供配电基础知识.docx

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供配电基础知识

第一章简述供配电系统及电力系统和自备电源的基本知识

第一节供配电系统的基本知识

以工厂为例，其供配电系统是指工厂企业所需的电力从进场起到所有用电设备入端止的整个供配电线路及其中变配电设备。

（一）具有高压配电所的供配电系统（一般用于高压配电所有10KV的电源进线）

（二）具有总降压变电所的供配电系统（一般用于总降压变电所有35KV的电源进线）

（三）高压深入负荷中心的企业供配电系统

如果当地公共电网电压为35KV,而企业的环境条件和设备条件有允许采用35KV架空线和较经济的电气设备时，则可考虑采用35KV线路直引入靠近负荷中心的车间变电所，经电力变压器直接将为低压用电设备所需的电压220|380V.这种高压深入负荷中心的直配方式，可以节省一级中间电压，从而简化了供配电系统，节省有色金属，降低电能损耗和电压损耗，减少运行费用，提高供电质量。

但是选用这种高压直配方式必须考虑企业内有满足35KV架空线的“安全走廊”，以确保供电安全。

第二节用户自备电源基本知识

对于用户的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急的自备电源。

最常用的自备电源是柴油发电机组。

对于重要的计算机系统等，除了应设柴油发电机组外，往往还另设不间断电源UPS。

对于电源频率和电压稳定要求很高的场所，宜采用稳频稳压不停电电源。

（一）采用柴油发电机组的自备电源

采用柴油发电机组作应急自备电源，有下列优点：

1）柴油发电机组操作简便，起动迅速。

当公共电网停电时，柴油发电机组一般能在10~15S内起动并接上负荷，这是汽轮发电机组无法做到的，水轮发电机组更是望尘莫及。

2）柴油发电机组效率较高，功率范围大，可从几KW到几千KW，而且体积小，重量轻。

特别是在高层建筑中，采用体型紧凑的高效柴油发电机组是最合适的。

3）柴油发电机组的燃料采用柴油，其储存和运输比较方便，这一优点是以燃煤为主的汽轮发电机组无法比拟的。

4）运行可靠，维修方便。

作为应急的备用电源，可靠性是非常重要的指标，离开可靠性，就谈不上“应急”。

因此，我们项目部搅拌站就采用250KW的柴油发电机作为应急的自备电源。

第三节电力系统的中性点运行方式及

低压配电系统的接地型式

一、电力系统的中性点运行方式

我国电力系统中电源（包括发电机和电力变压器）的中性点有下列三种运行方式：

一种是中性点不接地的运行方式；一种是中性点经阻抗（通常是经消弧线圈）接地的运行方式；再一种是中性点直接接地或经低电阻接地的运行方式。

前两种系统在发生单相接地故障时的接地电流较小，因此又统称为“小接地电流系统”；后一种系统发生单相接地故障时即形成单相接地短路，电流较大，因此称为“大接地电流系统”。

电力系统中性点运行方式对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且还影响到系统二次侧保护装置及监视、测量系统的选择与运行，因此有必要予以充分的重视和研究。

（二）中性点不接地的电力系统

这种中性点不接地系统，高压多用于3~10KV系统，低压则用于三相三线制的IT系统。

但必须指出，这种系统接地时，系统的三个线电压不论其相位和量值都没有改变，因此系统中的所有设备仍可照常运行。

但是这种状态不能长次下去，以免在另一相又接地形成两相接地短路，这将产生很大的短路电流，可能损坏线路和设备。

因此这种系统必须装设单相接地保护或装设绝缘监视装置。

（三）中性点经消弧线圈接地的电力系统

这种系统的运行方式，主要用于35~66kv的电力系统。

（四）中性点直接接地或经低阻接地的电力系统

110KV及以上的电力系统通常都采用中性点直接接地的运行方式。

在低压配电系统中，三相四线制的TN系统和TT系统也都采用中性点直接接地的运行方式，这主要是考虑到同时接用三相设备和单相设备的需要，另位也考虑到在发生单相接地故障时相线对地电压不致升高而有利于人声安全的保障。

一、低压配电系统的接地型式

低压配电系统，按其中电气设备的外露可导电部分保护接地的型式不同，分为TN系统、TT系统、IT系统。

（一）TN系统

TN系统的电源中性点直接接地，并从中性点引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或将N线与PE线合而为一的保护中性线（PEN线），而系统中电气设备的外露可导电部分则接PE线或PEN线。

具有N线或PEN线的三相系统，统称为“三相四线制”系统。

没有N线或PEN线的三相系统，则称为“三相三线制”系统。

TN系统属于三相四线制系统。

中性线（N线）的功能：

（1）用来接额定电压为系统相电压的单相用电设备，如照明灯等；

（2）用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；（3）用来减小负荷中性点的电位偏移。

保护线（PE线）是为了保障人身安全、防止触电事故的公共接地线。

系统中的外露可导电部分通过PE线接地，可使设备在发生接地（壳）故障时降低触电危险。

保护中性线（PEN线），是N线与PE线合而为一的导体，兼有N线和PE线的功能。

PEN线在我国电力界习惯称为“零线”。

因此设备外露可导电部分接PEN线（包括PE线）的这种接地型式也称为“接零”。

1、TN-C系统

TN-C系统的电源中性点引出一根PEN线，其中设备的外露可导电部分均接至PEN线。

2、TN-S系统

TN-S系统的电源中性点分别引出N线和PE线，其中设备的外露可导电部分接至PE线。

由于此种系统的PE线和N线分开，PE线中没有电流通过，因此所有接PE线的设备之间不会产生电磁干扰，所以这种系统适用于对抗电磁干扰较高的数据处理、电磁检测等试验场所。

又由于PE线与N线分开，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。

所以这种系统也适用于安全要求较高的场所，如潮湿易触电的浴池等地及我们项目的钢筋场。

3、TN-C-S系统

这种系统较灵活，兼有TN-C系统和TN-S系统的优越性。

第四节供电质量要求及电力用户

供配电电压的选择

一、供电质量概述

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。

电能质量的主要指标有：

频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、电压波形畸变引起的高次谐波及三相电压不平衡度等。

供电可靠性可用供电企业对电力用户全年实际供电小时数与全年总小时数（8760h）的百分比值来衡量，也可用全年的停电次数和停电持续时间来衡量。

供电设备计划检修时，对35KV及以上电压供电的用户停电次数，每年不应超过1次；对于10KV供电的用户，每年停电次数不应超过3次。

二、供电电压及电压偏差

（一）供电电网和电力设备的额定电压

我国的三相交流电网和电力设备（包括发电机、电力变压器和用电设备等）的额定电压，按GB156——2003《标准电压》规定，“低压”，指1000V及以下的电压；“高压”，是指1000V以上的电压。

（二）电压偏差允许值

GB50052----1995《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宜符合下列条件：

（1）电动机规定为+5%、-5%.

（2）电气照明在一般工作场所为+5%、-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%；应急照明和警卫照明为+5%、-10%。

三、电力用户供配电电压的选择

（一）电力用户供电电压的选择

电力用户供电电压的选择，主要取决于当地供电企业供电的电压等级，同时也要考虑用户用电设备的电压、容量及供电距离等因素。

电力用户的用电设备容量在100KW及以下，或需用变压器容量在50KVA及以下时，一般采用低压三相四线制供电；但特殊情况（例如供电点距离用户太远时）也可采用高压供电。

（二）电力用户高压配电电压的选择

电力用户高压配电电压的选择，主要取决于该用户高压用电设备的电压、容量和数量等因素。

（三）电力用户低压配电电压的选择

电力用户的低压配电电压，通常采用220|380V，其中线电压380V用来接用三相电力设备及额定电压为380V的单相设备，而相电压220V用来接额定电压为220V的单相设备和照明灯具。

第二章供配电系统的主要电气设备

第一节电气设备概述

供配电系统担负输送和分配电力这一主要任务的电路，称为“一次回路”，也称“主电路”。

供配电系统中用来控制、指示、监测和保护一次电路及其中电气设备运行的回路，称为“二次电路”。

相应地，供配电系统中的电气设备分为两大类：

一次电路中的所有电气设备，称为“一次设备”。

二次回路中的所有电气设备，称为“二次设备”。

供配电系统的主要电气设备是指其一次设备。

一次设备按其功能可分为以下几类：

（1）变换设备指按系统工作要求改变电压或电流的设备，例如电力变压器、电压互感器、电流互感器及变流设备等。

（2）控制设备指按系统工作要求来控制电路通断的设备，例如各种高低压开关。

（3）保护设备指用来对系统进行过电流和过电压保护的设备，例如高低压熔断器和避雷器。

（4）无功补偿设备指用来补偿系统中的无功功率、提高功率因数的设备，例如高低压熔断器和避雷器。

（5）成套配电装置它是按照一定线路方案的要求，将有关一次设备和二次设备组合为一体的电气设备，例如高低压开关柜、动力和照明配电箱等。

第二节电力变压器和互感器

一、电力变压器

电力变压器按功用分，有升压变压器和降压变压器两大类。

用户变电所都采用降压变压器。

二次侧为低压配电电压的降压变压器，通常称为“配电变压器”。

电力变压器按容量系列分，有R8系列和R10容量系列两大类。

所谓R8容量系列，是指容量等级是按大约1.33倍数递增的。

所谓R10容量系列，是指容量等级是按大约1.26倍数递增的。

R10系列的容量等级较密，便于合理选用，是国际电工委员会（IEC）推荐的，我国现在生产的电力变压器容量等级均采用这一系列，如容量100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000KVA等。

电力变压器按相数分，有单相和三相两大类，用户变电所通常都采用三相变压器。

电力变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两大类型。

用户变电所大多采用无载调压变压器。

电力变压器按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类，用户大多采用铝绕组变压器，现在一般采用更为节能的S9型等铜绕组变压器。

电力变压器按结构性能分，有普通变压器、全密封变压器和防雷变压器等。

用户变电所大多采用普通变压器（包括油浸式和干式变压器）。

二、电流互感器

（一）电流互感器的功用和接线方案

1、电流互感器的功用

（1）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘，这既可防止主电路的高压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，从而提高整个一、二次电路运行的安全性和可靠性，并有利于人身安全。

（2）用来扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流设备。

2、电流互感器的接线方案

（1）一相式接线

（2）两相V形接线这种接线也称为两相不完全星型接线。

在继电保护装置中，这种接线则称为两相两继电器接线。

在中性点不接地的三相三线制电路中，这种接线广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用。

（3）两相电流差接线

（4）三相星型接线这种接线中的三个电流线圈，正好反映各项的电流，广泛用于三相负荷一般不平衡的三相四线制系统如低压TN系统中，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，作三相电流、电能测量及过电流保护之用。

（二）电流互感器的类型和型号

互感器的类型很多。

按其一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式等）按其用途分，有测量用和保护用两大类。

按其准确级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用电流互感器有5P、10P、两级。

现在应用最普遍的是环氧树脂浇注绝缘的干式电流互感器。

户内高压一般用LQJ-10型电流互感器；户内低压一般用LMZJ1-0.5型电流互感器，它用于500V及以下的低压配电装置中。

（三）电流互感器使用注意事项

1、电流互感器工作时二次侧不得开路

2、电流互感器的二次侧必须有一端接地

电流互感器二次侧有一端接地，是为了防止互感器一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。

3、电流互感器连接时必须注意其端子极性。

第三节低压开关电器

（一）低压刀开关

低压刀开关（QK）按操作方式分，有单投和双投两种。

按极数分，有单极、双极和三极三种。

按灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩的两种。

一般我们用带有灭弧罩的刀开关，它能通断一定的负荷电流，能使负荷电流产生的电弧有效的熄灭。

如HD13型低压刀开关。

（二）低压刀熔开关

低压刀熔开关（QKF）又称熔断器式刀开关。

常见的有HR3型刀熔开关。

（三）低压断路器

低压断路器（QF），又称低压自动开关。

它既能带负荷通断电路，有能在短路、过负荷和欠电压情况下自动跳闸，切断电路。

在我们项目所在的配电柜中一般采用高性能的万能断路器DW15型，其保护功能更多，性能更好。

（四）塑料外壳式低压断路器

塑料外壳式断路器的类型繁多，国产的典型型号有DZ20型，还有一类是63A及以下的小型断路器。

由于它具有模数化的结构和小型尺寸，因此通常称为“模数化小型断路器”，它具有体积小、分段能力高，机电寿命长，组装灵活方便，安全性能好等优点。

第四节高压熔断器和避雷器

一、高压熔断器

熔断器（FU）是一种应用及广的过电流保护电器。

其主要功能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。

用户供配电系统中，室内广泛采用RN1,RN2等型高压管式熔断器，室外广泛采用RW4、RE10等高压跌开式熔断器。

二、低压熔断器

低压熔断器的功能，主要是串接在低压配电系统中用来进行短路保护，有的也能同时实现过负荷保护。

供配电系统中应用较多的有RM10型密封管式熔断器、RT10型填料管式熔断器和RZ1型自封式熔断器。

三、高低压避雷器

避雷器（F）是用来防止雷电产生的过电压波沿线路浸入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护的电气设备的绝缘。

避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。

当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压

时，避雷器的火花间隙被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地泄放，从而保护了设备的绝缘。

避雷器按结构型式分，有阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙和金属氧化物避雷器等。

第五节无功补偿设备和成套配电装置

一、无功补偿设备

无功补偿设备，就是无功功率人工补偿，以提高供配电系统（电网）的功率因数。

无功补偿设备就是专用来补偿供配电系统感性无功功率的电气设备。

按补偿的无功功率性质分，有稳态的和动态的两大类无功补偿设备。

（一）稳态无功补偿设备

稳态无功补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器。

、

1、同步补偿机

2、并联电容器

并联电容器是一种专用来进行无功补偿的电力电容器。

它与同步补偿机相比，因无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器应用最为普遍。

3、无功功率自动补偿装置

无功功率自动补偿装置采用并联电容器作无功补偿元件。

二、成套配电装置

（一）高压开关柜

（二）低压开关柜

20世纪90年代初，我国有关单位设计出GGD型低压配电柜，采用DW15型断路器等先进电器，使之具有分断能力高、动稳定性好、组合灵活方便、结构新颖和安全可靠等特点，因此，我项目所用配电柜都采用GGD型。

（三）动力和照明配电箱

动力和照明配电箱主要用于低压配电系统的终端，直接对用电设备配电、控制和保护。

动力配电箱主要用于对动力设备配电，但也可向照明设备配电。

照明配电箱主要用于照明配电，但也可用于对一些小容量的动力设备和家用电器配电。

动力和照明配电箱的类型很多，按其安装方式分，有靠墙式、挂墙式和嵌入式。

第三章电力负荷及其计算

第一节电力负荷

一、电力负荷的分级及其对供电电源的要求

力负荷，即可指用电设备或用电单位（用户），也可指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流。

这里指用电单位（用户）或用电设备。

二、电力负荷的类别

电力负荷按用途分，有照明负荷和动力负荷。

照明负荷为单相负荷，在三相系统中很难做到三相平衡；而动力负荷一般可视为三相平衡负荷。

电力负荷按行业分，有工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷等。

三、用电设备的额定容量、负荷持续率及负荷系数

1、用电设备的额定容量

电设备的额定容量，是指用电设备在额定电压下、在规定的使用寿命内能持续输出或耗用的最大功率。

对发电机，其额定容量是指其轴上正常输出的最大功率。

因此其耗用的功率即从电网汲取的功率，应为其额定容量除以其本身的效率。

对电灯和电炉，其额定容量是指其在额定电压下耗用的功率，而不是指其输出的功率。

必须指出：

对断续周期工作制的设备（如电焊机和吊车）老说，其额定容量是对应一定的负荷持续率的。

第二节三相用电设备组计算负荷的确定

一、概述

计算负荷，是指通过统计计算求出来的、用来按发热条件选择供配电系统中各元件的负荷值。

按照计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而不会影响其使用寿命。

计算负荷是供配电设计计算的基本依据。

如果计算负荷确定过大，将使设备和导线电缆选择偏大，造成投资和有色金属的浪费。

如果计算负荷确定过小，有将使设备和导线电缆选择偏小，造成设备和导线电缆运行时过热，增加电脑损耗和电压损耗，甚至使设备和导线电缆烧毁，造成事故。

因此正确确定计算负荷具有重要意义。

但是也要指出，由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。

实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织以及能源供应状况等诸多因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。

我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。

需要系数法是世界各国普遍采用和确定计算负荷的基本方法，简单方便。

二项式法应用的局限性很大，但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法更为合理，且计算也较简便。

二、按需要系数法确定三相用电设备组的计算负荷

（一）需要系数的概念

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,用电组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不包括备用设备）的额定容量之和。

而设备的额定容量，是设备在额定条件下的的最大输出功率。

但实际上用电设备组的设备不一定都同时运行，运行的设备也不可能是满负荷，同时设备和线路在运行中都有功率损耗。

（二）需要系数法的基本公式

有功计算负荷P30=Kd*Pe

无功计算负荷Q30=P30tanφ

视在计算负荷S30=P30/cosφ

计算电流I30=S30/√3Un

Kd---------------需用系数，是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值

Cosφ--------------为用电设备组的平均功率因数；

Tanφ--------------为对应于cosφ的正切值；

Un-----------------为用电设备组的额定电压。

Pe------------------为用电设备组所有设备的额定容量之和。

第四章供配电系统的接线、结构及安装图

第一节变配电所的主接线方案

一、概述

变配电所的接线图按其功能可分为两种：

主接线图和二次接线图。

对变配电所的主接线方案有下列基本要求：

（1）安全性应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

例如在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设隔离开关；对低压断路器也一样，在其电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设隔离开关（刀开关）。

（2）可靠性应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。

（3）灵活性应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。

（4）经济性在满足上述要求的前提下，应尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进又经济适用的节能产品。

二、小型变电所的主接线方案

小型变电所是将6~10KV高压降为一般用电设备所需的220|380低压终端变电所。

它们的主接线通常相当简单。

从变电所的主接线来看，可分两种情况：

1）变电所前面还有总降压变电所或高压配电所。

这类变电所高压侧的开关电器、保护装置和检测仪表等，一般都装在高压配电线路的首端，即装设在其前面的总变、配电所的高压配电室内，而本变电所一般只设变压器室和低压配电室，其高压侧大多不装开关，或只装简单的隔离开关、熔断器（室外为跌开式熔断器）、避雷器等。

2）变配电所前面无总变、配电所，是直接从公共电网受电。

下面介绍高压侧设备较齐全的一些小型变电所常见的主接线方案。

（一）只有一台主变压器的小型变电所主接线方案

只有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一根采用无母线的接线。

根据高压侧采用开关的不同，可有以下三种典型的主接线方案。

1、高压侧采用隔离开关——熔断器或跌开式熔断器的变电所的主接线方案；这种主接线，因受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器

容量的限制，一般只用于500KVA及以下容量的变电所。

这种变电所相当简单经济，但供电可靠性不高。

且隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷操作，只适用于对不重要的三级负荷供电。

2、高压侧采用负荷开关——熔断器或负荷型跌开式熔断器的变电所主接线方案。

3、高压侧采用隔离开关——断路器的变电所主接线方案。

第二节变配电所得类型与结构

一、变配电所的类型及其适用范围

小型用户变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：

（1）车间附设变电所；

（2）车间内变电所；（3）露天变电所

（5）独立变电所；（5）杆上变电台；（6）地下变电所；等

露天或半露天变电所的形式比较简单经济，通风散热好，因此只要周围环境条件正常，无腐蚀性爆炸性气体和粉尘，可以采用。

杆上变电台最为简单经济，一般用于容量在315KVA及以下的变压器。

我们施工单位一般就用以上这两种。

二、变配电所的结构

（一）变压器室和室外变压器的结构

1、变压器室的结构

变压器室的结构型式，决定于变压器的型式、容量、放置方式、主接线方案及进出线的方式、方向等诸多因素，并应考虑运行维护的安全以及通风、防水等问题。

2、室外变压器的结构

露天或半露天变电所的变压器四周应设不低于1.7米高的固定围栏。

变压器外廓与围栏的净距不应小于0.8米，变压器底部距地面不应小于0.3米。

以我们项目为例，变电所有一路架空进线，高压侧装有RW10——10（F）负荷型跌开式熔断器和避雷器。

避雷器与变压器400V侧中性点及变压器外壳共同接地，并将变压器的接地中性线（PEN）引入低压配电室内。

当变压器容量在315KVA及以下、环境正常且符合用户供电可靠性要求时，可考虑采用杆上变压器台的型式。

（二）配电室、电容器室和值班室的结构

低压配电室的高度，应与变压器综合考虑，以便于变压器低压出线。

当低压配电室与抬高地坪的变压器相邻时，配电室高度不应小于4米。

当低压配电室与不抬高的变压器相邻时，配电室高度不应小于3.5米。

为了布线需要，低压配电屏下面也设有电缆沟。

电容器室应有良好的自然通风。

当自然通风不能满足排热要求时，可增设机械排风装置。

电容器室应设温度指示装置。

值班室的结构型式，有结合变配电所得总体布置和值班工作要求全盘考虑，以利于运行值班。

值班室通往外边的门，应向外开，或双向开启。

第三节变电所主变压器及应急柴油发电机组的选择