建筑设备第八章

第8章建筑供配电系统本章学习要点1.电力系统的基本知识2.电力负荷的分级3.低压配电方式4.电线、电缆的选择5.低压配电系统的短路保护设备6.高层建筑供配电系统9/29/20241建筑设备教材8.1电力系统8.1.1电力系统概述8.1.2电力负荷等级及供电要求8.1.3供电电能质量8.1.4变配电所9/29/20242建筑设备教材电力系统概述电力系统是由发电厂、电力网和用电设备组成的统一整体。电力网是电力系统的一部分，它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线路。9/29/20243建筑设备教材图8-1火电厂生产过程示意图1—锅炉;2—汽轮机;3—发电机;4—凝汽器;5—水泵图8-2水电站生产过程示意图1—引水管;2—发电机;3—水轮机;4—尾水管9/29/20244建筑设备教材2.变电所和配电所为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求，需要对发电机输出的端电压进行多次的变换。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所。根据任务的不同，变电所分为升压和降压变电所两大类。升压变电所是将低电压变换为高电压，一般建立在发电厂厂区内；降压变电所是将高电压变换成适合用户需要的较低电压等级，一般建立在靠近电能用户的中心地点。配电所是专门用来接受和分配电能，而不改变电压高低的场所。配电所多数建在建筑物的内部。电力系统概述9/29/20245建筑设备教材3.电力线路电力线路是输送电能的通道。因为火力发电厂多建于燃料产地，水力发电厂多建在水力资源丰富的地方，一般这些大型发电厂距离电能用户都比较远，所以需要用各种不同电压等级的电力线路，作为发电厂、变电所和电能用户之间的联系，使发电厂生产的电能源源不断地输送给电能用户。通常把电压在35kV及以上的高压电力线路称为送电线路；而把由发电厂生产的电能直接分配给用户，或由降压变电所分配给用户的10kV及以下的电力线路称为配电线路。电力系统概述9/29/20246建筑设备教材4.电能用户(又称电力负荷)在电力系统中，一切消耗电能的用电设备均称为电能用户。用电设备按其用途可分为：动力用电设备(如电动机等)、工艺用电设备(如电解、冶炼和电焊等)、电热用电设备(如电炉、干燥箱和空调等)、照明用电设备和试验用电设备等，它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，以适应生产和生活的需要。8.1.1电力系统概述9/29/20247建筑设备教材4.电能用户(又称电力负荷)目前我国各类电能用户的用电量占总电量的百分比为：工业72.9%，农业13.7%，生活7.8%，市政及商业4.4%。可见工业是电力系统中最大的电能用户。随着现代化的到来，家用电器猛增，生活用电及市政商业用电的比例将会急剧上升。图8-3是从发电厂经变电所通过电力线路至电能用户的送电过程示意图。8.1.1电力系统概述9/29/20248建筑设备教材图8-3从发电厂到用户的送电过程示意图9/29/20249建筑设备教材5.电力系统的特点如果各个发电厂彼此独立向用户供电，则当某个发电厂发生故障停机检修时，由该发电厂供电的地区将被迫停电。为了保证对用户供电不中断，每个发电厂都必须配备一套备用发电机组，这就相应增加了投资，而且设备的利用率不是很高。因此，有必要将各种类型的发电厂的发电机、变电所的变压器、输电线路、配电设备以及电能用户等联系起来，组成一个整体，称为电力系统。如图8-4。电力系统概述9/29/202410建筑设备教材图8-4电力系统示意图9/29/202411建筑设备教材一级负荷凡中断供电将造成人身伤亡，或在政治上、经济上将造成重大损失的这类负荷称为一级负荷。如重要的铁路枢纽、通讯枢纽、重要的国际活动公共场所、钢铁厂、重要的宾馆、医院的手术室等。对于一级负荷，应采用两个彼此独立、互不影响的电源供电。对于一级负荷中特别重要的用户，除有两个独立电源供电外，还必须增加设备用发电机组等应急电源。8.1.2电力负荷等级及供电要求9/29/202412建筑设备教材

二级负荷凡中断供电将造成政治上、经济上较大损失的这类负荷称为二级负荷。如造成生产设备损坏而引起的产量大幅度下降，影响交通枢纽、通讯设施正常工作，引起公共场所(如大型体育馆、影剧院等)秩序混乱等，对于工期紧迫的建筑工程项目，也可按二级负荷考虑。对于二级负荷，应采取两条彼此独立的线路(又称双回路)供电；当条件不允许双回路供电时，则可用一条6kV以上的专用高压架空线供电；但是否还需要配备备用电源，则要经过技术经济比较而定。8.1.2电力负荷等级及供电要求9/29/202413建筑设备教材三级负荷凡不属于一级和二级负荷的电能用户，都属于三级负荷。如一般的机械加工工业和一般的民用建筑等。三级负荷对供电没有特殊要求，一般都采用单回路供电,当然在可能情况下也应尽可能提高供电的可靠性。在民用建筑中，一般都把重要的医院、大型的商场、体育馆、影剧院、重要的宾馆，以及电信、电视中心，列为一级负荷；其余的大多数民用建筑都属于三级负荷。电力负荷等级及供电要求9/29/202414建筑设备教材1.电压等级及适用范围

根据我国规定，交流电力系统的额定电压等级有：12V、24V、36V、110V、220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV目前我国最高的电压等级是500kV。把1kV以下的电压称为低压；把1kV及以上，低于330kV的电压称为高压；把330kV及以上称为超高压。几百公尺之内的照明用电，一般采用380/220V三相四线制供电，电灯接在220V相电压上，如图8-5所示。供电电能质量9/29/202415建筑设备教材图8-5380/220V三相四线制动力与照明共用一台降压变压器9/29/202416建筑设备教材2.额定电压和频率我国规定：一般交流电力设备的额定频率(俗称工频)为50Hz，允许偏差为±0.5Hz。电力系统的电压主要取决于系统中无功功率的平衡，无功功率不足，电压偏低，应设法提高发电机的无功出力。所有电气设备，都是按照运行在额定电压下，能获得最佳的经济效果而设计的。因此，电气设备的额定电压应与所接电力线路的额定电压相同。8.1.3供电电能质量9/29/202417建筑设备教材1.变配电所的类型、结构变配电所的类型很多，工业与民用建筑设施的变电所，大多是6～10kV变电所。变配电所可以分为开压变电所和降压变电所两大类。开压变电所是将发电厂生产的6～10kV的电能开高至35kV、110kV、220kV、500kV等高压，以利于远距离输电。8.1.4变配电所9/29/202418建筑设备教材降压变电所是将高压网送过来的电能降至6～10kV以后，分配给用户变压器，再降至380V或220V，供建筑物或建筑工地的照明或动力设备、用电器等使用。10kV变电所，按其变压器及高压开关设备的安装位置，可分为室内型、半室外型、室外型以及成套变电站等。（1）室内型变电所由高压配电室、变压器室、低压配电室和值班室组成。图8-6所示，是一台变压器供电的室内型变电所布置图。8.1.4变配电所9/29/202419建筑设备教材8.1.4变配电所（2）半室外型变电所只把低压配电设备放在室内，变压器和高压设备均放在室外，如图8-7所示。（3）室外型变电所是将全部高、低压设备置于露天场合。（4）成套变电站又称组合式变电站。由三个单独部分，即高压室、变压器室和低压室组成。9/29/202420建筑设备教材图8-6室内型变电所平面布置图8-7半室外型变电所结构图9/29/202421建筑设备教材2.变配电所的位置选择变配电所的位置，应根据下列诸要求综合考虑而确定：(1)尽量靠近负荷中心，距离功率较大的负荷点一般不超过300m；(2)尽量靠近高压电源线，并方便进线和出线；(3)应尽量避开多尘和有腐蚀气体、易燃易爆物质；(4)应尽量避开地热低洼和有剧烈震动的场所；(5)应考虑变压器、开关柜等大型设备运输方便；(6)尽可能与土建工程统一规划，保证安全供电和土建施工互不影响。8.1.4变配电所9/29/202422建筑设备教材3.变配电所对建筑的要求(1)变配电室的门从安全考虑，门扇应向外开。满足人员出入和设备搬运要求，宽度应比设备尺寸多0.5m。一扇门宽于1.5m时，其上应开一个宽0.6m、高1.8m的小门供值班人员出入。长度在7m以内的房间可设一个门，超过7m应不少于两个门。(2)变配电室的窗应满足采光、通风和耐火等级要求。变压器室应避免日晒。8.1.4变配电所9/29/202423建筑设备教材3.变配电所对建筑的要求(3)变配电室的地面应保证不起砂。一般做成水泥地面,有条件也可做成水磨石地面。许多房间地面下设有电缆沟，应注意妥善处理。变配电室的地面应有不小于2%的坡度坡向集油坑。(4)变配电室的内装饰一般均采用大白粉刷白，以提高墙面和顶棚的反射系数，改善视觉环境。(5)其他如变配电室各组成房间具有不同的耐火等级，应在建筑设计中分别加以处理；要求对屋面做好防水、排水、保温和隔热措施；应做好屋檐处理，防止屋面雨水沿墙面流下。此外，还要考虑房间的通风换气等。

8.1.4变配电所9/29/202424建筑设备教材8.2建筑低压配电系统8.2.1低压配电方式8.2.2低压配电系统的配电线路8.2.3电线、电缆的选择8.2.4电线、电缆的选择8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202425建筑设备教材低压配电方式低压配电系统是指从终端降压变电所的低压侧(或市电的低压进线装置)，到民用建筑内部低压设备的电力线路，电压一般为380/220V。低压配电系统由配电装置(配电盘)及配电线路(干线及分支线)组成。低压配电线路的接线方式(简称配电方式)主要有以下几种:1.放射式；2.树干式；3.环形式9/29/202426建筑设备教材低压配电方式1．放射式如图8-8（a）所示的这种接线方式——由变压器低压母线上引出若干路线路，再由这些线路分别配电给各配电箱或用电设备。这种配电方式的特点是：各路配电线路之间相互独立，任一线路上发生故障或检修，对其他线路不产生影响，任一条线路上的电动机启动引起的电压波动，对其他线路的影响也较小。9/29/202427建筑设备教材低压配电方式2．树干式如图8-8（b）所示的这种接线方式——从变电所低压母线上引出少数干线，再从干线上引出若干支线，由这些支线最后引至各用电设备。这种接线方式的特点是：所用的导线和开关设备少，因此建设投资和运行费用低。但供电的可靠性差，当干线发生故障时，从该干线上接出的所有支线都将停电。9/29/202428建筑设备教材低压配电方式3．环形式如图8-8（c）所示的这种接线方式——由一台变压器供电的低压环形接线。从这种接线中可以看出：闭环运行时，当L2段线路发生故障或检修停电，可以通过L1、L3和L4段线路接通电源，继续保持对XL2供电；即任何一段线路发生故障停电，均可通过另一段联络线恢复供电，所以闭环运行供电的可靠性比较高。9/29/202429建筑设备教材图8-8低压配电方式9/29/202430建筑设备教材1.动力负荷线路在民用建筑中，动力用电设备主要有：电梯、自动扶梯、冷库、空调机房、风机、水泵，以及医用动力用电设备和厨房动力用电设备等。动力用电设备部分属于三相负荷，少部分容量较大的电热用电设备如空调机、干燥箱、电炉等，它们虽属于单相负荷，但也归类于动力用电设备。对于上述动力负荷，一般采用三相三线制供电线路，对于容量较大的单相动力负荷，应尽可能平衡地接到三相线路上。低压配电系统的配电线路9/29/202431建筑设备教材2.照明负荷线路在民用建筑中，照明用电设备主要有供给工作照明、事故照明和生活照明的各种灯具，还有家用电器中的电视机、窗式空调机、电风扇、电冰箱、洗衣机，以及日用电热电器，如电饭煲、电熨斗、电热水器等，它们一般都由插座进行供电，它们虽不是照明器具，但都是由照明线路供电，所以统归为照明负荷。它们的电价也与照明电价相同。照明负荷一般都是单相负荷，采用220V两线制线路供电；当单相负荷计算电流超过30A时，应采用380/220V三相四线制线路供电。低压配电系统的配电线路9/29/202432建筑设备教材

在民用建筑电气设计和施工中，电线和电缆型号的选择应遵循如下原则:(1)贯彻“以铝代铜”的方针，在满足线路敷设要求的前提下,尽量采用铝芯导线。只有在易燃、易爆、腐蚀严重的场所，以及用于移动设备、监测仪表、配电盘的二次接线等，才必须用铜线。(2)尽量选用塑料绝缘电线，这是因为塑料绝缘电线的生产工艺简单、绝缘性能好、成本低。当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。电线、电缆的选择9/29/202433建筑设备教材

在民用建筑电气设计和施工中，电线和电缆型号的选择应遵循如下原则:(3)电缆线的选用，应认真考虑“以铝代铜”，“以铝包代铅包”，“以合成材料(如塑料)代替橡胶”等原则。(4)注意选用新材料、新品种的电线和电缆，不选用淘汰产品及限制使用的产品。(5)电线和电缆具体型号的选用，应根据使用环境和敷设方式而定，具体见表8-1。电线、电缆的选择9/29/202434建筑设备教材

在民用建筑电气线路中，常用的低压电器主要有刀开关、熔断器、自动开关、漏电保护开关、接触器、继电器等。1.刀开关：见图3-9、3-10、3-112.低压空气断路器：见图3-12、3-13、3-143.低压熔断器见图3-15、3-16、3-17、3-18、

3-19、3-20、3-21。电线、电缆的选择9/29/202435建筑设备教材图8-9HD11、11B-100～400刀开关9/29/202436建筑设备教材图8-10HR3系列侧面操作手柄式熔断器式刀开关9/29/202437建筑设备教材图8-11HK2系列开启式负荷开关9/29/202438建筑设备教材图8-12万能式空气断路器的外形9/29/202439建筑设备教材图8-13PX200C系列断路器外形及安装导轨9/29/202440建筑设备教材图8-14DZ12L60系列漏电断路器外形9/29/202441建筑设备教材图8-15瓷插式熔断器外形9/29/202442建筑设备教材图8-16RM10系列密闭管式熔断器的外形9/29/202443建筑设备教材图8-17RL7系列螺旋式熔断器及熔断管的外形9/29/202444建筑设备教材图8-18RL1螺旋式熔断器9/29/202445建筑设备教材图8-19RT20系列填充料式熔断器的三极底座和熔断管9/29/202446建筑设备教材图8-20RT36(RT16)系列填充料式熔断器9/29/202447建筑设备教材图8-21RT28(RT18)系列熔断隔离器9/29/202448建筑设备教材1.低压刀开关的选择选择低压刀开关要根据使用环境、功能要求选择适当的型号系列。刀开关的额定电压、额定电流要符合安装处的电压以及通过负荷电流的要求，然后再按短路条件进行短路的动稳定、热稳定校验。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202449建筑设备教材1.低压刀开关的选择在确定额定电流时要注意，一般的普通负荷，可以按负荷的正常工作电流来选择；如果用刀开关来接通像电动机这样的负荷时，考虑到电动机的起动电流比其工作电流大，因此刀开关的额定电流要在电动机的正常工作电流基础上再乘上一个倍数。具体的倍数要根据电动机的型号规格来定。刀开关如果带有熔断器，其熔体电流的确定要按低压熔断器的电流选择原则进行。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202450建筑设备教材2.低压空气断路器的选择(1)空气断路器的额定电压应大于或等于安装处的线路额定电压；空气断路器的额定电流(主触头长期允许通过的电流)应大于或等于安装处线路在正常情况下的最大工作电流。(2)断路器的开断电流(容量)要大于或等于安装处的短路电流(容量)。(3)根据使用环境、工作要求、安装地点和供货条件选择适当的形式。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202451建筑设备教材2.低压空气断路器的选择(4)脱扣器额定电流(即脱扣器长期允许通过的最大电流)的选择，也按照大于或等于安装处线路在正常情况下的最大工作电流来进行选择。(5)选择脱扣器的动作整定电流或整定倍数，过载长延时脱扣器按躲开线路在正常情况下的最大工作电流整定；短路短延时和短路瞬时脱扣器按躲开线路在正常情况下的最大尖峰电流整定。(6)灵敏度校验。脱扣器的动作电流整定出来后，需要校验在保护范围末端，最小运行方式下发生两相或单相短路时，脱扣器是否能可靠地跳闸。要求算出来的灵敏系数大于或等于规定值。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202452建筑设备教材3.低压熔断器的选择低压熔断器的选择包括：熔断器的规格型号、熔断器的额定电压、熔断器的额定电流、熔体的额定电流、熔断器的分断能力等。这里面比较重要的是熔体的额定电流选择，应该注意以下几点：(1)熔断器作为线路的保护时，熔体的额定电流应大于或等于线路的最大正常工作电流，并且要小于或等于线路的安全电流。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202453建筑设备教材3.低压熔断器的选择(2)熔断器作为用电设备的保护时，除了要求熔体的额定电流应大于或等于设备的最大正常工作电流之外，还要考虑到设备运行可能出现的短时过负荷电流与瞬时尖峰电流，熔体的额定电流选取应保证在出现上述两种电流时不会造成熔体熔断。(3)熔断器属于保护设备，在其保护的范围内发生故障，熔断器能否可靠动作需要进行灵敏度校验。(4)如果线路的上下级都用熔断器作为保护，需要考虑上下级熔断器熔体额定电流之间的相互配合，以满足保护的选择性要求。8.2.5低压配电系统控制和保护设备选择方法9/29/202454建筑设备教材8.3高层建筑供配电系统8.3.1高层建筑的负荷分级8.3.2高层建筑的供电要求8.3.3高层建筑常用的供电方案9/29/202455建筑设备教材8.3.1高层建筑的负荷分级高层建筑的建筑面积一般在7000平方米以上，其用电负荷不但有照明负荷，而且还有动力负荷，因此用电量较大。19层及以上的消防用电设备为一级负荷，18层及以下的消防用电设备为二级负荷。非消防电梯为二级负荷，其余为三级负荷。