第一章建筑供配电系统

第一章建筑供配电系统第一节供配电系统与用电负荷计算第二节变配电室(所)和自备应急电源第三节低压电器和低压配电设备第四节低压配电线路第一节供配电系统与用电负荷计算一、电力系统简介人们通常把生产电能、传输电能以及使用电能的用户这个系统称为电力系统。所以电力系统是由发电厂、变电所、输电线路和用电设备等部分组成的，如图1-1所示。二、建筑供配电系统建筑供配电系统包括从电源进户起到用电设备的输人端止的整个电路，其主要功能是完成在建筑内接受电能、变换电压、分配电能、输送电能的任务。设计内容主要包括建筑电力负荷级别、供电电源要求和电压级别、配电方式、电气设备及配电线路的选择和确定。下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(一)电力负荷分级及其供电电源的要求在电力系统中，所谓的“负荷”是指用电设备所消耗的功率或线路中通过的电流。按用电设备的重要性和中断供电在社会和经济上所造成的损失和影响程度，负荷可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。1.一级负荷一级负荷是指当突然中断供电时，将引起人身伤亡或重大设备损坏，给国民经济带来重大损失，或引起公共场所秩序严重混乱的电力负荷。一级负荷属重要负荷，如果中断供电，后果十分严重。因此对一级负荷供电，要求由两个电源供电。当一个电源发生故障时，另一个电源应不受损害。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算对一级负荷中特别重要的负荷，除要求上述两个电源外，还应增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接人应急供电系统。常用的应急电源独立于正常电源的发电机组、干电池、蓄电池以及供电系统中独立于正常电源的专用供电线路。2·二级负荷二级负荷是指中断供电时，将引起主要设备损坏、产品大量报废或大量减产的电力负荷。二级负荷也属于重要负荷，但与一级负荷相比，中断供电所造成的后果没有那么严重。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算而二级负荷包括的范围又比一级负荷广，因此对二级负荷，要求做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两个回路供电，供电变压器也应有两台，但两台不一定是独立电源。只有当负荷较小或当地供电条件困难时，才允许由一根6kV及以上的专用架空线供电。当供电线路从配电所引出时若采用电缆段，应采用两根电缆，每根电缆要能承受全部二级负荷。3.三级负荷不属于一、二级的电力负荷，统称为三级负荷。三级负荷为一般负荷。三级负荷属于不重要负荷，对供电电源无特殊要求。(二)电压等级与电压的选择1.电压等级上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算电气设备都是在额定电压下工作的。电气设备的额定电压就是保证设备正常运行且能获得最佳经济效果的电压。我国标准规定的电网和用电设备额定电压等级为:低压配电电压应采用220/380V，高压供电电压为6,10,35,110kV等。2.电压的选择用电单位的供电电压应从用电容量、设备特性、供电距离、供电线路的回路数、用电单位的远景规划、当地公共电网现状以及经济合理等因素综合考虑决定。《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)规定:用电设备容量在250kW以上时应以高压l0kV供电，用电设备容量在250kW以下时，一般应以低压方式供电，低压配电电压应采用220/380V。当线路电流不超过30A时，可用220V单相供电。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(三)电能质量电压和频率是衡量电能质量的两个基本参数，电力系统的电压和频率直接影响电气设备的运行，我国一般交流电力设备的额定频率为50Hz，称之为“工频”，频率的偏差一般不得超过士0.5Hz，若电力系统容量在30000MW以上时，偏差不得超过士0.2Hz。频率的调整主要依靠发电厂。对于民用供电系统来说，提高电能质量主要是提高电压质量的问题，一般所指的电压质量指标主要有以下几种:1.电压偏移电压偏移是指设备的端电压与其额定电压有偏差。常用设备电压偏移的范围为:一般电动机和一般工作场所照明为-5%~+5%，视觉要求较高的室内场所为-2.5%~+5%。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算电压偏低会明显缩短电动机的使用寿命，影响自炽灯的发光效率，导致荧光灯不易点燃。电压偏高也会不同程度地缩短自炽灯、荧光灯和电动机的使用寿命。常用的减少电压偏移的方法有:正确选择变压器的变比，合理补偿无功功率，尽量使三相荷载平衡。2.电压波动电压的波动将对电路产生不良影响，一般控制在额定电压的士5%以内。(1)对异步电动机的影响:电压波动过大，则电动机的额定功率锐减。例如电压下降厂10%，电动机的转矩只剩81%，而负荷电流将增大5%~10%，温升将提高5%~15%，绝缘老化将加速一倍以上，电动机寿命缩短。若电动机仍按满载运行，时间长厂会被烧毁。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(2)对照明的影响:对自炽灯的影响较大，电压下降10%，则发光效率下降30%以上，寿命却可以延长2~3倍。如果电压升高10%，则光效将提高1/3，而寿命也只有原来的1/3。(四)变配电设备在一般建筑物中常用的变配电设备包括变压器、配电箱(盘)、高压开关柜、低压配电柜、直流操作及信号屏、静电电容器等。变配电设备的选型及使用，应符合现行国家标准和地区有关规定以及行业的产品技术标准，并应优先选用技术先进、经济适用和节能环保的成套设备和定型产品。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算三、用电负荷计算影响用电负荷的因素很多，实际负荷情况很复杂，而且也不是固定不变的，因此必须选择正确的负荷计算方法，以使计算结果尽量符合实际。目前较常用的负荷计算方法有需要系数法、单位建筑面积安装功率法、二项式法和利用系数法等。(一)需要系数法1.设备功率的确定进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。用电设备的额定功率P。或额定容量5。是指铭牌上的数据。对于不同负荷持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负荷持续率下的有功功率，即设备功率Ps。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(1)连续工作制电动机的设备功率P、等于其铭牌上的额定功率Pe。(2)断续或短时工作制电动机(如起重用电动机等)的设备功率是指将额定功率换算为统一负荷持续率下的有功功率。当采用需要系数法或二项式法时，应统一换算到负荷持续率为FC=25%下的有功功率(kW)，其换算关系如下:(1-1)Pe--电动机额定功率(kW);FCe--电动机额定负荷持续率。当采用利用系数法时，应统一换算到负荷持续率为FC=100%下的有功功率(kW)其换算关系如下:(1-2)eeeesFCPFCPP225.0eesFCPP上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(3)电焊机的设备功率是指将额定容量换算到负荷持续率为JC=100%时的有功功率(kW)，其换算公式为:(1-3)Se--电焊机的额定容量(kV·A);JCe--电焊机的额定负荷持续率;--额定功率因数。(4)整流器的设备功率是指额定直流功率。(5)成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。eeesJCSPcos上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(6)照明设备功率是指灯泡上标出的设备功率，对于荧光灯及高压汞灯等还应计入镇流器的功率损耗，即灯管的额定功率应分别增加20%及8%。2.照明负荷的计算在选择导线截面积、照明变压器及其他开关容量时，是以照明装置的计算负荷为依据的，照明线路的计算负荷，根据该线路连接的照明灯具安装容量(kW)计入需要系数而求得。上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算关于自炽灯、卤钨灯:(1-4)对于有镇流器的电光源(1-5)式中Pjs-照明计算负荷(kW);Pd-线路装灯容量(kW);KX-需要系数，对于照明支线等于1，对于供电干线取0.9~0.95;-镇流器的功率损耗系数，各种气体放电光源的镇流器功率损耗系数参见表1-1。照明线路工作电流是影响导线温度的重要因素。对于自炽灯和卤钨灯的照明配电线路，其计算电流由下式确定:(1-6)dXjsPKP)1(dXjsPKPXgdXjsXgdXjsUPKIUPKI3//三相线路单相线路上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算对于荧光灯及其他带有镇流器的放电灯配电线路，其计算电流由下式确定:(1-7)自炽灯(卤钨灯)与放电灯混合的线路，其计算电流由下式确定:(1-8)Pd-照明装置的连接容量(W);UXg-照明配电线路额定相电压(V);KX-照明负荷需要系数(表1-2);-镇流器功率损耗系数(表1-1);Ijs-照明配电线路计算电流(A);Ijs1-混合照明线路中自炽灯(卤钨灯)负荷电流(A);Ijs2-混合照明线路中放电灯负荷电流(A);-照明负荷的功率因数，见表1-3。cos3/)1(cos/)1(XgdXjsXgdXjsUPKIUPKI三相线路单相线路22221)sin()cos(jsjsJSjsIIIIcos上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算3.单相负荷的计算有些设备是单相的，如电焊机、对焊机等。单相用电设备的接人应尽可能使三相电力变压器的三相负荷均衡。但有些较大的单相用电设备接于一相时(或接于线电压时)，往往会造成三相负荷的不平衡。在单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为三相负荷，再与三相负荷相加。(1)单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法。对于既有线间负荷又有相负荷的情况，计算步骤如下:1)先将线间负荷换算为相负荷，各相负荷分别为:a相(1-9)(1-10)b相(1-11)(1-12)c相(1-13)(1-14)acbcbaababapPpPP)()(acacaaababaqPqPQ)()(bbcbcbababbpPpPP)()(ccacacbcbccpPpPP)()(bbcbcbababbqPqPQ)()(ccacacbcbccqPqPQ)()(上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算Pab、Pbc、Pca-接于ab,bc,ca线间负荷(kW);Pa、Pb、Pc-换算a,b、c相有功负荷(kW);Qa、Qb、Qc-换算a、b、c相无功负荷(kvar);p(ab)a、q(ab)a、...-接于ab,...线间负荷换算为a,…相负荷的有功及无功换算系数，见表1-4。2)各相负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。(2)单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法。1)只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两相数据进行计算。现以Pab=Pbc=Pca例：Pbc0.15PabPd=1.5(Pab+Pbc)(1-15)Pbc=0.15Pab(1-16)abdPP3上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算当只有Pab时(1-17)Pab、Pbc、Pca--接于ab,bc,ca线间负荷(kW);Pd-等效三相负荷(kW)。2)只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。3)当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15%时，按三相平衡负荷计算，不必换算。4.用需要系数法确定计算负荷(1)用电设备组的计算负荷:有功功率(kW)(1-18)无功功率(kvar)(1-19)视在功率(kV·A)(1-20)abdPP3tanjsjsPQsXjsPKP22jsjsjsQPS上一页下一页返回第一节供配电系统与用电负荷计算(2)配电干线或配电变电所的计算负荷:有功功率(kW)(1-21)无功功率(kvar)(1-22)视在功率(kV·A)(1-23)Ps-用电设备组的设备功率(kW)KX-需要系数，见表1-5;-用