建筑供电与配电.ppt

建筑供电与配电 主要解决建筑物内用电设备的电源问题 供配电设计是建筑电气设计的重要内容 第2章建筑供电与配电 本章主要内容 1 电力系统和电力网 2 变电所和配电所 3 建筑供配电网络组成 4 三相负荷的计算 2 1电力系统和电力网 由发电厂 电力网和用户组成的统一整体称为电力系统 2 1 1电力系统和电力网 电力系统由发电 输电和配电系统组成 如图 1所示 电力系统将发电厂的电力供给用户 因此电力系统又常称为输配电系统或供电系统 输 配电线路和变电所是连接发电厂和用户的中间环节 是电力系统的一部分 称为电力网 电力网分为 输电网和配电网 由35KV及以上的输电线路和与其连接的变电所组成的网络称为输电网 输电网的作用是将电力输送到各个地区或直接送给大型用户 输电网又称为区域电力网或地方电力网 是电力系统的主要网络 在电力系统中 直接供电给用户的线路称为配电线路 在电力系统中 直接供电给用户的线路称为配电线路 1KV及以上的电压称为高压 1KV以下的电压称为低压 一般将3KV 6KV 10KV等级的电压称为配电电压 将高压为这些等级的电压的降压变压器称为配电变压器 接在35KV及其以上电压等级的变压器称为主变压器 因此 配电网是由10KV及以下的配电线路和配电变压器组成 它的作用是将电力分配到各类用户 2 1 2电力网的电压等级 从输电的角度看 电压越高则输送的距离越远 传输的容量越大 电能的损耗越小 但电压越高 要求绝缘水平也越高 因而造价也越高 电压的等级不宜太多 否则输变电容量重复太多 也不易实现电机 变压器及其他用电设备的生产标准化 电网的接线也比较复杂零乱 目前 我国电力网的电压等级主要有0 22KV 0 38KV 3KV 6KV 10KV 35KV 110KV 220KV 330KV和550KV共10级 根据技术经济原则 根据我国国民经济的发展情况 国家对电压等级做了统一规定 称为额定电压等级 额定电压就是用电设备 发电机和变压器正常工作时具有最好技术经济指标的电压 表 给出我国规定的电力系统额定电压和平均额定电压 对用电设备来说 额定电压应和网络的电压一致 但是在传输负荷电流的过程中 电力网的电压是变化的 图 2表示电力网中电压的变化情况 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 列出根据运行数据和经验确定的 与额定电压等级相适应的输送功率和输送距离 电力网上的用电设备所消耗的功率称为用户的用电负荷或电力负荷 负荷是电力负荷的简称 所谓负荷 从广义上说是泛指电气设备 发电机 变压器 配电装置 配电线路 用电设备等 中的电流或功率 2 1 3用电负荷的分类及对供电电源的要求 用户供电的可靠性等级由用电负荷的性质决定 建筑电气设计技术规程 将用电负荷等级划为三类 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者 中断供电将造成重大政治影响者 中断供电将造成重大经济损失者 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者 如重要铁路枢纽 重要通信枢纽等 1 负荷分级 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者 中断供电将影响重要用电单位的正常工作 主要设备损坏 大量产品报废 连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复 重点企业大量减产等 如交通枢纽 通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷等 不属于一级和二级负荷者为三级负荷 2 负荷对供电电源的要求一级负荷应由两个独立电源供电 且当一个电源发生故障时 另一个电源不应同时受到损坏 并能及时向一级负荷提供电源 二级负荷应采用双回路供电 或采用一回专用线路供电 当电源来自同一区域变电所的不同变压器时 即可满足要求 在负荷比较小或地区供电条件困难时 二级负荷也可由一路6kv以上专用架空线路或电缆供电 三级负荷对电源无特殊要求 一般由单电源供电即可 2 2变电所和配电所 2 2 1变电所 配电所的分类1 变 配电所的类型从设置的地点来分 变电所可分为 1 户外变电所2 附设变电所3 独立变电所4 变台 1 户外变电所变压器安装在户外露天的地面上 不需要建造房屋 所以通风良好 造价低 在建筑平面布置许可的条件下广泛采用 2 附设变电所即变电所与建筑物共享一面墙壁或几面墙壁 此变电所虽比户外变电所造价高 但供电可靠性好 3 独立变电所变电所设置在离建筑物有一定距离的单独建筑物内 此变电所造价高 适用于对几个用户供电 但又不便于附设在某一个用户侧 4 变台将容量较小的变压器安装在户外电杆上或者台墩上 2 2变电所和配电所 2 配电所配电所一般可分为 1 附设配电所把配电所附设在一个建筑物内 造价低 较多采用 2 独立配电所配电所不受其他建筑物的影响 布置方便 便于进出线 但造价较高 3 配变电所带变电所的配电所 也分为附设式和独立式 2 配变电所的位置确定 在规划设计中 合理确定变 配电所的位置和数量需要掌握以下原则 接近负荷中心 进出线方便 尽量避免设在多尘和有腐蚀气体的场所 避免设在有剧烈震动的场所和低洼积水地区 尽可能结合土建工程规划设计 以减少建造投资和电能损耗 节约有色金属的消耗等 2 2 2变 配电所的电气接线图 1 电气接线图的分类分为主接线图和副接线图两种 电气主接线图 电气主接线图 又称一次接线图 是表示电能传送和分配路线的接线图 它是由各种主要电气设备 变压器 高压开关 高压熔断器 低压开关 互感器等电气设备 按一定顺序连接而成 一次接线图中的所有电气设备称为一次电气设备 副接线图 副接线图 又称二次接线图 是表示测量 控制 信号显示 保护和自动调节一次设备运行的电路 与二次接线图相连的的所有测量仪表 保护继电器等电气设备称为二次电气设备 二次接线与一次接线之间由电压互感器和电流互感器相联 互感器的一次侧接于主电路 一次接线图 二次侧接于辅助电路 二次接线图 互感器是一次设备 电气主接线图是研究的重点 电气主接线单线图应按国家标准规定的图形符号和文字及符号绘制 为了阅读方便 常在图上标明主要电气设备的类型和技术参数 2 电气主接线图的设计原则 1 按照用电负荷的要求 保证供电可靠性 2 接线图力求简明 便于运行操作和迅速消除故障 3 应保证操作时的人身安全和在安全条件下进行维修工作 4 留有发展余地 5 节省建设投资 在满足上述要求前提下 还必须考虑如下问题 1 备用电源2 电源进线方式可用架空线进线和电缆线进线 一般采用架空导线 当环境要求较高时 应采用电缆进线 3 功率因数补偿必须保证功率因数不低于0 85 4 电能计量方式对容量在560kVA以下的变压器 经电业部门同意 可在低压计量 对容量较大的变压器 原则上在高压计量 3 变电所主接线图举例 一 上述一台变压器的主接线图接线简单 运行便利 投资少 但供电可靠性差 它只能用于三级负荷 对于一 二级负荷 为了提高供电可靠性 可采用双回路和两台变压器的主接线图 这种接线方式 当其中一路进线电源中断时 可通过低压母线联络开关将断电部分的负荷换接到另一路进线上去 以保证对其中的重要设备继续供电 3 变电所主接线图举例 二 高压配电所的进出线数与供电可靠性 输送容量和电压等级有关 如果有一二级负荷 应采用双回路电源进线 高压母线采用隔离开关分段 有较高的供电可靠性 4 配电所主接线图举例 4 配电所主接线图举例 2 2 3变电所和配电所的主要电气设备 在6 10kV的民用建筑供电系统中 常用的高压一次电气设备有电力变压器 高压熔断器 高压隔离开关 高压负荷开关 高压断路器 高压开关柜等 常用的低压一次电气设备有低压闸刀开关 低压负荷开关 低压自动开关 低压熔断器 低压配电屏等 1 高压电气设备 1 电力变压器按绝缘材料可分为油浸式 干式变压器 按线圈材料可分为铜芯和铝芯的 民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器 高层建筑 地下建筑 机场 发电厂 站 等对消防要求较高的场所宜采用干式变压器 对于工作环境恶劣 要求防尘 防火 防爆的场所 应采用防火防爆电力变压器 近年来 城市中的小区和车间不断采用箱式变压器 与高 低压配电柜并列安装 2 高压熔断器熔断器是一种最简单和最早使用的保护电器 它可以实现短路保护 熔断器由熔体和安装装置组成 熔体由熔点较低的金属如铅 锡 锌 铜 银 铝等制成 图3 22表示限流式熔断器 熔断器的保护作用是靠熔体完成的 熔体是由低熔点的铅锡合金或其他材料制成的 一定截面的熔体只能承受一定值的电流 当通过的电流超过此规定值时 熔体将熔断 从而起到保护作用 熔体熔断所需的时间与电流的大小有关 这种关系通常用安秒特性曲线表示 所谓安秒特性 就是指熔体熔化电流与熔化时间的关系 在6 10KV高压熔断器中 户内广泛采用管式熔断器 户外广泛采用跌落式熔断器 户外高压跌落式熔断器的外形下图所示 跌落式熔断器外形图1 上接线端子 2 上静触头 3 上动触头 4 管帽 带薄 5 操作环 6 熔管 7 铜熔丝 8 下动触头 9 下静触头 10 下接线端子 11 绝缘子 12 固定卡夹 3 高压隔离开关隔离开关的主要功能是隔离电源 当它处于分闸状态时 有明显的断口 使处于其后的断路器等电力设备与电源或带电高压母线隔离 以保障检修工作的安全 按安装地点 高压隔离开关分为户内或户外式两大类 隔离开关没有专门的灭弧装置 一般不允许带负荷操作 即不允许接通和分断负荷电流 但可用来分合一定的小电流 如励磁电流不超过2A的空载变压器 电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器可以用高压隔离开关切断 断路器 隔离开关组成开关组 必须遵循的操作顺序是 接通回路时 先闭合隔离开关 后闭合断路器 断开回路时 先断开断路器 后断开隔离开关 闸刀垂直转动式隔离开关1 导电闸刀 2 操作瓷绝缘子 3 静触头 4 支柱瓷绝缘子 5 底座 6 转轴 高压隔离开关型号含义 GN8 10 600 隔离开关 户内式 设计序号 额定电流 A 额定电压 kV 4 高压负荷开关高压负荷开关是一种介于隔离开关与断路器之间的结构简单的高压电器 具有简单的灭弧装置 常用来分合负荷电流和较小的过负荷电流 但不能分断短路电流 此外 大多数负荷开关具有明显的断口 具有隔离开关的作用 但是负荷开关和隔离开关有明显区别 即隔离开关不能带负荷操作 而负荷开关能带负荷操作 图5 14高压负荷开关 负荷开关常与熔断器联合使用 由负荷开关分断负荷电流 利用熔断器切断故障电流 因此在容量不是很大 同时对保护性能要求也不是很高时 负荷开关与熔断器组合起来便可以取代断路器 从而降低设备投资和运行费用 高压负荷开关也分为户内式和户外式两大类 高压负荷开关型号含义 FN3 10RT 负荷开关 户内式 设计序号 带热脱扣器 额定电压 kV 带熔断器 5 高压断路器 又称高压开关 高压断路器是带有强力灭弧装置的高压开关设备 使供配电系统中重要的开关设备 它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力 它的作用是接通和切断高压负荷电流 并在严重的过载和短路时自动跳闸 切断过载电流和短路电流 高压断路器通常按照灭弧装置分类 主要有油断路器 真空断路器 六氟化硫 SF6 断路器 按用油量分类 有高压少油断路器 也叫高压少油开关 和高压多油断路器 也叫高压多油开关 两类 真空断路器1 上支架 2 上接线端子 3 静触头 4 动触头 5 外壳 6 伸缩软管 7 绝缘杆 8 下接线端子 9 下支架 10 导向杆 11 角杆 12 绝缘耦合器 13 触点弹力压簧 14 闭合位置 15 释放棘爪 16 断路位置 高压断路器型号含义 SN10 10 100050 负荷开关 户内式 设计序号 断流容量 MVA 额定电压 kV 额定电流 A 6 高压开关柜高压开关柜是一种柜式的成套配电设备 它按一定的接线方案将所需的一 二次设备 如开关设备 监察测量仪表 保护电器及一些操作辅助设备组装成一个总体 在变 配电所中作为控制电力变压器和电力线路之用 高压开关柜结构紧凑 运行安全 安装和运输方便 同时具有体积小 性能好 节约钢材和缩小配电室空间等优点 教材中图3 23表示XGN系列固定式和KYN系列移开式高压开关柜 2 低压电气设备低压一次设备包括低压熔断器 刀开关 负荷开关和自动开关以及低压开关柜 又称低压配电屏 等 根据刀开关的构造的不同 分为胶盖开关 刀形转换开关 铁壳开关 熔断式刀开关 组合开关等五类 1 刀开关 组合开关组合开关是一种多功能开关 可用来接通或分断电路 切换电源或负载 测量三相电压 控制小容量电动机正反转等 但不能用作频繁操作的手动开关 2 熔断器 熔断器是一种最简单的保护电器 它可以实现短路保护 熔断器由熔体和安装装置组成 熔体由熔点较低的金属如铅 锡 锌 铜 银 铝等制成 1 瓷插式熔断器 2 螺旋式熔断器 3 封闭式熔断器 4 填充料式熔断器 3 低压断路器 低压断路器的特点低压断路器俗称自动开关 空气开关 它是一种手动操作电器 在正常的工作条件下 可以通过人工操作接通或切断电路 在电路发生故障时 它又能自动分断电路 起到保护作用 它内部没有熔丝 使用方便 所以应用极为广泛 空气开关的特点是 不但具有短路保护 而且具有过载保护和欠压保护功能 能自动切断电路 主要技术参数 额定电压额定电流额定短路分断能力在规定的使用条件下 分断短路预期电流的能力额定短路接通能力在规定的工作电压 功率因数或时间常数下能够接通短路电流的能力 用最大预期电流峰值表示额定短时耐受电流保护特性过电流保护特性 欠电压保护特性和漏电保护特性 结构 低压断路器有三个基本部分组成 主触头和灭弧系统具有不同保护功能的各种脱扣器自由脱扣机构和操作机构 联系上述两部分的中间传递部件 4 漏电保护开关 漏电保护开关由放大器 零序互感器和脱扣装置组成 它具有检测和判断漏电的能力 并在脱扣器的作用下动作跳闸 切断电路 漏电保护开关的工作原理 在设备正常运行时 主电路电流的相量和为零 零序互感器的铁心无磁通 其二次侧没有电压输出 当设备发生单相接地或漏电时 由于主电路电流的相量和不再为零 零序互感器的铁心有零序磁通 其二次侧有电压输出 经放大器放大后 输入给脱扣器 使断路器跳闸 切断故障电路 避免发生触电事故 低压配电屏 低压开关柜 是按一定的接线方案将低压开关电器组合起来的一种低压成套配电装置 用于500V以下的供电设备中 用作动力和照明配电 如下图所示 按维护的方式 分为单面维护式和双面维护式两种 5 低压开关柜 抽出式低压配电柜 3 应急发电机组 常采用柴油发电机组 近年已开始采用燃气轮发电机组 它具有体积小 重量轻 反应速度快和故障率低等优点 应急备用发电机组必须快速自启动 按规定 应能在15s内恢复带负荷供电 4 常用线缆 供配电系统中 载流导体主要有三类 母线 导线和电缆 母线起汇聚及分配电能的作用 导线和电缆起输送电能的作用 5 箱式变压器 箱式变电站是一种高压开关设备 配电变电站和低压配电装置 按一定接线方案排成一体的工厂预制户内 户外紧凑式配电设备 即将高压受电 变压器降压 低压配电等功能有机地组合在一起 安装在一个防潮 防锈 防尘 防鼠 防火 防盗 隔热 全封闭 可移动的钢结构箱体内 机电一体化 全封闭运行 特别适用于城网建设与改造 是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站 箱式变电站适用于矿山 工厂企业 油气田和风力发电站 它替代了原有的土建配电房 配电站 成为新型的成套变配电装置 一 变配电所的位置选择 变配电所的位置选择应根据选择原则 从安全 经济 方便等方面来综合考虑 经技术 经济比较后确定 1 变配电所位置选择的原则 1 靠近负荷中心 2 考虑电源的进线方向 偏向电源侧 3 进出线方便 4 设备运输方便 5 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 6 不应设在有剧烈震动和高温场所 7 不应设在地势低洼和可能积水的场所 8 不应设在有爆炸危险区域 2 2 4变 配电所的布置 结构及对土建设计的要求 2 具体要求 装有可燃性油浸变压器的变配电所 建筑物耐火等级应高于三级 独立变配电所 不宜设在地势低洼和可能积水的场所 在无特殊防火要求的多层建筑中 装有可燃油的电气设备的变配电所 可设置在底层靠外墙部位 但不应设在人员密集场所的上下方 贴邻或疏散出口的两旁 高层建筑的变配电所 宜设置在地下层或首层 一类高 低层主体建筑内 严禁设置装有可燃性油的电气设备的变配电所 高层建筑地下层变配电所的位置 宜选择在通风 散热条件较好的场所 露天或半露天变配电所 不应设置在下列场所 a 有腐蚀性气体的场所 b 挑檐为易燃体或耐火等级为四级及其以下的建筑物旁 c 附近有棉 粮及其他易燃 易爆物品集中的露天堆场 d 容易沉积可燃粉尘 可燃纤维 灰尘或导电尘埃 严重影响变压器安全运行的场所 二 变配电所的布置变配电所主要由高压配电室 变压器室 低压配电室 电容器室 值班室等组成 1 变配电所中维修空间 通道及遮栏1 变压器室 露天或半露天变电所的变压器四周应设不低于1 7m高的固定围栏 墙 当露天或半露天变压器供给一级负荷用电时 相邻的可燃油油浸变压器的防火净距不应小于5m 若小于5m时 应设置防火墙 变压器室的最小尺寸应根据变压器的外廓与变压器室墙壁和门的最小允许净距来决定 设置于变电所内的非封闭式干式变压器 应装设高度不低于1 7m的固定金属网状遮栏 当采用油浸式变压器时 变压器下方应设放油池 变配电所外墙通风口应设防鼠 防虫铁丝网 2 电容器室 独立变配电所1 变压器室 2 高压配电室 3 低压配电室 4 电容器室 5 控制室或值班室 6 辅助房间 7 厕所 2 变配电室的建筑类型 1 变压器室 2 高压配电室 3 低压配电室 4 电容器室 5 控制室或值班室 6 辅助房间 7 厕所 附设式变配电所1 变压器室 2 高压配电室 3 低压配电室 4 电容器室 3 变配电所各房间对建筑的要求 变配电所各房间的采暖 通风 给排水要求 变配电所对消防的要求 建筑物 构筑物及设备的最小防火净距 2 2 6变压器容量的选择 建筑物的计算负荷确定后 建筑物供电变压器的总装机容量 3 24 式中PC 建筑物的计算有功负荷 kW cos 2 补偿后的平均功率因数 变压器的负荷率 因为cos 2必须大于0 9 所以变压器容量主要决定于负荷率 参考教材表3 12给出国产变压器的最佳负荷率 由表可见 变压器运行效率的最高点一般在负荷率60 左右 在实际运行中 建筑物的负荷曲线随时间而变化 即负荷率是时间的函数 因此 从节能及提高经济效益的角度来看 应力求在一段时间内变压器的平均效率接近最佳效率才有实际意义 综合考虑各方面的因素 在单台变压器运行时 建议 的取值范围以70 80 为宜 损失比 变压器负载损耗与空载损耗之比 大的变压器 取低值 损失比小的变压器类型 则取高值 当采用两台变压器时 变压器的总装机容量不但与考虑节能时的负荷率有关 还与考虑供电级别所需的变压器备用率有关 低压配电方式是指低压干线的配电方式 低压干线一般指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路 低压配电的接线方式可分为放射式 树干式和