电 气 技 术 概 述主讲：主讲： 张文海张文海*1一、单相、三相交流电路（一）单相正弦交流电路基本概念l随时间按正弦规律周期性变化的电压和电流统称为正 弦交流电。表达式：i=Imsin( t+ )如图所示l交流电变化一周所需要的时间称为周期（T表示，单 位s）；交流电每秒变化的周数称为频率（f表示，单 位Hz）。T1/fl最大值（幅值）即出现的最大的瞬时值；角频率（ ）它反映交流电变化的快慢（ ）以及初相 角是交流电的三个要素。l交流电的有效值：它是根据热效应原理定义的，最大 值是有效值的1.414（ ）倍。Date2l电路中的基本元件有电阻、电感和电容；在交流电路 中由这三种元件组成不同的负载即感性负载、容性负 载和电阻负载等。电感（L）和电容（C）元件是储能 元件，不消耗能量，只与电源之间进行能量交换；电 阻（R）是耗能元件。l交流电路的功率有：有功功率（P）、无功功率（Q） 和视在功率（S）；储能元件所消耗的为无功功率（ 单位为Var），电阻消耗的为有功功率（单位为W） ，而视在功率（单位为VA）中既包含有功也包含无 功功率；是总电压和总电流的乘积，且S2P2Q2。我们把有功功率与视在功率的比值称为功率因数。交 流电路中一般要求功率因数越高越好，常采用并联电 容来提高。Date3（二）三相交流电路l三相电源是由发电机产生的，如图。它产生的 三个电动势幅值相等，频率相同，相位互差 120度，称之为对称三相电源。l发电机的三个绕组一般接成星形。N点称为中 性点，从中性点引出的导线称为中性线，其裸 导线可涂淡蓝色标志。从始端Ul、V1、Wl引出 的三根导线称为相线或端线，俗称火线，常用 L1、L2、L3表示，其裸线可分别涂黄、绿、红 三种颜色标志。Date4l由三根相线和一根中线组成的供电系统为三相四线制供电系统 。l通常低压供电网都采用三相四线制。这种系统可提供两种不同的电 压，一是相线与中线之间的电压称为相电压；二是相线与相线之间 的电压称为线电压。线电压是相电压的1.732 （ ）倍。l三相负载的连接：三相负载可以采用星形连接和三角形连接。如图 所示。l星形连接时，线电流等于 相电流，负载的相电压是 线电压的1/ 倍。l三角形连接时，负载的相 电压等于线电压，线电流 是相电流的 倍。l星形连接的负载，如果负 载不对称，必须保留中线 。 Date5l三相负载功率计算 对称负载:不对称负载：Date6二、电力系统概述l电力系统l工厂供配电系统l电力系统的额定电压l电能质量l负荷分类l工厂电力线路接线l系统短路及危害Date7l电力系统: 电力系统是由发电厂、各级变电所、输 配电线路和电能用户组成的整体。如图所示l发电厂: 是将一次能源转换成电能。l变电所: 是接受电能、变换电压和分配电能的场所。 有升压变电所、降压变电所；区域变电所、地方变 电所。l配电所：仅用于接受和分配电能的场所。l电力线路: 是将发电厂、变电所和用户连接起来，并 完成输送和分配电能的任务。按电压等级不同分为 输电线路（35kV及以上）和配电线路（35kV以下） 。l电力网:是由各种电压等级的输电线路和升降压变压 器组成的电厂和用户的桥梁。分为输电网和配电网 ；区域网和地方网；开式网和闭式网；直流电网和 交流电网等。l电能用户：用电设备或用电单位。2.1 2.1 电力系统电力系统Date8电 力 系 统 示 意 图Date9电 力 系 统 接 线 图变电所1、2是各发电厂联系的枢纽，区域变电所。变电所1有两台自耦变压器将220kV电压降到 110kV，并且还有两台三线圈变压器，除联络110kV及35kV两种电压等级的电网外，低压绕组采 用10kV电压供给两台同步补偿机，以满足电网中无功功率的需要。 变电所3称为穿越变电所，有两台双线圈变压器，平时有110kV的电压穿越变电所。 变电所4和5叫做地区变电所。变电所 4由110kV线路输入电能，降压后，供给35kV用户和地区变 电所 5。变电所 5将电压从35kV降低到10kV，然后用10kV配电线路供电给10kV受电的用户和配 电变压器，配电变压器将 10kV电压降低到 380220V，给低压用户供电。Date102.2 工厂供配电系统l工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电所、配 电线路、车间变电所和用电设备组成。如下图所示 。l总降压变电所是供应电能的中枢。将35110kV电 压降为610kV，给配电所、车间变电所和用电设 备。l高压配电所集中接受6kV10kV的电压，再分配到 附近的各车间变电所和高压用电设备。l配电线路分为6kV10kV和380/220V配电线路。l车间变电所将6kV10kV电压降为380/220V电压。Date11a.工厂供电系统的特点l供电半径小而范围广l负荷类型多而操作频繁l厂房环境复杂l低压配电线路长要求选择供电方式时，力求简单 可靠，按供电可靠性和经济性的要 求而定。Date12b. 供电线路分类按电压等级分类：高压线路（1kV及以上的线 路）和低压线路（1kV以下线路）。我国大 多数企业以10kV、35kV和110kV供电，生 活用电大多为380/220V供电。按供电方式分类：单端供电线路（开式供电 线路）、两端供电线路和环形供电线路（ 闭式供电线路）。按线路结构形式分类：架空线路、电缆线路 和户内配电线路。Date13户外配电网结构主要是架空线和电缆线路。架空线路架设施工容易，巡视检修方便 ，易于发现和排除故障。架空线主要由导线（包括避雷线）、杆 塔、绝缘子和线路金具等组成。架空线路一 般采用裸导线，常制成绞线，按材料分为铜 绞线（TJ）、铝绞线（LJ）、钢芯铝绞线（ LGJ）和钢绞线（GJ）。电缆线路可避免雷电危害和机械损伤， 不影响地面设施，整齐美观，但造价高。电力电缆由导电芯、绝缘层、铅包和保 护层组成。有铜芯电缆和铝芯电缆；有单芯 、两芯、三芯及四芯电缆。按绝缘介质分为 油浸纸绝缘电缆和塑料绝缘电缆。常见的塑 料绝缘电缆有：聚氯乙稀护套电缆和交联聚 乙烯绝缘护套电缆。Date14高温电力电缆型号及名称： FF46聚全氟乙丙稀 序 号产品型号芯 数标称截面（ mm2）产品名称1FV1 41240氟塑料绝缘，阻燃丁腈护套高温电力电缆2HF4BFVR1 41240聚四氟乙烯绝缘，阻燃丁腈护套软芯高温电力 电缆3HF4BFVP221 41240聚四氟乙烯绝缘，阻燃丁腈护套钢带铠装高温 电力电缆4FF461 41240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套高温电力电缆5FF46P1 41240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套软芯、高温电力 电缆6FF46P01 41240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套镀锡屏蔽高温电 力电缆7FF46P221 41240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套钢带铠装高温电 力电缆Date152.3 电力系统的额定电压l电网的额定电压（可根据国家规定的电压确定）l用电设备的额定电压（与电网额定电压相同）l发电机的额定电压（高出线路额定电压5）l变压器的额定电压一次绕组的额定电压1、与发电机直接相连时其额定电压与发电机额定电压相同。2、与线路相连时其额定电压与线路额定电压相同。二次绕组的额定电压1、线路较短时，高出线路电压5；2、线路较长时，高出线路电压10。MF1B1B3B2B4B5B6L1110kVL2L310kV 0.38/0.22kV6kV10kV110/38.5kVDate162.4 电能质量电能质量指标有：电压、频率、波形及供电可靠性l 电压质量是以电压偏差来衡量。国家允许的电压偏差要 求分别为：a.35kV及以上允许偏差5b.10kV及以下允许偏差7c.220V允许偏差7、10l频率质量是以频率偏差来衡量。国家允许的频率偏差要 求为：a300万千瓦及以上允许偏差0.2b. 300万千瓦以下允许偏差0.5l 波形质量以波形畸变率来衡量。公共电网电压波形畸变 率最高不能超过5l供电的可靠性是以全年不停电时间占全年总时间的比值 来衡量的。Date172.5 负荷分类负荷分类：按照供电可靠性要求分为三级l 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；在政治、经济上造成重 大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的 产品大量报废；中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单 位的正常工作的负荷。一级负荷应由两个独立电源供电。l 二级负荷：中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，如主 要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产等；中断供电系 统将影响重要用电单位正常工作的负荷。二级负荷应由双回线路供电，供电变压器亦应有两台。做到当 电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电 或中断后能迅速恢复。 l三级负荷：对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量 或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷 等均属三级负荷。三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。Date182.6 工厂电力线路的接线l工厂的高压线路的作用是在工厂内部从总降 压变电所（或配电所）以6kV10kV电压向 车间变电所或高压用电设备配电。l常用的基本结线方式有放射式、树干式和环 形。l工厂低压线路的作用是从车间变电所以380 220V的电压向车间各用电设备或负荷点配 电。l工厂的低压配电线路也有放射式、树干式和 环形等结线方式。 Date192.6.1高压放射式结线l高压放射式结线是指工厂变配电所低 压母线上引出的一回线路直接向一个 车间变电所或高压用电设备供电，沿 线不接其他负荷。l图a为单回路放射式，该方式结线清晰 、操作维护方便、保护简单、便于实 现自动化。由于放射式线路之间互不 影响，故供电可靠性较高。但当这种 放射式线路发生故障时，该线路所供 电的负荷都要停电。为提高可靠性， 根据具体情况可增加备用线路，图b采 用的双回路放射式；图c公共备用结线 ；图d为低压联络线路。如果用来自两 个电源的两路高压进线，可进一步提 高其可靠性。高压放射式结线所用高 压开关设备较多，所以投资较大。Date202.6.2高压树干式接线l高压树干式结线是指由工厂变配所高压母线 上引出的每路高压配电干线上，沿线接几个 车间变电所或负荷点的接线方式。l图a为无备用的单树干式结线，该结线方式 使出线减少，可节约有色金属的消耗量。但 其供电可靠性差，干线故障或检修将引起干 线上的全部用户停电。所以干线上连接的变 压器不得超过5台，总容量不应大于 3000kVA。为提高供电可靠性，同样可以采 用增加备用线的方法。l图b为双树干式结线，l图c为两端电源的单树干式。 Date21Date222.6.3高压环形结线l对工厂供配电系统而言，高 压环形结线是树干式结线的 改进，如图63所示，两路 树干式结线连接起来就构成 了环形结线。l这种结线运行灵活，供电可 靠性高。由于闭环运行时继 电保护整定较复杂，同时也 为避免环形线路上发生故障 时影响整个电网，因此大多 数环形线路采用“开环”运 行方式，即环形线路中有一 处开关是断开的。在现代化 城市配电网中这种结线应用 较广。Date232.6.4低压放射式结线l低压放射式结线如图所示，由变配电 所低压配电屏供电给配电箱或低压用 电设备。l这种结线方式供电可靠性较高，所用 开关设备及配电线也较多。多用于用 电设备容量大、或负荷性质重要、或 车间内负荷排列不整齐、或车间为有 爆炸危险的厂房，必须由与车间隔离 的房间引出线路等情况。Date24Date252.6.5低压树干式结线l低压树干式结线引出配电干线较少，开关设备较少，但 干线故障将使所连接的用电设备均受到影响，供电可靠 性差。适宜供电给用电容量较小而分布均匀的用电设备 。l图65a为低压母线放射式配电的树干式，变压器二次侧 低压出线经低压断路器（图中省略）引至车间内