楼宇供电论文.doc

智能化楼宇供电接地系统的选择(在建筑物供配电设计中,接地系统设计涉及到供电系统的可靠性与建筑物、人身和设备的安全性。智能化楼宇的出现,对防雷接地、工作接地、保护接地、防静电接地、屏蔽接地、直流接地等提出了更高的新要求。具体来说,智能化大楼内有电子计算机及其网络系统、通信自动化系统(CAS)、大楼自动化系统(BAS)、办公自动化系统(OAS)、电缆电视及卫星电视系统、火灾报警及消防联动系统、安保监控系统等大量电子设备及其布线,加上应有的电力、照明设备及其布线系统。各系统对接地要求都各不相同,如果接地系统设计不当,会直接影响到智能化系统功能,造成严重的经济损失。下面就介绍几种供电接地系统。1 TN-C系统(见图1)该系统为三相四线接零系统,中性线N与保护接地线PE线合二为一,通称PEN线。这种接地系统只适用于三相负荷较平衡的场所。智能化大楼内,单相负荷所占比重较大,难以实现三相负荷平衡,PEN线有不平衡电流。加上线路中存在着由于荧光灯、晶闸管(可控硅)等设备引起的高次谐波电流,在非故障情况下,会在中性线N上叠加,使中性线N带电,且电流时大时小不稳定,造成中性点接地电位不稳定漂移,不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电,对人身造成危险,而且也无法取得一个合格的基准电位,精密电子设备无法准确可靠运行。因此,TN-C接地系统不能作为智能化建筑物的接地系统。2 TN-C-S系统(见图2)该系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电站引来的场所,进户前采用TN-C系统,进户处重复接地,进户后变成TN-S系统。TN-C-S系统的特点是中性线N与保护接地线PE线,在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接(否则,将等同于TN-C系统)。该系统中性线N常会带电,保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电。因此TN-C-S接地系统明显提高了人及物的安全。同时,只要采用各接地引线都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,那么TN-C-S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。3 TN-S系统(见图3)这是一个三相四线加PE线的接地系统,习惯上也称为三相五线系统,建筑物内设有独立变配电所时采用该系统。TN-S系统的特点是,中性线N与保护接地线PE线仅在变压器中性点共同接地,此外,两线不再有任何的电气连接。由于N线和PE线分开,三相不平衡电流不再流经PE线,避免了用电设备外壳的电位升高。该接地系统完全具备安全性和可靠的基准电位。只要像TN-C-S接地系统一样,采用各接地引线都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值等措施,TN-S系统是可以用作智能建筑物的接地系统的。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时,一般都采用这种接地系统。4 TT系统(见图4)TT系统是三相四线制接地系统。该系统经常用于建筑物供电来自公共电网的地方。其特点是中性线N与保护接地线PE线无一点电气连接,即中性点接地与PE线接地是完全分开的。该系统在正常运行时,不管三相负荷平衡或不平衡,在中性线N带电的情况下,PE线不会带电。只有在单相接地故障时,由于保护接地敏感度低,故障不能及时切断,设备外壳才可能带电。正常运行时TT系统类似于TN-S系统,也能获得人与物的安全性和取得合格的基准接地电位,随着大容量的漏电保护器的出现,该系统也会越来越作为智能性建筑物的接地系统。从目前情况来看,由于公共电网的电源质量不高,难以满足智能化设备的要求,所以,TT系统很少被智能化大楼采用。5 IT系统(见图5)IT系统是三相三线制接地系统,该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地，无中性线N,只有线电压(380 V),无相电压(220 V),保护接地时,不会使外壳带有较大的故障电流,系统便可以正常运行。缺点是不能配出中型线N,因此该系统不适用于有大量单相设备的智能化大楼。一般来说,智能化用电属于一极负荷,接地系统采用TN-S系统,按规范宜采用一个总的共同接地装置,即统一接地体。统一接地体的构成为:利用大楼桩基钢筋并用40 mm40 mm5 mm镀锌扁钢联成一体,作为自然接地体,接地电阻值不大于18。智能化楼宇的其他功能接地,必须以防雷接地系统为基础,统一接地体为接地电位基准点,分别引出各种功能的接地引线,利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。在变配电所内设置总等电位铜排,该铜排电位必须是接地体的地电位,即铜排的接地电阻不大于18。如果智能化小康型住宅群是分散的智能化楼宇,将采用哪一种接地系统,是TN-S系统还是TT系统,还需要做进一步探讨。1 引言在电力供电系统中,为了避免送电过程中的线路损耗及用电高峰时而造成的末端电压过低,动力设备转矩不足,往往都是以较高的电压传输。因此,用户照明系统承受的电压均高于照明灯具的额定电压,特别是用电低峰时,电网电压更高,多余的电压不仅使用户电费开支大量增加,同时导致灯具发热,缩短了其使用寿命。而且造成的照明系统眩光增加对人眼伤害更大。为了保护用电灯具、节约电能,越来越多的照明供电系统采用了电力稳压系统,其中最常见的是可控硅稳压器、自耦变压器调压器、带有伺服机构与碳刷的补偿式稳压器。但是,可控硅稳压器只能降压稳压,并且产生谐波,污染电网;自耦调压器在电压输出端有几组抽头,工作时选择一组做降压控制,不能动态调节;补偿式稳压器虽然克服了上述两种稳压器的缺点,但由于它采用伺服电机和电刷动态调节电压,不免存在反应不迅速、电刷摩擦损伤、接触不良易产生火花,甚至烧坏电刷和调压器。本文介绍了一种楼宇照明供电稳压节能系统,其稳压系统能动态跟踪电网电压变化,用矩阵开关代替伺服机构,用变压器组代替调压器,主回路无触点,无谐波,安全可靠。2 楼宇照明稳压系统及工作过程楼宇照明稳压系统如图1所示,包括微控制器,检测、采样、A/D转换单元,矩阵开关,变压器组,人机接口等。微控制器是系统的核心单元,负责信号处理,自动控制。稳压方案通过人机接口预先设定。当电网电压Ui发生扰动时,输出电压跟着发生变化,反馈回路通过检测、采样、A/D转换,把数字信号送给微控制器,采样值和给定值进行比较,根据偏差信号控制矩阵电子开关,调整变压器组的运行方式,使输出电压不断接近给定值,最终达到稳定时,输出电压U0等于给定电压Uw。3 稳压原理图2是A相原理图。Ui为电网电压,U0为输出电压,T为变压器,记其原边绕组的电压U1,副边绕组电压为U2,变比为nB1,副边与负载串联,起补偿作用。将图2作等效变换,变压器原边等效为受控电流源,副边等效为受压电压源,起补偿作用(如图3)。受控电压源:US=1nU1受控电流源:IS=-1nI0输出电压:U0= Ui-K#US(4)状态1:k1闭合时,k2打开,K=1。此时,U0= Ui-1nUi= (1-1n)Ui(5)状态2:k2闭合时,k1打开,K=0。此时,图2中变压器的原边短路,从图3看,是受控电流源短路,电流源短路时,两端电压为0,电流为IS,故U0= Ui(6)从上面的分析知,当k1闭合,k2打开时,补偿电压为:US=1nU1;当k2闭合,k1打开时,没有补偿作用。也就是说如果稳压器输出电压为U0,当UiU0,且$U= Ui-U0= US时,闭合k1,打开k2,可使输出电压保持U0,那么依此原理,对于任意的$U0有,$U= K0US0+K1US1+,+KjUSj其中 $U= Ui- U0 USj=2jV(j=0,1,2,)这样,把20、21、,2j伏的变压器的副边串联起来,那么对所有的偏差$U,通过选取合适的Kj,都可以得到对应的补偿。补偿的方法是将$U将上面的方法分解,系数为1的对应变压器投入补偿,为0的对应变压器工作状态2。如果$U0,只需改变变压器线圈的同名端,即可实现升压稳压。4 楼宇照明节能分析4.1楼宇照明电压优化 在楼宇照明系统中,各类商场、超市、银行、电信、学校、办公写字楼等用电量较大的场所,照明系统广泛使用了荧光灯,所以楼宇照明的节能核心是荧光灯的节能。实验表明:荧光灯照度、寿命与电压的关系如表1所示(表中百分数表示额定电压的百分比,额定电压下寿命为1):表1 荧光灯照度、寿命与电压的关系灯具电压80% 90% 100% 110%照度87% 93% 100% 110%寿命018 2 1 018由表可知,如果电压增大10%,虽然照度增大10%,但是灯具寿命减小20%;电压减小10%,照度减小7%,寿命是原来的2倍;电压减小20%时,照度、寿命都大幅度降低。所以取灯具额定电压的90%,作为楼宇照明供电最优运行与节能电压。4.2楼宇照明节能率分析 在楼宇照明供电系统中,电网电压额定值是220 V,允许波动一般在额定电压的-15%+10%,即最低电压降落幅度不超过33 V。而且较小的电压波动(额定电压的5%左右),低压供电系统是允许的,所以选用4、8、16 V三组变压器即可满足照明系统稳压要求。对于楼宇室内照明,当电网电压为额定电压时,采用90%额定电压供电,灯具寿命可以延长一倍,照度衰减7%。从人体视觉学可知,人的眼睛对光强度变化的感觉是按对数关系计算的,照度衰减7%,人的视觉能够感觉到光线变暗116%,此时,节约电能19%,达到了最佳能效比。如果电网电压超过220 V,则节能率一般在20%以上。对于楼宇外墙照明,采用如图4所示时变稳压值控制曲线(即稳压值分时调节),下面计算节能率。照明时间:下午5点到次日凌晨5点,共12 h。供电电压:午夜前220 V,午夜后由于电网负荷减小,爬升至230 V。工作方式:17点至19点,灯具恒压供电210 V,照度较高;19点至24点,用最优照明电压200 V;24点至凌晨5点,照度需求不高,电压设定为190 V。节能率计算:假设照明系统负荷恒定,节能率只计算有功功率,负荷等效电阻为R。稳压节能前耗电量:W=22027R+23025R节能后耗电量:Wc=21022R+20025R+19025R节能率:G=W- WcW100% =2213%5 结论(1)楼宇照明节能系统基于电压补偿的基本思想,用有限的三组变压器就可以实现一定范围和精度的稳压,彻底消除了现有稳压器中电刷带来的种种缺陷。(2)主回路采用变压器作为能量传输元件,损耗功耗小,无谐波污染。(3)扩展容易。如果再增加一组32 V变压器,则调压幅度增达到额定电压的2713%;如果增加一组2 V变压器,稳压精度提高一倍。可以满足各种情况的需要。(4)采用最优照明节电模式,节能率高达20%以上,可以根据不同应用场合,通过人机接口设定稳压控制方案和照明时间。楼宇供电谐波和无功的治理现状及存在的问题分析0引言近年来，高层楼宇建筑向楼宇自动化迅速发展，成为新的经济增长点，楼宇自动化也成为一个地区、一座城市、一个国家经济和科技实力的象征。 但是，高层建筑楼宇自动化系统（设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统）中大量自动化设备需要高质量的电源，但同时其中相当数量的设备由于具有非线性负载特性，又是引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。对供电系统造成严重污染，使电能质量下降，不仅给楼宇中的电气设备、电子设备及楼宇智能化系统带来严重的危害和不良影响。并且对楼宇BAS供电系统以外的电气与电子设备带来危害。 由谐波和无功引发的各种事故和故障，给国民经济生产和生活造成严重损失。1 谐波抑制方法及存在的问题 抑制谐波的方法有两种，一是设计谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都适用；另一种是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，而且功率因数接近为1。传统的谐波补偿方式采用由LC组成的无源滤波器，它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它具有结构简单，前期投资少，运行可靠性高，运行费用低等优点，因而得到广泛的运用。但是LC滤波器存在一些难以解决的问题。（1）只对设计要求规定频率点的谐波滤波效果较好，对其它频率谐波滤波效果不明显。（2）负载谐波电流过大时可能造成无源滤波器过载，损坏滤波器，造成事故。（3）无源滤波器的滤波效果与系统的运行状况相关，当电网系统阻抗和频率变化时，难以保证滤波效果。（4）对特殊的谐波或系统阻抗和频率变化，可能与电网阻抗发生串联或并联谐振现象，造成电压波形畸变和谐波电流放大，引起无源滤波器过压过流，甚至损坏，影响电网的稳定性。近年来，有源电力滤波器取得了长足的发展，被认为是治理电网谐波的最有前途的方法降。有源电力滤波器的基本原理是检测出补偿对象中谐波电流的大小，由有源电力滤波器产生一个与谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流抵消谐波电流，使电网电流只含基波分量。与无源电力滤波器相比，有源电力滤波器能对变化的电网谐波进行动态跟踪补偿，补偿特性受电网阻抗变化影响小，不存在谐波放大的危险，储能元件容量小。但是，有源电力滤波器的工业应用尚处于初期阶段，日本和美国已有此类产品投入实际运行。我国还处于研制阶段，有关研究还停留在实验室研究和工业化实验阶段，到目前为止，有源电力滤波器还未能在我国工业领域得到广泛应用。2 无功功率补偿方法及存在的问题电网用户中，不仅大多数网络元件需要消耗无功功率，大多数负载也消耗无功功率。由于电网容量的增加，对电网无功的需求也越来越大，如果无功电源容量不足 ，系统运行电压将就难以得到保证。电网功率因数和电压的降低使电气设备得不到充分利用，降低网络传输能力。因此，解决好供配电网络无功补偿问题，对电网的安全运行和降低电网损耗、科教前哨节约能源有着重要意义。（1）早期的无功功率补偿装置是同步调相机。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，同时对变化的无功功率也能进行动态补偿。其缺点是反应速度慢，损失较高，价格也比较贵。（2）采用并联电容器也能对无功功率进行补偿。在与同步调相机调节效果相近的情况下，并联电容器方便灵活，而且费用比同步调相机少得多。它的缺点是只能补偿固定的无功功率，在系统有谐波的情况下，还可能发生并联谐振 ，烧毁电容器。（3）静止无功补偿装置近年来发展很快，己被广泛应用于电力系统。其典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器。晶闸管投切电容器也获得了广泛的应用。它的特点是能连续调节补偿装置产生的无功功率，而且响应速度快，也比同步调相机便宜。TCS只能分组投切，必须和TCR配合使用，才能连续调节无功功率。TCS和TCR配合使用，进行分相控制，还能平衡三相不对称负载，对负序电流起到一定的抑制作用。其主要问题是因TCR 装置采用相控原理，在动态调节基波无功功率的同时，产生大量的谐波。（4）静止无功发生器是一种比SVC更先进的无功功率补偿器，通过不同的控制，既可使其发出无功功率，呈电容性，也可使其吸收无功功率，呈电感性。采用PWM 控制时，可使输入电流接近正弦波。但其只能补偿无功功率，功能略显单一。3 楼宇配电系统谐波和无功综合治理现状及存在的问题办公楼宇中，一般很少有大容量的冲击性负荷，因此对动态无功补偿要求不高。楼宇谐波和无功综合治理方法是从用户、配电系统和输电系统三个从面统一、经济地处理。对于容量大的谐波源应就近安装滤波器，而对容量不大的谐波源可在系统母线上集中滤波；对于谐波限制不严格的用户，使用无源滤波器治理谐波:对于谐波限制严格的用户，将无源滤波器和有源电力滤波器结合起来使用。存在的主要问题:其一 ，目前尚无楼宇电能质量标准 ，国家颁布的和国际上有关电能质量标准均不适用于楼宇；其