Transcript 第14讲建筑供配电及照明

第五章 建筑供配电及照明
5.1 建筑供配电系统
5.2 电力负荷的计算
5.3 变配电所及主要电气设备
5.4 变配电所及其主接线
5.5 低压配电线路
5.6 建筑供配电设计简介
5.7 建筑防雷与安全用电
第一节 建筑供配电系统
一 电力系统的基本概念
（一）电能
电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得
到了广泛的应用。
2009年我国发电总量达到36506亿千瓦时。
2010年我国发电总量达到41413亿千瓦时。
预计到2050年，全国总装机容量可达15 ~18亿kw,
每年总发电量可达7 ~ 8万亿kw·h。
（二）电力系统
电力系统
发电
变电
输电
组成的整体
配电
用电
一级负荷：最重要的负荷，
二级负荷
三级负荷
电力系统：发电、变电、输电、配电、用电的整体。
10~20KV
380/
220V
50KV
110KV
220KV
330KV
500KV
负载
10KV
35KV
50KV
220KV
教
学
楼
电力系统：发电、变电、输电、配电、用电的整体。
☆. 发电
发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成
例 三峡水电站 单机容量70万kw，32台，
电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展
总容量2240万kw。
核能发电。
发电机组发出的电压一般为 6 ~ 10 KV。
☆. 输电
输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到用电户。它是
电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。
输电过程中, 一般将发电机组发出的 6~10KV 电压经升压
变压器变为 35~500KV 高压，通过输电线可远距离将电能传
送到各用户。
☆. 配电
配电是由 10KV 级以下的配电线路和配电(降压)
变压器所组成。它的作用是将电能降为 380/220V
低压再分配到各个用户的用电设备。
电力网的电压等级
高压：1KV及以上的电压称为高压。
有1, 3, 6, 10, 35, 110, 330, 550KV等。
低压：1KV及以下的电压称为低压。
有220，380V。
安全电压：36V以下的电压称为低压。
我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。
• ☆变电站：变换电压和交换电能的场所。
升压变电 6、10、15kv 升110、220、500kv
降压变电 110、220、500kv降6、10、15kv
• ☆电能用户：电能消耗的场所。
例 我国城乡居民用电:
2000年1690亿kw·h
2005年2700亿kw·h
2009年4571亿kw·h
2010年5125亿kw·h
水电厂
核电厂
工厂
220kV
枢纽变
电站
火电厂
110kV
风力发电机
110kV
电气化铁路
居民
终端变
电所
电力系统示意图
变
电
所
案例分析
220KV
火电厂
水电厂
220KV输电线（几百Km)
10KV
20KV
联络线
0.4/0.23KV
10KV输电线
35KV输电线
35KV
变电所
（约10Km)
50KV输电线
几百米
区域
变电所
水电厂
热电厂
10KV
变电所
电力系统示意图
二 建筑供配电系统及其组成
由变电站（包括配电站〕 、高压及低压
配电线路和用电设备组成。
（一）分类
• 大型、特大型建筑供配电
• 中型建筑供配电
• 小型建筑供配电
• 100kw以下的用电负荷建筑
国内外部分工程情况简介
国内外部分工程情况简介
（二）电力系统的供电质量
电力系统电能质量的两个基本参数：
频率、电压
1. 额定频率：50±0.5Hz ，一般称“工频”
2. 额定电压：为电气设备正常运行且获得
最佳经济效果的电压。
不同情况下，额定电压要求是不同的
电压
用户电压越稳定越好。
1983年颁布的《全国供用电规则》对电压变化幅
度的规定：
35KV及以上、特殊用户：±5%
10KV及以下、低压电力用户：±7%
低压照明用户：+5%，－10%
(1)电网（电力线路〕的额定电压
它是确定各类电力设备额定电压的基本
依据。
(2) 用电设备额定电压
与电网额定电压相同。
(3) 发电机的额定电压
高于同级电网电压5%.
(4)电力变压器的额定电压
• 一次绕组的额定电压
与发电机相连：
高于电网额定电压5%.
不与发电机相连：
连在线路上时 , 与电网额定电压相同
。
• 二次绕组的额定电压
即指空载电压
供电线路不长时：
高于电网额定电压5%.
供电线路较长时 ：
高于电网额定电压10%.
3. 允许的电压偏移及电压调整措施
U U N
U % 
100
UN
(1) 用电设备处电压偏移的允许值
电动机 ±5％；
照明灯 一般工作场所
± 5％；
视觉要求高的场所 ＋5％；
－2.5%等
(2)电压调整措施
• 合理选择变压器的电压比和电压分接头
• 合理减少系统阻抗
• 合理补偿无功功率
• 尽量使系统的三相负荷平衡
• 变压器采用有载调压型
4. 电压波动及其抑制
(1)电网电压的短时快速变动。
U max  U min
dU % 
100
UN
(2)抑制措施
• 对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用
线或专用变压器单独供电。
• 设法增大供电容量，减少系统阻抗。
• 在系统出现严重的电压波动时，减少或
切除引起电压波动的负荷。
• 对大型电弧炉和变压器的受电电压，如
有多种电压选择方案，宜选择较高的电
压。
• 对大型冲击性负荷可采用电抗器或静止
型无功补偿装置(SVC)。
5.高次谐波及其抑制
(1)公用电网谐波电压允许值
电网额定电压0.38kv
总谐波畸变率5％
电网额定电压6,10kv
总谐波畸变率4％
(2)抑制的措施
• 增加整流变压器二次侧的相数。
• 装设分流滤波器。
• 宜采用Dyn联结组别的三相配电变压器。
• 装设SVC(静止无功补偿器）.
电压质量为电压的偏差、波动和波形三方面。
第二节 建筑供配电的负荷计算
负荷计算的意义：
因导线截面及电气设备额定容量选择取决于计算负荷的大小，
若计算负荷(calculation load)过大，则所选导线截面及电气设备
的额定容量就大，将造成投资和设备的浪费；若计算负荷过小，
则所选导线截面及电气设备的额定容量就小，将造成导线及电
气设备过热，使线路及各种电气设备的绝缘老化，寿命缩短，
甚至无法正常工作。负荷计算是工矿企业供电中很重要的一环，
其目的就是为了合理的选择供电系统中的导线、开关电器、变
压器等设备，使电气设备和材料既能得到充分利用又能满足电
网的安全运行。另外，也是选择仪表量程、整定继电保护的重
要依据。
负荷计算主要采用三种方法：需要系数法，二
项式法，利用系数法。
一、 计算负荷的意义和计算目的
1、原始资料:
用电负荷的产品铭牌数据。
2、考虑因素:
非同时运行；运行并非在额定状态下。
3、计算负荷:
将原始资料,结合考虑因素,变成供配电系
统设计所需要的假想负荷。
4、计算内容:
（1）求计算负荷,也称需用负荷
a.作为按发热条件选择供配电系统各级电
压供电网络变压器容量、导体和电气设
备的依据。
b. 用来计算电压损失和功率损耗。
c.在工程上为方便计算，亦可作为能量消
耗量及无功功率补偿的计算依据
（2）求尖峰电流
计算电压波动、选择熔断器等保护元
件。
（3）求平均负荷
计算供配电系统中电能需要量，电能
损耗和选择无功补偿装置等。
（4）选择导线截面
GO
二、 计算负荷的定义
是按发热条件选择导体和电气设备时
使用的一个假想负荷，通常规定取30分
钟平均最大负荷 P30、 Q30和 S30作为该
用户的“计算负荷”。
其物理意义： 计算负荷持续运行产生
的热效应与实际变动负荷长期运行所产
生的最大热效应相等。
因此：
PC= P30= Pm
QC= Q30= Qm
SC= S30= Sm
三、求计算负荷的方法
需要系数法、二项式系数法、利用系数法
（一） 需要系数法
计算简便，最为通用的一种方法。
1.用电设备组的计算负荷
Pc  Kd  Pe
Qc  P c tg
2
2
Sc  Pc  Qc
I c  Sc
 3U 
N
kw
k var
kVA
 A
需要系数
用电设备组的需要系数及功率因数表
2.多个用电设备组的计算负荷
（ 配电干线和 变电所低压母线）
m
Pc  K   K di  Pei
kw
Qc  K   tgi  Pei
k var
i 1
m
i 1
K∑ －－ 同期系数
3、单相负荷计算
单相用电设备应尽可能均衡分配在三相
线路上
否则：
单相用电设备仅接于相电压
等效三相负荷 取最大相负荷的三倍
Peq=3 Pm
第三节 变电所（站）及主要电气设备
一、变电站概述
变电站由变压器、
（一）变电站的作用
配电装置、控制及
变电站（一般也称为
系统枢纽变电站处于电力
信号装置、继电保
1.作用
变电所）是联系发电
系统枢纽位置，汇集有多
护及自动装置以及
厂和电力用户的中间
2.组成
中间变电站其电压等级多为
个大电源，也就是多个大
所需的建筑物和构
环节，起着转换电压、
220～330千伏，高压侧以交
型发电厂发出的电力均通
（二）变电站的类型
筑物等组成。
集中和分配电能的作
换功率为主或使高压长距离
过高压或超高压输电线路
用。
当主要功率方向是由变压器的低压侧流向变压器的高压侧时，
用户变电站是用户接受、转换和
输电线路分段。另外，中间
送至枢纽变电站。一般为
地区变电站是一个地区或
分配电能的中心，用户变电站都
称为升压变电站；而当主要功率方向是由变压器的高压侧流
变电站也降压向所在地区用
终端变电站处于输电线路终端，
500千伏或330千伏的电压
城市的主要变电站，最高
是降压变电站。根据它服务的对
向变压器的低压侧时，称为降压变电站。
户供电。全站停电时，将引
一般经降压后直接向用户供电，
等级。
象可分为：工厂企业变电站、矿
电压一般为110～220千伏。
（1） 枢纽变电站
起区域电网解列。
电压一般为110千伏及以下。
山（井下）变电站、（铁道）牵
如发生全站停电事故，将
全站停电时，仅使其所供的用
引变电站、农村变电站、一般单
（2） 中间变电站
会造成地区电网的瓦解，
位变电站等。
户中断供电。
（3） 地区变电站
影响整个地区的供电。
（4）终端变电站
（5）用户变电站
(三)高低压变配电系统
示意图
基本组成：
变、配电所，
高、低压供、
配电线路，
用电设备。
第三节 变配电所及主要电气设备
• 变配电所的作用：
将6～10kv的高压电转化为400/230 v的低压
电源供用户设备使用。
• 分为
高压（一次）电气设备
低压（一次）电气设备
(四)电气设备
• 发电厂和变电站从电气上可分为一次系统和
二次系统。构成电能生产、输送、分配和使
用的系统，称为一次系统；对一次系统进行
保护、监控、测量、控制的系统，称为二次
系统。
• 电气一次系统的设备，称为电气一次设备，
• 电气二次系统的设备，称为电气二次设备。
※电气设备的额定参数
100～1000伏之间的额定电
额定容量的规定条件与额定电
电气设备的额定电流
压，其应用最广、数量最
1000伏及其以上的电压
国家规定额定电压为1000伏以下电气设备称为低压设备，1000伏及以上
流相同。变压器额定容量用视
是指周围介质在额定
的电气设备称为高压设备。
多，如电动机、工业、民
等级。电力系统的发、
在功率(kVA)表示；发电机一般
温度时，其长期发热 千
我国国家标准规定电力系统的额定电压等级有：220V、380V、3千伏、6
用、照明、普通电器、动
供、输、配、用电都采
1
.第一类额定电压
以有功功率(kW)表示；当其额
伏、10 千伏、35 千伏、110 千伏、220
千伏、330
千伏、500 千伏、750
温度不超过极限值所
力及控制设备等都采用此
用该电压等级。
千伏、1000 千伏等。
定容量用视在功率表示时，需
允许长期通过的最大
额定电压就是国家规定的
类电压。
以上电压等级中220V为单相交流电，其余均为三相交流线电压值。
电流有效值。
表明功率因数；电动机也多用
电气设备标准的电压等级，
一般我们习惯上称220/380伏为低压，将3千伏～35千伏称为中压，110千伏、
100伏及以下的额定电压，主
有功功率表示。
是电气设备设计时所依据
220千伏称为高压，330千伏、500千伏称为超高压，700千伏、1000千伏称为
要用于安全动力、照明、蓄
3.第三类额定电压
特高压。
的电压值。在这一电压下
电池及其他特殊设备。
（一）电气设备的额定电压
2 .第二类额定电压
工作时，电气设备的技术
（二）电气设备的额定电流经济性能能够达到最佳状
态，保证可靠长期运行。
（三）电气设备的额定容量
二、 高压熔断器
是一种简单的保护电器。由熔体、熔
体管和接触导电等部分组成。
（一）功能
1.主要对电流和电路中的设备进行短
路保护
2.有时也有过负荷保护
（二）类型及特点
1.户内型 （ RN 〕 固定式
2.户外型 （ RW 〕 跌落式
RN1 主要用作高压线路和设备的短路
保护， 也起过负荷保护。
RN2 用作高压互感器的短路保护。
RN1 、RN2灭弧能力很强，为”限流“
式熔断器。
RW3 即可作6～10kv线路和变压器的短
路保护，又可在一定条件下直接用高压
绝缘棒（俗称令克棒〕来操作熔管分合
，以断开或接通小容量的空载变压器和
空载线路等。其灭弧能力不强，为“非
限流”式熔断器。
RW
3
－
10
户
外
高
压
跌
落
式
熔
断
器
跌落式熔断器适用
于频率为50HZ、额
定电压为35KV及以
下的电力系统中，
装在配电变压器高
压侧或配电之干线
路上。主要功能有
对保护性能要求不
高的地方，它可以
与隔离开关配合使
用，代替自动空气
开关；还可以与负
荷开关配合使用，
代替价格高昂的断
路器。同时还具有
短路保护、过载及
隔离电路。
跌落式熔断器在变台区上的应用
（三）选择
1.其额定电压应符合线路或设备的额定电压。
2.熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流 IN.FE的
确定：
IN.FE≈(1.4~2.5) IC
IN.FE=(0.3~1.0) IN.FU
三、 高压隔离开关
没有灭弧装置，不能接通和切断负荷
电流。
（一）功能：
1.隔离高压电源
2.倒闸操作
3.接通和断开较小电流
（二）类型：
1.户内型（ GN 〕 三相刀闸同一底座。
2.户外型（ GW〕单柱式、双柱式、三柱式。
（三）选择
1.首先按安装地点选择户内型或户外型。
2.结合工作条件确定额定值，校验动、稳定
值。
3. 35kv及以上宜选用带接地刀闸。
4.考虑开关接线端的机械负荷。
四、 高压负荷开关
具有简单的灭弧装置。
（一）功能
1.能通断一定的负荷电流和过负荷电流，
不能切断短路电流故障。
2.必须与高压熔断器串联，借助于熔断器
切除短路电流。
3.与隔离开关一样，具有明显的断开间隙
，也具有隔离电源，保证安全检修的功
能。
（二）类型
1.户内型( FN )
2.户外型( FW )
固定产气式（ FN1、FW5 等〕
压气式
（ FN2、FN3 〕
压缩空气式
六氟化硫
油浸式
真空式
FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空
负荷开关－熔断器组合电器
上接线端子
限流熔断器
传动机构
真空负荷开关
弹簧脱扣机构
下接线端子
高压负荷开关－限流熔断器组合电器实物图片
FLRN36-12D型户内交流高压六氟化硫负荷开关－
熔断器组合电器
五、高压断路器
（一）功能与结构
• 通断正常负荷电流
• 接通和承受一定的短路电流
• 在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故
障。
高压断路器的基本结构：主要包括电路通断元件、
绝缘支撑元件、操动机构及基座等几部分
1-通断元件；
2-绝缘支撑元件；
3-操动机构；
4-基座
断路器基本结构示意图
（二）类型
1.油断路器
(1)多油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断 开。油
兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃
易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁
(2)少油断路器：
开关触头在绝缘油中闭合和断开。油
只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险
性较小。体积小，价廉，维护方便。不
能频繁操作。 6～10kv多用。
2.空气断路器
利用压缩空气吹动电弧，并使电弧
熄灭。灭弧能力强，分断时间短，断流
容量大。结构复杂，价贵，维护要求高
。多用于110kv及以上大型电站或变电所
及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地
区。
3.六氟化硫断路器
开关触头在 SF6气体中 闭合和断开。
SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。灭弧能力
强，属高速断路器。断流容量大，电绝
缘性能好，检修周期长。可频繁操作。
无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严
格，价贵。在全封闭组合电器中多采用
。不适于高寒地区。
本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等
强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，应注意防毒。
LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器
4.真空断路器
开关触头在真空的容器内 闭合和断开
。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路
器。开断能力强。结构简单，重量轻，
体积小。寿命长，易维修。可频繁操作
。无易燃易爆危险。
由于开断速度高, 易产生截流过电压,
对变压器等感性负载易造成危害,应配置
过电压吸收装置。
ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器
ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器
六、 高压开关柜
按一定线路方案将有关一、二次设备组
装而成的一种高压成套配电装置。
（一）用途
作为电能接受、分配的通断和监视保护
之用。
（二）类型
1.固定式、手车式
(1)固定式
制造工艺简单，节省钢材，价格便宜
，但体积较大防护等级较低
(2)手车式
维护方便，安全可靠，更换断路器容易
占用建筑体积少等。
（通过产品型号格式来了解）
GG-1A(F)型固定式高压开关设备
KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备
XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备
第四节 变配电所及其主接线
• 一、建筑变配电所的类型与结构
三大作用：受电、变压、分配电能
10 kv
400/230v
送给用户
建筑变电所类型
室内型
半室
外型
室外型
成套变
电站
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二、变电所的主接线
变电所的主接线是指电能传送和分配线路的
接线图
电气设备图形与文字符号见
P127 表5－4
D
S≤320kvA
QS
560~1000kvA
＞1000kva
QS
第五节 低压配电线路
• 一、接线方式
放射式、树干式、环形
低压配电线路的结构
低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、
用电线路组成。
低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干
式两种。
变电所
变电所
配电室
放射式配电线路
配电室
树干式配电线路
某校实验楼树形供电线路示意图
10kV
11层配电箱
分支线
2层配电箱
分支线
1层配电箱
分支线
1 # 干线
教学区
配电柜去教学楼
配电变压器 1 #
主配
电柜
2 # 干线
生活区
配电柜去宿舍
食堂
配电柜
3 # 干线
实验区
配电柜
……
X房间 X房间
实验楼总 配电箱 配电箱
配电箱
去报告厅
实验楼
二、配电方式
单相双线：火线、零线。一般用于照明用户
。
单相三线：火线、零线、保护零线（地线）
。
三相三线：无零线，用于电动机等对称负载
。
三相四线：有零线，通用方式，应用最广泛
。
三、户内配电
住宅配电盘
基本单元
1、电度表
2、开关
3、保护零线 4、漏电保护器
四、 导线和电缆截面的选择
为使供电系统安全、可靠、优质、经济地
运行，截面的选择必需满足下列条件：
（一）发热条件
（二）电压损失条件
（三）经济电流密度
（四）机械强度
（五）按热稳定最小截面来校验
※ 按发热条件选择导线
（一）额定载流量 IN 的选择
I N  KI al  I c
Ial －－导线和电缆允许长期工作电流值。
K －－校正系数。
• 当敷设处的环境温度不同于Ial 所采用的
环境温度时，进行温度校正。
• 导线或电缆不同的敷设方式，需要进行
校正。
• 导线或电缆多根穿管，直埋深度，多根
并列敷设等，需要进行校正。
Ic －－计算电流。对变压器高压侧的导
线 应取变压器额定一次电流 I1NT。对于
电容器的引入线，考虑充电时的涌流，
对高压电容器 Ic=1.35INC，对低压电容器
Ic=1.5INC。
※低压系统中性线和保护线的选择
1.中性线（N)截面的选择
(1)一般不小于相线截面的50％,即So≥0.5Sφ
。
(2)对于三次谐波相当突出的三相线路，大
于或等于相线截面，即：
• 气体放电灯为主的三相四线和两相三
线电路：So≥Sφ ；
• 采用晶闸管调光的三相四线和两相三
线电路： So≥2Sφ。
(3)对于由三相线路分出的两相及单相线路
，等于相线截面，即So＝Sφ 。
2.保护线(PE)截面的选择
(1)当Sφ ≤16mm2时，
SPE＝Sφ，
当16mm2 ＜Sφ ≤35mm2时，
SPE＝ 16mm2
当Sφ ≥35mm2时， SPE≥0.5Sφ 。
(2)保护线还应满足单相接地故障保护要求
。
(3)保护中性线(PEN)截面的选择
具有PE和N的双重功能，取其中最大值
。即：
SPEN =(50%~100%)Sφ 及单相接地故障
保护要求。