《建筑供配电与照明》课程教案Word下载.doc

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年月日

第周星期第节

教学内容：

1.学习目的和要求（能力目标、知识和技能要素）：

具有了解电气负荷分级及供电要求的能力。

2.重点、难点：

重点：

负荷分级及供电要求

难点：

建筑供电系统的构成形式

3.基本内容：

电力系统是由发电厂、电力网、用户组成的一个整体。

一、发电厂：

将一次能源转换成电能。

根据一次能源的不同，有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂，此外，还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电厂。

二、送变电装置：

变电站和送电线路。

变电站是变换电压和分配电能的场所，由变压器、配电装置及保护装置组成。

按变压作用不同，变电站可分为升压变电站和降压变电站。

规模较小、容量较小的则称为变电所，变电所是变换电压、分配电能的场所，是各类建筑的电能供应中心。

如果不变换电压，只把引入的高压电源分配给其他地方的变电所，这种场所叫做配电所。

送电线路是指在城市外架设的电力线路，按照送电线路的电压等级可以分为高压和超高压线路。

三、电力网

连接发电厂和用户的中间环节，包含变电站和高压输电线路，叫做电力网。

任务是将发电厂生产的电能输送给用户。

常分为输电网和配电网两大部分。

输电网：

35kV及以上的输电线路及其变电站，其作用是把电力输送到各个地区或直接送给大型用户。

配电网是由10kV及以下配电线路及配电变压器所组成的，它的作用是把电力分配给各类用户。

电力网的电压等级很多，不同的电压等级所起的作用不同。

我国电力网的额定电压等级主要有：

220V、380V、6kV、lOkV、35kV、llOkV、220kV、330kV、500kV等几种。

四、用户

用户（用电设备）：

从电力系统中获取电能并将电能通过用电设备转换为机械能、热能、光能等。

例如：

电动机将电能转换为机械能、电热设备将电能转换为热能、照明设备将电能转换为光能等。

第二节建筑供电系统

一、建筑供电系统的构成形式

一般来说，用电量较小的建筑，可直接从市电低压电网或从临近建筑的变电所引入220/380V的三相四线制低压电源。

用电量较大的建筑和建筑群需从电力网引入三相三线制的高压电源（一般为10kV），经变电所（10kV变电所）变换为220/380V的三相四线制低压电源，再用导线分配至各建筑或各用电设备使用。

对于高层建筑或大型建筑需要不止一个变电所，通常把从电力网引入的10kV高压电源通过配电所分配至不同地方的变电所，再变换为低压，分配给建筑内的各用电设备使用。

二、用电负荷等级的划分

我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度划分为三级。

1．一级负荷

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；

中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者；

中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷。

2．二级负荷

二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷者；

中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱者。

3．三级负荷

三级负荷为不属于一级和二级负荷者。

对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。

为保证供电的可靠性，不同等级的负荷对电源有不同的要求。

一级负荷需采用两个以上的独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。

二级负荷应采用两回路电源供电。

对两个电源的要求条件可比一级负荷放宽。

如两路市电，源端是来自变电站或低压变电所的不同母线段即可。

三级负荷对供电无特殊要求。

教学手段与方法：

教师讲解，学生理解，不懂就问。

板书，多媒体，交流互动等形式结合。

思考题、讨论题或作业：

P11:

1、2、3、4

参考资料（包括辅助教材、参考书、文献等）：

《建筑供配电与照明》，主编丁文华，机械工业出版社

《建筑供配电与照明》，主编戴绍基，中国电力出版

教学反思：

建筑供电与照明课程教案（顺序号2）

第二节建筑供电系统

（二）

理论课

具有供电系统的选择能力。

电力系统中性点的接地方式；

电力系统的选择

三、对电源质量的要求

国家规定的电压等级如220V、380V、10kV等叫做额定电压等级，而电气设备铭牌上标出的电压为额定工作电压。

供电线路输送给电气设备的实际电压应与电气设备的额定

电压一致，但是由于线路本身有一定的阻抗，流过电流时会产生电压降，使供电线路上不同地方的实际电压不同，这种实际电压与额定电压的差异叫做电压偏移。

电力系统的额定频率为50Hz

四、建筑供电系统中性点接地方式

所谓中性点接地方式，是指供电系统中变压器的中性点与大地连接的方式。

中性点采用何种接地方式，是一个涉及面很广的问题，它对供电系统的供电可靠性、电气设备的运行安全、操作人员的安全等方面都会产生不同程度的影响。

（一）10kV配电网中性点接地方式

10kV配电网给建筑内的变电所提供10kV高压电源，一般由三条导线组成三相三线

制线路。

其中性点接地方式主要有：

（1）不接地。

当接地故障电容电流小于10A时，采用中性点不接地方式，如用架空

线路时可用这种方式。

（2）经消弧线圈接地。

（3）直接接地。

当接地故障电容电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地或直接接地方式。

（二）220/380V低压供电系统中性点接地方式

低压供电系统直接关系到用电设备及用电人员的安全，在建筑供电系统中都采用TN系统，即变压器的中性点直接接地，而用电设备的金属外壳与零线或专用保护线（PE线）连接。

在TN系统中有三种具体接线方式。

1）TN系统

TN系统即电源中性点直接接地、并引出有N线，属三相四线制系统。

根据零线N和保护线PE的不同排列方式，TN系统又分三种形式：

TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。

①TN-C系统

这种系统的PE线和N线合为一根PEN线，所有设备的外露可导电部分均与PEN线相连，如图所示。

在这种系统中，当三相负荷不平衡或只有单相用电设备时，PEN线上有电流通过。

在一般情况下，如开关保护装置和导线截面选择适当，是能够满足供电可靠性要求的，而且投资较省，又节约导电材料。

这种系统以前在我国应用最为普遍。

②TN—S系统

这种系统的N线和PE线是分开设置的，所有设备的外露可导电部分均与公共PE线相连。

N线作用是用来通过单相负载电流和三相不平衡电流，故称作工作零线。

PE线的作用是用来保护，故称为保护零线。

由于正常情况下，PE线上无电流通过，因此用电设备之间不会产生电磁干扰，但这种系统消耗的导电材料较多，投资较大，但由于设备间不会产生电磁干扰，广泛适用于条件较差、对安全可靠性要求较高及设备对电磁干扰要求较严的场所。

③TN-C-S系统

TN-C-S系统是TN-C系统和TN—S系统的结合形式。

TN-C-S系统中，从电源出来的那一段采用TN-C系统只起能量的传输作用，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开成单独的N线和PE线，从这一点开始，系统相当于TN-S系统。

TN-C-S系统也是现在应用比较广泛的一种系统。

在旧楼改造适用。

2）TT系统

TT系统就是电源中性点直接接地、也引出N线，属三相四线制，只是设备的金属导电外壳可经各自的PE线分别接地

这种接地系统不但具有TN系统类似的优点，而且还可保证在故障尚未切除、人体触及故障设备的金属外壳时，由于人体电阻远大于保护接地电阻，使通过人体的电流比较小，对人体的危险性也小。

但这种系统会因设备外壳接地而导致漏电流较小，从而导致过电流装置不及时动作，使设备外壳长期带电。

对此应该设置灵活的触电保护装置。

3）IT系统

电源中性点不接地或是经一定的阻抗（约1000欧姆）接地，且该系统通常不引出N线，属三相三线制系统。

其中用电设备的金属导电外壳可经各自的PE线分别接地，这种接地系统称为IT系统。

5、6

建筑供电与照明课程教案（顺序号3）

第二章建筑供电系统负荷计算

第一节负荷计算方法及其比较

第二节采用需要系数法进行负荷计算

（一）

理论课

具有负荷计算方法的选择能力。

具有用需用系数法求计算负荷的能力。

三种负荷计算方法的比较

计算负荷和负荷计算的概念理解

电力负荷概念

电力负荷（电力负载）在不同的场合可以有不同的含义，

（1）用电设备或用电单位（用户）----一般所指

（2）用电设备或用电单位所消耗的电功率或电流　

掌握电力负荷的基本概念，准确地确定工厂的计算负荷是设计工厂供配电系统的基础。

负荷计算目的

目的是为了合理地确定建筑物的平均最大用电负荷（求出计算负荷），以此来选择供电系统中的导线、开关电器、变压器等元件，使电气设备和材料得到充分利用和安全运行。

计算负荷和负荷计算

所谓计算负荷，是指一组电气负载实际运行时，在线路中形成的或负载自身消耗的最大平均功率。

如果某一不变的假想负荷在线路中产生的热效应（使导线产生的恒定温升）与该组电气负载实际运行时，在同一线路中产生的最大热效应（使导线产生的平均最高温升）相等，则把这一不变的假想负荷叫做该组实际负载的计算负荷。

所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。

负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。

负荷计算的方法：

需要系数法、二项式系数法、单位指标法。

一、需要系数法

需要系数法，是把用电设备的总容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。

适用范围：

1、用于工程初步设计及施工图设计，对变电所母线、干线进行负荷计算

2、用电设备台数多，各台设备容量差异不大时供电线路的负荷计算。

需要系数：

是综合性系数，指用电设备组投入运

行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组

的设备功率之比。

靠测量确定

二、二项式系数法

当用电设备台数较少，而且各台用电设备的容量相差较大时，应采用二项式系数法进行负荷计算。

在一般情况下，二项式系数法用于供配电线路的支线和配电箱的负荷计算。

基本方法：

将用电设备组的计算负荷分为两部分计算，第一项是用电设备组的平均最大负荷，第二项是考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响而加入的附加功率值。

由于这两项是按一定的比例系数计算的总负荷，故称为二项式系数。

三、单位指标法（负荷密度法）

用来估算建筑总用电负荷的常用方法，它是对现有建筑工程进行统计分析，得出每平方米建筑面积或每单位产品所需的计算负荷（W/m2或VA/m2），该计算负荷叫做单位指标或负荷密度。

总计算负荷≈建筑的负荷密度×

总面积

单位指标法主要用在方案设计阶段，估算建筑物的总计算容量，估算变压器的容量大小、申报用电量和规划用电方案。

对于住宅、高层旅游宾馆的动力负荷，可用单位指标法进行负荷计算。

四、负荷计算方法的比较

1、需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多且容量相差不大的情况。

2、二项式法考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。

3、单位指标法只用作供配电系统的前期负荷估算。

一、建筑供电系统确定计算负荷的位置

二、设备功率的确定

1.长期工作制和短时工作的设备

设备功率等于铭牌标明的“额定功率”，设备功率Pe与设备额定功率PN相等。

Pe=PN

对于照明：

白炽灯的设备容量是指灯泡上标出的额定容量；

荧光灯及高压汞灯必须考虑其镇流器的损耗，一般荧光灯的设备容量为灯管额定容量的1.1～1.2倍，高压汞灯为灯泡额定容量的1.1倍。

2.断续工作制或反复短时工作的设备

这类设备如吊车电动机、焊接变压器等，它们的设备功率是将其铭牌上标称下某一负荷持续率时的额定功率统一换算到一个新规定负荷持续率下的额定功率。

反复短时工作制的设备用暂载率（或负荷持续率）来表示其工作特性，计算公式如下：

ε=t/T*100%=t/（t+t0）*100%

式中ε——暂载率；

t——工作周期内的工作时间；

T——工作周期；

t0——工作周期内的间歇时间。

1）电焊机及各类电焊装置的设备功率是指将额定功率换算到100%负荷持续率下；

ε不等于100%时电焊机换算公式如下

2）断续和反复短时工作制的设备功率是指把额定功率统一

换算到负荷持续率为25%的有功功率。

如吊车电动机组。

当ε不等于25%时换算公式如下：

3.整流器的设备功率是指额定的输入功率；

4.电热设备的设备功率是指电能的输入功率；

5.成组用电设备消防设备的设备功率，不包括备用设备的设备功率；

6.当消防设备的用电的计算有关功率大于火灾时必然切除的设备计算有关功率，应按未切断的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总负荷的设备功率；

7.单台电动机设备功率指电网供应的电功率。

[例2-1]某车间有一吊车，铭牌上所标的数据如下：

额定容量22KW。

额定负荷持续率为15%，确定其设备功率。

[例2-2]某车间有一电焊机，铭牌上所标的数据如下：

额定容量22KW，额定功率因数为0.6，额定负荷持续率为60%，确定其设备功率。

P37:

1、2

建筑供电与照明课程教案（顺序号4）

第二章

第二节采用需要系数法进行负荷计算

（二）

习题课

具有用需用系数法求计算负荷的能力

需要系数法负荷计算

三、需要系数及其系数值的确定

对于任何一个用电设备组来说，从使用者的角度认为，需要系数值是一个非常成熟完善的数据，在使用时通过查找各类设计手册和相关资料即可得到，在本书中也有许多需要系数表作为参照。

在表中需要系数的数值是一个范围而不是一个确定的数值，在使用时应该按照用电设备的数量多少来确定其值。

原则上一个组内用电设备数量多时需要系数值要小、用电设备数量少则需要系数值要大。

需要系数的值所针对的对象是一个用电设备组，而对于一个用电设备组来讲，其用电设备的数量不应少于三台。

四、供电系统中每个位置上计算负荷的确定

1．负荷线路上计算负荷（Pc6）的确定

负荷线路上的用电设备多数是单台的，因此只需将设备的额定有功功率转化成设备功率后按如下公式计算：

2．配电支线上计算负荷（Pc5）的确定

3．馈电干线上计算负荷（Pc4）的确定

4.变电所低压母线上的负荷计算

5．变压器供电回路处计算负荷（Pc2）的确定

6．高压母线处计算负荷（Pc1）的确定

[例2-4]有一小型建筑机械厂，在380V的供电线路上接有金属切削床，机床的动力是三相交流电动机。

电动机的台数和功率值如下：

7.5KW4台、2.8KW5台、3KW15台、1.5KW16台。

确定该线路上的计算负荷。

[例2-5]某居住小区供热锅炉房内，有电压为380V的三相电动机组，其中额定功率7.5kW2台，5.5kW2台，2.2kW2台，1.5kW3台。

确定该组电动机供电线路上的计算负荷。

[例2.6]某380V的供电线路上接有如下设备。

4

建筑供电与照明课程教案（顺序号5）

第二章

第三节单相用电设备组计算负荷的确定

具有单相用电设备组负荷的计算能力

重点：

单相用电设备组确定计算负荷的原则

难点：

单相用电设备组负荷的计算

一、单相用电设备组确定计算负荷的原则

单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。

如果三相线路中单相设备的总容量不超过总容量的15%，则单相设备可与三相设备按三相负荷平衡计算。

如果三相线路中单相设备的总容量超过总容量的15%，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。

由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择导线上的设备和导线，使线路上的设备和导线在通过计算电流时不致过热或损坏，因此在接有较多单相设备的三相线路中，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。

二、单相设备组等效三相设备功率的方法

（一）单相设备接于相电压时的等效三相负荷

按最大负荷相单相设备容量的3倍计算

（二）单相用电设备接于线电压

1.系统中只有单台单相用电设备时的等效三相设备功率：

2.系统中接有多台单相用电设备时的等效三相设备功率

（三）单相用电设备一部分接于线间一部分接于相间时的等效三相设备功率：

将接于线间的设备功率换算成等效的接于相间的设备功率（等效功率），在按设备分组的原则进行分组，将同组内的各个单相上的单相设备和等效单相设备功率统计相加。

比较各相设备功率的大小，选择最大相设备功率的3倍作为等效三相设备功率。

进行将接于线间设备功率换算成接于相间设备功率的方法有两种：

1.换算系数法；

2、估算法。

换算系数法计算结果准确，过程较复杂。

估算法方法简单，适用于对精度要求不高的供电系统或单相设备功率不是很大的供电系统，如果接于线间的用电设备性质相同即cosΦ和Kd相同，估算的结果是最准确的。

四、单相用电设备功率换算成等效三相功率及三相负荷计算进行时应注意的问题

1、正确理解等效三相负荷是以等效的发热条件为原则的；

2、对于断续周期工作的用电设备，要折算到统一的负荷持续率下进行等效换算；

3、等效换算的方法要根据线路的实际连接情况确定：

（1）性质相同单相用电设备接于相间或线间，将线间设备功率换算成相间设备功率，取最大的单相设备功率的3倍为三相等效设备功率。

（2）性质相同单相用电设备接于相间或线间；

将线间设备功率换算成相间设备功率，计算比较各相有功、无功计算负荷的最大值。

取最大的单相的有功计算负荷和无功计算负荷的3倍为三相有功计算负荷和无功计算负荷。

（3）线路上既有三相用电设备又有单相用电设备时，（此时设备性质不同即功率因数和需要系数不同），三相等效设备功率用下式确定。

6、7

建筑供电与照明课程教案（顺序号6）

第四节尖峰电流及其计算

具有单台用电设备及多台用电设备配电线路上尖峰电流的计算能力。

尖峰电流的定义及计算目的

单台用电设备和多台用电设备尖峰电流的计算

定义：

尖峰电流Ipk指单台或多台用电设备持续1~2秒的短时最大负荷电流。

危害：

虽然尖峰电流不会对导线和设备产生非常大的热效应影响，但是对供电系统的电压波动有直接的影响，也对供电系统保护装置动作值的确定有影响。

计算尖峰电流的目的：

选择熔断器、整定低压断路器和继电保护装置、计算电压波动及检验电动机自起动条件等。

二