工厂供配电技术

电力，是现代工业生产的主要能源和动力，是人民生活重要的基础资源。随着我国工业现代化的飞速发展和人们生活水平的日益提高，对电力的需求与日俱增，这不仅使企业供配电系统和民用电网快速发展，也要求有更多的电气技术人员从事供配电系统和设备的运行、维护、检修与管理工作。如何对电力进行合理的分配、有效的控制，使之安全、可靠的运行，同时又能节约电能，是企业用电必须要解决的问题。
工厂供配电技术是研究电力供应、分配和控制技术的一门专业课程。本课程的任务是培养学生掌握中小型工业企业10kV及以下供配电系统设计、安装、维护、检修和试验所必需的技术和技能，具有安全用电、计划用电、节约用电的基本知识和系统运行管理的初步能力。
为了适应新形势下高职教育对技术技能型人才培养的要求，本书以技术应用、技能培养为主线，按照工学结合的教学组织原则，系统地介绍了工厂供配电的知识、技术和相关技能。全书分13章和1个附录，包括电力系统与工厂供配电系统、电力负荷及其计算、工厂供配电的一次设备、变配电所电气主接线、短路电流及其计算、电气设备的选择与校验、供配电系统的保护装置、二次回路与自动装置、电气接地与电气安全、工厂电气照明、供电的技术管理和电气运行与检修试验、供配电系统新技术等内容。教材的特点是：
·目标明确 以培养高技能应用型电气技术人才为教学目标，理论以“够用”为度，技能培养贯穿始终。
·工学结合 教学内容以工厂10kV 供配电系统为背景，理论联系实际，突出了工厂供配电系统运行、维护、试验、检修等实际操作技能的培养。
·适用性强 每个章节相对独立，又互为体系，内容覆盖面宽，选择性强，可满足不同层次、不同专业教学的需求。
·技术先进 体现了新技术、新设备、新标准的渗透及应用。
全书第1章至第6章由李泉编写，第7章7.1至7.2由曾益保编写，第7章7.3由杨昱鑫编写，第7章7.4至7.5由魏孔贞编写，第8章8.1至8.2由郭斌编写，第8章8.3至8.7由刘晓丽编写，第9章至第12章、附录由马丽红编写，第13章13.1由张晓伟编写，第13章13.2至13.4由中意电气王建民编写。李泉担任主编，负责全书的统稿工作。本书由李俊秀教授担任主审。
本书在编写过程中，得到了中国化工教育协会、化学工业出版社及许多院校、企业和个人的大力支持和帮助，在此表示诚挚的谢意!
由于编者水平有限，书中不足之处及错漏在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者
2024年2月

本书以工厂10kV 供配电系统为背景， 按照工学结合的教学组织原则， 系统地介绍了工厂供配电的知识、技术和相关技能。全书分13 章和1 个附录， 包括电力系统与工厂供配电系统、电力负荷及其计算、工厂供配电的一次设备、变配电所电气主接线、短路电流及其计算、电气设备的选择与校验、供配电系统的保护装置、二次回路与自动装置、电气接地与电气安全、工厂电气照明、供电的技术管理、电气运行与检修试验和供配电系统新技术等内容。每个章节相对独立，又互为体系，内容覆盖面宽，选择性强，可满足不同层次、不同专业教学的需求。
本书内容丰富、实用性强，紧密结合理论与实践，突出技术应用、技能培养。它适用于职业本科院校和高职高专院校中的电气工程及自动化、电力工程及自动化、电气自动化技术、发电厂及电力系统、机电设备维修与管理、电气技术等相关专业的学生作为教材使用。此外，对于参与工厂供配电系统设计、运行和管理工作的工程技术人员，该教材同样适用，既可以作为日常工作的参考资料，也可以作为专业培训的教材使用。

第1章 电力系统与工厂供配电系统 1
1.1 电力系统 1
1.1.1 发电厂 1
1.1.2 变电所 2
1.1.3 电力线路 2
1.1.4 电能用户 3
1.1.5 电力网 3
1.1.6 电力系统 3
1.1.7 动力系统 4
1.2 电力系统中性点的运行方式 4
1.2.1 中性点不接地系统 4
1.2.2 中性点经消弧线圈接地系统 6
1.2.3 中性点直接接地系统 6
1.3 电力网的额定电压 7
1.3.1 电力网的电压等级 7
1.3.2 电压等级的选择 8
1.4 工厂供配电系统 9
1.4.1 对工厂供电的基本要求 9
1.4.2 工厂供配电系统简介 9
思考题与习题 10

第2章 电力负荷及其计算 11
2.1 电力负荷的概念 11
2.1.1 电力负荷 11
2.1.2 负荷分级及对供电的要求 11
2.2 用电设备工作制 12
2.3 负荷曲线 12
2.3.1 负荷曲线的类型及绘制 12
2.3.2 与负荷曲线有关的物理量 13
2.4 电力负荷的计算 14
2.4.1 计算负荷的概念 14
2.4.2 用需要系数法确定计算负荷 14
2.4.3 用二项式法确定计算负荷 17
2.4.4 单相用电设备计算负荷的确定 19
2.4.5 供配电系统功率损耗的计算 20
2.4.6 尖峰电流的计算 21
2.5 工厂计算负荷的确定 22
2.5.1 按逐级计算法确定工厂计算负荷 22
2.5.2 按需要系数法确定工厂计算负荷 23
2.5.3 按估算法确定全厂计算负荷 23
思考题与习题 24

第3章 工厂供配电的一次设备 25
3.1 概述 25
3.2 电力变压器 25
3.2.1 电力变压器概述 25
3.2.2 电力变压器的容量及过负荷能力 28
3.2.3 电力变压器并列运行的条件 28
3.2.4 电力变压器的选择 29
3.3 互感器 29
3.3.1 电流互感器 30
3.3.2 电压互感器 33
3.4 高压开关与保护电器 35
3.4.1 高压隔离开关 35
3.4.2 高压负荷开关 36
3.4.3 高压断路器 37
3.4.4 高压熔断器 40
3.4.5 高压开关柜 42
3.5 低压开关与保护电器 43
3.5.1 低压刀开关 43
3.5.2 低压负荷开关 43
3.5.3 低压断路器 44
3.5.4 低压熔断器 46
3.5.5 低压配电屏 48
思考题与习题 49

第4章 变配电所电气主接线 50
4.1 概述 50
4.2 电气主接线的基本形式 50
4.2.1 单母线主接线 50
4.2.2 双母线主接线 52
4.2.3 桥式主接线 52
4.2.4 环网主接线 53
4.3 工厂变配电所电气主接线 54
4.3.1 总降压变电所电气主接线 54
4.3.2 配电所电气主接线 54
4.3.3 车间变电所电气主接线 55
4.4 工厂电力线路 57
4.4.1 电力线路的接线方式 57
4.4.2 架空线路的结构与敷设 60
4.4.3 电缆线路的结构与敷设 61
4.4.4 车间线路的结构与敷设 64
4.4.5 配电线路电气安装图 65
思考题与习题 68

第5章 短路电流及其计算 69
5.1 概述 69
5.2 无限大容量系统三相短路的过程 70
5.2.1 无限大容量电力系统 70
5.2.2 短路电流的变化过程 71
5.3 三相短路电流的计算 73
5.3.1 采用欧姆法进行短路计算 73
5.3.2 采用标幺值法进行短路计算 77
5.3.3 两相和单相短路电流的计算 80
5.4 短路电流的效应 81
5.4.1 短路电流的电动效应和动稳定度 81
5.4.2 短路电流的热效应和热稳定度 82
思考题与习题 83

第6章 电气设备的选择与校验 84
6.1 电气设备选择的原则 84
6.2 高压开关电器的选择 85
6.3 互感器的选择 86
6.3.1 电流互感器的选择 86
6.3.2 电压互感器的选择 87
6.4 导线和电缆截面的选择 88
6.4.1 按允许发热条件选择导线和电缆截面 88
6.4.2 按经济电流密度选择导线截面 90
6.4.3 线路电压损耗的计算 90
6.4.4 按机械强度条件校验导线截面 93
6.5 保护电器的选择 95
6.5.1 熔断器的选择 95
6.5.2 低压断路器的选择 97
6.5.3 电动机综合保护装置简介 100
思考题与习题 100

第7章 供配电系统的保护装置 102
7.1 保护装置概述 102
7.1.1 保护装置的任务 102
7.1.2 对保护装置的基本要求 102
7.1.3 保护常用继电器 103
7.1.4 保护装置的接线方式 106
7.2 高压配电网的继电保护 108
7.2.1 概述 108
7.2.2 带时限的过电流保护 108
7.2.3 电流速断保护 114
7.2.4 单相接地保护 116
7.3 电力变压器的继电保护 119
7.3.1 电力变压器保护的设置 119
7.3.2 电力变压器的过电流保护 119
7.3.3 电力变压器的瓦斯保护 122
7.3.4 电力变压器的差动保护 123
7.3.5 电力变压器的单相短路保护 125
7.4 高压电动机的继电保护 125
7.4.1 高压电动机保护的设置 125
7.4.2 高压电动机的过电流保护 126
7.4.3 高压电动机的差动保护 126
7.4.4 高压电动机单相接地保护 127
7.5 微机保护装置 127
7.5.1 微机保护系统的组成 128
7.5.2 微机保护装置的功能 129
7.5.3 微机保护装置的应用 130
7.5.4 RGP601通用型微机保护装置 130
思考题与习题 134

第8章 二次回路与自动装置 135
8.1 二次回路概述 135
8.2 二次回路操作电源 136
8.2.1 直流操作电源 136
8.2.2 交流操作电源 137
8.3 电气测量回路 137
8.3.1 对电气测量仪表的一般要求 138
8.3.2 供配电系统中测量仪表的配置 138
8.3.3 电气测量回路的接线 138
8.4 断路器控制回路 141
8.4.1 概述 141
8.4.2 灯光监视的断路器控制回路 142
8.5 变电所信号装置 144
8.6 供配电系统自动装置 146
8.6.1 备用电源自动投入装置 146
8.6.2 线路自动重合闸装置 148
8.7 二次回路接线图 151
8.7.1 原理接线图 151
8.7.2 展开式接线图 151
8.7.3 安装接线图 151
思考题与习题 155

第9章 电气接地与电气安全 157
9.1 供配电系统的接地 157
9.1.1 电气接地和接地装置 157
9.1.2 接地的类型 158
9.1.3 接地装置的装设 161
9.2 电气安全 162
9.2.1 触电事故及其影响因素 162
9.2.2 电气安全的措施 163
9.3 过电压与防雷保护 167
9.3.1 过电压 167
9.3.2 防雷保护装置 167
9.3.3 供配电系统的防雷措施 170
思考题与习题 172

第10章 工厂电气照明 173
10.1 电气照明的基本知识 173
10.1.1 电气照明及照明方式 173
10.1.2 光的概念 173
10.2 常用电光源和灯具 175
10.2.1 常用电光源的类型及特性 175
10.2.2 常用灯具的类型及选择 177
10.3 照度计算 180
10.3.1 照明的照度标准 180
10.3.2 照度的计算 180
10.4 照明供配电系统 182
10.4.1 照明供配电系统的接线方式 182
10.4.2 照明配电系统导线的选择 183
思考题与习题 184

第11章 供电的技术管理 186
11.1 供配电系统的无功补偿 186
11.1.1 提高功率因数的意义 186
11.1.2 系统功率因数的确定 187
11.1.3 提高功率因数的方法 187
11.1.4 采用并联电容器补偿功率因数 188
11.2 供配电系统的电能节约 191
11.2.1 节约电能的意义 191
11.2.2 节约电能的一般措施 191
11.3 供配电系统电能质量的调控 193
11.3.1 供电频率及调整措施 193
11.3.2 供电电压及调整措施 193
11.3.3 供电可靠性及要求 197
思考题与习题 197

第12章 电气运行与检修试验 199
12.1 电气运行与倒闸操作 199
12.1.1 变电所的运行管理 199
12.1.2 变电所的倒闸操作 200
12.2 供配电系统的巡检与维护 202
12.2.1 电力变压器的运行维护 202
12.2.2 配电装置的运行维护 203
12.2.3 配电线路的运行维护 203
12.3 电气检修与试验 205
12.3.1 电力变压器的检修试验 205
12.3.2 配电线路的检修试验 212
思考题与习题 218

第13章 供配电系统新技术 220
13.1 电力物联网 220
13.1.1 电力物联网基本特征概述 220
13.1.2 电力物联网的建设 222
13.2 分布式能源 230
13.2.1 分布式能源及其主要特征 230
13.2.2 分布式发电简介 231
13.2.3 分布式能源对传统配电系统的影响 234
13.3 微电网技术 235
13.3.1 微电网及其主要特征 235
13.3.2 微电网的结构 236
13.3.3 微电网的关键技术 237
13.4 智能变电站 237
13.4.1 智能变电站的概念 237
13.4.2 智能变电站的结构 238
13.4.3 智能变电站的主要特征 238
思考题与习题 239

附录 240
附表1 民用建筑用电设备组的需要系数及功率因数参考值 240
附表2 工业用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数参考值 241
附表3 部分工厂的需要系数、功率因数及年最大有功负荷利用小时参考值 241
附表4 并联电容器的无功补偿率 (ΔqC) 242
附表5 部分并联电容器的主要技术数据 242
附表6 部分10kV级电力变压器的主要技术数据 242
附表7 部分高压断路器的主要技术数据 243
附表8 部分10kV高压隔离开关技术数据 244
附表9 LQJ-10型电流互感器的主要技术数据 244
附表10 部分DW 型低压断路器的主要技术数据 245
附表11 DZ10、DZ20系列低压断路器的技术数据 245
附表12 RM10型低压熔断器的主要技术数据 246
附表13 RT0型低压熔断器的主要技术数据 246
附表14 电力变压器配用的高压熔断器规格 246
附表15 绝缘导线和电缆的电阻和电抗值 246
附表16 导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数 247
附表17 LJ型铝绞线、LGJ型钢芯铝绞线和LMY型硬铝母线的主要技术数据 248
附表18 10kV常用三芯电缆的允许载流量及校正系数 249
附表19 部分绝缘导线明敷、穿钢管和穿塑料管时的允许载流量 250
附表20 架空裸导线的最小截面积 253
附表21 绝缘导线芯线的最小截面积 253
附表22 GL-11、15、21、25型电流继电器的主要技术数据 254
附表23 部分电力装置要求的工作接地电阻值 254
附表24 GGY-125型工厂配照灯的主要技术数据 254
附表25 主要电气设备型号的含义 255
附表26 电气设备常用的文字符号 258
附表27 变配电所主要电气设备和导线的图形符号和文字符号 259

参考文献 260