第1章 变配电系统

建筑配电与设计湖南城建职业技术学院谢社初2010年8月制作第1章变配电系统湖南城建职业技术学院建筑配电设计的任务与工作过程一、任务安全、可靠、优质、经济的把电能分配到各类用电设备、照明灯具，满足生产、生活、学习、娱乐的需要。二、工作过程1、负荷统计、负荷分级、负荷计算。2、确定供电电源方案，配电系统方案。（1）电源方案：电压等级、电源数量、电源取向。（2）配电方案：高压配电方案、低压配电方案。湖南城建职业技术学院3、高压配电系统设计确定高压配电结线方案，选择变压器、高压开关柜，选择高压电器、进线电缆，绘制高压配电系统图。4、低压配电系统设计确定低压配电结线方案，绘制低压配电系统图，计算干线负荷、电流，选择低压配电屏，选择配电电器、配电电缆。5、平面图设计变配电室平面布置、动力设备、照明计算、光源灯具、开关、插座、配电箱选择、布置，线路布置、导线选择，标注。湖南城建职业技术学院6、低压配电干线系统、配电箱接线系统图设计绘制低压配电干线系统图，从低压配电屏到各层配电箱，干线连接、编号标注、干线电缆型号、芯数、规格等。层配电箱接线系统图，箱内支路数量、用途、支路负荷、控制电器型号、规格，相序分配、导线根数、型号规格、敷设方式等。湖南城建职业技术学院7、防雷及接地设计防雷等级确定，防雷方法确定，避雷带、引下线、接地装置做法确定，绘制防雷及接地平面图。8、编写设计说明、施工用表等设计说明、图例符号说明、施工图编号、主要设备材料表，图纸整理。湖南城建职业技术学院本课程学习要求：1、本课程是我们专业的工作职业之一，应认真学好该课程。2、要学好该课程，要做的如下几点：认真听课，注意老师讲的每一重点部分；认真思考，要结合所学的专业基础知识去分析理解每一个问题。做好笔记，便于复习。多看设计规范，多看设计手册，多看工程图。不懂就问，不放过每一个不懂的问题。湖南城建职业技术学院本课程学习参考用书：1．《民用建筑电气设计规范》：JGJ16-20082．《建筑电气设计图集》3．《民用建筑电气设计手册》（第二版）戴瑜兴主编湖南城建职业技术学院第一章变配电系统第一节变配电系统基本概念第二节电力系统中性点运行方式本课程的特点及学习要求湖南城建职业技术学院第一节变配电系统的基本概念电力系统（electricalpowersystem）组成一个完整的电力系统由各种不同类型的发电厂、变电所、输电线路及电力用户组成。1．发电厂（generatingplant）按一次能源介质划分为火力发电厂、水力发电站、核电站等，此外，还有小容量的太阳能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和潮汐发电厂等，正在研究的还有磁流体发电和氢能发电等。2．变电所（substation）变电所是变换电能电压和接受分配电能的场所。如果仅用以接受电能和分配电能，则称为配电站，仅用以把交流电能变换成直流电能，则称为变流所。湖南城建职业技术学院3．电力网（electricalpowernetwork）输电线路和配电线路统称为电力网。通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。4．电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户，其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的64%，是最大的电能用户。湖南城建职业技术学院220～500kV220～500kV35～110kV图1.1.1电力系统示意图区域变电站终端变电站10kV380/220V地区供配电系统工厂供配电系统M总降变电所6～10kV车间变电所380/220V35～110kV220～500kV火力发电厂～～水力发电厂枢纽变电所升压变电所升压变电所湖南城建职业技术学院用户供配电系统由总高压配电所、高压配电线路、大楼变电所、低压配电线路及用电设备组成。1．总高压配电所总高压配电所负责将10kV的高压配电电压，给小区各变电所供电。2．大楼变电所大楼变电所将10kV的电压降为380/220V，再通过低压配电线路，给大楼用电设备供电。3．配电线路配电线路分为小区高压配电线路和小区或大楼低压配电线路。用户供配电系统湖南城建职业技术学院电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机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。二、电力系统的额定电压湖南城建职业技术学院变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。第一种情况比用电设备额定电压高10%第二种情况比用电设备额定电压高5%二、电力系统的额定电压变压器变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同。注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。湖南城建职业技术学院二、电力系统的额定电压线路额定电压国家规定交流电力网的额定电压等级有：380V/220V、3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV、1000kV等线路起端（变压器的二次侧）电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4kV/0.23kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV、37kV、63kV、115kV、230kV、346kV、525kV、1050kV有下画线的电压等级很少用，只在特殊情况下使用。湖南城建职业技术学院习惯上把1KV及以上的电压称为高压，1KV以下的电压称为低压。220kV及以上的电压等级都用于大电力系统的主干输电线，输送距离在几百公里；110kV电压用于中、小电力系统的主干输电线，输送距离在100km左右；35kV电压则用于电力系统的二次电网中以及大型工厂的内部供电，输电距离在30km左右；6~10KV电压用于送电距离10km左右的城镇和工业与民用建筑供电；中小型电动机、电热等用电设备、生活及照明用电，一般采用380/220V三相四线制供电。湖南城建职业技术学院发电机G的额定电压：UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N·T1=UN.G=10.5（kV）U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N·T2=UN·L2=110（kV）U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例1.2.1已知图1.2.1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。10kV图1.2.1例1.2.1图110kVG～6kVT1T2L2L1L3M变压器直接与电动机相连，供电距离较短，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湖南城建职业技术学院第二节电力系统中性点接地方式电力系统中性点有三种接地连接方式：中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地小电流接地系统大电流接地系统1中性点直接接地方式中性点直接接地系统发生单相短路时，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。可以配出中性线N，既三相四线制，一般民用建筑均采用。湖南城建职业技术学院特点：这种系统在发生单相接地故障时形成了单相接地短路，这种单相短路电流比线路正常的负荷电流大得多。通常会使线路保护装置动作跳闸，将短路回路部分切除，使系统其他部分恢复正常运行。对220／380V低压配电系统来说，我国广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且可以引出中性线(N线)和保护线(PE线)。湖南城建职业技术学院中性线(N线)：是指与系统中性点相连接并能起传输电能作用的导体。功能：一是用来连接用电电压是相电压的单相用电设备；二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减少系统中性点的电位偏移。湖南城建职业技术学院保护线(PE线)：是指某些电击保护措施所要求的用来将设备外露可导电部分、装置外导电部分、接地极、电源接地点或人工接地点作电气连接的导线，其主要功能是为保障人身安全。湖南城建职业技术学院TN系统：（绘图讲解）T表示电源中心点直接接地，N表示用电设备的金属外壳与电源中心点的连接，另外还有TT系统和IT系统。TN--C系统：如果三相四线制系统中的中性线与保护线共用一根导线——保护中性线(PEN线)特点：TN--C系统不适合作为民用建筑的低压供电系统。湖南城建职业技术学院TN--S系统：如果三相四线制系统中的中性线与保护线完全分开，则此系统称为TN--S系统(S表示中性线和保护线是分开的)，如图1．12所示。特点：（见书）民用建筑中必须采用该系统。TN--C--S系统：如果三相四线制系统中的中性线与保护线，在前边共用，而后边又全部或部分地分开，则此系统称为TN--C--S系统，如图1．13所示湖南城建职业技术学院2中性点不接地方式中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的三倍。0UKCCCACBCIEICAICBICBAO0UAUBUCUKAUKBU0UCUU0CBICAICIECIIO（a）（b）图1.3.2中性点不接地系统的单相接地（a）电路图；（b）向量图3湖南城建职业技术学院3中性点经消弧线圈接地方式KCCCACBCIEICAICBICBAO0UAUBUCUKAUKBU0U0ULICIO（a）（b）图1.3.3中性点经消弧线圈接地电力系统的单相接地（a）电路图；（b）向量图LI消弧线圈消弧线圈对电容电流的补偿可以有三种方式：（1）全补偿；（2）欠补偿；（3）过补偿。在电力系统中一般不采用完全补偿的方式，而采用过补偿运行方式Why?湖南城建职业技术学院三种连接方式：中性点不接地，中性点经阻抗接地，中性点直撞接地。前两种连接方式构成的电力系统亦称为小接地电流系统，后一种连接方式构成的电力系统亦称为大接地电流系统。适用条件：我国3～63kV系统大多采用中性点不接地的运行方式，但当接地电流大于一定数值(3～10kV电网中接地电流大于30A，20kV及以上电网中接地电流大于10A)时，按规定采取电源中性点经消弧线圈接地方式。110kV及以上的系统及220／380V的低压配电系统，一般采用电源中性点直接接地方式。湖南城建职业技术学院三、电力负荷的分类级别一级二级三级停电影响人身伤亡，重大设备损坏，政治、经济上重大损失政治、经济造成较大损失，设备局部损坏大量减产等不属于一级、二级的负荷允许停电时间备用电源投入时间，特别重要负荷不允许停电允许短时停电几分钟停电影响不大对供电电源要求两个独立电源供电两回路供电无特殊要求举例炼钢厂的炼钢炉、医院、人民大会堂纺织厂，化工厂湖南城建职业技术学院如旅馆建筑：一、二级旅馆的经营及设备管理用计算机系统电源，一级*。一、二级旅馆的宴会厅、餐厅、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明，计算机、电话、电声和录像设备电源、新闻摄影电源、主要客梯电力，一级。除上述之外的一、二级旅馆的其它用电设备。三级旅馆的宴会厅、餐厅、康乐设施、门厅及高级客房、主要通道等场所的照明，计算机、电话、电声和录像设备电源、新闻摄影电源、主要客梯电力，二级。湖南城建职业技术学院科研院所、高等院校：重要实验室电源(如：生物制品、培养剂用电等)，一级。高层教学楼的客梯电力、主要通道照明，二级。一类高层建筑：消防控制室、消防水泵、消防电梯及其排水泵、防排烟设施、火