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工厂供电教案

第一章工厂供电概论

本章主要内容：工厂供电的基本知识

供电系统、发电厂、电力系统及自备电源

电压、电能质量

中性点运行方式

低压配电系统的接地型式

第一节工厂供电的意义、要求及课程任务

一、意义

1、工厂供电(plant power supply)：

是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

2、重要性：

工业生产实现电气化以后可以增加产量、提高产品质量和劳动生产率，供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。

二、基本要求

安全、可靠、优质、经济

三、本课程的主要任务

讲述中小型工厂电能供应和分配、电气照明问题，使学生具有对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作、维护、设计、计算的能力。

第二节工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源

一、工厂供电系统概况

1、中型工厂供电系统简图：一根线表示三相线路

2、中型工厂供电系统的平面布线示意图

3、大型工厂总降压变电所

4、高压深入负荷中心的供电系统

5、只设一个降压变电所的供电系统

二、发电厂和电力系统

1、发电厂（发电站）：，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。有：水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂。

2、电力系统(power system)：

由各级电压的电力线路将一些发电厂、变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。

电网：电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电网

第三节电力系统的电压与电能质量

一、电压和频率的质量参数。

规定：频率偏差正负0.2Hz

电压偏差正负5%

二、三相交流电网和电力设备的额定电压

1、电网（线路）的额定电压

2、用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。

3、发电机的额定电压：高于同级电网电压5%

4、电力变压器的额定电压的规定

第四节电力系统中性点运行方式

一、中性点运行方式：

中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统正常运行及单相接地时的不同点。

二、低压配电系统的接地型式

中性线(N线)的功能：传导不平衡电流和单相电流、减小负荷中性点的电位偏移。

保护线(PE线)的功能：防止发生触电事故用的接地线。

保护中性线(PEN线)的功能：它兼有中性线(N线)和保护线(PE线)的功能。我国通称为“零线”，俗称“地线”。

1、TN系统（中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。

TN-C系统：

TN-S系统：

TN-C-S系统：

2、TT系统：中性点直接接地，设备外壳单独接地。

3、IT系统：中性点不接地，设备外壳单独接地）主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所

第二章工厂的电力负荷及其计算

本章主要内容：电力负荷有关概念

用电设备组计算负荷、工厂计算负荷

尖峰电流及其计算

第一节工厂的电力负荷与负荷曲线

一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求

一级负荷：中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者，以及特别重要的负荷。双电源供电，必要时增设应急电源。

二级负荷：是断供电，在政治、经济上造成较大损失者。双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。

三级负荷：不属于一、二级的负荷。对供电电源无特殊要求。二、工厂用电设备的工作制

连续工作制

断续周期工作制

短时工作制负荷持续率

三、负荷曲线

表示电力负荷随时间变动情况的一种图形。从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律，获得对设计和运行有用的资料。有：夏日负荷曲线、冬日负荷曲线、年负荷持续时间曲线等多种。

1、年度最大负荷：

全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率又叫半小时最大负荷P30 。

2、年最大负荷利用小时：

3、平均负荷：

4、负荷系数（负荷率）：

第二节三相用电设备组计算负荷的确定

一、需要系数法确定计算负荷

1、基本公式：

需要系数

2、设备容量的计算

连续工作制、短时工作制及断续周期工作制用电设备组容量计算。

3、多组用电设备计算负荷的确定：计入一个同时系数

总的有功计算负荷：

三、按二项式法确定计算负荷

1、基本公式：

b、c为二项式系数

2、多组用电设备计算负荷的确定

第三节单相用电设备组计算负荷的确定

单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%则不论单相设备如何分配，单相设备可与综合按三相负荷平衡计算，如果大于15%则将单相设备换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。

一、单相设备组等效三相负荷的计算

1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算

2、单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算

3、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算

先将接于线电压的设备换算到接于相电压的设备容量，然后分相计算各相设备容量和计算负荷，计算公式如下：

总的等效三相计算负荷为：

第四节工厂的计算负荷及年耗电量的计算

工厂计算负荷是选择电源进线、电气设备、主变压器的衣据。

1、按需要系数法确定工厂计算负荷

2、按年产量估算工厂计算负荷

3、按逐级计算法确定工厂计算负荷

4、工厂的功率因数，无功补偿及补偿后的工厂计算负荷

（1）、工厂的功率因数：平均功率因数、最大负荷功率因数

（2）无功功率补偿

100KVA及以上高压供电的用户其功率因数应达到0.9以上，其它电力用户的功率因数应达到0.85以上。

无功补偿容量

（3）无功补偿后的工厂计算负荷

二、工厂年耗电量的计算

年有功电能消耗量

年无功电能消耗量

第五节尖峰电流及其计算

尖峰电流是指持续时间1-2S的短时最大负荷电流（电动机起动时出现）。

1、单台用电设备

2、多台用电设备

同时系数

第三章短路电流及其计算

本章主要内容：无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量

三相短路、两相短路及单相短路的计算

短路电流的效应及短路校验条件

第一节短路的原因、后果及形式

一、短路的原因

绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等。二、短路的后果

产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。

三、短路的形式

三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路

第二节无限大容量电力系统三相短路时的物理过程

一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程

电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。

二、短路的物理量

1、短路电流周期分量

2、短路电流非周期分量

3、短路全电流

4、短路冲击电流

高压三相短路

低压三相短路

5、短路稳态电流

（无限大容量系统）

第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

计算过程：绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。

一、欧姆法进行三相短路计算

计算高压短路时电阻较小，一般可忽略。

1、电力系统的阻抗计算

2、电力变压器的阻抗计算

3、电力线路的阻抗计算

4、阻抗换算

三、标幺制法三相短路电流计算

1、基准值

基准容量（可以任意选取）

基准电压（通常取短路计算电压）

基准电流

基准电抗

2、元件标幺值：

电力系统电抗标幺值：

电力变压器电抗标幺值：

电力线路电抗标幺值：

3、短路电流标幺值及短路电流计算

4、三相短路容量

四、两相短路电流的计算

五、单相短路电流的计算

工程计算

第四节短路电流的效应和稳定度校验

一、短路电流的电动效应和动稳定度

动稳定度校验

一般电器：

绝缘子：最大允许载荷

硬母线：最大允许应力

三、短路电流的热效应与热稳定度

1、短路时的发热及计算

短路发热的假想时间：

2、短路热稳定度的校验条件

一般电器：

母线及绝缘导线和电缆等导体：

第四章工厂变配电所及其一次系统（1—4节）主要内容：工厂变配电所任务和类型

触头间电弧的产生和熄灭

高压开关及开关柜的结构、原理及选择

低压开关及开关柜的结构、原理及选择

第一节工厂变配电所的任务和类型

一、变配电所的任务

变电所：受电、变压、配电的任务

配电所：受电、配电的任务

二、变配电所的类型

工厂变电所：总降压变电所

车间变电所：有车间内、露天、杆上、地下、移动变电所等。

第二节电气设备中电弧及触头

一、概念

电弧：一种强烈的电游离现象，光亮很强，温度很高，可烧毁触头、延长断电时间等。碰撞游离产生电弧，热游离维持电弧。

产生电弧的游离方式：热电发射、高电场发射、碰撞游离、热游离。

熄灭电弧的去游离方式：复合、扩散。

电弧熄灭的条件：去游离率>游离率

开关电器中常用的灭弧方法：速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法、SF6灭弧法。

第三节高压一次设备

一次电路：变配电所中承担输送和分配电能任务的电路。

一次设备：一次电路中所有的设备称一次设备。包括：变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备、成套设备。

一、高压熔断器（FU）：

1、RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式熔断器）

RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护额定电流可达100A

RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护额

定电流一般为0.5A

2、RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器

既可作6—10KV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，用高压绝

缘钩棒操作熔管的分合，起高压隔离开关的作用。

3、高压隔离开关（QS）

隔离高压电源、保证设备和线路的安全检修。断开后有明显可见的断开间隙，没有专门的灭弧装置，不允许带负荷操作，可以通断不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路，与高压断路器配合使用。

4、高压负荷开关（QL）

具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能断开短路电流，与高压熔断器配合使用。

5、高压断路器（QF）

能通断负荷电流和短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。常用：高压少油断路器、真空断路器、SF6断路器

6、高压开关柜

将一、二次设备组合在一起的高压成套配电装置。

具有五防功能：防止误分、误合断路器

防止带负荷误拉、误合隔离开关

防止带电误挂接地线

防止带接地线误合隔离开关

防止人员误入带电间隔

7、高压一次设备的选择

电气设备名称电压

kV 电流

A 断流能力

kA或MVA 短路电流校验

动稳定度热稳定度

高压熔断器√√√——

高压隔离开关√√—√√

高压负荷开关√√√√√

高压断路器√√√√√

电流互感器√√—√√

电压互感器√————

高压电容器√————

母线—√—√√

电缆√√———

支柱绝缘子√——√—

套管绝缘子√√—√√

选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开断电流(或功率)应不小于它可能开断的最大电流(或功率)

按三相短路冲击电流校验

按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验

表中√表示必须校验，—表示不要校验。

第四节低压一次设备

一、低压熔断器

二、低压刀开关和负荷开关

三、低压断路器

四、低压配电屏

五、低压一次设备的选择

按照表的要求选择

电气设备名称电压

V 电流

A 断流能力

kA 短路电流校验

动稳定度热稳定度

低压熔断器√√√——

低压刀开关√√√≯≯

低压负荷开关√√√≯≯

低压断路器√√√≯≯

表中√表示必须校验，≯表示一般可不校验，—表示不要校验。

第五章工厂电力线路

本章主要内容：工厂电力线路的接线方式及敷设

导线和电缆截面的选择计算

电力线路的运行及维护

第一节工厂电力线路及接线方式

一、电力线路的任务和类别

分类：低压：1140V及以下，高压：1140V以上，超高压：220KV及以上。

二、高低压线路的接线方式

放射式、树干式、环形。

第二节工厂电力线路的结构的敷设

一、架空线路的结构和敷设

组成：导线、电杆、绝缘子、线路、金具等。

1、架空线路的导线:单股、多股裸导线如钢芯铝绞线

2、电杆、横担和拉线: 终端杆、分支杆、转角杆、直线杆(中间杆)等。

3、线路绝缘和金具:

4、架空线的敷设:敷设要求、路径选择、导线在电杆上的排列方式、架空线的档距、弧垂、及其它距离

二、电缆线路的结构和敷设

1、电缆和电缆头

油浸纸绝缘电力电缆、交联聚乙烯绝缘电力电缆等。

2、电缆的敷设

路径的选择：引力、过热、腐蚀、维护

敷设方式：直埋式、电缆沟、架桥、电缆排管及隧道。

3、电缆敷设的一般要求

增加5-10%的余量、穿管保护、防火、防水等。

三、车间线路的结构和敷设

采用绝缘线、电缆、裸导线等。

四、三相交流电涂色

U、V、W相（A、B、C）即：黄、绿、红、等

第三节导线和电缆截面的计算

选择导线和电缆截面的条件：

发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。

一、按发热条件选择导线和电缆截面

1、相线：

2、中性线和保护线

三相四线制中性线：

两相三线及单相线路：

PE线的选择：截面不同要求不同

三、按经济电流密度选择截面

按照年运行费用最小的原则计算：年折旧费维护费十年电能损耗费

经济截面

四、线路电压损耗的计算

一般线路损耗不超过5%

1、集中负荷三相线电压损耗计算

电压损耗

对于无感线路：

照明线路截面选择：

2、均匀分布负荷的三相线路电压损耗的计算

第四节车间动力电气平面布线图

1、电气平面布线图：在建筑平面图上、按国家标准、按电气设备的安装位置、敷设方式、路径绘制的电气布置图。

2、车间动力电气平面布线图

编号等见表5—5及规定

第五节电力线路的运行维护与检修试验

架空线路的运行维护

电缆线路的运行维护

车间线路的运行维护

停电处理

电力线路检修

第六章工厂供电系统的过电流保护（1—3节）

主要内容：过流保护的任务和要求

熔断器保护

低压断路器保护

第一节过电流保护的任务和要求

一、任务

为了保证供电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，在供电系统中装设不同类型的过电流保护装置。

二、要求

基本要求：选择性、速动性、可靠性、灵敏度。

第二节熔断器保护

一、熔断器在供配电系统的配置

使故障范围缩小到最低限度，低压系统中的PE线和PEN线上不允许装设熔断器。

二、熔断器熔体电流的选择

1、保护电力线路：，，

2、保护电力变压器：

3、保护电压互感器： RN2为0.5A