10建筑供配电系统

教育部职业教育与成人教育司推荐教材高等职业技术教育教材建筑设备工程（第2版）JIANZHUSHEBEIGONGCHENG1主编：刘昌明鲍东杰10建筑供配电系统第三篇建筑电气建筑供配电系统理解电力系统、供配电系统的基本概念；理解电力系统的额定电压；掌握电力负荷的分级及不同等级负荷对电源的要求；了解供配电系统中性点运行方式，低压配电系统接地的形式，衡量电能质量的主要指标。建筑供配电系统理解负荷曲线、有功负荷系数、无功负荷系数、计算负荷的概念及负荷的工作制，掌握负荷的计算方法：需要系数法和用电指标法（包括负荷密度法、单位指标法、住宅用电量指标法）等。了解低压断路器、低压隔离开关、剩余电流保护装置及其选择，低压熔断器及其选择，电流互感器的使用和选择，电压互感器的使用和选择；掌握电力线缆的选择，了解电力变压器和柴油发电机的选择。电力系统是由生产、转换、分配、输送和使用电能的发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体。图10.1所示为电力系统示意图。在电力系统中除去发电厂和用电设备以外的部分称为电力网络，简称电网，如图10.1所示。一个电网由很多变电站和电力线路组成。10.1.1电力系统、供配电系统的基本概念10.1电力系统概述供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节，其运行特点、要求与电力系统基本相同。只是由于供配电系统直接面向用电设备及其使用者，因此供、用电的安全性尤显重要。供配电系统示意图如图10.1中点画线框部分。10.1电力系统概述额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。10.1.2.1电力系统额定电压的规定在图10.1所示系统中，各部分电压等级是不同的。众所周知，三相交流系统中，三相视在功率S和线电压U、线电流I之间的关系为10.1.2电力系统的额定电压3SUI（10.1）10.1电力系统概述当输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属投资也就越小；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。另一方面，电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济、合理的输电电压。但从设备制造角度考虑，为保证产品生产的标准化和系列化，又不应任意确定线路电压，甚至规定的标准电压等级过多也不利于电力设备制造和运行业的发展。10.1电力系统概述我国国家标准《标准电压》（GB156—2007）规定的部分额定电压如表10.1（见课本209页）所示。在我国，不同地区电网的额定电压系列不同，主要有：330kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／66kV／10kV。由于各电网电压标准的不同，给全国联网造成一定的难度。10.1电力系统概述各种电压等级的适用范围（1）输送功率和输送距离前已述及，对应一定的输送功率和输送距离有一相对合理的线路电压。表10.2（见课本210页）中列出了根据运行数据和经验确定的、与各额定电压等级相适应的输送功率和输送距离。（2）输电电压220～750kV电压一般为输电电压，完成电能的远距离传输功能。该电网称为高压输电网。10.1电力系统概述（3）配电电压110kV及以下电压一般为配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定方式分配至电能用户的功能。其中35～110kV配电网为高压配电网，10～35kV配电网为中压配电网，1kV以下配电网称为低压配电网。3kV、6kV是工业企业中压电气设备的供电电压。20kV电压等级目前还不常用，一般要经论证结果证明用户确实需要时才采用。10.1电力系统概述这里“负荷”的概念是指用电设备，“负荷的大小”是指用电设备功率的大小。不同的负荷，重要程度是不同的。重要的负荷对供电可靠性的要求高，反之则低。10.1.3电力负荷的分级及其对供电电源的要求10.1电力系统概述负荷分级（1）一级负荷符合下列条件之一的，为一级负荷。①中断供电将造成人身伤亡的负荷。②中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。10.1电力系统概述（2）二级负荷符合下列条件之一的，为二级负荷。①中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。②中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。（3）三级负荷不属于一、二级负荷者为三级负荷。10.1电力系统概述不同等级负荷对电源的要求（1）一级负荷对电源的要求一级负荷中有普通一级负荷和特别重要的一级负荷之分。普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。特别重要的一级负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。10.1电力系统概述（2）二级负荷对电源的要求宜由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。10.1电力系统概述（3）三级负荷对电源的要求三级负荷对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。10.1电力系统概述供配电系统中性点运行方式供配电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机绕组的中间点。所谓系统的中性点运行方式，是指系统中性点与大地的电气联系方式，或简称系统中性点的接地方式。10.1.4中性点运行方式及低压配电系统接地的形式10.1电力系统概述（1）中性点接地系统中性点接地系统，就是中性点直接接地或经小电阻接地的系统，也称大接地电流系统。这种系统中一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。10.1电力系统概述（2）中性点不接地系统中性点不接地系统，是指中性点不接地或经过高阻抗（如消弧线圈）接地的系统，也称小接地电流系统。这种系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，因而系统仍可继续运行，这对提高供电可靠性是有利的。对于1kV以下的低压配电系统，中性点运行方式与绝缘的关系已不是主要问题，这时中性点运行方式主要取决于供电可靠性和安全性。因此，1kV以下的低压配电系统采用中性点接地系统。10.1电力系统概述低压配电系统接地的形式低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统，其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。10.1电力系统概述以拉丁文字作代号形式的意义为：第一个字母表示电源与地的关系。T表示电源有一点直接接地；I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接；T表示电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。10.1电力系统概述“-”后的字母用来表示中性导体与保护线的组合情况。S表示整个系统中保护线和中性线是完全分开的，C表示整个系统中保护线和中性线是合一的，C-S表示整个系统中有一部分中性线和保护线是合一的，有一部分中性线和保护线是分开的，合一的中性线和保护线（即PEN线）至少接有一台用电器的外露可导电部分。10.1电力系统概述（1）TN系统根据国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）规定：TN电力系统有一点直接接地，电气设施的外露可导电部分用保护线与该点连接。10.1电力系统概述按中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下三种形式：①TN-S系统（见图10.2）整个系统的中性线和保护线是分开的。②TN-C系统（见图10.3）整个系统的中性线和保护线是合一的。③TN-C-S系统（见图10.4）系统中有一部分中性线和保护线是合一的。10.1电力系统概述（2）TT系统TT系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极（见图10.5）。（3）IT系统IT系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的（见图10.6）10.1电力系统概述电力系统应根据用户对供电连续性的要求可靠供电，同时保证所供电能的质量。衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形。10.1.5电能的质量及其标准10.1电力系统概述。当电力系统的容量在300万kW及以上时，频率偏差允许值为±0.2Hz；电力系统的容量在300万kW以下时，频率偏差允许值为±0.5Hz。10.1电力系统概述电压质量国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值应符合下列要求：①电动机为±5％。②照明，在一般场所为±5％；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足以上要求时，可为+5％、-10％；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5％、-10％。③其他用电设备，当无特殊规定时为±5％。10.1电力系统概述波形质量电能的质量除了频率与电压以外，还包含了供电电压的波形。电力系统电压的波形应是50Hz的正弦波形，如果波形偏离正弦波形就称为波形畸变，可以根据傅里叶级数从畸变的波形中分解出50H