建筑电气第三章

3供电与配电系统目录负荷分级与供电要求1电压与电压质量2电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3供配电线路结构形式4变配电所及其主结线5负荷计算6短路电流计算73.1负荷分级与供电要求1、电力系统的基本概念电能是由发电厂生产的，最终由变电、配电所送到用户。但发电厂大多建设在能源基地附近，往往离用电负荷很远，这就需要将电能经过线路输送到用户。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户；同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备，如图所示。建筑供配电系统3.1负荷分级与供电要求3.1负荷分级与供电要求（1）建筑供配电的基本要求我国《电力法》规定：“电力生产与电网运行应当遵循安全、可靠、优质、经济的原则。电网运行应连续、稳定，保证供电可靠性。”又规定：“国家对电力供应和使用，实行安全用电、计划用电的管理原则。”因此，建筑供配电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济、合理。安全：在电能的供应、分配和使用中，应避免发生人身事故和设备事故，实现供电安全。可靠：在发电、供电系统正常运行的情况下，应连续向用户供电，不得中断。优质：应满足用户对电能质量的要求。3.1负荷分级与供电要求经济：供配电系统的投资要少，运行费用要低，尽可能地节约电能和有色金属消耗量。在供电系统中，应采用符合现行国家标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品，不得采用明令淘汰的产品。合理：在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系。既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，按照统筹兼顾、保证重点、择优供应的原则，做好供配电工作。

3.1负荷分级与供电要求2、电力系统组成电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。

它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。3.1负荷分级与供电要求电力系统的主体结构有电源（水电站、火电厂、核电站等发电厂），变电所（升压变电所、负荷中心变电所等），输电、配电线路和负荷中心。

输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。其典型结构如图所示:3.1负荷分级与供电要求3.1负荷分级与与供电要求求（1）电力网络络电力系统中中除发电设设备和用电电设备以外外的部分。。电力网络包括输电、变电和配电3个环节。它它把分布布在广阔地地域内的发电厂和和用户联接接成一个整整体，把集集中生产的的电能送到到千家万户分散散的电能用用户。结构：电力力网络的主主要组成有有电力线路路、变电所所和换流站。按功能能分，包括括输电线路路、区域电电网、联络络线和配电电网络。电力网网络、电力力系统和动动力系统间间的关系如如图。3.1负荷分级与与供电要求求3.1负荷分级与与供电要求求网络互联：：电力网络中中通过联络络线把区域域电力系统统联接来，，形成联合电力系统统的技术措措施。网络互联可可以得到若若干技术和和经济方面面的效益：：①可实现各区域间间电能的相相互支援；；②可更合合理地调配配用电；③③负荷的变变动对系统统电能质量量的影响将将减小；④④个别发发电机组对对系统的影影响将减小小；⑤可以以更合理和和充分地利利用各种类类型的发电电设备；⑥⑥可利用用各地区之之间的差异异交换电能能；⑦若网网络结构合合理，调度度控制恰当当，可以提提高整个系系统的稳定定性。3.1负荷分级与与供电要求求（2）发电厂发电厂又称称发电站，，是将自然然界蕴藏的的各种一次次能源转换为电能（（二次能源源）的工厂厂。发电厂按其其所利用的的能源不同同，分为水力发电厂厂、火力发电厂、核能发电厂厂以及风力发电厂厂、太阳能电站站、地热发电厂、潮汐汐发电厂等等类型。（3）变电所：：接受电能能、变换电压、分配电能能。有枢纽纽变电所所、、中中间间变变电电所所、、终终端端变变电电所所（4）配配电电所所：：接接受受电电能能、、分分配配电电能能（5）电电力力线线路路：：架架空空线线路路，，电电缆缆架空空线线路路：：绝绝缘缘导导线线、、裸裸导导线线3.1负荷荷分分级级与与供供电电要要求求3、建建筑筑供供配配电电系系统统及及其其组组成成为了了接接受受和和分分配配从从电电力力系系统送送来来的的电电能能，，各各类类建建筑筑都都需需要有有一一个个内内部部的的供供配配电电系系统统。。(1)具有有高高压压配配电电所所的的供供电电系系统统大型型、、特特大大型型建建筑筑设设有有总总降压变变电站站，把把35～220kV电压降为为6～10kV电压，，向各各楼宇小变变电站站供电电，小小变电电站把把6～10kV降为220／380V电压，，对低压压用电电设备备供电电。3.1负荷分分级与与供电电要求求中型建建筑设设施的的供电电，一一般电源进进线为为6～10kV，经过过高压压配电站站，再再由高高压配配电站站分出出几路高压压配电电线将将电能能分别别送到到各建筑物物变电电所，，降为为220／380V低压，，供给给用电电设备备。3.1负荷分分级与与供电电要求求(2)只有一一个变变电所所（或或变配配电所所）的的供电系统统小型建建筑设设施的的供电电，当当所需需电力力容量不不大于于1000kVA时，一一般只只需一一个6～10kV降为220／380V的变电电所。。如果建建筑所所需容容量不不大于于160kVA时，一一般采采用低低压电电源进进线，，直接接由当当地220/380V公共电网网供电，，因此工工厂只需设一低低压配电电间，如如图所示示。低压电源源进线的的小型工工厂供电电系统使用电力力作为其其能量来来源的设设备和用用户即电电力负荷荷，在电能突然然中断供供应时造造成的损损失及影影响程度度各不相相同。损损失或影响越越大的，，对供电电可靠性性的要求求应该越越高。因因此，将将电力负荷分分类很有有必要，，以便用用不同的的供电方方式对应应不同等等级的电力负负荷。我国GB50052-95《供配电系系统设计计规范》规定：电电力负荷按照供供电可靠靠性及中中断供电电造成的的损失或或影响的的程度分分为三个等级级：3.1负荷分级级与供电电要求3.1.1负荷分级3.1负荷分级级与供电电要求1、一级负负荷一级负荷荷定义为为：一旦中断断供电将将会造成成人身伤伤亡，在在经济、、政治上遭遭受重大大损失，，影响有有重大经经济、政政治意义义用电单单位的正正常工作者。。例如：：停电造造成重大大的产品品报废、、设备损损坏的，，重要的的交通、通信信枢纽，，信息中中心，国国宾馆、、大型体体育建筑筑、经常常用作国国际活动的大大量人员员集中的的公共场场所的重重要电力力负荷等等等。3.1负荷分级级与供电电要求1、一级负负荷JGJ/T16-2008《《民用建筑筑电气设设计规范范》规定：国国家级政政府办公建筑的的主要办办公室、、会议室室；电视视台、广广播电台台直接播播出的电电视演播厅、、中心机机房；特特、甲等等剧场的的舞台照照明、电电声设备备；一、、二级旅馆的的宴会厅厅、餐厅厅、高级级客房；；科研院院所、高高等院校校重要实实验室电源；；县级以以上医院院急诊部部、手术术部、婴婴儿室；；一类高高层建筑筑消防水泵、、防排烟烟设施、、走道照照明、客客梯电力力、变频频调速(恒压供水水)生活水泵泵电力等等等属于于一级负负荷。在一级负负荷中，，当中断断供电将将会发生生爆炸、、中毒和和火灾等等情况的的负荷，，以及不不允许断断电的特特别重要要场所，，被归为为一级负负荷中的的特别重重要的负负荷。3.1负荷分级级与供电电要求2.二级负荷荷二级负荷荷定义为为：一旦中断断供电将将在经济济、政治治上造成成较大损失的，，影响重重要用电电单位的的正常工工作者。。例如：：停电造造成主要要设备损坏坏、大量量产品报报废，造造成大型型影剧院院、大型型商场等等较多人人员集中的的重要的的公共场场所秩序序混乱等等等。3.三级负荷荷三级负荷荷定义为为：不属属于一级级和二级级的电力力负荷。。1.一级负荷荷的供电电要求一级负荷荷中断供供电后果果严重，，因此要要由双电源供供电；并要求当一一个电源源发生故故障时，，另一个个电源不不应同时时受到影影响而损坏，以以维持继续续供电。考虑到电力力网的实际际情况，在在发生故障障时还是有有可能会引引起全部电电源进线同同时失电而而造成停电电事故。因因此，一级级负荷中特特别重要的的负荷，除除了由电力力网提供的的两个电源源供电外，，还应增设应急电源，并且严禁禁将其它负负荷接入应应急供电系系统，以保证证其供电的的可靠性。。3.1负荷分级与与供电要求求3.1.2供电要求

3.1负荷分级与与供电要求求3.1负荷分级与与供电要求求应急电源定定义为：用作应急供供电系统组组成部分的的电源。可可作为应急电电源使用的的有：蓄电电池、独立立于正常电电源的发电电机组、供电网网络中独立立于正常电电源的专用用馈电线路路等。2.二级负荷的的供电要求求宜用双回线线路给二级级负荷供电电。若地区区供电条件件困难或负负荷较小，二二级负荷可可由单回6KV及以上电压压等级的专专用架空线路或电缆缆供电。当单回电缆缆线路供电电时，应用用两根电缆缆组成的线路，其其每根电缆缆都应能承承受100%的二级负荷荷。我国规定了了电力系统统和设备的的标准电压压，见表3.1。电力系统中发电、、输电及配配电、用电电设备在正正常工作下下的电压即即额定电压必须要要与其相符符合。标准电压是是一个电压等级系列列。电力系系统中，通常把把1000V及以下称为低压，1000V以上至35kV为中压，35kV以上至220kV为高压，220kV以上为超高压。3.2电压与电压压质量3.2.1标准电压

1.电压偏差的的概念电压偏差定义为：实实际运行电电压与系统统标称电压压偏差的相对值的百百分数。即即：（3-1）3.2电压与电压压质量3.2.2电压偏差及调整

1.电压偏差的的概念电压偏差实实际上就是是电压长时时间的偏离离了标称值值，对设备正常运行行影响很大。例如如实际运行行电压低于于标称值(欠电压)，会使作作为动力力的感应应电动机机转矩下下降、电电流增大大、温度度升高，从从而降低低生产效效率、影影响产品品质量、、缩短电电机寿命命；会使气体体放电灯灯不易或或反复点点燃，降降低照度度等。实实际运行行电电压高于于标称值值(过电压)时，会使使电光源源照度增增加但寿寿命缩短短；会使使感应电电动机电电流增加加、温度度升高、、绝缘受受损，从从而缩短短电机寿寿命；会会使电子子产品的的绝缘永永久损坏坏等。3.2电压与电电压质量量3.2.2电压偏差及调整

3.2电压与电电压质量量2.电压偏差差的允许许值规定电压压偏差的的允许范范围很有有必要，，我国GB/T12325-2008标准中规规定：220V单相供电电电压的的允许偏偏差范围围为标称称电压的的+7%，-10%，20kV及以下下三相供供电电压压的允许许偏差为为标称电电压的±±7％，，35kV及以上上供电电电压正负负偏差绝绝对值之之和要求求不超过过标称电电压的10％(如电压压上下偏偏差均为为正或负负，则取取最大的的绝对值值)。另外，对对供电距距离较长长、短路路容量较较小以及及对电压压偏差有有特殊要要求的用用户，可可由供用用电双方方协商解解决。3.2电压与电电压质量量3.电压偏差差的调整整供配电系系统在运运行中，，因潮流流重新分分布、运运行方式式改变等等等因素，，经常会会造成供供电电压压的较大大偏差。。为满足足用电设设备对电压的要要求，必必须采取取措施进进行电压压调整。。常见的的电压调调整方法有：(1)电力变压压器调压压普通的电电力变压压器有无无励磁调调压装置置，称为为分接开开关。将将高压绕组组引出几几个抽头头接至分分接开关关的电压压分接头头。改变变电压分接头的的位置即即可调压压，不过过要在变变压器完完全不带带电的情情况下才能调整整。如果果对电压压调整有有较高要要求需要要经常带带负载调调压的，可以以采用有有载调压压变压器器。3.2电压与电电压质量量(2)采用无功功补偿调调压供配电系系统中存存在大量量的感性性负载如如感应电电动机、、电力变变压器、接接触器、、继电器器、电焊焊机、带带电感镇镇流器的的气体放放电灯等等，它它们产生生的相位位滞后的的感性无无功功率率，降低低了功率率因数，增加加了电压压损耗。。采用并联联电容器器补偿感感性无功功功率，，可以减减小系统统的电压压损耗，，改善电电压水平平。如装装设于变变电所内内采用分分组投切切的办法法，则可可对供电电范围实实行中心心调压。。串联电电容补偿偿，则可可用于配配电网中中局部调调压，这这种调压压作用会会随线路路负载的的变化而而变化，，因此具具有自行行调节的的能力。。3.2电压与与电压压质量量(3)其他的的调压压手段段如切除除次要要的负负荷，，增加加供电电线路路导线线截面面、供供电线线路，，缩短供供电距距离，，改善善供电电线路路的功功率因因数，，用阻阻抗相相对较较小的的电缆线线路代代替架架空线线路，，尽量量使三三相负负载平平衡等等等也也能有有效改改善电压压的偏偏差。。1.电压波波动和和闪变变的概概念与与危害害电压波波动是指电电网电电压的的方均均根值值(有效值值)一连串串的变变动或连续续的变变化。。闪变是指电电光源源照度度变化化对人人眼形形成刺刺激的的主观观感受波动电压作用于光源在一段时间内引起的积累效应。供配电系统中负荷的剧烈变动将引起电压波动。各种短路故障会造成负荷剧变，进而引起电压较大波动。正常运行时不稳定的负荷如轧钢机、电弧炉、电焊机，大厦中的电梯等等都会引起供配电系统电压波动。3.2电压与与电压压质量量3.2.3电压波动与闪变

1.电压波波动和和闪变变的概概念与与危害害供配电电系统统中负负荷的的剧烈烈变动动将引起电压波波动。。各种种短路路故障障会造造成负负荷剧剧变，，进而而引起起电压压较大大波动动。正正常运运行时时不稳稳定的的负荷荷如轧轧钢机机、电电弧炉炉、电电焊机机，大大厦中中的电电梯等等等都都会引引起供供配电电系统统电压压波动动。电压波波动可可使电电动机机转速速不均均匀，，影响产品质质量；；能造造成自自动化化控制制装置置误动动作，，计算算机电电子信信息系系统工工作异异常、、硬件件损坏坏；产产生照照明闪闪烁，，引起起人眼眼视觉觉的不不适与与疲劳劳，影影响工工作与与学习习；影影响对对电压压波动动敏感感的精精密仪仪器实实验结结果等等等。。3.2电压与与电压压质量量3.2.3电压波动与闪变

3.2电压与与电压压质量量2.电压变变动的的计算算与限限值电压变变动是衡量量电压压波动动大小小的一一个指指标，，用电电压均均方根根(有效)值曲线线上相相邻两两个极极值电电压之之差对对电网网标称称电压压UN的百分分数表示示之，，即：：（（3-2）式中：：电电压均均方根根(有效)值曲线线上相相邻两两个极极值电电压之之差。。系统标标称电电压。。3.2电压与电电压质量量国标GB/T12326-2008规定了用用户在电电力系统统公共连连接点产产生的电电压变动动的限值值，见表表3.2。公共连连接点(PCC)是电力系系统中一一个以上上用户的的连接处处。r（次/h）d%35kV及以下35kV以上r≤1431<r≤103*2.5*10<r≤10021.5100<r≤10001.251注1：电压变动频度r：为单位时间内电压变动的次数。电压由由小到大或大到小各算一次变动，同方向的多次变动，如果间隔时间小于30ms，也只算一次变动。注2：对于随机性不规则的电压波动，表中标有“*”的值为其限值。表3.2电压变动动限值3.2电压与电电压质量量实际负荷荷引起的的电压变变动值可可用公式式计算。。已知三三相负荷荷有功、、无功的的变化量量、，在在系统中中产生的的电压变变动为：：（3-3）式中：分分别别为电网网的等值值电阻与与电抗。。考虑到高高压电网网中，，，因此此上面公公式简化化为：（3-4）式中：公公共连接接点处的的正常较较小运行行方式下下的短路路容量。。可用最大短短路容量量乘以0.7代替之。。3.2电压与电电压质量量（3-5）式中：三三相相负荷的的变化量量。如果是接接于相间间的单相相负荷，，则：（（3-6）式中：：接接于于相间间的单单相负负荷的的变化化量。。如果电电压波波动的的变化化率低低于每每秒0.2%时，则则可以以视为为电压压偏差。。3.闪变的的限值值电力系系统公公共连连接点点处的的闪变变限值值，见见表3.3。要求在在一周(168h)的测量时时间内，，所有长长时间闪闪变值Plt都应满足足要求。。负荷变动动以无功功功率的的变化量量为主时时，三相相平衡负负荷的电电压变动动简化计计算公式式为：3.2电压与电电压质量量3.闪变的限限值电力系统统公共连连接点处处的闪变变限值，，见表3.3。要求在在一周(168h)的测量时时间内，，所有长长时间闪闪变值Plt都应满足足要求。。3.2电压与电电压质量量4.电压波动动的抑制制可采取以以下措施施，抑制制电压波波动及防防止闪变变：①因设设备故障障而引起起电压大大幅波动动的，应应尽快予予以切除除。②对对负荷荷剧烈烈变动动的大大型电电气设设备如如炼钢钢的电电弧炉炉等，，采用用专用用直配配高压压线，，专用用变压压器对对其供供电。。③将将负荷荷剧烈烈变动动的设设备接接于短短路容容量较较大的的电网网中，，或由由更高高级电电压供供电。。④采采用静静止无无功补补偿装装置(SVC)或有源源滤波波装置置(DSTATCOM)抑制电电压波波动与与闪变变。⑤改改进负负荷剧剧烈变变动设设备的的生产产工艺艺，优优化设设计也也是抑抑制电电压波波动与与闪变变的有有效方方法。。1.谐波的的概念念及其其危害害电力系系统工工频交交流电电的波波形会会发生生畸变变。对对其进进行傅傅里叶叶级数分分解，，得到到的大大于基基波频频率的的整数数倍分分量，，被称称为交交流电电的高次谐谐波；频率率与工工频相相同的的分量量是基波。工频交交流电电之所所以会会产生生波形形畸变变，是是因为为公用用电网网中有有许多向向公用用电网网注入入谐波波电流流或在在公用用电网网中产产生谐谐波电电压的的设备(即谐波波源)。电力力系统统中主主要的的谐波波源有有：电电力变变压器器、电抗器器，电电弧炉炉，整整流变变流设设备，，电弧弧焊，，电力力机车车，气气体放放电灯，，家用用电器器中的的电视视机等等等。。3.2电压压与与电电压压质质量量3.2.4公用电网谐波

3.2电压压与与电电压压质质量量电网网中中高高次次谐谐波波的的存存在在会会严严重重危危害害电电力力系系统统和和用用电电设设备备。。比如如，，谐谐波波的的存存在在可可能能会会使使电电网网发发生生谐谐振振、、增增加加电电网网损损耗耗，，引引起电电机机的的附附加加损损耗耗和和发发热热、、产产生生机机械械振振动动与与噪噪声声，，造造成成变变压压器器铁芯芯过过热热，，电电度度表表计计量量误误差差，，使使继继电电保保护护与与自自动动装装置置误误动动作作，，对通通信信电电路路产产生生干干扰扰等等等等。。2.