电工学基础知识(二)

培训模块五-电工学基础知识（二）培训项目1 电工学基础知识二、供配电系统的组成供配电系统是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统，如图5-1-16所示。

具体来说，供配电系统是由发电机、升压变电站、高压输电线路、枢纽/区域降压变电站、终端变（配）电站、高压及低压配电线路和用电设备组成。

图5-1-16 供配电系统组成示意图目前，我国的高压供电线路等级有3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV和1000kV。

电力系统中电压等级可分为低压（1kV以下）、中压（3~35kV）、高压（66~220kV）、超高压（330~750kV）及特高压（交流1000kV以上，直流±800kV以上）。

1.变电站系统的分类变电站依据其在电力系统中的地位和作用可划分为四类。

（1）系统枢纽变电站系统枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，电压等级一般为220kV及以上。

（2）地区一次变电站地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。

（3）地区二次变电站地区二次变电站从地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，电压等级一般为35kV。

（4）终端变电站终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电。

主要电气设备有降压主变压器和受电、配电设备及装置，包括开关设备、母线、保护电器、测量仪表及其他电气设备等。

2.低压供配电方式在低压供配电系统中，三相交流电多采用星形接法、三相四线制供电，三相分别称为U相、V相、W相，如图5-1-17所示。

三相四线制是把发电机三个线圈的末端连接在一起，形成一个公共端点（称中性点），用符号“N“表示。

从中性点引出的输电线称为中性线。

中性线通常与大地相接，并把接地的中性点称为零点，把接地的中性线称为零线。

（1）接地形式文字代号的意义TN、TT、IT三种形式均使用两个字母表示三相电力系统和电气装置的外露可导电部分（即设备的外壳、底座等）的对地关系。

1）第一个字母表示电力系统的对地关系。

T表示一点直接接地（通常为系统中性点）；I表示不接地（所有带电部分与地隔离，即绝缘），或通过阻抗（电阻器、电抗器）及等值线路接地。

2）第二个字母表示电气装置外露可导电部分的对地关系。

T表示设备外壳接地，它与系统中的其他任何接地点无直接关系；N表示负载采用接零保护。

因此，380V低压配电网按接地方式可分为五类：TT、TN-C、TN-S、TN-C-S、IT。

在同一供电系统中采用了保护接地，就不能同时采用保护接零，即同一电网中只能采用同一种接地系统。

（2）各种接地形式的适用条件1）IT系统。

电源中性点不接地或通过阻抗（电阻器、电抗器）接地，电气装置外露可导电部分单独直接接地，如图5-1-18a所示，或通过保护导体接到电力系统的接地极上，如图5-1-1-8b所示。

在电源中性点不接地的配电网中，如果将用电设备的外壳与大地连接起来，可以有效地减小故障时的触电危险性。

IT系统的适用范围如下：①只适用于小范围供电系统。

范围越小，分布电容越小，对地绝缘阻抗越大。

且小范围供电，用电设备少，出现两台设备同时碰壳（不同相）的可能性小。

②适用于供电可靠性要求高的场所。

一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格连续供电的地方，例如电力炼钢厂、大医院的手术室、地下矿井等。

③适用于用电环境很差的场所。

如地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。

采用IT系统时，即使设备漏电，对地漏电流较小，不会破坏电源电压的平衡，比电源中性点接地的系统更安全。

2）TT系统。

TT方式中电源中性点直接接地，电气装置的外露可导电部分接到在电气上与电源接地点无关的独立接地极上，如图5-1-19所示。

当电气设备的金属外壳带电时，由于有接地保护，可以大大减小触电的危险性。

但低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压。

当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作为保护。

因此，当采用其他防止间接接触电击的措施确有困难，且土壤电阻率较低时，才可考虑采用TT系统。

3）TN系统。

电力系统通常把设备金属外壳与保护零线连接的方式称为保护接零。

TN系统就是电源中性点直接接地，电气设备外壳与中性点相连的保护接零系统。

TN系统中一旦设备出现外壳带电，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。

此类系统又可分为TN-S、TN-C、TN-C-S 三种方式。

①TN-S系统。

保护零线（地线）PE和工作零线N在整个系统中是分开的，如图5-1-20所示。

它是把工作零线N和保护零线PE严格分开的供电系统。

②TN-C系统。

保护零线PE和工作零线N在整个系统中是共用的，如图5-1-21所示。

当某相带电部分碰到设备外壳（即外露导电部分）时，通过设备外壳形成相对零线的单相短路，短路电流能促使线路上的短路保护元件迅速断开电源，从而消除电击危险。

③TN-C-S系统。

零线和保护零线部分共用，部分分开，如图5-1-22所示。

在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电，则可以在系统后部分现场总配电箱分出N线，这种系统称为TN-C-S供电系统。

TN-C-S系统是在TN-C系统上临时变通的方法。

在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。

3.电力负荷等级要保证建筑电气设备正常工作，就必须保证其供电的可靠性，因此建筑应根据其电力负荷等级选择供配电方式。

在供配电系统中，用电设备被称为电力负荷，其大小以功率或电流表示。

根据用电设备重要性及中断供电在政治、经济、人身安全上可能造成的损失或影响程度，电力负荷分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。

（1）一级负荷用电情况符合下列情况之一时，应视为一级负荷：中断供电将造成人身伤害；中断供电将在经济上造成重大损失；中断供电将影响重要用电单位的正常工作。

一级负荷供电系统应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到破坏。

在一级负荷中，对于当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所中不允许中断供电的负荷，除由两个电源供电外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。

一级负荷适用场所：建筑高度大于50m的乙、丙类生产厂房和丙类物品库房，一类高层民用建筑，一级大型石油化工厂，大型钢铁联合企业，大型物资仓库等。

（2）二级负荷中断供电将在经济上造成较大损失，或将影响较重要用电单位的正常工作的负荷为二级负荷。

二级负荷供电系统应尽可能采用两回路供电。

在负荷较小或地区供电条件较困难的情况下，允许由一回路6kV及以上专用的架空线路供电。

当采用非架空线路供电时，由于电缆的故障恢复时间和故障排查时间长，应采用两根电缆线路供电，且每根电缆线路均应能承受100%的二级负荷。

二级负荷适用场所：室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆场，可燃气体储罐（区）和甲、乙类液体储罐（区），粮食仓库及粮食筒仓，二类高层民用建筑，座位数超过1500个的电影院、剧场，座位数超过3000个的体育馆，任一楼层建筑面积大于3000㎡的商店和展览建筑，省（市）级以上的广播电视、电信和财贸金融建筑，室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑。

（3）三级负荷除一级负荷、二级负荷之外的负荷为三级负荷。

三级负荷用电设备采用单回路电源供电，其配电设备上有明显标志。

其配电线路和控制回路的布置应满足防火分区的要求。

三、常用电气仪表的功能与使用1.常用电气仪表的分类和工作原理（1）仪表的分类1）按照仪表的工作原理，可分为磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表、整流系仪表、感应系仪表、数字系仪表等。

2）按照仪表的测量内容（即测量对象），可分为电压表、电流表、电能表、功率表、功率因数表等。

3）按照被测电流的性质，可分为直流电表（简称直流表）和交流电表（交流表）。

除了直流表和交流表以外，还有一种交流直流两用表。

4）按照仪表的安装方式，可分为安装式仪表和便携式仪表。

5）按照仪表的使用方式，可分为垂直安装仪表和水平使用仪表。

（2）仪表的工作原理仪表的工作原理决定了仪表的性能、适用场合、价格等，是选择仪表的基本依据。

工作原理不同的仪表，测量原理和测量机构的结构也不相同。

1）磁电系仪表。

通电导体在磁场中会因受力而运动，而且电流越大，受力也越大。

利用这样一种电磁现象制造的仪表称为磁电系仪表。

磁电系仪表的突出特点是灵敏度和准确度都很高。

然而它只能测量直流量，不能测量交流量。

磁电系仪表主要用来制作直流电流表和直流电压表。

2）电磁系仪表。

电磁系仪表中，磁场不是由永久磁铁建立的，而是由通电线圈建立的。

线圈中的电流越大，产生的磁场也越强，对铁的吸引力也越大。

与磁电系仪表相比，电磁系仪表的准确度和灵敏度都比较差，但它能够测量交流量，而且价格便宜。

因此，在对于准确度要求不是很高的情况，电磁系仪表有着广泛的应用。

3）电动系仪表。

电动系仪表可以看成是由磁电系仪表演变而来的。

电动系仪表的应用不如前面介绍的两种仪表广泛，如测量电功率的功率表就属于电动系仪表。

4）整流系仪表。

磁电系仪表加装整流装置，使得交流电通过整流变成直流电，磁电系仪表也就变成了能够测量交流量的仪表。

这种加上了整流装置的磁电系仪表称为整流系仪表。

5）感应系仪表。

常见的电能表即为感应系仪表。

感应系仪表的工作原理比较复杂，本书不做介绍。

2.仪表的准确度仪表的准确度用来说明仪表的准确程度。

仪表的准确度越高，测量的误差就越小。

通常，仪表的准确度分成七个等级，分别是0.1级、0.2级、0.5级、1级、1.5级、2.5级、5.0级。

数值越大，测量误差也越大，准确度就越低。

一般选用1~2.5级仪表。

3.常用电气计量仪表（1）电流表用于测量电路中电流的仪表称为电流表。

电流表表盘上注有符号“A”的字样，电流表有直流和交流的区别。

测量直流电流时，用磁电系电流表；测量交流电流时，用电磁系电流表。

在消防设施巡检工作中，常接触到的电流测量仪表是交流电流表。

根据电流表的展现形式，可以分为指针式电流表和数字式电流表，如图5-1-23所示。

指针式电流表刻度盘上的最大数值表示它的量程，为充分发挥仪表的准确度，应合理选用仪表的量程。

一般被测量电路的数据指示应落在仪表最大量程的1/2~2/3范围内，不能超过仪表的最大量程，否则测量误差较大。

图5-1-23 电流表a）指针式电流表b）数字式电流表测量交流小电流（小于200A）时，要将电流表串联接入被测电路。

而当要测量几百安培以上的交流大电流时，电流表需要与电流互感器配合实现对被测电路电流的测量，且电流表的量程与互感器二次额定值相符。