第2章 供配電系統(tǒng)

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1、第2章 供配電系統(tǒng) 一般的建筑采用低壓供電而高層建筑通常采用10kV甚至35kV電壓供電。供配電設(shè)計(jì)是建筑電氣設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。21電力系統(tǒng)和電力網(wǎng) 為了提高供電的可靠性和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，常將許多的發(fā)電廠和電力網(wǎng)連接在一起并聯(lián)運(yùn)行，由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。211 電力系統(tǒng)和電力網(wǎng) 電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)組成。電力網(wǎng)輸、配電線路和變電所，即連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩大部分。輸電網(wǎng)由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成的網(wǎng)絡(luò)，輸電網(wǎng)的作用是將電力輸送到各個(gè)地區(qū)或直接送給大型用戶。輸電網(wǎng)又稱為區(qū)域電力網(wǎng)或地方電力網(wǎng)，是電力系統(tǒng)的主要網(wǎng)

2、絡(luò)。配電網(wǎng)是由lOkV及以下的配電線路和配電變壓器所組成的，它的作用是將電力分配到各類用戶。配電線路直接供電給用戶的線路。用戶電壓如果是380220V，則稱為低壓配電線路。把電壓降為380220V的用戶變壓器稱為用戶配電變壓器。如果用戶是高壓電氣設(shè)備，這時(shí)的供電線路稱為高壓配電線路，連接用戶配電變壓器及其前級(jí)變電所的線路也稱為高壓配電線路；以上所指的低壓，是指lkV以下的電壓1kV及以上的電壓稱為高壓。一般還把3、6、10kV等級(jí)的電壓稱為配電電壓，把高壓為這些等級(jí)的電壓的降壓變壓器稱為配電變壓器，接在35kV及其以上電壓等級(jí)的變壓器稱為主變壓器。212 電力網(wǎng)的電壓等級(jí) 電力網(wǎng)的電壓等級(jí)是比

3、較多的，不同的電壓等級(jí)有不同的作用。從輸電的角度看，電壓 越高則輸送的距離就越遠(yuǎn)，傳輸?shù)娜萘吭酱?，電能的損耗就越?。坏妷涸礁?，要求絕緣水平也越高，因而造價(jià)也越高。電壓的等級(jí)也不宜太多，否則輸變電容量重復(fù)太多，也不易實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變壓器及其他用電設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，電網(wǎng)的接線也比較復(fù)雜零亂。目前，我國電力網(wǎng)的電壓等級(jí)主要有022、038、3、6、10、35、110、220kV共8級(jí)。按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，根據(jù)我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況,國家對(duì)電壓等級(jí)作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為額定電壓等級(jí)。額定電壓就是用電設(shè)備、發(fā)電機(jī)和變壓器正常工作時(shí)具有最好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的電壓。顯然，對(duì)用電設(shè)備來說，它的額定電壓應(yīng)和網(wǎng)路的電壓一致。

4、但是，在傳輸負(fù)荷電流的過程中，電力網(wǎng)的電壓是要起變化的。電壓標(biāo)準(zhǔn)：電壓標(biāo)準(zhǔn)：第第一一類類額額定定電電壓壓 電壓值在100V以下，主要用于安全照明、蓄電池、斷路器及其它開關(guān)設(shè)備的操作電源。第第二二類類額額定定電電壓壓 電壓值在100V以上，1000V以下，主要用于低壓動(dòng)力和照明。用電設(shè)備的額定電壓，直流分110、220、440V幾等，交流分380220V和230127V兩等。建筑用電的電壓主要屬于這一范圍。第三類額定電壓第三類額定電壓 電壓值在1000V以上，主要作為高壓用電設(shè)備及發(fā)電、輸電的額定電壓值。電源引入方式電源引入方式（1）建筑物較小或用電設(shè)備負(fù)荷量較小，而且均為單相、低壓用電設(shè)備時(shí)，

5、可由電力系統(tǒng)的變壓器引入單相220V的電源；（2）建筑物較大或用電設(shè)備的容量較大，但全部為單相和三相低壓用電設(shè)備時(shí)，可由電力系統(tǒng)的變壓器引入三相380/220V的電源；（3）建筑物很大或用電設(shè)備的容量很大，雖全部為單相和三相低壓用電設(shè)備，但綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，應(yīng)由變電所引入三相高壓6kV或10kV的電源經(jīng)降壓后供用電設(shè)備使用。2.1.3 用電負(fù)荷的分類 劃分負(fù)荷等級(jí)需要看建筑物的類別和用電負(fù)荷的性質(zhì)。按建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程，對(duì)用電負(fù)荷等級(jí)劃為3類。1、一級(jí)負(fù)荷一級(jí)負(fù)荷(1)中斷供電將造成人員傷亡(2)中斷供電將造成重大政治影響(3)中斷供電將造成重大經(jīng)濟(jì)損失(4)中斷供電將造成公共場(chǎng)所的秩

6、序嚴(yán)重混亂 2、二級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷(1)中斷供電將造成較大政治影響(2)中斷供電將造成較大經(jīng)濟(jì)損失(3)中斷供電將造成公共場(chǎng)所秩序混亂 3、三級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷 凡不屬一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者。214 供電系統(tǒng)的方案 供電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷等級(jí)，按照供電安全可靠，投資費(fèi)用較少，維護(hù)運(yùn)行方便，系統(tǒng)簡單顯明等原則進(jìn)行選擇。（一）單電源供電方案（一）單電源供電方案（1）單電源、單變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。該系統(tǒng)供電可靠性較低，系統(tǒng)中電源、變壓器、開關(guān)及母線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障或檢修時(shí)，均不能保證供電。但接線簡單顯明，造價(jià)低，可適用于三級(jí)負(fù)荷。（1）（2）（3）（4）（2）單電源、雙變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。該系

7、統(tǒng)中除變壓器有備用外，其余環(huán)節(jié)均無備用，一般情況下，變壓器發(fā)生故障的可能性比其它元件少得多，故該方案和方案（1）相比，可靠性增加不多而投資卻大為增加，故不常選用。（3）單電源、單變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。僅在低壓母線上增加一個(gè)分段開關(guān)，投資增加不多，但可靠性卻比方案（1）大大提高。可適用于一、二級(jí)負(fù)荷。（4）單電源、雙變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。該方案與方案（2）有同樣的缺點(diǎn)，故不予推薦。（二）雙電源供電方案（二）雙電源供電方案（1）雙電源、單變壓器、母線不分段系統(tǒng)。因變壓器遠(yuǎn)比電源故障和檢修次數(shù)要少，故此方案投資較省而可靠性較高，可適用于二級(jí)負(fù)荷。（2）雙電源、單變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。此方

8、案比方案（1）設(shè)備增加不多，而可靠性明顯提高，可適用于二級(jí)負(fù)荷。（2）（1）（3）雙電源、雙變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。此方案不分段的低壓母線，限制變壓器備用作用的發(fā)揮，故不宜選用。（4）雙電源、雙變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。該系統(tǒng)中各基本設(shè)備均有備用，供電可靠性大為提高，可適用于一、二級(jí)負(fù)荷。（3）（4）（5）雙電源、雙變壓器、高壓母線分段系統(tǒng)。因高壓設(shè)備價(jià)格貴，故該方案比方案（4）投資大，并且存在方案（3）的缺點(diǎn)，故一般不宜選用。（6）雙電源、雙變壓器、高低壓母線均分段系統(tǒng)。該方案的投資雖高，但供電的可靠性提高更大，適合一級(jí)負(fù)荷。（5）（6）22 低壓配電 低壓配電方式是指低壓干線的配線方式

9、。低壓配電干線一般是指從變電所低壓配電屏分路開關(guān)至各大型用電設(shè)備或樓層配電盤的線路。用電負(fù)荷分組配電系統(tǒng)是指負(fù)荷的分組組合系統(tǒng)。221 低壓配電方式 低壓配電的結(jié)線方式可分為放射式、樹干式和混合式三大類。放放射射式式是一獨(dú)立負(fù)荷或一集中負(fù)荷均由一單獨(dú)的配電線路供電，它一般用在下列場(chǎng)所。(1)供電可靠性高的場(chǎng)所（消防泵、生活水泵和中央空調(diào)制冷機(jī)組）(2)單臺(tái)設(shè)備容量較大的場(chǎng)所（電梯）(3)容量比較集中的地方。樹樹干干式式是一獨(dú)立負(fù)荷或一集中負(fù)荷按它所處的位置依次連接到某一條配電干線 上。樹干式配電所需配電設(shè)備及線材較少，系統(tǒng)靈活性好，但干線故障時(shí)影響范圍大，一般適用于用電設(shè)備比較均勻，容量不大，

10、又無特殊要求的場(chǎng)合 混合式混合式放射式和樹干式的組合 放射式樹干式混合式222 用電負(fù)荷分組配電 高層建筑中的用電量大，用電負(fù)荷種類繁多，但并不是所有的用電負(fù)荷都必須在任何情 況下保證供電，也就是說可以把用電負(fù)荷分成保證負(fù)荷和非保證負(fù)荷，保證負(fù)荷包括一級(jí)負(fù)荷和那些在非消防停電時(shí)仍要求保證或可能投入保證負(fù)荷母線的負(fù)荷；其余則為非保證負(fù)荷或一般負(fù)荷。按照高層建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的規(guī)定，屬于一類建筑的消防控制室，消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)滅火裝置；火災(zāi)事故照明、疏散指示標(biāo)志和電動(dòng)的防火門窗、卷簾、閥門等消防用電，為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)于這些消防負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)回路供電，并在末級(jí)配電箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)自

11、動(dòng)切換。用電負(fù)荷分組配電方案常見有以下幾種：(1)(1)負(fù)負(fù)荷荷不不分分組組方方案案 這種方案是負(fù)荷不按種類分組，備用電源接至同一母線上。(2)(2)一一級(jí)級(jí)負(fù)負(fù)荷荷單單獨(dú)獨(dú)分分組組方方案案 這種方案是將消防用電等級(jí)負(fù)荷單獨(dú)分出，并集中一段母線供電。(3)(3)負(fù)荷按負(fù)荷按3 3類分組方案類分組方案 這種方案是將負(fù)荷分組，按一級(jí)負(fù)荷，保證負(fù)荷及一般負(fù)荷3大類來組織母線。23 高層建筑供電 高層建筑供電電壓一般采用10kV，有條件時(shí)也可采用35kV。為了保證供電可靠性，應(yīng)至少有兩個(gè)獨(dú)立電源。還必須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組。231 負(fù)荷分布及變壓器的配置 高層建筑的用電負(fù)荷一般可分為空調(diào)、動(dòng)力、電

12、熱、照明等類?？照{(diào)設(shè)備一般放在大樓的地下室、首層或下部，動(dòng)力負(fù)荷主要指電梯、水泵、排煙風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)等設(shè)備。在40層以上的高層建筑中，電梯設(shè)備較多，此類負(fù)荷大部分集中于大樓的頂部。宜將變壓器上、下層配置或者上、中、下層分別配置。供電變壓器的供電范圍大約為15-20層。如紐約的世界貿(mào)易中心共110層，變壓器配置在第7、41、75、108層，日本的新宿中心大廈共60層，變壓器配置在地下4層和地面40層，紐約的帝國大廈共102層，變壓器配置在地下2層、地面41層及84層。232 負(fù)荷指示圖和負(fù)荷中心 負(fù)荷圖是將負(fù)荷按一定的比例(例如lkVA=1mm2)，標(biāo)明在用戶的總平面圖上，并使負(fù)荷范圍的圓的中心與

13、平面圖上的負(fù)荷“重心”相符合。任一負(fù)荷的圓周直徑可按下式計(jì)算：式中：D負(fù)荷的圓的直徑 S負(fù)荷（kVA）M單位面積的kVA數(shù) 負(fù)荷中心是供配電設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的概念。負(fù)荷中心實(shí)際上是一種最佳配電點(diǎn)，它需要按所要達(dá)到的優(yōu)化目標(biāo)及不同的計(jì)算條件而列出的目標(biāo)函數(shù)來確定。負(fù)荷的大小不是恒定不變的，因此負(fù)荷中心常會(huì)變動(dòng)。24 用電負(fù)荷計(jì)算 負(fù)荷計(jì)算的目的在于正確地選擇電氣設(shè)備和電工材料，在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，要考慮環(huán)境及社會(huì)因素的影響，并應(yīng)為將來的發(fā)展留有適當(dāng)余量。241 負(fù)荷曲線和計(jì)算負(fù)荷 負(fù)荷曲線是表征用電負(fù)荷隨時(shí)間而變動(dòng)的一種圖形。分有功負(fù)荷曲線和無功負(fù)荷曲線兩種，又可分為日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線 最最大大

14、負(fù)負(fù)荷荷消耗電能最多的半小時(shí)的平均功率，可依此作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，又稱為計(jì)算負(fù)荷；尖尖峰峰負(fù)負(fù)荷荷連續(xù)1到2秒的最大平均負(fù)荷，即短時(shí)最大負(fù)荷；平均負(fù)荷平均負(fù)荷指用電設(shè)備在某段時(shí)間內(nèi)所消耗的電能除以該段時(shí)間所得的平均功率值。242 負(fù)荷計(jì)算常用方法（1 1）單位建筑面積安裝功率法）單位建筑面積安裝功率法初步設(shè)計(jì)階段可采用單位建筑面積安裝功率法 序號(hào)建筑物名稱單位建筑面積安裝功率（W/m2）備注1國內(nèi)高層住宅10352香港高層住宅10603國內(nèi)主要飯店、賓館306070120無空調(diào)有空調(diào)4國外飯店、賓館6070120140一般的高級(jí)的5國外辦公大樓100建筑面積安裝功率表建筑面積安裝功率表（2 2）需要系數(shù)法）需要系數(shù)法需要系數(shù)Kx是用電設(shè)備組所需要的最大負(fù)荷Pj與其設(shè)備安裝容量Ps的比值。根據(jù)需要系數(shù)Kx求總安裝容量為Pj的用電設(shè)備組所需計(jì)算負(fù)荷P的方法為需要系數(shù)法。建筑類別需要系數(shù)Kx建筑類別需要系數(shù)Kx廠房（有自然采光）0809宿舍區(qū)0608廠房（無自然采光）091醫(yī)院05辦公樓0708食堂09095設(shè)計(jì)室09095商店09科研樓0809學(xué)校0607倉庫0507展覽館0708鍋爐房09旅館0607照明需要系數(shù)表照明需要系數(shù)表