建筑设备工程第14章--建筑供配电系统课件

1、第14章 建筑供配电系统 14.1供配电系统14.2用电负荷的计算14.3电气设备的选择14.4电缆、导线和母线槽14.1供配电系统1.电力系统的构成为了提高供电的可靠性和经济性,将各发电厂通过电力网连接起来,并联运行,组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压(降压)变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体,用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户(用电设备)组成的系统统称为电力系统,如图14-1所示。(1)发电厂发电厂是生产电能的场所,在这里可以把自然界中的一次能源转换为用户可以直接使用的二次能源电

2、能。根据发电厂所取用的一次能源不同,主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等发电形式,此外还有潮汐发电、地热发电、太阳能发电、风力发电等。无论发电厂采用哪种发电形式,最终将其他能源转换为电能的设备是14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统1.电力系统的构成14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统发电机。(2)电力网电力网的主要作用是变换电压、传送电能,由升压和降压变电所和与之对应的电力线路组成,负责将发电厂生产的电能经过输电线路,送到用户(用电设备)。(3)电力用户(用电设备)电力用户主要是消耗电能的场所,将电能通过用电设备转换为满足用户需求的其他形式的能量,如电动机将电能转换为

3、机械能、电热设备将电能转换为热能、照明设备将电能转换为光能等。2.电能传输的过程发电机生产的电能,受发电机制造电压的限制,不能远距离输送。因此,通常使发电机的电压经过升压达220500kV,再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区,通过那里的区域降压14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统变电所将电压降到35110kV,然后再用35110kV的高压输电线路将电能送至区域降压变电所,降至610kV配电或终端变电所,如图14-2所示。 3.配电系统的组成(1)供电电源配电系统的电源可以取自电力系统的电力网或企业、用户的自备发电机。(2)配电网配电网的主要作用是接受电能、变换

4、电压、分配电能,由企业或用户的总降压变电所(或高压配电所)、高压输电线路、车间降压变电所(或配电所)、低压配电线路组成,负责将电源得到的电能经过输电线路直接输送到用电设备。(3)用电设备用电设备是指专门消耗电能的电气设备。据统计,用电设备中60%70%是电动机类设备,30%40%是照明用电设备。14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统实际上配电系统的基本结构与电力系统是极其相似的,所不同的是配电系统的电源是电力系统中的电力网。4.供电电压配电系统中的用电设备根据额定电压分为高压用电设备和低压用电设备。高压用电设备主要指额定电压在1kV以上,低

5、压用电设备的额定电压在1kV以下。表14-1所示是我国交流电网和电力设备的额定电压。14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统14.1.1供配电系统的构成14.1供配电系统1.所址选择变电所的所址应根据下列要求,经技术、经济等因素综合分析和比较后确定:1)宜接近负荷中心。2)宜接近电源侧。3)应方便进出线。4)应方便设备运输。5)不应设在有剧烈振动或高温的场所。6)不宜设在多尘或有腐蚀性物质的场所,当无法远离时,不应设在污染源盛行风向的下风侧,或应采取有效的防护措施。7)不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常积水场所的正下方处,也不宜设在与上述场所相贴邻的地方。当贴邻时,相邻的隔墙应做无渗漏、

6、14.1.2变(配)电所14.1供配电系统无结露的防水处理。8)当与有爆炸危险的建筑物毗连时,变电所的所址应符合现行国家标准GB 500582014爆炸危险环境电力装置设计规范的有关规定。9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。10)不宜设在对防电磁干扰有较高要求的设备机房的正上方、正下方或与其贴邻的场所,当需要设在上述场所时,应采取防电磁干扰的措施。油浸变压器的车间内变电所,不应设在三、四级耐火等级的建筑物内;当设在二级耐火等级的建筑物内时,建筑物应采取局部防火措施。在多层建筑物或高层建筑物的裙房中,不宜设置油浸变压器的变电所,当受条件限制必须设置时,应将油浸变压器的变电所设置在建筑物首层靠外

7、墙的部位,且不得设置在人员密集场所的正上方、正下方、贴14.1.2变(配)电所14.1供配电系统邻处以及疏散出口的两旁。高层主体建筑内不应设置油浸变压器的变电所。在多层或高层建筑物的地下层设置非充油电气设备的配电所、变电所时,应符合下列规定:1)当有多层地下层时,不应设置在最底层;当只有地下一层时,应采取抬高地面和防止雨水、消防水等积水的措施。2)应设置设备运输通道。3)应根据工作环境要求加设机械通风、去湿设备或空气调节设备。高层或超高层建筑物根据需要可以在避难层、设备层和屋顶设置配电所、变电所,但应设置设备的垂直搬运及电缆敷设的措施。露天或半露天的变电所,不应设置在下列场所:1)有腐蚀性气体

8、的场所。14.1.2变(配)电所14.1供配电系统2)挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁。3)附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场。4)容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且会严重影响变压器安全运行的场所。2.型式变电所型式的选择应符合下列规定:1)负荷较大的车间和动力站房,宜设附设变电所、户外预装式变电站或露天、半露天变电所。2)负荷较大的多跨厂房,负荷中心在厂房的中部且环境许可时,宜设车间内变电所或预装式变电站。3)高层或大型民用建筑内,宜设户内变电所或预装式变电站。4)负荷小而分散的工业企业,民用建筑和城市居民区,宜设独立变电所14.1.2变(配)电所14.1

9、供配电系统或户外预装式变电站。当条件许可时,也可设附设变电所。5)城镇居民区、农村居民区和工业企业的生活区,宜设户外预装式变电站,当环境允许且变压器容量小于或等于400kVA时,可设杆上式变电站。3.布置非充油的高、低压配电装置和非油浸型的电力变压器,可设置在同一房间内,当二者相互靠近布置时,应符合下列规定:1)在配电室内相互靠近布置时,二者的外壳均应符合现行国家标准GB 42082008外壳防护等级(IP代码)中IP2X防护等级的有关规定。2)在车间内相互靠近布置时,二者的外壳均应符合现行国家标准GB 42082008外壳防护等级(IP代码)中IP3X防护等级的有关14.1.2变(配)电所1

10、4.1供配电系统规定。户内变电所每台油量大于或等于100kg的油浸三相变压器,应设在单独的变压器室内,并应有储油或挡油、排油等防火设施。有人值班的变电所,应设单独的值班室。值班室应与配电室直通或经过通道相通,且值班室应有直接通向室外或通向变电所外走道的门。当低压配电室兼作值班室时,低压配电室的面积应适当增大。变电所宜单层布置。当采用双层布置时,变压器应设在底层,设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。高、低压配电室内,宜留有适当的配电装置备用位置。低压配电装置内,应留有适当数量的备用回路。由同一配电所供给一级负荷用电的两回电源线路的配电装置,宜分开布置在不同的配电室;当布置在同一配电室

11、时,配电装置宜分列布置;14.1.2变(配)电所14.1供配电系统当配电装置并排布置时,在母线分段处应设置配电装置的防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两回电源线路的电缆不宜通过同一电缆沟;当无法分开时,应采用阻燃电缆,且应分别敷设在电缆沟或电缆夹层的不同侧的桥(支)架上;当敷设在同一侧的桥(支)架上时,应采用防火隔板隔开。大、中型和重要的变电所宜设辅助生产用房。14.1.2变(配)电所14.1供配电系统1.放射式接线从电源点用专用开关及专用线路直接送到用户或设备的受电端,沿线没有其他负荷分支的接线方式称为放射式接线,也称专用线供电。当配电系统采用放射式接线时,引出线发生故障时互不影响,

12、供电可靠性较高,切换操作方便,保护简单。但其有色金属消耗量较多,采用的开关设备较多,投资大。这种接线多用于用电设备功率大、负荷性质重要、潮湿及腐蚀性环境的场所供电。 电缆配电网放射式接线形式主要有单回路放射式、双回路放射式、带低压开闭所放射式,如图14-3所示。2.树干式接线树干式接线是指由高压电源母线上引出的每路出线,沿线要分别连到若干个负荷点或用电设备的接线方式。树干式接线的特点是:有色金属消耗量较少,采用的开关设备较少;但14.1.3配电系统14.1供配电系统其干线发生故障时,影响范围大,供电可靠性较差。这种接线多用于用电设备功率小而分布较均匀的用电设备。 树干式接线有直接树干式和链串树

13、干式,如图14-4所示。3.环式普通环式接线是在同一个变电站的供电范围内,把不同的两回配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络,如图14-5所示。14.1.3配电系统14.1供配电系统14.1.3配电系统14.1供配电系统14.1.3配电系统14.1供配电系统电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级。1.一级负荷符合下列情况之一时,应视为一级负荷:1)中断供电将造成人身伤害时。2)中断供电将在经济上造成重大损失时。3)中断供电将影响重要用电单位的正常工作时。在一级负荷中,当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,

14、以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应视为一级负荷中特别重要的负荷。2.二级负荷符合下列情况之一时,应视为二级负荷:14.1.4负荷等级与供电要求14.1供配电系统1)中断供电将在经济上造成较大损失时。2)中断供电将影响较重要用电单位的正常工作时。3.三级负荷不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。4.一级负荷供电一级负荷应由双重电源供电,当一电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷供电,应符合下列要求:1)除应由双重电源供电外,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)设备的供电电源的切换时间,应满足设备允许中断供电的要求。下列电源可作为应急电源:14

15、.1.4负荷等级与供电要求14.1供配电系统1)独立于正常电源的发电机组。2)供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。3)蓄电池。4)干电池。应急电源应根据允许中断供电的时间选择,并应符合下列规定:1)允许中断供电时间为15s以上的供电,可选用快速自启动的发电机组。2)自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的,可选用带有自动投入装置的独立于正常电源之外的专用馈电线路。3)允许中断供电时间为毫秒级的供电,可选用蓄电池静止型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。应急电源的供电时间,应按生产技术上要求的允许停车过程时间确定。14.1.4负荷等级与供电要求14.2用电负荷的计算1.设备组的有功计算

16、负荷在计算设备组单台的设备功率(Pe)后,可以根据所提供的需用系数kx,得到设备组的有功计算负荷Pj,即Pj=kxPe(14-1)式中kx需用系数,见表14-2;Pe单台电气设备的设备功率(kW)。14.2.1用电设备的计算负荷14.2用电负荷的计算2.设备组的无功计算负荷设备组的无功计算负荷Qj为Qj=Pjtan(14-2)式中tan用电设备组的功率因数角的正切值;Pj有功计算负荷(kW)。14.2.1用电设备的计算负荷14.2用电负荷的计算14.2.1用电设备的计算负荷14.2用电负荷的计算负荷密度估算法是已知不同类型的负荷在单位面积上的需求量,乘以建筑面积或使用面积得到的负荷量。如某餐厅

17、面积为200m2,负荷密度为120VA/m2,则此餐厅的负荷量是24kVA。14.2.2负荷密度估算法14.3电气设备的选择变压器是变电所内主要的设备之一。变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电能转换设备,用来将交流电由一种等级的电压与电流转换为同频的另一种等级的电压与电流。变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗三种功能。1.变压器的种类变压器按照用途一般可分为电力变压器和特殊变压器两大类。电力变压器是供电网中输配用的变压器;特种变压器是特殊电源、控制系统、通信装置中的用途特殊、性能特殊、结构特殊的变压器。变压器按相数分,有单相、三相或多相变压器;根据作用分为升压变压器、降压变压器、接地变

18、压器;根据绕组数量分为自耦变压器、两绕组变压器、三绕组变压器;根据冷却方式分为干式变压器自冷式、干式变压器风冷式、油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式等各种变压器。14.3.1变压器14.3电气设备的选择图14-6所示为常用的两种电力变压器。14.3.1变压器14.3电气设备的选择2.变压器的技术参数变压器的主要参数包括相数、额定容量、额定电压、电压比、额定电流、阻抗电压、损耗(空载损耗和负载损耗,即铁损和铜损)、温升和接线组别。图14-7所示为一台三相电力变压器的铭牌。 变压器的主要技术数据的含义如下:14.3.1变压器14.3电气设备的选择2.变压器的技术参数14.3.1变压器14.3电气设

19、备的选择2.变压器的技术参数(1)额定电压变压器在额定运行条件下,根据变压器的绝缘等级和允许的发热条件所确定的一次绕组的电压值,称为变压器的一次绕组额定电压U1N;在变压器的一次绕组加上额定电压,二次绕组空载时的电压值,称为变压器的二次绕组的额定电压U2N。额定电压的单位为千伏(kV)。(2)额定电流变压器的额定电流是根据变压器长期允许发热条件而规定的满载电流值。额定电流的单位为安培(A)。变压器的一、二次绕组的额定电流可以根据变压器的额定容量和额定电压求得。14.3.1变压器14.3电气设备的选择2.变压器的技术参数三相变压器(3)额定容量变压器的额定容量是指变压器在额定使用条件下,变压器的

20、输出视在功率。额定容量的单位为千伏安(kVA)。14.3.1变压器14.3电气设备的选择三相异步电动机分成两个基本部分,即定子(固定部分)和转子(旋转部分)。三相异步电动机的构造如图14-8所示。三相交流异步电动机的选用,主要从选用电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。电动机铭牌上的数据是正确使用电动机的依据。现以Y160M4型电动机为例,说明铭牌上各数据的意义。14.3.2电动机14.3电气设备的选择电动机铭牌示例:(1)型号Y系列是通用的封闭式笼型三相异步电动机,该系列电动机采用国际通用标准,型号具体说明如下:14.3.2电动机14.3电气设备的选择异步电动机的系列型号及其用

21、途见表14-3。(2)功率铭牌上的功率指电动机在额定运行情况下机轴上输出的机械功率。(3)电压铭牌上的电压指电动机的额定电压,它表示电动机定子绕组14.3.2电动机14.3电气设备的选择对应某种接法(D接法或Y接法)时应加的电源线电压。(4)电流铭牌上的电流指电动机的额定电流,它表示电动机在额定电压下,轴上输出额定功率时的定子线电流。(5)接法目前笼型三相异步电动机接线盒中的六根引出线,改用U1、U2、V1、V2、W1、W2表示,其中U1、U2表示第一相绕组始末端,V1、V2表示第二相绕组始末端,W1、W2表示第三相绕组始末端。在接电源之前,这六个引出线端必须正确联结。联结方法有Y和D两种接法

22、,如图14-9所示。(6)转速铭牌上的转速指电动机在额定功率下的转速。(7)功率因数铭牌上的功率因数指电动机在额定运行时定子电路的功率因数。三相异步电动机的功率因数较低,额定负载时为0.70.9,14.3.2电动机14.3电气设备的选择14.3.2电动机14.3电气设备的选择而在轻载和空载时更低,空载时只有0.20.3。因此,必须正确选择电动机的容量,并力求缩短空载运行时间。(8)防护等级14.3.2电动机14.3电气设备的选择(9)温升铭牌上的温升指电动机在运行中定子绕组发热而升高的温度。电动机的容许温升与绝缘的等级有关,见表14-4。表14-5中规定的最高允许温升,是指在环境温度为40时的

23、允许温升值。各种绝缘等级下铁心平均温度与定子绕组最热点温度的差值,A、E级约为5,B级约为10,F、H级约为15。14.3.2电动机14.3电气设备的选择14.3.2电动机14.3电气设备的选择14.3.2电动机14.3电气设备的选择14.3.2电动机14.3电气设备的选择1.低压断路器表示低压断路器性能的主要指标有通断能力和保护特性。通断能力是指开关在指定的工作条件及在规定的电压下接通和分断的最大电流值(kA);保护特性主要分为过电流保护、过载保护和欠电压保护三种。图14-10所示是不同类型的低压断路器。2.熔断器熔断器是一种保护电器,由熔断管、熔体和插座三部分组成。当电流超过规定值并经过足

24、够时间后,熔体熔化,电路断开,对电路和设备起短路或过载保护。熔断器按其结构形式可分为:有填料封闭管式、无填料密闭管式、半封闭插入式和自复熔断器。图14-11所示为常用的低压熔断器。14.3.3低压电器14.3电气设备的选择14.3.3低压电器14.3电气设备的选择3.刀开关刀开关是一种简单的低压开关,只能手动接通或切断电路,通常用作低压线路的隔离开关,它有明显可见的断路点。如果按极数分,刀开关有单极、双极、三极三种,每种又有单投和双投之分。图14-12所示是常用的低压刀开关。4.接触器接触器主要有交流接触器和直流接触器,图14-13是常用的低压接触器。(1)交流接触器交流接触器适用于控制频繁操

25、作的电气设备。可用按钮操作,作远距离分、合电动机或电容器等负荷的控制电器,还可作电动机的正、反转控制。自身具备灭弧罩,可以带负荷分、合电路,动作迅速,安全可靠。14.3.3低压电器14.3电气设备的选择交流接触器的主要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,通常负荷额定电流为接触器额定电流的70%80%。14.3.3低压电器14.3电气设备的选择交流接触器的选用应按照接触器的形式、主电路参数、控制电路参数和辅助电路参数来确定。(2)直流接触器直流接触器的动作原理和交流接触器相似。直流接触器主要适用于远距离接通与分断电路,还适用于频繁起动、停止直流电动机以及控制直流电动机

26、的换向或反接制动。5.热继电器热继电器主要与接触器配合组成磁力起动器使用,用于电动机的过载保护、断相和电流不平衡运行的保护以及其他电气设备发热状态的保护。图14-14所示是热继电器外形图。14.3.3低压电器14.3电气设备的选择6.漏电保护器漏电保护器目前应用最多的主要有电流动作型,根据保护功能的不同可分为漏电(保护)开关、漏电断路器、漏电继电器和漏电保护插座。一般情况下,漏电保护器用作手握式用电设备的漏电保护时,其动作电流为15mA;潮湿(水下)或高空场所的用电设备的动作电流为610mA;医疗用电设备为6mA;建筑施工工地的用电设备为1530mA;家用电器或照明回路应小于或等于30mA;成

27、套开关柜、分配电箱等上一级保护的动作电流应在100mA以上;用于总保护的在200500mA;防止电气火灾的漏电保护的动作电流为300mA。14.3.3低压电器14.4电缆、导线和母线槽1.电力电缆常用电缆的型号与应用场所见表14-6。14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽1.电力电缆电缆的结构如图14-15所示。14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽2.特种电缆14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽阻燃电缆指在规定实验条件下,试样被燃烧,在撤去实验火源后,火焰的蔓延仅在限定范围内,残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。特性是在火灾情况下有可能被烧坏而不能运行,但可阻止火势的蔓延,

28、如图14-16所示。耐火电缆指在规定实验条件下,试样在火焰中被燃烧,在一定时间内仍能保持正常运行的性能。特性是电缆在燃烧条件下仍然能维持该线路一段时间的正常工作,如图14-17所示。耐火电缆与阻燃电缆的主要区别是:耐火电缆在火灾发生时能维持一段时间的正常供电,而阻燃电缆不具备这个特性。耐火电缆主要使用在应急电源至用户消防设备、火灾报警设备、通风排烟设备、疏散指示灯、紧急电源插座、紧急用电梯等供电回路。普通耐火电缆分为A类和B类:B类电缆能够在750800的火焰中和14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽14.4.1电缆14.4电缆、导线和母线槽额定电压下耐受燃烧至少90min而电缆不被击穿。在改进耐火层制造工艺和增加耐火层等方法的基础上又研制了A类耐火电缆,它能够在950100