第一章 供配电常识
供配电中 "安全用电" "节约用电" " 计划用电" 合成“三电”。
用电基本要求为:
安全---在电力的供应 分配和使用中，要避免发生人生事故和设备事故。
可靠---满足电力用户对供电可靠性的要求，即连续供电。
优质---满足电力用户对电压质量和频率质量的要求
经济---在满足用电安全、可靠、优质的前提下，尽量使供配电系统的投资少，运行费用低，尽可能节约电能和有色金属损耗。
电气设计入门知识：10KV供配电系统设计及原理_腾讯视频
供配电系统主要包括电力系统发电、输电、变电、配电、用电四部分中所有变配电设备和控制、保护等设备。
供配电系统是各种电压等级的线路将发电厂、变电所、电力用户联系起来的发电、输电、变电、配电、用电的总体。 变电所的任务是接受电能、变换电压、分配电能。 配电所的任务是接受电能和分配电能。
变压器与线路的关系。
T1：
一次绕组额定电压与发电机额定电压相同或高于一次侧电网电压5% 二次绕组额定电压高于二次侧电网额定电压10%
T2：
一次绕组额定电压与电网额定电压相同 二次绕组额定电压二次侧电网额定电压5%
注：电网电压是有等级分的：220V、380V、6KV、10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV、1000KV。 通常称35KV或以上的线路为送电线路。 10kv或10kv以下的线路称为配电线路。 1kv以上的称高压；1kv以下的称低压。 我国规定的安全电压有36V、24V、12V三种。
我国电力系统中电源（包括发电机和电力变压器）的中性点有下三种运行方式：
（一） 中性点不接地的电力系统
系统单相接地时的接地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。
高压多用于3—10KV系统，低压多用于三相三线制的IT系统
（二） 中性点经（阻抗）消弧线圈接地的电力系统
在电力系统中，防止单相接地时线路出现的过电压（可达到相电压的2.5—3倍）对线路产生绝缘击穿伤害，因此在单相接地电容电流大于一定值时（3-10KV系统I>=30A、20KV及以上系统I>=10A时），电力系统中性点宜改为经消弧线圈接地的运行方式。 主要用于35—66kv的电力系统。 树上鸟教育电气设计视频教程
（三） 中性点直接接地或经低阻接地的电力系统
中性点直接接地的电力系统发生单相接地时，即形成单相接地短路，单相短路电流比线路正常负荷电流大得多，对系统危害很大，所以会专设短路保护装置，即使切断故障线路，保障其他正常部分稳定运行。
前两种系统当发生单相接地故障时的接地电流较小，又称“小接地电流系统”；
后一种系统发生单相接地故障时即形成单相接地短路，电流较大，称“大接地电流系统”
低压配电系统的接地形式，按电气设备外露可导电部分保护接地形式不同，分为：
中性线N线:
1.用来接用额定电压为系统相电压的单相设备
2.用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流
3.用来减小负荷中性点的电位偏移
保护线PE线：
为了保障人生安全、防止触电事故的公共接地线，设备外露导电部分通过PE线接地，式设备在发生接地（壳）故障时降低触电危险。 保护中性线PEN线：
是N线和PE线合二为一的导体，兼有N线和PE线的功能； 在电工界称之为“零线”故外露导体接PEN线或接PE线的这种接地形式也称“接零”。
（一） TN系统
TN系统中性点直接接地，属于三相四线制系统 1.TN-C系统的电源中性点引出一根PEN线。
PEN线断线，不仅会造成人身触电危险，而且会造成有的相电压大大升高而烧毁单相用电设备。因此PEN线一定要连接牢固可靠，而且PEN线上不得装设开关和熔断器，以免PEN线断开而造成事故。 2.TN-S系统的电源中性点分别引出N线和PE线，其中设备的外露可导电部分接到PE线。
这种系统PE线和N线是分开的，导线材料耗用多；又由于两线分开，PE线没有电流通过，接PE线的设备之间不会产生电磁干扰，也不怕PE线断了会使外露可导电部分带电，适用于安全要求较高的场所
3.TN-C-S系统在TN-C系统后面。
（二）TT系统
IT系统的中性点直接接地，从中性点引一条中性线N线，以通过三相不平衡电流和单相电流，但该系统的用电设备的外露可导电部分经过各自的PE线单独接地，各设备间没有直接的电气联系，相互间不会产生电磁干扰.但是这种系统中若设备因绝缘不良或损坏使其外露可导电部分带电，其漏电电流很小不足以使过电流保护装置动作（熔断器或低压断路器），从而增加触电危险，故这种系统必须装设灵敏的漏电保护装置。
（三）IT系统
IT系统的电源中性点不接地，或经高阻抗（约1000欧）接地，他没有中性线（N线），该系统用电设备的外露可导电部分均经各自的PE线单独接地。
供电质量包括电能质量和供电可靠性 电能质量指电压、频率、波形的质量。
第二章 电气设备
一次电路：供配电系统中担负输送和分配电力这一主要任务的电路 。
二次电路：供配电系统中用来控制、指示、检测、和保护一次电路及其中电气设备运行的电路。
一次设备：一次电路中的所有设备
从功能上可分为:变换设备、控制设备、保护设备、无功补偿设备、成套配电装置。
（一） 电力变压器：将电力系统中的电力电压升高或降低，以利于电力的合理输送、分配和使用。 电力变压器的正常过负荷：
1.因昼夜负荷不均衡而允许的过负荷。
2.因季节性负荷差异而允许的过负荷。
电力变压器的并列运行条件
1.所有并列变压器的额定一次电压和二次电压必须对应相等
2.所有并列变压器的阻抗电压必须相等
3. 所有并列变压器的联结组别必须相同
4.并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，最大容量与最小容量之比不宜超过3:1
(二)电流互感器
1.功用：
用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘； 用来扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围。
2.结构特点：
一次绕组的匝数少，甚至没有一次绕组； 二次绕组的额定电流一般为5A。
3.注意事项:
电流互感器工作时二次侧不得开路； 电流互感器的二次侧必须有一端接地； 电流互感器连接时必须注意其端子极性。
(三)电压互感器（适用于高压）
1.功用：
用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘； 用来扩大仪表、继电器等二次设备的电压范围。
2.结构特点：
一次绕组匝数很多，二次绕组匝数少； 电压互感器二次绕组的额定电压一般为100V。
3.注意事项：
电压互感器工作时二次侧不得短路； 电压互感器二次侧必须有一端接地； 电压互感器在连接时也必须注意其极性。
高低压开关电器
电弧的产生：
通断负荷电路时，开关电器的触头间产生电弧； 开关触头在分断电流时会产生电弧； 触头间存在足够大的电压会产生电弧。
灭弧方法：
速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法
高压隔离开关和负荷开关
（四） 高压隔离开关QS
1. 功用：
隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修 2.结构特点： 断开有明显的间隙；
（五） 高压负荷开关QL
1. 功用：
具有隔离电源、保证安全检修的作用 特点：
有明显可见的断开间隙；
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，但不能断开短路电流。因此必须与高压熔断器串联使用，以此实现短路保护，短路故障。
高压负荷开关的灭弧能力不足以熄灭短路电弧，因此负荷开关不能配以保护短路的继电保护来自动跳闸，但可以配合以保护过负荷的热脱扣器，即电路过负荷时，热脱扣器动作，是负荷开关自动跳闸。
（六） 高压断路器QF
功用：
可以通断正常负荷电流，还可以通断一定的短路电流，可以在短路保护的作用下自动跳闸。 特点：
有完善的灭弧结构
（七） 低压刀开关（QS是具有隔离作用的刀开关的文字
符号）QK
分类：
从灭弧结构分 带灭弧罩 不带灭弧罩 两种 从操作方式分 单投 双投 两种 从极数分 单极 双极 三极 三种
不带灭弧罩的刀开关不能带负荷操作，断开后有明显的断点，因此可做隔离开关使用，又称低压隔离开关。
带灭弧罩的刀开关，能通断一定的负荷电流，能使负荷电流产生的电弧有效地熄灭
（八） 低压熔断式刀开关QFS
低压刀开关与低压熔断器相结合的开关电器
（九）低压负荷开关QSF
带灭弧罩低压刀开关与低压熔断器相结合而成，既可带负荷操作，又可短路保护
熔断器熔断后，需更换熔体后方可恢复供电。
（十）低压断路器QF
当电路出现短路故障时，断路器跳闸，能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和欠电压情况下自动跳闸，切断电路。
（十一）低压熔断器FU 功能：
串接在低压配电系统中用来进行短路保护，有的能实现过负荷保护。
（十二）高低压避雷器F 功能：
用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危机被保护电气设备的绝缘。避雷器应该与被保护的设备并联，装在被保护设备的电源侧
(十三)无功补偿装置和成套配电装置
无功补偿，就是无功功率补偿，以提高供配电系统（电网）的功率因素。 规定：
100KVA及以上高压供电的用户，功率因素为0.9以上；农业用户，功率因素为0.80
无功补偿装置就是专门用来补偿供配电系统感性无功功率的电气设备。
按补偿无功功率性质来分 稳态无功补偿装置 动态无功补偿装置
稳态无功补偿装置 有 同步补偿机和并联电容器（无功功率自动补
偿装置）
动态无功补偿装备采用静止型无功功率补偿装置 运用于急剧变动的冲击负荷
（十四）成套配装置
按一定的线路方案将有关一、二次设备组装为成套设备的产品，供供配电系统作控制、监测和保护之用。
（十五）动力和照明配电箱
主要用于低压配电系统的终端，直接对用电设备配电、控制和保护。 动力配电箱主要用于对动力设备配电，也可向照明设备配电； 照明配电箱主要用于照明配电，也适用于小容量的动力设备和家用电器配电
第三章电力负荷计算 1.一级负荷：
① 中断电将造成人身伤害 ② 中断电将造成经济重大损失
③ 中断电将影响重要用电单位的正常工作 一级负荷对供电电源的要求：
两个独立电源，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏；
增设应急电源，严禁将其他负荷接入应急供电系统； 设备供电源的切换时间，用满足设备允许中断供电的要求。 二级负荷对供电电源的要求：
宜由两个电源回路供电。
2.电力负荷的类别：
（一）长期连续工作制 （二）短时工作制 （三）断续周期工作中
用电设备的额定容量是指用电设备在额定电压下、在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。
对电动机 额定容量是指其轴上正常输出的最大功率，因此其消耗的功率因为额定容量除以其本身的效率；
对电灯和电炉 其额定容量是指其在额定电压下耗用的功率，而不是指输出的功率。
电动机、电路和电灯的额定容量 PN 单位瓦 W KW
变压器、互感器和电焊机等设备的额定容量 SN 单位为VA KVA
电容器类设备的额定容量 Qc 单位var kvar
负荷持续率又称暂载率，定义为一个工作周期T内工作时间t与T的百分比
3.三相用电设备组计算负荷的确定
计算负荷：取半小时平均最大负荷P30 P30 求出 I30 选设备
4. 单相设备组计算负荷的确定
三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则无论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计
算；超过15%，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
再接有较多单相设备的三相线路中，无论单相设备接于相电压还是接于线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足线路安全运行的要求。
5. 电力系统的电能损耗 （一） 线路损耗 （二） 变压器的功率损耗
有功损耗 铁芯中铁损 绕组中功率损耗“铜损” 无功功率损耗 铁芯中产生磁通会损耗 绕组的电抗损耗 第四章短路计算
1.短路是不同电位的导体之间的电气端接 原因：
（1） 电气绝缘损坏
（2）误操作
（3）鸟兽害 后果：
短路电流产生电动效应和热效应；
电压骤降；造成停电事故；影响系统稳定；产生电磁干扰。 形式：
三相短路；两相短路；单相短路；两相接地短路。
电力系统中，发生单相短路的可能性最大，但一般是三相短路电流最大，造成的危害最严重，因此作为选择效验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。
2. 无限大容量电力系统
① 无限大容量电力系统的容量相对于用户内部供配电系统容量大得多
② 用户的负荷无论如何变动甚至发生短路，电力系统变电所馈电母线的电压基本维持不变
③ 电力系统总阻抗不超过短路回路总阻抗的5%~10%
④ 电力系统容量超过用户供配电系统容量的50倍
凡满足上述所有条件的电力系统，则称为“无限大电力系统”。 特点： 容量无限大 电压稳定 电力系统阻抗很小 3. 短路计算电流（选器件）选择正确的电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，保证在通过最大的短路电流时不知损毁，因此要进行短路电流计算。
同时为了选择切断短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护以及选择限制短路电流的元件，也要进行短路电流计算。
需要系数法————负荷计算 欧姆法————短路计算 利用系数法————照度计算 I’’短路次暂态电流 Inp短路电流非周期分量 Ik短路全电流 Ish短路冲击电流 I短路稳态电流 。
在无穷大容量系统中I=I”=Ik 4. 熔断器的选择与效验 线路熔体的选择：
熔体的额定电流应不小于线路的计算电流 IN.FE>=I30
熔体的额定电流还应该躲过线路的尖峰电流 IN.FE>=KIpk
熔断器保护还应与被保护的线路配合，避免发生线路过负荷或短路而熔体不熔断导致绝缘线路或电缆过热引起的事故 IN.FE<=KOL.Ial
Ial绝缘导线或电缆的允许载流量 。
KOL绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数 前后熔断器选择：
前后熔断器之间的选择性配合，就是在线路发生短路故障时，靠近故障点的熔断器最先熔断，切除短路故障。
① 歉意熔断器的熔断时间至少为后一熔断器熔断时间的3倍
② 前一熔断器的熔体电流大于后一熔断器熔断电流的2~3倍 两者至少满足其一
第五章供配电系统的接线、结构及安装图
1.考系统图
2.主变压器的台数选择：
（1）供电可靠性
①对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台主变压器（一台变压器故障或检修时，另一台继续供电）
②对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源
（2） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的宜采用经济运行方式的变
电所，可以采用两台变压器（高峰时两台运行，低谷负荷期间切除一台，减少将电能损耗）
（3） 三级负荷变电所可采用一台变压器；但负荷集中而容量相当大
的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。
（4） 选择台数时，还应考虑负荷的发展，留有一定的余地。
4. 变压器容量的选择
（1） 只装有一台主变压器的变电所
额定容量应满足全部设备总的计算负荷的需要，即
SN.T≥S30
(2)装有两台变压器的变电所
任一台变压器单独运行时，应满足不小于总计算负荷60%~70%的需要，即
SN.T≥（0.6--0.7）S30
任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 SNT≥S30(I+tt)
(3)单台主变压器（低压侧为0.4KV）的容量上限，一般不大于1250KVA。
5.高压配电线的接线线路
接线方式 放射式 树干式 环形接线 6.低压配电线的接线线路
接线方式 放射式 树干式 环形接线 7.导线和电缆截面选择的条件
为了保证供配电线路安全、可靠、优质地运行，选择时需满足以下条件：
① 发热条件 不超过最高允许温度
② 电压损耗条件 最大负荷时的电压损耗在允许范围内
③ 经济电流密度 是线路的年费用支出最少
④ 机械强度
对于绝缘导线，工作电压不低于线路的额定电压。 第六章供配电的保护 1.机电保护装置
是根据保护要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置 任务：
（1） 故障时动作于跳闸
（2） 异常状态时发出报警信号
基本要求：
（1） 选择性 供配电系统发生故障时，里故障点最近的保护装置动
作，切除故障
（2） 可靠性 该动就动，不需要动时不能动
（3） 速动性 系统发生故障时，继电保护装置尽快动作，切除故障
（4） 灵敏性
以上四点，不同场合的继电保护装置结构不同，都有所侧重
2.过电压及雷电保护
过电压就是电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压 （1） 过电压的形式
① 内部过电压
由于电力系统本身的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的工作状态突然改变，从而引起系统内部的过电压
内部过电压一般不会超过正常运行时相电压的3~4倍，对线路和电气设备的威胁不是很大
② 雷电过电压 又称外部过电压
由于电气系统的设备或建筑物遭受来自大气的雷击或雷电感应引起的过电压
直接雷击 间接雷击 高电位侵入 接闪器 ： 避雷针、避雷线、避雷带或避雷网
避雷针是专门用来接受直接雷击的金属物体，避雷针有引雷的作用，雷电被吸引到避雷针本身，然后经引下线和接地装置将雷电流引入地下，从而保护了线路、设备及建筑物等。
3.电气设备的接地、接零保护
①工作接地
是为了电路或设备达到运行要求的一种接地方式。 如：电力系统中性点直接或经阻抗（消弧线圈）的接地
防雷装置的接地
②保护接地
是为了在系统故障时保障人身安全、防止触电事故而进行的一种接地方式。
③ 保护接零
保护接零是指为了达到保护接地要求而采取的电气设备外露可导电部分接PEN线（零线）或PE线（保护线或地线）的方式。在保护接零系统中，若发生单项短路故障时，电流很大，线路的保护装置动作，切除故障，系统其他部分正常运行。
同一个系统中，只能采取同一种保护方式，否则如果保护接地的设备发生碰壳短路时，零线PEN线的点位将升高，从而使接零的设备外壳均带上危险的电位。
④ 重复接地
在TN系统中，为了避免PEN线或PE线断线带来的隐患（即此时发生一相碰壳，设备外壳电压将接近相电压对地电压），所以重复接地。
⑤ 接地电阻
接地线和接地体的电阻与接地体的流散电阻之和，接地线和接地体的电阻相对于流散电阻小到忽略不计。
供配电系统接地电阻不小于10欧；控制系统不小于4欧。
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