如何选择工厂的供配电电压？

为了保证用电设备在最佳状态下运行，工厂供配电电压应进行合理的选择。

相关知识

一、工厂供配电电压的选择

工厂供配电电压主要取决于当地电网的供配电电压等级，同时要考虑工厂用电设备的电压、容量和供配电距离等因素。在同一输送功率和输送距离条件下，供配电电压越高，线路电流越小，使线路导线或电缆截面越小，可减少线路的初投资和有色金属消耗量。表2－8为线路的输送容量及输送距离之间的关系。

表2－8　线路的输送容量及输送距离

高压配电电压的选择，对中小型工厂采用的高压配电电压为6～10 kV，从技术经济指标来看，最好采用10 kV 配电电压。从设备的选型来看，10 kV 更优于6 kV。对一些厂区面积大、负荷大且集中的大型厂矿，如厂区环境条件允许，可采用35～220 kV 架空线深入工厂负荷中心配电，这样可以分散总降压变电所，简化供电环节，节约有色金属，降低损耗。

低压配电电压的选择，一般采用220～380 V 的标准电压等级，但在某些特殊故场合如矿井，因负荷中心远离变电所，为保证负荷端的电压水平，故采用660 V 作为配电电压，这样不仅可以减少线路的电压损耗，降低线路有色金属消耗量，而且能增电半径，提高供电能力，简化供配电系统。另外，在某些场合，由于安全的原因，可以采用特殊的安全低电压配电。

1.电力设备的额定电压

电力设备的额定电压是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。电力系统中发电机、变压器、电力线路及各种设备的额定电压的确定，与电源分布、负荷中心的位置等因素有关。

电力设备的额定电压分为三类。第一类额定电压为100 V 以下。直流有6 V、12 V、24 V、48 V；交流有36 V。这类电压主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的操作电源。交流36 V 电压，只作为潮湿环境的局部照明及其他特殊电力负荷之用。第二类额定电压高于100 V，低于1 000 V，这类电压主要用于低压三相电动机及照明设备。第三类额定电压高于1 000 V，这类电压主要用于发电机、变压器、输配电线路及受电设备。

2.电网额定电压

用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。因为线路运行时有电压降落，所以要求线路首端电压高而末端电压低，线路电压降落如图2－8所示。

图2－8　线路电压降落

3.发电机额定电压

发电机接在线路的首端，发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。

4.变压器额定电压

一次绕组的额定电压：当变压器T1 直接与发电机相连时，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同。当变压器T1 不与发电机相连而是连接在线路上时，可看做是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。

二次绕组的额定电压：变压器二次侧供配电线路较长，如为较大的高压电网时，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%，其中5%是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的电压降，另外5%用以补偿线路上的电压损耗。若二次侧供配电线路不长，直接供配电给高低压用电设备时，仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5%的电压降。如图2－9所示为电力系统电气设备电压确定。

图2－9　电力系统电气设备电压确定

5.线路的平均额定电压

线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4 kV、3.15 kV、6.3 kV、10.5 kV、37 kV、63 kV、115 kV、230 kV、346 kV、525 kV。

［例2－1］ 已知如图2－10所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。

图2－10　系统中电网的额定电压

［解］

变压器直接与发电机相连，供配电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。

变压器T1 的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压。

发电机G 的额定电压：10.5 kV；

变压器T1 的一次绕组的额定电压：10.5 kV；

变压器T1 的二次绕组的额定电压：121 kV；

变压器T1 的变比为：10.5／121 kV；

变压器T2 的一次绕组的额定电压：110 kV；

变压器T2 的二次绕组的额定电压：6.3 kV；(https://www.xing528.com)

变压器T2 的变比为：110／6.3 kV。

6.电能的质量

决定供配电质量的主要指标：电压、频率、波形和供配电的持续性。

1）电压

电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接的影响。对照明负荷来说，白炽灯对电压的变化是非常敏感的。当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量都急剧下降；当电压升高，白炽灯的寿命将大为缩短。例如，电压额定值降低10%，则光通量减少30%；电压额定值升高10%时，则寿命缩减一半。对电力系统的负荷中大量使用的异步电动机而言，它的运行特性对电压的变化也是非常敏感的。当输出功率一定时，异步电动机的定子电流、功率因数和效率随电压变化而变化。当端电压下降时，定子电流增加很快。这是由于异步电动机的最大转矩是与端电压的平方成正比的，当电压降低时，电机转矩将显著减小，以致转差增大，从而使得定子、转子电流都显著增大，导致电动机的温度上升，甚至可能烧毁电动机。反之，当电压过高时，对于电动机、变压器一类具有激磁铁芯的电气设备而言，铁芯磁密度将增大以致饱和，从而激磁电流与铁耗都大大增加，以致电机过热、效率降低、波形变坏，甚至可能产生高频谐振。对电热装置来说这类设备的功率也与电压的平方成正比，显然过高的电压将损伤设备，过低的电压则达不到所需的温度。

此外，对电视、广播、电传真、雷达等电子设备来说，它们对电压质量的要求更高。电子设备中的电子管、半导体元件、磁心装置等特性，对电压都极其敏感，电压过高或过低都将使元器件特性严重改变而影响正常运行。

由于上述各类用户的工作情况均与电压的变化有着极为密切的关系，故在运行中必须规定电压的容许变化范围，这也就是电压的质量标准。

国家标准规定，用户处的容许电压变化范围为：

（1）35 kV 及以上电压供配电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%；

（2）10 kV 以下的高压供配电的用户和低压电力用户电压允许偏差为±7%；

（3）低压照明用户电压允许偏差为±（7%～10%）。

2）频率

频率的偏差同样将严重影响电力用户的正常工作。对电动机来说，频率降低将使电动机转速下降，从而使生产效率降低，并影响电动机寿命；反之，频率增高将使电动机的转速升高，增加功率消耗，使经济性降低。特别是某些对转速要求较严格的工艺流程（如纺织、造纸等），频率的偏差将大大影响产品质量，甚至产生废品。另外，频率偏差对发电厂本身将造成更为严重的影响。例如，锅炉的给水泵和风机之类的离心式机械，当频率降低时其出力将急剧下降，从而锅炉的出力大大减小，甚至紧急停炉，这样就势必进一步减少系统电源的出力，导致系统频率进一步下降。另外，在频率降低的情况下运行时，汽轮机叶片将因振动加大而产生裂纹，以致缩短汽轮机的寿命。因此，如果系统频率急剧下降的趋势不能及时制止，势必造成恶性循环以致整个系统发生崩溃。

我国的技术标准规定电力系统的额定频率为50 Hz，电力系统正常频率偏差允许值为±0.2 Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5 Hz。

在交流电力系统中，任一瞬间全系统的频率值是一致的。在稳定运行情况下，频率值决定于所有机组的转速。而机组的转速则主要决定于输出功率与输入功率的平衡情况。所以，要保证频率偏差不超过规定值，首先应当维持电源与负荷间的有功功率平衡，其次还要采取一定的调频措施，即通过调节使有功功率恢复平衡来维持频率的偏差在规定范围之内。

3）波形

通常，要求电力系统的供配电电压（或电流）的波形应为正弦波。为此，要求发电机首先发出符合标准的正弦波形电压。其次，在电能输送和分配过程中不应使波形产生畸变（例如，当变压铁芯饱和时，或变压器无三角形接法的线圈时，都可能导致波形畸变）。此外，还应注意负荷中出现的谐波源（如整流装置、电弧炼钢炉等）的影响。

当电源波形不是标准的正弦波时，必然包含着谐波成分，对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率（50 Hz）整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，主要由于电路中非线性元件造成。高次谐波使变压器及电动机的铁芯损耗明显增加、电动机转子发生振动现象影响其正常运行、电力系统发生电压谐振而危及设备的安全运行、对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。

通常，保证严格波形的问题在发电机、变压器等设计制造时便已考虑，并采取了相应的措施。因此，在运行时严格遵照有关规程，注意出现的一些谐波源并及时采取措施加以消除，只有这样才能保证波形质量。

4）供配电的持续性（可靠性）

毫无疑问，供配电的持续性（可靠性）应当是衡量供配电质量的一个重要指标，可将其列在质量指标的首位。一般以全年平均供配电时间占全年时间的百分数来衡量供配电可靠性的高低。例如，某电力用户全年平均停电48 h，即停电时间占全年时间的0.55%，则供配电的可靠性为99.45%。

任务实施

工厂供配电电压的选择及电气设备额定电压确定

（1）到一机修厂了解用电负荷，选择该厂供配电电压，将其填写在表2－9中。

表2－9　机修厂供配电电压的选择

（2）确定如图2－11所示发电机和变压器的额定电压，并填写在表2－10中。

图2－11　发电机和变压器的额定电压

表2－10　发电机和变压器的额定电压确定

评价总结

根据实地考察收集资料，结合所填写的表2－9、表2－10和收获体会进行评议，并填写成绩评议表（表2－11）。

表2－11　成绩评议表