《建筑设备》本科课件12 第12章供配电系统

1、第12章 供配电系统学习目标1.了解供配电系统的组成；2.掌握用电负荷的概念和分类；3.掌握常用低压电气设备、导线的分类和选用；4.了解配电盘、柜和变配电所的布置要求；5.掌握建筑电气设计的基本要求和步骤。本章导读接受电源输入的电能，并进行检测、计量、变压等，然后向用户和用电设备分配电能的系统，称供配电系统。般的建筑采用低压供电，而高层建筑通常采用10 kV甚至35 kV电压供电。供配电设计是建筑电气设计的主要内容。本章主要介绍电力系统和配电系统的组成、电力负荷计算，导线的选择、变压器容量的选择和无功功率的补偿等。第12章 供配电系统目录CONTENTS12.1供配电系统的组成12.2用电负荷

2、12.3导线的选择12.4常用低压电气设备的选择12.5配电盘、柜和变配电所12.6建筑电气设计12.1供配电系统的组成12.1.1 | 电力系统的组成电力系统由发电、输电和配电系统组成。电力用户所消耗的电能是电力系统中的发电厂供给的。发电厂多数是建造在燃料、水力资源丰富的地方，而电能用户是分散的，往往又远离发电厂。这样，就必须采取输电线路和变电所等中间环节，将发电厂发出的电能输送给用户。由于电能目前尚不能大量储存，其生产、输送、分配和消费的全过程是在同一时间完成的，而且发电量是随着用电量的变化而变化，生产和消费是严格平衡的。所以，必须将发电厂、电力网和电能用户有机地连接成一个整体。12.1.

3、2 | 电力系统的电压额定电压电压波动电压偏移高次谐波电网的额定电压是确定其他一切电力设备额定电压的基本依据。它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。电动机的启动，电焊类冲击负荷的工作，将引起供配电系统中的电压时高时低，这种电网电压短时快速的变动称为电压波动。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其额定值。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。频率为基频(50 Hz)整数倍的正弦分量称为高次谐波。12.1.3 | 供电系统的方案单电源供电方案单电源、单变压

4、器，低压母线不分段系统单电源、双变压器，低压母线不分段系统单电源、单变压器，低压母线分段系统单电源、双变压器，低压母线分段系统双电源供电方案双电源、单变压器，母线不分段系统双电源、单变压器，低压母线分段系统双电源、双变压器，低压母线不分段系统双电源、双变压器，低压母线分段系统双电源、双变压器，高压母线分段系统双电源、双变扭器，高、低压母线均分段系统12.1.4 | 供配电系统的设备和接线方式(1)输送电能设备，如母线、导线和绝缘子，三者是输送电能必不可少的设备，统称电气装置。(2)通断电路设备，高电压、大功率采用短路器。低电压、中小功率采用自动空气开关或刀闸等。(3)检修指示设备，如高压隔离开

5、关。(4)满足高电压、大电流电路检查计量和继电保护需要的电压互感器和电流互感器。(5)故障保护设备，如熔断器等。(6)雷电保护设备，如避雷器等。(7)功率因数改善设备，如电容器等。(8)限制短路电流设备，如电抗器等。供配电系统的主要设备12.1.4 | 供配电系统的设备和接线方式放射式系统混合式系统树干式系统放射式系统可分为单电源回路放射式和双回路交叉放射式两种。单电源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，沿线不支接其他负荷。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。混合式系统为放射式和树干式相结合的最常用的配电方式。建筑

6、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。树干式系统可分为直接连接树干式配电和链串型树干式配电系统两种。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。其优点是配电线路出线回路减少，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。供配电系统的接线方式12.2用电负荷12.2.1 | 用电负荷分类用电负荷的分类供电电压的选择用电负荷的供电要求电力网上用电设备所消耗的功率称为用户的用电负

7、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。划分负荷等级需要看建筑物的类别和用电负荷的性质。按建筑电气设计技术规程，对于工业和民用建筑的供电负荷分为二级。供配电电压主要决定于地区供电电源的电压、用电设备的总容量、用电设备的特征、供电距离、供电线路的回路数量、用电单位的远景规划、当地公共电网现状和它的发展规划及经济合理等因素综合考虑。（1）一级负荷供电电源应符合的规定。第一，一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。第二，一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源、并严禁将其他负荷接入应急供电系统。（2）二级负荷供电电源应

8、符合的规定。二级负荷的供电系统，应设置双回路供电，在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6 kV及以上专用的架空线路或电缆。（3）三级负荷对供电方式无特殊要求。12.2.2 | 用电设备的工作制长期工作制的设备反复短期工作制的设备短期工作制的设备指长期连续运行，可以达到稳定温升，负荷比较平稳的用电设备，如照明灯具、锅炉用风机、生产生活用水泵等。指时而工作，时而停用，反复交替变换，工作时间很短，常达不到稳定温升，停用时间也很短，常冷却不到环境温度，工作周期一般不超过10 min，运行一段时期后温升稳定在某一稳定范围内反复波动的用电设备。指工作时间较短，常达不到稳定温升，而停用时间很长可

9、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。12.2.3 | 负荷曲线负荷曲线的概念负荷曲线是指用电负荷(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。按负荷持续的时间，可分为年的、月的、日的或某一负荷班的负荷曲线。负荷曲线的相关参数最大负荷尖峰负荷平均负荷12.3导线的选择12.3.1 | 一般原则和要求在配电线路中，使用的导线主要有电线和电缆。导线的选择分类型和截面两方面的选择。导线选择是否合理，直接关系有色金属的消耗量与线路的投资，以及电力网的安全、可靠、经济、合理地运行。在选择电线和电缆时，应遵循以下一般原

10、则和要求。(1)使用环境及敷设方式选择在选择电线和电缆时，应根据具体的环境特征及线路的敷设方式确定选用何种型号的导线和电缆。(2)按发热条件选择按允许的发热条件，每一种导线截面都对应一个允许的载流量。因此在选择导线截面时，必须使其允许载流量大于或等于线路的计算电流量。(3)按电压损失选择为了保证用电设备的正常运行，必须使设备接线端子处的电压在允许值范围内，但由于线路上有电压损失，因此在选择电线或电缆时，要按电压损失来选择电线或电缆的截面。在具体选择电线或电缆截面时，按发热条件和按电压损失选择后常常用以相互校验。(4)按机械强度选择导线本身的重量以及风，雨、冰、雪使导线承受一定应力。如果导线过细

11、，就容易折断，引起停电等事故。因此，还要根据机械强度来选择，以满足不同用途时导线的最小截面要求。12.3.2 | 导线的选择在民用建筑电气设计和施工过程中，电线和电缆型号的选择应遵循如下原则。(1)“以铝代铜”，在满足线路敷设要求的前提下，宜优先选用铝芯导线，但在一些特殊场合和配电装置中，必须选用铜芯导线。(2)尽量选用塑料绝缘电线，这是由于塑料绝缘线的生产工艺简单、绝缘性能好、成本低，尤其在建筑物表面直接敷设时，应选用聚氯乙烯绝缘和护套电线。(3)对于电缆线而言，一般也考虑“以铝代铜”、“以铝包代铅包”，“以合成材料(如塑料)代替橡胶”。(4)注意选用新材料、新品种的电线和电缆，不选用被淘汰

12、的和限制使用的电线和电缆。12.3.3 | 导线截面的选择选择方法(1)对于距离L200 m的线路，一般先按发热条件的计算方法选择导线截面，然后用电压损失条件和机械强度条件进行校验(对于低压电力线路，因负荷电流较大，均可按此方法选择)。(2)对于距离L200 m的较长的供电线路，一般先按允许电压损失的计算方法选择截面，然后用发热条件和机械强度条件进行校验(对于低压照明线路，因电压水平要求较高，可按此方法选择)。(3)对于高压线路，一般先按经济电流密度选择导线截面，然后用发热条件和电压损失条件进行校验。按发热条件选择由于负荷电流通过导线时会发热，使导线温度升高，而过高的温度将加速绝缘老化，甚至损

13、坏绝缘，引起火灾裸导线温度过高时将使导线接头处加速氧化，接触电阻增大，引起接头处过热，造成断路事故，因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。在这个允许值范围内运行，导线温度不会超过允许值，按发热条件选择导线截面，就是要求计算电流不超过长期允许的电流。12.3.3 | 导线截面的选择按允许电压损失选择任何输电线路都存在着线路阻抗，当电流流过输电线时，必将在线路上产生电压损失。由于用电设备的端电压偏移有一定的允许范围，所以要求线路的电压损失也有一定的允许值。如果线路上电压损失超过了允许值，就将影响用电设备的正常运行。为了保证电压损失在允许值范围内，可以用增大导线或电缆的截面来解决。12.4常用低

14、压电气设备的选择12.4.1 | 低压开关刀的选择选择低压开关刀，应当根据用途选用适当的系列，根据额定电压、计算电流选择规格，再按短路时的动、热稳定校验。安装开关刀的线路，其额定的交流电压不应超过500 V，直流电压不应超过440 V，为保证开关刀在正常负荷时安全可靠运行，通过开关刀的计算电流应小于或等于开关刀的额定电流。对于低压开关刀，主要是根据负荷电流大小选择额定容量的范围。在正常情况下，闸开关刀可以接通和断开自身标定的额定电流。因此，对于普通负荷来说，可以根据负荷的额定电流选择相应的开关刀。当用开关刀控制电动机时，由于电动机的启动电流大，选择开关刀的额定电流要比电动机的额定电流大一些，一

15、般是电动机额定电流的2倍左右。在选择开关刀时，还应根据工作地点的环境选择合适的操作机构。对于组合式的开关刀，应配有满足正常工作和保护需要的熔断器。12.4.2 | 熔断器的选择照明负荷电动机类用电负荷电热负荷当照明负荷采用熔断器保护时，先要求出该负荷的计算电流L，一般取熔断器熔体的额定电流大于或等于负荷回路的计算电流即可。对于容量大的电动机类用电负荷，需要单独装设保护装置时，可选用熔断器或断路器进行保护。对于大容量的电热负荷需要单独装设短路保护时，所用熔断器熔体的额定电流应大于负荷电流。12.4.3 | 断路器的选择配电线路中有时不仅有照明负荷，同时还有一般电力负荷，所以选用断路器作为保护或控

16、制时，应注意以下几点。(1)长延时过电流脱扣器的动作电流的整定值Ird1应为0.81.1倍的导线允许流量。(2)短延时动作电流整定值Ird21.1KC3(IC+1.35KSTINmax) ,KST为电动机的启动电流倍数, INmax为最大一台电动机的额定电流。(3)短延时过电流脱扣器的动作时间，应根据保护装置动作的选择性整定，一般分为0.1s、0.2s、0.4s和0.6s四种。(4)无短延时的瞬时过电流脱扣器的动作电流整定值Ird31.1(IC+K1KNSTINmax)，K1为电动机启动电流的冲击系数，一般取K1=1.72，KNST为电动机的额定启动电流倍数，如有延时时，瞬时过电流脱扣器的动作

17、电流整定值大于或者等于1.1倍下一级开关进线端计算短路电流值。12.5配电盘、柜和变配电所12.5.1 | 配电盘（箱）配电盘在建筑平面的布置盘面的布置和尺寸配电盘的形式配电盘的布置从技术方面应保证在每个分电箱的供电各相负荷平衡，其不均匀程度小于等于30%，在总盘的供电范围内，各相负荷的不均匀程度小于等于从可靠性考虑供电总干线中的电流，一般应该小于等于60100 A。根据盘内设备的类型、型号和尺寸，结合供电工艺情况对设备做合理布置，按照设计手册的相应规定，确定各设备之间的距离，则可确定盘面的布置和尺寸。规格有标准的定型产品，如TSB801型明装塑料电度表板JX4型嵌入式照明控制箱等，也有非标准

18、的现场加工产品，盘内设备和接线有推荐的方案，也可自行安排设计按负荷类型分照明盘和动力盘。12.5.2 | 配电柜高压配电柜按结构形式分有固定式、活动式和手车式三种。固定式是柜内设备均固定安装，需到柜内进行安装维护，典型产品如GC-IA型开关柜。手车式断路器等主要电器设备均可随手车拉出柜外检修，既方便又安全，推入同类手车可继续供电，缩短停电时间。低压配电柜按结构形式分为离墙式、靠墙式和抽屉式三种类型。离墙式为双面维护、有利检修，但占地面积大。靠墙式不利检修，但适于场地较小处或扩建改建工程。12.5.3 | 变配电所（室）位置对建筑的要求形式及布置变配电室的位置应尽量接近电源侧，并靠近用电负荷的中

19、心。应考虑进出线方便、顺直且短，交通运输、检修方便。应尽量躲开多尘、振动、高温、潮湿的场所和有腐蚀性气体、爆炸、火灾危险等场所的正上方或正下方，尽量设在污染源的上风向。可燃油油浸电力变配电室应按一级耐火等级建筑设计，而非燃或难燃介质的电力变压器室、高压配电室、高压电容器室的耐火等级应等于二级及二级以上耐火等级，低压配电室和低压电容器室的建筑耐火等级不应低于三级。变电所(室)的形式有：独立式、附设式、杆架式等。根据变配电所本身有无建筑物以及该建筑与用电建筑间的相互位置关系布置，附设式又分内附式和外附式。12.6建筑电气设计12.6.1 | 建筑电气设计的有关问题在进行建筑电气设计前，首先必须了解

20、建设单位的需求，收集和调查了解电气使用情况以及相关设计资料，拟订多个方案进行设计论证比较，选用技术、经济合理的最佳方案，即：既满足使用要求、方便维护管理、降低运行费用，又达到减少总投资的方案。建筑电气设计时，应与相关部门(如供电网络)取得业务联系，确定设计的可行性。设计中要考虑安全用电问题，保证建筑电气设计的内容除符合国家的或有关部门的规程、规范外，还需符合地区的规程、规定，尤其是当地有关部门根据当地环境经验所规定的各项技术要求。且建筑电气设计与安装的关键部位须有有关部门的审查方能施工与验收。建筑电气的设计者应该掌握电气施工工艺，了解各种安装过程，使设计图纸便于施工单位安装。12.6.2 |

21、建筑电气设计的原则与步骤建筑电气设计所遵循的设计原则是技术先进、经济合理、安全可靠、安装维护方便，并在设计中要留有余地以适应将来的发展。建筑电气设计一般可分为初步设计和施工设计两个阶段，各自的要求与步骤如下。初步设计阶段：了解和确定建设单位的用电要求，落实供电电源及配电方案，确定工程项目及安装方式，估算各项技术与经济指标。配电系统所必需的土建条件也必须在初步设计解决，以免造成被动，影响设计质量。施工图阶段：具体设计布置和计算。各种电器设备的选型以及确定具体安装工艺。这一段需要注意的是与各专业的配合，尤其是对建筑空间、建筑构造、采暖通风、上下水管道的布置要有所了解，以免盲目布置电气设施而造成返工。对于较复杂或大型的工程建筑则分为：方案设计阶段，初步设计阶段，施工图设计阶段。而方案设计主要是提出设计方案进行技术经济比较论证以选取切实可行的优化系统方案。12.6.3 | 建筑电气设计的图纸与说明初步设计阶段对一些典型房间的电气布置可在建筑平面图中示意或在设计说明中用文字叙述，大型建筑工程的初步设计宜按工程设计范围逐项说明，并绘出必要的布置图