第4章建筑供配電網絡

高層建筑用電負荷的特點與級別按允許載流量選擇導線和電纜截面第四章建筑供配電網絡供配電網絡結構按允許電壓損失選擇導線電纜截面按經濟電流密度選擇導線和電統(tǒng)截面選擇電線和電纜截面的綜合分析配電網電壓水平及調壓方法第一節(jié)高層建筑用電負荷的特點與級別一、給排水動力負荷主要用于生活水泵，由貯水池向高位水池輸水，以供生活和局部高層室內消防噴淋用水。這些水泵都有備用機組，緊急用水時可以聯動運行。占設備總容量約25％，年用電比率約為20％。專用消防水泵，則按一級負荷供電。二、冷凍機組動力負荷現代高層建筑物，在需要夏季制冷、冬季制熱的地理位置時，冷凍機組占設備總容量約28％，年用電率約22％。冷熱水機組每年運轉時間長，耗電量多些。在某些地理位置上，夏季只制冷，冬季不制熱，或者夏季不制冷，冬李只制熱等情況，全調機組運轉時間少，耗電量亦少些。比上述百分率低一些。一般空調機組用電，可現為三級負荷。三、電梯負荷客梯、貨梯、工作梯消防電梯，這個負載是按一級負荷供電的。四、電扶梯負荷在有可能危及人的生命安全和重大影響的場所，應視電扶梯為一級負荷。一般的電扶梯可視為二、三級負荷來考慮供電系統(tǒng)設計。五、照明負荷在五星級賓館客房的照明負荷，匝視為一級負荷來考慮供電設計。高層建筑物內部的疏散誘導照明燈，工作場所的事故照明燈，樓梯內的事故照明燈，消火栓內的按鈕控制消防水泵起動的控制電源，都應全部視為一級負荷來設計供配電系統(tǒng)。一般工作場所的工作照明用電，可按二、三級負荷來設計供配電系統(tǒng)。六、通風機負荷吸入室外新鮮空氣入建筑物內，稱為新風風機，簡稱新風機或送風機，將室內空氣抽出到室外，稱為抽風機或排風機。屬于消防系統(tǒng)使用的風機用電，屬一級負荷，須與防災中心實行聯動控制。七、弱電設備負荷原則上都將弱電系統(tǒng)的電源供電，按一級負荷供電。（一）防災中心用電負荷其監(jiān)測記錄裝置等的供電方式，須按一級負荷對待。（二）程控數字通信及傳真系統(tǒng)用電負荷按一級負荷供電。（三）辦公自動化系統(tǒng)用電負荷按一級負荷供電。（四）衛(wèi)星電視及共用天線電視用電負荷該電視系統(tǒng)為有星級賓館、客房、職工宿舍等收看電視提供設備和技術，用電量少。可與保安電視系統(tǒng)合用電源供電。均屬一級負荷供電。（五）保安監(jiān)察電視系統(tǒng)聞電負荷（六）國際體育競賽場館的電子記時記分和攝錄像及廣播系統(tǒng)用電、照明用電，都按一級負荷供電，做到安全可靠供電。（七）高層建筑內自備發(fā)電室照明及控制電源用電，按一級負荷供電。八、電炊設備用電負荷電炊用電負荷，可按大廈功能性質的重要程度，一般列為三級負荷供電。九、插座用電負荷可按三級負荷供電。三相負荷平衡和對稱第二節(jié)供配電網絡結構一、供配電網絡結構任務:輸送和分配電能按電壓高低分:高壓網絡、低壓網絡低壓、中壓、高壓、超高壓線路按結構型式分:架空線路、電纜線路和車間（室內）線路（一）高壓線路接線方式放射式、樹干式、環(huán)形1、放射式線路優(yōu)缺點：（1）各條線路故障時不影響其他用電線路；（2）各條線路的繼電保護整定和自動檢測裝置的使用都易于實現；（3）接線簡單明了。（4）放射式接線方式，只限于兩級以內，多于兩級放射線路時，保護動作時限的整定配合困難，影響故障快速切除，甚至越級動作，將造成停電范圍擴大。2、樹干式線路（1）樹干式配電線路比放射式線路節(jié)省高壓斷路器和有色合屬消耗量；配電所出線減少了。優(yōu)缺點：（2）樹干式線路只有一個電源和一路高壓線路。因此，當線路故障或檢修時，用戶將會全部停電，供電可靠性低。（3）單電源單線路樹干式配電方式，適用于三級負荷配電。雙干線供電兩端供電3、環(huán)形線路優(yōu)缺點：（1）“開環(huán)運行”目的在于實現繼電保護動作的選擇性，縮小電網故障時的停電范圍（2）雙電源環(huán)形線路供電，使可靠性得到了較大提高，可用于對一級、二級負荷供電（3）開環(huán)點的選擇原則是開環(huán)點的電壓差最小的點，作為環(huán)網開環(huán)點（4）對一級負荷配電有特別要求的用戶，不宜采用環(huán)形樹干式配電線路（5）環(huán)形線路導線截面相同，以承受環(huán)內負荷電流。因此，環(huán)形線路有色金屬消耗量大（6）單電源環(huán)形線路只適用于允許停電半小時以內的二級負荷配電（二）低壓線路接線方式1、放射式線路特點：引出線故障時，對其余出線互不影響，供配電可靠性高，適用于一級負荷配電、大容量設備配電、潮濕或腐蝕、有爆炸危險環(huán)境的配電。以免影響其他用戶正常用電。這是放射式線路最突出的特點。由低壓出線經配電箱與負荷聯接。2、樹干式線路優(yōu)點：采用的開關設備較少，有色金屬消耗量也較少，比較經濟低壓母線放射式配電的樹干式低壓“變壓器-干線組”的樹干式缺點：當干線發(fā)生故障時，停電范圍大，供電可靠性較低3、環(huán)形線路環(huán)形線路運行時都是開環(huán)的放射式線路，提高了供電可靠性，當一回線路故障或檢修時，可以將該線路與電源斷開，而該處的負荷仍可得到供電。鏈式線路實質上是一種樹干式線路，適用于供電距離較遠而用電設備容量小而相距近的場合。設備臺數在5臺以內，總功率在10kW以內。4、低壓鏈式線路二、一般高層建筑供配電網絡結構一般高層建筑是指9層以上的功能單一的普通辦公樓，或一般商業(yè)宿舍樓，或一般商業(yè)及一般旅店住宅樓。這種民用電力的一級負荷較小，可采用雙電源來保證一級負荷用電的安全性、可靠性和經濟性。用市電和自備柴油發(fā)電機組實現雙電源供電。三、多功能超高層建筑供配電網絡結構建筑物的多功能，是指集商業(yè)、賓館、文化娛樂、貿易、體育場館、停車庫、金融、寫字樓等大型多功能性質于一體。采用兩個獨立市電電源供電，同時采用1臺柴油發(fā)電機組作為備用電源，在兩市電電源都停電時，可供給高層建筑的一級負荷用電，維持必須的人員疏散、商場警戒和保安秩序的正常狀態(tài)。四、超高層大廈供配電網絡結構由于給水泵揚程的限制和流量限制，揚程高度為幾十m以內。因此，在超高層建筑物中要設置中位、高位水池；滿足生活與消防用水；還有電梯、電炊用電負荷等等；所以在中層和高層仍有動力用電和照明、空調用電。在中層上亦應建立小變電所進行供電?？傊邔雍统邔咏ㄖ┡潆娋W絡結構設計和選擇原則，首先要充分研究建筑物本身的作用、功能和社會價值，需要表達的社會經濟特征和文化內涵；然后選擇決定電氣工程設備系統(tǒng)及其需要提供的服務功能。五、配電網絡的敷設方式（一）電力電纜敷設方法（二）插接母線的敷設（三）架空線路結構及架設第三節(jié)按允許載流量選擇導線和電纜截面一、導線和電纜的發(fā)熱及其允許電流電線電纜生產廠對各種型號規(guī)格的導線和電纜都做了大量試驗，規(guī)定了各種型號導線的最大載流量（稱最大電流或允許電流），并列成表格、提供設計時選用。稱此法為按發(fā)熱條件選擇導線截面積；也稱為按允許載流量選擇導線截面積。二、長期工作制負荷IN=KtIal≥Ic三、重復性短時工作負荷（1）導線截面S≤6mm2的銅線，或S≤10mm2的鋁線，其允許電流按前述長期工作制計算當負荷重復周期≤10min，工作時間t≤4min時（2）導線截面S＞6mm2的銅線，或S＞10mm2的鋁線，其允許電流等于長期允許電流的0.875／倍。四、短時工作制負荷第三節(jié)按允許電壓損失選擇導線電纜截面一、輸電線路電壓損失計算每相電壓損失：線電壓損失：（一）線路末端聯接對稱三相負載電壓損失的百分值：（二）線路各段聯接對稱負載線路各段的線電壓損失：如有n段線路負載時，則總的線電壓損失為：（三）電壓損失查表算法若電網的功率因數接近于1，可進一步簡化計算：二、按允許電壓損失選擇線路導線截面解：初取x0=0.4Ω/km選取LJ-70鋁絞線，查表得r0=0.46Ω/km，x0=0.344Ω/km。ΔUAC%=4.252≤5

第五節(jié)按經濟電流密度選擇導線和電纜的截面從全面的經濟效益考慮，既使線路的年運行費用接近于最小而又適當考慮有色金屬節(jié)約的導線截面，稱為“經濟截面”第六節(jié)選擇電線和電纜截面的綜合分析一、按允許載流量選擇電線截面在建筑供配電系統(tǒng)中，對于低電壓380/220V進出電線和電纜的截面積選擇，是按長期允許載流量（或稱發(fā)熱條件或稱溫升條件）來選擇的。Ial≥I30=Ic在三相電力線路中，每相電線（或每相電纜）的橫截面積，必須滿足對于照明電路，按上述方法選出的截面S值，還須增大標稱截面等級一級或二級、有利于減小電線沿線電壓損失，保持電燈電壓質量在規(guī)定的水平上。（1）對低壓電網中性線（N線）的允許載流量，不小于三相負載最大的不平衡電流，以及零序諧波電流大的情況，因此中性線N的截面與各相電線截面選為相同或相近。對于使用兩相電源或單相電源的負載中性線上流通著相電流，這種中性線截面應與該相電線截面相同。（2）對于保護線（PE線）截面的選擇按規(guī)定，PE線的電導不小于相線電導的50％；按短路時熱穩(wěn)定的需要，當相電線截面SP≤16mm2時，PE線截面SPE，應與相電線截面相等，即久SPE=SP。（3）保護中性線PEN截面的選擇，應同時滿足PE線保護作用和中性線N的載流能力；例4-1在380/220V的TN-S配電線路中，計算電流I1=150A，I2=50A的集中負荷，cosφ1=cosφ2=0.8，L1=200m，L2=300m，試選用BIX-500鋁芯橡皮線明敷時的截面。環(huán)境濕度為+30℃，按發(fā)熱條件選擇。解：干線L1上流通的計算電流為Ial=205A＞200

BLX-500截面為150mm2鋁芯橡皮線在環(huán)境濕度+30℃長期允許載流量滿足發(fā)熱條件中性線S01≥0.5SP=75mm2，取90mm2保護線截面取90mm25根導線穿管敷設，穿鋼管直徑d=100mm干線L2上流通的計算電流為50AIal=60A＞50

BLX-500截面為16mm2鋁芯橡皮線在環(huán)境濕度+30℃長期允許載流量中性線S02≥0.5SP=8mm2，取10mm25線共穿一管明敷，管徑d=50mm二、按允許電壓損失計算導線截面無功電壓損失百分值為：試選電線的電抗值X0=0.35Ω/km；已知U1N=0.38kV；故有＜10有功電壓損失為：＜10導線截面為：三、按經濟電流密度計算導線截面第一、二兩段導線分別用經濟電流密度法計算導線的經濟截面選擇BLX-500V/150mm2的鋁芯橡皮絕緣電線。校核發(fā)熱條件：Ial1=233A＞200A，滿足發(fā)熱條件

計算第二段電線的經濟截面：選擇標稱幾面相近的型號BLX-500V/25mm2的鋁芯橡皮絕緣電線。校核發(fā)熱條件：Ial2=88A＞50A，滿足發(fā)熱條件

因電線穿鋼管明敷，鋁線的最小截面大于16mm2，滿足機械強度要求四、按機械強度計算導線截面用鋁或鋁合金制造的鋁絞線、鋼芯鋁絞線敷設架空線路時，或絕緣鋁線敷設在角鋼支架上時，因鋁材質輕軟，機械應力強度低，容易斷線，為此，規(guī)定了架空裸鋁導線的最小截面，及絕緣導線的線芯最小截面。對電纜不校核機械強度，但應校核短路熱穩(wěn)定度。在建筑電氣工程施工設計實踐中，對于給排水泵站，消防水泵、暖通空調機組、工廠礦山動力設備機組等的動力配電線路，由于用電設備容量大，負荷電流大，可首先按發(fā)熱條件計算，選擇電線或電纜截面，在滿足發(fā)熱條件的基礎上，再校核電壓損失和機械強度。便可選擇合適的導線截面及規(guī)格型號。對于匯流母線截面的選擇，首先按發(fā)熱條件選擇母線截面，用經濟電流密度校核截面，然后再用母線短路電流，計算母線電動力是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定，可減小絕絳子間的距離l，使電動力穩(wěn)定為止。第七節(jié)配電網電壓水平及調壓方法一、變壓器對電壓偏移的影晌電壓偏移定義為變壓器副端電壓偏量為二、變壓器電壓損失計算變壓器的電壓損失為變壓器短路電壓有功分量百分數變壓器短路電壓無功分量百分數變壓器副端電壓為三、變壓器分接頭的選擇設變壓器在最大負荷時高壓母線電壓為UA1，在最小負荷時母線電壓為UA2；變壓器電壓損失在最大負荷時為△UT1，在最小負荷時為△UT2，并己歸算至高壓端變壓器變比為在最大負荷時，變壓器低壓母線