智能建筑供配电系统

第1章供配电系统•§1.1概述•§1.2建筑的供配电系统•1.2.1电力负荷分级及其供电可靠性要求•1.2.2供电电源•1.2.3供电系统主要形式•1.2.4民用建筑供配电线路•1.2.5供配电设备•1.2.6建筑供配电系统图实例•§1.3建筑电气照明系统•1.3.1基本组成•1.3.2建筑照明系统的分类•§1.4建筑动力系统•1.4.1动力设备的配电•1.4.2动力设备的控制•§1.5变配电所布置图实例•§1.6建筑装饰与建筑电气的关系§1.1概述建筑供配电系统是建筑电气的最基本系统，它对电能起着接受、更换和分配的作用，向各种用电设备提供电能。系统应既能满足供电可靠性和运行维护的安全、灵活、方便的要求，又要使系统投资少，做到技术上合理和经济上节约。建筑用电，差不多都是电力系统供给的。一般的建筑采用低压供电，高层建筑采用10kv甚至35kv供电。供配电设计是建筑电气设计的重要内容。为做好建筑供配电系统的设计，必须对电力系统有所了解。1.1.1电力系统的组成•由各种电压的电力线路及一些发电厂、变电所和电能用户联系起来的一个发电、输电、变电和用电的整体，称为电力系统。•图1—1是一个大型电力系统的示意图。•电力系统示意~~~110KV110KV110KV110KV110KV110KV110KV220KV35KV35KV35KV35KV35KV35KV35KV35KV110KV10KV10KV10KV10KV0.4KV0.4KV0.4KV0.4KV电力网电力网枢纽变电站地区枢纽变电站低压变电所10KV变电所负荷变电站火力发电站水力发电站负荷变电站发电厂•1．发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源(如煤、水、风和原子能等)转换为电能(称二次能源)，并向外输出电能的工厂。发电厂的种类很多，根据所利用能源的不同，有火力电厂、水力发电厂、原于能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂以及风力发电厂、太阳能发电厂等。在现代的电力系统中，各国都以火力发电厂和水力发电厂为主。近些年来，各国正在大力发展原子能发电。•2．变电所变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，主要由电力变压器和高低压配电装置组成，是电力系统中的重要组成部分。按照变压的性质和作用不同，又可以分为升压变电所和降压变电所两种，装有升压变压器的变电所叫做升压变电所，装有降压变压器的变电所叫做降压变电所。仅用来接受和分配电能而不改变电压的场所称为配电所。•3．电力网电力系统中各种不同电压等级的电力线路及其所联系的变电所，称为电力网。其任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。电力网按其功能常分为输电网和配电网两大类。由35KV及以上的输电线路和与其连接的变电所组成的电力网称为输电网，它是电力系统的主要网络。它的作用是将电能输送到各个地区或直接输送给大型用户。由10kv及以下的配电线路和配电变压器所组成的电力网称为配电网。它的作用是将电能分配给各类不同的用户。•4．电能用户电能用户是所有用电设备的总称。1.1.2电力系统的电压•一切电力设备都是在一定的电压下和频率下工作的。电压和频率是衡量电能质量的两个基本参数。我国交流电力设备的额定频率为50Hz，此频率通常为“工频”。•电气设备的额定电压是保证设备正常运行，并获得最佳经济效果的电压。如果设备的端电压偏离其额定电压，则设备的工作性能和寿命都将受到影响。•对建筑供配电系统来说，提高电能质量主要是提高电压的质量。1．三相交流电网和电力设备的额定电压（1）电网(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以及电力工业的现有水平，经过全面的技术经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据.（2）用电设备的额定电压M3用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压同。由于用电设备运行时线路上要产生电压降，所以线路上各点电压都略有不同.（3）发电机的额定电压发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压5%。由于电力线路允许的电压偏差一般为±5%，即整个线路允许有10%的电压损失，所以为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端（电源端）的电压可较线路额定电压高5％，而线路末端则可较线路额定电压低5%.（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，可把它看做用电设备，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。2．电压偏移各种电气设备都有额定的工作电压，但在实际运行时，电气设备的端电压往往会因电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化而偏离额定值。在用电高峰时长线路的末端，电压往往低于额定值。在低负荷时线路的始端，电压往往高于额定值。为此，引入电压偏移的概念。（1）电压偏移的含义。电压偏移是指用电设备的实际端电压U与设备额定电压UN之差，通常用它对额定电压UN的百分值来表示，即%100%NNUUUU在电力系统中，用电设备的端电压无论是偏高还是偏低，都会对设备的工作性能和使用寿命产生不良影响。（2)允许的电压偏移。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宜符合下列要求：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%。⑧其他用电设备，当无特殊规定时为±5%。当电网电压不能满足要求时，必须采取相应的电压调整措施。1.2.1电力负荷分级及其供电可靠性要求电力网上用电设备所消耗的功率，称为用户的“用电负荷”或“电力负荷”。用户供电的可靠性程度，是由用电负荷的性质来决定的。根据建筑物的类别和用电负荷的性质，按《民用建筑电气设计规范》规定，对用电负荷划分为三个等级：•1．一级负荷中断供电将造成人员伤亡者；中断供电将造成重大政治影响者；中断供电将造成重大经济损失者；中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。如火车站，大会堂，重要宾馆，通讯交通枢纽，重要医院的手术室，炼钢炉，国家级重点文物保护场所等。•2．二级负荷中断供电将造成较大政治影响者；中断供电将造成较大经济损失者，如大量产品和原材料报废，大量减产或发生重大设备损坏事故，重点企业连续生产过程需要长时间才能恢复；供电将造成公共场所秩序混乱者。•3．三级负荷凡不属一级和二级负荷者。下面对民用建筑及工业建筑的常用设备及部位的负荷分级列表分类，如下表1.2所示：各个级别的负荷对用电的可靠性有不同的要求，以一级要求最重要、最严格,二级、三级逐渐降低要求。建筑类别建筑物名称用电设备及部位负荷级别住宅建筑高层普通住宅电梯、照明二级旅馆建筑高级旅馆宴会厅、新闻摄影、高级客房电梯等一级普通旅馆主要照明二级办公建筑省、市、部级办公室会议室、总值班室、电梯、档案室、主要照明一级银行主要业务用计算机及外部设备电源、防盗信号电源一级教学建筑教学楼教室及其他照明二级实验室一级科研建筑科研所重要实验室，计算中心、气象台主要用电设备一级电梯二级文娱建筑大型剧院舞台、电声、贵宾室、广播及电视转播、化装照明一级医疗建筑县级及以上医院手术室、分娩室、急症室、婴儿室、理疗室、广播照明一级细菌培养室、电梯等二级商业建筑省辖市及以上百货大楼营业厅主要照明一级其他附属二级博物建筑省、市、自治区及以上博物馆、展览管珍贵展品室的照明、防盗信号电源一极商品展览用电二级商业仓库建筑冷库大型冷库、有特殊要求的冷酷压缩机及附属设备、电梯、库内照明二级司法建筑监狱警卫信号一极表1.2民用建筑常用重要电力负荷级别•1.一级负荷的供电要求—级负荷应由两个独立电源供电，按照生产需要和允许停电时间，采用双电源自动或手动切换的接线，或双电源对多台一级用电设备分组同时供电的接线，具体供电形式见图4-3。所谓独立电源，是指若干电源中任一电源发生故障或停止供电时，不影响其他电源继续供电。同时，具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段，均属独立电源。•1)每段母线的电源来自不同发电机或变压器．•2)母线段之间无联系，或虽有联系但在一段发生故障时，能自动将其联系切断，不影响另一段母线继续供电。对于一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。常用的应急电源有：独立于正常电源之外的发电机组、干电池、蓄电池、专门供电线路等。•2.二级负荷的供电要求对于二级负荷，应由二回线路供电，供电变压器也应有两台(这两台变压器不一定在同一变电所)。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应做到不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。•3.三级负荷的供电要求三级负荷属不重要负荷，对供电无特殊要求。但在条件允许的情况下，应尽量提高供电的可靠性和连续性。1.2.2供电电源•供电电源应根据建筑物内的用电负荷的大小和用电设备的额定电压数值以及供电可靠性要求等因素确定。一般有如下几种方式：•(1)单相220V电源用于建筑物较小或用电设备负荷量较小，而且均为单相、低压用电设备的场合。•(2)三相380／220V电源用于建筑物较大或用电设备的容量较大，但全部为单相和三相低压用电设备而且总设备功率在240kW以下的场合。(3)l0kV高压供电电源用于建筑物很大或用电设备的容量很大，虽全部为单相和三相低压用电设备，但采用高压供电在技术和经济上合理且满足供电部门要求的场合。此时，在建筑物内应装设变压器，布置变电室。若建筑物内有高压用电设备时,应引入高压电源供其使用，同时装设变压器，满足低压用电设备的电压要求。1.2.3供电系统主要形式•供电系统应根据负荷等级，按照供电安全可靠、投资费用少、维护运行方便、系统接线简单等原则进行设计，图1—3是一些可供选择的方案。(d)(e)(h)(c)(b)(a)(f)(g)图1-3常用供电系统方案•方案a为一路高压进线单台变压器情况该系统供电可靠性较差，系统中电源、变压器、开关及母线中任一环节出现故障或检修时，均不能保证供电，但接线简单，造价低，可适用三级负荷。•方案b为一路高压进线，双台变压器，低压母线分段供电方式与方案a比较，除变压器有备用外，其他环节也无备用，一般情况下，变压器出现故障或检修的可能性比其他元件少得多，故其可靠性增加不多而投资大为增加。对于电力负荷较大需设置两台变压器或考虑变压器经济运行而选择两台变压器的情况可采用此供电方式。•方案c为一路高压进线，单台变压器，低压备用的供电方式，适用于建筑中只有少量一级负荷的情况。•方案d为一路高压进线，柴油发电机作为备用的供电方式，当一级负荷第二电源取得需大量投资时采用。•方案e为二路高压进线，一用一备，单台变压器的供电方式，因变压养远比电源故障和检修要少，故投资增加不多而可靠性较高，可适用于二级负荷。•方案f为二路高压进线，两台变压器，低压母线分段的供电方式，该系统基本设备均有备用，供电可靠性高，可适用于一、二级负荷。•方案g为二路高压进线，两台变压器，高压母线分段，低压母线也分段的供电方式，该系统投资虽高但供电可靠性更高，可试用于一级负荷。•方案h为在方案g的基础上增加了柴油发电机作为第三电源，适用于一级负荷中的特别重要负荷的供电。目前，超高层建筑及重要的高层建筑大多采用此供电方式。•需要指出的是，电力用户的供电电压，供电方式的确定应从供用电安全，经济，合理和便于管理，依据当地电网规划、供电条件等因素进行技术经济比较，与供电部门协商确定。1.2.4民用建筑供配电线路•建筑电气配电系统的接线方法最常用的有放射式、树干式和混合式三种。下面以380／220V低压配电系统为例，简单介绍一下它们的特点。1.配电系统的接线方式•（1）放射式系统•放射式系统又可分为单电源单回路放射式[图4—4(a)]和双回路交叉放射式(图4—4(b)]两种。•单电源单回路放射式是从配电母线上引出一回线路直接向用电设备配电，沿线不交接其他负荷。•双电源双回路交叉放射式是从两个电源配电母线引出二回线路