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文檔簡介
1、 第1章概論1.1 供配電系統基本知識供配電系統基本知識1.2 電力系統的電壓電力系統的電壓 1.3 電力系統中性點運行方式電力系統中性點運行方式 小結小結1 11 1供配電系統基本知識供配電系統基本知識1 1電能的定義電能的定義 由發電廠將一次能源(如煤、油、水、原子能等)轉換而由發電廠將一次能源(如煤、油、水、原子能等)轉換而成的二次能源。成的二次能源。 2 2特點特點 (1 1)輸送和分配簡單經濟,)輸送和分配簡單經濟, (2 2)便于控制、調節和測量,)便于控制、調節和測量, (3 3)易于轉換為其它形式的能量(如機械能、光能、熱能等),)易于轉換為其它形式的能量(如機械能、光能、熱能
2、等), 3 3供配電系統定義供配電系統定義 對電能進行供應和分配的系統,為工廠企業及人們對電能進行供應和分配的系統,為工廠企業及人們 生活提供所需要的電能。生活提供所需要的電能。 1.1.1 電力系統電力系統 1電力系統的組成概述電力系統的組成概述 (1)組成)組成 由發電廠、電力網和電能用戶組成的一個發電、輸電、變由發電廠、電力網和電能用戶組成的一個發電、輸電、變電、配電和用電的整體,如圖電、配電和用電的整體,如圖1-1所示。其中:所示。其中: 發電廠的發電機生產電能,在發電機中機械能轉化為電能;發電廠的發電機生產電能,在發電機中機械能轉化為電能;變壓器、電力線路輸送、分配電能;變壓器、電力
3、線路輸送、分配電能;電動機、電燈、電爐等用電設備使用電能。電動機、電燈、電爐等用電設備使用電能。 總結總結:電力網絡是電力系統的一個組成部分,而電力系統又是動力:電力網絡是電力系統的一個組成部分,而電力系統又是動力系統的一個組成部分,這三者的關系也示于圖系統的一個組成部分,這三者的關系也示于圖1-11-1。(3 3)動力系統)動力系統 指電力系統加上發電廠的指電力系統加上發電廠的“動力部分動力部分”。“動力部分動力部分”包括水力發電廠的水庫、水輪機,熱力發電廠的鍋爐、包括水力發電廠的水庫、水輪機,熱力發電廠的鍋爐、汽輪機、熱力網和用電設備,以及核電廠的反應堆等等。汽輪機、熱力網和用電設備,以及
4、核電廠的反應堆等等。(2)電力網絡或電網)電力網絡或電網 指電力系統中除發電機和用電設備之外的部分指電力系統中除發電機和用電設備之外的部分,即電力系統中各級電壓的電力線路及其聯系的變配電所。即電力系統中各級電壓的電力線路及其聯系的變配電所。1.1.1 電力系統電力系統 圖圖1-1 動力系統、電力系統、電力網絡示意圖動力系統、電力系統、電力網絡示意圖1.1.1 電力系統電力系統2. 發電廠發電廠發電廠是將自然界蘊藏的各種一次能源轉換為電能(二次能源)的工廠。發電廠是將自然界蘊藏的各種一次能源轉換為電能(二次能源)的工廠。 (1 1)水力發電廠,簡稱水電廠或水電站,其能量轉換過程是:)水力發電廠,
5、簡稱水電廠或水電站,其能量轉換過程是:水流位能水流位能機械能機械能電能電能 (2 2)火力發電廠,簡稱火電廠或火電站,其能量轉換過程是:)火力發電廠,簡稱火電廠或火電站,其能量轉換過程是:燃料的化學能燃料的化學能熱能熱能機械能機械能電能電能 (3 3)核能發電廠通常稱為核電站,其能量轉換過程是:)核能發電廠通常稱為核電站,其能量轉換過程是:核裂變能核裂變能熱能熱能機械能機械能電能電能 (4 4)風力發電、地熱發電、太陽能發電簡介)風力發電、地熱發電、太陽能發電簡介1)風力發電)風力發電 利用風力的動能來生產電能。利用風力的動能來生產電能。2)地熱發電)地熱發電 利用地球內部蘊藏的大量地熱能來生
6、產電能。利用地球內部蘊藏的大量地熱能來生產電能。3)太陽能發電廠)太陽能發電廠 利用太陽光能或太陽熱能來生產電能。利用太陽光能或太陽熱能來生產電能。1.1.1 電力系統電力系統3變配電所變配電所(1)變電所的任務)變電所的任務 接受電能、變換電壓和分配電能,即受電接受電能、變換電壓和分配電能,即受電變壓變壓配配電。電。1)升壓變電所)升壓變電所 一般建在發電廠,主要任務是將低電壓變換為高電壓;一般建在發電廠,主要任務是將低電壓變換為高電壓;2)降壓變電所)降壓變電所 一般建在靠近負荷中心的地點,主要任務是將高電壓變換到一般建在靠近負荷中心的地點,主要任務是將高電壓變換到一個合理的電壓等級。一個
7、合理的電壓等級。降壓變電所根據其在電力系統中的地位和作用不同,又分為:降壓變電所根據其在電力系統中的地位和作用不同,又分為: 樞紐變電站樞紐變電站 地區變電所地區變電所 工業企業變電所工業企業變電所(2 2)配電所的任務)配電所的任務 接受電能和分配電能,但不改變電壓,即受電接受電能和分配電能,但不改變電壓,即受電配配電。電。4 4電力線路電力線路(1 1)作用)作用 輸送電能,并把發電廠、變配電所和電能用戶連接起來。輸送電能,并把發電廠、變配電所和電能用戶連接起來。(2 2)分類)分類1 1)按其傳輸電流的種類不同分為:交流線路和直流線路;)按其傳輸電流的種類不同分為:交流線路和直流線路;2
8、 2)按其結構及敷設方式不同分為:架空線路、電纜線路及室內配電線路。)按其結構及敷設方式不同分為:架空線路、電纜線路及室內配電線路。1.1.1 電力系統電力系統5電能用戶電能用戶(1)定義)定義 電能用戶又稱電力負荷。在電力系統中,一切消費電能的用電電能用戶又稱電力負荷。在電力系統中,一切消費電能的用電設備均稱為電能用戶。設備均稱為電能用戶。(2)分類)分類 1)按電流分:)按電流分: 直流設備與交流設備;直流設備與交流設備; 2 2)按電壓分:)按電壓分: 低壓設備低壓設備 1000V1000V及以下的設備;及以下的設備; 高壓設備高壓設備 高于高于1000V1000V的設備;的設備; 3
9、3)按頻率分:低頻()按頻率分:低頻(50HZ50HZ以下)、工頻(以下)、工頻(50HZ50HZ)及中、高頻)及中、高頻(50HZ50HZ以上)設備。以上)設備。 注注:絕大部分設備采用工頻;:絕大部分設備采用工頻; 4)按工作制分:)按工作制分: 連續運行、短時運行和反復短時運行設備。連續運行、短時運行和反復短時運行設備。 1.1.1 電力系統電力系統1.1.2 供配電系統概況供配電系統概況 供配電系統由總降壓變電所(高壓配電所)、高壓配電線路、車間供配電系統由總降壓變電所(高壓配電所)、高壓配電線路、車間變電所、低壓配電線路及用電設備組成。變電所、低壓配電線路及用電設備組成。1一次變壓的
10、供配電系統一次變壓的供配電系統(1)只有一個變電所的一次變壓系)只有一個變電所的一次變壓系統(如圖統(如圖1-2所示)將所示)將610KV電壓降電壓降為為380/220V電壓的變電所。電壓的變電所。注注:這種:這種變電所通常稱為車間變電所。變電所通常稱為車間變電所。圖圖1-2有一個降壓變電所的一次變壓供配電系統有一個降壓變電所的一次變壓供配電系統 a)裝有一臺電力變壓器的車間變電所)裝有一臺電力變壓器的車間變電所 b)裝有兩臺電力變壓器的車間變電所)裝有兩臺電力變壓器的車間變電所 (2 2)擁有高壓配電所的一次變壓)擁有高壓配電所的一次變壓供配電系統(如圖供配電系統(如圖1-31-3所示)所示
11、)6 610KV10KV電源進線電源進線 高壓配電所高壓配電所 各個車間變電所(各個車間變電所(6 610KV10KV降至降至380/220V380/220V)1.1.2 供配電系統概況供配電系統概況圖圖1-3具有高壓配電所的供電系統具有高壓配電所的供電系統1.1.2 供配電系統概況供配電系統概況 (3 3)高壓深入負荷中心的一次變)高壓深入負荷中心的一次變壓供配電系統(如圖壓供配電系統(如圖1-41-4所示)所示)35kV35kV電源進線電源進線 車間變電所(車間變電所(35kV 35kV 降至降至380/220V380/220V)特點特點 節省一級變壓,簡化了供配電節省一級變壓,簡化了供配
12、電系統,節約有色金屬,降低電能損耗系統,節約有色金屬,降低電能損耗和電壓損耗,提高了供電質量,而且和電壓損耗,提高了供電質量,而且有利于工廠電力負荷的發展。有利于工廠電力負荷的發展。圖圖1-4高壓深入負荷中心的供配電系統高壓深入負荷中心的供配電系統1.1.2 供配電系統概況供配電系統概況 2二次變壓的供配電系統二次變壓的供配電系統(如圖如圖1-5所示所示) 大型工廠和某些電力負荷較大的中大型工廠和某些電力負荷較大的中型工廠,一般采用具有總降壓變電所的型工廠,一般采用具有總降壓變電所的二次變壓供電系統,。二次變壓供電系統,。 圖圖1-5兩次變壓的供配電系統兩次變壓的供配電系統1.1.2 供配電系
13、統概況供配電系統概況3低壓供配電系統低壓供配電系統(如圖如圖1-6所示所示)無高壓用電設備且用電設備總容無高壓用電設備且用電設備總容量較小的小型工廠,直接采用量較小的小型工廠,直接采用380/220V低壓電源進線,只需設低壓電源進線,只需設置一個低壓配電室,將電能直接置一個低壓配電室,將電能直接分配給各車間低壓用電設備使用。分配給各車間低壓用電設備使用。 圖圖1-6低壓進線的供配電系統低壓進線的供配電系統1.1.2 供配電系統概況供配電系統概況 1.1.3 供電的基本要求供電的基本要求1安全在電能的供應、分配和使用中,不應發生人身事故和設備事故。安全在電能的供應、分配和使用中,不應發生人身事故
14、和設備事故。2可靠應滿足電能用戶對供電可靠性即供電連續性的要求。可靠應滿足電能用戶對供電可靠性即供電連續性的要求。3優質應滿足電能用戶對電壓和頻率等方面的質量要求。優質應滿足電能用戶對電壓和頻率等方面的質量要求。4經濟應使供配電系統的投資少、運行費用低,并盡可能地節約電能和減經濟應使供配電系統的投資少、運行費用低,并盡可能地節約電能和減 少有色金屬的消耗量。少有色金屬的消耗量。1.1.3 供電的基本要求供電的基本要求 1.2.1 額定電壓的國家標準額定電壓的國家標準1額定電壓的國家標準額定電壓的國家標準(見表見表1-1)。1.2 電力系統的電壓電力系統的電壓3.15及3.36.3及6.610.
15、5及1138.572.61212423635503及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,2035661102203305003.156.310.513.8,15.75,18,2036103566110220330500高壓0.400.690.380.660.400.690.380.66低壓二次繞組一次繞組電力變壓器額定電壓/kV發電機額定電壓/kV電網和用電備額定電壓/kV分類表表1-1三相交流電網和電力設備的額定電壓三相交流電網和電力設備的額定電壓 2 2電力線路(或電網)的額定電壓電力線路(或電網)的額定電壓電力線路(或電網)的額定電壓等級是國家根據國民經濟發展的需
16、要及電力線路(或電網)的額定電壓等級是國家根據國民經濟發展的需要及電力工業的水平,經全面技術經濟分析后確定的。它是確定各類用電設電力工業的水平,經全面技術經濟分析后確定的。它是確定各類用電設備額定電壓的基本依據備額定電壓的基本依據( (見表見表1-1)1-1)。3用電設備的額定電壓用電設備的額定電壓 規定與同級電力線路的額定電壓相同規定與同級電力線路的額定電壓相同理由理由:由于用電設備運行時,電力線路上要有負荷電流流過,因而在:由于用電設備運行時,電力線路上要有負荷電流流過,因而在電力線路上引起電壓損耗,造成電力線路上各點電壓略有不同,如圖電力線路上引起電壓損耗,造成電力線路上各點電壓略有不同
17、,如圖1-7的虛線所示。但成批生產的用電設備,其額定電壓不可能按使用地點的虛線所示。但成批生產的用電設備,其額定電壓不可能按使用地點的實際電壓來制造,而只能按線路首端與末端的平均電壓即電力線路的實際電壓來制造,而只能按線路首端與末端的平均電壓即電力線路的額定電壓的額定電壓U來制造。來制造。4 4發電機的額定電壓發電機的額定電壓 發電機的額定電壓高于同級線路額定電壓的發電機的額定電壓高于同級線路額定電壓的5%5%理由理由:由于電力線路允許的電壓損耗為:由于電力線路允許的電壓損耗為5%5%,因此為了維護線路首端,因此為了維護線路首端與末端平均電壓的額定值,線路首端(電源端)電壓應比線路額定電與末端
18、平均電壓的額定值,線路首端(電源端)電壓應比線路額定電壓高壓高5%5%,而發電機是接在線路首端的,所為了補償線路上的電壓損耗,而發電機是接在線路首端的,所為了補償線路上的電壓損耗,如圖如圖1-71-7所示,發電機的額定電壓高于同級線路額定電壓的所示,發電機的額定電壓高于同級線路額定電壓的5%5%。1.2.1 額定電壓的國家標準額定電壓的國家標準5電力變壓器的額定電壓電力變壓器的額定電壓(1)電力變壓器一次繞組的額定電)電力變壓器一次繞組的額定電壓壓 有兩種情況:有兩種情況: 1)當電力變壓器直接與發電機相)當電力變壓器直接與發電機相連,如圖連,如圖1-8中的變壓器中的變壓器T1,一次繞,一次繞
19、組的額定電壓應與發電機額定電壓相組的額定電壓應與發電機額定電壓相同,即同,即高于同級線路額定電壓高于同級線路額定電壓5%。1.2.1 額定電壓的國家標準額定電壓的國家標準圖圖1-7用電設備和發電機的額定電壓用電設備和發電機的額定電壓圖圖1-81-8電力變壓器一、二次額定電壓說明圖電力變壓器一、二次額定電壓說明圖2)當變壓器不與發電機相連,)當變壓器不與發電機相連,而是連接在線路上,如圖而是連接在線路上,如圖1-8中中的變壓器的變壓器T2,則可將變壓器看,則可將變壓器看作是線路上的用電設備,因此作是線路上的用電設備,因此其其一次繞組的額定電壓應與線一次繞組的額定電壓應與線路額定電壓相同。路額定電
20、壓相同。(2 2)變壓器二次繞組的額定電壓)變壓器二次繞組的額定電壓 變壓器二次繞組的額定電壓,是指變壓器一次繞組接上額定電壓而二變壓器二次繞組的額定電壓,是指變壓器一次繞組接上額定電壓而二次繞組開路時的電壓,即空載電壓。而變壓器在滿載運行時,二次繞次繞組開路時的電壓,即空載電壓。而變壓器在滿載運行時,二次繞組內約有組內約有5%5%的阻抗電壓降。因此分兩種情況討論:的阻抗電壓降。因此分兩種情況討論: 1)變壓器二次側供電線路很長(例如較大容量的高壓線路),)變壓器二次側供電線路很長(例如較大容量的高壓線路),如圖如圖1-8中的變壓器中的變壓器T1,變壓器二次繞組額定電壓要,變壓器二次繞組額定電
21、壓要比線路額定電比線路額定電壓高壓高10%。原因原因:一方面要考慮補償變壓器二次繞組本身:一方面要考慮補償變壓器二次繞組本身5%的阻抗電壓降,的阻抗電壓降,另一方面還要考慮變壓器滿載時輸出的二次電壓要滿足線路首端應另一方面還要考慮變壓器滿載時輸出的二次電壓要滿足線路首端應高于線路額定電壓的高于線路額定電壓的5%,以補償線路上的電壓損耗。,以補償線路上的電壓損耗。 2)變壓器二次側供電線路不長(例如為低壓線路或直接供電給)變壓器二次側供電線路不長(例如為低壓線路或直接供電給高、低壓用電設備的線路),如圖高、低壓用電設備的線路),如圖1-8中變壓器中變壓器T2,變壓器二次繞,變壓器二次繞組的額定電
22、壓,只需組的額定電壓,只需高于其所接線路額定電壓高于其所接線路額定電壓5%。原因原因:僅考慮補償變壓器內部:僅考慮補償變壓器內部5%的阻抗電壓降。的阻抗電壓降。 1.2.1 額定電壓的國家標準額定電壓的國家標準1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 額定電壓額定電壓1電能質量的基本參數電能質量的基本參數 供電的連續可靠供電的連續可靠 額定頻率額定頻率 2 2電壓及波形電壓及波形 電壓的數值電壓的數值 交流電的電壓質量交流電的電壓質量 波形波形 電壓質量對各類用電設備的工作性能、使用壽命、安全及經濟運行電壓質量對各類用電設備的工作性能、使用壽命、安全及
23、經濟運行都有直接的影響。都有直接的影響。電壓偏移的危害電壓偏移的危害 感應電動機感應電動機 其最大轉矩與端電壓的平方成正比。當電壓降低時:其最大轉矩與端電壓的平方成正比。當電壓降低時:電動機轉矩顯著減小,以致轉差增大,從而使定子、轉子電流都顯電動機轉矩顯著減小,以致轉差增大,從而使定子、轉子電流都顯著增大,引起溫升增加,絕緣老化加速,甚至燒毀電動機;而且由著增大,引起溫升增加,絕緣老化加速,甚至燒毀電動機;而且由于轉矩減小,轉速下降,導致生產效益降低,產量減少,產品質量于轉矩減小,轉速下降,導致生產效益降低,產量減少,產品質量下降。反之,當電壓過高:激磁電流與鐵損都大大增加,引起電機下降。反之
24、,當電壓過高:激磁電流與鐵損都大大增加,引起電機的過熱,效率降低。的過熱,效率降低。 電熱裝置電熱裝置 其功率與電壓平方成正比。電壓過高將損傷設備,其功率與電壓平方成正比。電壓過高將損傷設備,電壓過低又達不到所需溫度。電壓過低又達不到所需溫度。1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 (1-1)100%NNUUUU(1 1)電壓偏移)電壓偏移 電壓偏移又稱電壓偏差,是指用電設備端電壓電壓偏移又稱電壓偏差,是指用電設備端電壓 與用與用電設備額定電壓電設備額定電壓 之差對額定電壓之差對額定電壓 的百分數,即的百分數,即NUUNU2 2)電壓偏移產生的原因)電壓偏移產生的原因 是由于供電系統改變運行
25、方式或電力負荷是由于供電系統改變運行方式或電力負荷 緩慢變化等因素引起的。緩慢變化等因素引起的。3 3)電壓偏移的特點)電壓偏移的特點 變化相對緩慢。變化相對緩慢。4 4)用電設備端子處電壓偏移的允許值:)用電設備端子處電壓偏移的允許值:電動機電動機5%5%;照明燈一般場所照明燈一般場所5%5%;在視覺要求較高的場所;在視覺要求較高的場所5%5%,-2.5%-2.5%;其它用電設備無特殊規定時其它用電設備無特殊規定時5%5%;1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 白熾燈白熾燈 白熾燈的端電壓降低白熾燈的端電壓降低10%10%,發光效率下降,發光效率下降30%30%以上,燈以上,燈光明顯變暗
26、;端電壓升高光明顯變暗;端電壓升高10%10%時,發光效率將提高時,發光效率將提高1/31/3,但使用壽命將,但使用壽命將只有原來的只有原來的1/31/3。所以電壓偏移對其影響顯著,。所以電壓偏移對其影響顯著,(2)波形畸變)波形畸變 1)產生原因:由于硅整流、晶閘管變流設備、微機及網絡和各種非)產生原因:由于硅整流、晶閘管變流設備、微機及網絡和各種非線性負荷的使用,致使大量諧波電流注入電網,造成電壓正弦波波形畸變。線性負荷的使用,致使大量諧波電流注入電網,造成電壓正弦波波形畸變。 2 2)危害)危害 使電能質量大大下降,給供電設備及用電設備帶來嚴重使電能質量大大下降,給供電設備及用電設備帶來
27、嚴重危害。不僅使損耗增加,還使某些用電設備不能正常運行,甚至可能引危害。不僅使損耗增加,還使某些用電設備不能正常運行,甚至可能引起系統諧振,從而在線路上產生過電壓,擊穿線路設備絕緣;還可能造起系統諧振,從而在線路上產生過電壓,擊穿線路設備絕緣;還可能造成系統的繼電保護和自動裝置發生誤動作;并對附近的通訊設備和線路成系統的繼電保護和自動裝置發生誤動作;并對附近的通訊設備和線路產生干擾。產生干擾。 2 2頻率頻率 我國采用的工業頻率(簡稱工頻)為我國采用的工業頻率(簡稱工頻)為50HZ50HZ(1 1)影響)影響 當電網低于額定頻率運行時,所有電力用戶的電動機轉當電網低于額定頻率運行時,所有電力用
28、戶的電動機轉速都將相應降低,因而工廠的產量和質量都將不同程度受到影響。頻率速都將相應降低,因而工廠的產量和質量都將不同程度受到影響。頻率的變化還將影響到計算機,自控裝置等設備的準確性。電網頻率的變化的變化還將影響到計算機,自控裝置等設備的準確性。電網頻率的變化對供配電系統運行的穩定性影響也很大。對供配電系統運行的穩定性影響也很大。(2 2)對頻率的要求)對頻率的要求 頻率的變化范圍一般不應超過頻率的變化范圍一般不應超過0.5HZ0.5HZ。1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 3 3可靠性可靠性衡量供配電可靠性的指標衡量供配電可靠性的指標 以全年平均供電時間占全年時間的百分數來以全年平均供
29、電時間占全年時間的百分數來表示。表示。例如例如:全年時間為:全年時間為87608760小時,用戶全年平均停電時間小時,用戶全年平均停電時間87.687.6小時,即停電小時,即停電時間占全年的時間占全年的1%1%,則供電可靠性為,則供電可靠性為99%99%。 1.2.3 1.2.3 電壓調整電壓調整 電壓調整措施電壓調整措施 為了減小電壓偏移,保證用電設備在最佳狀態下運為了減小電壓偏移,保證用電設備在最佳狀態下運行,供配電系統必須采用相應的電壓調整措施。行,供配電系統必須采用相應的電壓調整措施。 1. 1. 合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓器變壓器,使之合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有
30、載調壓器變壓器,使之在負荷變動的情況下,有效地調節電壓,保證用電設備端電壓的穩在負荷變動的情況下,有效地調節電壓,保證用電設備端電壓的穩定。定。 合理地減少供配電系統的阻抗,以降低電壓損耗,從而縮小電壓偏合理地減少供配電系統的阻抗,以降低電壓損耗,從而縮小電壓偏移范圍。移范圍。1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量 2.2. 盡量使系統的三相負荷均衡,以減小電壓偏移。盡量使系統的三相負荷均衡,以減小電壓偏移。 3.合理地改變供配電系統的運行方式,以調整電壓偏移。合理地改變供配電系統的運行方式,以調整電壓偏移。 4.采用無功功率補償裝置,提高功率因數,降低電壓損耗,縮小電壓偏移采用無功功率補償
31、裝置,提高功率因數,降低電壓損耗,縮小電壓偏移范圍。范圍。1.2.4 供配電系統配電電壓的選擇供配電系統配電電壓的選擇1高壓配電電壓的選擇(我國電力系統)高壓配電電壓的選擇(我國電力系統)(1)220KV及以上電壓等級及以上電壓等級 多用于大型電力系統的主干線;多用于大型電力系統的主干線;(2)110KV電壓等級電壓等級 既用于中、小型電力系統的主干線,也用于大型電既用于中、小型電力系統的主干線,也用于大型電力系統的二次網絡;力系統的二次網絡;(3)35KV電壓等級電壓等級 多用于電力系統的二次網絡或大型工廠的內部供電多用于電力系統的二次網絡或大型工廠的內部供電網絡;網絡;(4)610KV高壓
32、配電電壓高壓配電電壓 多用于一般工廠內部。多用于一般工廠內部。說明說明:從技術經濟指標來看,最好采用:從技術經濟指標來看,最好采用10KV;從適應發展來說,;從適應發展來說,10KV更更優于優于6KV。1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量2低壓配電電壓的選擇低壓配電電壓的選擇 主要取決于低壓用電設備的電壓主要取決于低壓用電設備的電壓(1)線電壓)線電壓380V 接三相動力設備;接三相動力設備;(2)相電壓)相電壓220V 供電給照明及其他供電給照明及其他220V的單相設備;的單相設備;(3) 220/127V 對于容易發生觸電或有易燃易爆的個別車間或場所,可對于容易發生觸電或有易燃易爆的個
33、別車間或場所,可考慮采用;考慮采用;(4)660V或或1140kV(只用于礦井下)用于某些特殊場合。(只用于礦井下)用于某些特殊場合。例如例如: 礦井下,因負荷中心離變電所較遠,所以為保證負荷端的電壓水礦井下,因負荷中心離變電所較遠,所以為保證負荷端的電壓水平而采用比平而采用比380V更高的配電電壓。更高的配電電壓。 理由理由:由表:由表1-21-2所列各級電壓線路合理的輸送功率和輸送距離可以看出,所列各級電壓線路合理的輸送功率和輸送距離可以看出,同樣的輸送功率和輸送距離條件下,配電電壓越高,線路電流越小,線路同樣的輸送功率和輸送距離條件下,配電電壓越高,線路電流越小,線路所采用的導線或電纜截
34、面越小,從而可減少線路的初投資和金屬消耗量,所采用的導線或電纜截面越小,從而可減少線路的初投資和金屬消耗量,且可減少線路的電能損耗和電壓損耗。采用且可減少線路的電能損耗和電壓損耗。采用10KV10KV電壓較之采用電壓較之采用6KV6KV電壓,輸電壓,輸送功率更大,輸送距離更遠。送功率更大,輸送距離更遠。 注注:如果工廠擁有相當數量的:如果工廠擁有相當數量的6KV6KV用電設備,或者供電電源的電壓就是用電設備,或者供電電源的電壓就是6KV6KV,則可考慮采用,則可考慮采用6KV6KV電壓作為工廠的高壓配電電壓。電壓作為工廠的高壓配電電壓。1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量0.250.351
35、085-20102050301005015020030010017510003000200050002000100003500300001000050000100000500000架空線電纜線架空線電纜線架空線電纜線架空線架空線架空線架空線0.380.386610103566110220輸送距離/km輸送功率/kW線路結構線路電壓/kV表表1-2 1-2 各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離1.2.2 供電電能的質量供電電能的質量1.3 電力系統中性點運行方式電力系統中性點運行方式電力系統的中性點是指發電機或變壓器的中性點。考慮到電力系統運行的可靠電
36、力系統的中性點是指發電機或變壓器的中性點。考慮到電力系統運行的可靠性、安全性、經濟性及人身安全等因素,電力系統的中性點常采用不接地、經性、安全性、經濟性及人身安全等因素,電力系統的中性點常采用不接地、經消弧線圈接地、直接接地和經低電阻接地四種運行方式。消弧線圈接地、直接接地和經低電阻接地四種運行方式。 1.3.1 1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統1 1定義定義 中性點不接地的運行方式,即電力系統的中性點不與大地相接。圖中性點不接地的運行方式,即電力系統的中性點不與大地相接。圖1-91-9是電源中性點不接地的電力系統在正常運行時的電路圖和相量圖。是電源中性點不接地的電力系
37、統在正常運行時的電路圖和相量圖。2 2采用的系統采用的系統 我國我國3 366kV66kV系統,特別是系統,特別是3 310kV10kV系統,一般采用中性點不系統,一般采用中性點不接地的運行方式。接地的運行方式。圖1-9正常運行時中性點不接地的電力系統a) 電路圖 b) 相量圖1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 3 3系統正常運行時的電路分析(如圖系統正常運行時的電路分析(如圖1-91-9所示):所示):三個相電壓三個相電壓 、 、 是對稱的,三個相的對地電容電流是對稱的,三個相的對地電容電流 也是對稱的,也是對稱的,其相量和為零。其相量和為零。結論:中性點沒有電流流過,
38、各相對地電壓就是其相電壓。結論:中性點沒有電流流過,各相對地電壓就是其相電壓。結論結論:中性點沒有電流流過,各相對地電壓就是其相電壓。:中性點沒有電流流過,各相對地電壓就是其相電壓。AUBUCU0CI 4當系統發生單相接地時的電路分析(假設當系統發生單相接地時的電路分析(假設C相接地,如圖相接地,如圖1-10a所所示):示):(1)C相對地電壓為零相對地電壓為零,非接地相非接地相A相對地電壓相對地電壓 = +(- )= ,B相相對地電壓對地電壓 = +(- )= ,如圖如圖1-10b所示。所示。結論結論:當一相接地時,非接地兩相對地電壓均升高:當一相接地時,非接地兩相對地電壓均升高 倍,變為線
39、電壓。而倍,變為線電壓。而且,該兩相對地電容電流且,該兩相對地電容電流 也相應的增大也相應的增大 倍。倍。AUAUCUACUBUBUCUBCU0CI331.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 (2)當)當C相接地時,系統的接地電流(電容電流)相接地時,系統的接地電流(電容電流) 為非接地兩相對地為非接地兩相對地電容電流之和。因此電容電流之和。因此 (1-2)由圖由圖1-10 b的相量圖可知,的相量圖可知, 在相位上正好超前在相位上正好超前 90;而在量值上,由于;而在量值上,由于 ,而,而 ,因此,因此 (1-3)結論結論:一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的一相
40、接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。倍。CI)(BCACCIII03CCIICICUACCII3CACAACXUXUI/3/30CI圖1-10一相接地時的中性點不接地系統a) 電路圖 b) 相量圖 6 6注意事項:注意事項:(1 1)單相接地狀態不允許長時間運行)單相接地狀態不允許長時間運行理由:理由:1 1)如果另一相又發生接地故障,就形成兩相接地短路,產生很大的)如果另一相又發生接地故障,就形成兩相接地短路,產生很大的短路電流,從而損壞線路及其用電設備;短路電流,從而損壞線路及其用電設備;1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 5 5確定中性點不接地系統的單
41、相接地電容電流的經驗公式:確定中性點不接地系統的單相接地電容電流的經驗公式: (1-41-4)式中式中, , 為系統的單相接地電容電流(為系統的單相接地電容電流(A A);); 為系統的額定電壓(為系統的額定電壓(kVkV); ; 為同一電壓為同一電壓 具有電氣聯系的架空線路總長度(具有電氣聯系的架空線路總長度(kmkm);); 為同一電壓為同一電壓 的具有電氣聯系的電纜線路(的具有電氣聯系的電纜線路(cable linecable line)總長度()總長度(kmkm)。)。350)35(cabohNCllUICINUohlNUcablNU 2)較大的單相接地電容電流會在接地點引起電弧,形成
42、間歇電弧過電)較大的單相接地電容電流會在接地點引起電弧,形成間歇電弧過電壓,威脅電力系統的安全運行。壓,威脅電力系統的安全運行。 (2)我國電力規程規定,中性點不接地的電力系統發生單相接地故障時,)我國電力規程規定,中性點不接地的電力系統發生單相接地故障時,單相接地運行時間不應超過單相接地運行時間不應超過2小時。小時。 (3)中性點不接地系統一般都裝有單相接地保護裝置或絕緣監測裝置,)中性點不接地系統一般都裝有單相接地保護裝置或絕緣監測裝置,在系統發生接地故障時,會及時發出警報,提醒工作人員盡快排除故障;同在系統發生接地故障時,會及時發出警報,提醒工作人員盡快排除故障;同時,在可能的情況下,應
43、把負荷轉移到備用線路上去。時,在可能的情況下,應把負荷轉移到備用線路上去。1.3.2 中性點經消弧線圈接地的電力系統中性點經消弧線圈接地的電力系統1 1中性點經消弧線圈接地方式中性點經消弧線圈接地方式 如圖如圖1-111-11所示所示 2 2采用的系統采用的系統 在中性點不接地系統中,單相接地電流超過如下的規在中性點不接地系統中,單相接地電流超過如下的規定數值:定數值:1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 (1 1)3 310KV10KV系統中,接地電流大于系統中,接地電流大于30A30A, (2 2)20KV20KV及以上系統中,接地電流大于及以上系統中,接地電流大于10
44、A10A, 采用經消弧線圈接地的措施來減小接地電流,熄滅電弧,避免過電壓的采用經消弧線圈接地的措施來減小接地電流,熄滅電弧,避免過電壓的產生。產生。1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統圖1-11一相接地時的中性點經消弧線圈接地系統 a) 電路圖 b) 相量圖3消弧線圈接地的作用分析消弧線圈接地的作用分析: 1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統在正常情況下,三相系統是對稱的,中性點電流為零,消弧線圈中沒有在正常情況下,三相系統是對稱的,中性點電流為零,消弧線圈中沒有電流通過。電流通過。當系統發生單相接地時,流過接地點的電流是接地電容電流當系統發生單相接地時
45、,流過接地點的電流是接地電容電流 與流過消與流過消弧線圈的電感電流弧線圈的電感電流 之和。由于之和。由于 超前超前 90 ,而,而 滯后滯后 90 ,所以所以 與與 在接地點互相補償,使接地電流減到小于發生電弧的最小生在接地點互相補償,使接地電流減到小于發生電弧的最小生弧電流時,電弧就不會發生,從而也不會產生過電壓。弧電流時,電弧就不會發生,從而也不會產生過電壓。CILICICULICUCILI1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 4 4中性點經消弧線圈接地系統的電路分析(與中性點不接地系統中性點經消弧線圈接地系統的電路分析(與中性點不接地系統一樣)一樣)當發生單相接地故障
46、時,接地相電壓為零,三個線電壓不變,其它兩當發生單相接地故障時,接地相電壓為零,三個線電壓不變,其它兩相電壓也將升高相電壓也將升高 倍。倍。 5 5注意事項(與中性點不接地系統一樣)注意事項(與中性點不接地系統一樣)發生單相接地故障時的運行時間不允許超過發生單相接地故障時的運行時間不允許超過2 2小時。小時。31.3.3 中性點直接接地的電力系統中性點直接接地的電力系統1中性點直接接地系統的特點(如圖中性點直接接地系統的特點(如圖1-12所示)所示) (1)當這種系統發生單相接地,即通過接地中性點形成單相短路。)當這種系統發生單相接地,即通過接地中性點形成單相短路。單相短路電流比線路的正常負荷
47、電流大許多倍。因此,在系統發生單單相短路電流比線路的正常負荷電流大許多倍。因此,在系統發生單相短路時保護裝置應動作于跳閘,切除短路故障,使系統的其它部分相短路時保護裝置應動作于跳閘,切除短路故障,使系統的其它部分恢復正常運行。恢復正常運行。 (2 2)發生單相接地時,其它兩)發生單相接地時,其它兩完好相的對地電壓不會升高,因完好相的對地電壓不會升高,因此,該系統中的供電設備的絕緣此,該系統中的供電設備的絕緣只需按相電壓考慮,而無需按線只需按相電壓考慮,而無需按線電壓考慮。電壓考慮。1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統圖圖1-121-12一相接地時的中性點直接接地系統一相接地
48、時的中性點直接接地系統2 2中性點直接接地系統的應用中性點直接接地系統的應用 (1 1)110KV110KV以上的超高壓系統以上的超高壓系統 目前我國目前我國110KV110KV以上電力網均采用中性點直以上電力網均采用中性點直接接地方式。接接地方式。理由理由:高壓電器的絕緣問題是影響電器設計和制造的關鍵,電器絕緣要求的:高壓電器的絕緣問題是影響電器設計和制造的關鍵,電器絕緣要求的降低,直接降低了電器的造價,同時改善了電器的性能。降低,直接降低了電器的造價,同時改善了電器的性能。 (2 2)380/220V380/220V低壓配電系統低壓配電系統 我國我國380/220V380/220V低壓配電
49、系統也采用中性點直低壓配電系統也采用中性點直接接地方式,而且引出中性線(接接地方式,而且引出中性線(N N線)、保護線(線)、保護線(PEPE線)或保護中性線(線)或保護中性線(PENPEN線),這樣的系統,稱為線),這樣的系統,稱為TNTN系統系統。3 3TNTN系統系統(1 1)中性線()中性線(N N線)的作用線)的作用 用來接相電壓為用來接相電壓為220V220V的單相用電設備;的單相用電設備;用用來傳導三相系統中的不平衡電流和單相電流;來傳導三相系統中的不平衡電流和單相電流;減少負載中性點的電壓偏移。減少負載中性點的電壓偏移。(2 2)保護線()保護線(PEPE線)的作用線)的作用
50、保障人身安全,防止觸電事故發生。保障人身安全,防止觸電事故發生。(3 3)TNTN系統類型系統類型1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統 根據根據TNTN系統中系統中N N線和線和PEPE線的不同形式,分為線的不同形式,分為TN-CTN-C系統、系統、TN-STN-S系統和系統和TN-C-STN-C-S系統,如圖系統,如圖1-131-13所示。所示。 1 1)TN-CTN-C系統系統 N N線和線和PEPE線合用一根導線(線合用一根導線(PENPEN線),所有設備外露可導電線),所有設備外露可導電部分(如金屬外殼等)均與部分(如金屬外殼等)均與PENPEN線相連,如圖線相連,
51、如圖1-13a1-13a所示。所示。系統的特點系統的特點: 保護中性線(保護中性線(PEN線)兼有中性線(線)兼有中性線(N線)和保護線(線)和保護線(PE線)的線)的功能,當三相負荷不平衡或接有單相用電設備時,功能,當三相負荷不平衡或接有單相用電設備時,PEN線上均有電流線上均有電流通過。通過。 這種系統一般能夠滿足供電可靠性的要求,而且投資較省,節約這種系統一般能夠滿足供電可靠性的要求,而且投資較省,節約有色金屬,但是當有色金屬,但是當PEN斷線時,可使設備外露可導電部分帶電,對人斷線時,可使設備外露可導電部分帶電,對人有觸電危險。有觸電危險。 1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接
52、地的電力系統圖1-13低壓配電TN系統a)TN-C系統 b)TN-S系統c)TN-C-S系統系統的使用系統的使用 在安全要求較高的場在安全要求較高的場 所和所和要求抗電磁干擾的場所均不允許采用要求抗電磁干擾的場所均不允許采用該系統。該系統。1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統2)TN-S系統系統 這種系統的這種系統的N線和線和PE線線是分開的,所有設備的外露可導電部是分開的,所有設備的外露可導電部分均與公共分均與公共PE線相連,如圖線相連,如圖1-13b所所示。示。 系統的特點系統的特點 公共公共PEPE線在正常情況下沒有電流通過,因此不會對接線在正常情況下沒有電流通過,因
53、此不會對接在在PEPE線上的其他用電設備產生電磁干擾。線上的其他用電設備產生電磁干擾。由于其由于其N N線與線與PEPE線分開,因此其線分開,因此其N N線即使斷線也并不影響接在線即使斷線也并不影響接在PEPE線上的用電設備的安全。線上的用電設備的安全。 系統的應用系統的應用 該系統多用于環境條件較差,對安全可靠性要求較高及該系統多用于環境條件較差,對安全可靠性要求較高及用電設備對抗電磁干擾要求較嚴的場所。用電設備對抗電磁干擾要求較嚴的場所。 3)TN-C-S系統系統 這種系統前一部分為這種系統前一部分為TN-C系統,后一部分為系統,后一部分為TN-S系系統(或部分為統(或部分為TN-S系統)
54、,如圖系統),如圖1-13c所示。所示。 系統的特點系統的特點 兼有兼有TN-C系統和系統和TN-S系統的優點系統的優點 系統的應用系統的應用 常用于配電系統末端環境條件較差并且要求無電磁干擾常用于配電系統末端環境條件較差并且要求無電磁干擾的數據處理或具有精密檢測裝置等設備的場所。的數據處理或具有精密檢測裝置等設備的場所。1.3.1 中性點不接地的電力系統中性點不接地的電力系統1.3.4 中性點經低電阻接地的電力系統中性點經低電阻接地的電力系統1 1中性點經低電阻接地系統產生的背景中性點經低電阻接地系統產生的背景 近幾年來,隨著近幾年來,隨著10kV10kV配電系統的應用不斷擴大,特別是現代化
55、大、中型配電系統的應用不斷擴大,特別是現代化大、中型城市在電網改造中大量采用電纜線路,致使接地電容電流增大。因此,即使城市在電網改造中大量采用電纜線路,致使接地電容電流增大。因此,即使采用中心點經消弧線圈接地的方式也無法完全在發生接地故障時熄滅電弧;采用中心點經消弧線圈接地的方式也無法完全在發生接地故障時熄滅電弧;而間歇性電弧及諧振引起的過電壓會損壞供配電設備和線路,從而導致供電而間歇性電弧及諧振引起的過電壓會損壞供配電設備和線路,從而導致供電的中斷。的中斷。2中性點經低電阻接地系統的作用介紹中性點經低電阻接地系統的作用介紹 它接近于中性點直接接地的運行方式,在系統發生單相接地時,保護裝它接近
56、于中性點直接接地的運行方式,在系統發生單相接地時,保護裝置會迅速動作,切除故障線路,通過備用電源的自動投入,使系統的其他置會迅速動作,切除故障線路,通過備用電源的自動投入,使系統的其他部分恢復正常運行。部分恢復正常運行。我國一些大城市的我國一些大城市的10kV系統采用了中性點經低電阻接地的方式。系統采用了中性點經低電阻接地的方式。例如例如,北,北京市四環路以內地區的變電站,京市四環路以內地區的變電站,10kV系統中性點均采用經低電阻接地方式。系統中性點均采用經低電阻接地方式。 總結總結:電力系統的中性點運行方式,對于供電可靠:電力系統的中性點運行方式,對于供電可靠性、過電壓、絕緣配合、短路電流、繼電保護、系統穩性、過電壓、絕緣配合、短路電流、繼電保
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