低压配电系统基础知识

  额定频率:额定条件下正弦电路中正弦量每秒钟变化的次数称为频率f(Hz);

  幅值:正弦量任一瞬间的值为瞬时值i,u,瞬时值中的最大值为幅值Im,Um

  物理意义:对于设备来说,功率因数反映的是能量转换过程中有用功率占总功率的比例。

  举例:母线提供给电机的是视在功率;电机中转换为机械做功的部分是有功功率,提供磁场的电流为无功电流。

  电路中电流与电压的空间矢量关系由电阻和电感决定;由于感性负载的存在,电流滞后电压一定的角度。

  如果不减少带有低功率因数的高视在负荷,则从发电站到工厂支路的整个电气网络,必须能承载比需要大的电流负荷。

  供电管理局制定商业和工业的收费标准,奖励高功率因数运行,处罚低功率因数运行用户。通常功率因数应大于0.85,高压供电的工业用户,高压侧大于0.9。

  产生:当正弦波电压施加在线性的电阻、电感和电容上时,仍为同频率的正弦波。但当负载为非线性时,电流就变为非正弦波,电流产生的压降导致电压也为非正弦波。

  非正弦电压电流可分解为傅立叶级数,频率与工频相同的分量为基波,频率大于基波的成为谐波。

  继电保护器:反应故障和不正常状态的自动装置,发出报警和跳闸信号,实现对电气设备的保护。

  低压配电系统是根据国际电工委员会标准IEC664-1的要求来定义的,适用于海拔至2000m,额定交流电压至1000V,额定频率至30kHz或直流至1500V的系统中。另外,在通信设备中所说的交流配电,一般是指220/380V的供电系统。

  IEC364-3标准中,按照载流导体的配置和接地的方法划分成TN、TT和IT交流配电系统,在下面的图示中给出了配电系统的一些实例。图中:

  -在大多数情况下,配电系统适用于单相和三相设备,但为了简化起见,图中仅划出了单相设备;

  字母代号的含义:第一个字母T或I表示电源对地的关系,第二个字母N或T表示装置的外露导电部分对地关系,横线后字母S、C或C-S表示保护线与中性线的组合情况。

  TN配电系统中,电源有一点(通常是中性点)直接接地,设备端的外露导电部分通过保护线(即PE线包括PEN线)与该接地点连接的系统。按照中性线(N)与保护线的组合情况,TN系统又分为以下三种型式:

  如图1-4在系统的某一部分中,中线和保护接地功能合并在一根单独的导线上(PEN)。

  这三种供电类型在我国都有比较广泛的应用。由图1-3、1-4、1-5可以看出,TN-S系统因为有单独的保护接地线,因此,对设备而言是最可靠的。但是由于增加了一根单独的PE线,而使供电系统的造价提高。该用电设备金属外壳接到PE线上,PE线正常工作时不呈现电流,因此外壳不呈现对地电压。出现事故时易切断电源,比较安全。通常该系统主要应用在用电量大的楼宇中,也适用于环境条件较差的场所。TN-C系统有一根由中性线和PE线功能合并的PEN线,相对TN-S系统少了一根线,因此使供电系统成本减少。但如果出现三相负荷不平衡时(在我国的电网中常有这种情形发生),在PEN线上就会有较大的电流。为解决这类问题,通常要求从电源端到设备端每隔50m,将PEN线接地一次。由于TN-C系统的安全措施比较复杂,如果实施不规范容易引发问题,国内一般在建筑物内部不使用TN-C的供电方式。综合TN-C和TN-S系统的某些优点,又推出了一种TN-C-S系统,主要应用在用电量较小的建筑物或线路末端环境较差的场合。

  具有一个直接接地点的配电系统,设备上需要接地的零部件在用户建筑物中连接到接地电极上,该接地电极与配电系统的接地电极无电气连接,如图1-6。TT系统每一设备金属外壳或外露可导电部分采用各自的PE接地线单独接地,故障时电流较小,往往不足以使保护装置动作,安全性较差。只适合于功率不大的设备,或作为精密电子设备的屏蔽接地,主要应用在农村低压电力网。这种系统的缺点在于,因为雷击或相线对地意外短路产生的转移过电压,将对人和设备造成损害。同时,如果因为中性线折断产生的失零过电压,使相线V。因此,TT系统要求:除变压器低压侧中性点直接接地外,中性线不得再行接地,且保持与相线同等绝缘水平。为防止中性线机械断线的规定。全网必须实施漏电保护,且中性线不得装设熔断器或单独的开关装置。

  IT配电系统。电源与地绝缘或通过阻抗连接,而设备的外露导电部分则接地的系统,如图1-7。

  图1-5 三相线(加中线)的IT配电系统IT系统在供电端有一点通过阻抗或限压装置接地,发生单相接地故障时,短路电流很小,保护装置不会动作供电系统还可以继续运行。被PE线接地的设备外壳不会带电,但其它处的中性线电压会升高。主要应用在对安全有特殊要求的场合,如:矿井、火药库或纯排灌的动力电力网。采用IT 配电系统时要求:配电变压器低压侧及各出线回路应装设过流保护,网络内的带电导体严禁直接接地;各相对地应有良好的绝缘水平,在正常运行情况下,从各相测得的泄漏电流(交流有效值)应小于30mA。

  大家知道,金属性短路的短路电流大,常用的熔断器、断路器等过流保护装置能有效的切断电源,从而防止了火灾的发生;电弧性短路的短路电流小,过流保护器往往不能及时切断电源,而电弧、电火花的局部温度可达千度以上,甚至可使附近的可燃物质起火。接地故障火灾多的原因不仅是它发生的机率大,而且一旦发生接地故障,它还往往以持续的电弧性短路的形式存在,比一般短路更易引燃起火。

  TN系统的接地故障多为金属性短路,故障电流较大,可利用原来作负荷保护和短路保护的过电流保护电器(熔断器、低压断路器)兼作接地故障保护,这是TN系统的优点。但在某些情况下,如:线路长、导线截面小而使线路导体阻抗增大,过电流保护器常不能满足它的切断故障电流时间的要求,产生电弧性短路而造成危险。所以在TN系统中,常将保护线与接地良好的金属导体相连接,使保护线的电位尽量接近地电位,降低发生接地故障和PEN线断线时,外露导电部分和保护线的对地故障电压。

  TT系统发生接地故障时,故障电路内包含有外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻Ra和Rb,如图5-8所示。与TN系统相比,TT系统故障电路阻抗大,故障电流小,更易以电弧性短路的形式出现。并且由于Ra的作用,使设备外壳对地电压升高,如果超过了安全电压的标准50V时,将会对人身造成危险。因此在TT系统中推荐采用漏电保护器作接地故障保护。

  在实际应用中,应当根据三种配电系统各自的特点,选择合理的接地和保护方式。