第七章低压配电设备及导线的选择Word文档格式.docx
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10.0~50.0
150~50
3
0.1~1.0
3~1
220
100.0~300.0
300~100
6
0.1~1.2
15~4
330
200.0~1000.0
600~200
10
0.2~2.0
20~6
500
800.0~2000.0
1000~400
35
2.0~10.0
50~20
750
我国正在建设中的长江三峡电厂，总装机容量为1820万kw，年发电量847亿度/年，是世界之最。
为了满足用电设备对工作电压的要求，在用电地区需设置降压变电所，将电压降低。
通常，在用电地区设置降压变电所，将输电电压降低到6~10kV，然后分配到居住区等负荷中心，由变电所或配电变压器，将电压降低到380/220V，给低压用电设备供电。
供电电源电压主要是根据负荷大小，供电距离以及该地区可能提供的电源电压，与电力部门协商确定。
由电源、电力网以及电能用户等组成的整体，称为电力系统，如图7-1所示。
各种类型的发电厂，通过电力网将电能输送和分配给用户。
电力网做成环网，这样可以避免由于个别发电机因检修或发生故障，而造成用电地区大面积停电，从而提高供电的可靠性。
此外，还可以根据季节的不同，以及电网的总负荷，来调配水力发电厂和火力发电厂的负荷，以达到总供电与总负荷基本平衡，节省能源，提高效率，保证电网运行的安全性和经济性。
发电厂
区域变电所 用户
图7-1从发电厂至用户的输配电过程示意图
二、标准额定电压
国家对发电、输电、用电及所有用电设备的额定电压均有统一的规定,按照不同电压分成若干个标准电压等级。
标准电压等级是根据国民经济发展需要,考虑技术经济上的合理性以及电机、电器的制造水平等因素，经全面分析研究而确定的。
目前执行的交流单相、三相标准额定电压，见表7-2。
我国标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压
表7-2
分类
电网和用电设备额定电压（kV）
发电机额定电压
电力变压器额定电压（kV）
一次绕组
二次绕组
低压
0.22
0.23
0.40
0.66
0.69
高压
3.15
3及3.15
3.15及3.3
6.3
6及6.3
6.3及6.6
10.5
10及10.5
10.5及11
-
13.8,15.75,18.20
38.5
63
69
121
242
363
550
此外,还有100V以下的额室电压:
12V,24V,36V主要用于安全照明。
由于用电设备接在电力线路上，在传输电能时有负荷电流通过，线路上会产生相应的电压损失。
为保证用户设备端的实际电压等于或接近于额定电压，必须使网络首端电压高于电网的额定电压，用以补偿网络上的电压损失。
因此发电机额定电压必须比相应电力网和用电设备额定电压高5%；
变压器二次线圈的额定电压高于用电设备额定电压的5%或10%。
三、电能质量
（一）电压偏移
电压偏移指供电电压偏离（高于或低于）用电设备额定电压的数值占用设备额定电压值的百分数，即
（7-1）
式中
——电压偏离额定电压的百分数；
——设备的端电压（V）；
——设备的额定电压（V）。
1.正常运行情况下，用电设备受电端的电压允许偏离值（以额定电压的百分数表示）要求如下：
（1）一般电动机
5%。
（2）电梯电动机
7%。
（3）一般照明
在视觉要求较高的室内场所为
5%，-2.5%。
（4）无特殊要求的用电设备为
2.电子计算机供电电源的电能质量应满足表7-3所列数值。
计算机性能允许的电能参数变动范围
表7-3
A级
B级
C级
电压波动（%）
2
5
+7〜+13
频率变动（Hz）
0.2
0.5
1
波形失真率（%）
3〜5
5〜8
8〜10
允许断电时间（ms）
0〜4
4〜200
200〜1500
注:
此表要求摘自GB50174-93。
3.医用
光诊断机的允许电压波动范围为额定电压的-10%〜＋10％
（二）频率
我国电力工业的标准频率为50赫兹，由电力系统保证。
当偏离了规定值，将影响用电设备的正常工作。
第三节负荷的分类及计算
一、负荷的分类
民用建筑负荷，根据建筑物的重要性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，将民用建筑用电负荷分为三级。
（一）一级负荷
指中断供电将造成人身伤亡、重大政治影响、重大经济损失、公共场所秩序严重混乱的用电单位的重要负荷。
对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心、以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等一级负荷，为特别重要负荷。
中断供电，将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作，或中断供电将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷，亦为特别重要负荷。
（二）二级负荷
指中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失、公共场所秩序混乱的用电单位的重要负荷。
如地、市级政府办公大楼、地市级图书馆、博物馆、文物珍品库、科研机构、体育场馆、气象台站、金融支行、地区邮电局、中小型剧场、三星级旅馆、建筑面积在1〜3万平方米有局部空调的商厦等。
（三）三级负荷
不属于一级和二级的负荷。
具体建筑物的负荷分级，应参阅现行设计规范、规程。
按照负荷要求的可靠性等级，采取相应的供电方式，区别对待，以达到提高投资的经济效益、社会效益、环境效益的目的。
一级负荷应由两个电源独立供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。
一级负荷容量较大或有高压用电设备时，应采用两路高压电源。
一级负荷中的特别重负荷，除上述两个电源外，还应增设应急电源。
为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
二级负荷的供电系统，应做到当发生电力变压器故障或线路常见故障时，不至于中断供电（或中断的后能迅速恢复）。
在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路6kV及以上专用架空线供电。
三级负荷对供电无特殊要求。
二、负荷的计算
所谓负荷是指建筑物内用电设备所取用的功率或线路中的电流。
负荷的计算是选择配电变压器、导线及用电设备的依据。
为什么一定要讨论负荷的计算呢？
因为若负荷确定过大，将使设备和导线选得过大，造成投资和有色金属的浪费；
若计算负荷确定过小，将使设备和导线选得过小，将因过载而使设备和导线发热严重而烧毁，造成事故，从而带来更大的损失。
为此，要进行负荷的计算，以便我们正确选择配电设备、导线和变压器等是很有意义的。
负荷计算方法有单位指标法和需要系数法等。
初步设计采用单位指标法，施工图设计则采用需要系数法。
现分述如下。
（一）单位指标法
设计初期，为便于确定供电方案和选择变压器的容量和台数，可采用单位指标法：
单位指标法的计算公式如下：
（7-2）
——计算的视在功率（KVA）
——单位指标（VA/m
）
——建筑面积（m
根据目前的用电水平和装备标准，其指标见表7-4。
变压器装置指标
表7-4
建筑类别
装置指标（VA/m2）
住宅建筑
30〜40
剧场建筑
80〜120
公寓建筑
50〜70
医疗建筑
60〜100
旅馆建筑
教学建筑
大专院校：
40〜60
中小学校：
20〜30
办公建筑
展览建筑
100〜120
商业建筑
一般：
60〜120
大中型：
100〜200
演播室
600〜800W/m2
体育建筑
汽车停车库
10W/m2
（二）需要系数法
施工图设计阶段，宜采用需要系数法。
按需要系数法，确定用电设备的有功计算负荷Pj时，就是将用电设备的容量乘以一个适当的需要系数，即
（7-3）
——用电设备组的计算有功功率（KW）；
——需要系数（三台以下
=1）；
——用电设备组的设备容量（KW）；
需要系数
的确定，是考虑了用电设备组（不只是一台用电设备）的运行情况、工作条件、工人操作水平等各种因素，根据实际统计而综合成小于1的系数。
有关用电设备组的需要系数及功率因数推荐值，见表7-5。
需要系数及功率因数推荐值
表7-5
用电设备组名称
需要系数（
功率因数（
备注
照明
0.7〜0.8
0.9〜0.95
（就地补偿后）
冷冻机房
0.65〜0.75
0.8
锅炉房、热力站
0.75
水泵房
0.6〜0.7
通风机
电梯
0.18〜0.22
交流梯
厨房
0.35〜0.45
0.85
洗衣房
0.3〜0.35
窗式空调器
舞台照明100〜200kW
200kW以上
0.6
在进行用电设备的分组计算时，同类用电设备的总容量，按照算数相加。
不同类用电设备的总容量，应按有功功率和无功功率负荷分别相加。
即
（7-4）
借助电工学中电路理论知识，我们可以计算出用电设备组的视在功率及线路中的电流（也叫计算电流）。
视在功率为
（KVA）（7-5）
单相负荷线路中的电流（相电流）
或
（7-6）
——相电压（V）（或单相用电设备组的额室电压）；
——用电设备组的平均功率因数。
三相负荷线路中电流的计算
（7-7）
——是线电流（A）；
——是线路的线电压（v）。
考虑接到同一干线（或变配电所）的各组用电设备的最大负荷并不是同时出现的，在确定干线或变电所的总负荷时，引入一个同时系数KΣ。
这时总的有功计算负荷用下式计算。
（7-8）
——总的有功计算负荷（KW）；
——同时系数；
——各组用电设备的有功计算负荷之和（KW）。
总的无功计算负荷为
（7-9）
——总的无功计算负荷（KVar）;
——各组用电设备的无功计算负荷之和（KVar）;
总的视在功率和计算电流的计算式分别为
（7-10）
——总的视在功率（KVA）；
——总的计算电流（A）；
——线路的额定电压（V）（线电压）
同时系数
可查表，一般为
=0.8~0.9,
=0.93~0.97.
三相负荷应尽量做到均匀分配,若三相负荷不平衡，为保证安全供电，应以最大负荷相的相电流确定为三相计算负荷。
最后，我们来讨论用电设备容量
的确定。
（三）设备容量
的确定
在进行建筑电气动力、照明等初步设计及施工图设计阶段时，应首先确定电气设备的容量
。
在计算负荷时，设备容量
不包括备用设备。
与用电设备的工作方式有关，其对于用电负荷的大小有直接影响，按照工作制的不同，将用电设备分为三类。
1.长期工作制的设备指长期连续运行，可以达到稳定温升，负荷比较平稳的用电设备。
如照明灯具、锅炉用风机、通风机、生产生活水泵等，其设备容量就是其铭牌标注的额定功率
2.短时工作制的设备 指工作时间较短，而停歇时间相当长的用电设备。
如房间换气扇、锅炉补水泵、地下室排水泵等，其设备容量就是其铭牌标注的额定功率
3.断续工作制的设备 指时而工作，时而停用，如此反复交替，工作时间很短，常常达不到稳定温升，停用时间也很短，常冷却不到环境温度，工作周期一般不超过10分钟，运行一段时期后，温升稳定在某一稳定范围内的用电设备。
如电梯、电焊机、起重机等。
描述断续工作制设备的状态用暂载率
表征。
暂载率
是在一个工作周期内工作时间
与工作周期
的比值，工作周期等于工作时间与停歇时间之和，用公式表示
（7-11）
——工作周期；
——工作周期内的工作时间；
——工作周期内的停歇时间；
——暂载率。
同一设备，以不同的暂载率工作时，其输出功率是不同的。
例如某设备在
时的设备容量为
，那么该设备在
时的容量
为多少？
这就需要进行“等效”换算。
由于用电设备的使用寿命主要决定于绝缘的老化程度，而发热情况直接影响绝缘老化，所以“等效”换算实际上可看成是等效发热换算。
我们知道，电流
通过电阻为
的设备，在
时间内产生的热量
因此，在
不变且产生的热量又相等的条件下，
又电压相同时，因此
而由式（7-11）可知，同一周期的暂载率
因此可得
，设备容量与负荷暂载率的平方根值成反比关系。
（7-12）
在采用需要系数法计算设备容量时，通常应统一换算到暂载率
=25%下的有功功率，其公式为：
（7-13）
例如，某台起重设备铭牌额定有功功率为
（KW），额定暂载率为
，要换算到规定暂率
下的有功功率，其公式为
——规定暂载率，对电焊机为100%，起重设备为25%。
4.照明装置的设备容量
（1）白炽灯、碘钨灯
（2）荧光灯、高压水银灯，考虑到镇流器的功率损耗，对于荧光灯的额定功率增加20%，高压汞灯的额定功率应增加8%。
第四节配电系统的基本形式
配电系统的设计应满足供电可靠性、安全性及电压质量的要求。
贯彻“适用、先进、安全、经济、美观”的设计原则，采用的技术标准和装备水平应与工程性质、规模、功能要求以及建筑环境设计相适应。
系统接线不宜复杂，在操作安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性，配电系统不宜超过三级。
一、变配电所选址
变配电室应满足进出线方便、便于设备的装卸和搬运、避开有剧烈振动、接近负荷中心、靠近电源侧的场所，不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，不宜设在多尘、雾或有腐蚀性气体的场合。
高层建筑的配变电所，宜设在地下一层（当地下层多于一层）或首层。
一般情况下，低压供电半径不宜超过250m。
二、配电系统的基本形式
配电系统的形式有多种，应根据具体情况选择使用，常用的有下面几种形式。
（一）树干式系统
树干式系统见图7-2（
），特点是从供电点引出的每条配电线路，可连接几个用电设备或配电箱。
树干式配电系统比放射式系统线路的总长度短，可以节约有色金属，比较经济；
供电点的回路数量较少，配电设备也相应减少；
配电线路安装费用也相应减少；
缺点是干线发生故障时，影响的范围大，供电可靠性较差，导线的截面面积较大。
这种配电方式在用电设备较少，且供电线路较长时经常采用。
（二）放射式系统
放射式系统见图7-2（
），特点是配电线路发生故障时互不影响，供电可靠性高，配电设备集中，检修比较方便；
缺点是系统灵活性差，导线消耗量较多。
这种配电方式经常用于用电设备容量较大，负荷集中或重要的用电设备；
需要集中联锁起动、停车的设备；
以及有腐蚀性介质和爆炸危险等，不宜将配电及保护设备放在现场的场所。
（三）变压器—干线式系统
变压器—干线式系统见图7-2（
），特点是除了具有树干式系统的优点外，接线更简单，能大量减少低压配电设备。
为了提高母干线的供电可靠性，应当减少接出的分支回路数，一般不宜超过10个。
对于频繁起动、容量较大的冲击负荷，以及对电压质量要求严格的用电设备，不宜采用此方式供电。
（e）
（d）
（
）树干式；
）放射式；
）变压器-干线式；
）链式；
）混合式
图7-2配电系统的基本形式示意图
（四）链式系统
链式系统如图7-2（
）所示，它除了具有与树干式相似的特点外，这种供电形式适用于设备距配电柜较远，而彼此相距又较近的不重要的容量较小的用电设备，这种方式连接的用电设备组在五台以下，连接照明配电箱宜为三〜四个。
（五）混合式系统
混合式系统见图7-2（
），它具有放射式与树干式系统的共同特点。
这种供电方式适用于用电设备多或配电箱多，容量又比较小，分布比较均匀用电设备的场合。
第六节低压配电线路保护及保护装置选择
一、低压配电线路保护
我们知道，当电流通过导体时，会产生发热现象，当通过的电流过大时，由于导线温升过高，其绝缘将迅速老化，缩短使用期限，严重时还可能引起着火。
因此线路应具备一定的保护装置。
线路的过电流保护装置一般采用熔断器或断路器。
这种保护装置在线路的电流超过整室值时，自动将故障线路切断，从而达到保护线路的目的。
引起线路过电流的主要原因是短路或过负荷。
短路现象是由于电流不经过用电负荷，电源两端直接相连的结果。
短路电流通常比负荷电流大许多倍，会产生电弧及声响，是线路的严重故障。
过负荷则主要是由于负荷计算不当或盲目增加负荷所引起的。
低压配电线路的保护有短路保护、过负荷保护、接地故障保护、中性线断线故障保护等。
二、保护装置选择
低压配电线路的保护和控制装置有很多，这里我们主要介绍刀开关、断路器、熔断器、漏电保护装置等。
（一）刀开关
又称刀闸，一般在低压（不超过500V）电路中，用于通、断交直流电源。
刀开关的结构主要由固定
刀夹座和可动的刀闸所组成，他们通常用紫铜或黄铜制作，如图7-8所示。
（a）实例 （b）图例
图7-8 刀开关
刀开关的种类很多,按极数（刀闸）分有单极、双极、三极与多极等。
双极开关用于单相电路，三极开关用于三相电路。
刀开关的型号有：
HD为刀型开关，HH分封闭式负荷开关，HK为开启式负荷开关，HR为熔断式刀开关，HS为刀型转换开关，HZ为组合开关。
其额定电压是：
双极有250V，三极有380V、500V等。
开关的额定电流可以从产品样本中查找，其最大等级为1500A。
图7-9所示为低压电路中常用的开启式负荷开关，由刀开关、熔体（保险丝）、接线座、胶盖和瓷质板等组合而成（又叫胶盖开关）。
合闸时，胶盖可以把带电部分遮住，使手不能触及带电导体。
胶盖的内表面有绝缘间隔把各相隔开。
开启式负荷开关的额定电流有15、30、60A。
这种开关用于一般照明、电热等回路的控制开关或分支线路的配电开关。
（a）
（b）
图7-9 开启式负荷开关的外形和接线
刀开关的选择主要是根据额定电流。
对于照明回路，可按下式选择
；
（7-14）
——刀开关的额定电流（A）；
——线路中的计算电流（A）；
（二）熔断器
俗称保险丝，是广泛用于供配系统中的保护电器。
熔断器串接于被保护的电路中，当发生短路或严重过载时，自动熔断，从而切断电路，使用电设备得以保护。
熔断器中主要是熔体部分，是由熔点低、导电性能好的合金材料制成。
小电流电路中常用铅锡合金作熔体材料，大电流电路中常用铜作熔体材料。
类型有插入式、旋塞式和管式等。
RC为插入式，RH为汇源排式，RL为螺旋式，RM封闭管式，RS为快速式，RT为填料管式，RX为限流式熔断器。
熔断器的选择 主要是熔体额定电流的选择。
由于照明负荷与动力负荷的特点不同，故熔断器的选择也不同。
1. 照明负荷线路
为保证线路正常工作时，熔体不应熔断，即
（7-
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