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，