型： 单相 按相数分 三相 有油浸 按绝缘和冷却方式分 干式(含环氧树脂浇注式)