现代民用建筑供配电系统与设计

1、第2章 现代民用建筑供配 电系统与设计2.1 概 述2.2 民用建筑供配电负荷的分级和计算2.3 现代民用建筑供配电系统与设计2.4 高层民用建筑供配电系统与设计2.5 现代民用建筑自备电源和应急照明系统与设计2.1 概 述2.1.1 现代民用建筑供配电系统的基本概念1. 现代电力系统的构成 现代电力系统是一个由电能的生产（发电）、输送与分配（输电、电能的生产（发电）、输送与分配（输电、 变电、配电）、消费（用电负荷）变电、配电）、消费（用电负荷）组成的。典型的电力系统结构 示意图如图2-1所示。图2-1 电力系统结构示意图2.1.1 现代民用建筑供配电 系统的基本概念图2-2是一个地区（或区

2、域）电力系统典型结构示意图。图中：1-发电机；2-变压器；3-电灯；4-电动机；5-电热设备；6-电解冶炼； 7-电气化铁路。电气化铁路。图2-2 电力系统及电力网示意图2.1.1 现代民用建筑供配电 系统的基本概念构成大型电力系统的优点：（1）提高了供电可靠性，由于大型电力系统的构成，能耐受较大的故 障冲击，使得电力系统提高了稳定性抗干扰能力强。（2）电力系统运行具有灵活性，各地区可以通过电力网互相支援电力网互相支援，从 而为保证电力系统电力供应所必需的备用发电机组可以大大地减少。（3）形成电力系统便于发展大型机组，目前，我国区域性电力系统中， 单机容量为200600MW的发电机组已成为系统

3、中的主力机组。（4）频率稳定。系统容量越大，频率变化幅度越小，电能质量越高系统容量越大，频率变化幅度越小，电能质量越高；（5）利用峰谷效应，合理利用能源，实行经济调度，提高整个电力系统 的经济效益；（6）大型电力系统利用地区资源优势，特别是能充分发挥水力发电等的 作用。 因此，发展跨区域的电力系统，乃至全国统一的电力系统是电力工业发展的必然趋势，是客观发展规律，也是衡量一个国家工业化水平高低的标志之一。2.1.1 现代民用建筑供配电 系统的基本概念 2. 电源 电源是电能的生产系统，其功能是将各种一次能源转换成电能（二次能源），电源由有功电源和无功电源两部分组成。有功电源提供有功功率，供有功负

4、荷需要；无功电源提供无功功率，满足无功负荷需要。通常所称发电厂的发电能力统发电厂的发电能力统指有功电源。指有功电源。 按发电能源的类型，发电厂可分为水力发电厂、火力发电厂（燃油或燃煤）、核能发电采取各种方式将水的势能、热能、风能、核能、潮汐能、化学能、生物质能等不同的能量转换成电能。 电力系统的无功电源有同步发电机、调相机、静止补偿器、并联电容器等。电力系统的无功电源问题总是和无功功率补偿及电压调节问题紧密联系的。它关系到电力系统的稳定，广大用户的电能质量及电力系统的经济运行。2.1.1 现代民用建筑供配电 系统的基本概念3. 电力网与配电网 电力网是指电力系统中不包括发电厂及负荷的电力输送与

5、分配网络电力系统中不包括发电厂及负荷的电力输送与分配网络。电力网由输输电网、变电所和配电网组成电网、变电所和配电网组成。 输电网作为输送电能的主干渠道或系统之间互送电能的联络渠道，主要指以高电高电压或超高压压或超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的电力网络。 交流输电网按运行电压的高低又分为高压输电网（高压输电网（60220kV）、超高压输电网）、超高压输电网（330kV以上，以上，1000kV以下）和特高压输电网（以下）和特高压输电网（1000kV及以上）。及以上）。世界上首条投入运营的交流1000kV特高压线路由我国国家电网公司投资建设，从山西晋东南起至湖北荆门段，线路全长约640公

6、里。 配电网是在输电主干线将电力送到电能消费地区经过降压后，再向用户供电的分配手段。输电网与用户之间都属于配电网范围输电网与用户之间都属于配电网范围。 配电网的电压可根据供电范围和供电容量的大小分为高压配电电压（高压配电电压（35110kV）、中压配电电压（）、中压配电电压（6、10，20 kV）和低压配电电压（）和低压配电电压（220/380V、660V）。）。这这种划分并不严格，不同的电力系统或不同的国家不尽相同。 根据用电负荷的需要，配电方式也有多种型式。高、中压配电网多为三相三线制，低压配电网常为三相四线制、三相三线制和单相二线制，某些特殊负荷，如电气化铁道为单相交流供电等。2.1.1

7、 现代民用建筑供配电 系统的基本概念4. 负荷 电能经过发电、输电、变电、配电等环节供应给用户，用户负荷是电能的消费系统，根据需要，电能可以转换成各种形式的能（如机械能、化学能、光能、热能、磁能等），以满足国民经济各行业及城乡居民的需要。用户对电力系统的要求是向它提供“充足、可靠、合格、安全、廉价”的电能。 根据用电设备物理性能，负荷可分为有功负荷、无功负荷；根据电力系统停电后对用户造成损失的严重程度，又可分为重要负荷、非重要负荷。2.1.1 现代民用建筑供配电 系统的基本概念5. 电力网的控制 现代电力系统的控制系统主要包括:调度自动化与继电保护、调度自动化与继电保护、安全稳定控制、电力系统

8、通信等部分安全稳定控制、电力系统通信等部分，正在向智能化方向发展。它是电力系统的重要组成部分，是保证现代电力系统安全优质经济运行的技术手段。 完整的电力系统调度自动化系统包括：能量管理系统（Energy Management System-EMS）、配电管理系统）、配电管理系统（Distribution Management System-DMS）两大部分。）两大部分。 其中EMS最基本的要求是实现监控与数据采集（SupervisoryControl and Data Acquisition-SCADA），在此基础上，可以），在此基础上，可以增加自动发电控制（Automatic Generat

9、ion Control-AGC）、）、经济调度（Economic Dispatch Control-EDC）和安全分析等）和安全分析等功能，以实现电力生产管理的高度自动化。2.1.2现代民用建筑供配电系现代民用建筑供配电系 统的特点和发展趋势 1. 现代民用建筑供配电系统的特点（1）高电压、大电流、高频率以及电压波动、电磁干扰等；（2）用电单位用电容量大和较高的电源电压；（3）电气安全的广泛性要求；（4）节约电能和经济运行；（5）适应不同的环境要求。 2. 现代民用建筑供配电的发展趋势 1）电源的发展趋势：大型建筑物群采用高压甚至超高压供电。局部应用中压）电源的发展趋势：大型建筑物群采用高压甚

10、至超高压供电。局部应用中压20kV和低压和低压 660V电压等级供电；低压电压等级供电；低压660V电压等级已列入电压等级已列入GB5002供配电系统设计规范供配电系统设计规范。风能、风能、 太阳能、水力发电和生物质能等可再生能源，及天然气等清洁能源将成为电源的一种发太阳能、水力发电和生物质能等可再生能源，及天然气等清洁能源将成为电源的一种发 展趋势展趋势。将会形成目前大型电力系统与分布式可再生能源发电系统相混合的供电系统。（2）电力系统发展趋势：正在向智能电力系统，或者叫坚强智能电网方向发展。（3）用电设备的发展趋势：用电设备向高分断能力、高绝缘水平、低损耗、免维护、智能化、 小型化、方便操

11、作的方向发展。（4）增强环境保护、安全和节能：电力系统中的许多用电设备本身及其线路存在电磁辐射和 产生噪声的污染源，必须采取措施、开发新型产品以适应环境保护的要求。供电系统中 的安全技术问题要和国际电工标准接轨，在理论上有所突破，设备上有所提高和完善。（5）利用电力电子技术和计算机技术：电力电子技术和计算机技术在供电部门和用电单位将 会普遍应用。2.2 民用建筑供配电负荷的分级和计算2.2.1民用建筑供配电负荷的分级和供电要求民用建筑供配电负荷的分级和供电要求1. 民用建筑供配电负荷的分级（1）一级负荷： 1）中断供电将造成人身伤亡的负荷；）中断供电将造成人身伤亡的负荷；2）中断供电将造成重大

12、政治、经济损失的负荷；中断供电将造成重大政治、经济损失的负荷； 3）中断供电将）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，或造成影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱的负荷。公共场所秩序严重混乱的负荷。 （2）二级负荷：1）中断供电将在政治上造成较大影响的负荷；2）中断供电将在经济上造成较大损失的负荷；3）中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷；4) 中断供电将造成重要的公共场所秩序混乱的负荷。（3）三级负荷：不属于一级、二级负荷的均属于三级负荷。民用建筑用电负荷的具体分级见教材表2-1。2.2.1民用建筑供配电负荷的民用建筑供配电负荷的 分级

13、和供电要求2. 民用建筑用电负荷对供电电源的要求（1）一级负荷 1）一级负荷应由）一级负荷应由双重电源供电双重电源供电，当其一个电源发生故障时，另一路电源不应，当其一个电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏，且能承担全部负荷。同时受到损坏，且能承担全部负荷。2）一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设）一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源应急电源。 3）当用电负荷中含有大量一级负荷中的特别重要负荷或大量的消防负荷时，）当用电负荷中含有大量一级负荷中的特别重要负荷或大量的消防负荷时，两路双重电源应同时供电两路双重电源应同时供电。（2）二级负荷 1）二级

14、负荷应由两个电源供电，即应由）二级负荷应由两个电源供电，即应由两回线路供电两回线路供电，供电变压器亦应有两，供电变压器亦应有两台（两台变压器不一定在同一变电所）。台（两台变压器不一定在同一变电所）。 2） 在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用架空线供及以上专用架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的电缆段供电，其每根电缆应能电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的电缆段供电，其每根电缆应能承受承受100%的二级负荷。的二级负荷。（3）三级负荷对于三级负荷供电无特殊要求，但应采取技术措施，尽可能不断电，以保证民用建筑中居民的

15、生活用电。2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算 1. 民用建筑用电负荷计算的目的和计算方法 （1）负荷计算的目的目的 准确的负荷计算，使设计工作建立在可靠可靠的基础上，做出来的设计方案比较经济合理经济合理。 （2）负荷计算的常用方法 单位面积功率法：单位面积功率法：该计算方法是根据不同建筑类别的建筑物单位面积的用电指标之和，确定负荷。 需用系数法：需用系数法：该计算方法是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。 二项式法：二项式法：该计算方法是在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。2.2.2民用建筑用电负荷的计算

16、民用建筑用电负荷的计算2. 负荷计算1）单位面积功率法确定负荷）单位面积功率法确定负荷 CSjSc =1000（2-1）式中：Sc 视在计算功率（视在计算功率（ kVA）；）；C各类建筑物的建筑面积（各类建筑物的建筑面积（m 2）；）；Sj 单位建筑面积的负荷容量指标（单位建筑面积的负荷容量指标（VA/m2）。目前国内各类建筑物的单位建筑面积用电指标参见表2-2、表2-3。2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算2）需用系数法确定计算负荷）需用系数法确定计算负荷（1） 用电设备组的计算负荷式中：Pc用电设备的有功计算功率，用电设备的有功计算功率，kW；Qc用电设备的无功计算功率，

17、用电设备的无功计算功率，kW；Sc视在计算功率，视在计算功率，kVA；Kn需用系数见表需用系数见表24和和25、26；tg? 用电设备功率因数角的正切值见表用电设备功率因数角的正切值见表24、27。2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算（2） 配电干线或单项工程的计算负荷式中：Kpt 干线有功同时负荷系数，取干线有功同时负荷系数，取0.80.9；也可查；也可查有关手册或表。Kqt 干线无功同时负荷系数，取干线无功同时负荷系数，取0.930.97。2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算（3）变、配电所的计算负荷式中：KPt总有功同时负荷系数，取总有功同时负荷系数，

18、取0.81.0；（也可查有关表）；（也可查有关表） KQt 总无功同时负荷系数，取总无功同时负荷系数，取0.951.0。（也可查有关表）。（也可查有关表）2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算3） 单相负荷计算（1）计算原则 单相负荷与三相负荷同时存在时，应将单相负荷换算为等效三相负荷单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负荷相加。 在进行单相负荷换算时，一般采用计算功率，对需用系数法为需要功率。（2）单相负荷换算为等效三相负荷的一般方法 先将线间负荷换算为相负荷，各相负荷分别为：式中：Pab、Pbc、Pca 接于接于ab、bc、ca线间负荷，线间负荷，kW；Pa、Pb、Pc 换

19、算为换算为a、b、c相有功负荷，相有功负荷，kW；Qa、Qb、Qc 换算为a、b、c相无功负荷，kVar； p(ab)a、q(ab)a接于接于ab、线间负荷换算为线间负荷换算为a、相负荷的有功及无功换算系数，相负荷的有功及无功换算系数， 见表28。 各相负荷分别相加，选出最大相负荷，取其各相负荷分别相加，选出最大相负荷，取其3倍作为等效三相负荷。倍作为等效三相负荷。2.2.2民用建筑用电负荷的计算民用建筑用电负荷的计算（3）单相负荷换算为等效三相负荷的简化方法 只有线间负荷时，将各线间负荷相加，选取较大两项数据进行计算。现以PabPbcPca为例：当Pbc0.15Pab时，当Pbc0.15Pa

20、b时，当只有Pab时， 上式中：Pab、Pbc、Pca 接于接于ab、bc、ca线间负荷，线间负荷，kW；Pd等效三相负荷，等效三相负荷，kW。 只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍。 当多台单相用电设备的设备功率小于计算范围内三相负荷设备功率的15%时，按三相平衡负荷计算，不需换算。2.3 现代民用建筑供配 电系统与设计2.3.1现代民用建筑供配电系统中性点接地方式与选用现代民用建筑供配电系统中性点接地方式与选用 1. 中、高压系统 （1）中性点不接地方式）中性点不接地方式 是指配电网的中性点与大地绝缘的一种运行方式。中性点不接地方式一般适用于对地电容电流小于对地电容电流小于10A的

21、配电网络的配电网络。 （2）中性点经消弧线圈接地方式）中性点经消弧线圈接地方式 也称谐振接地方式，是指配电网中性点经消弧线圈与大地连接。中性点经消弧线圈接地方式一般适用于对地电容电流大于对地电容电流大于10A小于小于150A的配电网络的配电网络。 （3）中性点经低电阻接地方式）中性点经低电阻接地方式 指在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。中性点经低电阻接地方式一般适用于对地电容电流大于对地电容电流大于150A的配电网络的配电网络。 由于设备绝缘方面的投资在各级电压中所占的比重各不相同，我国现有中、高压系统的中性点接地方式在各级电压中具体应用情况为： （1）220kV 、110kV：直接接地方

22、式；：直接接地方式； （2）35kV：不接地方式；：不接地方式； （3）20kV：经消弧线圈接地或经低电阻接地方式；：经消弧线圈接地或经低电阻接地方式； （4）10kV：不接地或经低电阻接地方式。：不接地或经低电阻接地方式。2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式 低压系统的接地一般为直接接地和不接地两种方式。国际电工委员会IEC将低压系统接地型式分为：TN系统、系统、TT系统和系统和IT系统。第一个字母表示电源的带电导体与大地的关系，第二个字母表示电气装置的系统。第一个字母表示电源的带电导体与大地的关系，第二个字母表示电气装置的外露

23、导电部分与大地的关系。外露导电部分与大地的关系。IEC标准将TN系统中N线和PE线的不同组合又分为TN-C、TNS、TNCS系统系统。不同接地系统的特点和适用场所如下。不同接地系统的特点和适用场所如下。（1）TNC接地系统 TN-C接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，如图如图2-3所示。所示。在全系统内中性线N线和保护线PE线是合一的，称作保护性中线，用PEN表示。TN-C系统的特点是系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用，可节约一根导线，比较经济。但电气安全性不高，当系统为一个单相回路

24、时，当PEN线中断时，设备金属外壳对将带220V的故障电压，电击死亡的危险很大。现时TN-C系统已很少采用。图2-3 TN-C系统系统2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式（2）TNS接地系统 TN-S接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，在全系统内中性线点的连接而接地，在全系统内中性线N线和保护线线和保护线PE线是分开的，线是分开的，如图2-4所示。所示。TN-S系统的特点是系统内除微量对地泄漏电流外，系统的特点是系统内除微量对地泄漏电流外，

25、PE线平时不通线平时不通过电流，也不带电位。它只在发生接地故障时通过故障电流，因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎不带电位，比较安全。TN-S系统适用于系统适用于内部设有变电所的建筑物。内部设有变电所的建筑物。图2-4TN-S系统2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式（3）TNCS接地系统 TNCS接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性点接地系统是指将电气设备的外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，在全系统内中性线的连接而接地，在全系统内中性线N线和保护线线和保护线PE线仅在低压电气装置电源进线点线仅在

26、低压电气装置电源进线点前是合一的，电源进线点后则是分开的。前是合一的，电源进线点后则是分开的。如图2-5所示。在建筑电气装置内，它的安全水平和TN-S系统是相仿的。对信息技术设备的抗共模电压干扰而言TN-C-S系统优于TN-S系统。因此，当建筑物以低压供电，如果采用当建筑物以低压供电，如果采用TN-S系统时宜采用系统时宜采用TN-C-S系统而不宜采用系统而不宜采用TN-S系统。一些发达国家就是这样做的。系统。一些发达国家就是这样做的。图2-5 TN-C-S系统系统2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式（4）TT接地系统 TT系统是指

27、将电气设备的不带电的金属外壳直接接地，电源端中性点同时也系统是指将电气设备的不带电的金属外壳直接接地，电源端中性点同时也接地的保护系统，称为保护接地系统，接地的保护系统，称为保护接地系统，如图2-6所示。TT系统的特点是系统电气装置的保护接地各有其自己的接地极。正常时装置内的外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互窜。但发生接地故障时因故障回路内包含两个接地电阻RA和RB，故障回路阻抗较大，故障电流较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。因此为防人身电击事故必须装用剩余电流动作保护器因此为防人身电击事故必须装用剩余电流动作保护器RCD来来快速切断电源。快速切断电源。图2-6

28、TT系统系统2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式（5）IT接地系统 IT系统是指将电气设备的不带电的金属外壳直接接地，但电源端中性点不做系统是指将电气设备的不带电的金属外壳直接接地，但电源端中性点不做系统接地的接地系统，系统接地的接地系统，如图2-7所示。IT系统的特点是系统在发生第一次接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通道，其故障电流仅为两非故障相对地电容电流的相量和，其值甚小。因此在保护接地的接地电阻RA上产生的对地故障电压很低，不致引发电击事故。它适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所。发达它适用于对供电不间断和防电击

29、要求很高的场所。发达国家电气安全要求高，一般民用高层建筑的消防应急电源、重要的控制回路等都国家电气安全要求高，一般民用高层建筑的消防应急电源、重要的控制回路等都采用采用IT系统。我国目前对系统。我国目前对IT系统还不甚了解，因此目前很少使用。系统还不甚了解，因此目前很少使用。图2-7 IT系统系统2.3.1现代民用建筑供配电系统现代民用建筑供配电系统 中性点接地方式与选用2. 低压系统的接地方式（6）接地系统的选用 为保证民用建筑的用电安全，民用建筑的低压配电系统不宜采用不宜采用TN-C接地系统，应采用接地系统，应采用TT系统以及进行等电位连接的系统以及进行等电位连接的TN-S或或TN-C-S

30、接地系接地系统。统。TN-S或TN-C-S系统相对TT系统而言，有如下优点： 1）TN-S或TN-C-S系统往往可利用保护线路绝缘的过电流防范电器兼作接地故障防护，比较简单比较简单，而TT系统通常需装设RCD作接地故障防护，比较复杂。 2）TN-S或TN-C-S系统的PE线自中性线分支引出，发生对地过电压时，设备绝缘承受的对应电压较小。而TT系统的PE线引自就地的零电位的接地极，设备对地绝缘较易受过电压损害。 两种接地系统各有短长，工程设计中应根据具体情况选用合适的接地系统。2.3.2现代民用建筑供配电系现代民用建筑供配电系 统供电电压的选择1. 民用建筑供配电系统设计时的供电电压选择因素 民

31、用建筑供配电系统的供电电压应根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公用电网现状及其发展规划等因素进行设计和选择，并要考虑保证电压质量和尽量减少电能损耗，经技术经济比较确定。2.各级电压的送电容量及送电距离各级电压的送电容量及送电距离 各级电压的送电容量及送电距离见表29。表29 各级电压的送电容量及送电距离送电容量（kW）标称电压（kV）0.220.386102035110220架空线路50及以下及以下100及以下及以下2000及以下及以下3000及以下及以下6000及以下及以下2000100001000050000100000500000电缆线路100及以下及以下175

32、及以下及以下3000及以下及以下5000及以下及以下10000及以下及以下送电距离（km）架空线路0.15及以下及以下0.25及以下及以下5108151025205050150200300电缆线路0.20及以下及以下0.35及以下及以下8及以下及以下10及以下及以下15及以下及以下2.3.2现代民用建筑供配电系现代民用建筑供配电系 统供电电压的选择3. 民用建筑供配电系统供电电压选择一般来说，民用建筑用电设备容量在250kW或需用变压器容量在160kVA以上应以中压方式中压方式供电；用电设备容量较大时，可由更高电压更高电压供电；用电设备容量在250kW或需用变压器容量在160kVA以下者应以低

33、压方式低压方式供电。供电电压等级同时应符合供电部门的具体规定。在城市中，用电单位的供电电压要根据所在地区的电源条件来确定，用电容量偏大时，可以用增加线路回路数来解决。特别是用电缆线路供电时，增加回路特别是用电缆线路供电时，增加回路数既可以保护电压质量，又可以降低电流密度，延长电缆工作寿命数既可以保护电压质量，又可以降低电流密度，延长电缆工作寿命。增加回路还可以大大提高供电可靠性供电可靠性，这一点国内外均有成熟的运行经验。当供电电压为35kV及以上时，用电单位的一级配电电压应用10kV或20kV，当6kV用电设备的总容量较大，选用6kV经济合理时，宜采用6kV。低压配电电压宜采用220/380V

34、；当安全需要时，应采用小于50V电压。2.3.2现代民用建筑供配电系现代民用建筑供配电系 统供电电压的选择4. 民用建筑供配电系统20kV配电电压的选择近几年来，我国国民经济有了较大发展，城市负荷增长很快，上海、郑州、广州等地城市负荷密度达9.714.8MW/km2，部分繁华地区负荷最大密度分别达54MW/km2和31MW/km2。为了适应城市中心负荷密度不断增长的压力，提高线路的送电能力，降低线路的电能损耗和电压损耗，全面推广应用20kV配电电压引发热议。国际上美国、法国、德国、新加坡等一些发达国家和地区使用20kV作为配电电压，已经取得较好的效果。国家标准GB156标准电压已将20kV列入

35、标准电压，我国江苏苏州市的苏州工业园区也于1993年，在全国率先使用了20kV配电电压，2008年，江苏其他城市也在各地负荷密度较高地区设置20kV专供区域，降损效益比较明显降损效益比较明显。但现有10kV配电网络全面升压改造为20kV十分困难，可以考虑在新开发的地区或城市科技工业园区应用推广。2.3.3 现代民用建筑供配电系统设计1. 现代民用建筑供配电方案设计 （1）按建筑功能要求建筑功能要求进行电气工程的设计； （2）在确保用电设备完成其功能要求和保证电气安全的前提下，要注意节约电节约电能和材料能和材料； （3）现代民用建筑电气工程的设计应考虑日后安全管理要求日后安全管理要求。2. 配电

36、方式设计 根据负荷级别对供电可靠性的要求、变压器的容量及分布、地理环境及电力网络的现状和发展规划，中压配电系统宜采用放射式，也可以采用树干式、环式或中压配电系统宜采用放射式，也可以采用树干式、环式或其它组合方式。其它组合方式。（1） 放射式。供电可靠性高，故障发生后影响范围较小，切换操作方便，保护简单，便于自动化，但配电线路和高压开关柜数量多而造价较高配电线路和高压开关柜数量多而造价较高。（2）树干式。配电线路和高压开关柜数量少而且投资少，但故障影响范围较大，供电可靠性较差供电可靠性较差。（3）环式。有闭路环式和开路环式两种。为简化保护，一般采用开路环式，其供其供电可靠性较高，运行比较灵活，但

37、切换操作较烦电可靠性较高，运行比较灵活，但切换操作较烦。（4）格式。在环网中增加纵横线路，构成网格，节点处的用电设备可得到两路以上的备用电源，供电可靠性提高，但管线与开关设备多，投资大，而且保护整定但管线与开关设备多，投资大，而且保护整定困难。困难。（5）其它方式。在城市负荷密集地区推行“卫星式”网络，即根据负荷密集程度在城市变电所中压配电馈线设置开闭所，电源分别来自变电所的两台主变压器，每段母线可以有馈线610路，从而可以满足部分一、二级负荷的供电。2.3.3 现代民用建筑供配电系统设计3. 现代民用建筑常用配电系统设计现代民用建筑供配电系统，按建筑内用电负荷的不同规模，可分为四种类型进行设

38、计：（1）对于用电负荷在250kW以下的一般民用建筑供电系统一般不必单独设置变压器，根据不同负荷容量按需选择设置低压配电室或计量柜(箱)，采用380/220V低压供电即可。（2）对于用电负荷在250kW以上的小型民用建筑供电系统一般需设置降压变电所，降压变电所，把电源进线的610kV电压，经过变压器降至380/220V低压, 供给用电设备。可根据用电负荷的状况和使用环境选用露天变电所、箱式变电所或室内变电所。（3）中型民用建筑供电系统电源进线电压一般为610kV，经过开闭所配出多路中压馈线，将电能分别送至各建筑物的变电所或箱式变电所，供给用电设备，其供电系统如图2-8所示。图28 中型民用建筑

39、供电系统2.3.3 现代民用建筑供配电系统设计2. 配电方式设计（4）大型民用建筑供电系统电源进线电压一般为35kV，需要经过二次降压。第一次在总变电所先降为610kV，再通过多路中压配电线，将电能分别送到各建筑物的变电所或箱式变电所，使中压变为380/220V低压，供给用电设备，低压，供给用电设备，其供电系统如图2-9所示。图29 大型民用建筑供电系统2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用 现代民用建筑供配电所设施型式根据使用功能、结构形式的不同一般分为开闭所、通用变开闭所、通用变电所、分支箱及低压配电室四类。电所、分支箱及低压配电室四类。 1. 开闭所 也称开关站，指接

40、受并分配中、高压电力的配电设施，是仅有接通断开功能的配电所，母也称开关站，指接受并分配中、高压电力的配电设施，是仅有接通断开功能的配电所，母线上不设变压器，其电源进线侧和出线侧的电压相同。线上不设变压器，其电源进线侧和出线侧的电压相同。适用于以下情况：高压变电站中压馈线开关柜数量不足时；高压变电站出线走廊受限时；为减少相同路径的电缆回路时；为大型住宅区的若干个拟建变电所供电时。开闭所接线应简化，一般采用单母线分段接线。10kV开闭所的最大转供容量不宜超过开闭所的最大转供容量不宜超过15000kVA。如图。如图2-10所示为单母线分段接线的开闭所。所示为单母线分段接线的开闭所。图2-10 单母线

41、分段接线的开闭所2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用如受环境限制，开闭所也可设于户外箱体内，称为箱式开闭所箱式开闭所。因开闭所内广泛应用了结构紧凑、体积小、安装方便的环网柜，因此安装于户外的箱式开闭所也称户外环网柜，箱式开闭所一般采用单母线接线。如图2-11所示为单母线不分段接线的开闭所。图2-11 单母线不分段接线的开闭所2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用2. 通用变电所主要指电力系统中对电能的电压和电流进行变换、电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的配电设施。集中和分配的配电设施。民用建筑中应用较普遍的是将10kV降压至0.4kV，

42、以380/220V电压向用电负荷供电的10kV通用变电所。根据安装环境的不同，可分为露天变电所、室内变电所、箱式变电所。（1）露天变电所主要指变压器位于露天台架上的变电所，一般用于需用变压器容量为500kVA以下、对环境要求不高、采用架空进线的小型民用建筑。露天变电所应采用线编组接线方式，如图2-12所示，变压器高压侧采用跌落式熔断器QS作过载和短路保护。图2-12露天变电所接线图2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用（2）室内变电所指变压器及变配电装置装设于建筑物内的变电所。指变压器及变配电装置装设于建筑物内的变电所。如条件允许，宜设于独立建筑物内；受条件限制时，也可依附

43、建筑物而建或设于非底层的公共建筑物内。主要用于集中居住区和低压负荷密度较高的民用建筑供电。根据变压器高压侧接线方式的不同又分为简易型变电所及一般型变电所。简易型变电所变压器高压侧无母线，适用于变压器容量为630kVA以下，采用电缆进线、用电负荷仅为三类负荷的小型民用建筑。一般型变电所由中压配电室、变压器室、低压配变电所由中压配电室、变压器室、低压配电室三部分组成。电室三部分组成。当建设场地受限时，也可将中低压开关设施设置于同一室。变电所根据变压器台数、不同负荷分级对供电可靠性的要求，确定采用线编组、单母线或单母线分段接线。图2-13为10kV采用线编组接线、0.4kV采用单母线分段接线方式，设

44、置两台变压器的方案。该型式用于负该型式用于负荷比较集中，对供电可靠性要求较高，区内有一级负荷比较集中，对供电可靠性要求较高，区内有一级负荷的多层或高层民用建筑。荷的多层或高层民用建筑。10kV双电源接入，两路同供；0.4kV互为备供。图2-13 10kV线编组接线、线编组接线、0.4kV单母线分段接线单母线分段接线2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用（2）室内变电所图2-14为10kV、0.4kV均采用单母线分段接线方式，设置两台变压器的方案。该型式用于负荷比较集中，对供电可靠性要负荷比较集中，对供电可靠性要求较高，区内有大量一级或一级负荷中特求较高，区内有大量一级或一级

45、负荷中特别重要负荷的多层、高层或大型高层民用别重要负荷的多层、高层或大型高层民用建筑建筑。10kV双电源接入，两路同供，互为备供。图2-14 10kV、0.4kV单母线分段接线单母线分段接线2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用（3）箱式变电所 图2-15、2-16为箱式变电所，根据结构型式的不同可分为组合型和预装型箱式变电所。适用于城市繁华地段或受场地限制无法建设室内变电所的场所。一般为多层住宅建筑或高层及大型民用建筑内的三类负荷提供电源。单台变压器容量不宜大于单台变压器容量不宜大于 800kVA，用于从中压系统向低压系统输送电能。按中压侧是否带环线分为环网型和终端型。组

46、合型箱式变电所指将变压器器身开关设备熔断器分接开关及相应辅助设备进行组合的变压器。俗称美式箱变美式箱变。具有体积小，占地面积小，便于安放，容易与周围环境相协调，投资较省的优势。图2-15 组合型箱式变电所接线图2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用（3）箱式变电所 预装型箱式变电所指预先将中压开关设备、变压器、低压开关设备、电能计量设备、无功补偿设备、辅助设备和联结件组装在一个或多个箱体内的成套配电设备，俗称欧变。与美变相比，具备中压可扩展、各功能单元独立、运行更灵活的俗称欧变。与美变相比，具备中压可扩展、各功能单元独立、运行更灵活的优点。优点。图2-16 预装型箱式变电所

47、接线图2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用3. 电缆分支箱 主要指完成配电系统中电缆线路的汇集和分接功能的配电设施。按电压等级不同分为10kV电缆分支箱和0.4kV电缆分支箱，适用于同电压等级向民用建筑中末端零散小容量用电负荷放射式供电。10kV电缆分支箱一般分为无开关和单断点式（仅进线装设负荷开关）两种，如图2-17、2-18所示。图2-17 10kV电缆分支箱电缆分支箱(无开关无开关)图2-18 10kV电缆分支箱电缆分支箱(单断点式单断点式)2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用3. 电缆分支箱 0.4kV电缆分支线根据结构型式一般分为进、出线均

48、为熔断器和进线为隔离刀闸、电缆分支线根据结构型式一般分为进、出线均为熔断器和进线为隔离刀闸、出线为断路器两种，如图2-19、2-20所示。考虑施工方便的需要，及干线故障停电对分支线的影响，低压电缆分支箱进线电流不宜大于630A，出线不宜超过6回。图2-19 进、出线均为熔断器的低压分支箱图2-20 进线刀闸、出线断路器型的低压分支箱2.3.4 现代民用建筑供配电系统 变配电所设施型式的选用 4. 低压配电室 指接受并分配低压电力，并可安装计量及无功补偿装置的建筑物内配电设施，如图2-21所示。一般用于采用低压供电的民用建筑。图2-21 低压配电室接线2.3.5变配电所配电设备的选择变配电所配电

49、设备的选择1. 610kV配电变压器的选择配电变压器的选择（1）一般原则1）积极推广选用节能型低损耗变压器。）积极推广选用节能型低损耗变压器。2）变压器的台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。应符合下列条件之一）变压器的台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。应符合下列条件之一时，宜设两台及以上的变压器。有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。3）装有两台以上变压器的变电所，当任一台变压器断开时，其余变压器的容量）装有两台以上变压器的变电所，当任一台变压器断开时，其余变压器的容量应能满足用户一级、二级的负荷用电，且不应小于60%的全部负荷。4）高层或多层主体建筑内的变电所，应选用

50、干式、气体绝缘或不燃、难燃型变）高层或多层主体建筑内的变电所，应选用干式、气体绝缘或不燃、难燃型变压器。5）在多尘或有腐蚀性气体，严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或）在多尘或有腐蚀性气体，严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。6）低压为）低压为0.4、0.7kV的住宅小区变电所中，单台变压器的容量，不宜大于的住宅小区变电所中，单台变压器的容量，不宜大于1250kVA；预装式变电所内变压器，单台容量不宜大于；预装式变电所内变压器，单台容量不宜大于 800kVA；其他变电；其他变电所单台变压器容量不宜大于2500kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用

51、较大容量的变压器。2.3.5变配电所配电设备的选择变配电所配电设备的选择7）一般情况下，动力和照明宜共用变压器，当当照明负荷较大、单相负）一般情况下，动力和照明宜共用变压器，当当照明负荷较大、单相负 荷较大、冲击负荷较大等情况时，可设专用变压器。8) 具有下列情况之一者，应选用接线为D，yn-11型变压器。三相不平衡负荷超过变压器每相额定功率15%以上者；需要提高单相电流值，确保低压单相接地保护装置灵敏度者；需要限制三次谐波含量者。9）大型民用建筑应根据用电负荷容量及分布，使变压器深入负荷中心，）大型民用建筑应根据用电负荷容量及分布，使变压器深入负荷中心， 以降低电能损耗和有色金属消耗。有下列

52、情况之一时，宜分散设置变压器。单体建筑面积大或场地大，负荷分散；超高层建筑；大型建筑群。10）610kV变电所变压器，不宜采用有载调压变压器。但在当地电源电压变电所变压器，不宜采用有载调压变压器。但在当地电源电压偏差不 能满足要求且用电单位有对电压要求严格的设备，单独调压装置技术经济不合理时，也可采用有载调压变压器。2.3.5变配电所配电设备的选择变配电所配电设备的选择2. 610kV开关柜选择开关柜选择（1）选择原则绝缘等级应和电力系统的额定电压相配合额定电压应不低于线路的最高运行电压。额定工作电流应大于线路计算工作电流。动稳定电流应大于电源进线末端的三相短路电流峰值。热稳定电流应大于电流进

53、线末端三相短路电流有效值。（2）结构型式选择 结构型式选择应综合考虑用户要求、投资环境、技术先进、经济合理、安全可靠等因素。目前国产610kV高压开关柜结构型式有固定式、移开式（手车式）、环网固定式、环网移开式（手车式）等四种。其中固定式和移开式（手车式）高压开关柜中采用的断路器按灭弧介质和灭弧方式分为油断路器、真空断路器和SF6断路器三种，选用时应优先选用具有真空断路器的高压开关柜。环网固定式和环网移开式（手车式）高压开关柜中采用的主要高压电器为真空负荷开关和SF6负荷开关、选型时宜优先选用具SF6负荷开关的环网柜。2.3.5变配电所配电设备的选择变配电所配电设备的选择3. 低压配电设备的选

54、择（1）选择原则低压配电设计所选用的电器应符合国家现行的有关标准，并应符合下列要求： 额定电压应与所在回路的标称电压相适应； 额定电流不应小于所在回路的计算电流； 额定功率与所在回路频率相适应； 应适应所在场所的环境条件； 应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求。对于用于断开短路电流的通、断保护电器，应满足短路条件下的通、断能力。对低压电器按短路工作条件选择，应遵循的原则如下： 可能通过短路电流的电器，如刀开关、熔断器式刀开关等，应尽量满足在短路条件下短时和峰值耐受电流的要求。此要求主要是指满足动、热稳定电流的条件。 断开短路电流的保护电器，如熔断器、低压断路器等，应尽量满足在短路条件下分断能

55、力的要求。具体为：a. 要满足第条所列动、热稳定性的要求。b. 要满足分断能力的要求。2.3.5变配电所配电设备的选择变配电所配电设备的选择对于熔断器:I fvr I d(220)式中：Ifvr以交流电流周期分量有效值表示的熔断器极限分断能力；以交流电流周期分量有效值表示的熔断器极限分断能力； Id 三相短路电流周期分量有效值。三相短路电流周期分量有效值。对于低压断路器(分断时间大于0.02s的断路器)：式中：Ifvz 交流电流周期分量有效值表示的低压断路器的极限分断能力。交流电流周期分量有效值表示的低压断路器的极限分断能力。分断时间小于0.02s的低压断路器式中：Ich 短路开始第一周期内的

56、全电流有效值。短路开始第一周期内的全电流有效值。（2）熔断器的选择注意点 熔断器的保护特性要同保护对象的过载能力相匹配，使保护对象在全范围内得到可靠 的保护。 为防止发生越级熔断、扩大停电事故范围，各级熔断器间应有良好的协调配合，使下 一 级熔断器比上一级的先熔断，而且在它熔断后上一级的熔断器能够自动复原。2.4 高层民用建筑供配电系统与设计2.4.1 高层民用建筑供配电系统设计的基本原则1. 保证供电可靠性 高层民用建筑一般位于建筑稠密地段，内部人员密集，用电设备多，负荷大，对供电可靠性要求很高。对于高层民用建筑中的一级负荷应由两个及以上电源供电，可根据允许停电时间长短和负荷容量选择电源。

57、消防用电设备的两个电源或两回线路，应在最未一级配电箱自动切换。自备发电设备，应设有自动启动装置。 消防用电设备应采用单独的供电回路，其配电设备应设有明显标志。2. 减少电能损耗 高层民用建筑配电电压一般采用10kV，只有证明6千伏确有显著优越性时，才采用6 kV电压。有条件时也可采用电压。有条件时也可采用35 kV或或20 kV配电电压。高电压深入负荷中配电电压。高电压深入负荷中心，减少610 kV配电线路中的电能损耗。配电线路中的电能损耗。3. 接线简单灵活 供电系统的接线方式力求简单灵活，便于维护管理和自动化运行，能适应负荷的变化，并留有必要的发展余地。同时要充分考虑节约投资，降低运行费用

58、。目前在实际应用中有电力、照明用同一变压器混合供电的，也有采用电力与照明分别由各自的变压器供电的。两种方式各有优缺点，应就每个工程的不同特点，进行综合技术经济比较后确定。2.4.2 常用的几种高压供电方案 高层民用建筑配电所电源一般采用电缆进线，高压侧接线不采用双母线或旁路，常用的几种高压供电方案如图222所示。 方案（a）为两路高压电源，正常时一用一备，即当正常工作电源事故或检修停电时，另一路备用电源自动投入。 方案（b）为两路电源同时工作，DL断路器处于分闸位置，当其中一路电源故障时，备用自投动作，合上DL，由另一路电源对故障回路供电。 方案（c）为三路电源，正常时两用一备，断路器1DL、

59、2DL处于分闸位置，电源2线路处于热备用状态，电源1、电源3供电。 方案（d）为三路电源同时供电，断路器1DL、2DL分闸运行，三路电源各带一部分负荷。图222高层民用建筑常用高压供电系统方案示意图2.4.3 高层民用建筑变、配电所 位置选择和负荷计算1. 变、配电所位置选择（1）高层民用建筑变、配电所，宜设置在地下层或首层；当建筑物高度超过100米时，也可在避难层或上技术层设置变电所；（2）高层民用建筑地下层变、配电所的位置，宜设置在通风、散热条件好的场所；（3）变、配电所位于高层民用建筑（或其他地下建筑）的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层，应采取适当抬高地面等防水措施。并应避免洪水

60、或积水从其他渠道淹渍变、配电所的可能性。（4）高层民用建筑主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变、配电所，一般采用干式变压器。当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正下方、正上方，贴邻和疏散出口的两旁。并应按现行高层民用建筑设计防火规范等国家标准的规定，采取相应的防火措施。2.4.3 高层民用建筑变、配电所 位置选择和负荷计算（5）40层以上高层民用建筑变、配电所位置选择 当楼层为2030层时，变压器多设在地下室或辅助建筑物内。当楼层超过40层时，普遍采用地下室和最高层设置变压器，或者分别在地下室、中间层和最高层设置变压器。美国纽约帝国大厦建筑物主体部分8