建筑电气第三章1.ppt

3供电与配电系统,目录,3.1负荷分级与供电要求,1、电力系统的基本概念电能是由发电厂生产的，最终由变电、配电所送到用户。但发电厂大多建设在能源基地附近，往往离用电负荷很远，这就需要将电能经过线路输送到用户。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户；同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备，如图所示。,建筑供配电系统,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,（1）建筑供配电的基本要求我国电力法规定：“电力生产与电网运行应当遵循安全、可靠、优质、经济的原则。电网运行应连续、稳定，保证供电可靠性。”又规定：“国家对电力供应和使用，实行安全用电、计划用电的管理原则。”因此，建筑供配电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济、合理。安全：在电能的供应、分配和使用中，应避免发生人身事故和设备事故，实现供电安全。可靠：在发电、供电系统正常运行的情况下，应连续向用户供电，不得中断。优质：应满足用户对电能质量的要求。,3.1负荷分级与供电要求,经济：供配电系统的投资要少，运行费用要低，尽可能地节约电能和有色金属消耗量。在供电系统中，应采用符合现行国家标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品，不得采用明令淘汰的产品。合理：在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系。既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，按照统筹兼顾、保证重点、择优供应的原则，做好供配电工作。,3.1负荷分级与供电要求,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。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。,3.1负荷分级与供电要求,电力系统的主体结构有电源（水电站、火电厂、核电站等发电厂），变电所（升压变电所、负荷中心变电所等），输电、配电线路和负荷中心。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。其典型结构如图所示:,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,（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。它把分布在广阔地域内的发电厂和用户联接成一个整体，把集中生产的电能送到千家万户分散的电能用户。结构：电力网络的主要组成有电力线路、变电所和换流站。按功能分，包括输电线路、区域电网、联络线和配电网络。电力网络、电力系统和动力系统间的关系如图。,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,网络互联：电力网络中通过联络线把区域电力系统联接来，形成联合电力系统的技术措施。网络互联可以得到若干技术和经济方面的效益：可实现各区域间电能的相互支援；可更合理地调配用电；负荷的变动对系统电能质量的影响将减小；个别发电机组对系统的影响将减小；可以更合理和充分地利用各种类型的发电设备；可利用各地区之间的差异交换电能；若网络结构合理，调度控制恰当，可以提高整个系统的稳定性。,3.1负荷分级与供电要求,（2）发电厂发电厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、太阳能电站、地热发电厂、潮汐发电厂等类型。（3）变电所：接受电能、变换电压、分配电能。有枢纽变电所、中间变电所、终端变电所（4）配电所：接受电能、分配电能（5）电力线路：架空线路，电缆架空线路：绝缘导线、裸导线,3.1负荷分级与供电要求,3、建筑供配电系统及其组成为了接受和分配从电力系统送来的电能，各类建筑都需要有一个内部的供配电系统。(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，把35220kV电压降为610kV电压，向各楼宇小变电站供电，小变电站把610kV降为220380V电压，对低压用电设备供电。,3.1负荷分级与供电要求,中型建筑设施的供电，一般电源进线为610kV，经过高压配电站，再由高压配电站分出几路高压配电线将电能分别送到各建筑物变电所，降为220380V低压，供给用电设备。,3.1负荷分级与供电要求,(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610kV降为220380V的变电所。如果建筑所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，直接由当地220/380V公共电网供电，因此工厂只需设一低压配电间，如图所示。,低压电源进线的小型工厂供电系统,使用电力作为其能量来源的设备和用户即电力负荷，在电能突然中断供应时造成的损失及影响程度各不相同。损失或影响越大的，对供电可靠性的要求应该越高。因此，将电力负荷分类很有必要，以便用不同的供电方式对应不同等级的电力负荷。我国GB50052-95供配电系统设计规范规定：电力负荷按照供电可靠性及中断供电造成的损失或影响的程度分为三个等级：,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,1、一级负荷一级负荷定义为：一旦中断供电将会造成人身伤亡，在经济、政治上遭受重大损失，影响有重大经济、政治意义用电单位的正常工作者。例如：停电造成重大的产品报废、设备损坏的，重要的交通、通信枢纽，信息中心，国宾馆、大型体育建筑、经常用作国际活动的大量人员集中的公共场所的重要电力负荷等等。,3.1负荷分级与供电要求,1、一级负荷JGJ/T16-2008民用建筑电气设计规范规定：国家级政府办公建筑的主要办公室、会议室；电视台、广播电台直接播出的电视演播厅、中心机房；特、甲等剧场的舞台照明、电声设备；一、二级旅馆的宴会厅、餐厅、高级客房；科研院所、高等院校重要实验室电源；县级以上医院急诊部、手术部、婴儿室；一类高层建筑消防水泵、防排烟设施、走道照明、客梯电力、变频调速(恒压供水)生活水泵电力等等属于一级负荷。在一级负荷中，当中断供电将会发生爆炸、中毒和火灾等情况的负荷，以及不允许断电的特别重要场所，被归为一级负荷中的特别重要的负荷。,3.1负荷分级与供电要求,2.二级负荷二级负荷定义为：一旦中断供电将在经济、政治上造成较大损失的，影响重要用电单位的正常工作者。例如：停电造成主要设备损坏、大量产品报废，造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱等等。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。,1.一级负荷的供电要求一级负荷中断供电后果严重，因此要由双电源供电；并要求当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到影响而损坏，以维持继续供电。考虑到电力网的实际情况，在发生故障时还是有可能会引起全部电源进线同时失电而造成停电事故。因此，一级负荷中特别重要的负荷，除了由电力网提供的两个电源供电外，还应增设应急电源，并且严禁将其它负荷接入应急供电系统，以保证其供电的可靠性。,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,3.1负荷分级与供电要求,应急电源定义为：用作应急供电系统组成部分的电源。可作为应急电源使用的有：蓄电池、独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路等。2.二级负荷的供电要求宜用双回线路给二级负荷供电。若地区供电条件困难或负荷较小，二级负荷可由单回6KV及以上电压等级的专用架空线路或电缆供电。当单回电缆线路供电时，应用两根电缆组成的线路，其每根电缆都应能承受100%的二级负荷。,我国规定了电力系统和设备的标准电压，见表3.1。电力系统中发电、输电及配电、用电设备在正常工作下的电压即额定电压必须要与其相符合。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电压与电压质量,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。即：（3-1）,3.2电压与电压质量,1.电压偏差的概念电压偏差实际上就是电压长时间的偏离了标称值，对设备正常运行影响很大。例如实际运行电压低于标称值(欠电压)，会使作为动力的感应电动机转矩下降、电流增大、温度升高，从而降低生产效率、影响产品质量、缩短电机寿命；会使气体放电灯不易或反复点燃，降低照度等。实际运行电电压高于标称值(过电压)时，会使电光源照度增加但寿命缩短；会使感应电动机电流增加、温度升高、绝缘受损，从而缩短电机寿命；会使电子产品的绝缘永久损坏等。,3.2电压与电压质量,3.2电压与电压质量,2.电压偏差的允许值规定电压偏差的允许范围很有必要，我国GB/T12325-2008标准中规定：220V单相供电电压的允许偏差范围为标称电压的+7%，-10%，20kV及以下三相供电电压的允许偏差为标称电压的7，35kV及以上供电电压正负偏差绝对值之和要求不超过标称电压的10(如电压上下偏差均为正或负，则取最大的绝对值)。另外，对供电距离较长、短路容量较小以及对电压偏差有特殊要求的用户，可由供用电双方协商解决。,3.2电压与电压质量,3.电压偏差的调整供配电系统在运行中，因潮流重新分布、运行方式改变等等因素，经常会造成供电电压的较大偏差。为满足用电设备对电压的要求，必须采取措施进行电压调整。常见的电压调整方法有：(1)电力变压器调压普通的电力变压器有无励磁调压装置，称为分接开关。将高压绕组引出几个抽头接至分接开关的电压分接头。改变电压分接头的位置即可调压，不过要在变压器完全不带电的情况下才能调整。如果对电压调整有较高要求需要经常带负载调压的，可以采用有载调压变压器。,3.2电压与电压质量,(2)采用无功补偿调压供配电系统中存在大量的感性负载如感应电动机、电力变压器、接触器、继电器、电焊机、带电感镇流器的气体放电灯等等，它们产生的相位滞后的感性无功功率，降低了功率因数，增加了电压损耗。采用并联电容器补偿感性无功功率，可以减小系统的电压损耗，改善电压水平。如装设于变电所内采用分组投切的办法，则可对供电范围实行中心调压。串联电容补偿，则可用于配电网中局部调压，这种调压作用会随线路负载的变化而变化，因此具有自行调节的能力。,3.2电压与电压质量,(3)其他的调压手段如切除次要的负荷，增加供电线路导线截面、供电线路，缩短供电距离，改善供电线路的功率因数，用阻抗相对较小的电缆线路代替架空线路，尽量使三相负载平衡等等也能有效改善电压的偏差。,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。供配电系统中负荷的剧烈变动将引起电压波动。各种短路故障会造成负荷剧变，进而引起电压较大波动。正常运行时不稳定的负荷如轧钢机、电弧炉、电焊机，大厦中的电梯等等都会引起供配电系统电压波动。,3.2电压与电压质量,1.电压波动和闪变的概念与危害供配电系统中负荷的剧烈变动将引起电压波动。各种短路故障会造成负荷剧变，进而引起电压较大波动。正常运行时不稳定的负荷如轧钢机、电弧炉、电焊机，大厦中的电梯等等都会引起供配电系统电压波动。电压波动可使电动机转速不均匀，影响产品质量；能造成自动化控制装置误动作，计算机电子信息系统工作异常、硬件损坏；产生照明闪烁，引起人眼视觉的不适与疲劳，影响工作与学习；影响对电压波动敏感的精密仪器实验结果等等。,3.2电压与电压质量,3.2电压与电压质量,2.电压变动的计算与限值电压变动是衡量电压波动大小的一个指标，用电压均方根(有效)值曲线上相邻两个极值电压之差对电网标称电压UN的百分数表示之，即：（3-2）式中：电压均方根(有效)值曲线上相邻两个极值电压之差。系统标称电压。,3.2电压与电压质量,国标GB/T12326-2008规定了用户在电力系统公共连接点产生的电压变动的限值，见表3.2。公共连接点(PCC)是电力系统中一个以上用户的连接处。,表3.2电压变动限值,3.2电压与电压质量,实际负荷引起的电压变动值可用公式计算。已知三相负荷有功、无功的变化量、，在系统中产生的电压变动为：（3-3）式中：分别为电网的等值电阻与电抗。考虑到高压电网中，因此上面公式简化为：（3-4）式中：公共连接点处的正常较小运行方式下的短路容量。可用最大短路容量乘以0.7代替之。,3.2电压与电压质量,（3-5）式中：三相负荷的变化量。如果是接于相间的单相负荷，则：（3-6）式中：接于相间的单相负荷的变化量。如果电压波动的变化率低于每秒0.2%时，则可以视为电压偏差。3.闪变的限值电力系统公共连接点处的闪变限值，见表3.3。要求在一周(168h)的测量时间内，所有长时间闪变值Plt都应满足要求。,负荷变动以无功功率的变化量为主时，三相平衡负荷的电压变动简化计算公式为：,3.2电压与电压质量,3.闪变的限值电力系统公共连接点处的闪变限值，见表3.3。要求在一周(168h)的测量时间内，所有长时间闪变值Plt都应满足要求。,3.2电压与电压质量,4.电压波动的抑制可采取以下措施，抑制电压波动及防止闪变：因设备故障而引起电压大幅波动的，应尽快予以切除。对负荷剧烈变动的大型电气设备如炼钢的电弧炉等，采用专用直配高压线，专用变压器对其供电。将负荷剧烈变动的设备接于短路容量较大的电网中，或由更高级电压供电。采用静止无功补偿装置(SVC)或有源滤波装置(DSTATCOM)抑制电压波动与闪变。改进负荷剧烈变动设备的生产工艺，优化设计也是抑制电压波动与闪变的有效方法。,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。对其进行傅里叶级数分解，得到的大于基波频率的整数倍分量，被称为交流电的高次谐波；频率与工频相同的分量是基波。工频交流电之所以会产生波形畸变，是因为公用电网中有许多向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的设备(即谐波源)。电力系统中主要的谐波源有：电力变压器、电抗器，电弧炉，整流变流设备，电弧焊，电力机车，气体放电灯，家用电器中的电视机等等。,3.2电压与电压质量,3.2电压与电压质量,电网中高次谐波的存在会严重危害电力系统和用电设备。比如，谐波的存在可能会使电网发生谐振、增加电网损耗，引起电机的附加损耗和发热、产生机