供配电基础知识(讲师:张浩楠) 日期:20181010~20181016

术语 & 单位

更新时间:20181106

电流

定义

  • 电荷的定向运动叫做电流,金属导体中的自由电子在电厂力的作用下的定向运动,电解液中的正、负离子在电场力作用下向着相反方向的运动等都叫做电流

    公式

  • I = q/t
  • 公式解释
    • I = 电流,单位为安培,符号为 A
    • q = 通过导体横截面的电荷量,单位为库伦,符号为 C
    • t = 通过电荷量 q 所用的时间,单位为,符号为 S

电流三要素

频率

  • 相关图析:
  • 定义:
    • 单位时间内完成周期性变化的次数,是描述周期运动频率程度的量~
  • 常用单位:Hz
    • 公用频率为50Hz
      • 1 秒之内曲线内往返 50 次
      • 相当于人类折返跑 50 次
  • 表示符号为:fv

幅值

  • 相关图析:
  • 电压范围
    • 一般电压范围为 220V / 380V
  • 振幅
    • 定义
      • 正弦量正的最大值
    • 表示符号
      • Um & Im 「大写字母加小写下标m」
      • 相关图析:
    • 有效值
      • 定义
        • 在工程应用中常用不变的量**有效值来表示正弦量幅值**的大小
        • 常用交流电表指示电压、电流读数,那就是有效值
        • 交流设备名牌标注的电压电流均为有效值
        • 标准电压 220V也是指供电电压的有效值
      • 有效值的确定
        • 将直流电流 I 和交流电流 i 通过阻值 R 的电阻在相同 T 的时间内,消耗相同的能量 Q,则称为 Ii有效值
        • 也就是说:与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值

          相位

    • 相关图析:
      • 单位:φ
      • 公式:
        • 图中为 正弦量中的相位角
      • 初相位
        • ​φ t = 0 时的相位,称为初相位或初相角
        • 图析
        • ​(零点)计时起点
          • ​离原点最近波形从 0 变 + 与横轴的交点
          • ​计时起点在原点左侧,则 > 0 φ
          • ​计时起点在原点的右侧,则 < 0 φ

交流电

定义

  • 电流或电压方向随时间做周期性变化,在一个周期内的运行平均值为零

    类比

  • 一定会符合上面电流 3 要素的一致性
  • 就类似人类一起搬重物时,用的 1 2 3 口号那样

    直流电

    含义

  • 方向不随时间变化的电压或电流

    恒流电

    含义

  • ​是特殊的直流电,大小和方向均不变的直流电

    负载电流

    容性负载电流

  • 它会超前于电压

    感性负载电流

  • 它会滞后于电压

    注意点

  • 滞后和超前指的都是相位,不是时间

    特殊波形

    方波

  • 图析

    电压

    前提

    电源和电动势
  • 当电源内部,当局外力不断地把正电荷从地电位移到高电位的过程中,局外力要反抗电场力做功,这个做功过程就是电源将其他形式的能量转换成电能的过程。
  • 为衡量不同电源转换能量的本领,引入电动势「简称电势」这个物理量
  • ​定义
    • 在电源内部,局外力把正电荷从低电位「负极板」移到高电位,局外力所做的功「电源增加的的电能」

      公式

  • E = w/q
  • 公式解析
    • E : 电源电动势,单位是伏特,符号为 V
    • w : 电源力移动正电荷做的功,单位是焦耳,符号为 J
    • q : 电源力移动的电荷量,单位是库仑,符号为 C

      电压和电流的产物

      电功

      电功的延伸:电功率

      定义

  • 单位时间内电能所做的功叫「电功率」

    公式

  • P = W/t = UIt/t = UI
  • P = UI = IRI = I2R
  • P = U2/R
  • 公式解释
    • U : 加压于用电设备两端电压「单位为伏特」
    • I : 通过用电设备的电流「单位为安培」
    • t : ​用电设备耗电的时间「单位为秒」
    • W : ​用功单位 「瓦特·秒」

      电容

      解析

  • ​电容不做功 只储能

    功率

    有功功率 P

  • 定义
    • 交流电路中,凡是消耗在电阻原件上,功率不可逆转换的那部分功率「转换热能、光能、机械能」称为有功功率
  • 单位
    • 瓦「W」
    • 千瓦「kW」

      无功功率 Q

  • 定义
    • ​将电感或电容原件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率,用 Q 表示
  • 单位
    • 乏「Var」
    • 千乏「kVar」

      视在功率 S

  • 定义
    • 交流电源提供的总功率,在数值上是交流电路中电压与电流的乘积,用 S 表示
  • 单位
    • 伏安「VA」
    • 千伏安「kVA」

      注意点

  • 公式 Sn = UnIn
    • 称为发电机、变压器等供电设施设备的容量,可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率
    • 图析

      ​提高功率因数的意义

  • 充分利用电源设备的容量
  • 减少线路和发电机绕组的功率损耗

    ​需要记住的公式

    ​功率因数

  • 不可能超过 1

    矢量

    含义

  • ​带有大小和方向的量

    ​短路

  • ​电流无穷大
  • 电压变为 0

    接地

    解析

  • 电会从电阻比较小的地方流走
  • 比方说
    • 人体大概有 1500 欧「打比方的」
    • ​接地大概有 4 欧
    • 如果有接地的话,电流会先试试人身体上的电阻,所以人体会被电到一下,也就是电试试能不能通行,结果电觉得电阻大,无法通行,然后再窜到接地,觉得电阻真小,然后才从接地 4 欧那里,溜出去

      电弧

      解析

  • ​带电的导线
  • 它会随着空气一起飘走

    ​一些放电现象

    击穿

  • 解析
    • ​沿绝缘体内部放电
  • 击穿条件:
    • 一定​需要标准空气,标准空气条件如下
    • 25 摄氏度,50% 湿度,1 个大气压
  • 电压击穿空气
    • 每 30kV 电压击穿1cm 空气
    • 当电压升高时,每 cm 击穿电压下降 如 2250kV 可击穿 150cm 标准天气

      沿面放电

  • 解析
    • 沿绝缘体和空气分界面上发生的放电现象

      ​闪络

  • 解析
    • 沿面放电发展到贯穿性空气击穿,称为「闪络」
    • ​沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压低

      以上放电现象相关图片

常见符号

基本符号「依据灭弧能力从高到低排行」

隔离开关(刀开关)

  • 相关图片
  • 注意点
    • 不能带载操作

      负荷开关

  • 相关图片(图片所示类圆形为「半球形」)
  • 注意点
    • 可带正常负载操作

      断路器

  • 相关图片
  • 具有过流、短路保护功能
  • 往上推是「合闸」
    • 「合闸」就是把电闸合上的意思, "合闸送电"的"合闸"就是将需要送电线路的开关进行操作,使负荷开关闭合的意思
  • ​往下推是 分闸
    • 分闸,应用于电力系统,是指断路器由合闸位置转为断开位置

      ​熔断器

  • 相关图片
  • 类似于「保险丝」,如果短路,那就会被直接烧断了

电路图相关符号

互锁开关

电气互锁

  • 定义
    • 电气控制中互锁主要是为保证电器安全运行而设置的
    • 它主要是由两电器元件互相控制而形成互锁的
  • ​实质:
    • 电器互锁就是,将这两个继电器的常闭触电接入另一个继电器的线圈控制回路里.这样,一个继电器得电动作,另一个继电器线圈上就不可能形成闭合回路。但也可以用机械联杆实现这一动作。
  • 实例:
    • 如下图,其中 KM1 与 KM2 为电器互锁,当 SB1 按下的同时按下 SB2 ,SB2 将不起作用,这样防止主电路短路

数据中心基础设施

基础设施的全生命周期

设计-->施工-->测试-->验收支付-->运行

数据中心供配电系统的组成

总体布置示意图

  • 如图
    • 高压配电系统

      常见高压配线系统线路图

  • 如图
    • 主要高压电器种类

    • 开关电器:如断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关等;
    • 保护电器:如熔断器、避雷器;
    • 测量电器:如电压互感器、电流互感器;
      • ​电流互感器:二次侧不允许开路
      • 电压互感器: ​二次侧不允许短路
    • 限流电器:如电抗器、电阻器;
    • 成套电器与组合电器;
    • 其他:如电力电容器。

      高压配电一次设备

    • ​高压开关柜
      • 官方定义
        • 断路器为主的电子设备:是指生产厂家根据电气一次主线接图的要求,将有关的高低压电气「包括控制电器、保护电器、测量电器」以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜内,作为电子系统中接受和分配电能的装置。
      • 主要用于
        • 电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用,电压等级在 3.6kv - 550v 的电器。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场所。
      • 「又叫成套开关或成套配电装置」
      • 相关图片
      • 高压开关柜五防
        • 防止带电荷合闸
        • 防止带接地线合闸
        • ​防止误入带电间隔
        • 防止带电挂接地线
        • 防止带负荷拉隔离柜「或者隔离刀闸」
      • 它是以断路器为主的电器设备
      • 高压开关柜型号
        • KYN-28A
          • K 表示 铠装
          • Y 表示 可移动
          • N 表示 户内
          • 中文全名:户内金属铠装移开式开关设备
          • 额定电压 3.6kV~12kV
        • 优点
          • 占地少
          • 安装、使用方便
          • 适用于大量生产
    • ​高压断路器
      • ​LN2-10/1600型高压断路器
        • 是指额定高压为 10kV ,额定电流为 1600A,额定短路开断电流为 31.5kA 的户内型六氟化硫断路器
        • 名词解释
          • L:六氟化硫断路器
          • N:户内型
          • 2:设计序号
          • 10:额定电压
          • 1600:额定电流,单位为 A
          • 31.5:额定短路开断电流,单位为 kA
      • GW6-35W/1000型隔离开关
        • 是指户外型,额定电压为 35kV,额定电流为 1000A,适用于污秽地区的高压隔离开关
        • 名词解释:
          • G:高压隔离开关
          • W:户外型
          • 6:设计序号
          • 35:额定电压 kV
          • W:防污型
          • 1000A:额定电流 A
  • 高压电缆
    • 含义:
      • 高压电缆是电力电缆的一种,是用于传输10kv-35kv之间的电力电缆,多应用于传输的主干道,高压电缆的产品执行标准是gb/t。特高压电缆是随着电缆技术的不断发展而出现的一种电力电缆,特高压电缆一般作为大型的输电枢纽,属于技术含量较高的一种高压电缆,主要用于较远距离的传输。
  • 互感器

    与一次设备相关的二次设备

  • 继电保护装置
  • 测量装置
  • 操控电路

    高压交流供电系统

  • 发电厂
  • 电力线路
  • 变电站
  • 电力用户
  • 图析
    • ​经历生产、输送、变换、分配四个环节

      低压配电系统

      讲师所说的解释

  • 一个节点不用安装那么多的「断路器」
  • 接触不良的区域电阻会放大,电阻放大会发热
  • 有变压器的地方都是从高压那边连接过来的,所以叫「市电进线」

    常用低压开关「相关图片在上面电路符号」

  • ​隔离开关
    • 千万不能带载操作
  • ​负荷开关
    • 有基本灭弧装置,能切断正常电流
  • ​断路器
  • ​熔断器
    • 作用:严重过流保护、短路保护

      ​高低压配电基本模式

  • 下面图片中的一些解释
    • MV = 10kV
    • LV = 380V
    • MLVS = 低压主开关盘

      ​单回路线

      ​环形干线

      ​双回路供电

      双母线双回路供电「现在常用」

      ​应急电源系统

      ​ 应急柴油发电机

      ​ 蓄电池组

      ​不间断电源系统

      ​ 蓄电池组

      ​UPS 主体设备

      ​照明及应急照明系统

      ​应急照明:

  • 为了满足机房正常运行和人员工作的光线需求
  • 比如「安全出口」那些

    ​布线系统

  • 为了让 IDC 结构化布线的规范及设计负荷国家规范

    防雷接地系统

  • ​通过安装合理的设备和合理的布线,防止外部和内部引起的线路过电压对机房设备及人员安全造成的损害,主要有
    • ​防雷设备 SPD
    • 接地设备

      高品质机房供电系统相关

  • 高品质的机房供电系统体现在:无断电故障、高容错;在不影响负载运行的情况下课进行在线维护、有防雷、防雷电、防火、防水等保护功能

    机房市电故障分类

市电类别 平均月故障 平均故障持续时间(单位 H)
小于等于 1 次 小于等于 0.5
小于等于 3.5 次 小于等于 6
小于等于 4.5 次 小于等于 8
经常 昼夜

供电系统电压等级

​低压

  • 交流 1000V
  • 直流 1200V 以下

    中压

  • 一般在10 kV ~ 35 kV

    高压

  • 一般在 110 kV ~ 330 kV

    超高压

  • 一般在 500 kV

    特高压

  • 一般在 750 kV 及其以上 「1000 kV」

    交流市电供电标准

标称电压「V」 受电端子电压变动范围「V」 频率标称值「Hz」 频率变动范围「Hz」 功率因数 功率因数
220 187 ~ 242 50 正负 0.5 小于等于 100kVA 大于100 kVA
380 323 ~ 418 50 正负 0.5 大于等于 0.85 大于等于0.90
  • 三相供电电压不平衡不大于 4%
  • 电压波形正弦畸变不大于 5%

    高低压常见配电方式

    放射式

  • 单回路放电式(下图)
  • 双回路放射式
  • 优点
    • 线路敷设简单
    • 维护方便
    • 供电可靠「不会受到其他电力用户的干扰」
    • 适用于 1 级负荷
  • 缺点
    • 要砸很多钱

      树干式

  • 优点
    • 降压变电所 6-10kV 的高压配电装置数量减少,投资相应可以减少
  • 缺点
    • 供电可靠性差「只要线路上任一段发生故障,那线路上的变电所就 GG」

      链路式

  • 解析
    • 在一条供电干线上带多个用电设备或分配电箱,与树干式不同的是其线路的分支点 在用电设备上或分配电箱内,即后面设备的电源引自前面设备的端子。
  • 优点
    • 是线路上无分支点,适合穿管敷设或电缆线路,节省有色金属。
  • 缺点
    • 线路或设备检修以及线路发生故障时,相连设备全部停电,供电的可靠性差。
    • 这种配电方式适用于暗敷设线路,供电可靠性要求不高的小容量设备,一般串联的设备不宜超过3~4台,总容量不宜超过10KW
  • 图片 -

    用配电白皮书链接

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课后查询的关键词汇

IGBT

(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

开关电源

PFM
  • 脉冲频率调制
  • ​采用了一个可变频率时钟
  • ​PFM 转换器实例:"恒定导通时间"或"恒定关断时间"控制 DC-DC 转换器
  • ​有几种 PFM 变种,而且该术语用于指后面讨论的其他操作模式
PWM
  • ​脉宽调制
  • ​一种转换器架构:固定频率振荡器
  • ​驱动信号:恒定频率,具有可变的占空比(功率 FET 导通时间与总开关周期之比)
  • ​是两大类 DC - DC 转换器结构
    PFM与PMW的技术总结
    转载,点击这里

    ATS

  • ​中文名:双电源自动转换开关
  • 硬性要求
    • 50HZ 通用频率
      • 标准 正负 2 Hz
    • 380 v
      • 标准在 -15%+10%
  • 主要分为
    • 主动侧
    • 被动侧
  • 两路进线,一路出线
    相关链接
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    STS

    STS静态转换开关主要用于两路电源供电切换,为电源二选一自动切换系统。正常工作状态下,在主电源处于正常的电压范围内,负载一直连接于主电源。在主电源发生故障时,负载自动切换到备用电源,主电源恢复正常后,负载自动切换到主电源。

    相关链接
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    MTBF

    故障间隔时间

    MTTR

    故障修复时间

    远方就地开关

    远方与就地?顾名思义的问题,远方就是不在控制的附近,或者是隔壁,或者是就近摸不到,再或者看不到,就地就是你的眼前的,随手或者跨步的范围。

    ​继电器

    相关图片
    解释
  • ​VCC就是电源正极
  • GND就是电源负极
  • IN是通断信号的输入引脚
  • NC即常闭端(normal close),COM即公共端,NO即常开端(normal open)
  • 链接总结

BA系统

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RTO 熔断器

点击这里

​金属氧化锌避雷器

相关图片

解释

断路器拒动

断路器拒动是指断路器在继电保护及安全自动装置动作或在操作过程中拉合控制开关并发出指令的情况下拒绝动作。

​断路器贮能

主要目的是为了实现一二次回路的分开,实现控制与主配电回路间的相互独立

​GIS 高压组合电器

相关图片

一些解释
  • 气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)自开发以来经历了 40 多年的历史。
  • 将断路器、隔离开关、接地开关、母线、互感器、避雷器、套管、电缆终端、油气套管等主要元件均装入密闭的金属容器,内充以绝缘气体
  • ​全部或部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备
    GIS的分类
  • 按结构
    • ​全三相共箱型
    • ​主母线三相共箱;其余分箱型
    • ​全三相分箱型「现在 IDC 基本都用这种」
      • 如下图
        • 优点:
          • 1 内部电厂均匀,电气性能可靠
          • 2 分箱型开断时无极间干扰,安全可靠
          • 3 结构简捷、加工装配维护容易
          • 4 分箱型 GIS 价格便宜。
        • 缺点:
          • 占地面积比共箱型稍大

            30 - 35千伏金属封闭设备

            相关链接
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            ​蓄电池相关

            浮充
  • ​恒压小电流充电
  • 目的
    • 防止蓄电池自放电
    • 增加充电深度
      ​均充
  • ​恒大电流充电
  • 目的
    • 当蓄电池放电后,快速补充电能
    • 当个别蓄电池电压有偏差,消除偏差,趋于平衡
    • 所以也叫快充,强充

      ​接地

      直接接地
  • 点击这里
    • ​也叫中性点接地
    • 设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地
      ​经过电阻接地
  • ​中性点电阻的电阻值约为100Ω至900Ω,并确定为1线接地故障时的中性电流约为100A~500A
  • ​对于直接接地架构1线接地故障电流小,虽然感应干扰是小1由于线路接地故障时健康相的电压上升很大,因此不可能降低导轨和设备的绝缘水平。
保护接地与工作接地
  • ​保护人员和设备不受损害叫保护接地
  • 保障设备的正常运行的叫工作接地

    蓄电池充放电测试

    相关链接
    点击这里

    ​TN-S「三相五线制」

  • A,B,C,N,PE线
  • 解释
    • A:相线,黄色线缆
    • B:相线,绿色线缆
    • C:相线,红色线缆
    • N:中性线,蓝色线缆
    • PE:地线,黄绿相间
    • ABC分别为王力宏(黄绿红)