第一章工厂供电概述

工厂供电系统
一、中性点不接地的电力系统
当中性点不接地系统发生单相接地时，例如C相接地，如上图所示， 此时
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中性点不接地系统单相接地时的特点： ?系统的三个线电压不变；
?系统的单相接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。
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中性点不接地系统应用特点： ?用电设备在发生单相接地时可继续运行，但不可长期运行。我国 电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时， 单 相接地运行时间不应超过2小时。 ?应装设单相接地保护或绝缘监视装置。
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目前，我国电力系统中： 220kV及以上电压等级多用于大型电力系统的主干线； 110kV电压等级既用于中、小型电力系统的主干线，也用于大型电 力系统的二次网络； 35kV电压等级则多用于电力系统的二次网络或大型工厂的内部供 电网络； 6～10kV电压等级多用于一般工厂的高压配电电压，而且一般采用 10kV； 低压配电电压通常采用380/220V。
例：已知图示系统中线路的额定电压，求发电机和变压器的 额定电压。
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练习： 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机 和变压器的额定电压。
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练习：试确定图中所示供电系统中发电机G、变压器2T、3T 和线路1WL、2WL的额定电压。
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三、供电电压的选择
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（一） 电压偏移
电压偏移是指用电设备端电压与用电设备额定电压之差对额定电压 的百分数，即
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我国规定，正常情况下，用电设备端子处电压偏移的允许值为： 电动机±5%； 照明灯一般场所±5%；在视觉要求较高的场所+5%，-2.5%； 其它用电设备无特殊规定时±5%。
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（二）频率偏移
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当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，例如C相接地，如 上图所示，这时
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中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故 障时的容性电流，使接地故障电流减少。通常这种补偿有三种不同 的运行方式，即欠补偿、全补偿和过补偿， 电网一般采用过补偿 方式。
（三）电力线路
电力线路的作用是输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户 连接起来。
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发电厂一般距电能用户均较远，所以需要多种不同电压等级的电 力线路，将发电厂生产的电能源源不断地输送到各级电能用户。 通常把电压在35kV及以上的高压电线路称为输电线路，而把电压 在10kV及以下的电力线路，称为配电线路。
?用电设备绝缘按线电压设计。
?一般用于6Kv~10kV电力网和部分35kV电力网。
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二、中性点经消弧线圈接地的电力系统
在中性点不接地系统中，当单相接地电流超过规定数值时 ?6～10kV系统中接地电流大于30A；
?20kV及以上系统中接地电流大于10A。 将产生断续电弧，从而在线路上引起危险的过电压，可以采用中性 点经消弧线圈接地的措施来减小这一接地电流，熄灭电弧，避免过 电压的产生。
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（一）工厂高压配电电压的选择
工厂的高压配电电压一般采用10kV。如果工厂拥有相当数量的6kV 用电设备，或者供电电源的电压就是6kV，则可考虑采用6kV电压 作为工厂的高压配电电压。采用10kV作为高压配电电压的工厂， 如果有6kV的高压用电设备，则可同过专用的10/6.3kV变压器单独 供电。
电力系统中的三相导线之间和各相导线对地之间都存在着分布电容。
为讨论问题简化起见，假设三相系统的电源电压和电路参数都是对
称的，而且将相与地之间存在的分布电容用一个集中电容C来表示，
线间电容电流数值较小，可不考虑。
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系统正常运行时，三个相电压是对称的，三个相的对地电容电流也 是对称的，其相量和为零，各相对地电压就是其相电压，中性点对 地电压为零。
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（一）发电厂
发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源） 的工厂。
发电厂有很多类型，按其所利用的能源不同，分为火力发电厂、 水力发电厂、核能发电厂以及风力、地热、太阳能发电厂等类型。 目前在我国接入电力系统的发电厂最主要的有火力发电厂和水力发 电厂，以及核能发电厂。
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（二）工厂低压配电电压的选择
工厂的低压配电电压通常采用380/220V，其中线电压380V接三相动 力设备，相电压220V供电给照明及其他220V的单相设备。
对于容易发生触电或有易燃易爆的个别车间或场所，可考虑采用 220/127V作为工厂的低电配电电压。但某些场合宜采用660V甚至更 高的1140V（只用于矿井下）作为低压配电电压。例如矿井下，因 负荷中心往往离变电所较远，所以为保证负荷端的电压水平而采用 比380V更高的配电电压。
电力线路按传输电流种类分为交流线路和直流线路。
电力线路按架设方法分为架空线路和电缆线路。
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（四）电能用户
电能用户又称电力负荷，在电力系统中，一切消费电能的用电设备 均称为电能用户。
用电设备分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式的适于 生产、生活需要的能量。
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二、工厂供电系统
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（2）高压深入负荷中心的一次变压系统
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某些中小型工厂，如果本地电源电压为35kV，且工厂的各种条件 允许时，可直接采用35kV作为配电电压，将35kV 线路直接引入靠 近负荷中心的工厂车间变电所，再由车间变电所一次变压为 380/220V，供低压用电设备使用。
大型工厂和某些电力负荷较大的中型工厂，一般采用具有总降压变 电所的二次变压供电系统。
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（二）一次变压的工厂供电系统
（1）具有高压配电所的一次变压系统
一般中小型工厂，多采用6～10kV电源进线，经高压配电所将电能 分配给各个车间变电所，由车间变电所再将 6～10kV电压降至 380/220V,供低压用电设备使用；同时，高压用电设备直接由高压配 电所的6～10kV母线供电。
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三、供电的基本要求
（1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身 事故和设备事故。 （2）可靠 应满足用户对连续供电的要求。 （3）优质 应满足用户供电质量的要求。 （4）经济 供配电应尽量做到投资省，运行费低，尽可能 减少有色金属消耗量和电能损耗，提高电能利用率。
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变电所的任务：接受电能、变换电压和分配电能。 受电―变压―配电
配电所的任务：接受电能和分配电能，但不改变电压。 受电－配电
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变电所可分为升压变电所和降压变电所两大类：
升压变电所一般建在发电厂，主要任务是将低电压变换为高电压。
降压变电所一般建在靠近负荷中心的地点，主要任务是将高电压 变换到一个合理的电压等级。降压变电所根据其在电力系统中的地 位和作用不同，又分枢纽变电站、地区变电所和工业企业变电所等。
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工厂供电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低 压配电线路及用电设备组成。 总降压变电所：将35～110kV的外部供电电压变换为6～10kV的厂 区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。
车间变电所：将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配 电线路，给车间用电设备供电。
（3）只有一个变电所的一次变压系统
对于用电量较少的小型工厂或生活区，通常只设一个将6～10kV电 压降为380/220V电压的变电所，这种变电所通常称为车间变电所。
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（三）低压供电的工厂供电系统
某些无高压用电设备且用电设 备总容量较小的小型工厂，有 时也直接采用380/220V低压电 源进线，只需设置一个低压配 电室，将电能直接分配给各车 间低压用电设备使用。
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（1）火力发电厂
利用燃料（煤、石油等）的化学能来生产电能，我国的火电厂以 燃煤为主。
燃料的化学能→热能→机械能→电能
（2）水力发电厂
利用水流的位能来生产电能。 水流位能→机械能→电能
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（3）核能发电厂
利用原子核的裂变能来生产电能。 核裂变能→热能→机械能→电能
（二）变配电所
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（三）发电机的额定电压
电力线路允许的电压损耗为±5%，即整个线路允许有 10% 的电压 损耗，因此为了维护线路首端与末端平均电压的额定值，线路首端 （电源端）电压应比线路额定电压高 5%，而发电机是接在线路首 端的，所以规定发电机的额定电压高于同级线路额定电压5%，用 以补偿线路上的电压损耗。
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（一）电力线路的额定电压
电力线路（或电网）的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需 要及电力工业的水平，经全面技术经济分析后确定的，它是确定各 类用电设备额定电压的基本依据。
（二）用电设备的额定电压
由于用电设备运行时要在线路中产生电压损耗，因而造成线路上各 点的电压略有不同。但是成批生产的用电设备，其额定电压不可能 按其装设地点的实际电压来制造，而只能按线路首端电压与末端电 压的平均值即电网的额定电压来制造。所以用电设备的额定电压规 定与同级电力线路的额定电压相同。
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（四）电力变压器的额定电压 （1）变压器一次绕组的额定电压：
?一次绕组与发电机直接相连 变压器一次绕组额定电压与发电机额定电压相同
?一次绕组不与发电机直接相连 变压器一次绕组额定电压与电网额定电压相同
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（2）变压器二次绕组额定电压：
变压器二次绕组额定电压：变压器在其一次绕组加上额定电压时的 二次绕组开路（空载）电压。
教学要求 ： ?了解发电厂、变配电所、电力线路、电能用户 ?掌握工厂供电系统的组成 ?掌握工厂供电系统的典型接线 ?理解供电系统的基本要求
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1.2 电力系统的额定电压
一、供电质量的主要指标
衡量电能质量的主要指标是电压质量和电网频率。电压质量指标包 括允许电压偏差、允许波形畸变率(谐波)、三相电压允许不平衡度 以及允许电压波动和闪变；频率质量指标为允许频率偏差。
注意：变压器满载（额定负荷）运行时，二次绕组内有约5%的阻 抗电压降。
因此变压器二次绕组额定电压的确定必须考虑上述因素。
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?变压器二次侧供电线路不长 变压器二次侧绕组额定电压高于二次侧电网额定电压5%
?变压器二次侧的供电线路较长 变压器二次绕组额定电压高于二次侧电网额定电压10%
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教学要求：
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?了解供电质量的主要指标
?掌握额定电压的国家标准
?了解供电系统的选择
教学重点： ?发电机、变压器额定电压的国家标准
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1.3 电力系统中性点运行方式
电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点。
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地
? ?
小电流接地系统
?
中性点直接接地—大电流接地系统
频率偏移常以实际频率与额定频率之差或其差值Δf与额定值之比的 百分数Δf％表示，即：
我国电力系统的标准频率为50Hz，规定： 电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏 差值可放宽到±0.5Hz。
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二、额定电压的国家标准
由于三相功率和线电压、线电流之间的关系为：S ? 3UlIl ，所以 在输送功率一定时，输电电压愈高，输电电流愈小，从而可减少线 路上的电能损失和电压损失，同时又可减小导线截面，节约有色金 属。但是电压愈高，绝缘材料所需的投资也相应增加，因而对应一 定输送功率和输送距离，均有相应技术上的合理输电电压等级。同 时，还须考虑设备制造的标准化、系列化等因素。
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（一）二次变压的工厂供电系统
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该供配电系统，一般采用35～110kV电源进线，先经过工厂总降压 变电所，将35～110kV 的电源电压降至6～10kV，然后经过高压配 电线路将电能送到各车间变电所，再将6～10kV的电压降至 380/220V，供低压用电设备使用；高压用电设备则直接由总降压变 电所的6～10kV母线供电。
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1.1 供电系统概述
供电即电能的供应和分配。工厂供电就是指工厂所需电能的供应和 分配问题。
一、电力系统的基本概念
电力系统是由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、 变电、配电和用电的整体。
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电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变配电所和输配电线 路）。 电力系统：发电机、电力网及用电设备。 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火力发电厂的锅炉、汽 轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）。