建筑供配电系统

1 建筑电气 2 第一节 供配电系统 1.配电系统的组成 供电电源 配电网 用电设备 2.电力系统的额定电压 额定电压 电压等级： 0.4kV、 3kV、 6kV、 10kV、 20kV、35kV、 66kV、 110kV、 220kV、 330kV、500kV. 3 1kV及以上的为高压， 1kV以下的为低压。 根据 城市电力网规定设计规则 规定： 输电网： 110kV、 220kV、 330kV、 500kV 高压配电网： 66kV、 110kV 中压配电网： 3kV、 6kV、 10kV 低压配电网： 0.4kV（ 220/380V） 4 3.电压选择 用电单位的供电电压应根据 用电容量、设备特征、 供电距离、当地公共电网现状及其发展等因素 ，经 过技术经济方面比较后再确定。 (1)用电设备总容量在 250kW以上或变压器容量在 160kVA以上 时，宜以 10kV供电；当用电设备总容量 在 250kW以下或变压器容量在 160kVA以下 时，可由低压供电。 (2)对大型公共建筑，应根据空调冷水机组的容量以及地区供电条件，合理确定机组的额定电压和用电单位的供电电压，并应考虑大容量电动机启动时对变压器的影响。 5 我国电力系统中， 220 kV及以上电压等级用于 大型电力系统的主干线 ，输送距离在几百千米； 110 kV电压用于 中、小电力系统的主干线 ，输送距离在 100 km左右； 35 kV则用于 电力系统的二次网络或大型建筑物、工厂的内部供电 ，输送距离在 30km左右； 6 10 kV电压用于送电距离为 10 km左右的 城镇和工业与民用建筑施工 供电； 电动机、电热 等用电设备，一般采用三相电压 380 V和单相电压 220 V供电； 照明用电 一般采用 380/220 V供电。 6 4.电能质量 电力系统的电能质量是指 电压、频率和波形的质量。 电能质量主要指标包括： (1)电压偏差； (2)电压波动和电压闪变； (3)频率偏差； (4)电压不对称度； (5)谐波（电压谐波畸变率和谐波电流含有率）。 此外还应考虑电动机启动时的电压下降。 7 电压 也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位 正电荷因受电场力作用从 A点移动到 B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为 伏特 (V)，常用的单位还有 毫伏 (mV)、微伏 ( V）、千伏 (kV)等。 频率 是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量，常用符号 f或 v表示，单位为秒 -1。单位为赫兹，简称“赫”。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学和无线电技术中也常用。交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，叫做电流的频率。 波的图象叫做波形，不同的音色有不同的波形显示。频率不同时，波形表现出弹簧式的伸缩；振幅不同时，波形表现出山峰式的起伏。 8 1电压偏差 (1)当供配电系统改变运行方式以及负荷缓慢地变化时，供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压U与系统 额定电压 Un之差 U称为电压偏差。以百分数表示，即 产生电压偏差的原因是系统滞后的无功负荷所引起的系统电压损失。电压偏差衡量点为供用电产权分界处或电能计量点。 (2)用电设备端子处电压偏移允许值。 正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值（以标称电压的百分数表示）宜符合下列要求。 9 1)照明：室内场所为士 5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为 +5%、 - 10%；应急照明、景观照明、道路照明和警卫照明为 +5%、 -10%。 2)一般用途电动机为土 5%。 3)电梯电动机为士 7%。 4)其他用电设备，当无特殊规定时为 5%。 (3)供电电压允许偏差值。 用电单位受电端供电电压的偏差允许值，应符合下列要求： 1) 10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的士 7%； 2) 220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的 +7%、 -10%； 3)对供电电压允许偏差有特殊要求的用电单位，应与供电企业协议确定。 10 2电压波动 (1)电压波动。 电压波动指一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动。用电压的最大值与最小值之差与系统标称电压（额定电压）的比值，以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒 0.2%时称为电压波动。 电压波动的幅值为 11 (2)电压波动允许值。 1)电压波动时用电设备端子电压水平允许值为 10%，配电母线电压波动允许值为 2.5%。 2)公共供电点（电力系统中两个或多个用户的连接处）由波动性功率负荷产生的电压波动允许值： 10kV以下系统为 2.5%； 35 110kV系统为 2%。 3)电弧炉引起的配电母线电压波动值按照公共供电点电压波动允许值考虑。 4)较大功率的电阻焊机引起的配电母线电压波动值按 2. 5%考虑，波动频率小于 1Hz。 (3)电压闪变。 电压闪变是指负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升降，照度随之急剧变化的现象。 12 3不对称度 (1)不对称度。 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标。多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为 电压的不对称度 ，电流负序分量与电流正序分量的比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。 (2)不对称度允许值。 不平衡度允许值指的是在电力系统正常运行的最小方式下，负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产（运行）周期中的实测值，例如炼钢电弧炉应在熔化期测量等。 电力系统公共连接点正常运行方式下不对称度允许值为 2%，短时不得超过 4%，每个用户不得超过 1.3%。 13 4频率偏差 频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为 50Hz，又叫工频。 在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差如下： (1)电网装机容量在 3000兆 kW及以上的，为 0.2Hz； (2)电网装机容量在 3000兆 kW以下的，为 0.5Hz； (3)在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过 1.OHz。 实际运行中，我国各跨省电力系统频率都保持在 +0.1 Hz -0.1Hz的范围内，在电网质量中最有保障 。 14 5谐波 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由非线性系统引起酌。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。 15 第二节 电力负荷分级及供电要求 电力网上用电设备所消耗的功率，称为用户的“用电负荷”或“电力负荷”。 用户供电的可靠性程度，是由用电负荷的性质来决定的。 根据建筑物的类别和用电负荷的性质，按 民用建筑电气设计规范 规定，对用电负荷划分为三个等级： 16 1一级负荷 中断供电将造成人员伤亡时； 中断供电将造成重大政治影响时； 中断供电将造成重大经济损失时； 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱时。 如火车站，大会堂，重要宾馆，通讯交通枢纽，重要医院的手术室，炼钢炉，国家级重点文物保护场所等。 17 2二级负荷 中断供电将造成较大政治影响时； 中断供电将造成较大经济损失时， 如大量产品和原材料报废，大量减产或发生重大设备损坏事故，重点企业连续生产过程需要长时间才能恢复； 中断供电将造成公共场所秩序混乱时。 18 3三级负荷 凡不属一级和二级负荷者。 下面对民用建筑及工业建筑的常用设备及部位的负荷分级列表分类，如下表 1.1所示： 各个级别的负荷对用电的可靠性有不同的要求，以一级要求最重要、最严格 ,二级、三级逐渐降低要求。 19 建筑类别 建筑物名称 用电设备及部位 负荷级别 住宅建筑 高层普通住宅 电梯、照明 二级 旅馆建筑 高级旅馆 宴会厅、新闻摄影、高级客房电梯等 一级 普通旅馆 主要照明 二级 办公建筑 省、市、部级办公室 会议室、总值班室、电梯、档案室、主要照明 一级 银行 主要业务用计算机及外部设备电源、防盗信号电源 一级 教学建筑 教学楼 教室及其他照明 二级 实验室 一级 科研建筑 科研所重要实验室，计算中 心、气象台 主要用电设备 一级 电梯 二级 文娱建筑 大型剧院 舞台、电声、贵宾室、广播及电视转播、化装照明 一级 医疗建筑 县级及以上医院 手术室、分娩室、急症室、婴儿室、理疗室、广播照明 一级 细菌培养室、电梯等 二级 商业建筑 省辖市及以上百货 大楼 营业厅主要照明 一级 其他附属 二级 博物建筑 省、市、自治区及以上博物 馆、展览管 珍贵展品室的照明、防盗信号电源 一极 商品展览用电 二级 商业仓库建筑 冷库 大型冷库、有特殊要求的冷酷压缩机及附属设备、电梯、库内照明 二级 司法建筑 监狱 警卫信号 一极 表 1.2 民用建筑常用重要电力负荷级别 20 民用建筑中消防用电的负荷等级，应符合下列规定( 高层民用建筑设计防火规范 GB 50045、 建筑设计防火规范 GBJ 16)。 (1) 一类高层民用建筑的消防控制室、火灾自动报警及联动控制装置、火灾应急照明及疏散标志、防烟及排烟设施、自动灭火系统、消防水泵、消防电梯及其排水泵、电动的防火卷帘及门窗以及阀门等消防用电为一级负荷，二类高层民用建筑内的上述消防用电应为二级负荷。 (2)特、甲等剧场， (1)所列的消防用电为一级负荷；乙、丙等剧场应为二级负荷。 (3)特等体育场馆的应急照明为一级负荷中的特别重要负荷；甲等体育场馆的应急照明为一级负荷。 21 (4)当在主体建筑中有一级负荷中特别重要负荷时，直接影响其运行的空调用电应为一级负荷。当在主体建筑中有大量一级负荷时，直接影响其运行的空调用电应为二级负荷。 (5)重要电信机房的交流电源，其负荷级别应与该建筑工程中最高等级的用电负荷相同。 (6)区域性的生活给水泵房、采暖锅炉房及换热站的用电负荷，应根据工程规模、重要性等因素合理确定负荷等级，且不低于二级。 (7)有特殊要求的用电负荷，应根据实际情况与有关部门协商确定。 22 1. 一级负荷的供电要求 级负荷应由两个独立电源供电，按照生产需要和允许停电时间，采用双电源自动或手动切换的接线，或双电源对多台一级用电设备分组同时供电的接线。 所谓独立电源，是指若干电源中任一电源发生故障或停止供电时，不影响其他电源继续供电。同时，具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段，均属独立电源。 1)每段母线的电源来自不同发电机或变压器 2)母线段之间无联系，或虽有联系但在一段发生故障时，能自动将其联系切断，不影响另一段母线继续供电。 对于一级负荷中特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。 常用的应急电源有：独立于正常电源之外的发电机组、干电池、蓄电池、专门供电线路等。 23 2. 二级负荷的供电要求 对于二级负荷，应由二回线路供电，供电变压器也应有两台 (这两台变压器不一定在同一变电所 )。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应做到不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。 3. 三级负荷的供电要求 三级负荷属不重要负荷，对供电无特殊要求。但在条件允许的情况下，应尽量提高供电的可靠性和连续性。 24 第三节 建筑电气设计的内容、程序与要求 1.设计内容 建筑电气设计从狭义上仅指民用建筑中的电气设计，从广义上讲应该包括 工业建筑、构筑物和道路、广场等户外工程 。 传统建筑电气设计只包括 供电和照明 ，而现在一般将其设计的内容归纳为 强电和弱电 。供电、照明、动力、防雷、接地属于强电，而其余部分，如电话、电视、消防和楼宇自控等内容属于弱电。 25 1.1 供电系统 建筑供电系统设计主要是解决建筑物内用电设备的电源问题，包括 变配电所的设置、线路计算、设备选择 等。 (1)供电设计。 供电设计包括供电电源的电压、来源、距离和可靠程度；目前供电系统和远景发展情况；用电负荷的性质、总设备容量和计算负荷；变配电所的数量、容量、位置和主接线；无功功率的补偿容量和补偿前后的功率因数；备用容量和备用电源供电的方式；继电保护的配置、整定和计量仪表的配置。 为了保证供电的可靠性，现代高层建筑 至少应具备两个独立电源 。两路独立电源的运行，原则上是两路同时使用、互为备用。此外，还必须装设应急柴油发电机组，并要求在 15s内恢复供电，以保证应急照明、消防设备、电脑电源等用电。国内高层建筑大都采用 10kV等级，对用电量大而且有条件的，建议采用35kV深入负荷中心供电。 26 (2)电力负荷计算。 电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备、安全可靠与经济运行，起着决定性的作用。 负荷计算的基本方法有需要系数法、单位负荷法等。 (3)短路电流计算。 计算各种故障情况，以确定各类开关电器的整定值、延时时间。 (4)高压接线。 现代高层建筑一般要求采用两路独立电源同时供电，高压采用单母线分段、自动切换、互为备用。 27 母线分段数目应与电源进线回路数相适应。只有侠电电源为一主一备时，才考虑采用单母线不分段的型式。若出线回路较多时，通常考虑分段。 电源进线方式多采用电缆埋地或架空引入。 高压配电系统及低压干线配电方式常采用放射式，楼层配电则为混合式。 现代高层建筑的竖井多采用插接母线槽。水平干线因走线困难，多采用动力与竖井母线通过插接箱连接的方式。每层楼竖井设层配电小间，经过插接箱从竖井母线取得电源。当层数较多或负荷巨大时，可按楼层分区供电或将变压器分散布置，但要进行经济因素分析。 28 (5)低压配电线路设计。 首先确定进户线的方位，然后确定各区域总配电箱、分箱的位置，根据线路允许电压降等因素确定干线的走向，管材型号和规格，导线截面等，绘制平面图。 低压配电系统的各级开关，一般采用低压断路器。设计时注意选择性，保护等级不宜超过三级。重要负荷要求两路供电、末端切换，如消防电梯，要求在电梯机房设置切换装置、互为备用。配电设计包括配电系统的接线、主要设备选择、导线及敷设方式的选择、低压系统接地方式选择等。 (6)电气设备选择。 现代建筑要求电气设备防火、防潮、防爆、防污染、节能及小型化。 电气工程师所要选择的产品包含在每个设计子项中，主要有电源设备、高低压开关柜、电力变压器、电缆电线、母线槽、开关电器、照明灯具、电信产品、消防安防产品、楼宇自控产品等。 29 (7)继电控制与保护。 继电控制与保护包括二次回路方案的确定和继电保护的选择与整定。 (8)电能质量。 功率因素要求补偿到 0.9 0.95，可采用集中补偿或分散补偿方式。为降低变压器容量，集中补偿装置通常采用干式移相电容器，设置在低压配电柜一起。 (9)变配电所设计。 根据建筑特点，确定变电所设计是建筑供电的重点，其设计的内容主要有： 变配电所的负荷计算；无功功率补偿计算；变配电室的位置选择；确定电力变压器的台数和额定容量的计算；选择主接线方案；开关容量的选择和短路电流的计算；防雷保护及接地装置的设计；变配电所内的照明设计。 (10)电梯。 确定电梯台数和决定电梯功能。 30 1.2 照明系统 电气照明设计包括设计说明、光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、安装方式、眩光控制、调光控制、线路截面、敷设方法和设备材料表等。 (1)电光源。 选择正确的人工光源是照明设计的保证。 (2)照度计算。 照度计算是设计的理论根据。 (3)灯具选型。 根据不同的场合选择不同的灯具，以达到预期的效果。选择灯具需要考虑的技术参数有灯具效率、照度值、功率消耗等。 (4)应急照明。 应急照明包括：正常照明失效时，为继续工作而设的备用照明；为使人员在火灾情况下，能从室内安全撤离至室外而设置的疏散照明；正常照明突然中断，为确保处于潜在危险中的人员安全而设置的安全照明。 31 1.3 电气安全系统 (1)安全用电。 人的生命安全是电气设计必须首先考虑的问题 (2)防雷。 雷击是一个概率事件，设置接闪器等防雷装置增大了落雷的概率，但可以有效地控制雷击灾害。传统的防雷方法是采用避雷针、避雷带等。 (3)防火。 随着建筑物的日趋复杂化，功能的多样化，防火问题变得越来越重要。由于电气原因引起的火灾在不断上升之中，建筑防火设计包括所有的设备专业，给排水要有喷淋、消防泵，暖通要有防排烟，电气的火灾探测器、通信和联动控制系统更是必不可少的。 32 1.4 设计程序 建筑工程设计首先应落实设计任务书和批准文件；检查需要设计的项目、范围和内容是否正确。上述手续齐备后就可办理设计委托文件。 设计人员在开展设计工作前，应进行 调查研究，收集必要的资料，弄清有关的基本条件 ，这是保证设计质量、加快设计进度的前提条件。然后， 设计人员按照设计各阶段的深度要求，编制设计文件 。经过审核后， 报请有关主管部门审查批准，递交施工单位 。施工开始前，设计人员要向施工单位的技术人员或工程负责人作工程技术交底。施工过程中应负责处理有关设计方面出现的技术问题。工程竣工后，参加工程竣工验收。 对于大型建筑工程，如果技术要求较高的、投资规模较大的建设工程项目及大型民用建筑工程设计，在初步设计之前还可根据有关部门或建设单位的需要进行方案设计，对设计工程作出一个或若干个设计方案，按照有关部门或建设单位的需要进行设计，这样可避免在初步设计中出现重大原则问题、作出较大的改动或造成返工。对于工艺上比较复杂而又缺乏设计经验的工程，可以增加工艺设计阶段。小型建设工程设计可用方案设计代替初步设计。 对于一般的工程项目，设计单位需要将编制初步设计的文件递交建设单位，报请上级及有关主管部门批准后，方可根据正式审批意见进行施工图设计。建筑电气设计有关部门一般有： 城乡规划部门、供电部门、邮电部门、消防部门、人防部门、环境保护部门和文物部门等。 33 1.5 设计要求 设计要求内容有：编制供电设计说明书；编写电气设备和材料清单；绘制配电室供电平面图；二次回路图及其他施工图。 (1)建筑电气设计必须严格依据国家规范。为加强对建筑工程设计文件编制工作的管理，保证设计质量，国家制订了相关标准。 (2)根据近期规划设计兼顾远景规划，以近期为主，适当考虑远期扩建的衔接，以利于宏观节约投资。 (3)必须根据可靠的投资数额确定适当的设计标准。 (4)根据用电负荷的等级和用电量确定配电室电力变压器的数量，配电方式及变压器的额定容量等。 34 (5)设计应结合实际情况，积极采用先进技术，正确掌握设计标准；对于电气安全、节约能源、环境保护等重要问题要采取切实有效的措施；设备布置要便于施工和维护管理；设备及材料的选择要综合考虑各种因素。 (6)建筑电气设计是整个建筑工程设计的一部分，设计过程中要与有关 建筑、结构、给排水、暖通、动力和工艺等工种密切协调配合 。 35 1.6 设计文件 设计文件包括：设计说明书，图纸目录，设计图纸，主要设备及材料表，投资概预算表，计算书等。其中设计图纸的绘制，应按照 GB和 IEC标准执行。主要内容 有外线总平面供电设计、变配电室的设计、车间动力供电设计、建筑照明设计，共用天线电视系统设，广播和电话系统设计 等。 施工图设计文件主要以图纸表示，设计说明作为图纸的补充，如果图纸上已经表示清楚的，设计说明就不必重复表述了。 1设计说明 建筑工程项目一般需要有一个施工总说明，给出本工程的总体概念。对于各分项工程局部问题可在其图上写出。 总说明的内容为：工程一般性介绍，如设计依据，色括根据整个工