1、第四节第四节 电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式复习思考题复习思考题习习 题题一.电力系统的中性点运行方式二.低压配电系统的接地型式 内容提要：内容提要：本章概述工厂供电有关的一些基本知识和基本问题，为学习本课程奠定一个初步的基础。首先扼要说明工厂供电的意义、要求及本课程的任务，然后简介一些典型的工厂供电系统及发电厂、电力系统和工厂自备电源的基本知识，接着重点讲述电力系统的电压和电能质量问题，最后讲述电力系统的中性点运行方式和低压配电系统的接地型式。第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电的意义、要求及课程任务 工厂供电（pla
2、nt power supply），是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中的应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化等工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工业在供电设备上的投资
3、，也仅占总投资的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占比重多少，而是在于工业生产实现电气化以后，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上或生态环境上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供
4、电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能和环保工作，就必须达到以下基本要求：(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的质量要求。(4)经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。第一章第一章 概概 论论 从图1-1可以看出，该厂的高压配电所有两条10kV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间装有一个分段隔离开关（又称联络隔离开关）形成所谓“单母线分段制”。在任一条电源进线发生故障或进行
5、检修而被切除后，可以利用分段隔离开关的闭合，由另一条电源进线恢复对整个配电所特别是其重要负荷的供电。这类接线的配电所通常的运行方式是：分段隔离开关闭合，整个配电所由一条电源进线供电，其电源通常来自公共电网（电力系统），而另一条电源进线作为备用，通常从邻近单位取得备用电源。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。本课程的任务，主要是讲述中小型工厂内部的电能供应和分配问题，并讲述电气照明，使学生初步掌握中小型工厂供电系统和电气照明运行维护和简单设计
6、计算所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。第二节第二节 工厂供电系统及发电厂、电力系统与工厂的自备电源工厂供电系统及发电厂、电力系统与工厂的自备电源 一一.工厂供电系统概况工厂供电系统概况 一般中型工厂的电源进线电压是610kV。电能先经高压配电所（high-voltage distribution substation，缩写HDS）集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所（shop transformer substation，缩写STS），或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装设有配电变压器，将610kV的高压降为一般低压用电设备所需的电
7、压如220/380V（220V为相电压，380V为线电压），然后由低压配电线路将电能分送给低压用电设备使用。图1-1是一个比较典型的中型工厂供电系统简图。该图未绘出各种开关电器（除母线和低压联络线上装设的联络开关外），而且只用一根线来表示三相线路，即绘成单线图的形式。图1-1 中型工厂供电系统简图 图1-1所示高压配电所有四条高压配电线，供电给三个车间变电所。其中1号车间变电所和3号车间变电所都只装有一台配电变压器，而2号车间变电所装有两台，并分别由两段母线供电，其低压侧又采取单母线分段制，因此对重要的低压用电设备可由两段母线交叉供电。各车间变电所的低压侧，设有低压联络线相互连接，以提高供电系
8、统运行的可靠性和灵活性。此外，该高压配电所还有一条高压配电线，直接供电给一组高压电动机；另有一条高压配电线，直接与一组并联电容器相连。3号车间变电所低压母线上也连接有一组并联电容器。这些并联电容器都是用来补偿无功功率以提高功率因数用的。图1-2是图1-1（右下重现便于对照阅读）所示工厂供电系统的平面布线示意图。图1-2 图1-1所示工厂供电系统的平面布线示意图图1-1 中型工厂供电系统简图 对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，一般经两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压器，将35kV及以上的电源电压降为610kV的配电电压，然后通过高压
9、配电线将电能送到各个车间变电所，也有的中间经高压配电所再送到车间变电所，最后车间变电所经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。其简图如图1-3所示。图1-3 具有总降压变电所的工厂供电系统简图 有的35kV进线的工厂，只经一次降压，即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需的电压，如图1-4所示。这种供电方式，称为高压深入负荷中心的直配方式。这种直配方式，可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统接线，节约了投资和有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高了供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊
10、”要求而定，否则不能采用，以确保供电安全。图1-4 高压深入负荷中心的工厂供电系 统简图 对于小型工厂，由于其容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只设一个降压变电所，将610kV降为低压用电设备所需的电压，如图1-5所示。图1-5 只设一个降压变电所的小型工厂供电系统简图a)装有一台变压器 b）装有两台主变压器 如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，直接由公共低压电网供电。因此工厂只需设一个低压配电间，如图1-6所示。图1-6 低压进线的小型工厂供电系统简图 由以上分析可知，配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压；而变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能
11、。供电系统中的母线（busbar），又称汇流排，其任务是汇集和分配电能。而工厂供电系统，是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括工厂内的变配电所和所有的高低压供配电线路。二二.发电厂和电力系统简介发电厂和电力系统简介 由于电能的生产、输送、分配和使用的全过程，实际上是在同一瞬间实现的，彼此相互影响，因此我们除了了解工厂供电系统概况外，还需了解工厂供电系统电源方向的发电厂和电力系统的一些基本知识。(一)发电厂 发电厂（power plant）又称发电站，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。发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发
12、电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。1.水力发电厂 水力发电厂简称水电厂或水电站，它利用水流的位能来生产电能。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程是：水流位能机械能电 能水轮机发电机 由于水电站的发电容量与水电站所在地点上下游的水位差（即落差，又称水头）及流过水轮机的水量（即流量）的乘积成正比，所以建造水电站，必须用人工的办法来提高水位。最常用的提高水位的办法，是在河流上建造一道很高的拦河坝，形成水库，提高上游水位，使坝的上下游形成尽可能大的落差，水电站就建在坝的后边。这类水电站，称为坝后式水电站。我国一些大型水电站包
13、括长江三峡水电站就属于这种类型。另一种提高水位的办法，是在具有相当坡度的弯曲河段上游，筑一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游水流直接引至建设在弯曲河段末端的水电站。这类水电站，称为引水式水电站。还有一类水电站，是上述两种方式的综合，由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电站，称为混合式水电站。水电建设的初投资较大，建设周期较长，但发电成本较低，仅为火电发电成本的1/31/4；而且水电属于清洁、可再生的能源，有利于环境保护；同时水电建设，通常还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖和旅游等多项功能。而我国的水力资源十分丰富（特别是我国的西南地区），居世界首位。因此我国确定要大力发展水电，并实
14、施“西电东送”工程，以促进整个国民经济的发展。2.火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，它利用燃料的化学能来生产电能。我国的火电厂以燃煤为主。为了提高燃煤效率，都将煤块粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机带动发电机旋转发电。其能量转换过程是：燃料化学能热 能机械能锅炉汽轮机电 能发电机 现代火电厂一般都根据节能减排和环保要求，考虑了“三废”（废水、废汽、废渣）的综合利用或循环使用。有的不仅发电，而且供热。兼供热能的火电厂，称为热电厂。火电建设的重点，是煤炭基地的坑口电站。我国一些严重污染环境的低效火电厂，已按节能减排的要求陆续予以关停。我国火电发电
15、量在整个发电量中的比重已逐年降低。3.核能发电厂 核能（原子能）发电厂通称核电站，它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。其生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替燃煤锅炉，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量转换过程是：核裂变能热 能机械能核反应堆汽轮机电 能发电机 由于核能是巨大的能源，而且核电也是相当安全和清洁的能源，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核电在整个发电量中的比重逐年增长。我国在上世纪80年代就确定要适当发展核电，并已陆续兴建了秦山、大亚湾、岭澳等多座大型核电站。4.风力发电、地热发电和太阳能发电简介(1)风力发电：它建在有丰富风力资源的地方，利用风力的动
16、能来生产电能。风能是一种取之不尽的清洁、价廉和可再生的能源，因此我国确定要大力发展。但是风能的能量密度较小，因此单机容量不可能很大；而且它是一种具有随机性和不稳定性的能源，因此风力发电必须配备一定的蓄电装置，以保证其连续供电。(2)地热发电：它建在有足够地热资源的地方，利用地球内部蕴藏的大量地热资源来生产电能。地热发电不消耗燃料，运行费用低。它不象火力发电那样，要排出大量灰尘和烟雾，因此地热还是属于比较清洁的能源。但是地下水和蒸气中大多含有硫化氢、氨和砷等有害物质，因此对其排出的废水要妥善处理，以免污染环境。(3)太阳能发电：它利用太阳的光能或热能来生产电能。利用太阳光能发电，是通过光电转换元
17、件如光电池等直接将太阳光能转换为电能。这已广泛应用在人造地球卫星和宇航装置上。利用太阳热能发电，可分直接转换和间接转换两种方式。温差发电、热离子发电和磁流体发电，均属于热电直接转换。而通过集热装置和热交换器，加热给水，使之变为蒸汽，推动汽轮发电机发电，与火电发电相同，属于间接转换发电。太阳能发电厂建在常年日照时间较长的地方。太阳能是一种十分安全、经济、没有污染而且是取之不尽的能源。我国的太阳能资源也相当丰富，利用太阳能发电大有可为。(二)电力系统 为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建造水电站，而在有燃料资源的地方建造火电厂。但这些有动力资源的地方，往
18、往离用电中心较远，所以必须用高压输电线路进行远距离输电，如图1-7所示。图1-7 从发电厂到用户的送电过程示意图 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（power system）。图1-8是一个大型电力系统简图。电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网（power network）。但习惯上，电网或系统往往以电压等级来区分，如说10kV电网或10kV系统。这里所说的电网或系统，实际上是指某一电压级的相互联系的整个电力线路。电网可按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网的范围大，电压
19、一般在220kV及以上。地方电网的范围较小，最高电压一般不超过110kV。工厂供电系统就属于地方电网的一种。电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户，就称为动力系统。现在各国建立的电力系统越来越大，甚至建立跨国的电力系统或联合电网。我国规划，到2020年，要在做到水电、火电、核电和新能源合理利用和开发的基础上，形成全国联合电网，实现电力资源在全国范围内的合理配置和可持续发展。建立大型电力系统或联合电网，可以更经济合理地利用动力资源，首先是充分利用水力资源，减少燃料运输费用，减少电能消耗和温室气体排放，降低发电成本，保证电能质量（即电压和频率合乎规范要求），并大大提高供电可靠性，有利于
20、整个国民经济的持续发展。图1-8 大型电力系统简图(一)采用柴油发电机组的自备电源 采用柴油发电机组作应急自备电源具有下列优点：(1)柴油发电机组操作简便，启动迅速。当公共电网供电中断时，一般能在1015s的短时间内启动并接上负荷，这是汽轮发电机组无法作到的。(2)柴油发电机组效率较高（其热效率可达30%40%），功率范围大（从几千瓦至几千千瓦），且体积较小，重量较轻，便于搬运和安装。特别是在高层建筑中，采用体型紧凑的高效柴油发电机组作备用电源是最为合适的。(3)柴油发电机组的燃料是柴油，它储存和运输都很方便。这是以煤为燃料的汽轮发电机组所无法相比的。(4)柴油发电机组运行可靠，维护方便。作为
21、应急的备用电源。可靠性是非常重要的指标。运行如果不可靠，就谈不上“应急”之需。柴油发电机组也有运行中噪声和振动较大、过载能力较小等缺点。因此在柴油发电机房的选址和布置上，应该考虑减小其对周围环境的影响，尽量采取减振和消声的措施。在选择机组容量时，应根据应急负荷的要求留有一定的裕量；投运时，应避免过负荷和特大冲击负荷的影响。柴油发电机组按启动控制方式分，有普通型、自启动型和全自动化型等型。作为应急电源，应选自启动型或全自动化型。自启动型柴油发电机组在公共电网停电时，能自行启动；全自动化型，则不仅在公共电网停电时能自行启动，而且在公共电网恢复供电时能使柴油发电机组自动退出运行。图1-9是采用快速自
22、启动型柴油发电机组作备用电源的主接线图，正常供电电源为10kV公共电网。图1-9 采用柴油发电机组作备用电源的主接线图 三三.工厂的自备电源简介工厂的自备电源简介 对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急自备电源。最常用的自备电源是柴油发电机组。对于重要的计算机系统等，则还须另设不停电电源（亦称不间断电源，uninterrupted power supply，缩写UPS）。(二)采用交流不停电电源的自备电源 交流不停电电源（UPS）主要由整流器（UR）、逆变器（UV）和蓄电池组（GB）等三部分组成，其示意图如图1-10所示。公共电网正常供电时，交流电源经晶闸管整流器UR转换为直
23、流，对蓄电池组GB充电。当公共电网突然停电时，电子开关QV在保护装置作用下进行切换，使UPS投入工作，蓄电池组GB放电，经逆变器UV转换为交流，恢复对重要负荷的供电。不停电电源（UPS）较之柴油发电机组，具有体积小、效率高、无噪声、无振动、维护费用低、可靠性高等优点，但其容量相对较小，主要用于电子计算机中心、工业自动控制中心等重要场所。要求频率和电压质量较高的场合，宜采用高精度的稳频稳压式不停电电源作备用电源。其稳频稳压系统主要是通过逆变器来实现的。稳频工作由逆变器中触发电路的稳频触发系统来实现。当采用晶体振荡器为振荡源组成分频式触发电路时，可使逆变器具有相当稳定的输出频率。而交流输出电压的稳
24、定工作则多从对逆变器进行调制性控制来实现。单脉冲脉宽调制法最为简便实用，因而被广泛应用。图1-10 不停电电源（UPS）组成示意图 GB公共电网公共电网 重要负荷重要负荷电子开关电子开关QVUVUR 正常情况下，重要负荷由公共电网供电，交流电经整流器1整成直流电，并向逆变器3供电。为了保证供电质量，在逆变器3之前装设有直流滤波器2，使整流后的脉动电压转换为无脉动的直流电压。在逆变器3将直流电逆变为交流电的过程中，可通过反馈控制环节实现交流电的稳压和稳频。逆变器3的输出端又联接有变压器4，采取级联方式，既可改变电压，又可吸收谐波，使逆变器3的方波输出变换为阶梯波输出。为了使输出的交流电波形改善，
25、又在变压器4之后装设了交流滤波器5，从而使交流滤波器5输出的交流电为纯正弦波。通过以上几个环节的处理，可使电源的输出为稳压、稳频且为纯正弦波的高质量电压。在公共电网正常供电情况下，蓄电池组7通过整流器8将电网的交流电整成直流电而得到充电。当公共电网停电时，保护装置使电子开关（符号QV）6动作，其触点QV1-2闭合，使蓄电池组7对逆变器3的回路放电，从而使其交流输出端可不间断地对重要负荷供电。与此同时，电子开关触点QV3-4断开。在公共电网恢复供电时，保护装置又使电子开关6的触点切换，QV1-2断开，切断蓄电池组放电回路，而QV3-4闭合，接通电网的供电回路。这种稳频稳压式不停电电源系统通常还配
26、备足够容量的快速自启动的柴油发电机组作备用电源，以弥补蓄电池组容量之不足。稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图如图1-11所示。图1-11 稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图1-整流器 2-直流滤波器 3-逆变器 4-级联变压器 5-交流滤波器 6-电子开关 7-蓄电池组 8-整流器 公共公共电网电网重要重要负荷负荷uQV34125678蓄电池蓄电池QVu3412第三节第三节 电力系统的电压与电能质量电力系统的电压与电能质量 一一.概概 述述 电力系统中的所有设备，都是在一定的电压和频率下工作的。电压和频率是衡量电能质量的两个基本参数。我国一般交流电力设备的额定频率为50Hz，此频率通称
27、为“工频”（工业频率）。按电力工业部1996年发布施行的供电营业规则规定：在电力系统正常情况下，工频的频率偏差一般不得超过0.5Hz。如果电力系统容量达到300万kW 或以上时，频率偏差则不得超过0.2Hz。在电力系统非正常状况下，频率偏差不应超过1Hz。但是频率的调整，主要依靠发电厂来调整发电机的转速。对工厂供电系统来说，提高电能质量主要是提高电压质量的问题。电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动、波形及其三相的对称性（平衡性）等的一种质量评估。电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差，通常以其对额定电压的百分值来表示。电压波动是指电网电压有效值（方均根值）的快速变动。电
28、压波动值以用户公共供电点在时间上相邻的最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示。电压波动的频率用单位时间内电压波动（变动）的次数来表示。电压波形的好坏，以其对正弦波形畸变的程度来衡量。三相电压的平衡情况，以其不平衡度来衡量。二二.三相交流电网和电力设备的额定电压三相交流电网和电力设备的额定电压按GB/T156-2007标准电压规定，我国三相交流电网和发电机的额定电压如表1-1所示。表中的变压器一、二次绕组额定电压，是依据我国电力变压器标准产品规格确定的。(一)电网(电力线路)的额定电压 电网(电力线路)的额定电压(标称电压)等级,是国家根据国民经济发展的需要和电力工业发展的水平，
29、经全面的技术经济分析后确定的.它是确定各类电力设备额定电压的基本依据.表表1-1 1-1 我国三相交流电网和电力设备的额定电压我国三相交流电网和电力设备的额定电压 825750750550500500363 330330242 22022012111011072.5 666638.53535_13.8,15.75,1820,22,24,2613.8,15.75,1820,22,24,26 _10.5,1110,10.510.5106.3,6.66,6.36.363.15,3.33,3.153.153高压0.690.660.690.660.400.380.400.38低压二次绕组一次绕组电力变压
30、器额定电压/kV发电机 额定电压/kV电网和用电设备额定电压/kV分类100010001100(二)用电设备的额定电压 由于电力线路运行时（有电流通过时）要产生电压降，所以线路上各点的电压略有不同，如图1-12中虚线所示。但是批量生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处线路的实际电压来制造，而只能按线路首端与末端的平均电压即电网的额定电压UN（N为英文nominal的缩写）来制造。因此用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。但是在此必须指出：按GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求规定，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，即其额定
31、电压不得小于它所在系统可能出现的最高电压，如表1-2所示。我国现在生产的高压设备大多已按此新规定标注。表表1-2 系统的额定电压、最高电压和部分高压设备的额定电压系统的额定电压、最高电压和部分高压设备的额定电压 （单位：kV）3.56.91240.56.911.540.53.67.21240.5 3.5 6.911.540.5361035熔 断 器额定电压穿墙套管额定电压高压开关、互感器及支柱 绝缘子的额定电压 系 统 最高电压 系 统 额定电压(三)发电机的额定电压 由于电力线路允许的电压偏差一般为5%，即整个线路允许有10%的电压损耗，因此为了维持线路的平均电压在额定电压值，线路首端(电源
32、端)的电压应较线路额定电压高5%，而线路末端电压则较线路额定电压低5%，如图1-12所示。所以发电机额定电压按规定应高于同级电网（线路）额定电压5%。图图1-12 用电设备和发电机的额定电压说明用电设备和发电机的额定电压说明(四)电力变压器的额定电压 1.电力变压器一次绕组的额定电压 分两种情况：(1)当变压器直接与发电机相连时，如图1-13中的变压器T1，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压5%。(2)当变压器不与发电机相连而是连接在线路上时，如图1-13中的变压器T2，则可将它看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。图图1-13 电力变
33、压器的额定电压说明电力变压器的额定电压说明 2.电力变压器二次绕组的额定电压 亦分两种情况：(1)变压器二次侧供电线路较长，如为较大的高压电网时，如图1-13中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%，其中有5%是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的约5%的电压降，因为变压器二次绕组的额定电压是指变压器一次绕组加上额定电压时二次绕组开路的电压；此外，变压器满负荷时输出的二次电压还要高于电网额定电压5%，以补偿线路上的电压损耗。(2)变压器二次侧供电线路不长，如为低压电网或直接供电给高低压用电设备时，如图1-13中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考
34、虑补偿变压器满负荷时绕组内部5%的电压降。(五)电压高低的划分 我国现在统一以1000V（或略高，如GB1497-1985低压电器基本标准规定：交流50Hz、额定电压1200V及以下或直流额定电压1500V及以下的电器，属于其标准所指的低压电器）为界线来划分电压的高低，如前表1-1所示：低压指额定电压在1000V及以下者；高压指额定电压在1000V以上者。此外，尚有细分为低压、中压、高压、超高压和特高压者：1000V及以下为低压；1000V至10kV或35kV为中压；35kV或以上至110kV或220kV为高压；220kV或330kV及以上为超高压；800kV及以上为特高压。不过这种电压高低的
35、划分，尚无统一标准，因此划分的界线并不十分明确。.电压对设备运行的影响()对感应电动机的影响当感应电动机端电压较其额定电压低10时，由于转矩与端电压平方成正比()，因此其实际转矩将只有额定转矩的81，而负荷电流将增大510以上，温升将增高1015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。()对同步电动机的影响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
36、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。()对电光源的影响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23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。
37、当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。3.允许的电压偏差 GB500521995供配电系统设计规范规定，在系统正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值(以额定电压的百分数表示)宜符合下列要求：(1)电动机为5%；(2)电气照明：在一般工作场所为5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为 5%10%；应急照明、道路照明和警卫照明等，为 5%10%。(3)其他用电设备，当无特殊规定时为5%。2MU 三三.电压偏差与电压调整电压偏差与电压调整(一)电压偏差的有关概念 1.电压偏差的含义 电压偏差又称电压偏移，是指给定瞬间设备的端电压与设备额定电压之差对额定电压的百分值，即%
38、100%NNUUUU(1-1)(二)电压调整的措施 为了满足用电设备对电压偏差的要求，供电系统必须采取相应的电压调整措施：(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 我国工厂供电系统中应用的610kV电力变压器，一般为无载调压型，其高压绕组（一次绕组）有UN5%的电压分接头，并装设有无载调压分接开关，如图1-14所示。如果设备端电压偏高，则应将分接开关换接到+5%的分接头，以降低设备端电压。如果设备端电压偏低，则应将分接开关换接到-5%的分接头，以升高设备端电压。但是这只能在变压器无载条件下进行调节，使设备端电压较接近于设备额定电压，而不能按负荷的变动实时地自动调节电压。如
39、果用电负荷中有的设备对电压偏差要求严格，采用无载调压型变压器满足不了要求，而这些设备单独装设调压装置在技术经济上又不合理时，可以采用有载调压型变压器，使之在负荷情况下自动调节电压，保证设备端电压的稳定。图1-14 电力变压器的分接开关a)分接开关接线 b)分接开关结构1-帽 2-密封垫圈 3-操动螺母 4-定位钉 5-绝缘盘 6-静触头 7-动触头(2)合理减小系统的阻抗 由于供电系统中的电压损耗与系统中各元件包括变压器和线路的阻抗成正比，因此可考虑减少系统的变压级数、适当增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等来减小系统阻抗，降低电压损耗，从而减小电压偏差，达到电压调整的目的。但是增大导线电缆
40、的截面及以电缆取代架空线，要增加线路投资，因此应进行技术经济的分析比较，合理时才采用。(3)合理改变系统的运行方式 在一班制或两班制的工厂或车间中，工作班的时间内，负荷重，往往电压偏低，因此需要将变压器高压绕组的分接头调在-5%的位置上。但这样一来，到晚上负荷轻时，电压就会过高。这时如能切除变压器，改用与相邻变电所相连的低压联络线供电，既可减少这台变压器的电能损耗，又可由于投入低压联络线而增加线路的电压损耗，从而降低所出现的高电压。对于两台变压器并列运行的变电所，在负荷轻时切除一台变压器，同样可起到降低电压过高的作用。(4)尽量使系统的三相负荷均衡 在有中性线的低压配电系统中，如果三相负荷分布
41、不均衡，则将使负荷端中性点电位偏移，造成有的相电压升高，从而增大线路的电压偏差。为此，应使三相负荷分布尽可能均衡，以降低电压偏差。(5)采用无功功率补偿装置 电力系统中由于存在大量的感性负荷，如电力变压器、感应电动机、电焊机、高频炉、气体放电灯等，因此会出现相位滞后的无功功率，导致系统的功率因数降低及电压损耗和电能损耗增大。为了提高系统的功率因数，降低电压损耗和电能损耗，可采用并联电容器或同步补偿机，使之产生相位超前的无功功率，以补偿系统中相位滞后的无功功率。这些专门用于补偿无功功率的并联电容器和同步补偿机，统称为无功补偿设备。由于并联电容器无旋转部分，具有安装简便、运行维护方便、有功损耗小、
42、组装灵活和便于扩充等优点，因此并联电容器在工厂供电系统中获得了广泛的应用。但必须指出，采用专门的无功补偿设备，虽然电压调整的效果显著，却增加了额外投资，因此在进行电压调整时，应优先考虑前面所述各项措施，以提高供电系统的经济效果。四四.电压波动及其抑制电压波动及其抑制(一)电压波动的有关概念 1.电压波动的含义 电压波动是指电网电压有效值（方均根值）的连续快速变动。电压波动值，以用户公共供电点在时间上相邻的最大与最小电压有效值U max与U min之差对电网额定电压UN的百分值来表示，即maxmin%100%NUUUU(1-2)五五.电网谐波及其抑制电网谐波及其抑制 (一)电网谐波的有关概念 1
43、.电网谐波的含义 谐波（harmonic），是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源。2.电压波动的产生与危害 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。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
44、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。因此GB123262000电能质量电压波动和闪变规定了电力系统连接点的电压波动和闪变的限值。(二)电压波动的抑制措施 抑制电压波动可采取下列措施：(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
45、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。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，可认为其波形基本上是正弦量，即电压波形中基本上无直流和谐波分量。但是由于电力系统
46、中存在着各种各样的谐波源，特别是大型变流设备和电弧炉等的日益广泛应用，使得谐波干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。2.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。因此，即使电力系统中电源的电压波形为正弦波，也会由于非线性元件的存在，使得电网中总有谐波电流或电压存在。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，都要产生谐波电流或电压。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。谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器铁
47、心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短其使用寿命。谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且会使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出，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。此外，谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加；可使计量电能的感应式电能表计量不准确；可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；还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作；并可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。因此GB/T145491993电能质量公用电网谐波对谐波
48、电压限值和谐波电流允许值均作了规定。(二)电网谐波的抑制抑制电网谐波，可采取下列措施：(1)三相整流变压器采用Yd或Dy联结 由于3次及3的整数倍次谐波在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流，因此采用Yd或Dy联结的三相整流变压器，能使注入电网的谐波电流中消除3次及3的整数倍次的谐波电流。又由于电力系统中的非正弦交流电压或电流通常是正、负两半波对时间轴是对称的，不含直流分量和偶次谐波分量，因此采用Yd或Dy联结的整流变压器后，注入电网的谐波电流只有5、7、11等次谐波。这是抑制高次谐波最基本的方法。(2)增加整流变压器二次侧的相数 整流变压器二次侧
49、的相数越多，整流波形的脉波数越多，其次数低的谐波被消除的也越多。例如，整流相数为6相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%。如果整流相数增加到12相时，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%,7次谐波电流降为基波电流的3%,都差不多减少了75%。由此可见，增加整流相数对高次谐波抑制的效果相当显著。(3)使各台整流变压器二次侧互有相角差 多台相数相同的整流装置并列运行时，使其整流变压器的二次侧互有适当的相角差，这与增加二次侧的相数效果相类似，也能大大减少注入电网的高次谐波。(4)装设分流滤波器 在大容量静止“谐波源”（如大型晶闸管整流器）与电网连接处，装
50、设如图1-15所示的分流滤波器，使滤波器的各组R-L-C回路分别对需要消除的5、7、11等次谐波进行调谐，使之发生串联谐振。由于串联谐振回路的阻抗极小，从而使这些次数的谐波电流被它分流吸收而不致注入到公用电网中去。图1-15 装设分流滤波器吸收高次谐波(5)选用Dyn11联结组三相配电变压器 由于Dyn11联结的变压器高压绕组为三角形联结，使3次及3的整数倍次的高次谐波在绕组内形成环流而不致注入到高压电网中去，从而抑制了高次谐波。(6)其他抑制谐波的措施 例如限制电力系统中接入的变流设备和交流调压装置的容量，或提高对大容量非线性设备的供电电压，或者将“谐波源”与不能受干扰的负荷电路从电网的接线
