第2章 供配電系統(tǒng)

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1、第2章 供配電系統(tǒng) 一般的建筑采用低壓供電而高層建筑通常采用10kV甚至35kV電壓供電。供配電設(shè)計是建筑電氣設(shè)計的重要內(nèi)容。21電力系統(tǒng)和電力網(wǎng) 為了提高供電的可靠性和實現(xiàn)經(jīng)濟運行，常將許多的發(fā)電廠和電力網(wǎng)連接在一起并聯(lián)運行，由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。211 電力系統(tǒng)和電力網(wǎng) 電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)組成。電力網(wǎng)輸、配電線路和變電所，即連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩大部分。輸電網(wǎng)由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成的網(wǎng)絡(luò)，輸電網(wǎng)的作用是將電力輸送到各個地區(qū)或直接送給大型用戶。輸電網(wǎng)又稱為區(qū)域電力網(wǎng)或地方電力網(wǎng)，是電力系統(tǒng)的主要網(wǎng)

2、絡(luò)。配電網(wǎng)是由lOkV及以下的配電線路和配電變壓器所組成的，它的作用是將電力分配到各類用戶。配電線路直接供電給用戶的線路。用戶電壓如果是380220V，則稱為低壓配電線路。把電壓降為380220V的用戶變壓器稱為用戶配電變壓器。如果用戶是高壓電氣設(shè)備，這時的供電線路稱為高壓配電線路，連接用戶配電變壓器及其前級變電所的線路也稱為高壓配電線路；以上所指的低壓，是指lkV以下的電壓1kV及以上的電壓稱為高壓。一般還把3、6、10kV等級的電壓稱為配電電壓，把高壓為這些等級的電壓的降壓變壓器稱為配電變壓器，接在35kV及其以上電壓等級的變壓器稱為主變壓器。212 電力網(wǎng)的電壓等級 電力網(wǎng)的電壓等級是比

3、較多的，不同的電壓等級有不同的作用。從輸電的角度看，電壓 越高則輸送的距離就越遠，傳輸?shù)娜萘吭酱?，電能的損耗就越小；但電壓越高，要求絕緣水平也越高，因而造價也越高。電壓的等級也不宜太多，否則輸變電容量重復(fù)太多，也不易實現(xiàn)電機、變壓器及其他用電設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，電網(wǎng)的接線也比較復(fù)雜零亂。目前，我國電力網(wǎng)的電壓等級主要有022、038、3、6、10、35、110、220kV共8級。按照技術(shù)經(jīng)濟原則，根據(jù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展情況,國家對電壓等級作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為額定電壓等級。額定電壓就是用電設(shè)備、發(fā)電機和變壓器正常工作時具有最好技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的電壓。顯然，對用電設(shè)備來說，它的額定電壓應(yīng)和網(wǎng)路的電壓一致。

4、但是，在傳輸負荷電流的過程中，電力網(wǎng)的電壓是要起變化的。電壓標(biāo)準(zhǔn)：電壓標(biāo)準(zhǔn)：第第一一類類額額定定電電壓壓 電壓值在100V以下，主要用于安全照明、蓄電池、斷路器及其它開關(guān)設(shè)備的操作電源。第第二二類類額額定定電電壓壓 電壓值在100V以上，1000V以下，主要用于低壓動力和照明。用電設(shè)備的額定電壓，直流分110、220、440V幾等，交流分380220V和230127V兩等。建筑用電的電壓主要屬于這一范圍。第三類額定電壓第三類額定電壓 電壓值在1000V以上，主要作為高壓用電設(shè)備及發(fā)電、輸電的額定電壓值。電源引入方式電源引入方式（1）建筑物較小或用電設(shè)備負荷量較小，而且均為單相、低壓用電設(shè)備時，

5、可由電力系統(tǒng)的變壓器引入單相220V的電源；（2）建筑物較大或用電設(shè)備的容量較大，但全部為單相和三相低壓用電設(shè)備時，可由電力系統(tǒng)的變壓器引入三相380/220V的電源；（3）建筑物很大或用電設(shè)備的容量很大，雖全部為單相和三相低壓用電設(shè)備，但綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟因素，應(yīng)由變電所引入三相高壓6kV或10kV的電源經(jīng)降壓后供用電設(shè)備使用。2.1.3 用電負荷的分類 劃分負荷等級需要看建筑物的類別和用電負荷的性質(zhì)。按建筑電氣設(shè)計技術(shù)規(guī)程，對用電負荷等級劃為3類。1、一級負荷一級負荷(1)中斷供電將造成人員傷亡(2)中斷供電將造成重大政治影響(3)中斷供電將造成重大經(jīng)濟損失(4)中斷供電將造成公共場所的秩

6、序嚴重混亂 2、二級負荷、二級負荷(1)中斷供電將造成較大政治影響(2)中斷供電將造成較大經(jīng)濟損失(3)中斷供電將造成公共場所秩序混亂 3、三級負荷、三級負荷 凡不屬一級和二級負荷者。214 供電系統(tǒng)的方案 供電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)負荷等級，按照供電安全可靠，投資費用較少，維護運行方便，系統(tǒng)簡單顯明等原則進行選擇。（一）單電源供電方案（一）單電源供電方案（1）單電源、單變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。該系統(tǒng)供電可靠性較低，系統(tǒng)中電源、變壓器、開關(guān)及母線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障或檢修時，均不能保證供電。但接線簡單顯明，造價低，可適用于三級負荷。（1）（2）（3）（4）（2）單電源、雙變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。該系

7、統(tǒng)中除變壓器有備用外，其余環(huán)節(jié)均無備用，一般情況下，變壓器發(fā)生故障的可能性比其它元件少得多，故該方案和方案（1）相比，可靠性增加不多而投資卻大為增加，故不常選用。（3）單電源、單變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。僅在低壓母線上增加一個分段開關(guān)，投資增加不多，但可靠性卻比方案（1）大大提高?？蛇m用于一、二級負荷。（4）單電源、雙變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。該方案與方案（2）有同樣的缺點，故不予推薦。（二）雙電源供電方案（二）雙電源供電方案（1）雙電源、單變壓器、母線不分段系統(tǒng)。因變壓器遠比電源故障和檢修次數(shù)要少，故此方案投資較省而可靠性較高，可適用于二級負荷。（2）雙電源、單變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。此方

8、案比方案（1）設(shè)備增加不多，而可靠性明顯提高，可適用于二級負荷。（2）（1）（3）雙電源、雙變壓器、低壓母線不分段系統(tǒng)。此方案不分段的低壓母線，限制變壓器備用作用的發(fā)揮，故不宜選用。（4）雙電源、雙變壓器、低壓母線分段系統(tǒng)。該系統(tǒng)中各基本設(shè)備均有備用，供電可靠性大為提高，可適用于一、二級負荷。（3）（4）（5）雙電源、雙變壓器、高壓母線分段系統(tǒng)。因高壓設(shè)備價格貴，故該方案比方案（4）投資大，并且存在方案（3）的缺點，故一般不宜選用。（6）雙電源、雙變壓器、高低壓母線均分段系統(tǒng)。該方案的投資雖高，但供電的可靠性提高更大，適合一級負荷。（5）（6）22 低壓配電 低壓配電方式是指低壓干線的配線方式

9、。低壓配電干線一般是指從變電所低壓配電屏分路開關(guān)至各大型用電設(shè)備或樓層配電盤的線路。用電負荷分組配電系統(tǒng)是指負荷的分組組合系統(tǒng)。221 低壓配電方式 低壓配電的結(jié)線方式可分為放射式、樹干式和混合式三大類。放放射射式式是一獨立負荷或一集中負荷均由一單獨的配電線路供電，它一般用在下列場所。(1)供電可靠性高的場所（消防泵、生活水泵和中央空調(diào)制冷機組）(2)單臺設(shè)備容量較大的場所（電梯）(3)容量比較集中的地方。樹樹干干式式是一獨立負荷或一集中負荷按它所處的位置依次連接到某一條配電干線 上。樹干式配電所需配電設(shè)備及線材較少，系統(tǒng)靈活性好，但干線故障時影響范圍大，一般適用于用電設(shè)備比較均勻，容量不大，

10、又無特殊要求的場合 混合式混合式放射式和樹干式的組合 放射式樹干式混合式222 用電負荷分組配電 高層建筑中的用電量大，用電負荷種類繁多，但并不是所有的用電負荷都必須在任何情 況下保證供電，也就是說可以把用電負荷分成保證負荷和非保證負荷，保證負荷包括一級負荷和那些在非消防停電時仍要求保證或可能投入保證負荷母線的負荷；其余則為非保證負荷或一般負荷。按照高層建筑設(shè)計防火規(guī)范的規(guī)定，屬于一類建筑的消防控制室，消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動報警，自動滅火裝置；火災(zāi)事故照明、疏散指示標(biāo)志和電動的防火門窗、卷簾、閥門等消防用電，為一級負荷，對于這些消防負荷應(yīng)由兩個回路供電，并在末級配電箱內(nèi)實現(xiàn)自

11、動切換。用電負荷分組配電方案常見有以下幾種：(1)(1)負負荷荷不不分分組組方方案案 這種方案是負荷不按種類分組，備用電源接至同一母線上。(2)(2)一一級級負負荷荷單單獨獨分分組組方方案案 這種方案是將消防用電等級負荷單獨分出，并集中一段母線供電。(3)(3)負荷按負荷按3 3類分組方案類分組方案 這種方案是將負荷分組，按一級負荷，保證負荷及一般負荷3大類來組織母線。23 高層建筑供電 高層建筑供電電壓一般采用10kV，有條件時也可采用35kV。為了保證供電可靠性，應(yīng)至少有兩個獨立電源。還必須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機組。231 負荷分布及變壓器的配置 高層建筑的用電負荷一般可分為空調(diào)、動力、電

12、熱、照明等類?？照{(diào)設(shè)備一般放在大樓的地下室、首層或下部，動力負荷主要指電梯、水泵、排煙風(fēng)機、洗衣機等設(shè)備。在40層以上的高層建筑中，電梯設(shè)備較多，此類負荷大部分集中于大樓的頂部。宜將變壓器上、下層配置或者上、中、下層分別配置。供電變壓器的供電范圍大約為15-20層。如紐約的世界貿(mào)易中心共110層，變壓器配置在第7、41、75、108層，日本的新宿中心大廈共60層，變壓器配置在地下4層和地面40層，紐約的帝國大廈共102層，變壓器配置在地下2層、地面41層及84層。232 負荷指示圖和負荷中心 負荷圖是將負荷按一定的比例(例如lkVA=1mm2)，標(biāo)明在用戶的總平面圖上，并使負荷范圍的圓的中心與

13、平面圖上的負荷“重心”相符合。任一負荷的圓周直徑可按下式計算：式中：D負荷的圓的直徑 S負荷（kVA）M單位面積的kVA數(shù) 負荷中心是供配電設(shè)計中一個重要的概念。負荷中心實際上是一種最佳配電點，它需要按所要達到的優(yōu)化目標(biāo)及不同的計算條件而列出的目標(biāo)函數(shù)來確定。負荷的大小不是恒定不變的，因此負荷中心常會變動。24 用電負荷計算 負荷計算的目的在于正確地選擇電氣設(shè)備和電工材料，在進行負荷計算時，要考慮環(huán)境及社會因素的影響，并應(yīng)為將來的發(fā)展留有適當(dāng)余量。241 負荷曲線和計算負荷 負荷曲線是表征用電負荷隨時間而變動的一種圖形。分有功負荷曲線和無功負荷曲線兩種，又可分為日負荷曲線和年負荷曲線 最最大大

14、負負荷荷消耗電能最多的半小時的平均功率，可依此作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，又稱為計算負荷；尖尖峰峰負負荷荷連續(xù)1到2秒的最大平均負荷，即短時最大負荷；平均負荷平均負荷指用電設(shè)備在某段時間內(nèi)所消耗的電能除以該段時間所得的平均功率值。242 負荷計算常用方法（1 1）單位建筑面積安裝功率法）單位建筑面積安裝功率法初步設(shè)計階段可采用單位建筑面積安裝功率法 序號建筑物名稱單位建筑面積安裝功率（W/m2）備注1國內(nèi)高層住宅10352香港高層住宅10603國內(nèi)主要飯店、賓館306070120無空調(diào)有空調(diào)4國外飯店、賓館6070120140一般的高級的5國外辦公大樓100建筑面積安裝功率表建筑面積安裝功率表（2 2）需要系數(shù)法）需要系數(shù)法需要系數(shù)Kx是用電設(shè)備組所需要的最大負荷Pj與其設(shè)備安裝容量Ps的比值。根據(jù)需要系數(shù)Kx求總安裝容量為Pj的用電設(shè)備組所需計算負荷P的方法為需要系數(shù)法。建筑類別需要系數(shù)Kx建筑類別需要系數(shù)Kx廠房（有自然采光）0809宿舍區(qū)0608廠房（無自然采光）091醫(yī)院05辦公樓0708食堂09095設(shè)計室09095商店09科研樓0809學(xué)校0607倉庫0507展覽館0708鍋爐房09旅館0607照明需要系數(shù)表照明需要系數(shù)表