企业供电与安全用电.ppt

电工理论及技术,2010年,遵义师范学院：吴有林主讲,第12章 工厂供电与安全用电,在本章中，我们要掌握下面的基本知识。 关于电力系统的基本知识 工厂电力负荷的计算方法 工厂供电系统的组成 安全用电与节约用电,12.1 电力系统的基本知识,电能是由发电厂生产的。由发电厂发出的电能，经过升压变压器升压后，再经输电线路传输，这就是所谓的高压输电。电能经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压后分配给用户。这样，就完成一个发电、变电、输电、配电和用电的全过程。我们把连接发电厂和用户之间的环节称为电网。把发电厂、电网和用户组成的统一整体称为电力系统 。 下面是电力系统简图,电网系统简图,12.1.1 发电厂,发电厂是生产电能的工厂，它把非电形式的能量转换成电能，它是电力系统的核心。根据所利用能源的不同，发电厂分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。,12.1.2 电 网,电网，是联接发电厂和电能用户的中间环节，由变电(站)所和各种不同电压等级的电力线路组成。它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到用电用户。其中，电力线路是输送电能的通道，是将发电厂、变电所和电力用户联系起来的纽带；变配电（站）所是变换电压、接受电能和分配电能的场所，一般可分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所是将低电压变换为高电压，一般建在发电厂附近；降压变电所是将高电压变换为一个合理、规范的低电压，一般建在靠近负荷大区中心的地点。,12.1.3 电力用户,电力用户是电力系统中的用电负荷，电能的生产和传输最终是为了用户使用。不同的用户，对供电可靠性的要求不一样。根据用户对供电可靠性的要求及中断供电造成的危害或影响的程度，我们把用电负荷分为三级： （1）一级负荷是中断供电将造成人身伤亡并在政治、经济上造成重大损失的用电负荷。比如中央政府机关，大型炼钢厂等 （2）二级负荷是中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱，需较长时间才能,恢复，在政治、经济上造成较大损失的负荷。 （3）三级负荷不属于一级和二级负荷的一般负荷，即为三级负荷。在上述三类负荷中，一级负荷一般应采用两个独立电源供电，其中，一个为备用电源。对一级负荷中特别重要的，除采用两个独力电源外，还应增设应急电源。应急电源一般采用柴油发动机组。对于二级负荷，一般由两个回路供电，两个回路的电源线应尽量引自不同的变压器或两段母线。对于三级负荷无特殊要求，采用单电源供电即可。,要求：工厂把接受的电能进行降压，然后再分配。 做好节能工作 因此做好工厂供电工作，降低产品成本，使企业取得良好的经济效益有重大意义。保证工厂生产和生活用电的需要，这就需要有合理的工厂供电系统。合理的供电系统需达到以下基本要求：,12.2 工厂供电概述,12.2.1 工厂供电的意义和要求,（1）安全：在电能的分配和使用中，不应发生人身和 设备事故； （2）可靠：应满足电能用户对供电的可靠性的要求； （3）优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求； （4）经济：供电系统投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和有色金属的消耗。在设计供电时，应合理地处理局部和全部、当前和长远的关系，既要照顾局部和当前利益，又要顾全大局，以适应发展要求。,12.2.2 工厂供电系统组成,大型工厂供电系统分高压和低压两大块，如图,（中小型工厂无）,工厂高压配电线路主要用来在厂区内输送和分配电能。高压配电线路应尽可能采用架空线路，因为架空线路建设投资少且便于检修维护。但在厂区内，由于对建筑物距离的要求和管线交叉、腐蚀性气体等因素的限制，不便于架设架空线路时，可以敷设地下电缆。 工厂低压配电线路主要用来向低压用电设备输送、分配电能。户外低压配电线路一般采用架空线路，因为架空线路与电缆相比有较多优点，如成本低、投资少、安装容易、维护和维修方便、易于发现和排除故障。电缆线路与架空线路相比。,虽具有成本高，投资大、维修不便等缺点，但是它具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面空间、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜采用架空线路时，则只有敷设电缆线路，随着经济发展，在现代化工厂中，电缆线路得到了越来越广泛的应用,12.2.3 工厂电力负荷的计算,1. 负荷计算的目的 工厂从事产品生产的原动力主要依靠电能。工厂所使用的电能一般取自电网，通过企业的各级变配电所经过变压以后，分配到各用电设备。而各级变配电所的变压器容量以及其他主要电气设备容量的计算和选择是保证工厂供电安全、可靠、经济的重要前提。进行电力负荷计算是正确选择工厂各级电气设备的依据。需要计算的电力负荷有： 1） 流过总降压变电站和车间变电站的电力变压器的负荷,电流及视在功率，是选择这两级电力变压器的依据。 2） 流过变电站各主要电气设备，如断路器、隔离开关，母线、熔断器的负荷电流，是选择这些设备的依据。 3） 流过各条线路，如电源进线，高低压配电线路的负荷电流，是选择这些线路的导线或电缆的截面的依据。 2. 有关电力负荷的几个概念 一、工厂用电设备的工作制 工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：,（1）连续工作制 这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电动机-发电机组、电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的 （2）短时工作制 这类工作制的设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）、控制闸门的电动机等。 （3）断续周期工作制 这类工作制的设备周期性,地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，都不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。 断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率），是对应于额定负荷持续工作的。如果实际运行的负荷持续，则实际容量应按同一周期内等效发热条件进行换算。其计算容量是将在额定负荷持续率下的铭牌容量换算到实际负荷持续率下的实际容量。容量换算的公式如下：,如果是一个规定的负荷持续率，就是对应此标称持续率下的容量。 二、 负荷曲线 负荷曲线是表征电力负荷随时间变动的一条曲线。它绘在直角坐标系上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。按负荷性质分，有有功和无功负荷曲线。按所表示的负荷变动时间，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。,三、与负荷曲线相关的量 （1）年最大负荷 是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过23次）消耗电能最大的半小时的平均功率。因此年最大负荷也称为半小时最大负荷。 （2）年最大负荷利用小时 是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷（或）持续运行所消耗的电能，等于该电力负荷全年实际消耗的电能。 （3）平均负荷和负荷系数 就是电力负荷在一定时间t 内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间t 内消,消耗的电能，除以时间t的值，即,负荷系数是电负荷的平均负荷PaV与其最大负荷Pmax的比值，即,3、需要系数法 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷(亦即年最大负,负荷)是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。目前大多数供电书籍都借用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流，相应地表示为 (1) 基本公式 按需要系数法确定三相用电设备组计算各负荷的基本公式为,式中，,为设备组的需要系数，其中,是同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与,全部设备容量之比,为设备组的负荷系数，,即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比：,为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时,输出功率与取用功率之比；,为配电线路的平均,效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率(亦即设备组取用功率)与首端功率(亦即计算负荷)之比。,是用电设备组所有设备(不包含备用的,设备)的额定容量之和。,计算电流为： 对于一台三相异步电动机，其计算电流应取其额定电流，即 负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”( kW ) ，无功功率为“千乏”( kvar ) 视在功率为“千伏安”( kVA ) ，电流为“安”(A)，电压为“千伏”(kV）。 例11.1 已知某机修车间的金属切削机床组，拥有380V的三相电动机7.5kW 6台，4kW 9台，3kW 20台，1.5kW 10台。试求其计算用电负荷。,解：此机床组电动机的总容量为 156 由已知条件得 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流：,2）设备容量的计算 需要系数法基本公式中的设备容量，不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。 1. 对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组，其设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和。 2. 对断续周期工作制的用电设备组 设备容量是将所有设备的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量，然后求和。容量换算的公式 断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要求如下： （1）电焊机组要求容量统一换算到，因此上式可得换算后的设备容量为,电焊机的铭牌负荷持续率有20%、40%、50%、60%、75%、100%等多种。 （2）吊车电动机组要求容量统一换算到，因此由式（11.2）可得换算后的设备容量为 式中为吊车电动机的铭牌容量；为与铭牌容量对应的负荷持续率，为其值等于25的负荷持续率。,3）多组用电设备计算负荷的确定 确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计人一个同时系数（又称参差系数或综合系数）和。 对车间干线，取 对低压母线，分两种情况,（1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取,（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取,总的有功计算负荷为 总的无功计算负荷为,以上两式中的和分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。,总的视在计算负荷为 总的计算电流是 注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。 4 用二项式法确定计算负荷 基本公式 二项式法的基本公式是,第一项 表示用电设备组的平均功率，其中 是用电设备组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述； 表示用电设备组中x台容量最大的设备投人运行时增加的附加负荷，其中 是x 台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。 其余的计算负荷 的计算与前述需要系数法的计算相同。 其中的b、c、x可以查有关手册。 二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投人运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。,但是二项式计算系数b、c和x的值，缺乏充分的理论根据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。 按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果稍大，特别是在设备台数较少的情况下。供电设计的经验说明，选择低压干线或支线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜。,12.3 安全用电,人体触及带电体或高压电场承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象称为触电。人体触电分两种情况。一是雷击或高压触电，较大安培数量级的电流通过人体所产生的热效应、化学效应和机械效应，将使人的肌体遭受严重的电灼伤、组织碳化坏死以及其他难以恢复的永久性伤害。由于高压触电多发生在人体尚未接触到带电体时，在肢体受到电灼伤的同时，强烈的电刺激将使肢体痉挛收缩而脱离电源，所以高压触电以电伤者居多。但在特殊场合，由于不能自主脱离电源，将导致迅速死亡的严重后果。,另一种是低压触电，在数十到数百毫安电流的作用下，使人体产生病理生理性反应，轻的有针刺的感觉，或出现肌肉痉挛，产生麻电感觉，重者会造成呼吸困难，心脏麻痹，甚至导致死亡。 人体触电伤害程度主要取决于流过人体电流的大小和电击时间长短等因素。我们把人体触电后最大的摆脱电流，称为安全电流。我国规定安全电流为30mA，即触电时间在1s内，通过人体的最大允许电流为30mA。人体触电时，如果接触电压在36V以下，通过人体的电流就不致超过30mA，故安全电压通常规定为36V,但在潮湿地面和能导电的厂房，安全电压则规定为24V或12V。下面介绍常见的几种触电情况。,12.3.1 单相触电,在人体与大地之间互不绝缘情况下，人体的某一部位触及到三相电源线中的任意一根导线，电流从带电导线经过人体流入大地而造成的触电伤害。单相触电又可分为中性线接地和中性线不接地两种情况。 1） 中性点接地电网的单相触电 在中性点接地的电网中，发生单相触电的情形如图11.6（a）所示。这时，人体所触及的电压是相电压，在低压动力和照明线路中为220V。电流经相线、人体、大地和中性点接地装置而形成通路，触电的后果往往很严重。,2） 中性点不接地电网的单相触电 在中性点不接地的电网中，发生单相触电的情形如图11.6（b）所示。当站立在地面的人手触及某相导线时或距离较近时，由于相线与大地间存在分布电容，另外两相的对地电容、人体和接触的相线构成回路，造成触电。一般说来，电压越高，距离越近，其危险性越大。,图11.6 单相接地触电示意图 （a）中性点接地系统的单相触电；（b）中性点不接地系统的单相触电,两相触电，也叫相间触电，这是指在人体与大地绝缘的情况下，同时接触到两根不同的相线，或者人体同时触及到电气设备的两个不同相的带电部位时，电流由一根相线经过人体到另一根相线，形成闭合回路。两相触电比单相触电更危险，因为此时加在人体上的是线电压。,12.3.2 两相触电,12.3.3 跨步电压触电,当电气设备的绝缘损坏或线路的一相断线落地时，落地点的电位就是导线的电位，电流就会从落地点（或绝缘损坏处）流入地中。离落地点越远，电位越低。根据实际测量， 在离导线落地点20m以外的地方，由于入地电流非常小，地面的电位近似等于零。如果有人走近导线落地点附近，由于人的两脚电位不同，则在两脚之间出现电位差，这个电位差叫作跨步电压。离电流入地点越近，则跨步电压越大；离电流入地点越远，则跨步电压越小，在20m以外，跨步电压很小，可以看作为零。当发现跨步电压威胁时，应赶快把双脚并在一起，或赶快用一条腿跳着离开危险区，否则，因触电时间长，也会导致触电死亡。,12.3.4 接触电压触电,导线接地后，不但会产生跨步电压触电，还会产生另一种形式的触电，即接触电压触电。由于接地装置布置不合理，接地设备发生碰壳时造成电位分布不均匀而形成一个电位分布区域。在此区域内，人体与带电设备外壳相接触时，便会发生接触电压触电。接触电压等于相电压减去人体站立点的电压。人体站立离接地点越近，则接触电压越小，反之就越大。当站立点距离接地点20m以外时，地面电压趋近于零，接触电压为最大，约为电气设备的对地电压，即220V。 触电事故总是突然发生的，但触电者一般不会立即死亡，往往是“假死”，现场人员应该当机立断，迅速使触电者脱离电源，立即运用正确的救护方法加以抢救。,12.3 .5 保护接地和保护接零,电气设备在使用中，若设备绝缘损坏或击穿而造成外壳带电，人体触及外壳时有触电的可能。为此，电气设备的外壳必须与大地进行可靠的电气连接，即接地保护，使人体免受触电的危害。,1. 保护接地的概念及原理,1）保护接地的概念 按功能分，接地可分为工作接地和保护接地。工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，比如电源中性点的接地，防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能。保护接地是指为保证人身安全，防止间接触电而将的设备外露可导电部分接地。在中性点不接地系统中，设备外露部分（金属外壳或金属构架），必须与大地进行可靠电气连接，即保护接地。 接地装置由接地体和接地线组成，埋入地下直接与大地接触的金属导体，称为接地体，连接接地体和电气设备接地螺栓的金属导体称为接地线。接地体的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。,2）保护接地的原理,图11.7 保护接地原理 （a）无接地； （b）有接地,在中性点不接地系统中，如果设备外壳不接地且意外带电，外壳与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过，如图11.7（a）所示。人体就遭受触电危害。如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻比接地体电阻大得多，人体电阻的下限一般取1700，接地电阻通常小于4，流过人体的电流很小，这样就完全能保证人体的安全，如图11.7（b）所示。 保护接地适用于中性点不接地的低压电网。在中性点不接地电网中，由于单相对地电流较小，利用保护接地可使人体避免发生触电事故。但在中性点接地电网中，由于单相对地电流较大，保护接地就不能完全避免人体触电的危险，而要采用保护接零。,2. 保护接零的概念及原理,1）保护接零的概念 在电源中性点接地的系统中，将设备需要接地的外露可导电部分与电源中性线直接连接，相当于设备外露部分与大地进行了电气连接。我国习惯上称为保护接零。 2）保护接零的工作原理 当设备发生单相碰壳时，外露可导电部分的电位与大地相同，人体触及外壳相当于触及零线，无危险。采用保护接零时，应注意不宜将保护接地和保护接零混用，而且中性点工作接地必须可靠，不能断线。 3）重复接地 在电源中性线直接接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需按下列地点将中性线或接地线重复接地：对于架空线路终端及沿线每隔1kM处；电缆和架空线引入车间和其他建筑物处。,因为在该系统中，一旦中性线断线，设备外露部分带电，人体触及同样会有触电的可能。而在重复接地的系统中，即使出现中性线断线，但外露部分因重复接地而使其对地电压大大下降，对人体的危害也大大下降。不过应尽量避免中性线或接地线出现断线的现象。 保护接零适用于电压为220V/380V、中性点直接接地的三相四线制系统。在这种系统中，凡是由于绝缘破坏或其它原因可能出现危险电压的金属部分，均应采取接零保护（有另行规定者除外）。,3. 漏电保护,漏电保护为近年来推广采用的一种新的防止触电的保护装置。在电气设备中发生漏电或接地故障而人体尚末触及时，漏电保护装置已切断电源；或者在人体已触及带电体时，漏电保护器能在非常短的时间内切断电源，减轻对人体的危害。,