工厂供电(课件)

工厂供电工厂供电11.1工厂供电系统概述及电压选择11.2工厂电力负荷的计算11.3变电所位置及变压器台数和容量选择11.4变配电所高低压一次设备11.5工厂变配电所的主电路图11.6低压供配电线路的接线方式11.7工厂供电系统的防雷与接地思考题与习题工厂供电11.1工厂供电系统概述及电压选择11.1.1工厂供电系统是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，是由工厂变配电所、配电线路和用电设备构成的整体，以实现工厂电能的接受、分配、变换、输送和使用。工厂供电系统是电力系统的主要组成部分，也是电力系统的主要用户。图11.1.1所示为电力系统示意图，虚线框内即为工厂供电系统。工厂供电系统中，变配电所担负着接收电能、变换电压和分配电能的任务；配电线路承担着输送和分配电能的任务；用电设备指的是消耗电能的电动机、照明设备等。工厂供电图11.1.1电力系统示意图工厂供电不同类型的工厂，其供电系统组成各不相同。大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，一般经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，将35kV及以上的电源电压降为6～10kV的配电电压，然后通过高压配电线路将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。工厂供电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。车间变电所内装设有电力变压器，将6～10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压(如220／380V)，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA，因而通常只设一个降压变电所，将6～10kV电压降为低压用电设备所需的电压。当工厂所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，因此工厂只需设一个低压配电间。对工厂供电系统的基本要求是：安全、灵活、可靠、经济。工厂供电11.1.2电力系统的组成电力系统是电能的生产、输送、分配、变换和使用的一个统一整体。电力系统由发电厂、变电站、电力网和用户组成。图11.1.2所示为电力系统及动力系统示意图。工厂供电图11.1.2电力系统及动力系统示意图工厂供电1．发电厂发电厂是将一次能源转换为电能的工厂。根据一次能源的来源不同，有火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂、风力发电厂以及太阳能发电厂等。工厂供电2．电力网由变电所和各种不同电压等级的线路组成，它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。电力网按电压高低和供电范围的大小又分为区域网和地方网。区域网供电范围大，且电压一般在220kV以上；地方网供电范围小，最高电压一般不超过110kV。工厂供电3．用户是指将电能转换为所需要的其它形式能量的工厂或用电设备。随着电力系统的发展，各国建立的电力系统，其容量及范围越来越大。建立大型电力系统可以经济合理地利用一次能源，降低发电成本，减少电能损耗，提高电能质量，实现电能的灵活调节和调度，大大提高供电可靠性。工厂供电11.1.31.根据受电设备和供电设备的额定电压，国标GB156—93《标准电压》规定了交流电力网和电力设备的额定电压等级。1）电网(电力线路)的额定电压(ratedvoltage)电网的额定电压是确定其它一切电力设备额定电压的基本依据，它是国家根据国民经济发展的需要以及电力工业的现有水平，经过全面的技术分析后确定的。三相交流电网和电力设备常用的额定电压如表11.1.1所示。工厂供电表11.1.1我国交流电力网和电气设备的额定电压电力变压器额定电压/KV分类电网和用电设备电压/KV发电机额定电压/KV一次绕组二次绕组低压0.380.660.400.690.380.660.400.69高压3610—35661102203305007503.156.310.513.8,15.75,18,20,22,24,263及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,20,22,24,2635661102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及11—38.572.6121242363550820工厂供电2）电力设备的额定电压用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压的5％，以补偿线路上的电压损失。变压器的额定电压分为一次绕组额定电压和二次绕组额定电压。（1）变压器一次绕组额定电压分两种情况：当变压器直接与发电机相连时，如图11.1.3中的变压器T1，其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％；当变压器连接在线路上时，如图11.1.3中的变压器T2，成为电网上的一个负荷，其一次绕组额定电压与电网额定电压相同。工厂供电（2）变压器的二次绕组额定电压也分两种情况：当变压器二次侧供电线路较长时，如图11.1.3中的变压器T1，其额定电压应高于同级电网额定电压的10％，5%用来补偿变压器二次绕组的内阻抗压降，5%用来补偿线路上的电压损失；当变压器二次侧供电线路不太长时，如图11.1.3中的变压器T2，其额定电压只需高于电网额定电压的5％即可，用于补偿变压器内部的电压损耗。工厂供电图11.1.3电力变压器的额定说明工厂供电2.电压分类及高低电压的划分按国标规定，额定电压分为三类：第一类额定电压为100V及以下，如12V、24V、36V等，主要用于安全照明、潮湿工地建筑内部的局部照明及小容量负荷。第二类额定电压为100V以上、1000V以下，如127V、220V、380V、600V等，主要用作低压动力电源和照明电源。工厂供电第三类额定电压为1kV以上，有6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等，主要用于高压用电设备、发电及输电设备。在电力系统中，通常把1kV以下的电压称为低压，1kV以上的电压称为高压，220kV以上的电压称为超高压，1000kV以上的电压称为特高压。三相电力设备的额定电压不作特别说明时均指线电压。工厂供电11.1.41．工厂供电系统的高压配电电压主要取决于当地供电电源电压以及工厂高压用电设备的电压、容量和数量等因素。中、小型工厂采用的高压配电电压通常为6～10kV，从技术经济指标来看，最好采用10kV配电电压。由于同样的输送功率和输送距离条件下，配电电压越高，线路电流越小，线路所采用的导线或电缆截面越小，因而采用10kV配电电压可以减少线路的初投资和金属消耗量，还可以减少线路的电能损耗和电压损耗。从设备的选型及将来的发展来说，10kV更优于6kV。对于一些厂区面积大、负荷大且集中的大型厂矿，如厂区的环境条件允许，可采用35～220kV架空线直接深入工厂负荷中心配电，这样可以分散建立总降压变电所，简化供电环节，节约有色金属，降低功率损耗和电压损失。工厂供电2．低压配电电压的选择工厂供电系统的低压配电电压一般采用220/380V的标准电压等级，但在某些特殊的场合如矿井，因负荷中心远离变电所，为保证负荷端的电压水平故采用660V电压作为配电电压，这样不仅可以减少线路的电压损耗，降低线路有色金属消耗量，而且能够增加配电半径，提高供电能力，简化供配电系统。另外，在某些场合，由于安全的原因，可以采用特殊的安全低电压配电。工厂供电11.1.51．国家标准GB12325—90《电能质量供电电压允许偏差》规定了不同电压等级的允许电压偏差：35kV及以上供电电压，正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%10kV及以下三相供电电压允许偏差为±7%220V单相供电电压允许偏差为+7%、-10%。工厂供电2．我国规定的额定电压频率为50Hz，大容量系统允许的频率偏差为±0.2Hz，中、小容量系统允许的频率偏差为±0.5Hz。频率的调整主要由发电厂进行。工厂电力系统的频率指标由电力系统给予保证。工厂供电3．供电的可靠性要求保证供电系统的安全可靠性是电力系统运行的基本要求。所谓供电的可靠性，是指确保用户能够随时得到供电。这就要求供配电系统的每个环节都安全、可靠运行，不发生故障，以保证连续不断地向用户提供电能。不同的用户对供电可靠性的要求是不一样的。根据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，将电力用户负荷分为三类。工厂供电1）一级负荷(firstorderload)一级负荷是指中断供电将造成人身伤亡危险，或造成重大设备损失且难以修复，或给国民经济带来重大损失，或在政治上造成重大影响的电力负荷。如火车站、大会堂、重要宾馆、通信交通枢纽、重要医院的手术室、炼钢炉、国家级重点文物保护场所等。一级负荷要求由两个独立电源供电，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。对一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组、专门的供电线路、蓄电池、干电池等。工厂供电2）二级负荷(secondorderload)二级负荷是指中断供电将在政治、经济上造成较大损失的电力负荷，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。二级负荷要求由双回路供电，供电变压器也应有两台(这两台变压器不一定在同一变电所)，当其中有一条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，或中断供电后能迅速恢复供电。工厂供电3）三级负荷(thirdorderload)三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均为三级负荷。由于三级负荷为不重要的一般负荷，因而它对供电电源无特殊要求。工厂供电11.2工厂电力负荷的计算11.2.11.计算负荷的概念根据用电设备的安装容量，采用一定的计算方法得出的负荷，称为计算负荷。计算负荷是一个假想负荷，其热效应和实际负荷产生的热效应相等。如以计算负荷连续运行，根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆其发热温度不会超过允许值。工厂供电导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(3～4)τ，τ为发热时间常数。截面在16mm2及以上的导体，其τ≥10min。因此，载流导体大约经30min后可达到稳定温升值，计算负荷也就是半小时最大负荷。分别用P30、Q30、S30和I30表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。计算负荷是分析和设计供电系统的基础，是选择供电系统导线、变压器、开关电器等设备的依据。如计算负荷过大，则将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。因此，正确确定计算负荷意义重大。工厂供电2.采用需要系数法确定计算负荷时，首先要知道设备的容量Pe。设备容量与设备的工作制有关，设备容量不一定就是设备铭牌上所标定的额定容量。因此，当统计设备的安装容量时，不能将铭牌上的额定功率直接相加，而应按不同的工作性质将用电设备分组，再将不同负荷持续率下的额定功率换算为统一持续率下的功率，这就是设备容量。1）采用长期连续运行工作制的设备工作时间长，连续运行，绝大多数用电设备都属于这一类设备，如风机、泵类、机床、照明等。这类设备的设备容量就是设备铭牌上的额定容量。工厂供电2）采用短时运行工作制的设备工作时间短，停歇时间长，如船闸电动机、机床中的辅助电动机等，其设备容量按铭牌额定容量计算。3）继续周期工作制也称反复短时工作制，采用这种工作制的设备时而工作，时而停歇，反复运行，如吊车用电动机、电焊机等，其设备容量是将所有设备在不同负载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。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，换算要求工厂供电(1)电焊机组要求统一换算到ε=100％，换算后的设备容量为100NN100NNecosSPPNNNNecosSPP（11.2.1）即式中:PN、SN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；ε100