低压配电线路技术教案

《低压配电线路技术》教案

授课班级：18机电

周学时：2

总课时：32

教学目的：使学生掌握供配电技术有关的一些基本知识，包括电力方面的组成和基本要求，供配电系统的构成，电力系统的中性点运行方式等基本知识，为今后从事供配电技术方面的工作奠定基础。

重点：对电力系统的组成，供配电系统的构成，工厂和配电所作用的理解和掌握难点：对电力系统的中性点运行方式的理解和掌握

一电力系统概念

内容: 电力系统和供配电系统的概念、电力系统的额定电压、电力系统中性点的运行方式、电能的质量指标和电力负荷等基本知识。

重点: 系统额定电压的确定和中性点的运行方式分析。

1.1 电力系统和供配电系统概述

电能是一种清洁的二次能源，已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是用户所需电能的供应和分配，供配电系统是电力系统的重要组成部分。

电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。

1. 发电厂发电厂将一次能源转换成电能。根据一次能源的不同，有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂，此外，还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电厂。

2. 变电所变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。按变电所的性质和任务不同，可分为升压变电所和降压变电所，除与发电机相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。按变电所的地位和作用不同，分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。

3. 电力线路将发电厂、变电所和电能用户联接起来，完成输送电能和分配电能的任务。

4. 电能用户电能用户又称电力负荷，所有消耗电能的用电设备或用电单位。

1.1.2 供配电系统

供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成部分。它由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将35kV～110kV的外部供电电源电压降为6～10kV高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。

高压配电所集中接受6～10kV电压，再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。

配电线路分为6～10kV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压配电线路。高压配电线路将总降变电所与高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备联接起来。低压配电线路将车间变电所的380/220V电压送各低压用电设备。

车间变电所或建筑物变电所将6～10kV电压降为380/220V电压，供低压用电设备用。

用电设备按用途可分为动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、试验用电设备和照明用电设备等。

1.1.3 供配电的要求和课程任务

对供配电的基本要求是：

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．可靠应满足用电设备对供电可靠性的要求。

3．优质应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求。

4．经济供配电应尽量做到投资省，年运行费低，尽可能减少有色金属消耗量和电能损耗，提高电能利用率。

本课程的主要任务：

讲述供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。

1.2 电力系统的额定电压

电力系统的电压是有等级的，电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、用电设备的额定电压。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据国民经济发展的需要，电力工业的水平和发展趋势，经全面技术经济分析后确定的。我国规定的三相交流电网和电力设备的额定电

压。

1.2.1 电网（线路）的额定电压

电网（线路）的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。

1.2.2 用电设备的额定电压

用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。

1.2.3 发电机的额定电压

发电机的额定电压为线路额定电压的105%，即

UN.G=1.05UN

1.2.4 变压器的额定电压

1.3 电力系统的中性点运行方式

三相交流电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式有三种：中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统、中性点直接接地系统和中性点经电阻接地的电力系统。前两种为小接地电流系统，后一种为大接地电流系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求。

我国3～63kV系统，一般采用中性点不接地运行方式。当3～10kV系统接地电流大于30A；20～63kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统和1kV以下低压系统采用中性点直接接地运行方式

1.3.1 中性点不接地的电力系统

系统正常运行时

线电压对称，各相对地电压对称，等于各相的相电压，中性点对地电压为零各相对地电容电流也对称，其电容电流的相量和为零。

图1-7 正常运行时的中性点不接地电力系统 a）电路图 b）相量图

系统发生单相接地时

接地相（C相）对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压，即等于相电压的倍。从而，接地相电容电流为零，非接地相对地电容电流也增大倍。 C相接地时，系统的接地电流，（流过接地点的电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和。取接地电流的正方向从相线到大地，如图1-8b所示，因此

在数值上，由于IE= IC.A ，而IC.A=UA＇／XC= UA／XC = I CO 因此

IE=3 I CO

即单相接地的接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。当每相对地电容不能确切知道时，接地电容可用下式近似计算，U N为系统的额定电压（kV）；loh为有电的联系的架空线路总长度（km）；L Cab为有电的联系的电缆线路总长度（km）。

从图1-8b可以看出，中性点不接地电力系统发生单相接地时，虽然各相对地电压发生变化，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡，因此，三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时。

1.3.2中性点经消弧线圈接地电力系统

当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，引起过电压和造成短路，减小接地电弧电流使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。

当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流和流过消弧线圈的电感电流之相量和。由于超前90°，滞后90°，两电流相抵后使流过接地点的电流减小。

消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：

（1）全补偿IL=IC （2）欠补偿IL＜IC （3）过补偿IL＞IC 实际上都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振，损坏设备或欠补

偿由于部分线路断开造成全补偿。

1.3.3中性点直接接地的电力系统

中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产

生很大的短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其它部分恢复正常运

行。由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压仍为零，非接地相

对地电压也不发生变化。

图1-10是发生单相接地时的中性点直接接地电力系统。

1.3.4中性点经电阻接地的电力系统

中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。1.

中性点经高电阻接地

高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。

中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电

压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。2. 中

性点经低电阻接地

城市6~35kV配电网络主要由电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达

100~1000A，若采用中性点经消弧线圈接地方式无法完全消除接地故障点的电弧

和抑制谐振过电压，可采用中性点经低电阻接地方式。该方式具有切除单相接地

故障快，过电压水平低的优点。

中性点经低电阻接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接

地故障且系统电容电流比较大的城市电网，发电厂厂用电系统及企业配电系统。

1.4电能的质量指标

电能的质量是指电压质量、频率质量和供电可靠性三项指标。

1.4.1电压

电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变和电压波

形来衡量。

1.4.2频率

频率的质量是以频率偏差来衡量

1.4.3 供电可靠性

供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。

2. 电压波动和闪变

电压波动是指电压的急剧变化。电压变化的速率大于每秒1%的即为电压急剧变化。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，即

式中，δU为电压波动；δU%为电压波动百分数；UMAX、UMIN为电压波动的最大值和最小值（kV）；UN为额定电压（kV）。

2.6.2 功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法

1. 功率因数对供电系统的影响

电能损耗增加

电压损失增大

供电设备利用率降低

2. 提高功率因数的方法

(1) 提高自然功率因数

自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高。

(2) 人工补偿功率因数

并联电容器

同步电动机补偿

调相机(仅发无功功率的同步发电机)补偿

2.6.4 并联电容器的装设

1. 并联电容器的接线

并联补偿的电力电容器大多采用三角形接线。

2. 并联电容器的装设

并联电力电容器在供配电系统中的装设有三种，即

（1）高压集中补偿

高压集中补偿将电容器组集中装设在变电所的6kV～10kV母线上。补偿范围

最小，经济效果较差。但装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。

（2）低压集中补偿

低压集中补偿将电容器集中装设在变电所的0.38kV低压母线上，低压电容器

补偿屏安装在低压配电室。补偿范围比高压集中补偿大，比较经济，运行维护安全

方便。

（3）单独就地补偿

单独就地补偿将电容器装设装设功率因数较低的设备旁。补偿范围最大，效果最好。但投资较大，电容器的利用率较低。

第三章短路电流计算

内容：短路计算基础，无限大容量系统三相短路

分析，无限大容量系统三相短路电流的计

算，短路电流的效应。

难点：熟悉无限大容量系统三相短路分析和短路

电流的效应，掌握用标幺制法计算无限大

容量系统三相短路电流。

3.1 短路概述

三相交流系统的短路种类主要有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。

上述各种短路中，三相短路属对称短路，其它短路属不对称短路。因此，三相短路可用对称三相电路分析，不对称短路采用对称分量法分析，即把一组不对称的三相量分解成三组对称的正序、负序和零序分量来分析研究。在电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。

3.1.2 短路的原因

(1)电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备绝缘自然老化，操作过电压，大气过电压，绝缘受到机械损伤等。

(2)运行人员不遵守操作规程，如带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸。

(3)鸟兽跨越在裸露导体上。

3.1.3 短路的危害

1. 短路产生很大的热量，导体温度升高，将绝缘损坏。

2. 短路产生巨大的电动力，使电气设备受到机械损坏。

3. 短路使系统电压降低，电流升高，电器设备正常工作受到破坏。

4. 短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。

5. 严重的短路将电力系统运行的稳定性，使同步发电机失步。

6. 单相短路产生的不平衡磁场，对通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰。

3.1.4 短路电流计算的目的

1. 正确地选择和校验各种电器设备

2. 计算和整定保护短路的继电保护装置

3. 选择限制短路电流的电器设备

小结

本章简述了供配电系统短路的种类、原因及危害。分析了无限大容量系统三相短路的暂态过程。重点讲述了标幺制、短路回路元件的标幺值阻抗和三相短路电流计算。简述了电动机对冲击短路电流的影响、两相短路和单相短路电流的计算。讲述了短路电流的电动力效应和热效应。

要求：（1）熟悉短路的种类、原因，无限大容量系统的特征、无限大容量系统三相短路的特点、最严重三相短路电流的条件，两相短路电流与三相短路电流的关系三相短路产生的最大电动力，短路热稳定最小截面。

（2）掌握短路回路元件的标幺值阻抗和三相

短路电流、冲击短路电流和短路容量的计算。

第四章变配电所及其一次系统

内容：供电系统的组成、电气设备、供配电电压，变电所的配置，变压器台数和容量，主接线，变电所的布置和结构。

重点: 供配电系统的电压选择、变电所位置的确定、变配电所的一次设备和主接线图，以及变电所的布置和结构。

4.1 电压的选择

4.1.1 供电电压的确定

供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。

我国目前所用的供电电压为110kV、35kV、10kV、6kV。

究竟采用哪一级供电电压，主要取决于以下三个方面因素。

（1）电力部门所能提供的电源电压。

（2）用户负荷大小及距离电源线路远近。

（3）用户大型设备的额定电压决定了企业的供电电压。

4.1.2 配电电压的确定

配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。由用户总降压变电所向高压用电设备配电的配电电压，称为高压配电电压；由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的配电电压，称为低压配电电压。

（1）高压配电电压

高压配电电压通常采用10KV和6KV，一般情况下，优先采用10KV高配电电压。

（2）低压配电电压

我国规定低压配电电压等级为220V/380V，但在石油、化工及矿山可以采用660V的配电电压。

4.2 变电所的配置

4.2.1 变电所的类型

变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分。

变电所按其在供配电系统中的地位和作用分为总降压变电所、独立变电所、车间变电所、杆上变电所、建筑物及高层建筑物变电所。

1. 总降压变电所 35～110/6～10kV

用户是否要设置总降压变电所，是由地区供电电源的电压等级和企业负荷大小及分布情况而定。

对大中型用户，由于负荷较大，往往采用35KV（或以上）供电，再降压至10kV或6 kV，向各车间变电所和高压用电设备配电，这种降压变电所称为总降压变电所

4.2.2 变电所的位置确定

变电所的位置选择应根据选择原则，从安全、经济、方便等方面来综合考虑，经技术、经济比较后确定。

1．总降压变电所位置选择的原则

（1）靠近负荷中心；

（2）考虑电源的进线方向，偏向电源侧；

（3）进出线方便；

（4）设备运输方便；

（5）不应防碍企业的发展，要考虑扩建的可能性；

（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；

（7）不应设在有剧烈震动和高温场所；

（8）不应设在地势低洼和可能积水的场所；

（9）不应设在有爆炸危险区域。

2．车间变电所位置选择的原则

在计算得出车间总计算负荷的基础上，按分散布置并接近负荷中心的原则确定车间变电所的位置，便于低压电网的备用联络。同时车间变电所位置选择还要考虑：进出线方便；靠近电源测；运输方便等。

变电所选址尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基本原则，可以按负荷矩法确定负荷中心。

4.3 变压器的选择

4.3.1 变压器型号的选择

变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。

1. 变压器的分类

（1）按绝缘介质分：油浸式；干式

（2）按调压方式分：有载调压；无载调压

（3）按相数分：单相；三相

（4）按导线分：铜芯；铝芯

（5）按冷却方式分：自冷；风冷；强冷

4.3.3 变压器的实际容量和过负荷能力

1. 变压器的实际容量

电力变压器的额定容量，是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内（一般规定为20年）连续输出的最大视在功率。一般规定，如果变压器安装地点的年平均气温θav≠20℃，则年平均气温每升高1℃，变压器的容量应相应减小1％。因此变压器的实际容量应计入一个温度校正系数K θ

2. 变压器的正常过负荷能力

对于油浸式变压器，其允许过负荷包括以下两部分：

(1）由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷,由日负荷率和最大负荷持续时间确定；

(2）由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷，夏季每低1%，冬季可过负荷1%，但不得超过15%。

以上两部分过负荷同时考虑，室外变压器过负荷不得超过30%，室内变压器过负荷不得超过20%。干式变压器一般不考虑正常过负荷。

3. 变压器的故障过负荷能力

在事故情况下，允许短时间较大幅度的过负荷运行，而不论故障前负荷大小，但运行时间不得超过规定时间。

第五章电气设备的选择

内容：电气设备选择的原则，开关电器、互感器、穿墙套管和绝缘子的选择，低压电气设备的选择。

重点：熟悉穿墙套、管、绝缘子和低压电器的选择，掌握开关电器和互感器的选择。

5.1 电气设备选择的一般原则

1．按工作环境及正常工作条件选择电气设备

2．按正常工作条件选择电气设备

3．按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定

4．开关电器必须校验断流能力开关电器设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量，

5.2 高压开关电器的选择

高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关。具体选择如下：

1．根据使用环境和安装条件选择设备的型号

2．按正常条件选择设备的额定电压和额定电流

3．动稳定校验

4．热稳定校验

5．开关电器断流能力校验

第六章电力线路

内容：电力线路的结线方式，导线和电缆选择，电压损失的计算，电力线路的结构。

重点：了解电力线路的结构，掌握电力线路的接线方式，导线和电缆选择的原则和方法掌握电压损失的计算。

6.1 电力线路的接线方式

电力线路的基本要求：供电安全可靠，操作方便，运行灵活、经济和有利发展。

电力线路按电压高低分：有1KV以上的高压线路和1KV以下的低压线路。

电力线路按结构形式分：有架空线路和电缆线路以及室内线路等。

电力线路常用的接线方式：放射式、树干式和环式

6.2导线和电缆选择的一般原则

6.2.1 导线和电缆型号的选择原则

1．常用架空线路导线型号及选择

导线和电缆的选择根据其使用环境、工作条件等因素确定。户外架空线路10KV及以上电压等级一般采用裸导线，380V电压等级一般采用绝缘导线。裸导线常用的型号：

1）铝绞线（LJ）导电性能较好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差。多用于6~10kV的线路。

（2）钢芯铝绞线（LGJ）在机械强度要求较高的场合和35kV及以上的架空线路上多被采用。

（3）铜绞线（TJ）导电性能好，机械强度好，对风雨和化学腐蚀作用的抵抗力都较强，但价格较高。

（4）防腐钢芯铝绞线（LGJF）具有钢芯铝绞线的特点，同时防腐性能好，一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上。

6.3按允许载流量选择导线和电缆截面

6.3.1 三相系统相线截面选择

6.3.2 中性线和保护线截面的选择

6.电力电缆的结构和敷设

电力线路的结构

1．架空线路的结构

架空线路由导线、电杆、横担、绝缘子、线路金具等组成。

2．电缆线路的结构

电缆线路由电力电缆和电缆头组成。电力电缆由导体、绝缘层和保护层三部分组成。

6.6.2 电力线路的敷设

1．架空线路

架空线路须合理选择路径，确定杆型。电杆尺寸应满足下面4个要求：

（1）不同电压等级线路的挡距不同。

（2）同杆导线的线距与线路电压等级及挡距等因素有关。

（3）弧垂要根据挡距、导线型号与截面积、导线所受拉力及气温条件等决定。

（4）限距需遵循有关手册规定。

2．电缆线路

电缆常用的敷设方式：

（1）直接埋地敷设

（2）电缆沟敷设

（3）电缆排管敷设

（4）沿墙敷设

（5）电缆桥架敷设

小结

1.高压线路和低压线路的结线方式有放射式、树干式和环形等，实际配电系统往往是这几种结线方式的组合。

2. 导线和电缆的选择包括：①选择型号；②选择截面。

3.导线和电缆截面的选择原则有：按允许载流量选择导线和电缆的截面、按允许电压损失选择导线和截面、按经济电流密度选择导线和电缆截面、按机械强度选择导线和电缆截面、满足短路稳定度的条件。

4. 电力线路结构和敷设方式的确定必须满足一定的原则。架空线路须合理选择路径，电杆尺寸满足档距、线距、弧垂、限距等要求；电缆线路常用的敷设方式有:（1）直接埋地敷设,（2）电缆沟敷设,（3）沿墙敷设，（4）排管敷设,（5）电缆桥架敷设。

5.车间动力电气平面布置图是表示供配电系统对车间动力设备配电的电气平面布置图。绘制电气平面布置图应注意：（1）须表示出所有用电设备的位置，依次进行编号，并注明设备的容量；（2）须表示出所有配电设备的位置，依次编号，并标注其型号规格；（3）对配电干线和支线及其上的开关和熔断器也要分别进行标注。