建筑工程供电

第4章建筑工程供电4.1电力系统概述4.2负荷分级、供电要求及电能质量4.3负荷计算4.4变配电所4.5成套装置4.6预装式变电站4.7低压配电线路4.8低压供配电线路的导线选择本章小结主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回目录4.1电力系统概述建筑用电，差不多都是由电力系统中的发电厂供给的。一般的建筑采用低压供电，而高层建筑常采用10kV甚至35kV供电。建筑工程供电是建筑电气的重要内容。为高好建筑工程供电，必须对电力系统有所了解。4.1.1电力系统的组成4.1.2电力系统的电压本节小结主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回目录4.1.1电力系统的组成现代工农业及整个社会生活中所应用的电力,绝大部分是由发电厂发出来的。电力从生产到供给用户应用，通常都要经过发电、输电、变电、配电、用电等5个环节。电力从生产到应用的全过程，客观上就形成了电力系统。严格地说，由发电厂的发电部分、输配电线路、变配电所及各种用电设备所组成的整体称为电力系统。常简称系统，其示意如图4—1所示。主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页4.1.1电力系统的组成主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材在电力系统中，各级电压的电力线路及其所联系的变电所，称为电力网，简称电网。它是电力系统的一个重要组成部分，承担了将电力由发电厂发出来之后供给用户的工作，即担负着输电、变电与配电的任务。电力网按其在电力系统中的作用，分为输电网和配电网。输电网是以输电为目的，采用高压或超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络，它是电力网中的主网架。下一页4.1.1电力系统的组成主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材直接将电能送到用户去的网络称为配电网或配电系统，它是以配电为目的。配电网的电压由系统及用户的需要而定，因此配电网又分：高压配电网（通常指35kV及以上的电压，目前最高为110kV）、中压配电网（通常指10、6kV和3kV）及低压配电网（通常指220V、380V）。电力网按其电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网的范围大，电压一般在220kV及以上。地方电网的范围小，电压一般在35～110kV。建筑供配电系统属于地方电网的一种。下一页4.1.1电力系统的组成主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材在电力系统中，电力是由发电厂生产的，它是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂按所使用的能源不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等。返回主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1电力系统的组成1．火力发电厂火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能来生产电能的。我国的火电厂主要是燃煤。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与它联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程是：锅炉燃料的化学能热能汽轮机机械能发电机电能下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1电力系统的组成火力发电厂按其作用可分为单纯发电的和既发电又兼供热的两种类型。前者指一般的火力发电厂，后者指供热式火力发电厂，或称热电厂。一般火力发电厂应尽量建设在燃料基地或矿区附近。将发出的电，用高压或超高压线路送往用电负荷中心。通常把这种火力发电厂称为“坑口电厂”。坑口电厂是当前和今后建设大型火力发电厂的主要发展方向。热电厂的建设是为了提高热能的利用效率。由于它要兼供热，所以必须建设在大城市或工业区的附近。目前，在世界上的绝大多数国家中，火力发电厂在电力系统中所占的比重都是较大的。返回4.1.1电力系统的组成主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．水力发电厂水力发电厂简称水电厂或水电站。它是利用水流的位能来生产电能的。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程是：水流位能水轮机机械能发电机电能下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1电力系统的组成水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差（简称水头）和流量的大小。因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库以调节河水流量。根据地形、地质、水能资源特点的不同，水力发电厂可分为坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站。坝式水电站的水头是由挡水大坝抬高上游水位而形成的。若厂房布置在坝后，称之为坝后式水电站。若厂房起挡水坝的作用，承受上游水的压力，称之为河床式水电站。引水式水电站的水头由引水道形成。这类水电站的特点是具有较长的引水道。混合式水电站的水头由坝和引水道共同形成。这类水电站除坝具有一定高度外，其余与引水式水电站相同。返回主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1电力系统的组成3．核能发电厂核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核电厂或核电站。它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。它的生产过程与火电厂基本相同，主要区别是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量转换过程是：反应堆核裂变能热能汽轮机机械能发电机电能下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1电力系统的组成核电站具有节省燃料，燃烧时不需要空气助燃、无污染、缓解交通等一系列优点。所以，目前世界上许多国家都很重视核能发电厂的建设。有16%的电力是核能发电产生的。我国已建成浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站。尚有许多在建以及计划建设的核电站。返回主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2电力系统的电压内容：额定电压标准、电压偏差、电压波动、谐波、三相电压不平衡度技术指标等。1．额定电压所谓额定电压，就是指能使各类电气设备处在设计要求的额定或最佳运行状态的工作电压。我国国家标准GB156—93《标准电压》规定的电力系统和电气设备的额定电压标准如表4—1所示。(1)电网(电力线路)的额定电压：电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的水平，经全面的技术经济分析研究后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2电力系统的电压表4—1我国标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压分类电网和用电设备额定电压（kV）发电机额定电压（kV）电力变压器额定电压（kV）一次绕组二次绕组低压0.220.380.660.230.400.690.220.380.660.23、0.400.69高压3、6、1035、63、110220、330、5003.15、6.310.5、3.8,15.75、18、203及3.15、6及6.3、10及10.513.8,15.75、18、20、35、63、110、220、330、5003.15及3.36.3及6.610.5及11、38.5、69、121、242、363550返回主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2电力系统的电压（2）用电设备的额定电压：由于用电设备运行时线路上要产生电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图4—2中虚线所示。但是成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处的实际电压来制造，而只能按线路首端与未端的平均电压即电网的额定电压UN来制造，以利于大批量生产。所以用电设备的额定电压规定与其接入电网的额定电压相同。下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2电力系统的电压（3）发电机的额定电压：由于同一电压的线路一般允许的电压偏差是±5%,即整个线路允许有10%的电压损耗值，因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端（即电源端）的电压应较电网额定电压高5%，而线路未端则可较电网额定电压低5%，如图4—2所示。所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。下一页主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2电力系统的电压（4）变压器的额定电压：当变压器的一次绕组与发电机直接连接时，其一次绕组的额定电压等于发电机额定电压，即高于同级电网额定电压5%。当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上时，则可把它看作用电设备，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。变压器二次绕组的额定电压也分两种情况。这里，我们首先来看看变压器二次绕组的额定电压是如何定义的。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材变压器二次绕组的额定电压，是指变压器一次绕组加上额定电压而二次绕组开路的电压即空载电压。在满载时，二次绕组内约有5%的电压降，因此当变压器二次侧供电线路较长时，变压器二次绕组的额定电压应高于同级电网额定电压10%，一方面补偿变压器满载时内部5%的电压降，另一方面要考虑变压器满载时输出的二次电压还要高于电网额定电压的5%，以补偿线路上的电压降。当变压器二次侧供电线路不长时，如采用低压配电或直接供给用电设备，则变压器二次绕组的额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器内部5%的电压降。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．电压偏差（1）基本定义与规定：当供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化时，供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统额定电压之差ΔU称为电压偏差。电压偏差ΔU也常用与系统额定电压的比值，以百分数表示，即100NNUUU（4—1）式中ΔU——电压偏差；U——用电设备的实际电压；UN——用电设备的额定电压；下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材根据国家标准GB50052—1995《供配电系统设计规范》，在正常运行情况下，用电设备端子上电压偏差允许值如下：1）电动机为±5%。2）照明：在一般工作场所为±5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，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±5%。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）危害：如果用电设备的端电压与其额定电压有偏差，则用电设备的工作性能和使用寿命将受到影响，总的经济效果将会下降。电压偏差对不同用电设备的影响如下。1）对感应电动机的影响由于电动机转矩与其端电压的平方成正比，因此当电动机的端电压比其额定电压低10%时，其实际转矩将只有额定转矩的81%，而负荷电流将增大5%～10%以上，温升将提高10%～15%以上，绝缘老化程度将比规定增加1倍以上，从而明显地缩短电机的使用寿命。而且电于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废次品。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材当其端电压偏高时，负荷电流和温升一般也要增加，绝缘也要受损，对电机也是不利的，但不像电压偏低时那么严重。2）对同步电动机的影响当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化。因此同步电动机的端电压偏差，除了还会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，是与感应电动机相同的。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3）对照明的影响电压偏差对白炽灯的影响最为显著。当白炽灯的端电压较其额定电压降低10%时，灯泡的使用寿命将延长2～3倍，但其发光效率将下降30%以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故发生率。当其端电压较其额定电压升高10%时，发光效率将提高1/3。电压偏差对荧光灯等气体放电灯的影响不像对白炽灯那么明显，但也有一定的影响。当其端电压偏低时，灯管不易起燃。如果多次反复起燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响视力及工作。当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。下一页4.1.2电力系统的电压主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3．电压波动(1)基本定义与规定：供配电系统的电压波动主要