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第1章供配电系统 1 1概述 1 2建筑的供配电系统1 2 1电力负荷分级及其供电可靠性要求1 2 2供电电源1 2 3供电系统主要形式1 2 4民用建筑供配电线路1 2 5供配电设备1 2 6建筑供配电系统图实例 1 3建筑电气照明系统1 3 1基本组成1 3 2建筑照明系统的分类 1 4建筑动力系统1 4 1动力设备的配电1 4 2动力设备的控制 1 5变配电所布置图实例 1 6建筑装饰与建筑电气的关系 1 1概述建筑供配电系统是建筑电气的最基本系统 它对电能起着接受 更换和分配的作用 向各种用电设备提供电能 系统应既能满足供电可靠性和运行维护的安全 灵活 方便的要求 又要使系统投资少 做到技术上合理和经济上节约 建筑用电 差不多都是电力系统供给的 一般的建筑采用低压供电 高层建筑采用10kv甚至35kv供电 供配电设计是建筑电气设计的重要内容 为做好建筑供配电系统的设计 必须对电力系统有所了解 1 1 1电力系统的组成 由各种电压的电力线路及一些发电厂 变电所和电能用户联系起来的一个发电 输电 变电和用电的整体 称为电力系统 图1 1是一个大型电力系统的示意图 电力系统示意 1 发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源 如煤 水 风和原子能等 转换为电能 称二次能源 并向外输出电能的工厂 发电厂的种类很多 根据所利用能源的不同 有火力电厂 水力发电厂 原于能发电厂 地热发电厂 潮汐发电厂以及风力发电厂 太阳能发电厂等 在现代的电力系统中 各国都以火力发电厂和水力发电厂为主 近些年来 各国正在大力发展原子能发电 2 变电所变电所是接受电能 变换电压和分配电能的场所 主要由电力变压器和高低压配电装置组成 是电力系统中的重要组成部分 按照变压的性质和作用不同 又可以分为升压变电所和降压变电所两种 装有升压变压器的变电所叫做升压变电所 装有降压变压器的变电所叫做降压变电所 仅用来接受和分配电能而不改变电压的场所称为配电所 3 电力网电力系统中各种不同电压等级的电力线路及其所联系的变电所 称为电力网 其任务是将发电厂生产的电能输送 变换和分配到电能用户 电力网按其功能常分为输电网和配电网两大类 由35KV及以上的输电线路和与其连接的变电所组成的电力网称为输电网 它是电力系统的主要网络 它的作用是将电能输送到各个地区或直接输送给大型用户 由10kv及以下的配电线路和配电变压器所组成的电力网称为配电网 它的作用是将电能分配给各类不同的用户 4 电能用户电能用户是所有用电设备的总称 1 1 2电力系统的电压 一切电力设备都是在一定的电压下和频率下工作的 电压和频率是衡量电能质量的两个基本参数 我国交流电力设备的额定频率为50Hz 此频率通常为 工频 电气设备的额定电压是保证设备正常运行 并获得最佳经济效果的电压 如果设备的端电压偏离其额定电压 则设备的工作性能和寿命都将受到影响 对建筑供配电系统来说 提高电能质量主要是提高电压的质量 1 三相交流电网和电力设备的额定电压 1 电网 线路 的额定电压电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要以及电力工业的现有水平 经过全面的技术经济分析后确定的 它是确定各类电力设备额定电压的基本依据 2 用电设备的额定电压M3用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压同 由于用电设备运行时线路上要产生电压降 所以线路上各点电压都略有不同 3 发电机的额定电压发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压5 由于电力线路允许的电压偏差一般为 5 即整个线路允许有10 的电压损失 所以为了维持线路的平均电压在额定值 线路首端 电源端 的电压可较线路额定电压高5 而线路末端则可较线路额定电压低5 4 变压器的额定电压当变压器的一次绕组与发电机直接连接时 其一次绕组的额定电压等于发电机额定电压 即高于同级电网额定电压5 当变压器不与发电机相连 而是连接在线路上时 可把它看做用电设备 其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同 2 电压偏移 各种电气设备都有额定的工作电压 但在实际运行时 电气设备的端电压往往会因电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化而偏离额定值 在用电高峰时长线路的末端 电压往往低于额定值 在低负荷时线路的始端 电压往往高于额定值 为此 引入电压偏移的概念 1 电压偏移的含义 电压偏移是指用电设备的实际端电压U与设备额定电压UN之差 通常用它对额定电压UN的百分值来表示 即 在电力系统中 用电设备的端电压无论是偏高还是偏低 都会对设备的工作性能和使用寿命产生不良影响 2 允许的电压偏移 国家标准GB50052 95 供配电系统设计规范 规定 正常运行情况下 用电设备端子处电压偏差的允许值宜符合下列要求 电动机为 5 照明 在一般工作场所为 5 对于远离变电所的小面积一般工作场所 难以满足上述要求时 可为 5 10 应急照明 道路照明和警卫照明等为 5 10 其他用电设备 当无特殊规定时为 5 当电网电压不能满足要求时 必须采取相应的电压调整措施 1 2 1电力负荷分级及其供电可靠性要求 电力网上用电设备所消耗的功率 称为用户的 用电负荷 或 电力负荷 用户供电的可靠性程度 是由用电负荷的性质来决定的 根据建筑物的类别和用电负荷的性质 按 民用建筑电气设计规范 规定 对用电负荷划分为三个等级 1 一级负荷中断供电将造成人员伤亡者 中断供电将造成重大政治影响者 中断供电将造成重大经济损失者 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者 如火车站 大会堂 重要宾馆 通讯交通枢纽 重要医院的手术室 炼钢炉 国家级重点文物保护场所等 2 二级负荷中断供电将造成较大政治影响者 中断供电将造成较大经济损失者 如大量产品和原材料报废 大量减产或发生重大设备损坏事故 重点企业连续生产过程需要长时间才能恢复 供电将造成公共场所秩序混乱者 3 三级负荷凡不属一级和二级负荷者 下面对民用建筑及工业建筑的常用设备及部位的负荷分级列表分类 如下表1 2所示 各个级别的负荷对用电的可靠性有不同的要求 以一级要求最重要 最严格 二级 三级逐渐降低要求 表1 2民用建筑常用重要电力负荷级别 1 一级负荷的供电要求 级负荷应由两个独立电源供电 按照生产需要和允许停电时间 采用双电源自动或手动切换的接线 或双电源对多台一级用电设备分组同时供电的接线 具体供电形式见图4 3 所谓独立电源 是指若干电源中任一电源发生故障或停止供电时 不影响其他电源继续供电 同时 具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段 均属独立电源 1 每段母线的电源来自不同发电机或变压器 2 母线段之间无联系 或虽有联系但在一段发生故障时 能自动将其联系切断 不影响另一段母线继续供电 对于一级负荷中特别重要的负荷 除要求有上述两个电源外 还要求增设应急电源 常用的应急电源有 独立于正常电源之外的发电机组 干电池 蓄电池 专门供电线路等 2 二级负荷的供电要求对于二级负荷 应由二回线路供电 供电变压器也应有两台 这两台变压器不一定在同一变电所 在其中一回路或一台变压器发生常见故障时 二级负荷应做到不致中断供电 或中断后能迅速恢复供电 3 三级负荷的供电要求三级负荷属不重要负荷 对供电无特殊要求 但在条件允许的情况下 应尽量提高供电的可靠性和连续性 1 2 2供电电源 供电电源应根据建筑物内的用电负荷的大小和用电设备的额定电压数值以及供电可靠性要求等因素确定 一般有如下几种方式 1 单相220V电源用于建筑物较小或用电设备负荷量较小 而且均为单相 低压用电设备的场合 2 三相380 220V电源用于建筑物较大或用电设备的容量较大 但全部为单相和三相低压用电设备而且总设备功率在240kW以下的场合 3 l0kV高压供电电源用于建筑物很大或用电设备的容量很大 虽全部为单相和三相低压用电设备 但采用高压供电在技术和经济上合理且满足供电部门要求的场合 此时 在建筑物内应装设变压器 布置变电室 若建筑物内有高压用电设备时 应引入高压电源供其使用 同时装设变压器 满足低压用电设备的电压要求 1 2 3供电系统主要形式 供电系统应根据负荷等级 按照供电安全可靠 投资费用少 维护运行方便 系统接线简单等原则进行设计 图1 3是一些可供选择的方案 图1 3常用供电系统方案 方案a为一路高压进线单台变压器情况该系统供电可靠性较差 系统中电源 变压器 开关及母线中任一环节出现故障或检修时 均不能保证供电 但接线简单 造价低 可适用三级负荷 方案b为一路高压进线 双台变压器 低压母线分段供电方式与方案a比较 除变压器有备用外 其他环节也无备用 一般情况下 变压器出现故障或检修的可能性比其他元件少得多 故其可靠性增加不多而投资大为增加 对于电力负荷较大需设置两台变压器或考虑变压器经济运行而选择两台变压器的情况可采用此供电方式 方案c为一路高压进线 单台变压器 低压备用的供电方式 适用于建筑中只有少量一级负荷的情况 方案d为一路高压进线 柴油发电机作为备用的供电方式 当一级负荷第二电源取得需大量投资时采用 方案e为二路高压进线 一用一备 单台变压器的供电方式 因变压养远比电源故障和检修要少 故投资增加不多而可靠性较高 可适用于二级负荷 方案f为二路高压进线 两台变压器 低压母线分段的供电方式 该系统基本设备均有备用 供电可靠性高 可适用于一 二级负荷 方案g为二路高压进线 两台变压器 高压母线分段 低压母线也分段的供电方式 该系统投资虽高但供电可靠性更高 可试用于一级负荷 方案h为在方案g的基础上增加了柴油发电机作为第三电源 适用于一级负荷中的特别重要负荷的供电 目前 超高层建筑及重要的高层建筑大多采用此供电方式 需要指出的是 电力用户的供电电压 供电方式的确定应从供用电安全 经济 合理和便于管理 依据当地电网规划 供电条件等因素进行技术经济比较 与供电部门协商确定 1 2 4民用建筑供配电线路 建筑电气配电系统的接线方法最常用的有放射式 树干式和混合式三种 下面以380 220V低压配电系统为例 简单介绍一下它们的特点 1 配电系统的接线方式 1 放射式系统放射式系统又可分为单电源单回路放射式 图4 4 a 和双回路交叉放射式 图4 4 b 两种 单电源单回路放射式是从配电母线上引出一回线路直接向用电设备配电 沿线不交接其他负荷 双电源双回路交叉放射式是从两个电源配电母线引出二回线路直接向用电设备配电 沿线也不支接其他设备 图1 4配电系统接线方式 放射式配电系统优点是线路敷设简单 配电设备集中 操作维护方便 保护容易 线路故障 停电影响范围小 供电可靠性较高 单电源单回路放射式可符合二级负荷供电要求 双电源双回路放射式 当电源为相互独立时 可符合一级负荷供电要求 放射式配电的缺点是母线出线回路较多 需要配电设备较多 有色金属消耗量也较多 放射式配电方式一般运用于容量大 负荷集中或重要的用电设备 2 树干式系统树干式配电系统又可分为直接连接树干式配电 图1 4 c 与链串型树干式配电 图1 4 d 系统两种 直接连接树干式配电是从配电母线引出一路配电干线 每个用电负荷从该干线上直接接出分支线供电的方式 这种配电方式的优点是配电系统出线回路减少 敷设简单 配电设备的数量较少 从而可减少有色金属消耗量 节省投资 缺点是线路故障影响的停电范围大 供电可靠性差 一般只适用于三级负荷 为了充分发挥树干式系统的优点 尽可能减轻其缺点所造成的影响 可以采用链串型树干式系统 这种改进后的树干式系统特点是干线引入某一用电设备母线上 然后再引出走向另一个用电设备母线 在干线进出的两侧均安装开关设备 链串型树干式可以减少某一段线路故障而引起的停电范围 供电可靠性有所提高 实际运行经验表明 只要施工质量符合要求 干线上的分支点不超过4 5个 这种方式供电还是可靠的 且故障容易恢复 它适用于用电设备的布置比较均匀 容量不大 又无特殊要求的场合 3 混合式系统混合式即为放射式和树干式相结合的最常用的配电方式 低压配电系统组成 由配电装置 配电盘 及配电线路 干线及分支线 组成 配电方式 放射式 树干式及混合式等数种 低压配电系统 4 建筑配电系统常用形式建筑电气的高压配电系统大多采用放射式接线方式 低压配电系统 特别是大型高层建筑 大多采用放射式和树干式相结合的混合式配电方式 建筑物地下设备层 大容量的用电设备较多 应采用电缆放射式对单台设备或设备组供电 电缆可沿电缆沟 电缆支架或电缆托盘敷设 如电缆数量较少 线路较短 则可采用穿管暗敷 这样可不影响地面使用 建筑上部各层配电可采用分区树干式 所谓分区 就是将整个楼层依次分为若干供电区 分区层数一般为2 6层 每区可以是个配电回路 也可分为照明 一般动力等几个回路 如图1 5 图中 b 是在 a 方式中增加了一公用备用回路 c 方式中增加了一个中间配电箱 各层分配电箱前有保护装置 提高了供电可靠性 建筑上部各层也可采用由底层到顶层垂直大树干式向所有各层供电 如图1 5 d 图1 5典型的低压配电系统 不论是分区树干式或是大树干式的垂直主干线 现在常用的有电缆 绝缘母线槽及大电流分支电缆三种形式 电缆一般用于楼层不多 负荷不太大的建筑物 绝缘母线槽电流大 插接方便 广泛使用于大型或高层建筑 最近发展起来的大电流分支电缆因其安装简单 供电可靠 投资省等优点 大有取代绝缘母线槽之势 楼顶电梯回路不能同楼层用电回路共用 应由变电所低压母线引出单独回路供电 对建筑内消防电梯 消防水泵 排烟风机 正压送风机 事故照明等属于重要的消防用电设备 应由两个回路供电 并在末级配电箱内实现自动切换 建筑物内无论是配电线路还星信号线路 按构造区分 均可分为导线和电缆两大类 通常对导线型式和敷设方式的选择是一起考虑的 导线敷设方式的选择主要考虑安全 经济和适当的美观 并取决于环境条件 2 线路的敷设 1 导线的敷设导线可分为裸导线和绝缘导线两大类 在民用建筑中 几乎不采用裸导线 故对裸导线的敷设不作讨论 绝缘导线按芯线材质分 有铜芯和铝芯两种 绝缘导线按绝缘材料分 有橡皮绝缘 如BLX BX BLXF BXF 的和塑料绝缘 BLV BV 的两种 塑料绝缘导线的绝缘性能好 耐油和抗酸碱腐蚀 价格较低 且节约大量橡胶和棉纱 因此在室内明敷和穿管敷设中应优先选用塑料绝缘导线 但塑料绝缘在低温时要变硬发脆 高温时又易软化 因此室外敷设宜优先选用橡皮绝缘导线 表1 4500伏常用绝缘导线型号 规格与用途 绝缘导线的敷设方式可分为明敷 明配线 和暗敷 暗配线 两种 明配线就是将导线沿墙壁 天花板 桁架 柱子等明敷设 明配线通常有瓷 塑 夹板配线 瓷瓶配线 瓷珠配线 槽板配线 钢 塑料 管配线 铅皮卡 钢精扎头 配线 塑料钢钉电线卡配线及钢索配线等配线方式 在现代建筑中已较少采用明配线 暗配线是将导线穿管埋设于墙壁 顶棚 地坪及楼板等处的内部 或在混凝土板孔内敷线称为暗配线 暗配线可以保持建筑内表面整齐美观 方便施工 节约线材 暗敷的管子可采用金属管或硬塑料管 穿管暗敷时应沿最近的路径敷设 井应尽量减少弯曲 其弯曲半径应不小于管外径的10倍 导线穿管敷设时 导线总截面 包括外护套 不应超过管子内截面积的40 穿线管径选择有表可查 2 电缆线路的敷设电缆的种类很多 按其所用的绝缘材料不同 电力电缆可分为油浸纸绝缘电力电缆 橡皮绝缘电力电缆 聚氯乙烯绝缘电力电缆三类 一般都由线芯 绝缘层和保护层三个部分组成 线芯分为单芯 双芯 三芯 四芯及多芯 其中聚氯乙烯绝缘电力电缆 由于制造工艺简单 没有敷设落差的限制 工作温度可以提高 电缆的敷设 维护 接续比较简便 又有较好的抗腐蚀性和一定的机械强度 目前已广泛用于民用建筑的低压电力电缆线路中 电缆敷设的方法很多 分为直接埋地敷设 电缆地沟 或地下隧道 内敷设 管道中敷设 以及沿建筑明敷设等 采用何种敷设方式 应从节省投资 方便施工 运行安全 易于维修和散热等方面考虑 直接埋地敷设其优点是施工简单 投资省 散热条件好 故应优先考虑采用 埋深一般不小于0 7m 上下各铺100mm厚的软土或砂层 上盖保护板 应敷于冻土层下 不得在其他管道上面或下面平行敷设 电缆在沟内应波状放置 顶留1 5 的长度 以免冷缩受拉 电缆应与其他管道设施保持规定的距离 在含有腐蚀性物质的土壤中或有地电流的地方 电缆不宜直接埋地 如必需埋地时 宜选用塑料护套电缆或防腐电缆 电缆沟敷设 室内电缆沟的盖板应与室内地面齐平 在易积水积灰处宜用水泥砂浆或沥青将盖板缝隙抹死 经常开启的电缆沟盖板宜采用钢盖板 室外电缆沟的盖板宜高出地面100mm 以减少地面水流入沟内 当有碍交通和排水时 采用有覆盖层的电缆沟 盖板顶低于地面300mm 沟盖板一般采用钢筋混凝土盖板 每块重量以两人能提起为宜 一般不超过50kg 沟内应考虑分段排水 每50m设一集水井 沟底向集水井应有不小于0 5 的坡度 电缆沟进户处应设有防火隔墙 电缆穿管敷设管内径不能小于电缆外径的1 5倍 管的弯曲半径为管外径的10倍 且不应小于所穿电缆的最小弯曲半径 电缆在室内埋地 穿墙或穿楼板时 应穿管保护 水平明敷时距地应不小于2 5m 垂直明敷时 高度1 8m以下部分应有防止机械损伤的措施 3 电力负荷的计算 在建筑供配电设计中 所谓 负荷 是指电气设备和线路中通过的电流和消耗的功率 电压一定时 电流与功率成正比 进行供配电设计首先遇到的问题是建筑物需要多少电 即电力负荷的计算问题 并由此作为整个供配电系统设备选择和向供电部门申请用电的依据 建筑物各种用电设备在运行中负荷是时大时小的 但不应超过其额定容量 此外 各台用电设备的最大负荷一般不会在同一时间出现 所以 建筑电力负荷总比建筑物中各用电设备的额定容量之和要小 正确计算建筑电力负荷值在经济 技术两方面都有重大意义 电力负荷计算过大 将造成投资和设备的浪费 反之 如电力负荷计算过小 则导线 开关电器 变压器等设备由过热危险 使线路及各种电气设备的绝缘老化 过早损坏 甚至引起电气火灾 进行电力负荷计算的目的是为了合理选择供配电系统中的开关电器 变压器等元件 使电气设备和材料得到充分利用和安全运行 1 用电设备的工作制 用电设备的工作制是指用电设备的工作方式 它对于电力负荷的大小有直接影响 按照工作方式的不同 可将用电设备分为三类 1 长期工作制设备这是指长期连续工作 可以达到稳定温升 符合比较平稳的用电设备 如照明灯具 空调 通风机 生产生活水泵等 2 短期工作设备这是指工作时间较短 常达不到稳定温升 而停用时间较长可冷却到周围环境温度的用电设备 如房间换气扇 锅炉补水泵等 3 反复短期工作制设备这是指时而工作时而停用 反复交替工作 工作时间短 常达不到稳定温升 停用时间也短 常冷却不到环境温度 工作周期一般不超过10min 运行一段时间后温升稳定在某一范围内反复波动的用电设备 如电梯 吊车 电焊机等 反复短期工作制设备的工作情况 可用暂载率来表示 暂载率是指一个工作周期内工作时间与工作及停用总时间比值的百分数 Jc Tg Tg Tt 100 式中Jc 用电设备暂载率 Tg 工作周期内的工作时间 Tt 工作周期内的停用时间 同一设备 在不同暂载率下工作时 其输出功率是不同的 因而所需输入的电功率也是不同的 在对反复短期工作制设备进行负荷计算时 应搞清楚其实际工作的暂载率 2 负荷曲线和负荷种类 1 负荷曲线负荷曲线是指电力负荷 功率或电流 随时间而变化的曲线 因建筑内各用电设备的工作情况是经常变化的 所以 负荷曲线是沿时间轴波动变化的曲线 横轴表示时间 纵轴表示负荷大小 负荷曲线按负荷的功率性质分为有功负荷曲线和无功负荷曲线 按负荷持续时间 负荷曲线分为年 月 日负荷曲线 日负荷曲线 日负荷曲线一般用30min平均负荷逐点绘制或阶梯式绘址 年负荷曲线通常是根据典型的冬日和夏日负荷曲线来绘制 这种负荷曲线从大到小依次排列 反映了全年负荷变动与负荷持续时间的关系 又称年负荷持续时间曲线 2 负荷种类 最大负荷最大负荷是指消耗电能最多的半小时平均功率 也就是负荷曲线上的最大值 用P30 Q30表示 可以此作为按发热条件选择电气设备的依据 又称计算负荷 用Pjs Qjs Sjs Ijs表示 电力负荷计算的就是此数值 尖峰负荷尖峰负荷是指连续1 2s的最大平均负荷 可看作短时最大负荷 可以此作为计算电压波动 选择熔断器即自动空气开关 继电保护器等计算的依据 用Pjf Qjf Ijf表示 平均负荷平均负荷是指用电设备在某段时间内所消耗的电能除以该段时间所得的平均功率值 即Pp Wp tQp Wq t式中Pp Qp 平均有功 无功负荷 W 用电设备在时间t内所消耗的电能 t 实际用电时间 对年平均负荷取8760h 对日平均负荷取24h 负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比 有功负荷系数 Pp Pjs 无功负荷系数 Qp Qjs 负荷系数又称负荷率 也可称为负荷曲线填充系数 用以反映负荷波动程度 3 负荷计算方法 影响电力负荷的因素很多 实际负荷情况很复杂 而且并不固定 因而必须选择正确的计算方法 以使计算结果尽量符合实际 力求合理 负荷计算的方法由单位建筑面积功率法 需要系数法 二项系数法和利用系数法等 在建筑电气设计的方案设计和初步设计阶段 可采用单位面积功率法 在施工图设计阶段 多采用需要系数法 1 单位面积功率法建筑物单位建筑面积所需电力负荷与建筑物种类 办公楼 住宅或宾馆 等级 普通的或高级的 附属设备情况 有无空调 和房间用途 卧室或绘图 等条件有关 而且随着生活和生产水平的提高 其标准也日益提高 有关部门通过大量的调查分析 提出了一些推荐值供有关人员选用 如表1 5 查取表中的数值 乘以总建筑面积 即得建筑物的电力负荷 进而可以估算出供配电系统的规模 主要设备和投资费用 从而满足方案或初步设计的要求 表1 5民用建筑用电负荷估算指标 2 需要系数法需要系数Kx是用电设备组所需的最大负荷Pjs与总设备安装容量Ps的比值 即Kx Pjs Ps根据需要系数Kx求总安装设备容量为Ps的用电设备组的计算负荷Pjs的方法称为需要系数法 用电设备安装设备容量有大有小 根据大量资料数据分析比较 性质相同的用电设备有相近的需要系数 所以 用需要系数法计算电力负荷时 应在计算范围内将用电设备按不同性质分为各个用电设备组 先求得各组用电设备的计算负荷 再计算各组用电设备总的电力负荷 基本计算公式对单组用电设备 对多组用电设备 式中 单组用电设备各装接设备容量之和 不包括备用设备 相电压 单组用电设备的需要系数 单组用电设备与运行功率因数相对应的正切值 可从表1 6中查取 各组用电设备最大负荷时有功和无功的同期系数 是考虑到各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引用的一个系数 根据其计算范围 其数值可在0 8 0 95之间选取 表1 6建筑电气设备需要系数表 几个需要说明的问题a 需要系数的确定需要系数是考虑到同组的用电设备不一定都同时工作 同时工作的设备也不一定都满负荷运行而引入的系数 所以需要系数总是小于1的 实际上需要系数不仅与设备的效率 台数 工作情况有关 而且与维护管理水平 人员操作水平等因素也有关 故一般通过实测确定 以便尽可能符合实际 需要系数的数值不是一成不变的 它将随着生产发展 技术水平提高而变化 b 设备容量的确定电力设备容量Ps只考虑工作设备 不包括备用设备 其值与用电设备组的工作制有关 应按工作制分组分别确定 一般长期工作制和短期工作制的用电设备的设备容量 就是其铭牌额定功率 而反复短期用电设备的设备容量是将其在某一工作状态的铭牌额定功率换算至统一工作状态下的额定功率 这种工作制的用电设备主要有电焊机和吊车电动机 我国电焊机铭牌额定暂载率有50 60 75 100 四种 需要系数法负荷计算规定统一换算至Jc 100 即 我国吊车电动机铭牌额定暂载率有15 25 40 50 四种 需要系数法负荷计算统一换算至Jc 25 即 这种情况在工业设备中较为常见 对民用建筑碰到的不多 照明设备容量 对于白炽灯等热辐射电光源可取其铭牌额定功率作为设备容量 对于荧光灯和高压汞灯等气体放电光源 还应计入整流器的功率损耗 前者应增加20 后者应增加8 C 单相用电设备的设备容量建筑电气用电设备存在大量单相负载 应将它们均匀地分到三相上 力求减少三相不平衡 设计规定 在计算范围内单相不平衡负载不超过三相平衡负载的15 设备容量可按单相设备功率之和计算 如超过15 则应以最大相负荷3倍作为单相用电设备的设备容量 住宅建筑用电设备住宅建筑内的用电设备均为单相电器 容量1KW的电器有 电热水器 空调 电暖器等 4 导线截面的选择 1 导线选择的内容导线选择的内容包括型号及敷设方式的选择 导线截面的选择两大部分 型号可反映导线的材料和绝缘方式 如BX型表示铜芯橡皮线 BLX型表示铝芯橡皮线 BV型表示铜芯塑料线 BLV型表示铝芯塑料线 等等 导线形式 型号 应与所选择的敷设方式及环境条件相适应 导线截面是导线选择的主要内容 直接影响着技术经济效果 在图纸中表示时 导线的敷设方式 敷设部位 截面和根数通常写在型号的后面 截面的单位为mm2 如 BV 3 25 1 16 SC32 WC FC表示3根25mm2 l根16mm2的塑料绝缘铜芯导线穿 32钢管 沿墙 沿地板 暗 敷设 WC FC表示敷设部位及方式 2 导线截面的选择1 导线截面的选择条件为了保证供电系统安全 可靠 优质 经济地运行 导线和电缆截面的选择必须满足以下条件 发热条件导线和电缆 含母线 在通过计算电流时产生的发热温度 不应超过其正常运行时的最高允许温度 电压损耗导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗 不应超过正常运行时允许的电压损耗值 对于工厂内较短的高压线路 可不进行电压损耗校验 经济电流密度高压线路及特大电流的低压线路 一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面 以使线路的年运行费用接近于最小 节约电能和有色金属 所选截面 称为 经济截面 此种选择原则 称为 年费用支出最小 原则 机械强度导线的截面应不小于最小允许截面 如表1 7所示 由于电缆的机械强度很好 因此电缆不校验机械强度 但需要校验短路热稳定度 此外 对于绝缘导线和电缆 还需要满足工作电压的要求 表1 7按机械强度确定的绝缘导线线芯最小截面 根据设计经验 低压动力线因其负荷电流较大 所以一般先按发热条件选择截面 再校验电压损耗和机械强度 低压照明线 因照明对电压要求较高 所以一般先按允许电压损耗来选择截面 然后校验其发热条件和机械强度 而对长距离 大电流及35kV以上的高压线路 则往往先按经济电流密度来选择截面再校验其他条件 按以上经验选择 通常较易满足要求 较少返工 下面主要介绍按发热条件选择计算一般三相线路的导线和电缆截面的问题 关于机械强度 对于建筑物 群 电力线路来说 无需详细计算 只按最小截面校验就行了 2 导线截面的选择 三相系统相线截面的选择电流通过导线 产生能耗 使导线发热 裸导线的温度过高时 会使接头处的氧化加剧 增大接触电阻 使之进一步氧化 如此恶性循环 最后可发展到断线 而绝缘导线和电缆的温度过高时 可使绝缘加速老化甚至烧毁 或引起火灾 因此 导线正常发热温度不得超过导线额定负荷时的最高允许温度 如常用的BV塑料绝缘导线最高允许温度为65 按发热条件选择三相系统中的相线截面时 应使其允许载流量Ix 不小于通过相线的计算电流Ijs 即Ix Ijs所谓导线的允许载流量 就是在规定的环境温度及相应的敷设条件下 导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流 BV铜芯塑料绝缘导线穿钢管敷设时的载流量见表1 8 表1 8聚氯乙烯绝缘铜导线钢管敷设的允许载流量 单位 A 最高允许温度 65 应该注意的是同一导线截面 在不同的敷设条件下其允许载流量是不同的 甚至相差很大 如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时 则导线的允许载流量应乘以温度校正系数K 即 式中 导线额定负荷时的最高允许温度 导线的允许载流量所采用的环境温度 导线敷设地点的实际环境温度 这里所说的 环境温度 是按发热条件选择导线和电缆的特定温度 在室外 环境温度一般取当地最热月平均最高气温 在室内 则取当地最热月平均最高气温加5 对土中直埋的电缆 则取当地最热月地下0 8 1m的土壤平均温度 亦可近似地取为当地最热月平均气温 中性线截面的选择三相四线制系统中的中性线 要通过系统的不平衡电流和零序电流 因此中性线的允许载流量 不应小于三相系统的最大不平衡电流 同时应考虑谐波电流的影响 一般三相四线制线路的中性线截面A0 应不小于相线截面A 的50 即A0 0 5A 由三相四线制线路引出的两相三线线路和单相线路 由于其中性线电流与相线电流相等 因此它们的中性线截面A0应与相线截面A 相等 即A0 A 对于三次谐波电流相当突出的三相四线制线路 由于各相的三次谐波电流都要通过中性线 使得中性线电流可能接近甚至超过相电流 因此这种情况下 中性线截面A0宜等于或大于相线截面A 即A0 A 保护线 PE线 截面的选择 保护线耍考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度 根据短路热稳定度的要求 保护线 PE线 截面APE 按 低压配电设计规范 GB50054 95 规定 a 当A 16mm2APE A b 当16mm235mm2APE 0 5A 保护中性线 PEN线 截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能 因此其截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求 取其中的最大值 1 2 5供配电设备 供配电设备主要有变压器 高压配电装置 低压配电装置 变压器变压器起着变换电压的作用 常用的10kV变电所中变压器将高压l0kV变为低压380 220v 根据冷却方式的不同 通常采用的配电变压器有油浸式变压器和干式变压器 高压配电装置高压配电装置是用于安放高压电器设备的柜式成套装置 起着接受电能 分配电能的作用 柜内安装有高压开关设备 测量仪表 保护设备及一些操作辅助设备 按其结构可分为固定式和手车式两种 低压配电装置低压配电装置是用于安放低压电器设备的成套柜式装置 可分为固定式和抽屉式 里面安装有低压开关设备 保护设备及一些操作辅助设备等 主要就是低压电器 低压电器指电压在500V以下的各种控制设备 各种继电器及各种保护设备等 在建筑工程中常用的低压电器设备有刀开关 熔断器 低压断路器 接触器及磁力起动器等 1 刀开关刀开关是最简单的手动控制设备 功能是不频繁的接通和断开容量不大的低压供电线路 并兼作电源隔离开关 按工作原理和结构形式 刀开关可分为胶盖闸刀开关 铁壳开关 熔断式刀开关 组合开关等几种 如果按极数分有单极 双极 三极等三种 每种又有单投和双投之分 2 熔断器熔断器是最简单的一种保护电器 它串联在电路中 是电路中受热最为薄弱的环节 当电路中发生过电流 包括短路及过负荷 时 熔断器内的熔体由于发热温度达到其熔点而熔断 切断故障电路 使电路中的其他电气设备不应过电流而损坏 熔体的熔断时间与电流的大小有关 当通过熔体的电流越大时 熔断的时间越短 由于熔断器价格便宜 结构简单 维护方便以及尺寸小 在低压电路中得到广泛使用 3 低压断路器低压断路器是应用最广泛的一种控制设备 也称自动空气断路器 或自动空气开关 低压断路器在结构上有较好的灭孤性能 可以接通 断开正常负荷电流 正常分合闸 并可自动切断短路故障电流 其主要用于配电线路和电气设备的过负荷 低电压 单相接地和短路保护 常用作配电箱中的总开关和分路开关 低压断路器按其用途分类可分为配电线路保护用 电动机保护用 照明线路保护用及漏电保护用等几种 见表1 9 按低压断路器结构分类又可分为DW系列及DZ系列两类 DW系列是敞开式结构 一般装在配电屏内 DZ系列是塑壳式结构 属于保护式一般可装在配电屏 配电箱或配电板上 按脱扣器的类型可分为励磁脱扣 过电流脱扣 有瞬时脱扣 短延时 长延时三种 和失压脱扣等 按操动机构分类又可分为手动 电动 包括电磁操作和电动机操作 两种 过载自动空气开关1 接触刀片 2 弹簧 3 搭扣支点 4 搭扣 5 电磁铁 6 衔铁 欠压自动空气开关1 接触刀片 2 弹簧 3 搭扣支点 4 搭扣 5 电磁铁 6 弹簧 4 接触器接触器也称为电磁开关 它是利用电磁铁的吸力来控制触头动作的 接触器按其电流可分为直流接触器和交流接触器两类 在建筑工程中常用交流接触器 当线圈通电 被激励 后 衔铁被吸合 拉杆把所有的常开触点闭合 这时所有常闭触点断开 负载通电运行 这种切换主电路的触头称为主触头 可以通断较大电流 而切换控制电路的触头称为辅助触头 通断电流小 容量较大的接触器主触头上有灭弧罩 接触器主要的技术数据有额定电压 额定电流 均指主触头 电磁线圈额定电压等 应用中一般选其额定电流应大于负载工作电流 通常负载额定电流为接触器额定电流的70 80 5 漏电保护开关 电流动作型漏电保护开关工作原理图TAN 零序互感器 A 放大器 YR 脱扣器 QF 低压断路器 1 2 6建筑供配电系统图实例 1 系统图及其特点电气系统图描述的对象是系统或分系统 一般用图形符号或带注释的框来绘制 大的系统图可以表示大型区域电力网 小的系统图可以表示一个用电设备的供电关系 电气系统图的基本特点 1 电气系统图所描述的对象是系统或分系统 电气系统图可用来表示大型区域电力网 也可用来描述一个较小的供电系统 2 电气系统图所描述的是系统的基本组成和主要特征 而不是全部 3 电气系统图对内容的描述是概略的而不是详细的 但其概略程度则依描述对象的不同而不同 描述一个大型电气系统 只要画出发电厂 变电所 输电线路即可 描述某一设备的供电系统 则应将熔断器 开关等主要元器件表示出来 4 在电气系统图中 表示多线系统 通常采用单线表示法 表示系统的构成 一般采用图形符号 对于某一具体的电气装置的电气系统图 也可采用框形符号 这种框形符号绘制的图又称为框图 这种形式的框图与系统图没有原则性的区别 两者都是用符号绘制的系统图 但在实际应用中 框图多用于表示一个分系统或具体设备 装置的概况 2 系统图实例以下将介绍几幅常见的供配电系统图 并对其进行介绍说明 以期大家能够更好的明白掌握供配电系统图的知识 图1 7为某工程的高压配电系统图 从图中可以看出 10KV高压电源线进入1号进线柜后 通过10KV计量柜和10KV母线P T柜 然后分别经过2号变压器10KV开关柜和1号变压器10KV开关柜 变压后向建筑设备供电 图中还标出了一次主要设备和二次主要设备的名称 型号 规格 数量 同时标出了二次图编号以及回路名称和开关柜型号等 以方便阅读 图1 7高压配电系统 图1 8则为某建筑内低压配电系统图 该系统图的组成更为具体 本系统图采用树干式配电方式 电力经1号变压器进入1号变压器进线柜 然后依次通过四个配电屏 第一个配电屏向1段干线电缆 水泵房 以及两个备用回路供电 第二个配电屏向消控中心 载客电梯 以及两个备用回路供电 第三个配电屏通向补偿柜 第四个通向联络柜 从本图中可以很明了的识别系统图的构成 电能的分配 线路的连接顺序 图1 8低压配电系统图 图1 9 1 10 1 11 1 12为附录二案例工程完整的配电系统图 分别为配电干线图 电缆分线箱接线图 配电箱接线图 漏电开关箱接线图 图1 9配电干线图 图1 10电缆交接箱接线图 图1 11配电箱接线图 图1 12PK漏电开关箱接线图 1AL 2AL 配电箱共引出14个单相回路 W1 W14 从图中可以算出这个数字 计算如下 L1相总功率 8KW 8KW 8KW 8KW 32KWL2相总功率 8KW 8KW 8KW 8KW 32KWL3相总功率8KW 8KW 8KW 8KW 0 6KW 0 5KW 33 1KW 然后计算三相平均功率与最大或最小功率相差范围是否超过15 若超过15 则取总功率为三相功率中最大功率的3倍 若没有超过 则取总功率为三相功率之和 平均功率 32 32 33 1 3 32 37KW验算 33 1 32 37 32 37 2 26 15 该设计中 总功率取最大功率33 1的3倍 即33 1 3 99 3KW 熔断器选用JXM2 225M 3300 其额定电流为160A 大于134 2A 又不超出太多 可以满足要求 有了回路WP1 WP2 得功率 我们再回到图1 10 总功率为Pe 99 3 99 3 198 6KW 熔断器选用JXM3L 400 Q 4300 动作电流Ie为250A 满足要求 图1 111AL 2AL 配电箱共有14个回路 W1到W12用途为住宅 W13回路用途为梯道照明 W14为弱电间用电 所有回路均为单相回路 如W1回路 为L1相 由三根截面积25mm2的塑料铜芯线组成 穿直径32mm的焊接钢管沿墙敷设 其功率为8KW 电流为40 4A 计算如下 其断路器型号选为LAS 60 C50 1P 额定电流50A 为一极开关 储藏间照明选用断路器型号为LAS 60 C10 1P 额定电流为10A 为一极开关 电表选用DD862 415A 60 A 1 3 1基本组成应用电光源进行采光 保证人们在建筑物内正常从事生产和生活活动 满足其他特殊需要的照明设施 称 建筑电气照明系统 电气照明系统由电气和照明两个部分组成 其中电气系统分为供电系统和配电系统 系统应满足用电设备对供电可靠性和对供电质量的要求 并适应建筑的发展 照明系统由照明器 照明线路 照明控制电器及保护电器等组成 1 3建筑电气照明系统1 3 1基本组成1 电气系统是指电能的产生 输送 分配 控制和消耗使用的系统 是由电源 导线 控制和保护设备 开关的熔断器 用电设备 各种照明灯具等 组成 如图1 13所示 图中包括对照明部分 空调插座 热水器插座 其他插座以及备用等用途的配电 图中还表示出了各个回路的名称 导线的型号及空气开关型号等 图1 13某电气系统漏电开关箱系统图 2 照明系统是指光能的产生 传播 分配 反射 折射和透射 和消耗吸收的系统 由电源 控制器 室内空间 建筑内表面 建筑形状 工作面等组成 3 电气和照明系统的关系电气和照明是两套系统 既相互独立又紧密联系 两套系统的功能是不同的 在设计中所遵循的基本理论 分属电学和光学 所依据的基本参数 分别为瓦特W和流明lm 所采用的基本运算方法都不同 分别通过照明的光学部分设计和照明的电气部分设计来完成 两套系统之间又是紧密相关的 连接点就是灯具 灯具可同时用瓦特和流明两类参数表示其性能 灯具是电气系统的末端 又是照明系统的始端 电气设计应满足照明设计的要求 而照明设计应和建筑设计紧密配合 所以在实际工作中 一般程序是根据建筑设计的要求进行照明设计 再根据照明设计的成果进行电气设计 最后完成统一的电气照明设计 如图1 14所示 电照设计的基础资料 建筑设计的平 立 剖面图 以及该建筑内生产 生活用电工艺要求 照明设计的主要成果有照明平面图 供电系统图 图1 14电气照明设计成果图 1 3 2建筑照明系统的分类 建筑照明系统是将电能转化为光能的系统 按照在建筑中所起的作用的不同 可将建筑照明系统分为视觉照明系统和气氛照明系统 1 视觉照明系统它是指在自然采光不足之处或是夜间 提供必要的照度 满足人们的视觉要求 属生理要求 保证所从事的生产 生活活动正常进行而采用的照明系统 根据具体的工作条件可以分为工作照明 事故照明 备用照明 应急照明 障碍照明 1 工作照明是保证人们的工作和生活正常进行所采用的照明 工作照明是电气照明中的基本类型 在建筑内 正常情况下需要照明的全部空间所采用的照明都是工作照明 沿警戒区周围装设的警卫照明 为检修设备而使用的移动照明均为工作照明 2 事故照明是当工作中的照明事故中断时 供暂时继续工作或人员疏散用的照明 事故照明应采用能瞬时可靠点燃的白炽灯或卤钨灯 若事故照明平时作为工作照明的一部分经常点燃 而且当发生事故时不需要切换事故照明电源的情况下 也可以采用其他电光源 3 备用照明是供人们暂时继续工作用的事故照明 应在下列场所采用 当工作照明故障 由于工作中断或误操作将引起火灾 爆炸 人员中毒等严重危险的场所 如锅炉房 煤气站 可能引起生产过程长期破坏的场所 如电子计算机房 重要的生产车间 如水泵房等 4 应急照明是供人员安全疏散用的事故照明 应急灯应涂成红色或注上箭头 文字说明等标记 5 障碍照明是装设于高大建筑物的顶部 作为飞行照明标志的照明 2 气氛照明系统 1 建筑彩灯 节日彩灯 泛光彩灯 夜晚用于装饰建筑物的照明系统 2 专用彩灯它是满足各