第2章建筑供配电系统

第2章建筑供配电系统1第2章建筑供配电系统内容提要及学习要求:现代工农业及整个社会生活中电力应用非常广泛，一般建筑采用低压供电，高层建筑通常10kV电压供电。建筑供配电是建筑电气的重要内容，为更好的理解建筑供配电系统，本章着重介绍了电力系统和电力网、高低压供电配电系统、电力负荷计算。通过学习要求掌握高低压供配电系统的主要设备、电力负荷计算、导线和供配电设备的选择等主要内容。2.1电力系统及电力负荷电力是工农业生产、国防及民用建筑中的主要动力，在现代社会中得到了广泛的应用。对于从事建筑工程的技术人员了解如何安全可靠地获得电力资源，合理、经济地利用国家的电力资源是十分必要的。2.1.1电力系统概念在电力系统中，如果每个发电厂孤立地向用户供电，其可靠性不高。如当某个电厂发生故障或停机检修时，该地区将被迫停电，因此为了提高供电的安全性、可靠性、连续性、运行的经济性，并提高设备的利用率，减少整个地区的总备用容量，常将许多的发电厂、电力网和电力用户连成一个整体。这里由发电厂、电力网和电力用户组成的统一整体称为电力系统。典型电力系统示意图如图2.1所示。图2.1电力系统示意图1．发电厂发电厂是将一次能源（如水力、火力、风力、原子能等）转换成二次能源（电能）的场所。我国目前主要以火力和水力发电为主，近年来在原子能发电能力上也有很大提高，相继建成了广东大亚湾、浙江秦山等核电站。2．电力网电力网是电力系统的有机组成部分，它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线路。变电所与配电所是为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求，需要对发电机的端电压进行多次变换。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，可分为升压变电所和降压变电所两大类。配电所不具有电压变换能力。电力线路是输送电能的通道。由于发电厂与电能用户相距较远，所以要用各种不同电压等级的电力线路将发电厂、变电所与电能用户之间联系起来，使电能输送到用户。一般将发电厂生产的电能直接分配给用户或由降压变电所分配给用户的10kV及以下的电力线路称第2章建筑供配电系统2为配电线路，而把电压在35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。3．电力用户电力用户也称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电力用户。电力用户按其用途可分为：动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、照明用电设备等，它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，适应生产和生活的需要。2.1.2我国电网电压等级电力网的电压等级比较多，从输电的角度来讲，电压越高则输送的距离就越远，传输的容量越大，但电压越高，要求绝缘水平也相应提高，因而造价也越高。目前，我国根据国民经济发展的需要，技术经济上的合理性及电机电器制造工业的水平等因素，由国家颁布制定了我国电力网的电压等级主要有0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、550kV等10级。其中电网电压在1kV及以上的称为高压，1kV以下的电压称为低压。2.1.3电力负荷分级及供电要求在电力系统上的用电设备所消耗的功率称为用电负荷或电力负荷。根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为三级。1．一级负荷指中断供电将造成人身伤亡者，造成重大政治影响和经济损失，或造成公共场所秩序严重混乱的电力负荷，属于一级负荷。如国家级的大会堂、国际候机厅、医院手术室、省级以上体育场（馆）等建筑的电力负荷。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的一级负荷，为特别重要负荷。一级负荷应由两个电源供电，一用一备，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，禁止将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可有以下几种：独立于正常电源的发电机组、供电网络中有效地独立于正常电源的专门馈电线路、蓄电池。2．二级负荷当中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失或将造成公共场所秩序混乱的电力负荷，属于二级负荷。如省部级的办公楼、甲等电影院、市级体育场馆、高层普通住宅、高层宿舍等建筑的照明负荷。对于二级负荷，要求采用两个电源供电，一用一备，两个电源应做到当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断供电后能迅速恢复）。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路6KV及以上的专用架空线供电。3．三级负荷不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，均属于三级负荷。三级负荷对供电电源无要求，一般为一路电源供电即可，但在可能的情况下，也应提高其供电的可靠性。2.210kV变（配）电所及高压设备变（配）电所是联系发电厂与用户的中间环节，它起着变换与分配电能的作用。本节仅介绍常见的10kＶ变电所。10kＶ变电所主要由变压器、高压开关柜（断路器）、低压开关柜（隔离开关、空气开关、电流互感器、计量仪表）、母线等组成。2.2.1变（配）电所位置的选择原则第2章建筑供配电系统3一般来讲，变（配）电所位置选择应考虑下列条件来综合确定：（1）接近负荷中心，这样可降低电能损耗，节约输电线用量。（2）进出线方便。（3）接近电源侧。（4）设备吊装、运输方便。（5）不应设在有剧烈振动的场所。（6）不宜设在多尘、水雾（如大型冷却塔）或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污染源的下风侧。（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。（8）变（配）电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。（9）高层建筑地下层变（配）电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。（10）变（配）电所位于高层（或其他地下建筑）的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。并应避免洪水或积水从其他渠道淹渍变（配）电所的可能性。2.2.2主结线的方式及特点变（配）电所的主结线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通常以单线图形式表示。主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种，本书只介绍建筑电气中常见的单母线接线。1．单母线不分段主结线这种接线的优点是线路简单，使用设备少，造价低；缺点是供电的可靠性和灵活性差，母线故障检修时将造成所有用户停电。因此，它适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合。单母线不分段主结线如图2.2所示。图2.2单母线不分段主接线第2章建筑供配电系统42．单母线分段主结线它在每一段接一个或两个电源，在母线中间用隔离开关或断路器来分段。引出的各支路分别接到各段母线上。这种接线的优点是供电可靠性较高，灵活性增强，可以分段检修。缺点是线路相对复杂，当母线故障时，该段母线的用户停电。采用断路器连接分段的单母线，可适用于一、二级负荷。采用这种供电方式注意保证两路电源不并联运行。单母线分段主结线如图2.3所示。图2.3单母线分段主接线2.2.3变电所的形式和布置1.变电所的形式变电所的形式有独立式、附设式、杆上式或高台式、成套式变电所。附设式又分为内附式和外附式。2.变电所的布置10kV变电所一般由高压配电室、变压器室和低压配电室三部分组成。（1）高压配电室高压配电室内设置高压开关柜，柜内设置断路器、隔离开关、电压互感器、母线等。高压配电室的面积取决于高压开关的数量和柜的尺寸。高压配电一般设有高压进线柜、计量柜、电容补偿柜、馈线柜等。高压柜前留有巡检操作通道，应大于1.8m。柜后及两端应留有检修通道，应大于1m。高压配电室的高度应大于2.5m。高压配电室的门应大于设备的宽度，应向外开。（2）变压器室当采用油浸变压器时，为使变压器与高、低压开关柜等设备隔离应单独设置变压器室。变压器室要求通风良好，进出风口面积应达到0.5～0.6m2。对于设在地下室内的变电所，可采用机械通风。变压器室的面积取决于变压器台数、体积，还要考虑周围的维护通道。10kV以下的高压裸导线距地高度大于2.5m。而低压裸导线要求距地高度大于2.2m。（3）低压配电室低压配电室应靠近变压器室，低压裸导线（铜母排）架空穿墙引入。低压配电室有进线柜、仪表柜、配出柜、低压补偿柜（采用高压电容补偿的可不设）等。低压配出回路多，低压开关数量也多。低压配电室的面积取决于低压开关柜数量，柜前应留有巡检通道（大于1.8m），柜后维修通道（大于0.8m）。低压开关柜有单列布置和双列布置（柜数量较多时采用）等。第2章建筑供配电系统5变电所的建设还应满足以下条件：①变电所应保持室内干燥、严防雨水进入。②变电所应考虑通风良好，使电气设备正常工作。③变电所的高度应大于4m，应设置便于大型设备进出的大门和人员出入的门，且所有的门应向外开。④变电所的容量较大时，应单设值班室、设备维修室、设备库房等。变电所的平面布置如图2.4所示。图2.4变电所平面布置图2.2.4常用高压设备常用的高压一次电气设备有：高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、高压开关柜、高压避雷器和互感器等。1.高压隔离开关高压隔离开关的作用主要是隔断高压电源，并造成明显的断开点，以保证其他电气设备安全进行检修。因为高压隔离开关没有专门的灭弧装置，所以不允许带负荷分闸和合闸。但是激磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路及电压互感器和避雷器等，可以用高压隔离开关切断。按安装地点高压隔离开关分为户内式和户外式两大类。GN19—10/600型户内高压隔离开关的外型如图2.5所示。它的型号含义如下：G——隔离开关；N——户内式；19——设计序号；10——额定电压（kV）；600——额定电流（A）。图2.5GN19-10/600型高压隔离开关1—连接板；2—静触头；3—接触条；4—夹紧弹簧；5—支持瓷瓶；6—镀锌钢片；7—拉杠绝缘子；8—支持瓷瓶；9—传动主轴；10—底架2.高压断路器具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。它的作用是接通和切断高压负荷电流，并第2章建筑供配电系统6在严重的过载和短路时自动跳闸，切断过载电流和短路电流。按高压断路器采用的灭弧介质不同，分为油断器、气体断路器（如SF6）和真空断路器等。常用的高压油断路器，按用油量分类，又有高压少油断路器和高压多油断路器两类。少油断路器的油量很少，只有几公斤，它的油只用来灭弧，不是用来绝缘的，所以外壳一般是带电的；多油断路器的油量多，它的油除了用来灭弧外，还要用作相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘的，外壳是不带电的。一般6～10kV的户内高压配电装置中都采用少油断路器。SN10—10型高压少油断路器的外形结构图如图2.6所示。SN10—10/1000型号含义如下：S——少油断路器；N——户内式；10——设计序号；10——额定电压（kV）；1000——额定电流(A)。图2.6SN10-10型高压少油断路器1—上帽；2—上出线座；3—油标；4—绝缘筒；5—下出线座；6—基座；7—主轴；8—框架；9—断路弹簧3.高压负荷开关是专门用在高压装置中通断负荷电流，如装有热脱扣器时，也可在过负荷情况下自动跳闸切断过负荷电流。高压负荷开关只具有简单的灭弧装置，只能通过一定的负荷电流和过负荷电流，它的断流能力不大，不能用它来切断短路电流。它必须和高压熔断器串联使用，短路电流靠熔断器切断。高压负荷开关也分为户内式和户外式两大类。我国自行设计的FN3—10RT型户内高压负荷开关如图2.7所示。它同一般户内式高压隔离开关很相似，断路时也具有明显的断开间隙，因此它也能起隔离电源的作用。但负荷开关与隔离开关有原则区别，即隔离开关不能带负荷操作，而负荷开关是能带负荷操作的。它的型号含义如下：F——负荷开关；N——户内式；3——设计序号；10——额定电压（kV）；R——