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建筑电气设计,南阳理工学院电子与电气工程学院电气工程教研室杨磊,联系方式：77552149Email：yangleirunner,要求,1、关于缺课、迟到、早退2、关于课堂纪律3、关于作业4、关于考试：平时20%，考试80%,选用教材：建筑电气，段春丽等，机械工业出版社,参考教材：现代供电技术，孟祥忠，清华大学出版社工厂供电第4版，刘介才，机械工业出版社供电技术，王崇林等，煤炭工业出版社,供配电技术，唐志平等，电子工业出版社,本书共分9章，主要介绍建筑供配电系统、负荷特点及计算方法；建筑供配电变电所的组成、布置及主要接线；柴油发电机的选择；高低压开关设备及供电导线的选择及供电线路的敷设方式；建筑照明基础知识、照度计算、灯具选择与控制；建筑物防雷接地及等电位联结；同时对智能建筑的组成及功能进行了简单的介绍。,课程章节第1章绪论第2章建筑供配电的负荷计算与无功功率补偿第3章变配电所及柴油发电机第4章电线、电缆及电器设备的选择第5章建筑电气室内线路敷设,第6章建筑照明系统第7章建筑防雷及接地系统第8章智能建筑第9章建筑电气施工图设计与识读课时安排：40学时其中实验6学时，共3个实验,第1章绪论,1电能的特点电能，已经成为人类直接使用能源进行生产，生活的最广泛的形式。人们对于环境保护，绿色生态越来越重视。用电力取代传统的汽油，煤油，煤气作为能量驱动，取暖，照明等已成为事实。大量的电气设备的涌现正是意味着电在人们心目中的地位何其重要。2008年中国南方史无前例的一场大雪灾，江西、湖南等地区大面积的断电，严重影响了人民生活，交通和生产活动。接踵而来的四川大地震，严重破坏了供电，通信设施给每个中国人留下了深刻印象。,1.1电力系统概念及组成,电能的特点：电能易于与其它形式的能源相互转化；输配简单经济；可以精确控制、调节和测量。,2003年全国人均用电150kWh/人。2009年一季度，全社会用电量7810亿千瓦时，包括第一产业、第二产业、第三产业和居民生活用电。2011年上半年，受电力需求较快增长、电煤供应及运力紧张、部分地区干旱导致水电出力下降、局部地区电力供应能力不足、电网跨区调剂能力受限等因素影响，全国电力供需形势总体偏紧，全国全社会用电量为22515亿千瓦时，6月份用电量达到3965亿千瓦时。跨区跨省送电对缓解部分地区电力供需紧张发挥了重要作用，如“西电东送”等。,全国用电情况：,电力系统由发电厂、输配电网、变电所及电力用户组成的统一整体。它的任务是生产、变送、输送、分配与消费电能。图1-1电力系统示意图。,2电力系统概念及组成,(1)发电厂,发电厂是生产电能的工厂，是将自然界蕴藏的各种一次能源（如热能、水的势能、太阳能及核能等）转变为电能。它是电力系统的核心。建立发电厂一般都是就近原则。通过发电机把各种形式的能转变为电能，经升压变换后送入电力网，目前我国以火力发电厂和水力发电厂为主。,内蒙古准格尔电厂（西部大开发中第一个大型火电项目）,长江三峡水利枢纽工程,水力发电示意图1引水管2发电机水轮机4尾水管,广东大亚湾核电站,太阳能,(2)输配电网,输配电网是进行电能输送的通道。它分为输电线路和配电线路。输电线路：将发电厂发出的经升压后的电能送到邻近负荷中心的枢纽变电站，或连接相邻的枢纽变电站，由枢纽变电站将电能送到地区变电站，其电压等级一般在220kV以上；配电线路：将电能从地区变电站经降压后输送到电能用户的线路，其电压等级一般为110kV及以下。,电网等级：1kV以下为低压电网，3-330kV为高压电网，330-1000kV为超高压电网，1000kV以上为特高压电网。3kV及以上的高压电网主要用于发电、配电及高压用电设备；110kV及以上的高压与超高压主要用于远距离的电力输送。,变电站是变换电压和交换电能的场所。组成:变压器和配电装置。按变压性质和作用分类：升压变电站和降压变电站。配电所：仅装有受、配电设备而没有变压器。,(3)变电站,1)升压变电站：将发电厂发出的电能进行升压处理，便于大功率和远距离传输。2)降压变电站：对电力系统的高电压进行降压处理，以便电气设备的使用。枢纽变电站：起到对整个电力系统各部分的纽带联结作用，负责对整个系统中电能转输和分配；区域变电站：是将枢纽变电站送来的电能做一次降压后分配给电能用户；,用户变电站:接受区域变电站的电能，将其降压为能满足用电设备电压要求的电能且合理地分配给各用电设备。（4）电力用户：就是电能消耗的场所。是从电力系统中汲取电能，并将电能转化为机械能、热能、光能等。如电动机、电炉、照明器等设备。,典型的电力系统,电力系统示意图,3建筑供配电系统及其组成,建筑供配电系统由高压（10kV）配电线路、变电站（包括配电站）、低压配电线路和用电设备组成；一般民用建筑的供电电压在10kV及以下，只有少数特大型民用建筑物及用电负荷大的工业建筑供电电压在35110kV之间。,建筑供配电系统的学习重点应放在10kV及以下电源及供配电系统、防雷接地系统、照明系统、电气传动控制系统和智能建筑系统。,4电力系统运行的特点,（1）电能生产的重要性电能与其他能量之间转换方便，易于大量生产、集中管理、远距离输送、自动控制，因此电能是国民经济各部门使用的主要能源，电能供应的中断或不足将直接影响国民经济各部门的正常运转，这就要求系统运行的可靠和电能供应的充足。（2）系统暂态过程的快速性元件的投入和退出，电力系统的短路等故障都在一瞬间完成，并伴随暂态过程的出现，这就要求系统有一套迅速和灵敏的监视、测量、控制和保护装置。（3）电能发、输、配、用的同时性即发电厂任何时刻生产的电能必须等于该时刻用电设备使用的电能与分配、输送过程中损耗的电能之和，这就要求系统结构合理，便于运行调度。,1.2电力系统的额定电压,额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。1电力系统额定电压的规定图1-1所示的电力系统各部分的电压等级是不同的。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就小。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越大。电气设备的额定电压在我国已经统一标准化，发电机和用电设备的额定电压分成若干标准等级，电力系统的额定电压也与电气设备的额定电压相对应，它们统一组成了电力系统的标准电压等级。我国国家标准标准电压（GB156-1993）规定的部分额定电压见表1-1我国三相交流电网和电力设备的额定电压。,P=UI,P=I2R,U=IR,表1-1我国交流电网和电力设备的额定电压,2用电设备、发电机、变压器的额定电压分析,电气设备的额定电压等级与电网额定电压等级相对应。（l）用电设备的额定电压用电设备的额定电压应和电网的额定电压一致。但实际电网电压偏离额定值，为保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。（2）发电机发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。,国家标准规定，供电设备的额定电压高出电网和受电设备额定电压的5%。,（3）变压器变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，1）当变压器接于电网时，等同于受电设备，额定电压与电网一致；2）当变压器接于发电机输出端，则其额定电压应与发电机额定电压相同，即比同级电网额定电压高出5%。,对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压损失（按5%计），变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%；当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失（按5%计），此时二次绕组额定电压应比电网额定电压高l0%。,额定电压的国家标准,发电机G的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1NT1=UN.G=10.5（kV）U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV）U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV,变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压,例1已知图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。,3在配电设计中，用电设备端子的电压偏差不应超过表1-2的允许值。4电压等级选择（1）城镇的高压配电电压宜采用10kV，低压配电电压应采用380/220V。（2）用电单位（或称为用户）的供电电压应根据其计算容量、供电距离、用电设备特性、供电回路数量、远景规划及当地公共电网的现状和发展规划等技术经济因素综合考率确定。,（3）小负荷用户宜接入当地低压电网，当用户的计算容量为200kVA或用电设备单台功率250kW；当供电距离250m，计算负荷100kVA者，宜采用高压供电。,6.3kV,6.3/363/121kV,110/10.5kV,330/38.5kV,6/0.4kV,作业：请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压。,1.3建筑供配电的负荷分级及供电要求,1.3.1供电可靠性供电质量：主要由电能质量和供电可靠性两大指标来衡量。,电能质量指标包括电压、波形和频率的质量。对于用户，良好的电能质量是指，电压偏移不超过额定值的5%，正弦交流的波形畸变极限值在3%5%，频率偏移不超过0.20.5Hz的允许范围之内。,供电可靠性：是指供电企业对用户的供电连续性。一般用供电企业的实际供电小时数与全年时间内总小时数的百分比来衡量。,1.3.2负荷等级,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。电力负荷根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；中断供电将在政治、经济上造成重大损失；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。2.符合下列情况之一时，应为二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失；中断供电将影响重要用电单位的正常工作。3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。各类负荷分级见表1-3。,1.3.3各级负荷的供电措施：1.一级负荷用户和设备的供电措施（1）一级负荷的供电电源应符合下列要求：1）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电（根据当地电源的可靠程度及用户要求，在已有两路市电的情况下，同增设自备电源）。2）当一级负荷设备容量在200kW以上或有高压用电设备时，应采用两个高压电源，这两个高压电源一般是由当地电力系统的两个区域变电站分别引来。两个电源的电压等级宜相同。但根据负荷需要及地区供电条件，采用不同电压更经济合理时，亦可经当地供电部门同意，采用不同电压供电；或自备柴油发电机。,3）当需双电源供电的用电设备容量在100kW及以下，又难于从地区电力网取得第二电源时，宜从邻近单位取得第二低压电源，否则应设EPS或柴油发电机组备用电源。4）作为应急用电的自备电源与电力网的正常电源之间必须采取防止并列运行的措施。5）分散的小容量一级负荷：如电话机房、消防中心（控制室），应急照明等，亦可采用设备自带的蓄电池（干电池）或集中供电的EPS作为自备应急电源。,（2）一级负荷的供配电系统应符合下列要求1）一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。2）一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。3）不同级别的负荷不应共用供电回路。4）为一级负荷供电的低压配电系统，应简单可靠，尽量减少配电级数。（3）特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。,2二级负荷用户和设备的供电措施二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复（1）二级负荷用户的供电可根据当地电网的条件，采取下列方式之一：1）宜由两个回路供电，其第二回路可来自地区电力网或邻近单位，也可用自备柴油发电机组（但必须采取防止与正常电源并联运行的措施）。2）由同一座区域变电站的两段母线分别引来的两个回路供电。3）在负荷较小或地区变电条件困难时，可由一路6kV及以上专用的架空线路供电，或采用两根电缆供电，其每根电缆应能承担全部二级负荷。,（2）二级负荷设备的供电应根据本单位的供电条件级负荷的重要程度，采取下列方式之一：1）双电源（或双回路）供电，在最末一级配电装置内自动切换。2）双电源（或双回路）供电到适当的配电点自动互投后用专线送到用电设备或其控制装置上。3）由变电所引出可靠的专用单回路供电。4）应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或用一路电源与设备自带的蓄（干）电池组在设备处自行切换。,3.三级负荷用户和设备的供电措施三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回路线路供电。应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。在以三级负荷为主，有少量一、二级负荷的用户，可设置仅满足一、二级负荷需要的自备电源。,什么是配电级数,配电级数是一个供电回路通过配电装置分配成几个供电回路过程的次数，通过几次分配就称作几级配电。以民用建筑配电为例1、变压器低压380V（400V）出线进入低压配电柜，经过配电柜对电能进行了一次分配（分出多路），这是1级配电；2、前面的出线到各楼层配电箱（或柜），再次分出多路，这个配电箱就是对电能进行了第二次分配，属