建筑电气第三章2

3供电(ɡònɡdiàn)与配电系统精品资料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7精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.1负荷(fùhè)分级与供电要求1、电力系统的基本概念建筑供配电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济、合理。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。（1）电力网络电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分。电力网络包括输电、变电和配电3个环节。

（2）发电厂（3）变电所（4）配电所（5）电力线路精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.1负荷分级(fēnjí)与供电要求3、建筑供配电系统及其组成(1)具有高压配电所的供电系统大型、特大型建筑设有总降压变电站向各楼宇小变电站供电，小变电站对低压用电设备供电。(2)只有一个变电所（或变配电所）的供电系统小型建筑设施的供电，当所需电力容量不大于1000kVA时，一般只需一个6～10kV降为220／380V的变电所。精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.1负荷分级(fēnjí)与供电要求3.1.1负荷分级1、一级负荷一级负荷定义2.二级负荷

二级负荷定义

3.三级负荷三级负荷定义为：不属于一级和二级的电力负荷。

精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.1负荷分级(fēnjí)与供电要求3.1.2供电要求1.一级负荷的供电要求由双电源供电；特别重要的负荷应增设应急电源。2.二级负荷的供电要求宜用双回线路给二级负荷供电。或由单回6KV及以上电压等级的专用架空线路或电缆供电。精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量3.2.1标准电压标准电压是一个电压等级系列。电力系统中，通常把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。3.2.2电压偏差及调整1.电压偏差的概念

电压偏差定义为：实际运行电压与系统标称电压偏差的相对值的百分数。2.电压偏差的允许值3.电压偏差的调整(1)电力变压器调压；(2)采用无功补偿调压；(3)其他的调压手段精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量3.2.3电压波动与闪变

1.电压波动和闪变的概念与危害

电压波动是指电网电压的方均根值(有效值)一连串的变动或连续的变化。

闪变是指电光源照度变化对人眼形成刺激的主观感受，是波动电压作用于光源在一段时间内引起的积累效应。2.电压变动的计算与限值3.闪变的限值4.电压波动的抑制精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量3.2.4公用电网谐波1.谐波的概念及其危害电力系统工频交流电的波形会发生畸变。2.公用电网谐波的限值与计算3.公用电网谐波的抑制措施精品资料三相的电压或电流幅值或有效值不等，或者三相的电压或电流相位差不为(bùwéi)120°时，则称此三相电压或电流不平衡。不平衡的三相电压或电流，按对称分量法（将三组不对称分量分解成三组对称向量之和），可分解为正序分量（a、b、c三相幅值相等，相位为a相超前b相120°，b相超前c相120°）、负序分量（a、b、c三相幅值相等，相序与正序相反）和零序分量（a、b、c三相幅值、相位均相等）。3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量3.2.5三相不平衡性精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量由于负序电压的存在，使三相感应电动机产生一个反向转矩，降低电动机的输出转矩，并使电机绕组电流增大，温升增高，缩短电动机使用寿命。对三相变压器来说，由于三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相却低于额定值，从而使变压器容量(róngliàng)不能得到充分利用。对多相整流装置来说，三相电压不对称，将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，进一步影响电能质量。精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量

GB／T15543—1995《电能质量·三相电压允许不平衡度》规定：(1)正常允许2％，短时不超过4％。(2)接于公共连接点的每个用户(yònghù)一般不得超过1.3％。1、电压不平衡度及其允许值电压不平衡度，用电压负序分量的方均根值U2与电压正序分量的方均根值U1的百分比值来表示，即精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量2、改善三相不平衡的措施(1)供配电设计和安装中，应尽量使三相负荷均衡分配。三相系统中各相安装的单相用电设备容量之差应不超过15％。(2)将不平衡负荷接到不同(bùtónɡ)的供电点，以减小其集中连接造成不平衡度可能超过允许值的问题。(3)将不平衡负荷接入更高电压的电网。由于更高电压的电网具有更大的短路容量，因此接入不平衡负荷对三相不平衡度的影响可大大减小。(4)采用可调的平衡化装置平衡化装置包括：具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置(SVC)和静止无功电源（SVG)。精品资料1.频率偏差及其危害我国电力系统的标称频率(即工频频率)是50Hz，系统中所有设备按照此频率设计、制造并运行(yùnxíng)。标称频率就是指系统设计选定的频率。电力系统在运行(yùnxíng)当中，实际频率与标称频率之间可能有偏差，这个差值为频率偏差。

3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量3.2.6电网频率精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量频率偏差影响电力系统的工频频率与发电机组转速严格对应，而发电机组的转速取决于输入、输出(shūchū)能量的平衡，且具有机械惯性。这样，发电机发出的功率与用电设备、线路消耗的电能之间的平衡，关系到工频频率的变化。当系统用电超过或低于发电厂的出力时，电力系统的频率就要降低或升高，发电厂出力变化也同样会引起系统频率的改变。

精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量频率偏差影响系统低频率运行，会降低发电、供电、用电设备的效率，影响产品质量(chǎnpǐnzhìliànɡ)，对许多设备造成积累性疲劳伤害，如汽轮机的叶片振动加大而产生裂纹，以致断裂事故等等。系统频率大幅度低于标称值时，将威胁系统的安全稳定，能引起电压崩溃。系统高频率运行，可增加系统和用户的无谓损耗，使旋转、往复动作设备超速运转，造成毁灭性伤害等等。精品资料3.2电压(diànyā)与电压(diànyā)质量2.频率偏差限值与频率调整GB/T15945-2008标准中规定：①电力系统正常运行下频率偏差的限值为±0.2HZ，当系统的容量较小时，可放宽到±0.5HZ。②周期性或非周期性的快速从电力系统中取用功率(gōnglǜ)的冲击性负荷，引起系统频率变化的限值为±0.2HZ。为防止系统在低于或高于标称频率下运行，要求提高负荷预测精度，减小计划发出电力与实际负荷的偏差，进一步发挥自动发电控制(AGC)的作用。电力系统运行时的频率调整可有一次调频、二次调频等。精品资料在三相交流电力系统中，当作为供电电源的发电机或变压器的三相绕组为星形连接时中性点有三种(sānzhǒnɡ)运行方式：（1）电源中性点不接地（2）中性点经阻抗接地（3）中性点直接接地前两种称为小接地电流系统，后一种称为大接地电流系统。3.3电力系统中性点运行方式及低压(dīyā)供配电接地形式3.3.1电力系统中性点运行方式精品资料3.3电力系统中性点运行(yùnxíng)方式及低压供配电接地形式1.中性点不接地系统即系统中所有电源的中性点都不接地，如图3.1所示。线路正常运行时，对地有分布电容存在(cúnzài)，此时相电压对称，三个相的对地电容电流Ico也对称。这样，三个相的对地电容电流的相量和为零，大地中没有电流流过。各相的对地电压为其相电压。精品资料3.3电力系统中性点运行方式(fāngshì)及低压供配电接地形式当系统发生单相接地故障(gùzhàng)时，假设L3相接地，则L3相对地电压为零，如图3.2所示。L1相对地电压：（3-13）L2相对地电压：（3-14）

图3.2单相接地时中性点不接地系统的电路与相量图

精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压(dīyā)供配电接地形式由图可知，L3相接地(jiēdì)时，非故障L1、L2两相对地电压都由相电压升高到线电压，即升高了倍。L3相接地(jiēdì)时的接地(jiēdì)电流：（3-15）

图3.2单相接地时中性点不接地系统的电路与相量图

精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地(jiēdì)形式由上式可看出，接地电流有效值是故障(gùzhàng)时非故障(gùzhàng)对地电容电流有效值的倍，故障(gùzhàng)时非故障(gùzhàng)对地电容电流有效值又是正常下对地电容电流有效值的倍，所以中性点不接地系统中单相接地电流的有效值是正常下对地电容电流有效值的3倍，即：（3-16）一般电缆的单位电容为200～400pF/m左右，架空线单位电容为5～6pF/m，电缆线路的接地电容电流是同等长度架空线路的37倍左右。电缆线路单相接地电流有效值的经验计算公式为：（3-17）式中：系统标称电压，kV。电缆长度，km。

精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地(jiēdì)形式由(3-17)式可类推出架空线以及电缆、架空混合线路的单相接地电流有效值公式。显然，当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，接地电流为电容性电流，数值较小，不构成短路；并且故障时系统线电压的对称性也没遭受破坏，所以三相用电设备仍能正常运行；为防止(fángzhǐ)绝缘损坏及再有一相发生接地时，造成两相接地短路事故，在中性点不接地系统中，要装设专门的绝缘监视装置和单相接地保护。当系统发生单相接地故障时，绝缘监视装置动作于信号，提醒运行人员及时处理故障；当有可能危及人身及设备安全时，则采用零序的单相接地保护，动作于跳闸。在我国的中压系统特别是3～10kV，一般采用中性点不接地的运行方式。我国的低压系统中也有中性点不接地的形式。精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压(dīyā)供配电接地形式2.中性点经消弧线圈(阻抗)接地系统中性点不接地系统当线路较长、回路多、电网比较庞大时，发生单相接地的接地电流较大，会在接地点形成断续电弧，引起危险的过电压。因此，在单相接地的电容性电流大于规定值的电力系统中，电源(diànyuán)中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式，如图3.3所示。精品资料3.3电力系统(diànlìxìtǒnɡ)中性点运行方式及低压供配电接地形式消弧线圈实际上是一个单相(分匝式或连续可调型)电抗器，接于电源中性点与大地之间。系统发生单相接地时，接地点的电流为接地电容电流与消弧线圈电感(diànɡǎn)电流之和，两电流相互抵消，小于生弧电流，没有电弧产生。中性点不接地系统和中性点经消弧线圈(阻抗)接地系统发生单相接地时的接地电流较小，所以统称为小接地电流系统。精品资料3.3电力系统中性点运行(yùnxíng)方式及低压供配电接地形式3.中性点直接接地(jiēdì)(或经低阻抗)接地(jiēdì)系统如图3.4所示，此系统单相接地(jiēdì)时，形成单相接地(jiēdì)短路。单相短路电流远大于线路的正常负荷电流，因此系统单相接地(jiēdì)时，短路保护装置动作于跳闸，切除故障。精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地(jiēdì)形式中性点直接接地系统(xìtǒng)发生单相接地时，非故障相的对地电压不会升高。因此此系统(xìtǒng)中的供用电设备对地绝缘只需按相电压考虑。中性点直接接地接地系统(xìtǒng)通常用于110kV及以上的超高压系统(xìtǒng)，主要考虑的是绝缘成本。我国的低压系统(xìtǒng)中也有中性点直接接地的形式。中性点直接接地(或经低阻抗)接地系统(xìtǒng)又称为大接地电流系统(xìtǒng)。精品资料按IEC（国际电工委员会）规定，低压配电系统接地制式一般由2个字母组成（必要时可加后续字母）第一个字母表示电源中性点与地的关系（T：直接接地，I：非直接接地）；第二个字母表示设备的外露可导电部分与地的关系（T：独立于电源接地点的直接接地，N：直接与电源接地点或与该点引出的导体相联接）；后续字母表示中性线（N线）和保护线（PE线）之间的关系（C：合并为PEN线，S：分开）因此，低压配电系统，按保护接地形式(xíngshì)，分为TN系统、TT系统和IT系统。3.3电力系统中性点运行方式(fāngshì)及低压供配电接地形式3.3.2低压供配电接地型式精品资料1.TN系统TN系统为中性点直接接地的运行方式，又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。TN系统中，引出(yǐnchū)有中性线(N线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线)。中性线(N线)用于接相电压用电设备，流回单相及三相不平衡电流，减小负载中性点的电位偏移。保护线(PE线)连接正常情况下不带电，但故障下可能会带电的并易被触及的外露可导电部分(例如设备金属外壳、金属构件、构架等)，防止发生触电，以保障人身及设备安全。保护中性线(PEN线)将中性线(N线)与保护线(PE线)的功能合二为一。PEN线在我国称为“零线”，俗称“地线”。3.3电力系统中性点运行方式(fāngshì)及低压供配电接地形式精品资料3.3电力系统中性点运行(yùnxíng)方式及低压供配电接地形式1）TN-C系统如图3.5所示。TN-C系统又叫三相四线制系统，在我国低压配电系统中曾经(céngjīng)应用普遍。精品资料3.3电力系统中性点运行方式(fāngshì)及低压供配电接地形式1）TN-C系统TN-C系统从电源引出四根线，分别是：L1、L2、L3、PEN线，其中PEN线兼有的N线与PE线的作用。因PEN线中可能有不平衡电流通过，因此(yīncǐ)对设备有电磁干扰，并且PEN线断线后，可使与其相连的外露可导电部分带电。TN-C系统发生单相接地时构成接地短路，线路保护装置动作，把故障切除。精品资料3.3电力系统中性点运行方式(fāngshì)及低压供配电接地形式2）TN-S系统TN-S系统，如图3.6所示。属于三相五线制系统，N线与PE线分开，设备的外露可导电部分接PE线。该系统在发生单相接地短路故障时，线路的保护装置动作，切除故障。此系统PE线上没有(méiyǒu)电流，即使中性点偏移也没有(méiyǒu)对地电压。所以，TN-S系统主要用于对安全要求高、对抗电磁干扰要求高的场所。精品资料3.3电力系统中性点运行(yùnxíng)方式及低压供配电接地形式3）TN-C-S系统此低压供配电系统的前一部分为TN-C系统，后一部分通常从进户总配电箱开始(kāishǐ)PEN线分开为PE和N线，形成TN-S系如图3.7所示。该系统兼有TN-C系统和TN-S系统的特点，是广泛采用的低压供配电系统。一般场所采用TN-C系统，对安全要求和抗电磁干扰要求高的场所，则采用TN-S系统。在民用建筑中，许多电源进线采用的是TN-C系统，进入建筑物内变为TN-S系统。应注意的是，PEN自分开后，PE线与N线不能再合并，否则将丧失分开后形成的TN-S系统的特点。精品资料3.3电力系统中性点运行方式及低压(dīyā)供配电接地形式2.TT系统TT系统的电源中性点直接接地，从电源也引出四根线，分别是：L1、L2、L3、N线，属于三相四线制系统。设备的外露可导电部由各自的PE线单独接地，如图3.8所示。TT系统中的接地PE线各自独立，相互无电气联系，没有电磁干扰问题。该系统在发生单相接地故障时，通过故障点和工作接地构成回路形成单相短路，线路的保护动作，切除故障。该系统因绝缘不良(bùliáng)而漏电时，漏电电流可能较小，无法使线路的过电流保护动作。所以该系统要装设灵敏度较高的漏电保护装置。TT系统系统适用于安全要求较高，抗电磁干扰要求严格的场所。精品资料3.3电力系统中性点运行(yùnxíng)方式及低压供配电接地形式3.IT系统IT系统属于三相三线制系统，如图3.9所示。其电源中性点不接地，或经高阻抗接地。该系统单相接地时接地电流小，能继续供电给三相负载(fùzài)。所以主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，如矿井、医院的手术室等等场所。精品资料1.单回路放射式结构如图3.10所示。这种供电方式(fāngshì)的特点是每个用户由变电所(配电所)一条线路送电过去，供电的可靠性较高。当任意一个回路故障时，由线路首端在变电所内的保护动作，不影响其它回路供电。3.4供配电线路(xiànlù)结构形式3.4.1放射式结构精品资料3.4供配电线路结构(jiégòu)形式2.双回路放射(fàngshè)式结构对于重要的用户(如一级负荷)，单回路放射(fàngshè)式结构不满足供电可靠性要求，则可采用双回路放射(fàngshè)式接线，如图3.11所示。当双回路放射(fàngshè)式结构采用交叉供电的形式时，可保证用户得到两个电源，以保证一级负荷的供电要求。此种结构形式常见于中压和低压供配电系统中。精品资料1.单回树干式结构如图3.12所示，树干式结构就是由电源端向负荷端配出主干线，在干线上再引出数条分支线向用户供电。树干式结构比放射式结构要节省设备和导线。其不足之处在于，一旦干线发生故障(gùzhàng)，所有支线用户将全部受影响，所以单回路树干式结构一般用于向三级负荷供电。3.4供配电线路(xiànlù)结构形式3.4.2树干式结构精品资料3.4供配电线路结构(jiégòu)形式2.双回树干式结构对于可靠性要求高的用户，可采用双回路干线对其送电。两条干线路互为备用，可将双回路干线引自不同的电源，如图3.13所示。双回树干式结构可以向二级以上负荷供电(ɡònɡdiàn)。这种结构在中、低压系统中应用广泛。精品资料环式的线路结构，如图3.14所示。常见于