建筑电气-建筑供配电系统

第2章供配电系统•一般的建筑采用低压供电而高层建筑通常采用10kV甚至35kV电压供电。供配电设计是建筑电气设计的重要内容。2．1电力系统和电力网•为了提高供电的可靠性和实现经济运行，常将许多的发电厂和电力网连接在一起并联运行，由发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统。2．1．1电力系统和电力网•电力系统是由发电、输电和配电系统组成。•电力网——输、配电线路和变电所，即连接发电厂和用户的中间环节。包括输电网和配电网两大部分。•输电网——由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成的网络，输电网的作用是将电力输送到各个地区或直接送给大型用户。输电网又称为区域电力网或地方电力网，是电力系统的主要网络。•配电网——是由lOkV及以下的配电线路和配电变压器所组成的，它的作用是将电力分配到各类用户。•配电线路——直接供电给用户的线路。用户电压如果是380／220V，则称为低压配电线路。把电压降为380／220V的用户变压器称为用户配电变压器。如果用户是高压电气设备，这时的供电线路称为高压配电线路，连接用户配电变压器及其前级变电所的线路也称为高压配电线路；•以上所指的低压，是指lkV以下的电压．1kV及以上的电压称为高压。一般还把3、6、10kV等级的电压称为配电电压，把高压为这些等级的电压的降压变压器称为配电变压器，接在35kV及其以上电压等级的变压器称为主变压器。2．1．2电力网的电压等级•电力网的电压等级是比较多的，不同的电压等级有不同的作用。从输电的角度看，电压越高则输送的距离就越远，传输的容量越大，电能的损耗就越小；但电压越高，要求绝缘水平也越高，因而造价也越高。电压的等级也不宜太多，否则输变电容量重复太多，也不易实现电机、变压器及其他用电设备的生产标准化，电网的接线也比较复杂零乱。目前，我国电力网的电压等级主要有0．22、0．38、3、6、10、35、110、220kV共8级。•按照技术经济原则，根据我国国民经济的发展情况,国家对电压等级作了统一规定，称为额定电压等级。额定电压就是用电设备、发电机和变压器正常工作时具有最好技术经济指标的电压。显然，对用电设备来说，它的额定电压应和网路的电压一致。但是，在传输负荷电流的过程中，电力网的电压是要起变化的。电压标准：•第一类额定电压电压值在100V以下，主要用于安全照明、蓄电池、断路器及其它开关设备的操作电源。•第二类额定电压电压值在100V以上，1000V以下，主要用于低压动力和照明。用电设备的额定电压，直流分110、220、440V几等，交流分380／220V和230／127V两等。建筑用电的电压主要属于这一范围。•第三类额定电压电压值在1000V以上，主要作为高压用电设备及发电、输电的额定电压值。电源引入方式•（1）建筑物较小或用电设备负荷量较小，而且均为单相、低压用电设备时，可由电力系统的变压器引入单相220V的电源；•（2）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时，可由电力系统的变压器引入三相380/220V的电源；•（3）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，但综合考虑技术和经济因素，应由变电所引入三相高压6kV或10kV的电源经降压后供用电设备使用。2.1.3用电负荷的分类•划分负荷等级需要看建筑物的类别和用电负荷的性质。按《建筑电气设计技术规程》，对用电负荷等级划为3类。1、一级负荷•(1)中断供电将造成人员伤亡•(2)中断供电将造成重大政治影响•(3)中断供电将造成重大经济损失•(4)中断供电将造成公共场所的秩序严重混乱2、二级负荷•(1)中断供电将造成较大政治影响•(2)中断供电将造成较大经济损失•(3)中断供电将造成公共场所秩序混乱3、三级负荷•凡不属一级和二级负荷者。2．1．4供电系统的方案•供电系统应根据负荷等级，按照供电安全可靠，投资费用较少，维护运行方便，系统简单显明等原则进行选择。（一）单电源供电方案•（1）单电源、单变压器、低压母线不分段系统。该系统供电可靠性较低，系统中电源、变压器、开关及母线中任一环节发生故障或检修时，均不能保证供电。但接线简单显明，造价低，可适用于三级负荷。（1）（2）（3）（4）•（2）单电源、双变压器、低压母线不分段系统。该系统中除变压器有备用外，其余环节均无备用，一般情况下，变压器发生故障的可能性比其它元件少得多，故该方案和方案（1）相比，可靠性增加不多而投资却大为增加，故不常选用。•（3）单电源、单变压器、低压母线分段系统。仅在低压母线上增加一个分段开关，投资增加不多，但可靠性却比方案（1）大大提高。可适用于一、二级负荷。•（4）单电源、双变压器、低压母线分段系统。该方案与方案（2）有同样的缺点，故不予推荐。（二）双电源供电方案•（1）双电源、单变压器、母线不分段系统。因变压器远比电源故障和检修次数要少，故此方案投资较省而可靠性较高，可适用于二级负荷。•（2）双电源、单变压器、低压母线分段系统。此方案比方案（1）设备增加不多，而可靠性明显提高，可适用于二级负荷。（2）（1）•（3）双电源、双变压器、低压母线不分段系统。此方案不分段的低压母线，限制变压器备用作用的发挥，故不宜选用。•（4）双电源、双变压器、低压母线分段系统。该系统中各基本设备均有备用，供电可靠性大为提高，可适用于一、二级负荷。（3）（4）•（5）双电源、双变压器、高压母线分段系统。因高压设备价格贵，故该方案比方案（4）投资大，并且存在方案（3）的缺点，故一般不宜选用。•（6）双电源、双变压器、高低压母线均分段系统。该方案的投资虽高，但供电的可靠性提高更大，适合一级负荷。（5）（6）2．2低压配电•低压配电方式是指低压干线的配线方式。低压配电干线一般是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路。用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。2．2．1低压配电方式•低压配电的结线方式可分为放射式、树干式和混合式三大类。•放射式——是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，它一般用在下列场所。•(1)供电可靠性高的场所（消防泵、生活水泵和中央空调制冷机组）•(2)单台设备容量较大的场所（电梯）•(3)容量比较集中的地方。•树干式——是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需配电设备及线材较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合•混合式——放射式和树干式的组合放射式树干式混合式2．2．2用电负荷分组配电•高层建筑中的用电量大，用电负荷种类繁多，但并不是所有的用电负荷都必须在任何情况下保证供电，也就是说可以把用电负荷分成保证负荷和非保证负荷，保证负荷包括一级负荷和那些在非消防停电时仍要求保证或可能投入保证负荷母线的负荷；其余则为非保证负荷或一般负荷。•按照《高层建筑设计防火规范》的规定，属于一类建筑的消防控制室，消防水泵、消防电梯、防排烟设施、火灾自动报警，自动灭火装置；火灾事故照明、疏散指示标志和电动的防火门窗、卷帘、阀门等消防用电，为一级负荷，对于这些消防负荷应由两个回路供电，并在末级配电箱内实现自动切换。•用电负荷分组配电方案常见有以下几种：•(1)负荷不分组方案这种方案是负荷不按种类分组，备用电源接至同一母线上。•(2)一级负荷单独分组方案这种方案是将消防用电等—级负荷单独分出，并集中一段母线供电。•(3)负荷按3类分组方案这种方案是将负荷分组，按一级负荷，保证负荷及一般负荷3大类来组织母线。2．3高层建筑供电•高层建筑供电电压一般采用10kV，有条件时也可采用35kV。为了保证供电可靠性，应至少有两个独立电源。还必须装设应急备用柴油发电机组。2．3．1负荷分布及变压器的配置•高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、电热、照明等类。空调设备一般放在大楼的地下室、首层或下部，动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。•在40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部分集中于大楼的顶部。宜将变压器上、下层配置或者上、中、下层分别配置。供电变压器的供电范围大约为15-20层。如日本的新宿中心大厦共60层，变压器配置在地下4层和地面40层，纽约的帝国大厦共102层，变压器配置在地下2层、地面41层及84层。2．3．2负荷指示图和负荷中心•负荷图是将负荷按一定的比例(例如lkVA=1mm2)，标明在用户的总平面图上，并使负荷范围的圆的中心与平面图上的负荷“重心”相符合。任一负荷的圆周直径可按下式计算：式中：D——负荷的圆的直径S——负荷（kVA）M——单位面积的kVA数msD2•负荷中心是供配电设计中一个重要的概念。负荷中心实际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标及不同的计算条件而列出的目标函数来确定。•负荷的大小不是恒定不变的，因此负荷中心常会变动。2．4用电负荷计算•负荷计算的目的在于正确地选择电气设备和电工材料，在进行负荷计算时，要考虑环境及社会因素的影响，并应为将来的发展留有适当余量。2．4．1负荷曲线和计算负荷•负荷曲线是表征用电负荷随时间而变动的一种图形。分有功负荷曲线和无功负荷曲线两种，又可分为日负荷曲线和年负荷曲线•最大负荷——消耗电能最多的半小时的平均功率，可依此作为按发热条件选择电气设备的依据，又称为计算负荷；•尖峰负荷——连续1到2秒的最大平均负荷，即短时最大负荷；•平均负荷——指用电设备在某段时间内所消耗的电能除以该段时间所得的平均功率值。2．4．2负荷计算常用方法•（1）单位建筑面积安装功率法•初步设计阶段可采用单位建筑面积安装功率法序号建筑物名称单位建筑面积安装功率（W/m2）备注1国内高层住宅10—352香港高层住宅10—603国内主要饭店、宾馆30—6070—120无空调有空调4国外饭店、宾馆60—70120—140一般的高级的5国外办公大楼100建筑面积安装功率表•（2）需要系数法•需要系数Kx是用电设备组所需要的最大负荷Pj与其设备安装容量Ps的比值。•根据需要系数Kx求总安装容量为Pj的用电设备组所需计算负荷P的方法为需要系数法。建筑类别需要系数Kx建筑类别需要系数Kx厂房（有自然采光）0．8—0．9宿舍区0．6—0．8厂房（无自然采光）0．9—1医院0．5办公楼0．7—0．8食堂0．9—0．95设计室0．9—0．95商店0．9科研楼0．8—0．9学校0．6—0．7仓库0．5—0．7展览馆0．7—0．8锅炉房0．9旅馆0．6—0．7照明需要系数表