建筑電氣第三章2

3供電(ɡònɡdiàn)與配電系統(tǒng)精品資料目錄負荷分級與供電要求1電壓與電壓質(zhì)量2電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓供配電接地形式3供配電線路結(jié)構(gòu)形式4變配電所及其主結(jié)線5負荷計算6短路電流計算7精品資料上次(shànɡcì)課內(nèi)容回顧3.1負荷(fùhè)分級與供電要求1、電力系統(tǒng)的基本概念建筑供配電的基本要求是：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、合理。2、電力系統(tǒng)組成電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。（1）電力網(wǎng)絡電力系統(tǒng)中除發(fā)電設備和用電設備以外的部分。電力網(wǎng)絡包括輸電、變電和配電3個環(huán)節(jié)。

（2）發(fā)電廠（3）變電所（4）配電所（5）電力線路精品資料上次課內(nèi)容(nèiróng)回顧3.1負荷分級(fēnjí)與供電要求3、建筑供配電系統(tǒng)及其組成(1)具有高壓配電所的供電系統(tǒng)大型、特大型建筑設有總降壓變電站向各樓宇小變電站供電，小變電站對低壓用電設備供電。(2)只有一個變電所（或變配電所）的供電系統(tǒng)小型建筑設施的供電，當所需電力容量不大于1000kVA時，一般只需一個6～10kV降為220／380V的變電所。精品資料上次課內(nèi)容(nèiróng)回顧3.1負荷分級(fēnjí)與供電要求3.1.1負荷分級1、一級負荷一級負荷定義2.二級負荷

二級負荷定義

3.三級負荷三級負荷定義為：不屬于一級和二級的電力負荷。

精品資料上次(shànɡcì)課內(nèi)容回顧3.1負荷分級(fēnjí)與供電要求3.1.2供電要求1.一級負荷的供電要求由雙電源供電；特別重要的負荷應增設應急電源。2.二級負荷的供電要求宜用雙回線路給二級負荷供電。或由單回6KV及以上電壓等級的專用架空線路或電纜供電。精品資料上次(shànɡcì)課內(nèi)容回顧3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量3.2.1標準電壓標準電壓是一個電壓等級系列。電力系統(tǒng)中，通常把1000V及以下稱為低壓，1000V以上至35kV為中壓，35kV以上至220kV為高壓，220kV以上為超高壓。3.2.2電壓偏差及調(diào)整1.電壓偏差的概念

電壓偏差定義為：實際運行電壓與系統(tǒng)標稱電壓偏差的相對值的百分數(shù)。2.電壓偏差的允許值3.電壓偏差的調(diào)整(1)電力變壓器調(diào)壓；(2)采用無功補償調(diào)壓；(3)其他的調(diào)壓手段精品資料上次(shànɡcì)課內(nèi)容回顧3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量3.2.3電壓波動與閃變

1.電壓波動和閃變的概念與危害

電壓波動是指電網(wǎng)電壓的方均根值(有效值)一連串的變動或連續(xù)的變化。

閃變是指電光源照度變化對人眼形成刺激的主觀感受，是波動電壓作用于光源在一段時間內(nèi)引起的積累效應。2.電壓變動的計算與限值3.閃變的限值4.電壓波動的抑制精品資料上次課內(nèi)容(nèiróng)回顧3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量3.2.4公用電網(wǎng)諧波1.諧波的概念及其危害電力系統(tǒng)工頻交流電的波形會發(fā)生畸變。2.公用電網(wǎng)諧波的限值與計算3.公用電網(wǎng)諧波的抑制措施精品資料三相的電壓或電流幅值或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位差不為(bùwéi)120°時，則稱此三相電壓或電流不平衡。不平衡的三相電壓或電流，按對稱分量法（將三組不對稱分量分解成三組對稱向量之和），可分解為正序分量（a、b、c三相幅值相等，相位為a相超前b相120°，b相超前c相120°）、負序分量（a、b、c三相幅值相等，相序與正序相反）和零序分量（a、b、c三相幅值、相位均相等）。3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量3.2.5三相不平衡性精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量由于負序電壓的存在，使三相感應電動機產(chǎn)生一個反向轉(zhuǎn)矩，降低電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，并使電機繞組電流增大，溫升增高，縮短電動機使用壽命。對三相變壓器來說，由于三相電流不平衡，當最大相電流達到變壓器額定電流時，其他兩相卻低于額定值，從而使變壓器容量(róngliàng)不能得到充分利用。對多相整流裝置來說，三相電壓不對稱，將嚴重影響多相觸發(fā)脈沖的對稱性，使整流裝置產(chǎn)生較大的諧波，進一步影響電能質(zhì)量。精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量

GB／T15543—1995《電能質(zhì)量·三相電壓允許不平衡度》規(guī)定：(1)正常允許2％，短時不超過4％。(2)接于公共連接點的每個用戶(yònghù)一般不得超過1.3％。1、電壓不平衡度及其允許值電壓不平衡度，用電壓負序分量的方均根值U2與電壓正序分量的方均根值U1的百分比值來表示，即精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量2、改善三相不平衡的措施(1)供配電設計和安裝中，應盡量使三相負荷均衡分配。三相系統(tǒng)中各相安裝的單相用電設備容量之差應不超過15％。(2)將不平衡負荷接到不同(bùtónɡ)的供電點，以減小其集中連接造成不平衡度可能超過允許值的問題。(3)將不平衡負荷接入更高電壓的電網(wǎng)。由于更高電壓的電網(wǎng)具有更大的短路容量，因此接入不平衡負荷對三相不平衡度的影響可大大減小。(4)采用可調(diào)的平衡化裝置平衡化裝置包括：具有分相補償功能的靜止型無功補償裝置(SVC)和靜止無功電源（SVG)。精品資料1.頻率偏差及其危害我國電力系統(tǒng)的標稱頻率(即工頻頻率)是50Hz，系統(tǒng)中所有設備按照此頻率設計、制造并運行(yùnxíng)。標稱頻率就是指系統(tǒng)設計選定的頻率。電力系統(tǒng)在運行(yùnxíng)當中，實際頻率與標稱頻率之間可能有偏差，這個差值為頻率偏差。

3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量3.2.6電網(wǎng)頻率精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量頻率偏差影響電力系統(tǒng)的工頻頻率與發(fā)電機組轉(zhuǎn)速嚴格對應，而發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速取決于輸入、輸出(shūchū)能量的平衡，且具有機械慣性。這樣，發(fā)電機發(fā)出的功率與用電設備、線路消耗的電能之間的平衡，關系到工頻頻率的變化。當系統(tǒng)用電超過或低于發(fā)電廠的出力時，電力系統(tǒng)的頻率就要降低或升高，發(fā)電廠出力變化也同樣會引起系統(tǒng)頻率的改變。

精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量頻率偏差影響系統(tǒng)低頻率運行，會降低發(fā)電、供電、用電設備的效率，影響產(chǎn)品質(zhì)量(chǎnpǐnzhìliànɡ)，對許多設備造成積累性疲勞傷害，如汽輪機的葉片振動加大而產(chǎn)生裂紋，以致斷裂事故等等。系統(tǒng)頻率大幅度低于標稱值時，將威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，能引起電壓崩潰。系統(tǒng)高頻率運行，可增加系統(tǒng)和用戶的無謂損耗，使旋轉(zhuǎn)、往復動作設備超速運轉(zhuǎn)，造成毀滅性傷害等等。精品資料3.2電壓(diànyā)與電壓(diànyā)質(zhì)量2.頻率偏差限值與頻率調(diào)整GB/T15945-2008標準中規(guī)定：①電力系統(tǒng)正常運行下頻率偏差的限值為±0.2HZ，當系統(tǒng)的容量較小時，可放寬到±0.5HZ。②周期性或非周期性的快速從電力系統(tǒng)中取用功率(gōnglǜ)的沖擊性負荷，引起系統(tǒng)頻率變化的限值為±0.2HZ。為防止系統(tǒng)在低于或高于標稱頻率下運行，要求提高負荷預測精度，減小計劃發(fā)出電力與實際負荷的偏差，進一步發(fā)揮自動發(fā)電控制(AGC)的作用。電力系統(tǒng)運行時的頻率調(diào)整可有一次調(diào)頻、二次調(diào)頻等。精品資料在三相交流電力系統(tǒng)中，當作為供電電源的發(fā)電機或變壓器的三相繞組為星形連接時中性點有三種(sānzhǒnɡ)運行方式：（1）電源中性點不接地（2）中性點經(jīng)阻抗接地（3）中性點直接接地前兩種稱為小接地電流系統(tǒng)，后一種稱為大接地電流系統(tǒng)。3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓(dīyā)供配電接地形式3.3.1電力系統(tǒng)中性點運行方式精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行(yùnxíng)方式及低壓供配電接地形式1.中性點不接地系統(tǒng)即系統(tǒng)中所有電源的中性點都不接地，如圖3.1所示。線路正常運行時，對地有分布電容存在(cúnzài)，此時相電壓對稱，三個相的對地電容電流Ico也對稱。這樣，三個相的對地電容電流的相量和為零，大地中沒有電流流過。各相的對地電壓為其相電壓。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式(fāngshì)及低壓供配電接地形式當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障(gùzhàng)時，假設L3相接地，則L3相對地電壓為零，如圖3.2所示。L1相對地電壓：（3-13）L2相對地電壓：（3-14）

圖3.2單相接地時中性點不接地系統(tǒng)的電路與相量圖

精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓(dīyā)供配電接地形式由圖可知，L3相接地(jiēdì)時，非故障L1、L2兩相對地電壓都由相電壓升高到線電壓，即升高了倍。L3相接地(jiēdì)時的接地(jiēdì)電流：（3-15）

圖3.2單相接地時中性點不接地系統(tǒng)的電路與相量圖

精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓供配電接地(jiēdì)形式由上式可看出，接地電流有效值是故障(gùzhàng)時非故障(gùzhàng)對地電容電流有效值的倍，故障(gùzhàng)時非故障(gùzhàng)對地電容電流有效值又是正常下對地電容電流有效值的倍，所以中性點不接地系統(tǒng)中單相接地電流的有效值是正常下對地電容電流有效值的3倍，即：（3-16）一般電纜的單位電容為200～400pF/m左右，架空線單位電容為5～6pF/m，電纜線路的接地電容電流是同等長度架空線路的37倍左右。電纜線路單相接地電流有效值的經(jīng)驗計算公式為：（3-17）式中：系統(tǒng)標稱電壓，kV。電纜長度，km。

精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓供配電接地(jiēdì)形式由(3-17)式可類推出架空線以及電纜、架空混合線路的單相接地電流有效值公式。顯然，當中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，接地電流為電容性電流，數(shù)值較小，不構(gòu)成短路；并且故障時系統(tǒng)線電壓的對稱性也沒遭受破壞，所以三相用電設備仍能正常運行；為防止(fángzhǐ)絕緣損壞及再有一相發(fā)生接地時，造成兩相接地短路事故，在中性點不接地系統(tǒng)中，要裝設專門的絕緣監(jiān)視裝置和單相接地保護。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，絕緣監(jiān)視裝置動作于信號，提醒運行人員及時處理故障；當有可能危及人身及設備安全時，則采用零序的單相接地保護，動作于跳閘。在我國的中壓系統(tǒng)特別是3～10kV，一般采用中性點不接地的運行方式。我國的低壓系統(tǒng)中也有中性點不接地的形式。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓(dīyā)供配電接地形式2.中性點經(jīng)消弧線圈(阻抗)接地系統(tǒng)中性點不接地系統(tǒng)當線路較長、回路多、電網(wǎng)比較龐大時，發(fā)生單相接地的接地電流較大，會在接地點形成斷續(xù)電弧，引起危險的過電壓。因此，在單相接地的電容性電流大于規(guī)定值的電力系統(tǒng)中，電源(diànyuán)中性點必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運行方式，如圖3.3所示。精品資料3.3電力系統(tǒng)(diànlìxìtǒnɡ)中性點運行方式及低壓供配電接地形式消弧線圈實際上是一個單相(分匝式或連續(xù)可調(diào)型)電抗器，接于電源中性點與大地之間。系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地點的電流為接地電容電流與消弧線圈電感(diànɡǎn)電流之和，兩電流相互抵消，小于生弧電流，沒有電弧產(chǎn)生。中性點不接地系統(tǒng)和中性點經(jīng)消弧線圈(阻抗)接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的接地電流較小，所以統(tǒng)稱為小接地電流系統(tǒng)。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行(yùnxíng)方式及低壓供配電接地形式3.中性點直接接地(jiēdì)(或經(jīng)低阻抗)接地(jiēdì)系統(tǒng)如圖3.4所示，此系統(tǒng)單相接地(jiēdì)時，形成單相接地(jiēdì)短路。單相短路電流遠大于線路的正常負荷電流，因此系統(tǒng)單相接地(jiēdì)時，短路保護裝置動作于跳閘，切除故障。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓供配電接地(jiēdì)形式中性點直接接地系統(tǒng)(xìtǒng)發(fā)生單相接地時，非故障相的對地電壓不會升高。因此此系統(tǒng)(xìtǒng)中的供用電設備對地絕緣只需按相電壓考慮。中性點直接接地接地系統(tǒng)(xìtǒng)通常用于110kV及以上的超高壓系統(tǒng)(xìtǒng)，主要考慮的是絕緣成本。我國的低壓系統(tǒng)(xìtǒng)中也有中性點直接接地的形式。中性點直接接地(或經(jīng)低阻抗)接地系統(tǒng)(xìtǒng)又稱為大接地電流系統(tǒng)(xìtǒng)。精品資料按IEC（國際電工委員會）規(guī)定，低壓配電系統(tǒng)接地制式一般由2個字母組成（必要時可加后續(xù)字母）第一個字母表示電源中性點與地的關系（T：直接接地，I：非直接接地）；第二個字母表示設備的外露可導電部分與地的關系（T：獨立于電源接地點的直接接地，N：直接與電源接地點或與該點引出的導體相聯(lián)接）；后續(xù)字母表示中性線（N線）和保護線（PE線）之間的關系（C：合并為PEN線，S：分開）因此，低壓配電系統(tǒng)，按保護接地形式(xíngshì)，分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式(fāngshì)及低壓供配電接地形式3.3.2低壓供配電接地型式精品資料1.TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)為中性點直接接地的運行方式，又分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)。TN系統(tǒng)中，引出(yǐnchū)有中性線(N線)、保護線(PE線)或保護中性線(PEN線)。中性線(N線)用于接相電壓用電設備，流回單相及三相不平衡電流，減小負載中性點的電位偏移。保護線(PE線)連接正常情況下不帶電，但故障下可能會帶電的并易被觸及的外露可導電部分(例如設備金屬外殼、金屬構(gòu)件、構(gòu)架等)，防止發(fā)生觸電，以保障人身及設備安全。保護中性線(PEN線)將中性線(N線)與保護線(PE線)的功能合二為一。PEN線在我國稱為“零線”，俗稱“地線”。3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式(fāngshì)及低壓供配電接地形式精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行(yùnxíng)方式及低壓供配電接地形式1）TN-C系統(tǒng)如圖3.5所示。TN-C系統(tǒng)又叫三相四線制系統(tǒng)，在我國低壓配電系統(tǒng)中曾經(jīng)(céngjīng)應用普遍。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式(fāngshì)及低壓供配電接地形式1）TN-C系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)從電源引出四根線，分別是：L1、L2、L3、PEN線，其中PEN線兼有的N線與PE線的作用。因PEN線中可能有不平衡電流通過，因此(yīncǐ)對設備有電磁干擾，并且PEN線斷線后，可使與其相連的外露可導電部分帶電。TN-C系統(tǒng)發(fā)生單相接地時構(gòu)成接地短路，線路保護裝置動作，把故障切除。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式(fāngshì)及低壓供配電接地形式2）TN-S系統(tǒng)TN-S系統(tǒng)，如圖3.6所示。屬于三相五線制系統(tǒng)，N線與PE線分開，設備的外露可導電部分接PE線。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路故障時，線路的保護裝置動作，切除故障。此系統(tǒng)PE線上沒有(méiyǒu)電流，即使中性點偏移也沒有(méiyǒu)對地電壓。所以，TN-S系統(tǒng)主要用于對安全要求高、對抗電磁干擾要求高的場所。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行(yùnxíng)方式及低壓供配電接地形式3）TN-C-S系統(tǒng)此低壓供配電系統(tǒng)的前一部分為TN-C系統(tǒng)，后一部分通常從進戶總配電箱開始(kāishǐ)PEN線分開為PE和N線，形成TN-S系如圖3.7所示。該系統(tǒng)兼有TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的特點，是廣泛采用的低壓供配電系統(tǒng)。一般場所采用TN-C系統(tǒng)，對安全要求和抗電磁干擾要求高的場所，則采用TN-S系統(tǒng)。在民用建筑中，許多電源進線采用的是TN-C系統(tǒng)，進入建筑物內(nèi)變?yōu)門N-S系統(tǒng)。應注意的是，PEN自分開后，PE線與N線不能再合并，否則將喪失分開后形成的TN-S系統(tǒng)的特點。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行方式及低壓(dīyā)供配電接地形式2.TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的電源中性點直接接地，從電源也引出四根線，分別是：L1、L2、L3、N線，屬于三相四線制系統(tǒng)。設備的外露可導電部由各自的PE線單獨接地，如圖3.8所示。TT系統(tǒng)中的接地PE線各自獨立，相互無電氣聯(lián)系，沒有電磁干擾問題。該系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，通過故障點和工作接地構(gòu)成回路形成單相短路，線路的保護動作，切除故障。該系統(tǒng)因絕緣不良(bùliáng)而漏電時，漏電電流可能較小，無法使線路的過電流保護動作。所以該系統(tǒng)要裝設靈敏度較高的漏電保護裝置。TT系統(tǒng)系統(tǒng)適用于安全要求較高，抗電磁干擾要求嚴格的場所。精品資料3.3電力系統(tǒng)中性點運行(yùnxíng)方式及低壓供配電接地形式3.IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)屬于三相三線制系統(tǒng)，如圖3.9所示。其電源中性點不接地，或經(jīng)高阻抗接地。該系統(tǒng)單相接地時接地電流小，能繼續(xù)供電給三相負載(fùzài)。所以主要用于對連續(xù)供電要求較高及有易燃易爆危險的場所，如礦井、醫(yī)院的手術(shù)室等等場所。精品資料1.單回路放射式結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。這種供電方式(fāngshì)的特點是每個用戶由變電所(配電所)一條線路送電過去，供電的可靠性較高。當任意一個回路故障時，由線路首端在變電所內(nèi)的保護動作，不影響其它回路供電。3.4供配電線路(xiànlù)結(jié)構(gòu)形式3.4.1放射式結(jié)構(gòu)精品資料3.4供配電線路結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式2.雙回路放射(fàngshè)式結(jié)構(gòu)對于重要的用戶(如一級負荷)，單回路放射(fàngshè)式結(jié)構(gòu)不滿足供電可靠性要求，則可采用雙回路放射(fàngshè)式接線，如圖3.11所示。當雙回路放射(fàngshè)式結(jié)構(gòu)采用交叉供電的形式時，可保證用戶得到兩個電源，以保證一級負荷的供電要求。此種結(jié)構(gòu)形式常見于中壓和低壓供配電系統(tǒng)中。精品資料1.單回樹干式結(jié)構(gòu)如圖3.12所示，樹干式結(jié)構(gòu)就是由電源端向負荷端配出主干線，在干線上再引出數(shù)條分支線向用戶供電。樹干式結(jié)構(gòu)比放射式結(jié)構(gòu)要節(jié)省設備和導線。其不足之處在于，一旦干線發(fā)生故障(gùzhàng)，所有支線用戶將全部受影響，所以單回路樹干式結(jié)構(gòu)一般用于向三級負荷供電。3.4供配電線路(xiànlù)結(jié)構(gòu)形式3.4.2樹干式結(jié)構(gòu)精品資料3.4供配電線路結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式2.雙回樹干式結(jié)構(gòu)對于可靠性要求高的用戶，可采用雙回路干線對其送電。兩條干線路互為備用，可將雙回路干線引自不同的電源，如圖3.13所示。雙回樹干式結(jié)構(gòu)可以向二級以上負荷供電(ɡònɡdiàn)。這種結(jié)構(gòu)在中、低壓系統(tǒng)中應用廣泛。精品資料環(huán)式的線路結(jié)構(gòu)，如圖3.14所示。常見于