电气丨低压配电系统基础知识

2019-05-0718:51:22 发表评论 64

传统上我们常会将电力系统划分为发电、输电和配电三大组成系统。即发电系统发出的电能经由输电系统的输送,最后由配电系统分配给各个用户。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户,它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量,因而在电力系统中具有重要的地位。那么谈及配电系统就需要基础的知识储备,接下来我会从四个方面进行讲解。

一、配电系统的构成

供配电系统由总降压变电所(高压配电所)、高压配电线路、车间变电所、低压配电电线路及用电设备组成。

电能是人们生产和生活的重要能源,属于二次能源。将电力系统中从降压配电变电站(高压配电变电站)出口到用户端的这一段系统称为配电系统。配电系统是由多种配电设备(或元件)和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统。电力系统主要由发电设备、升压及降压变电站、电力线路、用电设备及保护、测控设备组成。

发电厂是将一次能源(如水力、火力、风力、原子能等)转换成二次能源(电能)的场所。我国目前主要以火力和水力发电为主,近年来在原子能发电能力上也有很大提高,相继建成了广东大亚湾、浙江秦山等核电站。电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体,称为电力网,简称电网。它包含变电、输电、配电三个单元。电力网的任务是输送与分配电能,改变电压。电力网是电力系统的有机组成部分,它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线路。

低压配电系统基础知识

但是,电能在传输过程中会发生损耗,当线路搭建完成,线路的阻抗,发电机的功率也是固定的,P=U*I,P1=I2*R,得出,电压越高,电流越小,而电流越小,P1线路损耗越小。

因此日常生活中,为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求,需要对发电机的端电压进行多次变换。其中配电系统又可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部分,各个系统对应不同的电压等级, 也对应配电网中各个不同的环节,所以电压的界分尤为重要。

二、电压分类

在电力系统中,1kV以上为高压,1kV以下为低压

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《安规》(电力安全工作规程,电力系统中最重要的一本必修书,所有有关进行电力有关的从业人员的必修书)中规定1000V及其以上者为高压设备,1000V以下就为低压。(老规定是按250V为分界点的)。通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路:将35~220kV的输电线路称为高压线路(HV),330~750kV的输电线路称为超高压线路(EHV),750kV以上的输电线路称为特高压线路(UHV)。10kV及其以下的电压线路称为配电线路:将额定1kV以上电压称为“高电压”,额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。

目前发电厂输出的交流电压有:10.5kV,35kV,60kV,110kV,220kV,330kV,500kV,750kV,1000kV。发电机发出的电力一般通过变压器升压后送到电网,这个电压要根据电厂在电网中的位置、电厂的容量及附近电网的电压状况而定,一般中小型电厂的输出电压为110-330kV,大容量发电厂输出电压为500-750kV,个别的大容量电厂,1000kV电压出线。

送电(输电)线路是指将电能远距离输送的线路,要求线路损耗小,所以采用高电压,小电流的输送方式。常用电压有35kV,110kV,220kV等。而配电线路是将电压变换成合适电压后使用,要求安全,所以常用的电压是10kV,380V/220V。送电线路的任务是输送电能,并联络各发电厂,变电站(所)使之并列运行,实现电力系统联网,并能实现电力系统间的功率传递。高压输电线路是电力工业的大动脉,是电力系统的重要组成部分。我国输电线路的电压等级有:35kV,66kV,110kV,(154kV),220kV,330kV,500kV,750kV,±800kV,1000kV;把发电厂生产的电能,经过升压变压器输送到电力系统中,降压变压器的电力线路和用电单位的35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。

变电所与配电所是为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求,需要对发电机的端电压进行多次变换。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所,可分为升压变电所和降压变电所两大类。配电所不具有电压变换能力。电力线路是输送电能的通道。由于发电厂与电能用户相距较远,所以要用各种不同电压等级的电力线路将发电厂、变电所与电能用户之间联系起来,使电能输送到用户。

那么有人就会提问了,为什么要将孤立运行的发电厂互相连接向用户供电,直接供电岂不简单方便?

但你有没有考虑过,在电力系统中,如果每个发电厂孤立地向用户供电,其可靠性不高,当某个发电厂发生故障时,该地区就被迫停电。因此为了提高供电的安全性、可靠性、连续性、经济性、并提高设备的利用率,减少整个地区的总备用容量,经常会把许多的发电厂、电网和终端用户连成一个整体,这个整体就是电力系统。而低压配电系统则是电力系统其中一部分,它通常处于电力系统的末端,更加靠近终端电力用户。

低压配电系统基础知识
低压配电系统基础知识
从发电厂到用户的送电过程示意图

三、高压配电系统电器分类

高压配电方式是指从区域变电所,将35kV以上的高压降到6~10kV高压送至企业变电所及高压用电设备的接线方式,称为高压配电。配电网的基本接线方式有三种,放射式、树干式及环状式。

高压电器按结构形式分为单极式和三极式;按使用场所分为户内式和户外式;按用途和功能又分为开关电器、限制电器、变换电器和组合电器。使用中以后一种方式比较常见。

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(1)开关电器,主要有高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器、高压负荷开关和接地开关。

高压断路器—DK又称高压开关,能接通、分断承载线路正常电流,也能在规定的异常电路条件下(例如短路)和定时间内接通、分断承载电流的机械式开关电器。机械式开关电器是用可分触头接通和分断电路的电器的总称。

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高压隔离开关—G用于将带电的高压电工设备与电源隔离,一般只具有分合空载电路的能力,当在分断状态时,触头具有明显可见的断开位置,以保证检修时的安全。高压熔断器俗称高压保险丝,用于开断过载或短路状态下的电路。

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高压负荷开关—FW用于接通或断开空载、 正常负载和过载下的电路,通常与高压熔断器配合使用。

高压熔断器—RN,俗称保险。当线路中电流超过一定的限度或出现短路故障时能够自动开断电路。电路断开后,熔断器必须人工更换部件后才能再次使用。

接地开关用于将高压线路人为接地造成对地短路。通常装在降压变压器的高压侧,当用电端发生故障,但故障电流不很大,不足以使送电端的断路器动作时,接地短路器能自动合闸,造成人为接地扩大故障电流,使送电端断路器动作而分闸,切断故障电流。

(2) 限制电器:主要有电抗器、避雷器。电抗器依靠线圈的感抗起阻碍电流变化作用的电器。电抗器—L可按用途、按有无铁心和按绝缘结构分类。

按制途分为3种。①限流电抗器:串联在电力电路中,用水限制短路电流的数值。②并联电抗器:般接在超高压输电线的末端和地之间,用来防止输电线由于距离很长而引起的工频电压过分升高,还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相电压、自励磁及非全相运行下的谐振状态等方面。③消弧电抗器:又称消弧线圈,接在三相变压器的中性点和地之间,用以在三相电网的相接地时供给电感性电流,来补偿流过接地点的电容性电流,使电弧不易持续起燃,从而消除由于电弧多次重燃引起的过电压。

按有无铁心可分为2种。①空心式电抗器:线圈中无铁心,其磁通全部经空气闭合。②铁心式电抗器;其磁通全部或大部分经铁心闭合。铁心式电抗器工作在铁心饱和状态时,其电感值大大减少,利用这特性制成的电抗器叫饱和式电抗器。

按绝缘结构又可分为2种。①干式电抗器:其线圈敞露在空气中,以纸板、木材、层压绝缘板、水泥等固体绝缘材料为对地绝缘和匝间绝缘。②油浸式电抗器:其线圈装在油箱中,以纸、纸板和变压器油作为对地绝缘和匝间绝缘。

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并联电抗器

避雷器—BL:一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量,保护电工设备免受瞬时过电压危害,又能截断续流,不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线和地之间,与被保护设备并联。.当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷,限制过电压幅值,保护设备绝缘;当电压值正常后,避雷器又迅速恢复原状,以保证系统正常供电。

(3)变换电器:又称互感器。按比例变换电压或电流的设备。分为电压互感器—YH和电流互感器—LH两大类。互感器的功能是:将高电压或大电流按比例变换成标准低电压( 100V或100/DV)或标准小电流(5A或1A,均指额定值),以便实现测量仪表、保护设备和自动控制设备的标准化、小型化。此外,互感器还可用于隔离开高电压系统,以保证人身和设备的安全。

(4)组合电器:将两种或两种以上的电器,按接线要求组成一个整体而各电器仍保持原性能的装置。组合电器结构紧凑,外形及安装尺寸小,使用方便,且各电器的性能可更好地协调配合。

四、低压配电系统分类

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1)一级配电设备,统称为动力配电中心。它们集中安装在企业的变电站,把电能分配给不同地点的下级配电设备。这一级设备紧靠降压变压器,故电气参数要求较高,输出电路容量也较大。

2)二级配电设备,是动力配电柜和电动机控制中心的统称。动力配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合;电动机控制中心用于负荷集中、回路较多的场合。它们把上一级配电设备某一电路的电能分配给就近的负荷。这级设备应对负荷提供保护、监视和控制。

3)末级配电设备总称为照明动力配电箱。它们远离供电中心,是分散的小容量配电设备.

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低压配电系统

在此普及下建筑施工现场的低压配电方式;临时用电就是在某个地方施工需要用电,一级配电箱就是从变压器引入三相电源,地线,零线。二级配电箱;就是从一级配电箱电源线至临时用电,三级配电箱;就是电器设备自身的控制柜。

这是临时用电的方式,其中对于低压配电中设备的选取与常用配电不尽相同。我们做个假设:有一个新建的小区引进一条10kV进线,建了一个配电室,从变压器低压端出线0.4kV到配电柜(一级配电柜),再引出线到每栋楼的配电箱(二级配电箱),再出线到每个单元楼的配电柜(三级配电),最终入户。一般一级配电不允许直接带用电设备,二级配电后面会带动力设备,因为它是三相电,三级配电就是市电了(220V)。至于里面的设备有一定的差异:一级配电柜里面一般有隔离刀闸、断路器、漏电保护器等,二级里面是一个大的三相断路器、三级是单相的断路器。当然这是举例子,要根据不同的用电负荷来选设备。

配电系统供电可靠性是电力系统可靠性的一个重要组成部分,也是最为关键和直接的部分。配电网在电力系统和用户之间的地位,决定了配电网应该得到应有的重视,随着近几年来电网改造与建设步伐的加快,配电网络也有了较大的发展,但还存在没有得到合理的规划,配电线路长,节点多,结构复杂;设备陈旧,供电可靠性和转换率不高等问题,所以对于配电系统的学习与研究还需努力。

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