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1、#建筑供配电和防雷接地系统浅谈第7章 建筑供配电及防雷接地系统【要点提示】同学们：建筑供配电是建筑电气专业最重要的内容。供配电系统的主要任务是为建筑环境提供安全、可靠、优质、灵活、经济的供电电源和配电线路，同时，建筑弱电的电气设备、建筑照明、建筑消防等需要的不同电源，基本上由供配电系统来提供，因此，供配电系统是其他建筑电气内容的基础。在建筑物中，配电系统由于电气设备绝缘损坏、大自然雷电或其他原因，会对建筑物或电气设备产生破坏作用并威胁人身安全。针对这样的情况，建筑物一般采取防雷措施和安全接地系统，以避免危险事故发生。7.1供电系统概述7.1.1供电系统的组成概括来说，供电系统是一个庞大的电路网

2、，它可以跨越省际、国际、甚至洲际。按照作用，一般将供电系统分为四个部分，分别为：发电、输电、变配电、用电等。下面分别作以介绍：1.供电系统的电源是发电厂。将自然界中的一次能源转换成电能的工厂就是发电厂。我国发电厂有水力发电厂、火力发电厂（燃料为媒、石油、天然气）、原子能发电厂、太阳能发电厂、风能发电厂等，目前主要以水力发电厂和火力发电厂为主，将原子能发电作为今后发展的方向。2.供电线路是输送电能的通道，输电线路的形式主要有架空和电缆两种形式，目前我们国家主要以架空输电为主，只有在遇到繁华市区、河流湖泊等，才采用电缆的形式。为了节省能源，通常采用35KV以上的高压线路输电，而由降压变电所分配给用

3、户的10KV及以下的电力线路称为配电线路。目前，已出现少数的高压直流输电线路，它在性能上比交流输电提高了很多。3.变电所分为升压变电所和降压变电所。升压变电所是将低电压变成高电压，一般建立在发电厂厂区内；降压变电所是将高电压变成适合用户的低电压，一般建立在靠近用户的中心地点。变电所的作用就是接受电能和分配电能 ，而配电所的作用是分配电能。4.供电系统的终端是电能用户，即消耗电能的电气设备。用电设备按其用途分为：动力设备（电动机等），工艺用电设备（冶炼、电焊等），电热用电设备（电炉、干燥箱等），照明用电设备等。图7-1供电系统示意图7.1.2供电系统的作用供电系统是将各种类型的发电厂、变电所、输

4、电线路、配电设备及电能用户等联系起来，组成一个整体 。整个系统内的发电设备可以互为备用，并且有计划地安排轮流检修，不仅提高了系统的供电可靠性，也可实现设备的经济运行，充分体现了供电系统的宏观调控作用。7.1.3电能质量的参数衡量电能质量的两个参数分别是电压和频率。根据我国规定，交流供电系统的额定电压等级有：12V、24V、36V、110V、220V、330V、3KV、6KV、10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV等，目前，我国最高的电压等级是800KV。习惯上把1KV以下的电压称为低压，1KV以上的电压称为高压。衡量电压质量的两个标准是电压偏移和电压波动。在使用中，

5、实际电压都要偏离额定电压，这种情况就是电压偏离。电压偏离主要是由各种电气设备、供配电线路的电能损失引起的，可通过改善线路、提高设备的效率等途径减小。规范上用额定电压损失来限定电压偏离。电压波动主要是由电源波动和电能用户变化引起的。我们国家交流电力网的额定频率（俗称工频）是50HZ，允许偏差为0.25HZ。7.2 电力负荷的简易计算计算负荷是以原始的设备铭牌数据为依据，从发热角度出发，并且考虑到安全、经济、合理等因素，用科学的方法统计出的假想负荷。7.2.1电力负荷的分级根据用电设备对供电可靠性的要求不同，把供电负荷分为三级。1.一级负荷中断供电将造成重大的政治、经济损失或人员伤亡的负荷，叫做一

6、级负荷。如重要的铁路枢纽、通讯枢纽、重要的国际活动场所、重要的宾馆、医院的手术室、重要的生物实验室等。一级负荷的供电方式除了采用两个互相独立的电网电源供电之外，还应设置备用电源，一般备用电源采用柴油发电机组或直流蓄电池组。2.二级负荷中断供电将造成较大的政治、经济损失或引起公共场所秩序混乱的负荷，叫做二级负荷。如地、市政府办公楼，三星级旅馆，甲级电影院，地、市级主要图书馆、博物馆、文物珍品库等。二级负荷的供电方式除了采取两条彼此独立的线路之外，根据实际情况，还应设置备用电源。3.三级负荷除了一级负荷、二级负荷之外，其他的都属于三级负荷，三级负荷在供电方式上没有特殊的要求，一般都采用单回路供电。

7、随着我国经济的发展，一级负荷的供电方式已经不能满足一些特别重要场所的需要，如市话局、电信枢纽、卫星地面站、民用机场、银行证券交易中心等，这些负荷属于特别重要的一级负荷，一般叫做特一级负荷。同时由于经济的发展，一级负荷、二级负荷的增多，三级负荷的供电方式会逐渐减少或者取消。7.2.2负荷计算的方法 所谓电力负荷计算，就是按照一定方法计算用电设备、配电线路、配电装置，以及发电机、变压器中的电流或功率。计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应和同一时间内实际变动负荷产生的最大热效应相等。负荷计算的方法一般有需用系数法和二项式法，其中需用系数法用的较多，下面对需用系数法作以简单介绍：1.需要系数法需用

8、系数是考虑用电设备组不能同时工作，不能同时满载，不能在同一个工作制下工作，不能在同一个工作效率下工作等四个因素，从而得出的一个计算系数，一般用表示，通过查表获得。有功计算负荷的公式是 （7-1）式中：有功计算负荷，KW； 负荷计算需要系数，通过查表获得；设备容量，指的是设备的原始铭牌数据。当设备为连续工作制时：（注：指设备的额定功率）当设备为断续工作制时：（注：为设备的铭牌额定暂载率，为统一规定暂载率，其中，电焊机为100%,起重机为25%） 当设备为气体放电光源（荧光灯、高压汞灯等）：无功计算负荷的公式是 （7-2）式中：无功计算负荷，KVar；功率因数角的正切值。视在计算负荷的公式是 （7

9、-3）或者先根据公式计算出视在计算负荷，然后根据公式计算出无功计算负荷。式中：视在计算负荷，KVA；功率因数。；计算电流的公式是（单相线路） （7-4）（三相线路，其中所指为线电压） （7-5）式中：计算电流，A；额定电压，V。【例7-1】已知某化工厂机修车间采用380v供电，低压干线上接有冷加工机床26台，其中11KW1台，4.5KW8台，2.8KW10台，1.7KW7台，试求该机床组的计算负荷。【解】该设备组的总设备容量为 =11 (KW)查表获得=0.160.2（取0.2），=1.73， =0.5，则有功计算负荷（KW）无功计算负荷(Kvar)视在计算负荷KV.A)计算电流(A)7.3

10、低压输配电线路7.3.1变配电所概述 1.变配电所的构成变电所的构成主要有：高压配电室、低压配电室、变压器室、电容器室、值班室等。变电所的类型有很多，按变压器及高压电气设备安装的位置，可分为室内型、半室外型、室外型及成套变电站。室内型变电所将所有的设备都放在室内，其特点是安全、可靠、受环境影响小，但是造价较高。半室外型变电所只将低压配电设备放在室内，其他设备均放在室外，其特点是造价低，变压器通风散热好。室外型变电所将全部设备都放在室外，一般建筑工地较多采用此类变电所。成套变电站由高压室、低压室、变压器室组成，成套出厂，其特点是易搬迁，安装方便。2.变配电所的主要电气设备在低压变配电所中，常用的

11、高压电气设备有熔断器、隔离开关、负荷开关、断路器、互感器、避雷器等；常用的低压电气设备有低压断路器、刀开关、熔断器等。（1）高压电气设备 高压熔断器 高压熔断器的作用是使设备或者线路避免遭受过电流和短路电流的危害。各种类型的高压熔断器的保护主要由熔体来完成，当线路或者设备出现故障，电流增大，熔体温度上升到熔断温度，熔体熔断，起到保护作用。高压断路器 高压断路器既可切断正常的高压负荷电流，又可切断严重过载或短路电流，有很完善的灭弧装置。高压断路器按其灭弧介质分为多油断路器、少油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器等。高压隔离开关 高压隔离开关的作用是隔离高压电源，以保证线路能安全检修。高压隔离开关

12、没有灭弧装置，不能通断负荷电流，因此在和其他开关配合使用的倒闸操作时，要特别注意。高压负荷开关 高压负荷开关用来通断高压线路正常的负荷电流。高压负荷开关有一定的灭弧装置，不能通断故障电流。表7-1主要电气设备的文字及图形符号7.3.2 低压配电线路1.低压配电线路的配电要求低压配电线路的配电要求可以概括为五个原则：安全、可靠、优质、灵活、经济。（1）安全随着我国经济的迅速发展，工程质量的要求早已作了调整，安全是人们首先考虑的问题。对于低压配电线路来说，要保证安全的原则，应从以下方面考虑：配电线路的设计应严格按照国家有关规范进行，并且根据实际情况适当调整；配电线路的施工按照设计图纸进行，施工材料

13、一定是正规厂家的合格产品，施工工艺应符合国家施工规范章程。 （2）可靠低压配电线路应满足民用建筑所必须的供电可靠性要求。所谓可靠性，是指供电电源、供电方式要满足负荷等级要求，否则会造成不必要的损失。（3）优质低压配电线路在供电可靠的基础上，还应考虑到电能质量。电能质量的两个衡量指标是电压和频率。电压的质量除了跟电源有关之外，还和动力、照明线路的设计有很大关系。在设计线路时，低压线路供电的距离应满足电压损失要求，同时将动力和照明线路的变压器分别设置，以避免电压波动。我国规定工频为50HZ，应由电力系统保证，和低压配电线路的设计无关。（4）灵活低压配电线路还应考虑到负荷的未来发展。从工程角度看，低

14、压配电线路应力求接线简单、操作方便、安全，并具有一定的灵活性。特别是近年大功率家用电器的迅速发展，如即热式电热水器、大屏幕电视机等普及很快，因此应在设计时进行调查研究，使设计在符合有关规定的基础山，适当考虑发展的要求留有余地。（5）经济低压配电线路在满足上述原则的基础上，应当考虑节省有色金属的消耗、减少电能的消耗、降低运行费用等，满足经济的原则。2低压配电线路的配电方式低压配电线路的基本配电方式有：放射式、树干式和环形式，以下对常用的放射式和树干式作以说明：（1）放射式放射式指的是每一个独立负荷或集中负荷均由单独的配电线路供电，它一般用于供电可靠性要求较高或设备容量较大的场所。如电梯，虽然容量

15、不大，但供电可靠性要求高；大型消防泵、生活用水泵和中央空调机组等，供电可靠性要求高，单台机组容量大；这些设备都必须采用放射式专线供电。对于供电可靠性要求不高，用电量较大的楼层等，也必须采用放射式供电方案。放射式配电方式配电可靠性高，但是所需设备及有色金属消耗量大。（2）树干式树干式指的是若干个独立负荷或集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。一般适用于用电设备比较均匀，设备容量不大，无特殊要求的场所。树干式配电方式的系统灵活性好，耗资小，但是干线发生故障影响范围大。在一般的建筑物中，由于设备类型多，供电可靠性要求不同，因此，多采用放射式和树干式结合的配电方式。放射式 树干式图7-2常

16、用的两种配线方式图7-3住宅室内配电系统图3.低压配电线路的敷设（1）概述低压配电线路按照敷设的场所，分为室外配电线路和室内配电线路。室外配电线路是指从变配电所至建筑物进线处的一段低压线路。由进户线至室内用电设备之间的一段线路，则是室内配电线路。民用建筑室外配电线路有架空线路和电缆线路两种。（2）架空线路特点架空线路的优点是：投资少、材料容易解决，安装维护方便，便于发现和排除故障。不足之处是：占地面积大，影响环境的整齐和美观，易受外界气候的影响。架空线的结构低压架空线路由导线、电杆、横担、绝缘子、金具和拉线等组成。架空线的敷设低压架空线路敷设的主要过程包括：电杆测位和挖坑，立杆，组装横担，导线

17、架设，安装接户线。敷设过程要严格按照有关技术规程进行，以确保安全和质量要求。（3）电缆线路特点电缆线路的优点是：运行可靠、不易受外界环境影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等，特别适合于有腐蚀性气体和易燃易爆气体的场所。不足之处是：成本高、投资大、维修不方便等。电缆的结构和类型 电缆是一种特殊的导线，它是将一根或几根绝缘导线组合成线芯，外面包上绝缘层和保护层。保护层又分为内护层和外护层。内护层用以保护绝缘层，而外护层用以保护内护层免受机械损伤和腐蚀。电缆的分类方式很多：按电缆芯数可分为单芯、双芯、三芯、四芯等；按线芯的材料可分为铜芯电缆和铝芯电缆；按用途可分为电力电缆、控制电缆、同轴电缆和通

18、信电缆等；按绝缘层和保护层不同又可分为油浸纸绝缘铅包电缆、聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆和橡皮绝缘聚氯乙烯护套电缆等。电缆线路的敷设电缆线路的敷设方式很多，有直接埋地敷设、电缆沟敷设、沿管道敷设、沿构架明敷设、沿桥架敷设等。最常用的方式有电缆沟敷设和沿桥架敷设。图7-4电缆桥架结构4.室内低压线路（1）室内低压线路的结构室内低压线路中，由总配电箱至各分配电箱的线路，叫做干线。由分配电箱引出的线路叫做支线。支线的数目一般在路。（2）室内低压线路的敷设室内低压配线的方式有明敷设和暗敷设两种：明敷设是指沿墙壁、天花板、梁、柱子用塑料卡、瓷夹板等固定绝缘导线；暗敷设是指导线穿管埋设在墙内、地坪内或装设在

19、顶棚内。目前常用的敷设方式是暗敷设。在电气施工中，常用的电气线管是PVC管和钢管。PVC管可用于无特殊要求的场所。钢管用于高温、容易受机械损伤的场所。上世纪九十年代，市场上出现一种可挠性的金属线管，叫做普里卡金属套管，这种线管具有钢管和PVC管所有的优点，最大的特点是可自由弯曲，即可挠性，但是价位较高，目前还没有广泛使用。室内低压线路除了以上介绍的敷设方式之外，还有金属线槽配线、钢索吊架配线等配线方式。在高层建筑中，由于线路复杂，一般都采用竖井内配线。电气竖井是指从建筑底层到顶层留下一定截面的井道，可分为强电竖井和弱电竖井。竖井内配线经常采用以下三种形式：封闭式母线、电缆线、绝缘线穿管。表7-

20、2 常用导线的型号及其主要用途导线型号额定电压/V导线名称最小截面/主要用途铝芯铜芯LJTJ裸铝导线、裸铜导线25室外架空线BLVBV500聚氯乙烯绝缘线2.5室内线路BLXBX500橡皮绝缘线2.5室内线路BLXFBXF500氯丁橡皮绝缘线室外敷设BLVVBVV500塑料护套线室外敷设RV250聚氯乙烯绝缘软线0.5250V以下各种移动电器RVS250聚氯乙烯绝缘绞型软线0.5RVV250聚氯乙烯绝缘护套软线250V以下各种移动电器7.4 配电导线和自动开关的选择7.4.1配电导线的选择为了保证配电线路安全、经济的运行，要根据环境和使用特点选择导线。导线的选择包括导线的材料、导线截面、绝缘方

21、式等。目前低压绝缘导线和电缆一般都采用铜导线，只有部分母线可采用铝线；导线的绝缘方式很多，例如低压绝缘导线一般采用聚氯乙烯绝缘导线；而导线截面的选择必须满足三个方面的要求：导线的发热条件、允许电压损失和机械强度，下面分别作以介绍。 1.按发热条件选择导线截面电流通过导线时，要产生能量损耗，使导线发热。而当绝缘导线的温度过高时，导线绝缘会加速老化，甚至损坏，引起火灾。因此，导线在通过最大负荷电流产生的温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。这就是按发热条件来选择导线截面。导线的允许载流量大于该导线所在线路的计算电流，即： （7-6）式中：不同型号规格的导线，在不同的温度不同敷设条件下的允许载流

22、量，A； 该线路的计算电流，A。值得注意的是，中性线及地线的截面可选择比火线小一个等级即可。【例7-2】某建筑施工现场采用220/380V的低压配电系统供电，现场最高气温为30,其干线的计算电流为140A，架空敷设，试确定进户导线的型号及截面积。【解】考虑到施工现场的特点，采用铝芯导线。在室外架空敷设，可选择价格低廉的橡皮绝缘导线，导线的型号为：BLX橡皮绝缘铝芯导线。查表，可得在满足上述条件的情况下的导线载流量是163A，截面积为50，因此，选择截面积是50的绝缘铝芯进户线，选择截面积是25的橡皮绝缘铝芯中性线和地线。2.按允许电压损失选择导线截面配电导线存在阻抗，因此会在配电线路上产生电压

23、损耗。电压损耗过大，会使得用户端的电压达不到要求，影响设备的正常工作。因此，在选在导线截面时，要考虑到因为导线阻抗带来的电压损耗，即按照电压损失选择导线截面。一般规定用户的实际电压和额定电压偏差为，对于视觉要求高的场所，要适当降低偏差。配电线路的电压损耗的大小和导线的输送功率、输送距离及导线的截面积有关，可用下列公式进行导线截面的选择： (7-7)式中：S导线截面，；该线路的计算功率，KW； L导线长度，m； C电压损耗计算系数，它是和电路相数、额定电压及导线材料的电阻率等因素有关的一个常数，如表7-3所示。 -允许电压损耗。表7-3 计算线路电压损耗公式中系数C值线路额定电压（V）线路相数系

24、数C值铜线铝线380/220三线四线7746.3380/220两相三线3420.5220110362412单相或直流012.83.20.340.1530.0387.751.90.210.0920.023【例7-3】某学生宿舍楼照明的计算负荷为50KW，由100m远处的变电所用塑料绝缘铜线（BV）供电，供电方式为三相五线制，要求这段线路的电压损耗不 超过2.5%。试选择导线截面积。【解】因此，选择截面积为50的塑料绝缘铜线。3.按机械强度选择导线截面导线和电缆应有足够的机械强度及避免在刮风、结冰时被拉断，使供电中断，造成事故。因此，国家有关部门强制规定了在不同敷设条件下，导线按机械强度要求允许的

25、最小截面，一般情况下，导线只要满足发热要求和电压损失要求，就一定满足机械强度要求。当配电导线长度大于300m时，按照电压损失要求计算导线截面积，按照发热要求校验，当配电导线小于300m时，则按照发热要求计算导线截面积，按照电压损失要求校验。7.3.2自动开关的选择1.常用低压控制电器（1）刀开关刀开关是最简单的手动控制电器，用于不需要频繁接通或断开的电路中。根据刀开关的构造不同，分为胶盖开关、铁壳开关、隔离开关。1 胶盖开关胶盖开关是结构最简单的一种刀开关，它的容量小，常用的有15A、30A，最大的为60A；它没有灭弧能力，因此容易损伤刀刃；胶盖开关广泛使用于照明电路和容量小于3KW的电动机电

26、路，还可作电源的隔离开关使用。 铁壳开关铁壳开关又叫做封闭式负荷开关，它由刀开关、熔断器组成，装在有钢板防护的外壳内。铁壳开关没有灭弧能力，为了使用安全，铁壳开关内还装有连锁装置，保证开关在闭合时，盖子不能打开，而盖子打开时，闸刀不能合闸。隔离开关 隔离开关由动触头（活动刀刃）、静触头（固定触头或刀嘴）组成。它的主要用途是保证电气设备检修工作的安全。隔离开关没有灭弧装置，只能用来切断电压。（2）熔断器熔断器是最简单的一种保护电器，用以实现短路保护。它的特点是结构简单、体积小、重量轻、维护简单、价格低廉，所以使用极为广泛。熔断器由熔体和安装装置组成，熔体由熔点较低的金属如铅、锡、锌、铜、银、铝等

27、制成。当熔体流过电流足够大，时间足够长，由于电流的热效应，熔体便会熔断而切断电路。熔断器串联在被保护的电路中。（3）低压断路器低压断路器俗称自动开关、空气开关。在正常条件下，可以通过人工操作接通或切断电路；电路发生故障时，又能自动分断电路，起到保护作用。低压断路器的特点是：具有短路、过载、欠压保护功能，能自动切断电路。因此，低压断路器的使用极为广泛。目前常用的低压断路器有DZ、DW，新型号有C系列、S系列、K系列等，低压断路器的具体型号各个厂家都不尽相同。如T1B1-63C63/2、HUM18-40/1P、S251S-C40均为不同厂家的断路器型号。（4）漏电保护器漏电保护器由放大器、零序互感

28、器和脱扣装置组成。它具有检测和判断漏电的能力，可在几十到几百毫安的漏电流下动作。将低压断路器和漏电保护器合二为一的情况比较常见。（5）按钮按钮是一种结构简单、使用广泛、短时接通或断开小电流电路的手动控制电器。按钮一般由按钮帽、恢复弹簧、动触头、静触头和外壳等组成。按钮根据静态时触头的分合状况，分为三种：常开按钮（动合按钮）、常闭按钮（动断按钮）及复合按钮（常开、常闭组合为一体的按钮）。按钮的特点是可以频繁操作。（6）交流接触器交流接触器用来接通和断开主电路。它具有控制容量大、可以频繁操作、工作可靠、寿命长等特点，在继电接触电路中使用广泛。交流接触器由电磁机构、触头系统和灭弧装置三部分组成。电磁

29、机构由励磁线圈、铁心、衔铁组成。触头根据通过电流大小的不同分为主触头和辅助触头；主触头用在主电路中，通断大电流电路；辅助触头用在控制电路中，用来控制小电流电路。触头根据自身特点分为常开触头和常闭触头。当励磁线圈通入单相交流电时，铁心产生电磁吸力，弹簧被压缩，衔铁吸合，带动动触头向下移动，使常闭触头先断开，常开触头后闭合。当励磁线圈失电时，电磁力消失，在弹簧弹力的作用下，使触点位置复原，常开触头先断开，常闭触头后闭合。（7）热继电器热继电器是一种利用电流的热效应工作的过载保护电器，一般用来保护电动机因过载而损坏。加热元件串接在电动机主电路中，动触头接于电动机线路接触器线圈的控制电路中，当电动机过

30、载时，热继电器的电流增大，经过一定时间后，发热元件产生的热量使双金属片遇热膨胀弯曲，动触头和静触头分开，使电动机的控制回路断电，将电动机的电源切断，起到保护作用。（8）互感器互感器是一种特殊的变压器，它的原理和变压器相同。互感器分为电压互感器和电流互感器两种。电流互感器主要用于扩大测量交流电路的量程，一般和电度表接在一起。电压互感器的主要作用是使测量仪表和保护电器和高压电路隔开，以保证二次设备和人员的安全。2.低压控制开关的选择（1）刀开关、负荷开关、隔离开关的选择刀开关、负荷开关、隔离开关的线路，其额定电压不应超过开关的额定电压值，同时，它们的额定电流应大于或等于线路的额定电流。（2）熔断器的选择熔断器的额定电压应大于或等于配电线路的额定电压，熔断器熔体的额定电流应大于或等于配电线路的计算电流,即： （7-8）同时，熔体的额定电流和电动机的尖峰电流应满足以下条件： （3）断路器的选择断路器的额定电压应大于或等于配电线路的额定电压；断路器的额定电流应大于或等于配电线路的计算电流 （7-9）断路器的极限分断电流应大于或等于配电线路最大短路电流。 配电用断路器脱扣器的整定：长延时动作电流值取线路允许载流量的0.8倍；3倍延时动作