工

廠

供

電

《工廠供電》是電氣類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，共48學(xué)時(shí)，學(xué)期結(jié)束后進(jìn)行考試。在學(xué)習(xí)本課程前，應(yīng)學(xué)完《電路原理》、《模擬電子技術(shù)》、《電機(jī)學(xué)》、《電氣控制與PLC》等課程。

一、本課程性質(zhì)、目的和任務(wù)

通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握中小型工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)計(jì)算所需的基本理論和基本知識(shí)，為今后從事供配電技術(shù)工作奠定一定的基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目1供配電系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

項(xiàng)目2工廠供電系統(tǒng)基本知識(shí)

項(xiàng)目4工廠供電設(shè)備的選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目3工廠供電一次系統(tǒng)

項(xiàng)目5工廠供電系統(tǒng)繼電保護(hù)、防雷與接地項(xiàng)目6工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)

項(xiàng)目1

供配電系統(tǒng)認(rèn)知

本章主要任務(wù)

供電系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)的額定電壓

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式

教學(xué)基本要求本項(xiàng)目概述工廠供電的基本知識(shí)和基本問題。要求了解供電的意義、要求、課程任務(wù)及工廠供電系統(tǒng)、發(fā)電廠、電力系統(tǒng)的基本知識(shí)，理解額定電壓的確定，掌握提高電壓質(zhì)量的措施及電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式。重點(diǎn)：重點(diǎn)闡釋電力系統(tǒng)的電壓和中性點(diǎn)運(yùn)行方式難點(diǎn)：區(qū)分低壓配電系統(tǒng)的接地型式任務(wù)1.1供電系統(tǒng)概述1、工廠供電（plantpowersupply)指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。

生產(chǎn)電氣化后增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。供電中斷，重大設(shè)備損壞，甚至發(fā)生人身事故

2、電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性工廠供電的要求和課程任務(wù)1、工廠供電的基本要求安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)。

主要是講述中小型工廠內(nèi)部的電能供應(yīng)和分配問題，使學(xué)生初步掌握中小型工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)計(jì)算所必需的基本理論和基本知識(shí)

2、本課程的主要任務(wù)

由各級(jí)電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、用電的整體，稱為電力系統(tǒng)。1.1.1、電力系統(tǒng)的基本概念

返回1、發(fā)電廠（發(fā)電站）：將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能(二次能源)的工廠。2、種類：

水力、火力、核能、風(fēng)力、地?zé)峒疤?yáng)能等發(fā)電廠。1.水力發(fā)電站：發(fā)電站能量轉(zhuǎn)換情況：2.火力發(fā)電站：3.核能發(fā)電站：

（3）電能用戶又稱電力負(fù)荷

按行業(yè)可分為工業(yè)用戶、農(nóng)業(yè)用戶、市政商業(yè)用戶和居民用戶電網(wǎng)：電力系統(tǒng)中各級(jí)電壓的電力線路及其聯(lián)系的變電所，稱為電力網(wǎng)或電網(wǎng)。電力網(wǎng)的作用是將電能從發(fā)電廠輸送并分配到電能用戶

(1)變配電所：變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場(chǎng)所配電所只用來接受和分配電能

(2)電力線路

電力線路的作用是輸送電能，并把發(fā)電廠、變配電所和電能用戶連接起來電力線路按其用途及電壓等級(jí)分為輸電線路和配電線路1.1.2工廠供電系統(tǒng)

工廠供電系統(tǒng)是指工廠所需的電力能源從進(jìn)廠起到所有用電設(shè)備終端止的整個(gè)電路。

工廠供電系統(tǒng)由工廠總降壓變電所(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(shè)備組成。

一些中小型工廠的電源進(jìn)線電壓為10kV(或6kV)，某些大中型工廠的電源進(jìn)線電壓可為35kV及以上，某些小型工廠則可直接采用低壓進(jìn)線。所謂“低壓”，是指低于1kV的電壓；而lkV以上的電壓則稱為“高壓”

1.具有高壓配電所的工廠供電系統(tǒng)

2.具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)3、高壓深入負(fù)荷中心的供電系統(tǒng)只經(jīng)過一次降壓

高壓深入負(fù)荷中心的直配方式，可以省去一級(jí)中間變壓，簡(jiǎn)化了供電系統(tǒng)接線，節(jié)約投資和有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高了供電質(zhì)量。然而這要根據(jù)廠區(qū)的環(huán)境條件是否滿足35kV架空線路深入負(fù)荷中心的“安全走廊”要求而定，否則不宜采用。4、只設(shè)一個(gè)變電所或配電所的供電系統(tǒng)

對(duì)于小型工廠，所需容量一般不大于1000kVA或稍多一些，只需一個(gè)降壓變電所，相當(dāng)于車間變電所。

如果工廠所需容量不大于160kVA時(shí)，一般采用低壓電源進(jìn)線，直接由公共低壓電網(wǎng)供電，只需一個(gè)低壓配電間。小結(jié)1、工廠供電工廠所需電能的供應(yīng)和分配

由各級(jí)電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、用電的整體2、電力系統(tǒng)

工廠所需的電力能源從進(jìn)廠起到所有用電設(shè)備終端止的整個(gè)電路。3、工廠供電系統(tǒng)1.2電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本參數(shù):電壓和頻率規(guī)定：電力系統(tǒng)正常情況下，工頻頻率偏差正負(fù)0.5Hz，若電力系統(tǒng)容量3000MW，頻率偏差不超過正負(fù)0.2Hz；2.影響電壓質(zhì)量因素：電壓的偏差電壓的波動(dòng)電壓的波形設(shè)備端電壓與其額定電壓之差電網(wǎng)電壓有效值（方均根值）的快速變動(dòng)用其對(duì)正弦波形畸變的程度來衡量1.頻率：1.2.1概述我國(guó)三相交流電網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓，見表1.1

1、電力線路的額定電壓

根據(jù)需要、電力工業(yè)水平、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析后確定

2、用電設(shè)備的額定電壓如圖所示，規(guī)定用電設(shè)備的額定電壓與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。1.2.2額定電壓的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

3.發(fā)電機(jī)的額定電壓

由于同一電壓的線路一般允許的電壓偏差是±5％，為了維持線路首端與末端的平均電壓在額定值，線路首端電壓應(yīng)較電網(wǎng)額定電壓高5％。

發(fā)電機(jī)是接在線路首端的，所以規(guī)定發(fā)電機(jī)額定電壓高于所供電網(wǎng)額定電壓5％。

1）變壓器一次繞組的額定電壓：4、電力變壓器的額定電壓（2）當(dāng)變壓器T2不與發(fā)電機(jī)相聯(lián)而是連接在線路上時(shí)，可看作是線路的用電設(shè)備，因此其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。（1）當(dāng)變壓器T1直接與發(fā)電機(jī)相聯(lián)時(shí)，其一次繞組額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同；（2）若二次側(cè)供電線路不長(zhǎng)（T2），直接供電給高低壓用電設(shè)備時(shí)，僅考慮補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)繞組內(nèi)部5％的電壓降。2）變壓器二次繞組的額定電壓:（1）變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)（T1），如為較大的高壓電網(wǎng)時(shí)，其二次繞組額定電壓應(yīng)比相聯(lián)電網(wǎng)額定電壓高10％，其中5％是用于補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)繞組內(nèi)部的約5％的電壓降，另外5％用以補(bǔ)償線路上的電壓損耗；例1.1

已知如圖所示系統(tǒng)中線路的額定電壓，試求發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。

解：

發(fā)電機(jī)G的額定電壓:

變壓器T1的額定電壓:

變壓器T2的額定電壓:

工廠低壓配電電壓的選擇取決于當(dāng)?shù)毓╇婋娫措妷杭肮S高壓用電設(shè)備的電壓、容量和數(shù)量等因素

取決于低壓用電設(shè)備的電壓，一般采用220/380V工廠高壓配電電壓的選擇作業(yè)：

P171-12,1-131.2.3電壓偏差與電壓調(diào)整1、電壓偏差的概念

2、電壓偏差是由于系統(tǒng)運(yùn)行方式改變及負(fù)荷緩慢變化而引起的應(yīng)滿足GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定

設(shè)備的端電壓U與設(shè)備額定電壓之差對(duì)額定電壓的百分值，即

①合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓型變壓器，使之在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，有效地調(diào)節(jié)電壓，保證用電設(shè)備端電壓的穩(wěn)定。②合理地減少供電系統(tǒng)的阻抗，以降低電壓損耗，從而縮小電壓偏差范圍。③盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡，以減小電壓偏差。④合理地改變供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，以調(diào)整電壓偏差。⑤采用無功功率補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)，降低電壓損耗，縮小電壓偏差范圍

3、電壓調(diào)整的措施（2）、電壓波動(dòng)和閃變及其抑制

1)、電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)引起的2)、電壓波動(dòng)值用電壓波動(dòng)過程中相繼出現(xiàn)的電壓有效值的最大值與最小值之差對(duì)額定電壓的百分值來表示：3）、電壓波動(dòng)的危害：使得設(shè)備無法正常工作。電壓波動(dòng)對(duì)照明的影響最為明顯。人眼對(duì)燈閃的主觀感覺，就稱為“閃變”。4）、電壓波動(dòng)和閃變的抑制措施①對(duì)大容量的沖擊性負(fù)荷采用專線或?qū)Ｓ米儔浩鞴╇?。②降低供電線路阻抗。③選用短路容量較大或電壓等級(jí)較高的電網(wǎng)供電。④采用能“吸收”沖擊性無功功率的靜止補(bǔ)償裝置SVC等（3）、高次諧波及其抑制

含義：對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的大于基波頻率(50Hz)整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波。

由于系統(tǒng)中有各種非線性元件存在，因而在系統(tǒng)中和用戶處的線路中出現(xiàn)了高次諧波，使電壓或電流波形發(fā)生一定程度的畸變。

非線性元件

氣體放電燈：熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈等交流電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、變壓器和感應(yīng)電爐大型硅整流設(shè)備和大型電弧爐

①大容量的非線性負(fù)荷由短路容量較大的電網(wǎng)供電。②三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)，可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波，是抑制整流變壓器產(chǎn)生高次諧波干擾的最基本的方法。③增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)，相數(shù)越多，整流脈沖數(shù)也隨之增多，其次數(shù)較低的諧波分量被消去的也越多。④裝設(shè)分流濾波器。⑤裝設(shè)靜止補(bǔ)償裝置(SVC)，吸收高次諧波電流，以減小這些用電設(shè)備對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波干擾電網(wǎng)諧波的抑制措施：衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本參數(shù)小結(jié)電壓和頻率影響電壓質(zhì)量因素：電壓的偏差電壓的波動(dòng)電壓的波形畸變額定電壓的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：用電設(shè)備額定電壓發(fā)電機(jī)額定電壓變壓器的額定電壓1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：中性點(diǎn)直接接地中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地小電流接地系統(tǒng)大電流接地系統(tǒng)3-66kV的電力系統(tǒng)，特別是3-10kV系統(tǒng)--中性點(diǎn)不接地110kV及以上電力系統(tǒng)—中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行但當(dāng)單相接地電流大于一定值時(shí)（3-10kv，>30A；20KV及以上，>10A），應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式1.3.1概述中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三個(gè)相的相電壓和對(duì)地電流對(duì)稱，三個(gè)電流向量和為零，地中沒有電流流過。發(fā)生單相接地故障時(shí)（假設(shè)c相接地），線電壓不變，而非故障相對(duì)地電壓升高到原來相電壓的倍單相接地電流等于正常時(shí)單相對(duì)地電容電流的三倍。

單相接地電流經(jīng)驗(yàn)公式：

其中，分別表示同一電壓的具有電聯(lián)系的架空線路和電纜線路的長(zhǎng)度（km）單相接地時(shí)，因相電壓沒有變化，三相用電設(shè)備仍能正常工作，但是不允許長(zhǎng)期運(yùn)行。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)

正常運(yùn)行：三相電壓、電流對(duì)稱單相接地：另兩相對(duì)地電壓升高為原來的倍。消弧線圈

在單相接地電容電流大于一定值的電力系統(tǒng)中，電源中性點(diǎn)必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)

正常運(yùn)行：三相電壓、電流對(duì)稱單相接地：另外兩相對(duì)地電壓不變，單相接地后即通過接地中性點(diǎn)形成單相短路。單相短路電流比線路的正常負(fù)荷電流大得多，因此在此系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于跳閘，切除短路故障。110KV以上的超高壓采用該系統(tǒng)很有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

低壓配電系統(tǒng)，按保護(hù)接地的形式可分為

TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)都是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，且都引出有中性線(N線)，因此都稱為“三相四線制系統(tǒng)”。TN系統(tǒng)

TT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)

1）TN系統(tǒng)：中性點(diǎn)直接接地，所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接公共的保護(hù)線(PE線)或公共的保護(hù)中性線(PEN線)。這種接公共PE線或PEN線的方式，通稱為“接零”。包括：TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)，如圖a、b、c所示。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約有色金屬和投資，經(jīng)濟(jì)，但不適用對(duì)安全和抗電磁干擾要求高的場(chǎng)合有色金屬消耗和投資大，且一個(gè)設(shè)備發(fā)生接殼故障，與PE相連設(shè)備帶電，易觸電，但適用對(duì)安全和抗電磁干擾要求高的場(chǎng)合兼有前面兩系統(tǒng)的特點(diǎn)，使用比較靈活中性點(diǎn)直接接地，設(shè)備外殼單獨(dú)經(jīng)PE接地。

特點(diǎn)：各設(shè)備PE線分開，不會(huì)發(fā)生電磁干擾問題單相接地時(shí)形成單相短路，保護(hù)動(dòng)作于跳閘若絕緣不良而漏電，因漏電電流小過流保護(hù)不動(dòng)作，使設(shè)備外露可導(dǎo)電部分長(zhǎng)期帶電，易觸電—裝靈敏度高的漏電保護(hù)裝置適用于對(duì)安全要求及對(duì)抗電磁干擾要求較高的場(chǎng)所2）TT系統(tǒng)3）IT系統(tǒng)：因無N線，所以不適接為相電壓的單相用電設(shè)備各設(shè)備PE線分開，不會(huì)發(fā)生電磁干擾問題因中性點(diǎn)