工業供電與配電課程課件第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日概述1、電力系統的構成在電力系統中，普遍采用三相制。三相制交流電的優點：1、從發電看：三相發電機的結構并不比單相發電機復雜，且使用和維護也比較方便，運行成本低；2、從輸電看：在相同距離下傳輸同等功率時，三相輸電比單相輸電節約25%左右的材料成本，效率高；3、從供電形式看，三相制可以實現不同的供電方式（例如星形供電或三角形供電），且能滿足大功率設備的用電需求；4、從用電看，三相交流電比單相交流電應用更為廣泛，既可適用于三相制用電設備，也可取其中一相交流電用于照明和其他用電等單相設備。第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日電能是通過人為加工而取得的二次能源。將自然轉變為電能的過程稱為發電，這一過程一般在發電廠進行。而發電廠與用電用戶之間往往相距很遠，這就需要用電力線路來輸送電能。將發電廠的電能送到負荷中心的線路稱為輸電線路，將負荷中心的電能送到各用戶的電力線路稱為配電線路。在輸送與分配電能的過程中，為了減少電能損耗可以提高電壓減少線路電壓降落、功率損耗和電能損耗。將電能用高電壓輸電線路送到負荷中心的變電所，然后經降壓、分配和控制，再用配電線路送到用電用戶。第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日三相交流電從發電廠到用戶的傳輸過程第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日大型電力系統簡圖第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2、電力系統的電壓等級按國家標準規定，按電壓高低及使用范圍分為三類：1、100V及以下的額定電壓這類額定電壓主要用于安全動力、照明、蓄電池及其他特殊設備。其中交流36V只作為潮濕環境的局部照明及其他特殊電力負荷。

主要用于動力及照明設備，其應用最廣，數量最多。2、100以上，1000V以下的額定電壓用于電力系統的發電、輸電、配電及高壓用電設備。3、1000V及以上的額定電壓通常1kV以下的電壓稱為低壓，高于1kV而低于330kV的電壓稱為高壓，330kV以上的電壓稱為超高壓。第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日發電與輸電

1、發電廠基本知識發電廠（又稱“一次能源”）是把各種天然能源，轉換成電能（又稱“二次能源”）的工廠。發電廠是電力系統的中心環節，根據一次能源形式的不同，可分為火力發電廠、水力發電廠、核能發電廠、地熱發電廠、潮汐發電廠、風力發電廠等。發電廠發出的電能一般由變電所升壓，經高壓輸出電線路輸送出去，電能輸送到用電區域后，為了適應用電設備的電壓要求，還需通過各級變電站（所）利用變壓器將電壓降低為各類電器所需要的電壓值。第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日（1）水力發電廠水力發電廠也稱水電廠或水電站。它是將水的位能和動能轉換為電能的工廠。水電廠能量轉換過程按照水力樞紐布置的不同，水電廠又分為堤壩式水電廠、徑流式水電廠和抽水蓄能電廠。第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日火力發電廠是將燃料（如煤、天然氣等）的化學能轉換成電能的工廠。（2）火力發電廠火力發電廠能量轉換過程火力發電廠又分凝汽式和供熱式，通常凝汽式火力發電廠稱為火電廠，而供熱式火力發電廠稱為熱電廠。第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日（3）核能發電廠核能發電廠又稱原子能發電廠或核電站，它是利用原子核的裂變能來生產電能的工廠。核電廠能量轉換過程核能發電廠生產過程與火電廠基本相同，只是以核反應堆代替了燃煤鍋爐，以核燃料代替了煤燃料。核電廠能取得較大的經濟效益，且所需原料極少。第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2、變電所的類型和作用變電所是聯系發電廠和用電用戶的中間環節，其作用是變換電壓，接受和分配電能。1）樞紐變電所樞紐變電所位于電力系統的樞紐點，電壓等級一般為330kV及其以上，連接電力系統電壓和中壓的幾個部分，匯集著多個電源，出線回路多，變電容量大。2）中間變電所中間變電所位于電力系統主干環行線路或系統主要干線的接口處，電壓等級一般為330~220kV，匯集2~3個電源和若干線路，高壓側以交換功率為主，或使長距離輸電線路分段，且同時降壓向地區用戶供電。第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日3）地區變電所地區變電所是一個地區和一個中、小城市的主要變電所，電壓等級一般為110~220kV，是以對地區用戶供電為主的變電所。4）企業變電所企業變電所是大、中型工礦企業的專用變壓所，電壓等級為35~220kV。

5）終端變電所終端變電所位于配電線路的終端，在負荷點附近，電壓等級一般為110kV，經降壓后向用戶供電。第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日3、電力系統的中性點運行方式電力系統的中性點是指電力系統中作星形聯結的變壓器和發電機的中性點。1）中性點不接地的運行方式第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日系統正常運行時，系統的三個相電壓、是對稱的，則流過電容的三個電流、、也是對稱的，此時，，所以沒有電流流過大地。第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日在中性點不接地的三相系統中，當發生單相接地故障，設W相因故完全接地，系統的線電壓沒有改變。此時W相對地的電壓為零，而中性點N對地的電壓，即中性點N對地的電壓不再為零。此時U相、V相對地的電壓、分別為即此時U相、V相對地的電壓由原來的相電壓升高為線電壓由于W相接地，此時三相對地的電容電流的相量和不再為零第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日中性點不接地系統發生單相接地故障時由于線電壓不變，用戶可繼續工作，提高了供電的可靠性。為防止由于接地點的電弧及伴隨產生的過電壓，這種系統中必須安裝交流絕緣監察裝置。電力系統規定發生單相接地時，允許繼續運行的時間不得超過2小時。 單相接地時由于非故障相的對地電壓升高到線電壓，故在這種系統中電氣設備和線路的對地絕緣必須按線電壓來考慮。中性點不接地的系統，高壓多用于3~10kV系統，低壓則用于三相三線制的IT系統。第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2、中性點經消弧線圈接地的運行方式在中性點不接地的系統中，如果接地電流較大，容易在接地點產生斷續電弧，使線路有可能發生諧振過電壓現象。正常運行時，中性點對地的電壓為零，所以消弧線圈中沒有電流流過。第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日當系統發生單相接地故障時，設W相發生單相接地，此時中性點對地的電壓，U相、V相對地的電壓升高為線電壓，系統的線電壓仍然保持不變。消弧線圈在電壓的作用下，將產生一個電流，這個電流必流過接地點，所以接地點處的電流為接地電容電流與消弧線圈電流的相量和。由相量分析可知，超前90，消弧線圈電流滯后電壓90，即和的相位相差180，和相互抵消。適當選擇消弧線圈的匝數，可使接地點處的電流變得很小或等于零。中性點以消弧線圈接地的系統與不接地的系統一樣，在發生單相接地故障時，可繼續供電2小時，提高了供電的可靠性。第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日3、中性點直接接地或經低電阻接地的運行方式這種系統正常運行時，三相系統對稱，中性點的對地電壓為零，中性點沒有電流流過。當單相接地時，由于接地相通過大地與電源構成單相短路，所以稱這種故障為單相接地短路。單相短路電流比線路正常負荷電流在得多，對系統危害很大。因此這種系統中裝設的短路保護裝置將立即動作，切斷線路，切除故障部分，使系統的其他部分恢復正常運行。第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日以電纜為主體的城市電網，由于電纜線路的對地電容較大，單相接地電容電流也隨之增大，采用消弧線圈補償的方法達不到抑制單相接地電流的要求，可采用經低電阻接地的運行方式。采用中性點經低電阻接地方式運行時，為限制接地相的電流，減少對周圍通信線路的干擾，中性點接地電阻的大小以限制接地相電流不超過600~1000A的范圍內為宜。第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日低壓配電系統廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出中性線（N線）、保護線（PE線）或保護中性線（PEN線）：4、低壓配電系統的接地型式（1）中性線：中性線的功能有以下三個方面：一是用來接采用額定電壓為系統相電壓的單相用電設備的，二是用來傳導三相系統中的不平衡電流和單相電流，三是減小負荷中性點的電位偏移。（2）保護線：是為了保障人身安全、防止發生觸電事故用的接地線。系統中所有設備的外露可導電部分通過保護線接地，或在設備發生接地故障時減小觸電危險。（3）保護中性線：它兼有中性線和保護線的功能，PEN線也稱為零線。 第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日低壓配電系統，按其中電氣設備的外露可導電部分保護接地的型式不同，分為TN系統、TT系統和IT系統。1.TN系統TN系統就是電源中性點直接接地，并引出N線，所有設備的外露可導電部分經公共的PE線或PEN線接地，屬三相四線制系統。按PE線的形式又分為TN-C系統、TN-S系統和TN-C-S系統三種：（1）TN-C系統 TN-C系統不適用于安全要求較高的場合。第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日（2）TN-S系統由于N線和PE線完全分開，PE線上沒有電流流過，不會產生電磁干擾。而且PE線斷開時，不會使設備的外露可導電部分帶電，比較安全，所以這種系統也適用于安全要求較高的場合。由于N線和PE線完全分開，消耗的材料較多，成本高。第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日（3）TN-C-S系統這種系統的前面部分為TN-C系統，后面部分為TN-S系統，它是TN-C系統和TN-S系統的組合，兼有TN-C系統和TN-S系統的優點，對安全要求較高和對抗電磁干擾要求較高的場所，采用TN-S系統，其他場所采用TN-C系統。這種系統比較靈活。第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2.TT系統TT系統的電源中性點直接接地，與TN系統一樣，也從中性點引出一條中性線（N線），用以通過三相不平衡電流和單相相電流，但設備的外露可導電部分則經各自的PE線單獨接地。由于各設備的PE線之間沒有直接的電氣聯系，互相之間不會發生電磁干擾，適合于對抗電磁干擾要求較高的場合。這種系統中必須安裝靈敏的漏電保護裝置第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日IT系統的電源中性點不接地，或經高阻抗（約1000）接地，沒有中性線，所有設備的外露可導電部分經各自的PE線單獨接地3.IT系統這種系統主要用于對連續供電要求較高，或對抗電磁干擾要求較高及有易燃易爆危險的場所。第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日我國電力系統標稱頻率（工頻）為50Hz。在電力系統正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，電網裝機容量在300萬kW以下的，偏差值可放寬到±0.5Hz。1）供電頻率和頻率偏差5、供電質量要求正常運行情況下，用電設備端子處的電壓偏差允許值應符合下列要求2）電壓偏差及其允許值（1）電動機 規定為5%。（2）電氣照明在一般工作場所為5%；對于遠離變電所的小面積一般工作場所、難以滿足上述要求時，可為+5%、10%；應急照明、道路照明和警衛照明等為+5%、10%。電氣設備只有在額定電壓下運行才能獲得最佳的經濟效果。例如白熾燈，如果電壓偏高，則光效高，但其使用壽命將大大縮短；如果電壓偏低，則光效嚴重下降，照度明顯降低。第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日電壓波動是指電網電壓的快速變動或電壓包絡線的周期性快速變動。3）電壓波動和閃變電壓波動是由于電網中存在急劇變動的沖擊性負荷（如電動機的起動等）引起的。負荷的急劇變化，使電網的電壓損耗相應變動，從而使用戶公共連接點的電壓了現波動現象。電壓波動會引起燈光的閃爍，嚴重影響視覺。電壓波動還會影響電動機的正常起動，嚴重時可能使電動機無法起動。閃變是指人眼對燈閃的主觀感覺。閃變是由于照明燈的端電壓出現電壓波動而引起的。4）電網諧波電力系統中的三相交流電壓，一般可認為是50Hz的正弦波。但由于系統中存在各種非線性元件，會使線路中出現諧波，使電壓或電流波形發生畸變。諧波對電氣設備的危害很大。例如諧波通過變壓器，將使變壓器的鐵芯損耗明顯增加，使變壓器鐵芯過熱，使用壽命縮短。第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日5.三相電壓不平衡在三相供電系統中，如果三個相電壓或電流幅值或有效值不等，或三個相電壓或電流的相位差不為120°，則稱此三相電壓或電流不平衡或不對稱。三相不對稱主要是由系統運行參數不對稱、三相用電負荷不對稱等因素引起的。供電系統的不對稱運行，對用電設備及供配電系統都有危害，低壓系統的不對稱運行還會導致中性點偏移，從而危及人身和設備安全。第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日工業供配電系統1、電力負荷及其計算

電力負荷是指用電設備或用電單位所消耗的電功率或電流的大小。電力負荷分為以下三級

一級負荷：是指中斷供電將造成人身傷亡者；或中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失者。二級負荷：是指中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失者，或者造成公共場所秩序混亂者。三級負荷：所有不屬于一級和二級負荷者都屬于三級負荷。第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日用電設備的工作制工廠的用電設備按其工作制分為以下三類：連續工作制： 這類設備在恒定負荷下長期連續運行，負荷比較穩定。短時工作制：這類設備的工作時間較短，而停歇時間相對較長。斷續周期工作制：這類設備周期性地工作、停歇，如此反復運行。第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日計算負荷是指用統計計算求出的、用來按發熱條件選擇供配電系統中各元件的負荷值三相用電設備組計算負荷的確定負荷計算方法有：需要系數法、二項式系數法、利用系數法1.用需要系數法確定計算負荷需要系數法就是將用電設備的設備容量乘以該設備的需要系數，所得結果即是計算負荷。第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日例:

某車間的金屬切削機床組，擁有電壓為380V的三相交流電動機15kW的2臺，7.5kW的5臺，4kW的10臺，1.5kW的12臺。試求其計算負荷。解

:該機床組的設備總容量為查表得：“小批量生產的金屬冷加工機床電動機”的取0.2；，求得，從而可求得第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2.多組用電設備計算負荷的確定確定擁有多組用設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，先將性質相同，且具有相同需要系數和功率因數的用電設備分組，求出每組用電設備的計算負荷。同時，考慮到各用電設備組的最大負荷一般不同時出現，將各用電設備組總的有功計算負荷、無功計算負荷分別乘以一個同時系數，一般取0.7~1。即多組用電設備總計算負荷為第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日3.按二項式法確定三相用電設備的計算負荷用二項式法確定三相用電設備的計算負荷的基本公式為

式中 b、c為二項式系數為用電設備組的平均負荷,為用電設備組的設備總容量

為x臺最大容量設備設入運行時增加的附加負荷，為x臺最大容量設備的設備總容量，

第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日各組設備中最大的一組附加負荷各組平均負荷為各組的平均有功負荷之和為各組有功附加負荷中的最大值

為各組的平均無功負荷之和各組無功附加負荷中的最大值最大附加負荷設備組的平均功率因數角的正切值采用二項式法確定多組用電設備的總計算負荷時，也應考慮各組設備的最大負荷不同時出現的因素第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日

4.單相用電設備組計算負荷的確定在實際應用中，除了三相設備外，還有許多的單相設備，如電爐、照明燈等。當有多臺單相設備時，應將它們盡可能地均勻分配，力求三相負荷平衡當單相設備的總容量不超過三相設備總容量的15%時，不論單相設備如何分配，均可按三相負荷平衡計算；如果單相設備的總容量超過三相設備總容量的15%時，則應將單相設備容量換算成等效三相設備容量，再與三相設備一起計算。單相用電設備換算為三相等效設備容量的方法如下：（1）單相設備接于相電壓時當單相設備接于相電壓時，等效三相設備容量應按最大負荷相所接單相設備容量的3倍計算。第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日（2）單相設備接于同一線電壓時當容量為的單相設備接在線電壓上時，其等效的三相設備容量為（3）當單相設備既有接于線電壓又有接于相電壓時此時，首先應將接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的設備容量，然后再分相計算各相的設備容量，取最大負荷相設備容量的3倍作為等效的三相負荷容量。第三十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期日2、低壓配電線路的接線方式1.放射式接線這種接線方式是由變壓器低壓母線上引出若干條回路，再分別配電給各配電箱或用電設備。其特點是：其配電引出線發生故障或檢修時互相不影響，供電可靠性較高，但變電所低壓側引出線多，有色金屬消耗量大，采用的開關設備也較多。放射式接線方式多用于設備容量較大或對供電可靠性要求較高的場合。第三十