工厂供电

第一章：概论工厂供电基本要求：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.可靠应满足电能用户对供电的可靠性即连续供电的要求。

3.优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

4.经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并且尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗。

▲供电系统中的母线又称汇流排，其任务是分配和汇集电能。

▲电能的生产、输送、分配和使用全过程，在同一时间实现。

电力系统：由各级电压的电力线路将一些发电厂、发电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电配电和用电的整体，称为电力系统。

▲区域电网范围大，电压一般在220KV及以上。

地方电网范围小，最高电压一般不超过110KV。

▲电压和频率是衡量电能的两个基本参数。

我国交流电力设备的额定频率为50Hz，偏差不得超过±0.2Hz。

▲电压偏差：电压允许偏差为±5%。

额定电压的确定：１．一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5％，受电设备的额定电压与系统额定电压相对应．２．电气设备额定电压的确定：Ａ. 发电机：额定电压U GN=1.05×系统额定电压（U N）Ｂ. 变压器：受电侧额定电压U TN1①与发电机相连时，U TN1=U GN②与线路（系统）相连时，U TN1=U N 输出侧额定电压U TN2①与≥35kV线路相连，U TN2=1.1×U N②与35kV以下线路相连，但变压器的短路电压百分比u k%>7.5%，或连接长线路时，U TN2=1.1 × U N③与<35kV线路相连，U TN2=1.05 × U NＣ. 系统额定电压与设备额定电压，系统U N=用电设备U N电压偏差对设备的影响：1．异步电机：当感应电动机端电压较其额定电压低10％时，由于转矩Ｍ与端电压Ｕ平方成正比，因此其实际转矩将只有额定转矩的81％，而负荷电流将增大5％～10％以上，温升将增高10％～15％以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机的使用寿命。

而且由于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废、次品。

当其端电压较其额定电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘相应受损，对电机同样不利，也要缩短其使用寿命。

2．同步电机：当同步电动机的端电压偏高或偏低时，由于转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的电压偏差，除了不会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，均与感应电动机相同。

3．电光源：电压偏差对白炽灯的影响最为显著。

当白炽灯的端电压降低10%时，灯泡的使用寿命将延长2～3倍，但发光效率将下降30% 以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故。

当其端电压升高10% 时，发光效率将提高1/3，但其使用寿命将大大缩短，只有原来的1/3左右。

电压偏差对荧光灯及其他气体放电灯的影响不像对白炽灯那样明显，但也有一定的影响。

当其端电压偏低时，灯管不易启燃。

如果多次反复启燃，则灯管寿命将大受影响；而且电压降低时，照度下降，影响视力工作。

当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。

电压调整的措施：1．正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压变压器。

2．合理减小系统的阻抗。

3．合理改变系统的运行方式。

4．尽量使系统的三相负荷均衡。

5．采用无功功率补偿装置。

电压波动的产生和危害电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起。

负荷急剧变动，使电网的电压损耗相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。

例如电动机的启动、电焊机的工作、特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性负荷的投入运行，均会引起电网电压的波动。

危害：电网电压波动可影响电动机的正常启动，甚至使电动机无法启动；会引起同步电动机的转子振动；可使电子设备和电子计算机无法正常工作；可使照明灯光发生明显的闪变，严重影响视觉，使人无法正常生产、工作和学习。

电压波动的抑制措施：１．对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。

这是最简便有效的办法。

２．设法增大供电容量，减小系统阻抗，例如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路等，使系统的电压损耗减小，从而减小负荷变动时引起的电压波动。

３．在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。

４．对大容量电弧炉的炉用变压器，宜由短路容量较大的电网供电，一般是选用更高电压等级的电网供电。

５．对大型冲击性负荷，如果采取上列措施仍达不到要求时，可装设能“吸收”冲击性无功功率的静止型无功补偿装置（static var compensator，缩写SVC）。

SVC是一种能吸收随机变化的冲击性无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置，其类型有多种，而以自饱和电抗器型（SR型）的效能最好，其电子元件少，可靠性高，反应速度快，维护方便经济，且我国一般变压器厂均能制造，是最适于在我国推广应用的一种SVC。

电网谐波的产生与危害：电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在各种非线性元件。

产生谐波的电气元件很多，例如荧光灯和高压钠灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，最为严重的是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉，它们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。

１．使变压器铁心损耗增加，使变压器出现过热，缩短其使用寿命。

２．使电动机的铁心损耗增加，转子发生振动，严重影响机加工产品质量。

３．谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对于谐波的阻抗很小，因此电容器很容易过负荷甚至烧毁。

４．使电力线路的电能损耗和电压损耗增加；５．使计量电能的感应式电能表计量不准确；６．使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起过电压，有可能击穿线路设备的绝缘；７．造成系统的继电保护和自动装置发生误动作；８．对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。

电网谐波的抑制：①三相整流变压器采用Yd或Dy联结；②增加整流变压器二次侧的相数；③使各台整流变压器二次侧互有相角差；④装设分流滤波器；⑤选用Dyn11联结组三相配电变压器；⑥其他抑制谐波的措施。

三相不平衡的产生和危害：出现三相不平衡的主要原因是三相负荷不平衡。

①对电机的危害：由于负序分量的存在使电动机产生一个反向转矩，降低电动机的输出转矩，并使电机绕组电流增大，温升增高，缩短电动机的使用寿命。

②对三相变压器的危害：三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相却低于额定值，从而使变压器容量不能得到充分利用。

③对多相整流装置的危害：三相电压不对称，将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，进一步影响电能质量。

改善三相不平衡的措施：①使三相负荷均衡分配在供配电设计和安装中，应尽量使三相负荷均衡分配。

三相系统中各相装设的单相用电设备容量之差应不超过15%。

②使不平衡负荷分散连接尽可能将不平衡负荷接到不同的供电点，以减少其集中连接造成电压不平衡度可能超过允许值的问题。

③将不平衡负荷接入更高电压的电网由于更高电压的电网具有更大的短路容量，因此接入不平衡负荷时对三相不平衡度的影响可大大减小。

例如电网短路容量大于负荷容量50倍时，就能保证连接点的电压不平衡度小于2%。

④采用三相平衡化装置三相平衡化装置包括具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置（SVC）和静止无功电源（static var generator，缩写SVG）。

SVG基本上不用储能元件，而是充分利用三相交流电的特点，使能量在三相之间及时转移来实现补偿。

与SVC相比，SVG 可大大减小平衡化装置的体积和材料消耗，且响应速度快，调节性能好，它综合了无功补偿、谐波抑制和改善三相不平衡的优点。

发电机和变压器的中性点有三种运行方式：１．电源中性点不接地；２．中性点经阻抗接地；３．中性点直接接地。

前两种合称为小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统，或称中性点非直接接地系统。

后一种中性点直接接地系统，称为大接地电流系统，亦称中性点有效接地系统。

▲我国110KV及以上的电力系统，都采用中性点直接接地的运行方式。

3-10KV系统单相接地电流大于30A，20KA及以上系统中电流大于10A时采用中性点经消弧线圈接地的方式或低电阻接地的运行方式。

▲当系统发生单相接地故障时，接地相对地电压为零，其他两相都由相电压升高到线电压，即对地电压的√3倍。

单相接地电容电流为系统正常运行时相线对地电容电流的３倍。

▲在低压配电系统中，我国广泛应用的TN系统及在国外应用较广的TT系统，都是中性点直接接地系统．▲我国220V/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地方式，而且引出有中性线N、保护线PE、或保护中性线 PEN。

▲低压配电系统按接地形式分为TN系统、TT系统、IT系统（煤矿）。

TN系统又分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。

IT系统的中性点不接地，或经高阻抗（约1000Ω）接地，主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，特别是矿山、井下等场所的供电。

第二章工厂的电力负荷及其计算工厂电力负荷的分级根据对供电可靠性要求及中断供电造成损失或影响程度分为三级：１．一级负荷：中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。

除了两路电源供电外，还要有应急电源，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

２．二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。

属于重要负荷，要求两回路供电，３．三级负荷：一般电力负荷，所有不属于一二级的都为三级负荷。

无特殊要求。

各级电力负荷对供电电源的要求：①要求除了两路电源供电外，还要有应急电源，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

②要求两回路供电，供电变压器也应有两台。

③对供电电源无特殊要求。

在工厂用电设备的工作制分类：１．连续工作制设备，设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态。

如：机床电动机。

２．短时工作制设备。

设备在恒定负荷下运行的时间短，而停歇时间长。

如：控制闸门的电动机。

３．断续周期工作制设备。

设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，工作周期一般不超过10分钟，如电焊机。

第三章 短路电流及其计算短路电流对供电系统产生的危害：１．产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。

２．使电压骤然下降，严重影响电气设备的正常运行。

３．短路时保护装置动作，造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。

４．严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

５．不对称短路将产生不平衡交流电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

▲短路形式：１．三相短路；２．两相短路；３．单相短路；４．两相接地短路．▲按短路电路的对称性分：三相短路属于对称性短路，其他均为不对称短路．▲电力系统中发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小，但三相短路的短路电流最大；作为选择和校验的的短路计算中，以三相短路计算为主。