第1章 建筑电气

1、建筑电气设计建筑电气设计 南阳理工学院南阳理工学院 电子与电气工程学院电子与电气工程学院 电气工程教研室电气工程教研室 杨杨 磊磊 联系方式：联系方式：77552149 Email： 要求要求 1、关于缺课、迟到、早退、关于缺课、迟到、早退 2、关于课堂纪律、关于课堂纪律 3、关于作业、关于作业 4、关于考试：平时、关于考试：平时20%，考试，考试80% 选用教材：选用教材： 建筑电气建筑电气，段春丽等，机械工业出版社，段春丽等，机械工业出版社 参考教材：参考教材： 现代供电技术现代供电技术，孟祥忠，清华大学出版社，孟祥忠，清华大学出版社 工厂供电工厂供电第第4版，刘介才，机械工业出版社版，刘

2、介才，机械工业出版社 供电技术供电技术，王崇林等，煤炭工业出版社，王崇林等，煤炭工业出版社 供配电技术供配电技术，唐志平等，电子工业出版社，唐志平等，电子工业出版社 本书共分本书共分9章，主要介绍建筑供配电系统、负章，主要介绍建筑供配电系统、负 荷特点及计算方法；建筑供配电变电所的组成、荷特点及计算方法；建筑供配电变电所的组成、 布置及主要接线；柴油发电机的选择；高低压布置及主要接线；柴油发电机的选择；高低压 开关设备及供电导线的选择及供电线路的敷设开关设备及供电导线的选择及供电线路的敷设 方式；建筑照明基础知识、照度计算、灯具选方式；建筑照明基础知识、照度计算、灯具选 择与控制；建筑物防雷接

3、地及等电位联结；同择与控制；建筑物防雷接地及等电位联结；同 时对智能建筑的组成及功能进行了简单的介绍。时对智能建筑的组成及功能进行了简单的介绍。 课程章节课程章节 第第1章章 绪论绪论 第第2章章 建筑供配电的负荷计算与建筑供配电的负荷计算与 无功功率补偿无功功率补偿 第第3章章 变配电所及柴油发电机变配电所及柴油发电机 第第4章章 电线、电缆及电器设备的选择电线、电缆及电器设备的选择 第第5章章 建筑电气室内线路敷设建筑电气室内线路敷设 第第6章章 建筑照明系统建筑照明系统 第第7章章 建筑防雷及接地系统建筑防雷及接地系统 第第8章章 智能建筑智能建筑 第第9章章 建筑电气施工图设计与识读建

4、筑电气施工图设计与识读 课时安排：课时安排：40学时学时 其中实验其中实验6学时，共学时，共3个实验个实验 第第1章章 绪论绪论 1电能的特点电能的特点 电能，已经成为人类直接使用能源进行生产，生活电能，已经成为人类直接使用能源进行生产，生活 的最广泛的形式。人们对于环境保护，绿色生态越来越的最广泛的形式。人们对于环境保护，绿色生态越来越 重视。用电力取代传统的汽油，煤油，煤气作为能量驱重视。用电力取代传统的汽油，煤油，煤气作为能量驱 动，取暖，照明等已成为事实。大量的电气设备的涌现动，取暖，照明等已成为事实。大量的电气设备的涌现 正是意味着电在人们心目中的地位何其重要。正是意味着电在人们心目

5、中的地位何其重要。 2008年中年中 国南方史无前例的一场大雪灾，江西、湖南等地区大面国南方史无前例的一场大雪灾，江西、湖南等地区大面 积的断电，严重影响了人民生活，交通和生产活动。接积的断电，严重影响了人民生活，交通和生产活动。接 踵而来的四川大地震，严重破坏了供电，通信设施给每踵而来的四川大地震，严重破坏了供电，通信设施给每 个中国人留下了深刻印象。个中国人留下了深刻印象。 1.1电力系统概念及组成电力系统概念及组成 电能的特点电能的特点：电能易于与：电能易于与其它形式的能源其它形式的能源相互转化；输相互转化；输 配简单经济；可以精确控制、调节和测量。配简单经济；可以精确控制、调节和测量。

6、 2003年全国人均用电150kWh/人。 2009年一季度， 全社会用电量7810亿千瓦时，包括第 一产业、第二产业、第三产业和居民生活用电 。 2011年上半年，受电力需求较快增长、电煤供应及运力 紧张、部分地区干旱导致水电出力下降、局部地区电力 供应能力不足、电网跨区调剂能力受限等因素影响，全 国电力供需形势总体偏紧，全国全社会用电量为22515 亿千瓦时，6月份用电量达到3965亿千瓦时 。跨区跨省 送电对缓解部分地区电力供需紧张发挥了重要作用 ， 如“西电东送” 等。 全国用电情况：全国用电情况： 电力系统由发电厂、输配电网、变电所及电力用户组电力系统由发电厂、输配电网、变电所及电力

7、用户组 成的统一整体。它的任务是生产、变送、输送、分配成的统一整体。它的任务是生产、变送、输送、分配 与消费电能。与消费电能。 图图1-1 1-1 电电力系力系统统示意示意图。图。 2电力系统概念及组成电力系统概念及组成 (1)(1)发电厂发电厂 发电厂是生产电能的工厂，是将自然界蕴发电厂是生产电能的工厂，是将自然界蕴 藏的各种一次能源（如热能、水的势能、太藏的各种一次能源（如热能、水的势能、太 阳能及核能等）转变为电能。它是电力系统阳能及核能等）转变为电能。它是电力系统 的核心。建立发电厂一般都是就近原则。通的核心。建立发电厂一般都是就近原则。通 过发电机把各种形式的能转变为电能，经升过发电

8、机把各种形式的能转变为电能，经升 压变换后送入电力网，目前我国以火力发电压变换后送入电力网，目前我国以火力发电 厂和水力发电厂为主。厂和水力发电厂为主。 内蒙古准格尔电厂（西部大开发中第一个大型内蒙古准格尔电厂（西部大开发中第一个大型火电火电项目）项目） 长江三峡长江三峡水利水利枢纽工程枢纽工程 水力发电示意图 1引水管2发电机水轮机4尾水管 广东大亚湾广东大亚湾核电站核电站 太阳能太阳能 (2) (2) 输配电网输配电网 输配电网是进行电能输送的通道。它分为输电线路 和配电线路。 输电线路：将发电厂发出的经升压后的电能送到邻近 负荷中心的枢纽变电站，或连接相邻的枢纽变电站， 由枢纽变电站将电

9、能送到地区变电站，其电压等级一 般在220kV以上； 配电线路：将电能从地区变电站经降压后输送到电能 用户的线路，其电压等级一般为110kV及以下。 电网等级：1kV以下为低压电网，3-330kV为高压电网， 330-1000kV为超高压电网，1000kV以上为特高压电网。 3kV及以上的高压电网主要用于发电、配电及高压用电 设备；110kV及以上的高压与超高压主要用于远距离的 电力输送。 变电站是变换电压和交换电能的场所。 组成组成:变压器和配电装置。 按变压性质和作用分类：升压变电站和降压变电站。 配电所配电所：仅装有受、配电设备而没有变压器。 (3) (3) 变电站变电站 1)升压变电站

10、：将发电厂发出的电能进行升压处理， 便于大功率和远距离传输。 2)降压变电站：对电力系统的高电压进行降压处理， 以便电气设备的使用。 枢纽变电站：起到对整个电力系统各部分的纽带联 结作用，负责对整个系统中电能转输和分配； 区域变电站：是将枢纽变电站送来的电能做一次降 压后分配给电能用户； 用户变电站:接受区域变电站的电能，将其降 压为能满足用电设备电压要求的电能且合理 地分配给各用电设备。 （4）电力用户：就是电能消耗的场所。是从 电力系统中汲取电能，并将电能转化为机械 能、热能、光能等。如电动机、电炉、照明 器等设备。 典型的电力系统典型的电力系统 电力系统示意图电力系统示意图 3建筑供配电

11、系统及其组成建筑供配电系统及其组成 建筑供配电系统由高压（10kV）配电线路、变电 站（包括配电站） 、低压配电线路和用电设备组 成； 一般民用建筑的供电电压在10kV及以下，只有少 数特大型民用建筑物及用电负荷大的工业建筑供 电电压在35110kV之间。 建筑供配电系统的学习重点建筑供配电系统的学习重点应放在10kV及以下 电源及供配电系统、防雷接地系统、照明系统、 电气传动控制系统和智能建筑系统。 4电力系统运行的特点电力系统运行的特点 （1 1）电能生产的重要性）电能生产的重要性 电能与其他能量之间转换方便，易于大量生产、集中管理、 远距离输送、自动控制，因此电能是国民经济各部门使用 的

12、主要能源，电能供应的中断或不足将直接影响国民经济 各部门的正常运转，这就要求系统运行的可靠和电能供应 的充足。 （2 2）系统暂态过程的快速性）系统暂态过程的快速性 元件的投入和退出，电力系统的短路等故障都在一瞬间完 成，并伴随暂态过程的出现，这就要求系统有一套迅速和 灵敏的监视、测量、控制和保护装置。 （3 3）电能发、输、配、用的同时性）电能发、输、配、用的同时性 即发电厂任何时刻生产的电能必须等于该时刻用电设备使 用的电能与分配、输送过程中损耗的电能之和，这就要求 系统结构合理，便于运行调度 。 1.2电力系统的额定电压电力系统的额定电压 额定电压额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济

13、的电压。 1电力系统额定电压的规定电力系统额定电压的规定 图1-1所示的电力系统各部分的电压等级是不同的。当 输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备 等的载流部分所需的截面就越小，有色金属投资也就越 小 ；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗 和电压损失就小 。另一方面，电压越高，对绝缘 的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资 也越大。 电气设备的额定电压在我国已经统一标准化，发电机和用 电设备的额定电压分成若干标准等级，电力系统的额定电 压也与电气设备的额定电压相对应，它们统一组成了电力 系统的标准电压等级。我国国家标准标准电压 （GB156-1993）规定的部分额

14、定电压见表1-1我国三相交流 电网和电力设备的额定电压。 P=UIP=I2R U=IR 表表1-1 1-1 我国交流电网和电力设备的额定电压我国交流电网和电力设备的额定电压 电网和用电电网和用电 设备设备 额定电压额定电压 发电机额定电发电机额定电 压压 电力变压器额定电压电力变压器额定电压 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 低压低压 / V 220 380 660 230 400 690 220 380 660 230 400 690 高压高压 / kV 3 6 10 35 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8,15.75,18,20 - - - -

15、 - - 3及及3.15 6及及6.3 10及及10.5 13.8,15.75,18,20 35 110 220 330 500 750 3.15及及3.3 6.3及及6.6 l0.5及及11 38.5 121 242 363 550 - 2用电设备、发电机、变压器的额定电压分析用电设备、发电机、变压器的额定电压分析 电气设备的额定电压等级与电网额定电压等级相电气设备的额定电压等级与电网额定电压等级相 对应。对应。 （l）用电设备的额定电压用电设备的额定电压 用电设备的额定电压应和电网的额定电压一致。用电设备的额定电压应和电网的额定电压一致。 但实际电网电压偏离额定值，为保证用电设备的但实际电

16、网电压偏离额定值，为保证用电设备的 良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格 规定。规定。 用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常 工作电压范围。工作电压范围。 （2）发电机发电机 发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出 5%，用于补偿电网上的电压损失。，用于补偿电网上的电压损失。 国家标准规定，供电设备的额定电压高出电网和国家标准规定，供电设备的额定电压高出电网和 受电设备额定电压的受电设备额定电压的5%。 （3）变压器）变压器 变压器的额定电压分为一次和二

17、次绕组。变压器的额定电压分为一次和二次绕组。 对于一次绕组，对于一次绕组， 1）当变压器当变压器接于电网接于电网时，等同于受电设备，额定电压时，等同于受电设备，额定电压 与电网一致；与电网一致； 2）当变压器当变压器接于发电机输出端接于发电机输出端，则其额定电压应与发，则其额定电压应与发 电机额定电压相同，即电机额定电压相同，即比同级电网额定电压高出比同级电网额定电压高出5%。 对于二次绕组，对于二次绕组， 额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压 损失（按损失（按5%计），变压器二次绕组额定电压应计），变压器二次绕组额定电压应比电网额比

18、电网额 定电压高定电压高5%；当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线；当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线 路电压损失（按路电压损失（按5%计），此时二次绕组额定电压应比电计），此时二次绕组额定电压应比电 网额定电压高网额定电压高l0%。 M T1T2 UN +5%+10%0% +5% G 额定电压的国家标准额定电压的国家标准 发电机发电机G G的额定电压的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV） 变压器变压器T1的额定电压：的额定电压： U1NT1=UN.G=10.5（kV） U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV) 变压器变压器T1的变比为：的变比为

19、：10.5/121kV 变压器变压器T2的额定电压：的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV） U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV) 变压器变压器T2的变比为：的变比为：110/6.3kV 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 例1 已知图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。 3在配电设计中，用电设备端子的电压偏在配电设计中，用电设备端子的电压偏 差不应超过表差不应超过表1-2的允许值。的允许值。 4电压等级选择电压等级选择

20、（1）城镇的高压配电电压宜采用10kV，低压配 电电压应采用380/220V。 （2）用电单位（或称为用户）的供电电压应根据 其计算容量、供电距离、用电设备特性、供电回 路数量、远景规划及当地公共电网的现状和发展 规划等技术经济因素综合考率确定。 （3）小负荷用户宜接入当地低压电网，当用户的 计算容量为200kVA或用电设备单台功率250kW ；当供电距离250m，计算负荷100kVA者，宜 采用高压供电。 6kV 110kV 380V 35kV 10kV 330kV G T1 T2 T3 T4 6.3kV 6.3/363/121kV 110/10.5kV 330/38.5kV 6/0.4kV

21、 作业：请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电 压。 1.3建筑供配电的负荷分级及供电要求建筑供配电的负荷分级及供电要求 1.3.11.3.1供电可靠性供电可靠性 供电质量：主要由供电质量：主要由电能质量电能质量和和供电可靠性供电可靠性两大指两大指 标来衡量。标来衡量。 电能质量指标包括电压、波形和频率的质量。电能质量指标包括电压、波形和频率的质量。 对于用户，良好的电能质量是指，电压偏移不超对于用户，良好的电能质量是指，电压偏移不超 过额定值的过额定值的5%，正弦交流的波形畸变极限值在，正弦交流的波形畸变极限值在 3%5%，频率偏移不超过，频率偏移不超过0.20.5Hz的允许范的允许

22、范 围之内。围之内。 供电可靠性：是指供电企业对用户的供电连续性。供电可靠性：是指供电企业对用户的供电连续性。 一般用供电企业的实际供电小时数与全年时间内一般用供电企业的实际供电小时数与全年时间内 总小时数的百分比来衡量。总小时数的百分比来衡量。 1.3.2 负荷等级负荷等级 这里“负荷”的概念是指用电设备，“负荷的大小”是 指用电设备功率的大小。 电力负荷电力负荷根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所 造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及 三级负荷。 1.符合下列情况之一时，应为一级负荷： 中断供电将造成人身伤亡 ； 中断供电将在政治、经济上造成重大损失； 中断供电将影响有重大

23、政治、经济意义的用电单位的 正常工作 。 2.符合下列情况之一时，应为二级负荷： 中断供电将在政治、经济上造成较大损失； 中断供电将影响重要用电单位的正常工作。 3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。 各类负荷分级见表各类负荷分级见表1-3。 1.3.3各级负荷的供电措施：各级负荷的供电措施： 1.一级负荷用户和设备的供电措施 （1）一级负荷的供电电源应符合下列要求：）一级负荷的供电电源应符合下列要求： 1）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时 ，另一个电源应不致同时受到损坏。而且当一个电源中 断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷 设备的供电（根据当地电源的可靠程度及用

24、户要求，在 已有两路市电的情况下，同增设自备电源）。 2）当一级负荷设备容量在200kW以上或有高压用电设 备时，应采用两个高压电源，这两个高压电源一般是由 当地电力系统的两个区域变电站分别引来。两个电源的 电压等级宜相同。但根据负荷需要及地区供电条件，采 用不同电压更经济合理时，亦可经当地供电部门同意， 采用不同电压供电；或自备柴油发电机。 3）当需双电源供电的用电设备容量在100kW及以下，又 难于从地区电力网取得第二电源时，宜从邻近单位取得第 二低压电源，否则应设EPS或柴油发电机组备用电源。 4）作为应急用电的自备电源与电力网的正常电源之间必 须采取防止并列运行的措施。 5）分散的小容

25、量一级负荷：如电话机房、消防中心（控 制室），应急照明等，亦可采用设备自带的蓄电池（干电 池）或集中供电的EPS作为自备应急电源。 （2）一级负荷的供配电系统应符合下列要求）一级负荷的供配电系统应符合下列要求 1）一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应 采用单母线分段系统。分列运行互为备用。 2）一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电 装置处自动切换。 3）不同级别的负荷不应共用供电回路。 4）为一级负荷供电的低压配电系统，应简单可靠，尽量 减少配电级数。 （3）特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应）特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应 急电源。为保证对特别重要

26、负荷的供电，严禁将其他负荷急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷 接入应急供电系统。接入应急供电系统。 2 2二级负荷用户和设备的供电措施二级负荷用户和设备的供电措施 二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常 见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复 （1）二级负荷用户的供电可根据当地电网的条件，采 取下列方式之一： 1）宜由两个回路供电，其第二回路可来自地区电力网 或邻近单位，也可用自备柴油发电机组（但必须采取防 止与正常电源并联运行的措施）。 2）由同一座区域变电站的两段母线分别引来的两个回 路供电。 3）在负荷较小或地区变电条件困难时，可由一路6kV及 以上专用的架

27、空线路供电，或采用两根电缆供电，其每 根电缆应能承担全部二级负荷。 （2 2）二级负荷设备的供电应根据本单位的供电条件级负）二级负荷设备的供电应根据本单位的供电条件级负 荷的重要程度，采取下列方式之一：荷的重要程度，采取下列方式之一： 1）双电源（或双回路）供电，在最末一级配电装置内自 动切换。 2）双电源（或双回路）供电到适当的配电点自动互投后 用专线送到用电设备或其控制装置上。 3）由变电所引出可靠的专用单回路供电。 4）应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS 或用一路电源与设备自带的蓄（干）电池组在设备处自行 切换。 3.三级负荷用户和设备的供电措施三级负荷用户和设备的供电措

28、施 三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可 用单回路线路供电。应使配电系统简洁可靠，尽量减 少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。 在以三级负荷为主，有少量一、二级负荷的用户，可 设置仅满足一、二级负荷需要的自备电源。 什么是配电级数什么是配电级数 配电级数配电级数是一个供电回路通过配电装置分配成几个供 电回路过程的次数，通过几次分配就称作几级配电。 以民用建筑配电为例 1、变压器低压380V（400V）出线进入低压配电柜， 经过配电柜对电能进行了一次分配（分出多路），这 是1级配电； 2、前面的出线到各楼层配电箱（或柜），再次分出多 路，这个配电箱就是对电能进行了第二次分配，属2级 配电； 3、二次分配后的电能可能还要经过区域配电箱的第三 次电能分配，区域配电箱就是3级配电了。 一般配电级数不宜过多，过多使系统可靠性降低，但 也不宜太少，否则故障影响面太大，民用建筑常见的 是采取3级配电，规模特别大的也有4级。 返回 （相当于到楼层）（相当于到楼层） （相当于进楼道）（