第 6 章 工厂供电与安全用电
6.1 电力系统的基本知识
6.2 工厂供电概述
6.3 触电
6.4 安全用电
6.5 节约用电返回主目录第 6 章工厂供电与安全用电
6.1电力系统的基本知识电能是由发电厂生产的 。 发电厂一般建在燃料,水力丰富的地方,而和电能用户的距离一般又很远 。 为了降低输电线路的电能损耗和提高传输效率,由发电厂发出的电能,要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应用 。 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力网 。 把发电厂,电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,如图 6 - 1 所示 。
图 6 -1电力系统示意图
~
输电线路 电能用户电力网电力系统发电机 升压变压器 降压变压器
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 。
水力发电厂,简称水电站,它是利用水流的位能来生产电能的 。 当控制水流的闸门打开时,强大的水流冲击水轮机,
使水轮机转动,水轮机带动发电机旋转发电 。 其能量转换过程是：水流位能 → 机械能 → 电能 。
火力发电厂,简称火电厂,它是利用燃料的化学能来生产电能的 。 通常的燃料是煤 。 在火电厂,煤被粉碎成煤粉,煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧,将锅炉内的水加热成高温高压的蒸汽,蒸汽推动汽轮机转动,汽轮机带动发电机旋转发电 。 其能量的转换过程是：煤的化学能 → 热能 → 机械能 → 电能 。
核能发电厂,通常称核电站,它是利用原子核的裂变能来生产电能的 。 其生产过程与火电厂基本相同,只是以核反应堆代替了燃煤锅炉,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 → 电能 。 由于核能是巨大的能源,而且核电站的建设具有重要的经济和科研价值,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正逐年增长 。
风力发电厂,就是利用风力的动能来生产电能的,它建在有丰富风力资源的地方 。 地热发电厂,就是利用地球内部蕴藏的大量地热来生产电能的,
地方 。
太阳能发电厂,就是利用太阳光的热能来生产电能的 。 太阳能发电厂建在常年日照时间长的地方 。
2.
电力网是联接发电厂和电能用户的中间环节,由变电所和各种不同电压等级的电力线路组成 。 如图 6 - 2 所示,它的任务是将发电厂生产的电能输送,变换和分配到电能用户 。 其中,电力线路是输送电能的通道,是电力系统中实施电能远距离传输的环节,是将发电厂,变电所和电力用户联系起来的纽带； 变电所是接受电能,变换电压和分配电能的场所,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；降压变电所是将高电压变换为一个合理,规范的低电压,一般建在靠近负荷中心的地点 。
图 6 -2电网示意图
G
~
G
~
G
~
G
~
G
~
地区变电所
G
~
2 2 0 ~ 3 3 0 k V
G
~
G
~
大型水电站
( 或核电站 )
地区变电所
6 ~ 1 0 k V
电网水电厂枢纽变电所
2 2 0 ~ 3 3 0 k V
区域电网
2 2 0 ~ 5 0 0 k V
超高压输电线
6,3 k V
热电厂
6 k V
2 2 0 ~ 3 8 0 V
2 2 0 ~ 3 3 0 V
6,3 k V
2 2 0 / 3 8 0 V
3
5
~
1
1
0
k
V
用户变电所
6 ~ 1 0 k V
配电线路车间变电所工厂总降压变电所
3
5
~
1
1
0
k
V
地方电网电力网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,电压一般在 220 kV以上 。 地方电网的范围小,最高电压不超过 110 kV。
电力网按其结构方式可分为开式电网和闭式电网 。 用户从单方向得到电能的电网称为开式电网；用户从两个及两个以上方向得到电能的电网称为闭式电网 。
3.
电力用户是指电力系统中的用电负荷,电能的生产和传输最终是为了供用户使用 。 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 。
一级负荷为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 。
（ 2） 二级负荷 。
二级负荷为中断供电将造成主要设备损坏,大量产品被废,
连续生产过程被打乱,需较长时间才能恢复从而在政治,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,一个系统为备用电源 。
对特别重要的一级负荷,除采用两个独力电源外,还应增设应急电源 。 对于二极负荷,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 。
4.
(1) 电能的生产,输送,分配和消费是同时进行的 。
(2) 系统中发电机,变压器,电力线路和用电设备等的投入和撤除都是在一瞬间完成的,所以,系统的暂态过程非常短暂 。
6.2
一,工厂供电的意义和要求工厂是电力用户,它接受从电力系统送来的电能 。 工厂供电就是指工厂把接受的电能进行降压,然后再进行供应和分配 。 工厂供电是企业内部的供电系统 。
工厂供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,并做好节能工作,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：
（ 1） 安全,在电能的供应分配和使用中,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要求 ;
（ 3） 优质,应满足电能用户对电压和频率的质量要求 ;
（ 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材料 。
此外,在供电工作中,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 。
二,
工厂供电系统由高压及低压两种配电线路,变电所 （ 包括配电所 ） 和用电设备组成 。 一般大,中型工厂均设有总降压变电所,把 35~110 kV电压降为 6~10 kV电压,向车间变电所或高压电动机和其他高压用电设备供电,总降压变电所通常设有一两台降压变压器 。
在一个生产车间内,根据生产规模,用电设备的布局和用电量的大小等情况,可设立一个或几个车间变电所 （ 包括配电所 ）,也可以几个相邻且用电量不大的车间共用一个车间变电所 。 车间变电所一般设置一两台变压器 （ 最多不超过三台 ）,其单台容量一般为
1000 kVA或 1000 kVA以下 （ 最大不超过 1800 kVA）,
将 6~10 kV电压降为 220 V/380 V电压,对低压用电设备供电 。
一般大,中型工厂的供电系统如图 6 - 3 所示 。
小型工厂,所需容量一般为 1000 kVA或稍多,因此,
只需设一个降压变电所,由电力网以 6~10 kV电压供电,其供电系统如图 6 - 4 所示 。
变电所中的主要电气设备是降压变压器和受电,配电设备及装置 。 用来接受和分配电能的电气装置称为配电装置,
其中包括开关设备,母线,保护电器,测量仪表及其他电气设备等 。 对于 10 kV及 10 kV以下系统,为了安装和维护方便,
总是将受电,配电设备及装置做成成套的开关柜 。
图 6-3大,中型工厂供电系统图
S T SS T S S T S S T SS T S
6 ~ 10 kV
高压配电线高压配电所
(H D S )
总降压变电所电源进线 电源进线
35 ~ 22 0 kV
( H S S )
车间变电所
2 2 0 V / 3 8 0 V 用电设备图 ６ -
(a) 装有一台变压器； (b) 装有两台变压器
2 2 0 / 3 8 0 V
6 ~ 1 0 k V
电源进线
C C
6 ~ 1 0 k V
电源进线
2 2 0 / 3 8 0 V
各车间用电设备
( a ) ( b )
工业企业高压配电线路主要作为厂区内输送,分配电能之用 。 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,可以敷设地下电缆线路 。
工业企业低压配电线路主要作为向低压用电设备输送,
分配电能之用 。 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 。 在车间内部则应根据具体情况,
或用明敷配电线路或用暗敷配电线路 。
在工厂内,照明线路与电力线路一般是分开的,可采用
220 V/380 V三相四线制,尽量由一台变压器供电 。
6.3
当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象称为触电 。 触电依伤害程度不同可分为电击和电伤两种 。
电击是指电流触及人体而使内部器官受到损害,它是最危险的触电事故 。 当电流通过人体时,轻者使人体肌肉痉挛,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 。
电击多发生在对地电压为 220 V的低压线路或带电设备上,因为这些带电体是人们日常工作和生活中易接触到的 。
电伤是由于电流的热效应,化学效应,机械效应以及在电流的作用下使熔化或蒸发的金属微粒等侵入人体皮肤,使皮肤局部发红,起泡,烧焦或组织破坏,严重时也可危及人命 。 电伤多发生在 1000 V及 1000 V以上的高压带电体上,它的危险虽不像电击那样严重,但也不容忽视 。 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
30 mA·s,即触电时间在 1 s内,通过人体的最大允许电流为 30 mA。 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 30 mA,故安全电压通常规定为 36 V,但在潮湿地面和能导电的厂房,安全电压则规定为 24 V或 12 V。
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)
在中性点接地的电网中,发生单相触电的情形如图 6-5（ 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 220 V。 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 。
图 6- 5
(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
A
B
C
O
C
A
B
C
( a ) ( b )
2）
在中性点不接地的电网中,发生单相触电的情形如图 6 - 5
（ b） 所示 。 当站立在地面的人手触及某相导线时,由于相线与大地间存在电容,所以,有对地的电容电流从另外两相流入大地,
并全部经人体流入到人手触及的相线 。 一般说来,导线越长,
对地的电容电流越大,其危险性越大 。
2.
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,如图 6 - 6 所示 。 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 。
图 6- 6两相触电示意图
A
B
C
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 20 m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 20 m以外,跨步电压很小,可以看作为零 。
跨步电压触电情况,如图 6 - 7 所示 。 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 。
图 6 - 7跨步电压触电示意图
U
S
跨步电压
Ⅰ
Ⅱ
2 0 m
A
B
C
4.
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,如图 6 - 8 所示 。
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地面点的电压 。 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 20 m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 220 V。
触电事故虽然总是突然发生的,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 。
图 6- 8 接触电压触电示意图
B
C
D
D
4 0 m 以上
SO
U
xg
2
xg
U
R
0
＝ R
d
2
xg
U
6.4 安全用电一,
但在使用电能的过程中,如果不注意用电安全,可能造成人身触电伤亡事故或电气设备的损坏,甚至影响到电力系统的安全运行,造成大面积的停电事故,使国家财产遭受损失,给生产和生活造成很大的影响 。 因此,我们在使用电能时,必须注意安全用电,以保证人身,设备,电力系统三方面的安全,防止发生事故 。
二,安全用电措施安全用电是指在保证人身及设备安全的条件下,应采取的科学措施和手段 。 通常从以下两方面着手 。
1.
(1) 安全用电,节约用电,自觉遵守供电部门制定的有关安全用电规定,做到安全,经济,不出事故 。
(2) 禁止私拉电网,禁用,一线一地,接照明灯 。
(3) 屋内配线,禁止使用裸导线或绝缘破损,老化的导线,
对绝缘破损部分,要及时用绝缘胶皮缠好 。 发生电气故障和漏电起火事故时,要立即拉断电源开关 。 在未切断电源以前,不要用水或酸,碱泡沫灭火器灭火 。
(4) 电线断线落地时,不要靠近,对于 6～ 10 kV的高压线路,
应离开落地点 10 m远 。 更不能用手去捡电线,应派人看守,并赶快找电工停电修理 。
(4) 电线断线落地时,不要靠近,对于 6～ 10 kV的高压线路,应离开落地点 10 m远 。 更不能用手去捡电线,应派人看守,
并赶快找电工停电修理 。
(5) 电气设备的金属外壳要接地；在未判明电气设备是否有电之前,应视为有电；移动和抢修电气设备时,均应停电进行；灯头,插座或其他家用电器破损后,应及时找电工更换,
不能,带病,运行 。
(6) 用电要申请,安装,修理找电工 。 停电要有可靠联系方法和警告标志 。
2,技术防护措施为了防止人身触电事故,通常采用的技术防护措施有电气设备的接地和接零,安装低压触电保护器两种方式 。
三,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.
1）
按功能分,接地可分为工作接地和保护接地 。 工作接地是指电气设备 （ 如变压器中性点 ） 为保证其正常工作而进行的接地；保护接地是指为保证人身安全,防止人体接触设备外露部分而触电的一种接地形式 。 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）
在中性点不接地系统中,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 6 - 9（ a） 所示,这样,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,人体电阻通常为 600~1000 Ω,接地电阻通常小于 4Ω,流过人体的电流很小,这样就完全能保证人体的安全,如图 6 - 9（ b） 所示 。
图 6 - 9
(a) 无接地； (b) 有接地
R
r
I
d
Z
I
d
R
r
I
d
Z
I
d
R
b
I
r
( a ) ( b )
保护接地适用于中性点不接地的低压电网 。 在不接地电网中,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)
保护接零是指在电源中性点接地的系统中,将设备需要接地的外露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 。
2)
当设备正常工作时,外露部分不带电,人体触及外壳相当于触及零线,无危险,如图 6 - 10 所示 。 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 。
3)
在电源中性线做了工作接地的系统中,为确保保护接零的可靠,还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地,称为重复接地 。
从图 6 - 11（ a） 可以看出,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,如图 6 - 11（ b） 所示,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 。
图 6-10保护接零原理图
I
D
A
B
C
O
图 6 - 11
断线
U
U
E
＝
I
E
·
R
E
＜
U
U
V
W
P EN
R
E
R
E
I
E
′
I
E
I
E
I
E
重复接地
( b )
危险！
断线
U
U
E
＝
U
U
V
W
P EN
( a )
3.
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,减轻对人体的危害漏电保护器的种类很多,这里介绍目前应用较多的晶体管放大式漏电保护器 。
晶体管漏电保护器的组成及工作原理如图 6 - 12所示,由零序电流互感器,输入电路,放大电路,执行电路,整流电源等构成 。 当人体触电或线路漏电时,零序电流互感器原边中有零序电流流过,在其副边产生感应电动势,加在输入电路上,放大管 V1得到输入电压后,进入动态放大工作区,V1
管的集电极电流在 R6上产压降,使执行管 V2的基极电流下降,
V2管输入端正偏,V2管导通,继电器 KA流过电流启动,其常闭触头断开,接触器 KM线圈失电,切断电源 。
图 6 - 12晶体管放大式漏电保护器原理图
C
3
V
2
V
1
I ＞V
5
KA
V
6
R
6
R
3
C
2
R
4
V
4
V
3C
1
R
5
R
2
R
1 SA
I ＞
KM
KA
KM
KMFU
执行电路 整流电源无电流截止正常触电 放大 导通 得电
KAV
1
V
2
截止输入电路零序电流互感器
L
2
V
7
6.5 节 约 用 电
1,提高电动机的运行水平电动机是工厂用得最多的设备,电动机的容量应合理选择 。
要避免用大功率电动机去拖动小功率设备 （ 俗称大马拉小车 ）
的不合理用电情况,要使电动机工作在高效率的范围内 。
当电动机的负载经常低于额定负载的 40%时,要合理更换,
以避免电动机经常处于轻载状态运行,或把正常运行时规定作
△ 接法的电动机改为 Y接法,以提高电动机的效率和功率因素 。
对工作过程中经常出现空载状态的电气设备 （ 例如拖动机床的电动机,电焊机等 ）,可安装空载自动断电装置,以避免空载损耗 。
2,更新用电设备,选用节能型新产品目前,我国工矿企业中有很多设备 （ 如变压器,电动机,
风机,水泵等 ） 的效率低,耗电多,对这些设备进行更新,换上节能型机电产品,对提高生产和降低产品的电力消耗具有很重要的作用 。 例如,一台 10 kV级 SL7系列节能型 500 kVA的变压器,其空载损耗为 1.08 kW,短路损耗为 6.9 kW。 而旧型号
SL系列 10 kV级 500 kVA的变压器,其空载损耗为 2.05 kW,短路损耗为 8.2 kW。
3,提高功率因数工矿企业在合理使用变压器,电动机等设备的基础上,还可装设无功补偿设备,以提高功率因数 。 企业内部的无功补偿设备应装在负载侧,例如在负载侧装设电容器,同步补偿器等,
可减小电网中的无功电流,从而降低线路损耗 。
所谓两部制电价,就是把电价分成两个部分,其一是基本电价,其二是电度电费 。 基本电价是根据用户的变压器容量或最大需用量来计算,是固定的费用,与用户每月实际取用的电度数无关 。 电度电费则是按用户每月实际取用的电度数来计算,
是变动的费用 。 这两部分电费的总和即为用户全月应付的全部电费,实行两部制电价可以促进用户提高负荷率和设备利用率 。
如果用户的负荷率较低,而变压器的容量又过大,则用户支付的基本电费就较高,反之就较低 。 在用户按不同类别计算出当月全部电费时,按照电力部门的规定,若功率因数高,则可减免部分电费,反之则增收部分电费 。
4,推广和应用新技术,
例如,采用远红外加热技术,可使被加热物体所吸收的能量大大增加,使物体升温快,加热效率高,节电效果好 。 远红外加热技术和硅酸铝耐火纤维材料配合使用,节电效果更佳 。 又如,采用硅整流器或晶闸管整流装置以代替其他整流设备,则可使整流效率提高 。 在工矿企业中有许多设备需要使用直流电源,
如同步电机的励磁电源,化工,冶金行业中的电解,电镀电源,市政交通电车的直流电源等 。 以前这些直流电源大多是采用汞弧整流器或交流电动机拖动直流发电机发电,它们的整流效率低,若改用硅整流器或晶闸管整流装置,则效率可大为提高,节电效果甚为显著 。 此外,采用节能型照明灯,在大电流的交流接触上安装节电消声器 （ 即直流无声运行 ）,加强用电管理和做好节约用电的宣传工作等,也都是节约用电的重要措施 。
6.1 电力系统的基本知识
6.2 工厂供电概述
6.3 触电
6.4 安全用电
6.5 节约用电返回主目录第 6 章工厂供电与安全用电
6.1电力系统的基本知识电能是由发电厂生产的 。 发电厂一般建在燃料,水力丰富的地方,而和电能用户的距离一般又很远 。 为了降低输电线路的电能损耗和提高传输效率,由发电厂发出的电能,要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应用 。 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力网 。 把发电厂,电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,如图 6 - 1 所示 。
图 6 -1电力系统示意图
~
输电线路 电能用户电力网电力系统发电机 升压变压器 降压变压器
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 。
水力发电厂,简称水电站,它是利用水流的位能来生产电能的 。 当控制水流的闸门打开时,强大的水流冲击水轮机,
使水轮机转动,水轮机带动发电机旋转发电 。 其能量转换过程是：水流位能 → 机械能 → 电能 。
火力发电厂,简称火电厂,它是利用燃料的化学能来生产电能的 。 通常的燃料是煤 。 在火电厂,煤被粉碎成煤粉,煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧,将锅炉内的水加热成高温高压的蒸汽,蒸汽推动汽轮机转动,汽轮机带动发电机旋转发电 。 其能量的转换过程是：煤的化学能 → 热能 → 机械能 → 电能 。
核能发电厂,通常称核电站,它是利用原子核的裂变能来生产电能的 。 其生产过程与火电厂基本相同,只是以核反应堆代替了燃煤锅炉,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 → 电能 。 由于核能是巨大的能源,而且核电站的建设具有重要的经济和科研价值,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正逐年增长 。
风力发电厂,就是利用风力的动能来生产电能的,它建在有丰富风力资源的地方 。 地热发电厂,就是利用地球内部蕴藏的大量地热来生产电能的,
地方 。
太阳能发电厂,就是利用太阳光的热能来生产电能的 。 太阳能发电厂建在常年日照时间长的地方 。
2.
电力网是联接发电厂和电能用户的中间环节,由变电所和各种不同电压等级的电力线路组成 。 如图 6 - 2 所示,它的任务是将发电厂生产的电能输送,变换和分配到电能用户 。 其中,电力线路是输送电能的通道,是电力系统中实施电能远距离传输的环节,是将发电厂,变电所和电力用户联系起来的纽带； 变电所是接受电能,变换电压和分配电能的场所,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；降压变电所是将高电压变换为一个合理,规范的低电压,一般建在靠近负荷中心的地点 。
图 6 -2电网示意图
G
~
G
~
G
~
G
~
G
~
地区变电所
G
~
2 2 0 ~ 3 3 0 k V
G
~
G
~
大型水电站
( 或核电站 )
地区变电所
6 ~ 1 0 k V
电网水电厂枢纽变电所
2 2 0 ~ 3 3 0 k V
区域电网
2 2 0 ~ 5 0 0 k V
超高压输电线
6,3 k V
热电厂
6 k V
2 2 0 ~ 3 8 0 V
2 2 0 ~ 3 3 0 V
6,3 k V
2 2 0 / 3 8 0 V
3
5
~
1
1
0
k
V
用户变电所
6 ~ 1 0 k V
配电线路车间变电所工厂总降压变电所
3
5
~
1
1
0
k
V
地方电网电力网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,电压一般在 220 kV以上 。 地方电网的范围小,最高电压不超过 110 kV。
电力网按其结构方式可分为开式电网和闭式电网 。 用户从单方向得到电能的电网称为开式电网；用户从两个及两个以上方向得到电能的电网称为闭式电网 。
3.
电力用户是指电力系统中的用电负荷,电能的生产和传输最终是为了供用户使用 。 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 。
一级负荷为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 。
（ 2） 二级负荷 。
二级负荷为中断供电将造成主要设备损坏,大量产品被废,
连续生产过程被打乱,需较长时间才能恢复从而在政治,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,一个系统为备用电源 。
对特别重要的一级负荷,除采用两个独力电源外,还应增设应急电源 。 对于二极负荷,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 。
4.
(1) 电能的生产,输送,分配和消费是同时进行的 。
(2) 系统中发电机,变压器,电力线路和用电设备等的投入和撤除都是在一瞬间完成的,所以,系统的暂态过程非常短暂 。
6.2
一,工厂供电的意义和要求工厂是电力用户,它接受从电力系统送来的电能 。 工厂供电就是指工厂把接受的电能进行降压,然后再进行供应和分配 。 工厂供电是企业内部的供电系统 。
工厂供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,并做好节能工作,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：
（ 1） 安全,在电能的供应分配和使用中,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要求 ;
（ 3） 优质,应满足电能用户对电压和频率的质量要求 ;
（ 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材料 。
此外,在供电工作中,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 。
二,
工厂供电系统由高压及低压两种配电线路,变电所 （ 包括配电所 ） 和用电设备组成 。 一般大,中型工厂均设有总降压变电所,把 35~110 kV电压降为 6~10 kV电压,向车间变电所或高压电动机和其他高压用电设备供电,总降压变电所通常设有一两台降压变压器 。
在一个生产车间内,根据生产规模,用电设备的布局和用电量的大小等情况,可设立一个或几个车间变电所 （ 包括配电所 ）,也可以几个相邻且用电量不大的车间共用一个车间变电所 。 车间变电所一般设置一两台变压器 （ 最多不超过三台 ）,其单台容量一般为
1000 kVA或 1000 kVA以下 （ 最大不超过 1800 kVA）,
将 6~10 kV电压降为 220 V/380 V电压,对低压用电设备供电 。
一般大,中型工厂的供电系统如图 6 - 3 所示 。
小型工厂,所需容量一般为 1000 kVA或稍多,因此,
只需设一个降压变电所,由电力网以 6~10 kV电压供电,其供电系统如图 6 - 4 所示 。
变电所中的主要电气设备是降压变压器和受电,配电设备及装置 。 用来接受和分配电能的电气装置称为配电装置,
其中包括开关设备,母线,保护电器,测量仪表及其他电气设备等 。 对于 10 kV及 10 kV以下系统,为了安装和维护方便,
总是将受电,配电设备及装置做成成套的开关柜 。
图 6-3大,中型工厂供电系统图
S T SS T S S T S S T SS T S
6 ~ 10 kV
高压配电线高压配电所
(H D S )
总降压变电所电源进线 电源进线
35 ~ 22 0 kV
( H S S )
车间变电所
2 2 0 V / 3 8 0 V 用电设备图 ６ -
(a) 装有一台变压器； (b) 装有两台变压器
2 2 0 / 3 8 0 V
6 ~ 1 0 k V
电源进线
C C
6 ~ 1 0 k V
电源进线
2 2 0 / 3 8 0 V
各车间用电设备
( a ) ( b )
工业企业高压配电线路主要作为厂区内输送,分配电能之用 。 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,可以敷设地下电缆线路 。
工业企业低压配电线路主要作为向低压用电设备输送,
分配电能之用 。 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 。 在车间内部则应根据具体情况,
或用明敷配电线路或用暗敷配电线路 。
在工厂内,照明线路与电力线路一般是分开的,可采用
220 V/380 V三相四线制,尽量由一台变压器供电 。
6.3
当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象称为触电 。 触电依伤害程度不同可分为电击和电伤两种 。
电击是指电流触及人体而使内部器官受到损害,它是最危险的触电事故 。 当电流通过人体时,轻者使人体肌肉痉挛,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 。
电击多发生在对地电压为 220 V的低压线路或带电设备上,因为这些带电体是人们日常工作和生活中易接触到的 。
电伤是由于电流的热效应,化学效应,机械效应以及在电流的作用下使熔化或蒸发的金属微粒等侵入人体皮肤,使皮肤局部发红,起泡,烧焦或组织破坏,严重时也可危及人命 。 电伤多发生在 1000 V及 1000 V以上的高压带电体上,它的危险虽不像电击那样严重,但也不容忽视 。 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
30 mA·s,即触电时间在 1 s内,通过人体的最大允许电流为 30 mA。 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 30 mA,故安全电压通常规定为 36 V,但在潮湿地面和能导电的厂房,安全电压则规定为 24 V或 12 V。
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)
在中性点接地的电网中,发生单相触电的情形如图 6-5（ 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 220 V。 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 。
图 6- 5
(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
A
B
C
O
C
A
B
C
( a ) ( b )
2）
在中性点不接地的电网中,发生单相触电的情形如图 6 - 5
（ b） 所示 。 当站立在地面的人手触及某相导线时,由于相线与大地间存在电容,所以,有对地的电容电流从另外两相流入大地,
并全部经人体流入到人手触及的相线 。 一般说来,导线越长,
对地的电容电流越大,其危险性越大 。
2.
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,如图 6 - 6 所示 。 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 。
图 6- 6两相触电示意图
A
B
C
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 20 m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 20 m以外,跨步电压很小,可以看作为零 。
跨步电压触电情况,如图 6 - 7 所示 。 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 。
图 6 - 7跨步电压触电示意图
U
S
跨步电压
Ⅰ
Ⅱ
2 0 m
A
B
C
4.
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,如图 6 - 8 所示 。
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地面点的电压 。 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 20 m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 220 V。
触电事故虽然总是突然发生的,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 。
图 6- 8 接触电压触电示意图
B
C
D
D
4 0 m 以上
SO
U
xg
2
xg
U
R
0
＝ R
d
2
xg
U
6.4 安全用电一,
但在使用电能的过程中,如果不注意用电安全,可能造成人身触电伤亡事故或电气设备的损坏,甚至影响到电力系统的安全运行,造成大面积的停电事故,使国家财产遭受损失,给生产和生活造成很大的影响 。 因此,我们在使用电能时,必须注意安全用电,以保证人身,设备,电力系统三方面的安全,防止发生事故 。
二,安全用电措施安全用电是指在保证人身及设备安全的条件下,应采取的科学措施和手段 。 通常从以下两方面着手 。
1.
(1) 安全用电,节约用电,自觉遵守供电部门制定的有关安全用电规定,做到安全,经济,不出事故 。
(2) 禁止私拉电网,禁用,一线一地,接照明灯 。
(3) 屋内配线,禁止使用裸导线或绝缘破损,老化的导线,
对绝缘破损部分,要及时用绝缘胶皮缠好 。 发生电气故障和漏电起火事故时,要立即拉断电源开关 。 在未切断电源以前,不要用水或酸,碱泡沫灭火器灭火 。
(4) 电线断线落地时,不要靠近,对于 6～ 10 kV的高压线路,
应离开落地点 10 m远 。 更不能用手去捡电线,应派人看守,并赶快找电工停电修理 。
(4) 电线断线落地时,不要靠近,对于 6～ 10 kV的高压线路,应离开落地点 10 m远 。 更不能用手去捡电线,应派人看守,
并赶快找电工停电修理 。
(5) 电气设备的金属外壳要接地；在未判明电气设备是否有电之前,应视为有电；移动和抢修电气设备时,均应停电进行；灯头,插座或其他家用电器破损后,应及时找电工更换,
不能,带病,运行 。
(6) 用电要申请,安装,修理找电工 。 停电要有可靠联系方法和警告标志 。
2,技术防护措施为了防止人身触电事故,通常采用的技术防护措施有电气设备的接地和接零,安装低压触电保护器两种方式 。
三,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.
1）
按功能分,接地可分为工作接地和保护接地 。 工作接地是指电气设备 （ 如变压器中性点 ） 为保证其正常工作而进行的接地；保护接地是指为保证人身安全,防止人体接触设备外露部分而触电的一种接地形式 。 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）
在中性点不接地系统中,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 6 - 9（ a） 所示,这样,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,人体电阻通常为 600~1000 Ω,接地电阻通常小于 4Ω,流过人体的电流很小,这样就完全能保证人体的安全,如图 6 - 9（ b） 所示 。
图 6 - 9
(a) 无接地； (b) 有接地
R
r
I
d
Z
I
d
R
r
I
d
Z
I
d
R
b
I
r
( a ) ( b )
保护接地适用于中性点不接地的低压电网 。 在不接地电网中,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)
保护接零是指在电源中性点接地的系统中,将设备需要接地的外露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 。
2)
当设备正常工作时,外露部分不带电,人体触及外壳相当于触及零线,无危险,如图 6 - 10 所示 。 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 。
3)
在电源中性线做了工作接地的系统中,为确保保护接零的可靠,还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地,称为重复接地 。
从图 6 - 11（ a） 可以看出,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,如图 6 - 11（ b） 所示,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 。
图 6-10保护接零原理图
I
D
A
B
C
O
图 6 - 11
断线
U
U
E
＝
I
E
·
R
E
＜
U
U
V
W
P EN
R
E
R
E
I
E
′
I
E
I
E
I
E
重复接地
( b )
危险！
断线
U
U
E
＝
U
U
V
W
P EN
( a )
3.
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,减轻对人体的危害漏电保护器的种类很多,这里介绍目前应用较多的晶体管放大式漏电保护器 。
晶体管漏电保护器的组成及工作原理如图 6 - 12所示,由零序电流互感器,输入电路,放大电路,执行电路,整流电源等构成 。 当人体触电或线路漏电时,零序电流互感器原边中有零序电流流过,在其副边产生感应电动势,加在输入电路上,放大管 V1得到输入电压后,进入动态放大工作区,V1
管的集电极电流在 R6上产压降,使执行管 V2的基极电流下降,
V2管输入端正偏,V2管导通,继电器 KA流过电流启动,其常闭触头断开,接触器 KM线圈失电,切断电源 。
图 6 - 12晶体管放大式漏电保护器原理图
C
3
V
2
V
1
I ＞V
5
KA
V
6
R
6
R
3
C
2
R
4
V
4
V
3C
1
R
5
R
2
R
1 SA
I ＞
KM
KA
KM
KMFU
执行电路 整流电源无电流截止正常触电 放大 导通 得电
KAV
1
V
2
截止输入电路零序电流互感器
L
2
V
7
6.5 节 约 用 电
1,提高电动机的运行水平电动机是工厂用得最多的设备,电动机的容量应合理选择 。
要避免用大功率电动机去拖动小功率设备 （ 俗称大马拉小车 ）
的不合理用电情况,要使电动机工作在高效率的范围内 。
当电动机的负载经常低于额定负载的 40%时,要合理更换,
以避免电动机经常处于轻载状态运行,或把正常运行时规定作
△ 接法的电动机改为 Y接法,以提高电动机的效率和功率因素 。
对工作过程中经常出现空载状态的电气设备 （ 例如拖动机床的电动机,电焊机等 ）,可安装空载自动断电装置,以避免空载损耗 。
2,更新用电设备,选用节能型新产品目前,我国工矿企业中有很多设备 （ 如变压器,电动机,
风机,水泵等 ） 的效率低,耗电多,对这些设备进行更新,换上节能型机电产品,对提高生产和降低产品的电力消耗具有很重要的作用 。 例如,一台 10 kV级 SL7系列节能型 500 kVA的变压器,其空载损耗为 1.08 kW,短路损耗为 6.9 kW。 而旧型号
SL系列 10 kV级 500 kVA的变压器,其空载损耗为 2.05 kW,短路损耗为 8.2 kW。
3,提高功率因数工矿企业在合理使用变压器,电动机等设备的基础上,还可装设无功补偿设备,以提高功率因数 。 企业内部的无功补偿设备应装在负载侧,例如在负载侧装设电容器,同步补偿器等,
可减小电网中的无功电流,从而降低线路损耗 。
所谓两部制电价,就是把电价分成两个部分,其一是基本电价,其二是电度电费 。 基本电价是根据用户的变压器容量或最大需用量来计算,是固定的费用,与用户每月实际取用的电度数无关 。 电度电费则是按用户每月实际取用的电度数来计算,
是变动的费用 。 这两部分电费的总和即为用户全月应付的全部电费,实行两部制电价可以促进用户提高负荷率和设备利用率 。
如果用户的负荷率较低,而变压器的容量又过大,则用户支付的基本电费就较高,反之就较低 。 在用户按不同类别计算出当月全部电费时,按照电力部门的规定,若功率因数高,则可减免部分电费,反之则增收部分电费 。
4,推广和应用新技术,
例如,采用远红外加热技术,可使被加热物体所吸收的能量大大增加,使物体升温快,加热效率高,节电效果好 。 远红外加热技术和硅酸铝耐火纤维材料配合使用,节电效果更佳 。 又如,采用硅整流器或晶闸管整流装置以代替其他整流设备,则可使整流效率提高 。 在工矿企业中有许多设备需要使用直流电源,
如同步电机的励磁电源,化工,冶金行业中的电解,电镀电源,市政交通电车的直流电源等 。 以前这些直流电源大多是采用汞弧整流器或交流电动机拖动直流发电机发电,它们的整流效率低,若改用硅整流器或晶闸管整流装置,则效率可大为提高,节电效果甚为显著 。 此外,采用节能型照明灯,在大电流的交流接触上安装节电消声器 （ 即直流无声运行 ）,加强用电管理和做好节约用电的宣传工作等,也都是节约用电的重要措施 。
