1.电工基础知识

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1、第一章电工基础知识1.1电力系统概述电力是工农业生产、国防及民用建筑中的主要动力,在现代社会中得到了广泛的应用。对于从事建筑工程的技术人员了解如何安全可靠地获得电力资源,合理、经济地利用国家的电力资源是十分必要的。1.1.1电力系统在电力系统中,如果每个发电厂孤立地向用户供电,其可靠性不高。如当某个电厂发生故障或停机检修时,该地区将被迫停电,因此为了提高供电的安全性、可靠性、连续性、运行的经济性,并提高设备的利用率,减少整个地区的总备用容量,常将许多的发电厂、电力网和电力用户连成一个整体。这里由发电厂、

2、电力网和电力用户组成的统一整体称为电力系统。典型电力系统示意图如图1.1.1所示。图1.1.1 电力系统示意图1.发电厂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。2.电力网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。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

3、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。一般将发电厂生产的电能直接分配给用户或由降压变电所分配给用户的10kV及以下的电力线路称为配电线路,而把电压在35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。3.电力用户电力用户也称电力负荷。在电力系统中,一切消费电能的用电设备均称为电力用户。电力用户按其用途可分

4、为:动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、照明用电设备等,它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式,适应生产和生活的需要。电力网的电压等级比较多,从输电的角度来讲,电压越高则输送的距离就越远,传输的容量越大,但电压越高,要求绝缘水平也相应提高,因而造价也越高。目前,我国根据国民经济发展的需要,技术经济上的合理性及电机电器制造工业的水平等因素,由国家颁布制定了我国电力网的电压等级主要有0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、550kV等10级。其中电网电压在1kV及以上

5、的称为高压,1kV以下的电压称为低压。1.1.2常用低压配电系统本节所描述的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。其中,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

6、化起见,图中仅划出了单相设备;供电电源可以是变压器的次级绕组,电动机驱动的发电机或不间断电源系统;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:●TN-S系统:整个系统中保护线PE与中性线N是分开

7、的,见图1.1.2;●TN-C-S系统:系统中有一部分保护线PE与中性线N是分开的,见图1.1.3;●TN-C系统:整个系统中保护线PE与中性线N是合一的,见图1.1.4。图1.1.2TN-S配电系统实例图1.1.3TN-C-S配电系统实例图1.1.4TN-C配电系统实例这三种供电类型在我国都有比较广泛的应用。由图1.1.2、1.1.3、1.1.4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

8、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

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