建筑設(shè)備第八章

第8章建筑供配電系統(tǒng)本章學(xué)習(xí)要點1.電力系統(tǒng)的基本知識2.電力負荷的分級3.低壓配電方式4.電線、電纜的選擇5.低壓配電系統(tǒng)的短路保護設(shè)備6.高層建筑供配電系統(tǒng)2/6/20231建筑設(shè)備教材8.1電力系統(tǒng)8.1.1電力系統(tǒng)概述8.1.2電力負荷等級及供電要求8.1.3供電電能質(zhì)量8.1.4變配電所2/6/20232建筑設(shè)備教材8.1.1電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成的統(tǒng)一整體。電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一部分，它包括變電所、配電所及各種電壓等級的電力線路。2/6/20233建筑設(shè)備教材圖8-1火電廠生產(chǎn)過程示意圖1—鍋爐;2—汽輪機;3—發(fā)電機;4—凝汽器;5—水泵圖8-2水電站生產(chǎn)過程示意圖1—引水管;2—發(fā)電機;3—水輪機;4—尾水管2/6/20234建筑設(shè)備教材2.變電所和配電所為了實現(xiàn)電能的經(jīng)濟輸送和滿足用電設(shè)備對供電質(zhì)量的要求，需要對發(fā)電機輸出的端電壓進行多次的變換。變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場所。根據(jù)任務(wù)的不同，變電所分為升壓和降壓變電所兩大類。升壓變電所是將低電壓變換為高電壓，一般建立在發(fā)電廠廠區(qū)內(nèi)；降壓變電所是將高電壓變換成適合用戶需要的較低電壓等級，一般建立在靠近電能用戶的中心地點。配電所是專門用來接受和分配電能，而不改變電壓高低的場所。配電所多數(shù)建在建筑物的內(nèi)部。8.1.1電力系統(tǒng)概述2/6/20235建筑設(shè)備教材3.電力線路電力線路是輸送電能的通道。因為火力發(fā)電廠多建于燃料產(chǎn)地，水力發(fā)電廠多建在水力資源豐富的地方，一般這些大型發(fā)電廠距離電能用戶都比較遠，所以需要用各種不同電壓等級的電力線路，作為發(fā)電廠、變電所和電能用戶之間的聯(lián)系，使發(fā)電廠生產(chǎn)的電能源源不斷地輸送給電能用戶。通常把電壓在35kV及以上的高壓電力線路稱為送電線路；而把由發(fā)電廠生產(chǎn)的電能直接分配給用戶，或由降壓變電所分配給用戶的10kV及以下的電力線路稱為配電線路。8.1.1電力系統(tǒng)概述2/6/20236建筑設(shè)備教材4.電能用戶(又稱電力負荷)在電力系統(tǒng)中，一切消耗電能的用電設(shè)備均稱為電能用戶。用電設(shè)備按其用途可分為：動力用電設(shè)備(如電動機等)、工藝用電設(shè)備(如電解、冶煉和電焊等)、電熱用電設(shè)備(如電爐、干燥箱和空調(diào)等)、照明用電設(shè)備和試驗用電設(shè)備等，它們分別將電能轉(zhuǎn)換為機械能、熱能和光能等不同形式，以適應(yīng)生產(chǎn)和生活的需要。8.1.1電力系統(tǒng)概述2/6/20237建筑設(shè)備教材4.電能用戶(又稱電力負荷)目前我國各類電能用戶的用電量占總電量的百分比為：工業(yè)72.9%，農(nóng)業(yè)13.7%，生活7.8%，市政及商業(yè)4.4%?？梢姽I(yè)是電力系統(tǒng)中最大的電能用戶。隨著現(xiàn)代化的到來，家用電器猛增，生活用電及市政商業(yè)用電的比例將會急劇上升。圖8-3是從發(fā)電廠經(jīng)變電所通過電力線路至電能用戶的送電過程示意圖。8.1.1電力系統(tǒng)概述2/6/20238建筑設(shè)備教材圖8-3從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖2/6/20239建筑設(shè)備教材5.電力系統(tǒng)的特點如果各個發(fā)電廠彼此獨立向用戶供電，則當(dāng)某個發(fā)電廠發(fā)生故障停機檢修時，由該發(fā)電廠供電的地區(qū)將被迫停電。為了保證對用戶供電不中斷，每個發(fā)電廠都必須配備一套備用發(fā)電機組，這就相應(yīng)增加了投資，而且設(shè)備的利用率不是很高。因此，有必要將各種類型的發(fā)電廠的發(fā)電機、變電所的變壓器、輸電線路、配電設(shè)備以及電能用戶等聯(lián)系起來，組成一個整體，稱為電力系統(tǒng)。如圖8-4。8.1.1電力系統(tǒng)概述2/6/202310建筑設(shè)備教材圖8-4電力系統(tǒng)示意圖2/6/202311建筑設(shè)備教材一級負荷凡中斷供電將造成人身傷亡，或在政治上、經(jīng)濟上將造成重大損失的這類負荷稱為一級負荷。如重要的鐵路樞紐、通訊樞紐、重要的國際活動公共場所、鋼鐵廠、重要的賓館、醫(yī)院的手術(shù)室等。對于一級負荷，應(yīng)采用兩個彼此獨立、互不影響的電源供電。對于一級負荷中特別重要的用戶，除有兩個獨立電源供電外，還必須增加設(shè)備用發(fā)電機組等應(yīng)急電源。8.1.2電力負荷等級及供電要求2/6/202312建筑設(shè)備教材

二級負荷凡中斷供電將造成政治上、經(jīng)濟上較大損失的這類負荷稱為二級負荷。如造成生產(chǎn)設(shè)備損壞而引起的產(chǎn)量大幅度下降，影響交通樞紐、通訊設(shè)施正常工作，引起公共場所(如大型體育館、影劇院等)秩序混亂等，對于工期緊迫的建筑工程項目，也可按二級負荷考慮。對于二級負荷，應(yīng)采取兩條彼此獨立的線路(又稱雙回路)供電；當(dāng)條件不允許雙回路供電時，則可用一條6kV以上的專用高壓架空線供電；但是否還需要配備備用電源，則要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較而定。8.1.2電力負荷等級及供電要求2/6/202313建筑設(shè)備教材三級負荷凡不屬于一級和二級負荷的電能用戶，都屬于三級負荷。如一般的機械加工工業(yè)和一般的民用建筑等。三級負荷對供電沒有特殊要求，一般都采用單回路供電,當(dāng)然在可能情況下也應(yīng)盡可能提高供電的可靠性。在民用建筑中，一般都把重要的醫(yī)院、大型的商場、體育館、影劇院、重要的賓館，以及電信、電視中心，列為一級負荷；其余的大多數(shù)民用建筑都屬于三級負荷。8.1.2電力負荷等級及供電要求2/6/202314建筑設(shè)備教材1.電壓等級及適用范圍

根據(jù)我國規(guī)定，交流電力系統(tǒng)的額定電壓等級有：12V、24V、36V、110V、220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV目前我國最高的電壓等級是500kV。把1kV以下的電壓稱為低壓；把1kV及以上，低于330kV的電壓稱為高壓；把330kV及以上稱為超高壓。幾百公尺之內(nèi)的照明用電，一般采用380/220V三相四線制供電，電燈接在220V相電壓上，如圖8-5所示。8.1.3供電電能質(zhì)量2/6/202315建筑設(shè)備教材圖8-5380/220V三相四線制動力與照明共用一臺降壓變壓器2/6/202316建筑設(shè)備教材2.額定電壓和頻率我國規(guī)定：一般交流電力設(shè)備的額定頻率(俗稱工頻)為50Hz，允許偏差為±0.5Hz。電力系統(tǒng)的電壓主要取決于系統(tǒng)中無功功率的平衡，無功功率不足，電壓偏低，應(yīng)設(shè)法提高發(fā)電機的無功出力。所有電氣設(shè)備，都是按照運行在額定電壓下，能獲得最佳的經(jīng)濟效果而設(shè)計的。因此，電氣設(shè)備的額定電壓應(yīng)與所接電力線路的額定電壓相同。8.1.3供電電能質(zhì)量2/6/202317建筑設(shè)備教材1.變配電所的類型、結(jié)構(gòu)變配電所的類型很多，工業(yè)與民用建筑設(shè)施的變電所，大多是6～10kV變電所。變配電所可以分為開壓變電所和降壓變電所兩大類。開壓變電所是將發(fā)電廠生產(chǎn)的6～10kV的電能開高至35kV、110kV、220kV、500kV等高壓，以利于遠距離輸電。8.1.4變配電所2/6/202318建筑設(shè)備教材降壓變電所是將高壓網(wǎng)送過來的電能降至6～10kV以后，分配給用戶變壓器，再降至380V或220V，供建筑物或建筑工地的照明或動力設(shè)備、用電器等使用。10kV變電所，按其變壓器及高壓開關(guān)設(shè)備的安裝位置，可分為室內(nèi)型、半室外型、室外型以及成套變電站等。（1）室內(nèi)型變電所由高壓配電室、變壓器室、低壓配電室和值班室組成。圖8-6所示，是一臺變壓器供電的室內(nèi)型變電所布置圖。8.1.4變配電所2/6/202319建筑設(shè)備教材8.1.4變配電所（2）半室外型變電所只把低壓配電設(shè)備放在室內(nèi)，變壓器和高壓設(shè)備均放在室外，如圖8-7所示。（3）室外型變電所是將全部高、低壓設(shè)備置于露天場合。（4）成套變電站又稱組合式變電站。由三個單獨部分，即高壓室、變壓器室和低壓室組成。2/6/202320建筑設(shè)備教材圖8-6室內(nèi)型變電所平面布置圖8-7半室外型變電所結(jié)構(gòu)圖2/6/202321建筑設(shè)備教材2.變配電所的位置選擇變配電所的位置，應(yīng)根據(jù)下列諸要求綜合考慮而確定：(1)盡量靠近負荷中心，距離功率較大的負荷點一般不超過300m；(2)盡量靠近高壓電源線，并方便進線和出線；(3)應(yīng)盡量避開多塵和有腐蝕氣體、易燃易爆物質(zhì)；(4)應(yīng)盡量避開地?zé)岬屯莺陀袆×艺饎拥膱鏊?5)應(yīng)考慮變壓器、開關(guān)柜等大型設(shè)備運輸方便；(6)盡可能與土建工程統(tǒng)一規(guī)劃，保證安全供電和土建施工互不影響。8.1.4變配電所2/6/202322建筑設(shè)備教材3.變配電所對建筑的要求(1)變配電室的門從安全考慮，門扇應(yīng)向外開。滿足人員出入和設(shè)備搬運要求，寬度應(yīng)比設(shè)備尺寸多0.5m。一扇門寬于1.5m時，其上應(yīng)開一個寬0.6m、高1.8m的小門供值班人員出入。長度在7m以內(nèi)的房間可設(shè)一個門，超過7m應(yīng)不少于兩個門。(2)變配電室的窗應(yīng)滿足采光、通風(fēng)和耐火等級要求。變壓器室應(yīng)避免日曬。8.1.4變配電所2/6/202323建筑設(shè)備教材3.變配電所對建筑的要求(3)變配電室的地面應(yīng)保證不起砂。一般做成水泥地面,有條件也可做成水磨石地面。許多房間地面下設(shè)有電纜溝，應(yīng)注意妥善處理。變配電室的地面應(yīng)有不小于2%的坡度坡向集油坑。(4)變配電室的內(nèi)裝飾一般均采用大白粉刷白，以提高墻面和頂棚的反射系數(shù)，改善視覺環(huán)境。(5)其他如變配電室各組成房間具有不同的耐火等級，應(yīng)在建筑設(shè)計中分別加以處理；要求對屋面做好防水、排水、保溫和隔熱措施；應(yīng)做好屋檐處理，防止屋面雨水沿墻面流下。此外，還要考慮房間的通風(fēng)換氣等。

8.1.4變配電所2/6/202324建筑設(shè)備教材8.2建筑低壓配電系統(tǒng)8.2.1低壓配電方式8.2.2低壓配電系統(tǒng)的配電線路8.2.3電線、電纜的選擇8.2.4電線、電纜的選擇8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202325建筑設(shè)備教材8.2.1低壓配電方式低壓配電系統(tǒng)是指從終端降壓變電所的低壓側(cè)(或市電的低壓進線裝置)，到民用建筑內(nèi)部低壓設(shè)備的電力線路，電壓一般為380/220V。低壓配電系統(tǒng)由配電裝置(配電盤)及配電線路(干線及分支線)組成。低壓配電線路的接線方式(簡稱配電方式)主要有以下幾種:1.放射式；2.樹干式；3.環(huán)形式2/6/202326建筑設(shè)備教材8.2.1低壓配電方式1．放射式如圖8-8（a）所示的這種接線方式——由變壓器低壓母線上引出若干路線路，再由這些線路分別配電給各配電箱或用電設(shè)備。這種配電方式的特點是：各路配電線路之間相互獨立，任一線路上發(fā)生故障或檢修，對其他線路不產(chǎn)生影響，任一條線路上的電動機啟動引起的電壓波動，對其他線路的影響也較小。2/6/202327建筑設(shè)備教材8.2.1低壓配電方式2．樹干式如圖8-8（b）所示的這種接線方式——從變電所低壓母線上引出少數(shù)干線，再從干線上引出若干支線，由這些支線最后引至各用電設(shè)備。這種接線方式的特點是：所用的導(dǎo)線和開關(guān)設(shè)備少，因此建設(shè)投資和運行費用低。但供電的可靠性差，當(dāng)干線發(fā)生故障時，從該干線上接出的所有支線都將停電。2/6/202328建筑設(shè)備教材8.2.1低壓配電方式3．環(huán)形式如圖8-8（c）所示的這種接線方式——由一臺變壓器供電的低壓環(huán)形接線。從這種接線中可以看出：閉環(huán)運行時，當(dāng)L2段線路發(fā)生故障或檢修停電，可以通過L1、L3和L4段線路接通電源，繼續(xù)保持對XL2供電；即任何一段線路發(fā)生故障停電，均可通過另一段聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)供電，所以閉環(huán)運行供電的可靠性比較高。2/6/202329建筑設(shè)備教材圖8-8低壓配電方式2/6/202330建筑設(shè)備教材1.動力負荷線路在民用建筑中，動力用電設(shè)備主要有：電梯、自動扶梯、冷庫、空調(diào)機房、風(fēng)機、水泵，以及醫(yī)用動力用電設(shè)備和廚房動力用電設(shè)備等。動力用電設(shè)備部分屬于三相負荷，少部分容量較大的電熱用電設(shè)備如空調(diào)機、干燥箱、電爐等，它們雖屬于單相負荷，但也歸類于動力用電設(shè)備。對于上述動力負荷，一般采用三相三線制供電線路，對于容量較大的單相動力負荷，應(yīng)盡可能平衡地接到三相線路上。8.2.2低壓配電系統(tǒng)的配電線路2/6/202331建筑設(shè)備教材2.照明負荷線路在民用建筑中，照明用電設(shè)備主要有供給工作照明、事故照明和生活照明的各種燈具，還有家用電器中的電視機、窗式空調(diào)機、電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機，以及日用電熱電器，如電飯煲、電熨斗、電熱水器等，它們一般都由插座進行供電，它們雖不是照明器具，但都是由照明線路供電，所以統(tǒng)歸為照明負荷。它們的電價也與照明電價相同。照明負荷一般都是單相負荷，采用220V兩線制線路供電；當(dāng)單相負荷計算電流超過30A時，應(yīng)采用380/220V三相四線制線路供電。8.2.2低壓配電系統(tǒng)的配電線路2/6/202332建筑設(shè)備教材

在民用建筑電氣設(shè)計和施工中，電線和電纜型號的選擇應(yīng)遵循如下原則:(1)貫徹“以鋁代銅”的方針，在滿足線路敷設(shè)要求的前提下,盡量采用鋁芯導(dǎo)線。只有在易燃、易爆、腐蝕嚴重的場所，以及用于移動設(shè)備、監(jiān)測儀表、配電盤的二次接線等，才必須用銅線。(2)盡量選用塑料絕緣電線，這是因為塑料絕緣電線的生產(chǎn)工藝簡單、絕緣性能好、成本低。當(dāng)在建筑物表面直接敷設(shè)時，應(yīng)選用聚氯乙烯絕緣和護套電線。8.2.3電線、電纜的選擇2/6/202333建筑設(shè)備教材

在民用建筑電氣設(shè)計和施工中，電線和電纜型號的選擇應(yīng)遵循如下原則:(3)電纜線的選用，應(yīng)認真考慮“以鋁代銅”，“以鋁包代鉛包”，“以合成材料(如塑料)代替橡膠”等原則。(4)注意選用新材料、新品種的電線和電纜，不選用淘汰產(chǎn)品及限制使用的產(chǎn)品。(5)電線和電纜具體型號的選用，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和敷設(shè)方式而定，具體見表8-1。8.2.3電線、電纜的選擇2/6/202334建筑設(shè)備教材

在民用建筑電氣線路中，常用的低壓電器主要有刀開關(guān)、熔斷器、自動開關(guān)、漏電保護開關(guān)、接觸器、繼電器等。1.刀開關(guān)：見圖3-9、3-10、3-112.低壓空氣斷路器：見圖3-12、3-13、3-143.低壓熔斷器見圖3-15、3-16、3-17、3-18、

3-19、3-20、3-21。8.2.4電線、電纜的選擇2/6/202335建筑設(shè)備教材圖8-9HD11、11B-100～400刀開關(guān)2/6/202336建筑設(shè)備教材圖8-10HR3系列側(cè)面操作手柄式熔斷器式刀開關(guān)2/6/202337建筑設(shè)備教材圖8-11HK2系列開啟式負荷開關(guān)2/6/202338建筑設(shè)備教材圖8-12萬能式空氣斷路器的外形2/6/202339建筑設(shè)備教材圖8-13PX200C系列斷路器外形及安裝導(dǎo)軌2/6/202340建筑設(shè)備教材圖8-14DZ12L60系列漏電斷路器外形2/6/202341建筑設(shè)備教材圖8-15瓷插式熔斷器外形2/6/202342建筑設(shè)備教材圖8-16RM10系列密閉管式熔斷器的外形2/6/202343建筑設(shè)備教材圖8-17RL7系列螺旋式熔斷器及熔斷管的外形2/6/202344建筑設(shè)備教材圖8-18RL1螺旋式熔斷器2/6/202345建筑設(shè)備教材圖8-19RT20系列填充料式熔斷器的三極底座和熔斷管2/6/202346建筑設(shè)備教材圖8-20RT36(RT16)系列填充料式熔斷器2/6/202347建筑設(shè)備教材圖8-21RT28(RT18)系列熔斷隔離器2/6/202348建筑設(shè)備教材1.低壓刀開關(guān)的選擇選擇低壓刀開關(guān)要根據(jù)使用環(huán)境、功能要求選擇適當(dāng)?shù)男吞栂盗?。刀開關(guān)的額定電壓、額定電流要符合安裝處的電壓以及通過負荷電流的要求，然后再按短路條件進行短路的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗。8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202349建筑設(shè)備教材1.低壓刀開關(guān)的選擇在確定額定電流時要注意，一般的普通負荷，可以按負荷的正常工作電流來選擇；如果用刀開關(guān)來接通像電動機這樣的負荷時，考慮到電動機的起動電流比其工作電流大，因此刀開關(guān)的額定電流要在電動機的正常工作電流基礎(chǔ)上再乘上一個倍數(shù)。具體的倍數(shù)要根據(jù)電動機的型號規(guī)格來定。刀開關(guān)如果帶有熔斷器，其熔體電流的確定要按低壓熔斷器的電流選擇原則進行。8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202350建筑設(shè)備教材2.低壓空氣斷路器的選擇(1)空氣斷路器的額定電壓應(yīng)大于或等于安裝處的線路額定電壓；空氣斷路器的額定電流(主觸頭長期允許通過的電流)應(yīng)大于或等于安裝處線路在正常情況下的最大工作電流。(2)斷路器的開斷電流(容量)要大于或等于安裝處的短路電流(容量)。(3)根據(jù)使用環(huán)境、工作要求、安裝地點和供貨條件選擇適當(dāng)?shù)男问健?.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202351建筑設(shè)備教材2.低壓空氣斷路器的選擇(4)脫扣器額定電流(即脫扣器長期允許通過的最大電流)的選擇，也按照大于或等于安裝處線路在正常情況下的最大工作電流來進行選擇。(5)選擇脫扣器的動作整定電流或整定倍數(shù)，過載長延時脫扣器按躲開線路在正常情況下的最大工作電流整定；短路短延時和短路瞬時脫扣器按躲開線路在正常情況下的最大尖峰電流整定。(6)靈敏度校驗。脫扣器的動作電流整定出來后，需要校驗在保護范圍末端，最小運行方式下發(fā)生兩相或單相短路時，脫扣器是否能可靠地跳閘。要求算出來的靈敏系數(shù)大于或等于規(guī)定值。8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202352建筑設(shè)備教材3.低壓熔斷器的選擇低壓熔斷器的選擇包括：熔斷器的規(guī)格型號、熔斷器的額定電壓、熔斷器的額定電流、熔體的額定電流、熔斷器的分斷能力等。這里面比較重要的是熔體的額定電流選擇，應(yīng)該注意以下幾點：(1)熔斷器作為線路的保護時，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于線路的最大正常工作電流，并且要小于或等于線路的安全電流。8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202353建筑設(shè)備教材3.低壓熔斷器的選擇(2)熔斷器作為用電設(shè)備的保護時，除了要求熔體的額定電流應(yīng)大于或等于設(shè)備的最大正常工作電流之外，還要考慮到設(shè)備運行可能出現(xiàn)的短時過負荷電流與瞬時尖峰電流，熔體的額定電流選取應(yīng)保證在出現(xiàn)上述兩種電流時不會造成熔體熔斷。(3)熔斷器屬于保護設(shè)備，在其保護的范圍內(nèi)發(fā)生故障，熔斷器能否可靠動作需要進行靈敏度校驗。(4)如果線路的上下級都用熔斷器作為保護，需要考慮上下級熔斷器熔體額定電流之間的相互配合，以滿足保護的選擇性要求。8.2.5低壓配電系統(tǒng)控制和保護設(shè)備選擇方法2/6/202354建筑設(shè)備教材8.3高層建筑供配電系統(tǒng)8.3.1高層建筑的負荷分級8.3.2高層建筑的供電要求8.3.3高層建筑常用的供電方案2/6/202355建筑設(shè)備教材8.3.1高層建筑的負荷分級高層建筑的建筑面積一般在7000平方米以上，其用電負荷不但有照明負荷，而且還有動力負荷，因此用電量較大。19層及以上的消防用電設(shè)備為一級負荷，18層及以下的消防用電設(shè)備為二級負荷。非消防電梯為二級負荷