建筑电气第三章3

建筑电气3供电与配电系统目录负荷分级与供电要求1电压与电压质量2电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3供配电线路结构形式4变配电所及其主结线5负荷计算6短路电流计算7上次课内容回顾3.2电压与电压质量3.2.5三相不平衡性1.三相不平衡性概念及其危害电力系统工频交流电的波形会发生畸变。2.电压不平衡度及其允许值3.改善三相不平衡的措施3.2.6电网频率1.频率偏差概念及其危害电力系统工频交流电的波形会发生畸变。2.频率偏差限值与频率调整上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.1电力系统中性点运行方式1.中性点不接地系统正常运行时，大地中没有电流流过。单相接地故障时。非故障对地电压都由相电压升高到线电压，即升高了倍。发生单相接地故障时设备仍能正常运行可能发生绝缘损坏或两相接地短路事故3(1)3CCOII上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.1电力系统中性点运行方式2.中性点经消弧线圈(阻抗)接地系统中性点不接地系统当线路较长、回路多、电网比较庞大时，发生单相接地的接地电流较大，会在接地点形成断续电弧，引起危险的过电压。中性点不接地系统和中性点经消弧线圈(阻抗)接地系统统称为小接地电流系统。上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.1电力系统中性点运行方式3.中性点直接接地(或经低阻抗)接地系统中性点直接接地接地系统通常用于110kV及以上的超高压系统，主要考虑的是绝缘成本。中性点直接接地(或经低阻抗)接地系统又称为大接地电流系统。上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.2低压供配电接地型式按IEC（国际电工委员会）规定，低压配电系统接地制式一般由2个字母组成（必要时可加后续字母）第一个字母表示电源中性点与地的关系（T：直接接地，I：非直接接地）；第二个字母表示设备的外露可导电部分与地的关系（T：独立于电源接地点的直接接地，N：直接与电源接地点或与该点引出的导体相联接）；后续字母表示中性线（N线）和保护线（PE线）之间的关系（C：合并为PEN线，S：分开）因此，低压配电系统，按保护接地形式，分为TN系统、TT系统和IT系统。上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.2低压供配电接地型式中性线(N线)用于接相电压用电设备，流回单相及三相不平衡电流，减小负载中性点的电位偏移。保护线(PE线)连接正常情况下不带电，但故障下可能会带电的并易被触及的外露可导电部分(例如设备金属外壳、金属构件、构架等)，防止发生触电，以保障人身及设备安全。保护中性线(PEN线)将中性线(N线)与保护线(PE线)的功能合二为一。PEN线在我国称为“零线”，俗称“地线”。上次课内容回顾3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.3.2低压供配电接地型式1.TN系统1）TN-C系统2）TN-S系统3）TN-C-S系统2.TT系统3.IT系统上次课内容回顾3.4供配电线路结构形式3.4.1放射式结构1.单回路放射式结构2.双回路放射式结构上次课内容回顾3.4供配电线路结构形式3.4.2树干式结构1.单回树干式结构2.双回路放射式结构上次课内容回顾3.5变配电所及其主结线3.5.1变配电所种类变电所是接受电能、变换电压、分配电能的场所，配电所(配电房)是接受电能、分配电能的场所。在供配电系统中，一般将35kV以上的高压变成10(6)kV中压的变电所称为区域变电所或总降压变电所。把10(6)kV变成0.4kV的变配电所称为用户变电所，在工业企业中则称为车间变电所。10kV配电站又称开闭所，在城市电网中使用较为普遍。1.单母线不分段结线在有母线的主结线中，单母线不分段结线是一种最简单的结线方式。它的每条进出线中都应安装断开回路的开关以及保护电器，如图3.15所示。图3.15中断路器QF的作用是带负载切断负荷电流或故障电流并提供保护。隔离开关靠母线侧的称为母线隔离开关，靠近线路侧的称为线路隔离开关。隔离开关QS的作用是隔离电压，以便断路器QF检修。3.5变配电所及其主结线3.5.3有母线主结线单母线不分段结线形式线路简单，使用设备较少。由于是母线制，扩建较为方便。但它的可靠性较差，例如当母线或母线侧隔离开关(或其他开关)发生故障及检修时，就会造成全部负荷停电。单母线不分段的结线方式也能双电源进线，不过两路电源要分主用和备用，采用自动切换或手动切换，平时只能一路接在母线上。3.5变配电所及其主结线2.带旁路母线的单母线结线图3.16中第一回路断路器QF1需要检修时，为了让该路负荷的工作不受到影响，而设置一个旁路母线，在旁路母线与主母线之间接有隔离开关QS22、QS21和断路器QF2组成的替代回路。在检修QF1时，首先合上隔离开关QS21、QS22及断路器QF2，给旁路母线充电。然后等电位合上QS13。再分别切除断路器QF1，隔离开关QS12和QS11，就可以一方面检修断路器QF1，一方面继续给L1回路供电。检修完毕后，反向操作恢复正常供电。3.5变配电所及其主结线3.单母线分段结线图3.17是单母线分段结线示意图，它的每个母线段接有一个或两个电源，在母线中间用断路器或隔离开关来联络。采用单母线分段式结线，其可靠性高于单母线不分段结线。当某段母线发生故障时，仅停一半负荷。某段母线电源失电，可经过倒闸操作，用母线分段开关维持失电母线上负荷的继续供电。3.5变配电所及其主结线单母线分段式结线的另一个好处是，对重要负荷可从不同的母线段引出回路，对它们进行多电源供电。单母线分段可分出多于两段的母线。GB50053-94规定：6～10kV母线的分段处宜装设断路器，当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时，可装设隔离开关或隔离触头。3.5变配电所及其主结线4.双母线结线当重要负荷多，配电回路数多，对供电连续性要求很高，采用单母线分段制有困难时，可采用双母线结线形式。双母线结线常见于35～110kV的母线系统或有自备发电厂的6～10kV的重要母线系统中。图3.18所示是不分段式双母线结线示意图。两条母线可以指定一条为工作母线，另一条为备用母线，或者两组母线同时工作。3.5变配电所及其主结线双母线结线的优点是供电可靠、运行灵活。通过各个回路上两组母线隔离开关的轮换操作，可以做到检修任一组母线而不中断供电。检修任何回路的母线隔离开关，只停该回路电。各回路可以任意接到不同的母线组，能灵活地适应系统中各种运行方式的变化。双母线结线形式有：双母线不分段结线、双母线分段结线、双母线带旁路母线结线等。双母线结线形式也有缺陷，比如当一条母线故障时，不能自动把故障母线回路倒到正常母线上等等。因此，在双母线结线形式之上还有双断路器、一个半断路器结线形式，用于电力系统重要的发电厂、超高压变电所中。3.5变配电所及其主结线1.变压器—线路单元结线如图3.19所示。这种结线方式的优点是结线最简单，设备最少，变压器高压侧只装简单的开关，或没开关。缺点是运行方式不够灵活，如当线路发生故障或检修时，此线路的变压器要停运，互为备用的变压器(或备用电源)很难能带满停运变压器的所有负载。变压器发生故障或检修时也如此。3.5变配电所及其主结线3.5.4无母线主结线2.桥式结线35～110kV线路为两回路左右的电源进线时，有两台电力变压器终端式总降压变电所宜采用桥形结线。桥形结线实际上就是变压器高压侧单母线分段结线的去掉母线简化形式，其原来的母线分段联络变成了“桥”。根据桥联结位置的不同，桥式结线可分为内桥和外桥两种联结方式。3.5变配电所及其主结线2.桥式结线1）内桥结线如图3.20(a)所示，联结桥断路器QF5在线路断路器QFl和QF2之内。这种结线方式用于输配电线路需要经常操作，主变压器不必经常退出运行的变电所。如当电源1或线路检修时，断路器QFl断开，此时变压器T1可以由电源2经过联结桥断路器QF5继续供电。当电源2或线路检修时也一样。当检修线路断路器QFl或QF2时，还是利用联结桥QF5的作用，使这两台电力变压器能一直保持正常运行。该结线适用于终端型的工业企业总降压变电所。3.5变配电所及其主结线2)外桥结线如图3.20(b)所示。联结桥断路器QF5在线路断路器QFl和QF2之外。在进线回路只安装隔离开关，不必安装断路器。外桥式结线主要用于变压器需要经常操作的变电所。3.5变配电所及其主结线我国现在变压器的额定容量是按照R10优先系数，即按倍数来计算，常用配电变压器的国家标准容量为：30kVA、50kVA、63kVA、80kVA、100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA、1250kVA、1600kVA、2000kVA等。主变压器的台数和容量按照GB50053-94、GB50059-92等规范要求选择。3.5变配电所及其主结线3.5.5变配电所主变压器选择1010101.26R1.主变压器台数选择1)存在一、二级负荷的变电所，宜装设两台变压器(技术经济比较合理时也可装设两台以上)，当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。如果变电所可由中、低压侧取得足够的备用电源容量时，可装设一台主变压器。2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的变电所，考虑采用经济运行方式时，也可采用两台变压器。3.5变配电所及其主结线1.主变压器台数选择3)负荷集中且容量相当大的变电所，考虑到单台配电变压器容量的限制，也可以采用两台或多台变压器。4)除上述几种情况外，一般变电所宜采用一台变压器。5)在确定变电所主变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有15%～25%左右的余量。3.5变配电所及其主结线2.主变压器容量选择1）变电所单台主变压器容量选择主变压器容量必须满足变电所总计算负荷的需要，即：（3-18）2）变电所装有两台及以上主变压器容量选择变压器的容量应满足下面几个条件：①变压器的总容量必须满足变电所总计算负荷的需要。②当任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级、二级负荷的全部需要。③断开一台变压器时，其余主变压器的容量不应小于全部负荷的60%。3.5变配电所及其主结线NTSmSNTmPPNTSmS2.主变压器容量选择3）配电变压器(低压为0.4kV)的容量不宜大于1250kVA，预装式变电所变压器，单台容量不宜大于800kVA。3.5变配电所及其主结线3.选择变压器的其他规定1)多层或高层主体建筑内的变电所，宜选用不燃或难燃型变压器；在严重影响安全运行的多尘或腐蚀性气体存在的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。2)配电变压器宜选用D，ynll接线组别的变压器。3)共用变压器将严重影响照明质量及光源寿命时，可设照明专用变压器；对严重影响电能质量的冲击性负荷，可设专用变压器。4)应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有一定的余地，其中干式变压器的过载能力较小，更宜留有较大的裕量。3.5变配电所及其主结线1.负荷计算的意义和目的要使供配电系统在正常情况下可靠运行，就要求其中的各个元件（如电力变压器、开关设备、电缆等）必须选择合适，除了应满足工作电压和频率的要求外，还要满足正常发热的要求。这就要求对该系统中各个环节的电力负荷，根据基本的原始资料进行统计计算。在进行建筑供配电设计时，基本的原始资料有各种用电设备的产品铭牌数据（如额定容量、额定电压）、建设规模、负荷密度等，这是设计的依据。3.6负荷计算3.6.1概述原始资料要变成供配电系统设计所需要的假想负荷——计算负荷，才能进行设计。不能简单地用设备额定容量做为计算负荷，这是因为所安装的设备并非都同时运行；运行着的设备的负荷性质不同；同类设备实际负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。计算负荷，是指通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。3.6负荷计算求计算负荷的这项工作称为负荷计算。负荷计算主要包