第一章电子教案B.docx
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第一章电子教案B
第一节建筑供配电的意义、要求及课程任务
“建筑电气”就是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学；它对建筑物的服务性与干预性，完善了建筑物的功能，提高了建筑物的等级和效益。
电力是国民经济和社会生活中的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。
建筑电气设施的优劣在一定程度上标志着建筑物现代化的程度。
而电能供应如果突然中断，则将对现代化的大型建筑造成严重的后果，甚至可能发生人身伤亡事故。
由此可见，供配电技术工作对于保证现代化建筑的正常工作具有十分重大的意义。
供配电工作要很好地为国民经济服务，并切实搞好安全用电、节约用电和计划用电（俗称“三电”）工作，必须达到下列基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。
（4）经济应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能。
第2节建筑供配电系统及其电源和负荷
一、建筑供配电系统的基本知识
以工业建筑（工厂）为例，其供配电系统是指工厂所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入端止的整个电力线路及其中的变配电设备。
（1）具有高压配电所的供电系统
单线图：
用一根线来表示三相线路。
母线：
就是用来汇集和分配电能的导体，又称“汇流排”。
利用一台开关分隔开的单母线结线形式，称为“单母线分段制”。
当一条电源进线发生故障或进行检修而被切除时，可以闭合分段开关由另一条电源进线来对整个配电所的负荷供电。
高压配电所有两条10kV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。
有四条高压配电线，供电给三个车间变电所。
车间变电所装有电力
变压器（又称“主变压器”），将10kＶ高压降为低压用电设备所需的220/380Ｖ电压。
这里的2号车间变电所中的两台电力变压器分别由配电所的两段母线供电；而其低压侧也采用单母线分段制，从而使供电可靠性大大提高。
各车间变电所的低压侧，又都通过低压联络线相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。
（二）具有总降压变电所的供电系统
总降压变电所有两条35kV及以上的电源进线，采用“桥形结线”。
35kV及以上的电压经该所电力变压器降为10kV的电压，然后通过高压配电线路将电能送到各车间变电所。
车间变电所又经电力变压器将10kV的电压降为一般低压用电设备所需的220/380V的电压。
（3）高压深入负荷中心的供电系统
35kV线路直接引入靠近负荷中心的终端变电所，经电力变压器直接
降为低压用电设备所需的电压，这种高压深入负荷中心的直配方式，可以节省一级中间变压，从而简化了供电系统，节约投资，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量。
（四）只有一个变电所或配电所的供电系统
对于小型工业与民用建筑，由于所需电力容量一般不大于1000kVA左右，因此通常只设一个将10kV的电压降为220/380V低压的降压变电所。
二、发电厂和电力系统的基本知识
发电、输电、变电、配电和用电的全过程，对电能本身来说实际上是在同一瞬间实现的，这是交流电能的一大特点。
（一）发电厂
将自然界蕴藏的各种一次能源如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等，转换为电能（二次能源）的工厂。
1．水力发电厂，简称水电厂或水电站，能量转换过程是：
水流位能→机械能→电能
2.火力发电厂，简称火电厂或火电站，能量转换过程是：
燃料的化学能→热能→机械能→电能
3.核能发电厂通常称为核电站，能量转换过程是：
核裂变能→热能→机械能→电能
4.其他类型发电厂
风力、地热、太阳能和潮汐发电
（二）电力系统
由各种电压的电力线路，将各种发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为“电力系统”。
电力系统中的各级电压线路及其联系的变配电所，称为“电力网”，简称“电网”.
三、电力负荷
电力负荷有两个含义：
一是指用电设备或用电单位（用户）；另一是指用电设备或用户所消耗的电功率或电流。
这里所讲的电力负荷，是指的前者。
（一）电力负荷的分级
电力负荷应根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
１.一级负荷:
①中断供电将造成人身伤亡者。
②中断供电将在政治、经济上造成重大损失者；③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
２.二级负荷：
①中断供电将在政治、经济上造成较大损失者；②中断供电将影响重要单位的正常工作。
３.三级负荷：
所有不属于一、二级负荷者。
（二）各级电力负荷对供电电源的要求
１.一级负荷：
应有两个电源供电，特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源（发电机组、专用馈电线路、蓄电池、干电池）。
2.二级负荷：
两回线路供电或一回6kV以上的专用架空线路或电缆线路供电。
３.三级负荷：
无特殊要求。
第三节电力系统的电压
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
0.38
0.40
0.38
0.40
0.66
0.69
0.66
0.69
高
压
3
3.15
3，3.15
3.15，3.3
6
6.3
6，6.3
6.3，6.6
10
10.5
10，10.5
10.5，11
－
13.8，15.75，18，
20，22，24，26
13.8，15.75，18，
20，22，24，26
－
35
－
35
38.5
66
－
66
72.5
110
－
110
121
220
－
220
242
330
－
330
363
500
－
500
550
750
－
750
825（800）
1000
－
1000
1100
电力系统中的所有电气设备，都是规定有一定的工作电压和频率的。
电气设备在其额定电压和频率下工作时，其综合的经济效果最好。
我国采用的工业频率（简称“工频”）为50HZ，频率偏差范围一般规定为±0.5HZ。
电压质量，不只是指对额定电压来说是电压偏高或偏低即电压偏差的问题，而且包括电压波动以及电压波形是否畸变即所含高次谐波是否超过规定标准的问题。
一．三相交流电网和电力设备的额定电压
（一）电网（电力线路）的额定电压
电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的水平，经全面的技术经济分析后确定的。
它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。
（三）发电机的额定电压
发电机额定电压高于所供电网额定电压5％。
（四）电力变压器的额定电压
1．电力变压器一次绕组的额定电压若变压器直接与发电机相连，如图1-9中的变压器T1，则其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于电网额定电压5％。
若变压器不与发电机直接相连，而是连接在线路的其他部位，则应将变压器看作是线路上的用电设备。
因此变压器的一次绕组额定电压应与供电电网额定电压相同如图中的变压器T2。
2．电力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指变压器在其一次绕组加上额定电压时的二次绕组开路电压（空载电压）。
而变压器在满载运行时，其绕组内有大约5％的阻抗电压降，因此应分两种情况讨论：
如果变压器二次侧的供电线路较长（如为较大容量的高压电网），则变压器二次绕组额定电压一方面要考虑补偿绕组本身5％的电压降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压仍要高于二次侧电网额定电压5％（因变压器处在其二次侧线路的首端），所以这种情况的变压器二次绕组额定电压应高于二次侧电网额定电压10％，如图中变压器T1。
如果变压器二次侧的供电线路不长（如为低压电网，或直接供电给高低压用电设备的线路），则变压器二次绕组的额定电压，只需高于二次侧电网额定电压5％，仅考虑补偿变压器满载时绕组本身5％的电压降，如图中变压器T2。
三、电压偏差和电压调整
（一）电压偏差
用电设备端子处的电压偏差△U，是以设备端电压U与设备额定电压UN差值的百分值来表示的，即
电压偏移的允许值
①电动机 ±5%；
②照明灯 一般场所±5%；在视觉要求较高的场所＋5%，-2.5%；
③其它用电设备 无特殊规定时±5%；
（2）电压调整
（1）合理选择变压器的电压分接头或采用有载调压器变压器，在负荷变动的情况下，有效地调节电压，保证用电设备端电压的稳定。
通常采用无载调压，调整方法：
如果设备端电压长期偏高:
可将分接开关U1N+5%的位置，以降低端电压；如果设备端电压长期偏低，可将分接开关U1N-5%的位置,以升高端电压。
调整电压分接头必须停电，故不能频繁操作。
（2）合理地减少供配电系统的阻抗，以降低电压损耗，从而缩小电压偏移范围。
（3）尽量使系统的三相负荷均衡，以减小电压偏移。
（4）合理地改变供配电系统的运行方式，以调整电压偏移。
（5）采用无功功率补偿装置，提高功率因数，降低电压损耗，缩小电压偏移范围。
四、电压波动和闪变及其抑制*
（一）电压波动和闪变的概念
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。
（二）电压波动和闪变的抑制
为了降低或抑制冲击性负荷引起的电压波动和电压闪变，宜采取下列措施：
（1）采用专线或专用变压器供电
（2）降低线路阻抗
（3）选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电
（4）采用静止补偿装置
五、高次谐波及其抑制
（一）高次谐波的概念
高次谐波是指对周期性非正弦波形按傅里叶方法分解后所得到的频率为基波频率整数倍的所有高次分量，而基波频率就是50Hz。
高次谐波简称“谐波”。
（二）高次谐波的抑制
抑制高次谐波,宜采取下列措施：
（1）大容量的非线性负荷由短路容量较大的电网供电
（2）三相整流变压器采用Yd或Dy联结
（3）增加整流变压器二次侧的相数
（4）装设分流滤波器
（5）装设静止补偿装置（SVC）
第四节电力系统的中性点运行方式
一、概述
我国电力系统中电源（含发电机和电力变压器）的中性点通常有三种运行方式：
一种是中性点不接地；一种是中性点经阻抗接地；再有一种是中性点直接接地。
前两种称为小电流接地系统，后一种称为大电流接地系统。
我国3～66kV的电力系统，大多数采用中性点不接地的运行方式。
只有当系统单相接地电流大于一定数值时（3～10kV，大于30A时；20kV及以上，大于10A时）才采取中性点经消弧线圈（一种大感抗的铁心线圈）接地。
110kV以上的电力系统，则一般均采取中性点直接接地的运行方式。
低压配电系统，按保护接地的型式，分为TN系统、TT系统和IT系统。
二、中性点不接地的电力系统
正常运行各相对地电压对称，三相对地电容对称，三相对地电容电流平衡，如图所示，因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。
各相的对地电压是相电压。
正常运行时中性点不接地的电力系统
a）电路图 b）相量图
C相接地时，C相对地电压为零，完好的A、B两相对地电压由原来的相电压升高到了线电压，即升高为原对地电压的倍。
C相接地时，系统的接地电流（电容电流）C应为A、B两相对地电容电流之和。
工程上一般采用
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