低压配电基础知识

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电力配电系统示意图电力配电系统示意图

工业

HV/MV 变电所

MV/MV 配电所

MV/LV 变电所

发电机

架空线路

电动机

埋地电缆

变压器

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配电配电电网常识

根据 IEC60038 / GB10056 标准 低压： 1000V 以下 中压： 10kV, 20kV, 35kV 高压 / 超高压： 110kV, 220kV, 330kV,

500kV 相电压和线电压的关系

UL/Un = 400V/230V =3

O

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电工学基本概念及元件部分图例

交流

接地

外壳

三线

电缆

直流

变压器变压器

电动机电动机

发电机发电机

避雷器避雷器

G

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低压配电主要产品图例

负荷开关

断路器

熔断器

隔离开关

漏电开关

漏电保护断路器漏电保护断路器

电流互感器电流互感器

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低压配电系统示意图树状图树状图

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低压配电基本概念

额定电压：电气设备正常情况下的工作电压 -- Ue 1000V 以下电气设备的额定电压等级分为： 直流： 1.5,2,3,6,12,24,36,48,60,72,110,220,400,440,800,1000V

单相： 6 ， 12 ， 24 ， 36 ， 42 ， 100 ， 127 ， 220V

三相： 36 ， 42 ， 100 ， 127 ， 220/380 ， 380/660 ， 1140(1200)V

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) 我国电网标准频率是 50Hz ，美国、日本采用 60Hz

额定电流：额定电压额定频率下，达到额定功率的电流 -- Ie 正弦交流电路中的电流是有效值（均方根值）

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低压配电产品的各种电压

Ue ： 额定工作电压 220V/380V Uc ： 额定控制电路电压（实际运行电压） Us ： 额定控制电源电压 230V/400V Uimp: 额定冲击耐受电压 Ur ： 分断后电压 Ui: 额定绝缘电压

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低压配电产品的各类电流

In ： 额定电流 Ib ： 工作电流（实际运行电流） Ir ： 整定电流 Iz ： 电缆允许电流 Icc ：短路故障电流 Icn ：极限短路分断能力 Ics ：运行短路分断能力

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低压配电基本常识 电位

电压：两点之间的电位差 短路

单相短路 两相短路 三相短路

过载 线路所带负荷容量超过了线路的设计容量 在电气上无损的电路中发生的过电流

电能质量 电压：偏差允许值范围 ±7%(10KV 三相线

路） 频率：偏差允许值范围 ±0.2Hz 波形：正弦曲线（电压谐波含有率）

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正弦交流电路中的常用名词 频率与周期

周期 T: 正弦量变化一次所需的时间（秒） 频率 f: 1s 内正弦量变化的次数 f ＝ 1/T

幅值与有效值 正弦量任一瞬间的值为瞬时值 , 瞬时值 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 有效值 I, U: 正弦交流电网值

功率与功率因数 瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率 功率因数：电压与电流夹角的余弦值

电压与电流的关系 电阻性、电感性、电容性

3

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交流电路中的基本公式

欧姆定律 R ＝ U/I

电流的热效应 Q = I2RT

功率 P = Q/T = UI

能量守恒定律

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功率与功率因数 功率

有功功率 无功功率 视在功率 (S=U*I) 功率因数： cosФ = P/S 关系： P=S*cosФ Q=S*sinФ P2+Q2=S2

功率因数 在电路中，功率因数角是电流滞后电压的角度。 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。 功率因数降低的原因

功率因数，或 cos 以 0 到 1.0 之间的数值来表示。 功率因数为 1.0 不含无功功率 功率因数低于 0.9 一般认为较差 系统中有较多的无功功率，其功率因数会较低 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。 物理意义：非阻性负载；为了实现能量转换而消耗的功率，最终转化为热量。

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设备设备 功率因数功率因数 普通的感 普通的感 0% 0% 负载负载 0.170.17应电动机工 应电动机工 25% 25% 负载负载 0.550.55作在作在 : 50% : 50% 负载负载 0.730.73 75% 75% 负载负载 0.800.80 100% 100% 负载负载 0.850.85

白炽灯白炽灯 1.01.0

荧光灯荧光灯 0.50.5

气体放电灯气体放电灯 0.4~0.60.4~0.6

电阻炉电阻炉 1.01.0

感应炉感应炉 0.850.85

介质加热炉介质加热炉 电阻焊接机电阻焊接机 0.8~0.90.8~0.9

固定式单相电弧焊接机固定式单相电弧焊接机 0.50.5

旋转式电弧焊接机旋转式电弧焊接机 0.7~0.90.7~0.9

变压器—整流装置电弧焊接机变压器—整流装置电弧焊接机 0.7~0.80.7~0.8

电弧炉电弧炉 0.80.8

各类设备的功率因数

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功率因数对电网的影响

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

损耗增加，设备温升严重 线路上压降增加，设备端电压下降，影响正常工作

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 0.8

5 ，高压供电的工业用户，高压侧大于0.9

功率 kVA因数1.0 100

0.95 105

0.90 111

0.80 125

0.70 143

0.60 167

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无功功率补偿

为了提高功率因数，降低无功功率，采用人工的方法进行补偿，简称无功补偿。

电容器组集中补偿分散补偿个别补偿；

同步电机：利用其工作特性，具有超前的功率因数； 同步调相机：空载的同步电动机；

最简单方便的补偿方式是选用电容器组。

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谐波

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。

谐波频率与基波频率之比为谐波次数。 电弧炉，电力机车，调光设备，日光灯，变频空调等易引起谐

波。 危害

谐波损耗，大量的 3 次谐波流过中线时使线路过热。 引起公用电网中局部的并联和串联谐振，使谐波放大。 会导致继电保护和自动装置的误动作，电气测量仪表计量不正确。

对附近的通信系统产生干扰

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继电保护 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。 基本要求 可靠性；选择性；快速性；灵敏性； 常见保护类型

三段式过流保护 零序电流保护 过电压保护 欠电压保护 反应电压与电流比值的距离保护 差动保护、高频保护

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变压器的额定值

三相变压器： In=Sn/(1.732xUn)

单相变压器： In=Sn/Un

在一台三相变压器低压侧的满载额定电流由下式算出

In = In =

SnSn ：：变压器的额定视在功率变压器的额定视在功率 kVAkVAUU ： ： 空载时线电压 空载时线电压 (( 单位为伏单位为伏 ))InIn ：：单位为安单位为安

对于 对于 400400V (V ( 三相有载三相有载 ) ) 的简化公式的简化公式In = kVA x 1.4In = kVA x 1.4

Sn 103

U 3

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短路电流计算基本方法

MM

电路图电路图 装置的部件装置的部件 电阻 电阻 ((m)m) 电抗 电抗 ((m)m)

上方侧网络上方侧网络PscPsc

变压器变压器S, Usc, US, Usc, U

断路器断路器

母线母线

电缆 电缆 (4)(4)

R R 极小极小

对于 对于 S>100kVAS>100kVAR R 极小极小R R 极小极小

R = R = (3)(3)

R = R = (3)(3)

LLSSLLSS

X = X = (1)(1)

X = X = (2)(2)

X X 极小极小

X = 0.15m/mX = 0.15m/m

X = 0.08m/mX = 0.08m/m

UUoo22

PscPsc

UscUsc%Uo%Uo22

100Psc100Psc

Isc = Isc = kA kAUoUo

3 3 RtRt22 + Xt + Xt22

(1) Psc: (1) Psc: 上方侧网络的短路容量，单位 上方侧网络的短路容量，单位 VA (VA (通常为 通常为 500500MVA)MVA)(2) Usc: (2) Usc: 短路电压 短路电压 ((即变压器短路阻抗即变压器短路阻抗 )) ，， S: S: 变压器视在容量，单位 变压器视在容量，单位 kVAkVA(3) = 22.5 ((3) = 22.5 ( 铜铜 )) ， ， = 36 (= 36 (铝铝 )) ，， L L 单位为 单位为 mm ，， S S 单位为 单位为 mmmm22

(4) (4) 如果每相有数根电缆并联，将一根电缆的电阻和电抗除以电缆根数。如果每相有数根电缆并联，将一根电缆的电阻和电抗除以电缆根数。

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低压配电电器的相关国际标准

标准 住宅用设备 工业及小型商业 < 1000V低压电器 IEC 60947-1断路器 IEC 60898 IEC 60947-2

开关 IEC 60669-1 IEC 60947-3

接触器 IEC 61095 IEC 60947-4 电动机起动器 IEC 60947-4

分离式过电流保护 IEC 61008 剩余电流断路器

一体式带过电流保护 IEC 61009 IEC 60755 (剩余电流保护断路器 )剩余电流动作断路器

安装标准 IEC 60364

配电柜标准 IEC 60439熔断器 IEC 60269

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低压配电产品的防护等级 防护等级 IPIP

IPX X ：用数字表示设备外壳提供的保护程度－根据 IEC529 / GB4942.2-93

第一个数字表示防尘，防止固体进入危险部件（带电部件）的等级

0 ：无防护1 ：防止直径大于 50mm固体进入2 ：防止直径大于 12.5mm固体进入3 ：防止直径大于 2.5mm固体进入4 ：防止直径大于 1mm固体进入5 ：防尘 ( 无有害沉积 )

6 ：尘密

第二个数字表示防湿气防水侵入的密封程度0 ：无防护1 ：防止垂直滴水2 ：防止垂直方向 15° 范围内滴水3 ：防止垂直方向 60° 范围内淋水4 ：防止任何方向的溅水5 ：防止任何方向的喷水6 ：防止海浪或强烈喷水7 ：防浸水影响8 ：防潜水影响