《建筑設(shè)備》本科課件12 第12章供配電系統(tǒng)

1、第12章 供配電系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解供配電系統(tǒng)的組成；2.掌握用電負(fù)荷的概念和分類；3.掌握常用低壓電氣設(shè)備、導(dǎo)線的分類和選用；4.了解配電盤、柜和變配電所的布置要求；5.掌握建筑電氣設(shè)計的基本要求和步驟。本章導(dǎo)讀接受電源輸入的電能，并進(jìn)行檢測、計量、變壓等，然后向用戶和用電設(shè)備分配電能的系統(tǒng)，稱供配電系統(tǒng)。般的建筑采用低壓供電，而高層建筑通常采用10 kV甚至35 kV電壓供電。供配電設(shè)計是建筑電氣設(shè)計的主要內(nèi)容。本章主要介紹電力系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的組成、電力負(fù)荷計算，導(dǎo)線的選擇、變壓器容量的選擇和無功功率的補償?shù)取５?2章 供配電系統(tǒng)目錄CONTENTS12.1供配電系統(tǒng)的組成12.2用電負(fù)荷

2、12.3導(dǎo)線的選擇12.4常用低壓電氣設(shè)備的選擇12.5配電盤、柜和變配電所12.6建筑電氣設(shè)計12.1供配電系統(tǒng)的組成12.1.1 | 電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)組成。電力用戶所消耗的電能是電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠供給的。發(fā)電廠多數(shù)是建造在燃料、水力資源豐富的地方，而電能用戶是分散的，往往又遠(yuǎn)離發(fā)電廠。這樣，就必須采取輸電線路和變電所等中間環(huán)節(jié)，將發(fā)電廠發(fā)出的電能輸送給用戶。由于電能目前尚不能大量儲存，其生產(chǎn)、輸送、分配和消費的全過程是在同一時間完成的，而且發(fā)電量是隨著用電量的變化而變化，生產(chǎn)和消費是嚴(yán)格平衡的。所以，必須將發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電能用戶有機地連接成一個整體。12.1.

3、2 | 電力系統(tǒng)的電壓額定電壓電壓波動電壓偏移高次諧波電網(wǎng)的額定電壓是確定其他一切電力設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。它是國家根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及電力工業(yè)的現(xiàn)有水平，經(jīng)過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后確定的。電動機的啟動，電焊類沖擊負(fù)荷的工作，將引起供配電系統(tǒng)中的電壓時高時低，這種電網(wǎng)電壓短時快速的變動稱為電壓波動。在實際運行時，電氣設(shè)備的端電壓往往會因電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化或用戶本身負(fù)荷的變化而偏離其額定值。在用電高峰時長線路的末端，電壓往往低于額定值。在低負(fù)荷時線路的始端，電壓往往高于額定值。頻率為基頻(50 Hz)整數(shù)倍的正弦分量稱為高次諧波。12.1.3 | 供電系統(tǒng)的方案單電源供電方案單電源、單變壓

4、器，低壓母線不分段系統(tǒng)單電源、雙變壓器，低壓母線不分段系統(tǒng)單電源、單變壓器，低壓母線分段系統(tǒng)單電源、雙變壓器，低壓母線分段系統(tǒng)雙電源供電方案雙電源、單變壓器，母線不分段系統(tǒng)雙電源、單變壓器，低壓母線分段系統(tǒng)雙電源、雙變壓器，低壓母線不分段系統(tǒng)雙電源、雙變壓器，低壓母線分段系統(tǒng)雙電源、雙變壓器，高壓母線分段系統(tǒng)雙電源、雙變扭器，高、低壓母線均分段系統(tǒng)12.1.4 | 供配電系統(tǒng)的設(shè)備和接線方式(1)輸送電能設(shè)備，如母線、導(dǎo)線和絕緣子，三者是輸送電能必不可少的設(shè)備，統(tǒng)稱電氣裝置。(2)通斷電路設(shè)備，高電壓、大功率采用短路器。低電壓、中小功率采用自動空氣開關(guān)或刀閘等。(3)檢修指示設(shè)備，如高壓隔離開

5、關(guān)。(4)滿足高電壓、大電流電路檢查計量和繼電保護(hù)需要的電壓互感器和電流互感器。(5)故障保護(hù)設(shè)備，如熔斷器等。(6)雷電保護(hù)設(shè)備，如避雷器等。(7)功率因數(shù)改善設(shè)備，如電容器等。(8)限制短路電流設(shè)備，如電抗器等。供配電系統(tǒng)的主要設(shè)備12.1.4 | 供配電系統(tǒng)的設(shè)備和接線方式放射式系統(tǒng)混合式系統(tǒng)樹干式系統(tǒng)放射式系統(tǒng)可分為單電源回路放射式和雙回路交叉放射式兩種。單電源回路放射式是從配電母線上引出一回線路直接向用電設(shè)備配電，沿線不支接其他負(fù)荷。雙電源雙回路交叉放射式是從兩個電源配電母線引出二回線路直接向用電設(shè)備配電，沿線也不支接其他設(shè)備?；旌鲜较到y(tǒng)為放射式和樹干式相結(jié)合的最常用的配電方式。建筑

6、電氣的高壓配電系統(tǒng)大多采用放射式接線方式，低壓配電系統(tǒng)(特別是大型高層建筑)大多采用放射式和樹干式相結(jié)合的混合式配電方式。樹干式系統(tǒng)可分為直接連接樹干式配電和鏈串型樹干式配電系統(tǒng)兩種。直接連接樹干式配電是從配電母線引出一路配電干線，每個用電負(fù)荷從該干線上直接接出分支線供電的方式。其優(yōu)點是配電線路出線回路減少，敷設(shè)簡單，配電設(shè)備的數(shù)量較少，從而可減少有色金屬消耗量，節(jié)省投資；缺點是線路故障影響的停電范圍大，供電可靠性差，一般只適用于三級負(fù)荷。供配電系統(tǒng)的接線方式12.2用電負(fù)荷12.2.1 | 用電負(fù)荷分類用電負(fù)荷的分類供電電壓的選擇用電負(fù)荷的供電要求電力網(wǎng)上用電設(shè)備所消耗的功率稱為用戶的用電負(fù)

7、荷或電力負(fù)荷。用戶供電的可靠性程度，是由用電負(fù)荷的性質(zhì)來決定的。劃分負(fù)荷等級需要看建筑物的類別和用電負(fù)荷的性質(zhì)。按建筑電氣設(shè)計技術(shù)規(guī)程，對于工業(yè)和民用建筑的供電負(fù)荷分為二級。供配電電壓主要決定于地區(qū)供電電源的電壓、用電設(shè)備的總?cè)萘?、用電設(shè)備的特征、供電距離、供電線路的回路數(shù)量、用電單位的遠(yuǎn)景規(guī)劃、當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)現(xiàn)狀和它的發(fā)展規(guī)劃及經(jīng)濟(jì)合理等因素綜合考慮。（1）一級負(fù)荷供電電源應(yīng)符合的規(guī)定。第一，一級負(fù)荷應(yīng)由兩個電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)同時受到損壞。第二，一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源、并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。（2）二級負(fù)荷供電電源應(yīng)

8、符合的規(guī)定。二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置雙回路供電，在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負(fù)荷可由一回6 kV及以上專用的架空線路或電纜。（3）三級負(fù)荷對供電方式無特殊要求。12.2.2 | 用電設(shè)備的工作制長期工作制的設(shè)備反復(fù)短期工作制的設(shè)備短期工作制的設(shè)備指長期連續(xù)運行，可以達(dá)到穩(wěn)定溫升，負(fù)荷比較平穩(wěn)的用電設(shè)備，如照明燈具、鍋爐用風(fēng)機、生產(chǎn)生活用水泵等。指時而工作，時而停用，反復(fù)交替變換，工作時間很短，常達(dá)不到穩(wěn)定溫升，停用時間也很短，常冷卻不到環(huán)境溫度，工作周期一般不超過10 min，運行一段時期后溫升穩(wěn)定在某一穩(wěn)定范圍內(nèi)反復(fù)波動的用電設(shè)備。指工作時間較短，常達(dá)不到穩(wěn)定溫升，而停用時間很長可

9、冷卻到周圍環(huán)境溫度的用電設(shè)備。如房間換氣扇、鍋爐補水泵等。12.2.3 | 負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線的概念負(fù)荷曲線是指用電負(fù)荷(功率或電流)隨時間而變化的曲線。因建筑內(nèi)各用電設(shè)備的工作情況是經(jīng)常變化的，所以負(fù)荷曲線是沿時間軸波動變化的曲線。按負(fù)荷持續(xù)的時間，可分為年的、月的、日的或某一負(fù)荷班的負(fù)荷曲線。負(fù)荷曲線的相關(guān)參數(shù)最大負(fù)荷尖峰負(fù)荷平均負(fù)荷12.3導(dǎo)線的選擇12.3.1 | 一般原則和要求在配電線路中，使用的導(dǎo)線主要有電線和電纜。導(dǎo)線的選擇分類型和截面兩方面的選擇。導(dǎo)線選擇是否合理，直接關(guān)系有色金屬的消耗量與線路的投資，以及電力網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理地運行。在選擇電線和電纜時，應(yīng)遵循以下一般原

10、則和要求。(1)使用環(huán)境及敷設(shè)方式選擇在選擇電線和電纜時，應(yīng)根據(jù)具體的環(huán)境特征及線路的敷設(shè)方式確定選用何種型號的導(dǎo)線和電纜。(2)按發(fā)熱條件選擇按允許的發(fā)熱條件，每一種導(dǎo)線截面都對應(yīng)一個允許的載流量。因此在選擇導(dǎo)線截面時，必須使其允許載流量大于或等于線路的計算電流量。(3)按電壓損失選擇為了保證用電設(shè)備的正常運行，必須使設(shè)備接線端子處的電壓在允許值范圍內(nèi)，但由于線路上有電壓損失，因此在選擇電線或電纜時，要按電壓損失來選擇電線或電纜的截面。在具體選擇電線或電纜截面時，按發(fā)熱條件和按電壓損失選擇后常常用以相互校驗。(4)按機械強度選擇導(dǎo)線本身的重量以及風(fēng)，雨、冰、雪使導(dǎo)線承受一定應(yīng)力。如果導(dǎo)線過細(xì)

11、，就容易折斷，引起停電等事故。因此，還要根據(jù)機械強度來選擇，以滿足不同用途時導(dǎo)線的最小截面要求。12.3.2 | 導(dǎo)線的選擇在民用建筑電氣設(shè)計和施工過程中，電線和電纜型號的選擇應(yīng)遵循如下原則。(1)“以鋁代銅”，在滿足線路敷設(shè)要求的前提下，宜優(yōu)先選用鋁芯導(dǎo)線，但在一些特殊場合和配電裝置中，必須選用銅芯導(dǎo)線。(2)盡量選用塑料絕緣電線，這是由于塑料絕緣線的生產(chǎn)工藝簡單、絕緣性能好、成本低，尤其在建筑物表面直接敷設(shè)時，應(yīng)選用聚氯乙烯絕緣和護(hù)套電線。(3)對于電纜線而言，一般也考慮“以鋁代銅”、“以鋁包代鉛包”，“以合成材料(如塑料)代替橡膠”。(4)注意選用新材料、新品種的電線和電纜，不選用被淘汰

12、的和限制使用的電線和電纜。12.3.3 | 導(dǎo)線截面的選擇選擇方法(1)對于距離L200 m的線路，一般先按發(fā)熱條件的計算方法選擇導(dǎo)線截面，然后用電壓損失條件和機械強度條件進(jìn)行校驗(對于低壓電力線路，因負(fù)荷電流較大，均可按此方法選擇)。(2)對于距離L200 m的較長的供電線路，一般先按允許電壓損失的計算方法選擇截面，然后用發(fā)熱條件和機械強度條件進(jìn)行校驗(對于低壓照明線路，因電壓水平要求較高，可按此方法選擇)。(3)對于高壓線路，一般先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，然后用發(fā)熱條件和電壓損失條件進(jìn)行校驗。按發(fā)熱條件選擇由于負(fù)荷電流通過導(dǎo)線時會發(fā)熱，使導(dǎo)線溫度升高，而過高的溫度將加速絕緣老化，甚至損

13、壞絕緣，引起火災(zāi)裸導(dǎo)線溫度過高時將使導(dǎo)線接頭處加速氧化，接觸電阻增大，引起接頭處過熱，造成斷路事故，因此規(guī)定了不同材料和絕緣導(dǎo)線的允許載流量。在這個允許值范圍內(nèi)運行，導(dǎo)線溫度不會超過允許值，按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，就是要求計算電流不超過長期允許的電流。12.3.3 | 導(dǎo)線截面的選擇按允許電壓損失選擇任何輸電線路都存在著線路阻抗，當(dāng)電流流過輸電線時，必將在線路上產(chǎn)生電壓損失。由于用電設(shè)備的端電壓偏移有一定的允許范圍，所以要求線路的電壓損失也有一定的允許值。如果線路上電壓損失超過了允許值，就將影響用電設(shè)備的正常運行。為了保證電壓損失在允許值范圍內(nèi)，可以用增大導(dǎo)線或電纜的截面來解決。12.4常用低

14、壓電氣設(shè)備的選擇12.4.1 | 低壓開關(guān)刀的選擇選擇低壓開關(guān)刀，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用途選用適當(dāng)?shù)南盗?，根?jù)額定電壓、計算電流選擇規(guī)格，再按短路時的動、熱穩(wěn)定校驗。安裝開關(guān)刀的線路，其額定的交流電壓不應(yīng)超過500 V，直流電壓不應(yīng)超過440 V，為保證開關(guān)刀在正常負(fù)荷時安全可靠運行，通過開關(guān)刀的計算電流應(yīng)小于或等于開關(guān)刀的額定電流。對于低壓開關(guān)刀，主要是根據(jù)負(fù)荷電流大小選擇額定容量的范圍。在正常情況下，閘開關(guān)刀可以接通和斷開自身標(biāo)定的額定電流。因此，對于普通負(fù)荷來說，可以根據(jù)負(fù)荷的額定電流選擇相應(yīng)的開關(guān)刀。當(dāng)用開關(guān)刀控制電動機時，由于電動機的啟動電流大，選擇開關(guān)刀的額定電流要比電動機的額定電流大一些，一

15、般是電動機額定電流的2倍左右。在選擇開關(guān)刀時，還應(yīng)根據(jù)工作地點的環(huán)境選擇合適的操作機構(gòu)。對于組合式的開關(guān)刀，應(yīng)配有滿足正常工作和保護(hù)需要的熔斷器。12.4.2 | 熔斷器的選擇照明負(fù)荷電動機類用電負(fù)荷電熱負(fù)荷當(dāng)照明負(fù)荷采用熔斷器保護(hù)時，先要求出該負(fù)荷的計算電流L，一般取熔斷器熔體的額定電流大于或等于負(fù)荷回路的計算電流即可。對于容量大的電動機類用電負(fù)荷，需要單獨裝設(shè)保護(hù)裝置時，可選用熔斷器或斷路器進(jìn)行保護(hù)。對于大容量的電熱負(fù)荷需要單獨裝設(shè)短路保護(hù)時，所用熔斷器熔體的額定電流應(yīng)大于負(fù)荷電流。12.4.3 | 斷路器的選擇配電線路中有時不僅有照明負(fù)荷，同時還有一般電力負(fù)荷，所以選用斷路器作為保護(hù)或控

16、制時，應(yīng)注意以下幾點。(1)長延時過電流脫扣器的動作電流的整定值Ird1應(yīng)為0.81.1倍的導(dǎo)線允許流量。(2)短延時動作電流整定值Ird21.1KC3(IC+1.35KSTINmax) ,KST為電動機的啟動電流倍數(shù), INmax為最大一臺電動機的額定電流。(3)短延時過電流脫扣器的動作時間，應(yīng)根據(jù)保護(hù)裝置動作的選擇性整定，一般分為0.1s、0.2s、0.4s和0.6s四種。(4)無短延時的瞬時過電流脫扣器的動作電流整定值Ird31.1(IC+K1KNSTINmax)，K1為電動機啟動電流的沖擊系數(shù)，一般取K1=1.72，KNST為電動機的額定啟動電流倍數(shù)，如有延時時，瞬時過電流脫扣器的動作

17、電流整定值大于或者等于1.1倍下一級開關(guān)進(jìn)線端計算短路電流值。12.5配電盤、柜和變配電所12.5.1 | 配電盤（箱）配電盤在建筑平面的布置盤面的布置和尺寸配電盤的形式配電盤的布置從技術(shù)方面應(yīng)保證在每個分電箱的供電各相負(fù)荷平衡，其不均勻程度小于等于30%，在總盤的供電范圍內(nèi)，各相負(fù)荷的不均勻程度小于等于從可靠性考慮供電總干線中的電流，一般應(yīng)該小于等于60100 A。根據(jù)盤內(nèi)設(shè)備的類型、型號和尺寸，結(jié)合供電工藝情況對設(shè)備做合理布置，按照設(shè)計手冊的相應(yīng)規(guī)定，確定各設(shè)備之間的距離，則可確定盤面的布置和尺寸。規(guī)格有標(biāo)準(zhǔn)的定型產(chǎn)品，如TSB801型明裝塑料電度表板JX4型嵌入式照明控制箱等，也有非標(biāo)準(zhǔn)

18、的現(xiàn)場加工產(chǎn)品，盤內(nèi)設(shè)備和接線有推薦的方案，也可自行安排設(shè)計按負(fù)荷類型分照明盤和動力盤。12.5.2 | 配電柜高壓配電柜按結(jié)構(gòu)形式分有固定式、活動式和手車式三種。固定式是柜內(nèi)設(shè)備均固定安裝，需到柜內(nèi)進(jìn)行安裝維護(hù)，典型產(chǎn)品如GC-IA型開關(guān)柜。手車式斷路器等主要電器設(shè)備均可隨手車?yán)龉裢鈾z修，既方便又安全，推入同類手車可繼續(xù)供電，縮短停電時間。低壓配電柜按結(jié)構(gòu)形式分為離墻式、靠墻式和抽屜式三種類型。離墻式為雙面維護(hù)、有利檢修，但占地面積大?？繅κ讲焕麢z修，但適于場地較小處或擴(kuò)建改建工程。12.5.3 | 變配電所（室）位置對建筑的要求形式及布置變配電室的位置應(yīng)盡量接近電源側(cè)，并靠近用電負(fù)荷的中

19、心。應(yīng)考慮進(jìn)出線方便、順直且短，交通運輸、檢修方便。應(yīng)盡量躲開多塵、振動、高溫、潮濕的場所和有腐蝕性氣體、爆炸、火災(zāi)危險等場所的正上方或正下方，盡量設(shè)在污染源的上風(fēng)向。可燃油油浸電力變配電室應(yīng)按一級耐火等級建筑設(shè)計，而非燃或難燃介質(zhì)的電力變壓器室、高壓配電室、高壓電容器室的耐火等級應(yīng)等于二級及二級以上耐火等級，低壓配電室和低壓電容器室的建筑耐火等級不應(yīng)低于三級。變電所(室)的形式有：獨立式、附設(shè)式、桿架式等。根據(jù)變配電所本身有無建筑物以及該建筑與用電建筑間的相互位置關(guān)系布置，附設(shè)式又分內(nèi)附式和外附式。12.6建筑電氣設(shè)計12.6.1 | 建筑電氣設(shè)計的有關(guān)問題在進(jìn)行建筑電氣設(shè)計前，首先必須了解

20、建設(shè)單位的需求，收集和調(diào)查了解電氣使用情況以及相關(guān)設(shè)計資料，擬訂多個方案進(jìn)行設(shè)計論證比較，選用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理的最佳方案，即：既滿足使用要求、方便維護(hù)管理、降低運行費用，又達(dá)到減少總投資的方案。建筑電氣設(shè)計時，應(yīng)與相關(guān)部門(如供電網(wǎng)絡(luò))取得業(yè)務(wù)聯(lián)系，確定設(shè)計的可行性。設(shè)計中要考慮安全用電問題，保證建筑電氣設(shè)計的內(nèi)容除符合國家的或有關(guān)部門的規(guī)程、規(guī)范外，還需符合地區(qū)的規(guī)程、規(guī)定，尤其是當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境經(jīng)驗所規(guī)定的各項技術(shù)要求。且建筑電氣設(shè)計與安裝的關(guān)鍵部位須有有關(guān)部門的審查方能施工與驗收。建筑電氣的設(shè)計者應(yīng)該掌握電氣施工工藝，了解各種安裝過程，使設(shè)計圖紙便于施工單位安裝。12.6.2 |

21、建筑電氣設(shè)計的原則與步驟建筑電氣設(shè)計所遵循的設(shè)計原則是技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、安裝維護(hù)方便，并在設(shè)計中要留有余地以適應(yīng)將來的發(fā)展。建筑電氣設(shè)計一般可分為初步設(shè)計和施工設(shè)計兩個階段，各自的要求與步驟如下。初步設(shè)計階段：了解和確定建設(shè)單位的用電要求，落實供電電源及配電方案，確定工程項目及安裝方式，估算各項技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。配電系統(tǒng)所必需的土建條件也必須在初步設(shè)計解決，以免造成被動，影響設(shè)計質(zhì)量。施工圖階段：具體設(shè)計布置和計算。各種電器設(shè)備的選型以及確定具體安裝工藝。這一段需要注意的是與各專業(yè)的配合，尤其是對建筑空間、建筑構(gòu)造、采暖通風(fēng)、上下水管道的布置要有所了解，以免盲目布置電氣設(shè)施而造成返工。對于較復(fù)雜或大型的工程建筑則分為：方案設(shè)計階段，初步設(shè)計階段，施工圖設(shè)計階段。而方案設(shè)計主要是提出設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證以選取切實可行的優(yōu)化系統(tǒng)方案。12.6.3 | 建筑電氣設(shè)計的圖紙與說明初步設(shè)計階段對一些典型房間的電氣布置可在建筑平面圖中示意或在設(shè)計說明中用文字?jǐn)⑹?，大型建筑工程的初步設(shè)計宜按工程設(shè)計范圍逐項說明，并繪出必要的布置圖