建筑电气第三章2

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3.1负荷分级与供电要求1、电力系统的基本概念建筑供配电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济、合理。2、电力系统组成电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。（1）电力网络电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分。电力网络包括输电、变电和配电3个环节。（2）发电厂（3）变电所（4）配电所（5）电力线路上次课内容回顾3.1负荷分级与供电要求3、建筑供配电系统及其组成(1)具有高压配电所的供电系统大型、特大型建筑设有总降压变电站向各楼宇小变电站供电，小变电站对低压用电设备供电。(2)只有一个变电所（或变配电所）的供电系统小型建筑设施的供电，当所需电力容量不大于1000kVA时，一般只需一个6～10kV降为220／380V的变电所。上次课内容回顾3.1负荷分级与供电要求3.1.1负荷分级1、一级负荷一级负荷定义2.二级负荷二级负荷定义3.三级负荷三级负荷定义为：不属于一级和二级的电力负荷。上次课内容回顾3.1负荷分级与供电要求3.1.2供电要求1.一级负荷的供电要求由双电源供电；特别重要的负荷应增设应急电源。2.二级负荷的供电要求宜用双回线路给二级负荷供电。或由单回6KV及以上电压等级的专用架空线路或电缆供电。上次课内容回顾3.2电压与电压质量3.2.1标准电压标准电压是一个电压等级系列。电力系统中，通常把1000V及以下称为低压，1000V以上至35kV为中压，35kV以上至220kV为高压，220kV以上为超高压。3.2.2电压偏差及调整1.电压偏差的概念电压偏差定义为：实际运行电压与系统标称电压偏差的相对值的百分数。2.电压偏差的允许值3.电压偏差的调整(1)电力变压器调压；(2)采用无功补偿调压；(3)其他的调压手段上次课内容回顾3.2电压与电压质量3.2.3电压波动与闪变1.电压波动和闪变的概念与危害电压波动是指电网电压的方均根值(有效值)一连串的变动或连续的变化。闪变是指电光源照度变化对人眼形成刺激的主观感受，是波动电压作用于光源在一段时间内引起的积累效应。2.电压变动的计算与限值3.闪变的限值4.电压波动的抑制上次课内容回顾3.2电压与电压质量3.2.4公用电网谐波1.谐波的概念及其危害电力系统工频交流电的波形会发生畸变。2.公用电网谐波的限值与计算3.公用电网谐波的抑制措施三相的电压或电流幅值或有效值不等，或者三相的电压或电流相位差不为120°时，则称此三相电压或电流不平衡。不平衡的三相电压或电流，按对称分量法（将三组不对称分量分解成三组对称向量之和），可分解为正序分量（a、b、c三相幅值相等，相位为a相超前b相120°，b相超前c相120°）、负序分量（a、b、c三相幅值相等，相序与正序相反）和零序分量（a、b、c三相幅值、相位均相等）。3.2电压与电压质量3.2.5三相不平衡性3.2电压与电压质量由于负序电压的存在，使三相感应电动机产生一个反向转矩，降低电动机的输出转矩，并使电机绕组电流增大，温升增高，缩短电动机使用寿命。对三相变压器来说，由于三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器额定电流时，其他两相却低于额定值，从而使变压器容量不能得到充分利用。对多相整流装置来说，三相电压不对称，将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，进一步影响电能质量。3.2电压与电压质量GB／T15543—1995《电能质量·三相电压允许不平衡度》规定：(1)正常允许2％，短时不超过4％。(2)接于公共连接点的每个用户一般不得超过1.3％。1、电压不平衡度及其允许值电压不平衡度，用电压负序分量的方均根值U2与电压正序分量的方均根值U1的百分比值来表示，即3.2电压与电压质量2、改善三相不平衡的措施(1)供配电设计和安装中，应尽量使三相负荷均衡分配。三相系统中各相安装的单相用电设备容量之差应不超过15％。(2)将不平衡负荷接到不同的供电点，以减小其集中连接造成不平衡度可能超过允许值的问题。(3)将不平衡负荷接入更高电压的电网。由于更高电压的电网具有更大的短路容量，因此接入不平衡负荷对三相不平衡度的影响可大大减小。(4)采用可调的平衡化装置平衡化装置包括：具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置(SVC)和静止无功电源（SVG)。1.频率偏差及其危害我国电力系统的标称频率(即工频频率)是50Hz，系统中所有设备按照此频率设计、制造并运行。标称频率就是指系统设计选定的频率。电力系统在运行当中，实际频率与标称频率之间可能有偏差，这个差值为频率偏差。3.2电压与电压质量3.2.6电网频率3.2电压与电压质量频率偏差影响电力系统的工频频率与发电机组转速严格对应，而发电机组的转速取决于输入、输出能量的平衡，且具有机械惯性。这样，发电机发出的功率与用电设备、线路消耗的电能之间的平衡，关系到工频频率的变化。当系统用电超过或低于发电厂的出力时，电力系统的频率就要降低或升高，发电厂出力变化也同样会引起系统频率的改变。3.2电压与电压质量频率偏差影响系统低频率运行，会降低发电、供电、用电设备的效率，影响产品质量，对许多设备造成积累性疲劳伤害，如汽轮机的叶片振动加大而产生裂纹，以致断裂事故等等。系统频率大幅度低于标称值时，将威胁系统的安全稳定，能引起电压崩溃。系统高频率运行，可增加系统和用户的无谓损耗，使旋转、往复动作设备超速运转，造成毁灭性伤害等等。3.2电压与电压质量2.频率偏差限值与频率调整GB/T15945-2008标准中规定：①电力系统正常运行下频率偏差的限值为±0.2HZ，当系统的容量较小时，可放宽到±0.5HZ。②周期性或非周期性的快速从电力系统中取用功率的冲击性负荷，引起系统频率变化的限值为±0.2HZ。为防止系统在低于或高于标称频率下运行，要求提高负荷预测精度，减小计划发出电力与实际负荷的偏差，进一步发挥自动发电控制(AGC)的作用。电力系统运行时的频率调整可有一次调频、二次调频等。在三相交流电力系统中，当作为供电电源的发电机或变压器的三相绕组为星形连接时中性点有三种运行方式：（1）电源中性点不接地（2）中性点经阻抗接地（3）中性点直接接地前两种称为小接地电流系统，后一种称为大接地电流系统。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3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式1.中性点不接地系统即系统中所有电源的中性点都不接地，如图3.1所示。线路正常运行时，对地有分布电容存在，此时相电压对称，三个相的对地电容电流Ico也对称。这样，三个相的对地电容电流的相量和为零，大地中没有电流流过。各相的对地电压为其相电压。3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式当系统发生单相接地故障时，假设L3相接地，则L3相对地电压为零，如图3.2所示。L1相对地电压：（3-13）L2相对地电压：（3-14）11313LOLLLUUUU22323LOLLLUUUU图3.2单相接地时中性点不接地系统的电路与相量图3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式由图可知，L3相接地时，非故障L1、L2两相对地电压都由相电压升高到线电压，即升高了倍。L3相接地时的接地电流：（3-15）3(1)12CCLCLIII（）图3.2单相接地时中性点不接地系统的电路与相量图3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式由上式可看出，接地电流有效值是故障时非故障对地电容电流有效值的倍，故障时非故障对地电容电流有效值又是正常下对地电容电流有效值的倍，所以中性点不接地系统中单相接地电流的有效值是正常下对地电容电流有效值的3倍，即：（3-16）一般电缆的单位电容为200～400pF/m左右，架空线单位电容为5～6pF/m，电缆线路的接地电容电流是同等长度架空线路的37倍左右。电缆线路单相接地电流有效值的经验计算公式为：（3-17）式中：系统标称电压，kV。电缆长度，km。(1)3CCOII(1)0.1CNcabIULNUcabL333.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式由(3-17)式可类推出架空线以及电缆、架空混合线路的单相接地电流有效值公式。显然，当中性点不接地系统中发生单相接地故障时，接地电流为电容性电流，数值较小，不构成短路；并且故障时系统线电压的对称性也没遭受破坏，所以三相用电设备仍能正常运行；为防止绝缘损坏及再有一相发生接地时，造成两相接地短路事故，在中性点不接地系统中，要装设专门的绝缘监视装置和单相接地保护。当系统发生单相接地故障时，绝缘监视装置动作于信号，提醒运行人员及时处理故障；当有可能危及人身及设备安全时，则采用零序的单相接地保护，动作于跳闸。在我国的中压系统特别是3～10kV，一般采用中性点不接地的运行方式。我国的低压系统中也有中性点不接地的形式。3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式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。因此，在单相接地的电容性电流大于规定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式，如图3.3所示。3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式消弧线圈实际上是一个单相(分匝式或连续可调型)电抗器，接于电源中性点与大地之间。系统发生单相接地时，接地点的电流为接地电容电流与消弧线圈电感电流之和，两电流相互抵消，小于生弧电流，没有电弧产生。中性点不接地系统和中性点经消弧线圈(阻抗)接地系统发生单相接地时的接地电流较小，所以统称为小接地电流系统。3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3.中性点直接接地(或经低阻抗)接地系统如图3.4所示，此系统单相接地时，形成单相接地短路。单相短路电流远大于线路的正常负荷电流，因此系统单相接地时，短路保护装置动作于跳闸，切除故障。(1)K(1)KI3.3电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式中性点直接接地系统发生单相接地时，非故障相的对地电压不会升高。因此此系统中的供用电设备对地绝缘只需按相电压考虑。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。我国的低压系统中也有中性点直接接地的形式。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。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。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TN系统为中性点直接接地的运行方式，又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。TN系统中，引出有中性线(N线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线)。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”。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电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式1）TN-C系统如图3.5所示。TN-C系统又叫三相四线制系统，在我国低压配电系统中曾经应用普遍。3.3电力系统中性点运行方