工厂供配电笔记.docx

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工厂供配电笔记

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

可靠--应满足用户连续供电的要求

优质--应满足用户对电能质量的要求

经济--投资少、运行费用低

电力系统--由各级电压的电力线路将一些发电厂、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。

一般中型工厂的电源进线电压是6-10kV.

电能先经高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或由高压配电线路直接供给高压用电设备。

车间变电所内装有电力变压器，将6-10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压。

频率和电压是衡量电能质量的两个基本参数。

一般交流电力设备的额定频率为50Hz，此频率通称为“工频”。

其值偏差一般不得超过±。

如果电力系统容量达到3000MW或以上时频率偏差则不得超过±。

提高电能质量主要是提高电压质量。

电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动和波形的一种质量评估。

电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差，通常以其对额定电压的百分值来表示。

电压波动是指电网电压的幅值的快速变动。

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的次数来表示。

电压波形的好坏用其对正弦波形畸变的程度来衡量。

电网的额定电压等级是国家根据国民经济的需要和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。

用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同

发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%

电力变压器的额定电压

⒈电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况：

①当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组额定电压与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压的5%。

②当变压器不与发电机相连而是连接在线路上时则可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。

⒉电力变压器二次绕组的额定电压分两种情况：

①变压器二次侧供电线路较长时，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%。

②变压器二次侧供电线路不长时，其二次绕组额定电压只需高于所联电网额定电压5%

电压高低的划分

1.根据安全规程分为：

低压——指设备对地电压在250V及以下者

高压——指设备对地电压在250V以上者

2.根据设计安装规程分为：

低压——指额定电压在1000V及以下者

高压——指额定电压在1000V以上者

中性点有三种运行方式：

（1）中性点不接地

（2）中性点经阻抗接地（3）中性点直接接地

（1）

（2）称为小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统，或中性点非直接接地系统。

（3）称为大接地电流系统，亦称中性点有效接地系统。

我国3~66KV系统，特别是3~10KV系统，一般采用中性点不接地的方式。

如单相接地电流大于一定数值时，则应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。

一定数值是指3~10KV系统中接地电流大于30A；20KV及以上系统中接地电流大于10A。

我国110KV及以上的系统，则都采用中性点直接接地的运行方式。

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，而且引出有中性线（N）、保护线（PE）、或保护中性线（PEN）。

低压配电系统，按保护接地形式分为TN系统、TT系统和IT系统。

TN系统中的所有设备的外露可导电部分均接公共保护线或公共的保护中性线。

如果系统中的N线与PE线全部合为PEN线，则此系统称为TN-C系统。

如果系统中的N线与PE线全部分开，则此系统称为TN-S系统

如果系统中的前一部分，其N线与PE线合为PEN线，而后一部分线路，N线与PE线则全部或部分地分开，则此系统称为TN-C-S系统

TT系统中的所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地。

IT系统中的所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地。

引出中性线的三相系统称为三相四线制系统。

没有中性线的系统属于三相三线制系统。

电力负荷

电力负荷又称电力负载。

含义：

（1）指耗用电能的用电设备或用电单位（用户）。

（2）指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小。

根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：

一级负荷

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡或中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。

一级负荷属重要负荷,如中断供电造成的后果十分严重,，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。

二级负荷

二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。

二级负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台。

在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。

三级负荷

三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。

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。

年最大负荷：

全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷

年最大负荷利用小时：

是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷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。

用电设备的工作制

连续工作制这类设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态。

短时工作制这类设备在恒定负荷下运行的时间短，（短于达到热平衡状态所需的时间）而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质温度）。

断续周期工作制这类设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期不般不超过10min。

无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡。

可用“负荷持续率”来表征其工作特征。

负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即

如设备在下的容量为，则换算到下的设备容量为

三相用电设备组计算负荷的确定

供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则其中各个元件都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的是要满足负荷电流的要求。

计算负荷:

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各个元件的负荷值。

需要系数法

用电设备组的计算负荷:

是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷。

其中为需要系数为用电设备组的设备容量

用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量之和

无功计算负荷

视在计算负荷

计算电流

如为一台三相电动机，则其计算电流就取为其额定电流即

对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组设备容量就是所有设备的铭牌额定容量之和。

对断续周期工作制的用电设备组设备容量就是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下的功率之和。

换算要求如下：

电焊机组要求容量统一换算到100%

吊车电动机组要求容量统一换算到25%

确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。

因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应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

总的有功计算负荷为总的视在计算负荷为

总的无功计算负荷为总的计算电流为

单相设备计算负荷

单相设备接在三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。

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。

由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择线路上的设备和导线，使线路上的设备和导线在计算电流通过时不至过热或损坏，因此在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接于线电压，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。

单相设备接于相电压时的负荷计算

等效三相设备容量按最大负荷相所接的单相设备容量的3倍计算，即

等效三相计算负荷则按前述需要系数法计算。

单相设备接于线电压时的负荷计算

接于同一线电压时

接于不同线电压时设P1>P2>P3，且其等效三相设备容量为

等效三相负荷同样按需要系数法计算。

单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算

首先应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，然后分别计算各相的设备容量和计算

负荷。

而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷的3倍，即

总的等效三相无功计算负荷为最大有功负荷相的无功计算负荷的3倍，即

尖峰电流及短路

尖峰电流的计算

尖峰电流是指持续时间1~2s的短时最大负荷电流。

作用：

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启动条件等。

单台用电设备尖峰电流就是其启动电流，因此尖峰电流为

多台用电设备的线路上的尖峰电流：

或

为起动电流和额定电流之差为最大的那台设备的起动电流。

例2-8有一380V三相线路，供电给表2-4所示4台电动机。

试计算该线路的尖峰电流。

解：

由表2-4可知，电动机M4的为最大，因此线路的尖峰电流（取）为

例某分支线路的供电情况见下表，该线路的额定电流为50A，试计算该线路的尖峰电流。

解：

由表可知，M3的为最大，

因此可得线路的尖峰电流为

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。

短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。

在三相系统中，可发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。

三相短路用文字符号表示两相短路用文字符号表示

单相短路用文字符号表示

两相接地短路，是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路，也指两相短路后又接地的情况

无限大容量电力系统：

其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。

特点：

当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。

如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5%~10%，或电力系统容量超过用户供电系统容量50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。

短路次暂态电流有效值，它是短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值。

短路稳态电流是短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用

表示

短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。

短路冲击电流有效值为短路后第一个周期的短路电流有效值。

在高压电路发生三相短路时

在1000KV·A及以下电力变压器二次侧及低电压电路中发生三相短路时

作业：

P50习题2-9

短路电流计算

短路电流的计算步骤

1．要绘出计算电路图计算电路图一般画成单线系统图，如下图所示。

在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出来（如下图中的S9-1000等），并将各元件依次编号（如下图中的电源为

（1）等）。

2．确定短路计算点短路电流计算的目的是为了校验电气元件在电路发生短路时能否承受得起大的电动力和高的温度。

所以在选择短路计算点时，要选得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

如上图中k-1点和k-2点。

3．按所选择的短路计算点绘出等效电路图如下图所示。

在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明各元件的序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值（阻抗用复数形式表示）。

4．计算电路中各主要元件的阻抗。

供电系统中各主要元件包括电力系统（电源）、电力变压器和电力线路的阻抗计算。

（1）电力系统的阻抗计算电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。

电力系统的电抗，可由电力系统变电所馈电线出口断路器（参看图SN10-10Ⅱ）的断流容量来估算，这就看作是电力系统的极限短路容量。

因此电力系统的电抗为

为短路点的短路计算电压。

比线路额定电压高5%。

（2）电力变压器的阻抗计算

1）变压器的电阻可由变压器的短路损耗近似地计算。

2）变压器的电抗可由变压器的短路电压近似地计算。

（3）电力线路的阻抗计算

1）线路的电阻可由导线电缆的单位长度电阻值求得，即

2）线路的电抗可由导线电缆的单位长度电抗值求得，即

注意：

在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器时，电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。

因此阻抗等效换算

的公式为

就短路计算中需计算的几个主要元件的阻抗来说，实际上只有电力线路的阻抗有时需按上述公式换算，例如计算低压侧短路电流时，高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧。

而电力系统和电力变压器的阻抗，由于其计算公式中均含有，因此计算其阻抗时，其直接代以短路点的短路计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。

5．计算短路电流和短路容量

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标么制法。

欧姆法，又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名。

在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值按下式计算

在高压电路的短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一般只计电抗，不计电阻。

在计算低压侧短路时，也只有当时才需计入电阻。

如果不计电阻，则三相短路电流周期分量有效值为

三相短路容量为

变配电所及高压一次设备

变配电所的任务变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后直接配电的任务。

配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。

用于升高电压的称为升压变电所，用于降低电压的称为降压变电所。

如图示为某变电所室内和室外一角。

一、变电所的类型

根据变电所在电力系统中的作用，可分成下列几种类型：

1．枢纽变电所

枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330～500kV的变电所，称为枢纽变电所。

全站停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。

2．中间变电所

中间变电所高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或长距离输电线分段，一般汇集2～3个电源，电压一般为220～330kV，同时又降压供给当地用电。

这样的变电所起中间环节的作用，称为中间变电所。

全站停电后，将引起区域网络解列。

3．地区变电所

地区变电所高压侧电压一般为110～220kV，对地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。

全站停电后，仅使该地区中断供电。

4．终端变电所

终端变电所在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压一般为35～110kV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。

全站停电后，只是用户受到损失。

一般企业变电所即属终端变电所。

一般企业变电所有工厂总降压变电所和车间变电所。

车间变电所按变压器的安装地点分为以下几种类型。

车间内变电所露天变电所独立变电所杆上变电台地下变电所楼上变电所。

成套变电所移动式变电所

一次电路变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或称一次回路、主电路、主结线。

一次电路中所有的电气设备称为一次设备或一次元件。

二次电路凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路。

二次电路通常接在互感器的二次侧。

二次电路中的所有电气设备称为二次设备或二次元件。

一次设备的分类：

按功能分，可分为以下几类。

（1）变换设备按电力系统的要求改变电压或电流、频率等。

（2）控制设备按电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断。

（3）保护设备对电力系统进行过电流和过电压等的保护

（4）补偿设备补偿无功功率，提高功率因数。

（5）成套设备按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置

高压熔断器熔断器（FU）是一种当所在电路的电流超过规定值并经过一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。

熔断器的主要功能：

主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。

高压熔断器全型号的表示和含义如下：

（一）RN1和RN2型户内高压熔断器（如图4-9）

RN1和RN2是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。

RN1主要用作高压电路和设备的短路保护，并能起过负荷保护的作用。

额定电流可达100A。

RN2只用作高压电压互感器一次侧的短路保护。

额定电流为0.5A其灭弧能力强，在短路电流未能达到冲击值之前即能完全熄灭电弧。

属“限流”熔断器。

（图4-10）

（二）RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器

跌开式熔断器（FD或FDL）广泛应用于环境正常的室外场所。

功能：

短路保护和隔离开关。

RW4等只能无负荷操作。

RW10（F）是在一般跌开式熔断器的上静触头上面加装一个简单的灭弧室，因而则能带负荷操作。

RW灭弧能力不强，不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，属“非限流”熔断器。

高压隔离开关（QS）

功能：

隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。

结构特点：

断开后有有明显可见的断开间隙，断开间隙的绝缘绝对可靠。

无灭弧装置，不允许带负荷操作。

类型：

分为户内式和户外式两大类。

高压隔离开关型号的表示和含义如下：

高压负荷开关（QL）

功能特点：

具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但它不能断开短路电流，因此它必须与高压熔断器串联使用，以借助熔断器来切断短路故障。

负荷开关断开后具有一定的断开间隙，具有隔离高压电源、保护安全检修的功能。

高压负荷开关全型号的表示和含义如下：

、

高压断路器（QF）

功能：

不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

分类：

按其采用的灭弧介质分，油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器及压缩真空断路器、磁吹断路器等。

油断路器分为多油和少油断路器。

多油断路器中的油多，油可作为灭弧介质和绝缘介质；少油断路器中的油少，油只作为灭弧介质。

高压断路器全型号的表示和含义如下

高压开关柜

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起的一种高压成套配电装置。

安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。

分类：

高压开关柜按主要设备的安装方式分为固定式和移开式（手车式）；按开关柜隔室的构成形式分为铠装式、间隔式、箱型、半封闭型等；按其母线系统分有单母线型、单母线带旁路母线型和双母线型；根据一次电路安装的主要元器件和用途分，有断路器柜、负荷开关柜、高压电容器柜、电能计量柜、高压环网柜、熔断器柜、电压互感器柜、隔离开关柜、避雷器柜等。

新系列的高压开关柜型号的表示和含义如下：

二次回路及其操作电源

一、概述

二次回路，指的是对一次电路进行控制、监测、指示和保护作用的电路部分。

分类：

按电源性质分为直流回路和交流回路，交流回路又分为交流电压回路和交流电流回路。

交流电压回路由电压互感器副绕组供电，交流电流回路由电流互感器副绕组供电。

按照二次回路的功能分类，分为断路器操作回路、故障信号回路、测量回路、监视回路、继电保护和自动装置回路等。

二次回路的操作电源，是指供高压断路器分、合闸回路、信号系统、监测系统、继电保护系统和自动投切系统中所用的电源。

由于二次回路分为直流回路和交流回路，所以操作电源也有两种，直流操作电源和交流操作电源，

二、直流操作电源

1.铅酸蓄电池操作电源铅酸蓄电池操作电源就是把二氧化铅正极板、铅负极板装入盛有稀硫酸电解液的玻璃容器内，靠电化学方式产生约2V的电压。

特点：

工作可靠，不受供电系统运行情况的影响；但工作时会产生气体，影响人身健康并有爆炸危险。

一般不采用。

铅酸蓄电池操作电源适用于有专门操作电源室的场合。

2.镍镉蓄电池操作电源镍镉蓄电池的正极板用氢氧化镍（或三氧化二镍）的活性物，负极板为镉，电解液为氢氧化钾（或氢氧化钠）等碱性溶液。

靠电化学方式产生约的电压。

特点：

工作可靠，不受供电系统运行情况的影响；大电流放电性能好，使用寿命长，腐蚀性小，无需专用建筑安装，投资少，在工厂供电系统中得到广泛使用。

3.电容储能式硅整流操作电源工作原理：

当工厂供电系统正常工作时，通过硅整流器提供直流操作电源并给电容器充电；当供电系统电压降低或消失时，由电容器给断路器的跳闸回路和继电保护回路提供操作电源，保证其正常工作。

4.复式硅整流操作电源由两个硅整流装置组成。

一个由变压器或电压互感器供电的电压源，经铁磁谐振稳压器稳压、硅整流器整流后给控制回路、保护回路等供电；另一个由电流互感器副边提供电源的电流源，经铁磁谐振稳压器稳压、硅整流器整流后给控制回路、保护回路等供电。

特点：

短路和正常情况下都能可靠给操作电路供电；输出功率大，输出电源的稳定性高；在工厂供电系统中被广泛采用。

三、交流操作电源

对采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源。

相应的控制设备、保护设备、信号装置均应采用交流型式。

分类：

交流电压源和交流电流源。

交流电压源由电压互感器或变压器副绕组供电，一般变压器作正常工作电源，而电压互感器由于容量小作为瓦斯保护的交流电源。

交流电流源由电流互感器副绕组供电，作为继电保护和跳闸回路的电源。

特点：

二次回路得到简化、投资少、工作可靠、维护方便。

交流操作电源广泛用于中小型工厂的变配电所中断路器采用手动操作或弹簧操作及继电保护和自动系统较简单的场合。

不适于比较复杂的继电保护、自动装置及其他二次电路。

高压断路器的控制和信号回路

断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态。

一般是红灯（RD）亮，表示断路器处在合闸位置；绿灯（GN）亮，表示断路器处在分闸位置。

事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态。

一般是红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。

此外还有事故音响信号和光字牌等。

预告信号是在一次设备出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。

例如变压器过负荷或轻瓦斯动作时，就发出区别于上述事故音响信号的另一种预告音响信号，同时光字牌亮，指示出故障的性质和地点，值班员可根据预告信号及时处理。

对断路器的控制和信号回路有下列主要要求：

1）应能监视控制回路保护装置（如熔断器）及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作，通常采用灯光监视的方式。

2）合闸或分闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或分闸的电源。

3）应能指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，并自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。

如前所述，通常用红、绿灯的平光来指示断路器的正常位置状态，而用其闪光来指示断路器的自动分、合闸。

4）断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线。

当断路器采用手动操作机构时，利用手动操作机构的辅助触点与断路器的辅助触点构成“不对应”关系，即操作机构（手柄）在合闸位置而断路器已跳闸时，发出事故跳闸信号。

当断路器采用电磁操作机构或弹簧操作机构时，则利用控制开关的触点与断路器的辅助触点构成“不对应”关系，即控制开关（手柄）在合闸位置而断路器已跳闸时，发出事故跳闸信号。

5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。

预告信号应能使控制室