建筑供配电系统Word文档格式.docx

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②中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。

③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷，如：

重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。

（2）二级负荷

符合下列条件之一的，为二级负荷。

①中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。

②中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。

（3）三级负荷

不属于一、二级负荷者为三级负荷。

在一个工业企业或民用建筑中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时应根据其负荷级别分别考虑。

（1）一级负荷对电源的要求

一级负荷中有普通一级负荷和特别重要的一级负荷之分。

普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

特别重要的一级负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。

（2）二级负荷对电源的要求

宜由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。

在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。

当采用架空线时，可为一回架空线供电；

当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。

（3）三级负荷对电源的要求

三级负荷对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。

供配电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机绕组的中间点。

所谓系统的中性点运行方式，是指系统中性点与大地的电气联系方式，或简称系统中性点的接地方式。

（1）中性点接地系统

中性点接地系统，就是中性点直接接地或经小电阻接地的系统，也称大接地电流系统。

这种系统中一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。

但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。

（2）中性点不接地系统

中性点不接地系统，是指中性点不接地或经过高阻抗（如消弧线圈）接地的系统，也称小接地电流系统。

这种系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，因而系统仍可继续运行，这对提高供电可靠性是有利的。

但这种系统在发生单相接地故障时，系统中性点对地电压会升高到相电压，非故障相对地电压会升高到线电压；

若接地点不稳定，产生了间歇性电弧，则过电压会更严重，对绝缘不利。

对于高压输配电网，由于传输功率大且传输距离长，一般都采用110kV及以上的电压等级，在这样高的电压等级下绝缘问题比较突出，因此一般都采用中性点接地系统；

而在中压系统中，中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的过电压对绝缘的威胁不大，因为中压系统的绝缘水平是根据更高的雷电过电压制定的，因此为了提高供电可靠性，中压系统较多地采用了中性点不接地系统。

对于1kV以下的低压配电系统，中性点运行方式与绝缘的关系已不是主要问题，这时中性点运行方式主要取决于供电可靠性和安全性。

因此，1kV以下的低压配电系统采用中性点接地系统。

低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统，其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。

以拉丁文字作代号形式的意义为：

第一个字母表示电源与地的关系。

T表示电源有一点直接接地；

I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。

N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接；

T表示电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

（1）TN系统

根据国家标准《供配电系统设计规范》GB50052—95规定：

TN电力系统有一点直接接地，电气设施的外露可导电部分用保护线与该点连接。

按中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下三种形式：

①TN-S系统（见图13-2）整个系统的中性线和保护线是分开的。

图13-2

②TN-C系统（见图13-3）整个系统的中性线和保护线是合一的。

图13-3

③TN-C-S系统（见图13-4）系统中有一部分中性线和保护线是合一的。

图13-4

（2）TT系统

TT系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极（见图13-5）。

图13-5

（3）IT系统

IT系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的（见图13-6）。

图13-6

1频率质量

电力系统的额定频率为50Hz。

当电力系统的容量在300万kW及以上时，频率偏差允许值为±

0.2Hz；

电力系统的容量在300万kW以下时，频率偏差允许值为±

0.5Hz。

2电压质量

国家标准GB50052—95《供配电系统设计规范》规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值应符合下列要求：

①电动机为±

5％。

②照明，在一般场所为±

5％；

对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足以上要求时，可为+5％、-10％；

应急照明、道路照明和警卫照明等为+5％、-10％。

③其他用电设备，当无特殊规定时为±

3波形质量

电能的质量除了频率与电压以外，还包含了供电电压的波形。

电力系统电压的波形应是50Hz的正弦波形，如果波形偏离正弦波形就称为波形畸变，可以根据傅立叶级数从畸变的波形中分解出50Hz的基波及一系列的高次谐波。

电压或电流中含有的高次谐波越多，或者高次谐波的幅值（或有效值）越大，其波形离正弦波形就越远，畸变就越严重，波形质量就越差。

13.2负荷计算

负荷曲线按纵坐标所表示的功率可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。

按横坐标所表示的时间范围可分为日负荷曲线和年负荷曲线。

1日负荷曲线的绘制

日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的。

日负荷曲线的绘制方法有：

（1）根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据，逐点绘制而成的平滑曲线，如图13-7所示，这样得到的负荷曲线最为准确。

（2）工程上，为了表达和计算简单起见，往往将负荷曲线用等效的阶梯形曲线来代替，与精确的负荷曲线之间会有一定的误差，但这种误差是可以允许的。

最为常见的负荷曲线是以0.5h为时间间隔所绘制的曲线，如图13-8所示。

2日负荷曲线的特征参数

（1）日电能耗量Wd（kW·

h）

（2）最大功率Pmax（kW）

表示负荷曲线上功率最大的一点的功率值。

（3）平均功率Pav（kW）

表示日负荷曲线上日电能耗量与时间（24h）的比值，即

Pav=Wd/24

（4）有功负荷系数α为

α=Pav/Pmax

通常α＝0.7～0.75。

（5）无功负荷系数β

β=Qav/Qmax

通常β＝0.76～0.82。

计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。

在供配电系统中，以最大30min的平均负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用即可在正常情况下长期运行。

一般将这个最大平均负荷称为计算负荷。

为什么要以30min作为确定计算负荷的依据呢？

当通过载流导体的电流过大时由于发热，导体温度会持续上升，直至被损坏。

当正常工作电流通过载流导体时，导体发热达到某一热平衡状态，此时导体温度也相应升高到某一可以允许的较高的温度值。

分析表明，载流导体一般经过（3～4）τ（τ为发热时间常数）即能达到稳定温度，而导体的τ一般为10～30min，因此达到稳定温度需30～120min。

为了保证当载流导体上长期通过计算电流时的最高稳定温度不超过其允许温度，因此取最大30min平均负荷作为计算负荷其实是一种较为保守的取法，它是以发热时间常数较短的导体达到热平衡的时间为取值依据。

时间值取得越短，最大的等效负荷（即计算负荷）就越大。

1连续运行工作制（长期工作制）

即电气设备投入工作的持续时间较长，负荷稳定。

在工作时间内，电气设备载流导体可以达到稳定的工作温度。

连续运行工作制的负荷是指其持续工作时间tw超过导体达到热平衡所需的时间，即

tw＞（3～4）τ

2短时运行工作制（短时工作制）

即电气设备的工作时间短而停歇时间长。

在工作时间内，电气设备来不及达到稳定温度就停止运行并开始冷却，其发热所产生的温升可以在停歇时间内冷却到周围的介质温度。

短时运行工作制的设备很少，如金属切削用的辅助机械（龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置）、水闸用电动机等。

3断续运行工作制（反复短时工作制）

即电气设备以断续方式反复工作，其工作和停歇相互交替。

在工作时间内，电气设备来不及达到稳定温升就停止运行并开始冷却，但其发热产生的温升不足以在停歇时间内冷却到周围的介质温度。

这种电气设备运行时的可承受功率与其工作时间tw和停歇时间to的相对长度有关，一般用负荷持续率ε来表示，即

ε=tw/（tw+to）×

100%

1需要系数Kd的含义

当一个供电范围内的所有电气设备正常使用的时候，由于各种原因，该供电范围的计算负荷Pc总会比电气设备的总容量小，它们的比值称为需要系数，即

2需要系数法的计算步骤

（1）设备功率

每组中只有一台（套）电气设备时，应将设备实际向供配电系统吸取的电功率作为计算负荷，又常把单台设备的计算负荷称作设备功率,以PN表示。

①连续工作制负荷时

PN=Pr

②断续运行工作制电动机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为25％时的等效功率，即

PN=2Pr√εr

③断续运行工作制电焊机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为100％时的等效功率，即

PN=Pr√εr

④成组用电设备的设备功率是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定输入功率的总和。

⑤照明设备的设备功率应考虑辅助其正常工作的镇流器等元件上的功率损耗。

白炽灯光源的照明设备：

PN=Pr;

荧光灯光源的照明设备：

PN=1.25Pr;

高强气体放电灯光源的照明设备：

PN=1.1Pr。

（2）单组设备计算负荷

当分组后同一组中设备台数＞3台时，计算负荷应考虑其需要系数，以第j组为例，即

（3）多组设备的计算负荷

当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述1～2所述步骤计算后，再考虑各个设备组的一个同时系数，因此其计算负荷为

【例13-1】某旅游宾馆变电站负荷情况如下列设备清单所示，用需要系数法计算变电站总计算有功功率、无功功率、视在功率和计算电流。

设备清单：

大堂、走道、餐厅、多功能厅等处照明设备容量：

150kW（带电容补偿，cosφ=0.9）荧光灯；

180kW白炽灯

客房照明设备容量：

70kW白炽灯

冷水机组容量：

120kW×

4台

冷冻水泵容量：

30kW×

5台（其中一台备用）

冷却水泵容量：

22kW×

冷却塔容量：

7.5kW×

送、排风机容量：

11kW×

5台；

3台；

17.5kW×

5台

电梯容量：

3台（ε=40%）

厨房设备容量：

15kW×

2台；

5kW×

2.2kW×

6台

洗衣设备容量：

6kW×

4kW×

【解】

（1）分组计算

①大堂、走道、餐厅、多功能厅等处荧光灯照明设备（Kd1=0.7,cosφ1=0.9,tanφ1=0.48）

考虑电感型镇流器:

PN1=1.25Pr1=1.25×

150=187.5（kW）

Pc1=Kd1PN1=0.7×

187.5=131.25（kW）

Qc1=tanφ1Pc1=0.48×

131.25=63（kvar）

②大堂、走道、餐厅、多功能厅等处白炽灯照明设备（Kd2=0.7,cosφ2=1,tanφ2=0）PN2=Pr2=180（kW）

Pc2=Kd2PN2=0.7×

180=126（kW）

Qc2=tanφ2Pc2=0×

126=0

③客房白炽灯照明设备（Kd3=0.4,cosφ3=1,tanφ3=0）PN3=Pr3=70（kW）

Pc3=Kd3PN3=0.4×

70=28（kW）

Qc3=tanφ3Pc3=0×

28=0

④冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔设备（Kd4=0.7,cosφ4=0.8,tanφ4=0.75）PN4=Pr4=4×

120+4×

30+4×

22+4×

7.5=718（kW）

Pc4=Kd4PN4=0.7×

718=502.6（kW）

Qc4=tanφ4Pc4=0.75×

502.6=376.95（kvar）

⑤送、排风机（Kd5=0.65,cosφ5=0.8,tanφ5=0.75）PN5=Pr5=5×

11+3×

22+2×

17.5=156（kW）

Pc5=Kd5PN5=0.65×

156=101.4（kW）

Qc5=tanφ5Pc5=0.75×

101.4=76.05（kvar）

⑥电梯（Kd6=1,cosφ6=0.5,tanφ6=1.73）PN6=2Prεr=2×

3×

3040%=113.84（kW）

Pc6=Kd6PN6=1×

113.84=113.84（kW）

Qc6=tanφ6Pc6=1.73×

113.84=196.94（kvar）

⑦厨房设备（Kd7=0.4,cosφ7=0.75,tanφ7=0.88）PN7=Pr7=2×

15+5×

5+6×

2.2=68.2（kW）

Pc7=Kd7PN7=0.4×

68.2=27.28（kW）

Qc7=tanφ7Pc7=0.88×

27.28=24.01（kvar）

⑧洗衣设备（Kd8=0.35,cosφ8=0.7,tanφ8=1.02）PN8=Pr8=2×

30+3×

6+4×

4=94（kW）

Pc8=Kd8PN8=0.35×

94=32.9（kW）

Qc8=tanφ8Pc8=1.02×

32.9=33.56（kvar）

（2）计算总计算负荷

因为，对于变电站总计算负荷，K∑P取值范围一般在0.85～1，K∑Q取值范围一般在0.95～1，所以取K∑P=0.9，K∑Q=0.97。

则

Pc=0.9×

（131.25+126+28+502.6+101.4+113.84+27.28+32.9）

=956.943（kW）

Qc=0.97×

（63+0+0+376.95+76.05+196.94+24.01+33.56）

=747.3947（kvar）

Sc≈1214.22（kV·

A）

Ic≈1844.82（A）

常见的方法有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。

（1）负荷密度法

Pc=ρS

一些常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标见附录。

（2）单位指标法

Pc=αN

（3）住宅用电量指标法

Pc=K∑βN

上述方法中所涉及到的负荷密度指标、单位用电量指标或住宅用电量指标也都是由经统计和处理的经验数据得到的。

设单相设备视在功率Sφmax最大的一相的有功功率为Pφmax（其功率因数为cosφmax），即以该相负荷为计算依据，补充其他两相的单相负荷，使其大小与最大相相同，变成三相等效的平衡负荷。

这时等效的三相负荷应为：

（1）计算三相等效负荷的一般方法

先将接于线电压的单相负荷等效为接于相电压的单相负荷（具体等效方法参考相关资料），再用上述求接于相电压的单相负荷的等效方法计算等效三相负荷。

（2）计算三相等效负荷的简化方法

假设P12≥P23≥P31，按发热等效原理，如图13-9所示，可推导出等效三相负荷：

图13-9

13.3设备及线缆的选择

供配电系统中开关电器按所在电压等级可分为高压开关、中压开关和低压开关。

1低压断路器

低压断路器又叫低压自动空气开关，是低压系统中既能分合负荷电流也能分断短路电流的开关电器。

低压断路器通常是按其结构形式分类的，可分为框架式、塑壳式和小型模块式。

其操作方法有人力操作、电动操作和储能操作。

主触头极数有单极、2极、3极和4极。

图13-10所示为低压断路器的工作原理示意图。

低压断路器由三个基本部分组成。

图13-10

①主触头和灭弧系统

②脱扣器

③自由脱扣机构和操作机构

（2）常用低压断路器

①万能式断路器

万能式断路器一般具有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架内，所以又称为框架式断路器。

其外形结构如图13-11所示。

图13-11

②塑料外壳式断路器

塑料外壳式断路器的主要特征是有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭型外壳中。

其塑料外壳式断路器外形结构如图13-12所示。

图13-12

③模数化小型断路器

模数化小型断路器属于配电网的终端电器，是组成终端组合电器的主要部件之一。

终端电器是指装于线路末端的电器，对有关系统和用电设备进行分合控制和保护。

模数化小型断路器外形结构如图13-13所示。

图13-13

2低压隔离开关

在断开位置能符合规定的隔离功能要求的开关电器称为低压隔离器。

在断开位置能满足隔离器要求的开关称为低压隔离开关，又称低压刀开关。

低压隔离开关是一种结构简单、应用十分广泛的手动电器，主要供无载通断电路用，即在不分断负载电流或分断时各极两触头间不会出现明显电压差的条件下接通或分断电路用。

3负荷开关

负荷开关有HH系列封闭式负荷开关和HK系列开启式负荷开关。

负荷开关具有灭弧装置，可以通断正常的负荷电流。

HH系列封闭式负荷开关又称铁壳开关，一般是三极，常用型号有HH3、HH4系列。

它是刀开关和熔断器的组合产品，由铁壳、熔断器、闸刀、夹座和操作机构等组成。

HK系列开启式负荷开关，也称胶盖瓷底闸刀开关。

4剩余电流保护装置及开关

剩余电流保护装置又称为漏电保护装置，是对电气回路的不平衡电流进行检测而发出信号的装置。

当回路中有电流泄漏且达到一定值时，剩余电流保护装置可向断路器发出跳闸信号，切断电路，以避免触电事故的发生或因泄漏电流造成火灾事故的发生。

其动作原理如图13-14所示。

图13-14

5开关电器的选择

开关电器的选择原则具有共通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作，还应保证系统故障时能承受短时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关电器对电路分断能力的要求，因此，开关电器的选择应符合下列基本条件：

（1）满足正常工作条件

①满足工作电压要求开关电器额定电压应等于系统的标称电压，开关电器最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

②满足工作电流要求开关电器额定电流大于或等于装设处的计算电流，即

Ir≥Ic

③满足工作环境要求选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件要求，如温度、风速、湿度、污秽、海拔、地震烈度等。

（2）满足短路故障时的动、热稳定条件

（3）满足开关电器分断能力的要求

（1）瓷插式熔断器

如图13-15所示，这种熔断器一般用于民用交流电50Hz，额定电压380V或220V，额定电流小于200A的低压照明线路或分支回路中，作短路或过电流保护用。

图13-15

（2）螺旋式熔断器

如图13-16所示，一般用于电气设备的控制系统中作短路和过电流保护。

其熔体支持部分是一个瓷管，内有石英砂和熔体，熔体两端焊在瓷管两端的导电金属端盖上，其上端盖中有一个染有红漆的熔断指示器。

当熔体熔断时，熔断指示器弹出脱落。

图13-16

（3）有填料高分断熔断器

如图13-17所示，有填料高分断熔断器广泛应用于各种低压电气线路和设备中作为短路和过电流保护。

它具有较高的分断电流（120kA）的能力，额定电流也可达1250A。

其熔体是采用紫铜箔冲制的网状多根并联形式的熔片，中间部位有锡桥，装配时将熔片围成笼状，以充分发挥填料与熔体接触的作用，这样既可均匀分布电弧能量而提高分断能力，又可使管体受热比较均匀而不易使其断裂。

图13-17

1满足正常工作条件

（1）满足工作电压要求熔断器额定电压应等于系统的标称电压，熔断器最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

（2）满足工作电流要求由于熔断器有熔断器额定电流和熔体额定电流之分，因此需对两个电流进行选择。

①用于保护负荷电流比较平稳的照明或电热设备，以及一般控制电路的熔断器，其熔体额定电流Ir·

FE一般按线路计算电流确定。

即

Ir·

FE=KIc

②用于保护有电动机负荷的线路，熔断器熔体额定电流应大于电动机起动时的电流。

FE≥Kr（Ist+Ic′）

（3）满足工作环境要求。

2满足分断能力的要求

熔断器分为限流式熔断器和不限流式熔断器。

限流式熔断器能在约0.01s内（即短路电流达到最大值之前）熄灭电弧，切