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第十章建筑供配电系统电气设备及线缆的选择负荷计算建筑防雷电力系统概述安全用电及接地建筑施工现场的供配电供配电系统概念电力系统的额定电压电力负荷分级及其对供电电源要求电源质量及其标准§10.1电力系统概述本节主要内容一、电力系统、供配电系统的基本概念•电力系统是由生产、转换、分配、输送和使用电能的发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体。•图10-1所示为电力系统示意图。•在电力系统中除去发电厂和用电设备以外的部分称为电力网络，简称电网，一个电网由很多变电站和电力线路组成。•供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节，其运行特点、要求与电力系统基本相同。只是由于供配电系统直接面向用电设备及其使用者，因此供、用电的安全性尤显重要。图10-1电力系统示意图•众所周知，三相交流系统中，三相视在功率S和线电压U、线电流I之间的关系为：S=√3UI•当输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属投资也就越小；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。1、电力系统额定电压的规定二、电力系统的额定电压•另一方面，电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大。•在我国，不同地区电网的额定电压系列不同，主要有：330kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／66kV／10kV。由于各电网电压标准的不同，给全国联网造成一定的难度。（1）输送功率和输送距离•对应一定的输送功率和输送距离有一相对合理的线路电压，经验数据可查相资料。（2）输电电压•220～750kV电压一般为输电电压，完成电能的远距离传输功能。该电网称为高压输电网。2、各种电压等级的适用范围（3）配电电压•110kV及以下电压一般为配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定方式分配至电能用户的功能。其中35～110kV配电网为高压配电网，10～35kV配电网为中压配电网，1kV以下配电网称为低压配电网。•3kV、6kV是工业企业中压电气设备的供电电压。•20kV电压等级目前还不常用，一般要经论证结果证明用户确实需要时才采用。（1）一级负荷符合下列条件之一的，为一级负荷。•①中断供电将造成人身伤亡的负荷。如医院急诊室、监护病房、手术室等处的负荷。•②中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。1、负荷分级三、电力负荷的分级及其对供电电源的要求•③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷，如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。（2）二级负荷符合下列条件之一的，为二级负荷。•①中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。•②中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。（3）三级负荷•不属于一、二级负荷者为三级负荷。•在一个工业企业或民用建筑中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时应根据其负荷级别分别考虑。（1）一级负荷对电源的要求•一级负荷中有普通一级负荷和特别重要的一级负荷之分。•普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。•特别重要的一级负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。2、不同等级负荷对电源的要求（2）二级负荷对电源的要求•宜由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。•在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。（3）三级负荷对电源的要求•三级负荷对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。1、频率质量•电力系统的额定频率为50Hz。当电力系统的容量在300万kW及以上时，频率偏差允许值为±0.2Hz；电力系统的容量在300万kW以下时，频率偏差允许值为±0.5Hz。四、电能的质量及其标准2、电压质量•国家标准GB50052—95《供配电系统设计规范》规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值应符合下列要求：①电动机为±5％。②照明，在一般场所为±5％；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足以上要求时，可为+5％、-10％；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5％、-10％。③其他用电设备，当无特殊规定时为±5％。3、波形质量•电能的质量除了频率与电压以外，还包含了供电电压的波形。电力系统电压的波形应是50Hz的正弦波形，如果波形偏离正弦波形就称为波形畸变，可以根据傅立叶级数从畸变的波形中分解出50Hz的基波及一系列的高次谐波。电压或电流中含有的高次谐波越多，或者高次谐波的幅值（或有效值）越大，其波形离正弦波形就越远，畸变就越严重，波形质量就越差。Back曲线负荷计算负荷负荷的计算方法本节主要内容§10.2负荷计算•负荷曲线按纵坐标所表示的功率可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。•按横坐标所表示的时间范围可分为日负荷曲线和年负荷曲线。1、日负荷曲线的绘制•日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的。日负荷曲线的绘制方法有：一、负荷曲线•（1）根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据，逐点绘制而成的平滑曲线，这样得到的负荷曲线最为准确。•（2）工程上，为了表达和计算简单起见，往往将负荷曲线用等效的阶梯形曲线来代替，与精确的负荷曲线之间会有一定的误差，但这种误差是可以允许的。最为常见的负荷曲线是以0.5h为时间间隔所绘制的曲线。2、日负荷曲线的特征参数（1）日电能耗量Wd(kW·h)（2）最大功率Pmax(kW)•表示负荷曲线上功率最大的一点的功率值。（3）平均功率Pav(kW)•表示日负荷曲线上日电能耗量与时间（24h）的比值，即，Pav=Wd/2424d0W=P(t)dt（4）有功负荷系数α为α=Pav/Pmax通常α＝0.7～0.75。（5）无功负荷系数ββ=Qav/Qmax通常β＝0.76～0.82。•计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以最大30min的平均负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大平均负荷称为计算负荷。二、计算负荷的概念•为什么要以30min作为确定计算负荷的依据呢？•当通过载流导体的电流过大时由于发热，导体温度会持续上升，直至被损坏。当正常工作电流通过载流导体时，导体发热达到某一热平衡状态，此时导体温度也相应升高到某一可以允许的较高的温度值。分析表明，载流导体一般经过（3～4）τ（τ为发热时间常数）即能达到稳定温度，而导体的τ一般为10～30min，因此达到稳定温度需30～120min。为了保证当载流导体上长期通过计算电流时的最高稳定温度不超过其允许温度，因此取最大30min平均负荷作为计算负荷其实是一种较为保守的取法，它是以发热时间常数较短的导体达到热平衡的时间为取值依据。时间值取得越短，最大的等效负荷（即计算负荷）就越大。•需要系数Kd的含义•当一个供电范围内的所有电气设备正常使用的时候，由于各种原因，该供电范围的计算负荷Pc总会比电气设备的总容量小，它们的比值称为需要系数，即1、需要系数法cdi1PK=Pni三、负荷计算的方法2、需要系数法的计算步骤（1）设备功率•每组中只有一台（套）电气设备时，应将设备实际向供配电系统吸取的电功率作为计算负荷，又常把单台设备的计算负荷称作设备功率,以PN表示。•①连续工作制负荷时：PN=Pr•②断续运行工作制电动机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为25％时的等效功率，即，PN=2Pr√εr•③断续运行工作制电焊机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为100％时的等效功率，即PN=Pr√εr•④成组用电设备的设备功率是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定输入功率的总和。•⑤照明设备的设备功率应考虑辅助其正常工作的镇流器等元件上的功率损耗。•白炽灯光源的照明设备：PN=Pr;•荧光灯光源的照明设备：PN=1.25Pr;•高强气体放电灯光源的照明设备：PN=1.1Pr。（2）单组设备计算负荷•当分组后同一组中设备台数＞3台时，计算负荷应考虑其需要系数，以第j组为例，即cjdjNj1cjcj22cjcjcjcjcjrP=KPQ=PtanS=P+QSI=3Unj（3）多组设备的计算负荷•当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述1～2所述步骤计算后，再考虑各个设备组的一个同时系数，因此其计算负荷为ccjP1ccjQ122cccccrP=KPQ=PQS=P+QSI=3Umjmj•常见的方法有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。（1）负荷密度法：Pc=ρS•一些常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标见附录。（2）单位指标法：Pc=αN3、利用各种用电指标的负荷计算方法（3）住宅用电量指标法：Pc=K∑βN•上述方法中所涉及到的负荷密度指标、单位用电量指标或住宅用电量指标也都是由经统计和处理的经验数据得到的。Back开关电器及其选择熔断器及其选择电力线缆及其选择本节重点与难点§10.3电气设备及线缆的选择•供配电系统中开关电器按所在电压等级可分为高压开关、中压开关和低压开关。1、低压断路器•低压断路器又叫低压自动空气开关，是低压系统中既能分合负荷电流也能分断短路电流的开关电器。低压断路器通常是按其结构形式分类的，可分为框架式、塑壳式和小型模块式。其操作方法有人力操作、电动操作和储能操作。主触头极数有单极、2极、3极和4极。一、开关电器及其选择•图10-2所示为低压断路器的工作原理示意图。低压断路器由三个基本部分组成。–①主触头和灭弧系统–②脱扣器–③自由脱扣机构和操作机构图10-2低压断路器的工作原理示意图Back（2）常用低压断路器①万能式断路器•万能式断路器一般具有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架内，所以又称为框架式断路器。其外形结构如图10-3所示。②塑料外壳式断路器•塑料外壳式断路器的主要特征是有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭型外壳中。其塑料外壳式断路器外形结构如图10-4所示。图10-3万能式断路器的外形结构Back图10-4塑料外壳式断路器的外形结构Back2、低压隔离开关•在断开位置能符合规定的隔离功能要求的开关电器称为低压隔离器。•在断开位置能满足隔离器要求的开关称为低压隔离开关，又称低压刀开关。•低压隔离开关是一种结构简单、应用十分广泛的手动电器，主要供无载通断电路用，即在不分断负载电流或分断时各极两触头间不会出现明显电压差的条件下接通或分断电路用。3、负荷开关•负荷开关有HH系列封闭式负荷开关和HK系列开启式负荷开关。负荷开关具有灭弧装置，可以通断正常的负荷电流。•HH系列封闭式负荷开关又称铁壳开关，一般是三极，常用型号有HH3、HH4系列。它是刀开关和熔断器的组合产品，由铁壳、熔断器、闸刀、夹座和操作机构等组成。•HK系列开启式负荷开关，也称胶盖瓷底闸刀开关。4、剩余电流保护装置及开关•剩余电流保护装置又称为漏电保护装置，是对电气回路的不平衡电流进行检测而发出信号的装置。当回路中有电流泄漏且达到一定值时，剩余电流保护装置可向断路器发出跳闸信号，切断电路，以避免触电事故的发生或因泄漏电流造成火灾事故的发生。其动作原理如图10-5所示。图10-5剩余电流动作保护装置原理图Back5、开关电器的选择•开关电器的选择原则具有共通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作，还应保证系统故障时能承受短时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关电器对电路分断能力的要求，因此，开关电