建筑电气设备 第五章 建筑工程供电系统.ppt

建筑电气设备 第5章建筑工程供电系统 5 1供配电系统的组成 电力系统 electricalpowersystem 一个完整的电力系统由各种不同类型的发电厂 变电所 输电线路及电力用户组成 1 发电厂 generatingplant 按一次能源介质划分为火力发电厂 水力发电站 核电站等 此外 还有小容量的太阳能发电厂 风力发电厂 地热发电厂和潮汐发电厂等 正在研究的还有磁流体发电和氢能发电等 2 变电所 substation 变电所是变换电能电压和接受分配电能的场所 如果仅用以接受电能和分配电能 则称为配电站 仅用以把交流电能变换成直流电能 则称为变流所 3 电力网 electricalpowernetwork 输电线路和配电线路统称为电力网 通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路 110kV及以下的电力线路称为配电线路 配电线路又分为高压配电线路 110kV 中压配电线路 6 35kV 和低压配电线路 380 220V 4 电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户 其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的64 是最大的电能用户 5 1供配电系统的组成 工厂供配电系统由总降压变电所 高压配电线路 车间变电所 低压配电线路及用电设备组成 1 总降压变电所总降压变电所负责将35 110kV的外部供电电压变换为6 10kV的厂区高压配电电压 给厂区各车间变电所或高压电动机供电 2 车间变电所车间变电所将6 10kV的电压降为380 220V 再通过车间低压配电线路 给车间用电设备供电 3 配电线路配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路 供配电系统 电气设备的额定电压 就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压 用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致 发电机发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5 用于补偿线路上的电压损失 5 1供配电系统的组成 5 2负荷的分级及其对供电的要求 5 3供配电网络的结构及其要求 供配电网络常用的典型网络结构分为 放射式树干式环式 5 3 1放射式1 单回路放射式网络结构这种供电方式的特点是供电可靠性较高 当任意一回线路故障时 不影响其它回路供电 且操作灵活方便 易于实现保护和自动化 可用于对容量较大 位置较分散的三级负荷供电 此种网络结构在中压和低压系统中均比较常见 2 双回路放射式网络结构对于重要的用户 为保证供电回路故障时 不影响对用户供电 可采用双回路放射式接线 如下图所示 一次投资较大 因此一般仅用于确需高可靠性的用户 并可将双回路的电源端接于不同的电源 以保证电源和线路同时得以备用 可向一 二级负荷供电 此种网络结构在中压和低压系统中均常见 3 带公共备用线的放射式网络结构当二级负荷比较分散时 也可采用带公共备用线的放射式接线 以节省投资 如下图所示 此种网络结构一般在中压系统中应用 5 3 2树干式网络结构1 单回路树干式网络结构如下图所示 树干式网络结构就是由电源端向负荷端配出干线 在干线的沿线引出数条分支线向用户供电 一般用于向三级负荷供电 2 双回路树干式网络结构对于要求高可靠性的用户 采用双回路干线 使线路互为备用 同时可将双回路引自不同的电源 如图所示 实现电源和线路的两种备用 达到向一 二级负荷供电的目的 这种结构在中 低压系统中均广泛应用 5 3 3环式网络结构环式网络结构一般用于中压系统或高压系统 尤其在城市供配电网络中得到广泛应用 可用于对二 三级负荷供电 如图所示 电源可为多个或一个 通常采用开环运行方式 5 3 4各种网络结构的适用对象1 中压系统 1 对于城市非重要用户及郊区 可靠性要求不高 可采用树干式结构 2 对负荷密度大 且供电要求高的用户可采用双电源双回路树干式或环式结构 3 对于提供双电源有困难 用户的供电可靠性要求又较高的情况 可采用放射式结构 2 低压系统在低压供电系统中 环式结构较少使用 常见的网络结构形式是放射式结构和树干式结构 1 对于单台设备容量较大或较重要场合 一般采用放射式结构 2 对于非重要用电设备 用电性质相近 又便于线路敷设时 一般采用树干式结构 3 对于重要用电设备 可采用双电源双回路树干式结构或双电源双回路放射式结构 返回目录 5 4供电网络的结构与敷设 5 4 1架空线架空线路是用杆塔将导线悬挂在空中 导线利用绝缘瓷瓶支持在杆塔的横担上 架空线路主要由导线 一般为钢芯铝绞线 杆塔 绝缘瓷瓶和线路金具等基本元件组成 优点 1 设备简单 造价低 2 露置空中 易于检修和维护 3 利用空气绝缘 建造比较容易 缺点 1 侵占地面位置 有碍交通 2 易受环境影响 安全可靠性较差 3 影响美化 5 4 2电缆线路电缆线路与架空线路相比 具有运行可靠 不易受外界影响 不占地面的优点 但同时也具有投资大 敷设维修困难 难于发现和排除故障的缺点 1 电缆的结构电缆主要由导体 绝缘层 护套层和铠装层组成 2 电缆敷设电缆的敷设路径要求尽量最短 转弯最少 尽量避免与各种地下管道交叉 散热要好 常用的电缆敷设方式有 直接埋地敷设电缆沟电缆桥架另外还有电缆隧道 电缆排管等方式 但较少使用 直接埋地敷设首先挖一深0 7 1m的壕沟 于沟底填上100mm的细砂或软土 再铺设电缆 然后填以沙土 加上保护板 最后回填沙土 这种方式电缆易受机械损伤 土壤化学腐蚀 可靠性差 检修不便 多用于根数不多的线路 电缆沟电缆沟敷设占地少 走向灵活 能容纳较多电缆 但检修维护也不方便 适用于多条电缆走向相同的情况 在容易积水的场所不宜使用 电缆桥架电缆敷设在电缆桥架内 电缆桥架装置是由支架 盖板 支臂和线槽等组成 电缆桥架敷设克服了电缆沟敷设电缆时存在的积水 积灰 易损坏电缆等多种弊病 改善了运行条件 具有占用空间少 投资省 建设周期短 便于采用全塑电缆和工厂系列化生产等优点 5 4 3大厦线路的结构和敷设包括室内配电线路和室外配电线路 室内配电线路大多采用绝缘导线 配电干线可采用裸导线 裸母线结构 也可采用电缆 室外配电线路指沿建筑物外墙或屋檐敷设的低压配电线路 都采用绝缘导线 也包括建筑物之间用绝缘导线敷设的短距离的低压架空线路 1 绝缘导线的结构和敷设绝缘导线按芯线材质分 有铜芯和铝芯两种 一般应优先选用铜芯绝缘导线 尤其是重要回路及震动场所或对铝有腐蚀的场所 绝缘导线的敷设方式 分明敷和暗敷两种 明敷是导线直接或在管子 线槽等保护体内 敷设于墙壁 顶棚的表面及绗架 支架等处 暗敷是导线在管子 线槽等保护体内 敷设于墙壁 顶棚 地坪及楼板等内部 或者在混凝土板孔内敷线等 2 裸导线的结构和敷设建筑物内的配电裸导线大多采取硬母线的结构 其截面形状有圆形 管形和矩形等 其材质有铜 铝和钢 以采用TMY型硬铜母线最为普遍 现代化的建筑物 大多采用封闭式母线 亦称母线槽 布线 封闭式母线安全 灵活 美观 但耗用钢材较多 投资较大 为了识别裸导线相序 以利于运行维护和检修 GB2681 81 电工成套装置中的导线颜色 规定交流三相系统中的裸导线应按表所示涂色 裸导线涂色不仅用来辨别相序及其用途 而且能防蚀和改善散热条件 返回目录 建筑内部低压配电线路 第一节配线选择建筑中采用的配电导线有绝缘电线 电力电缆和封闭式母线等 工程设计时选择何种类型应综合考虑 从负荷大小并结合经济性来看 一般地 当干线电流在200A及以下时可考虑采用绝缘电线 当干线电流在200A至400A时应考虑用电力电缆 当干线电流在400A以上时则多采用封闭式母线 1600A以下 对于大容量设备如空调制冷机组多采用放射式配电 由于其容量大 一般采用电缆或封闭式母线配电 照明负荷的配电干线系统多采用分区树干式或垂直干线式 一般用封闭式母线 这样各层配出线方便 施工也方便 消防用动力设备多选用阻燃电缆配电 第二节电气竖井与配电小间电气竖井是高层建筑物强电及弱电竖向干线敷设的主要通道 竖井内可采用金属管 金属线槽 电缆 电缆桥架和封闭式母线等布线方式 在电气竖井内 如果除敷设干线回路外 还设置备层的电力 照明分配电箱及弱电设备的端子箱等电气设备 则亦称为电气小间 一 电气竖井的位置和数量电气竖井的位置和数量应根据建筑物规模 用电负荷性质 供电半径 建筑物的沉降缝设置和防火分区等因素确定 应保证系统的可靠性 并尽量减少电能损耗 电气竖井的位置宜靠近负荷中心 并注意与变电所或机房等部位的联系方便 这样 可减少干线电缆沟道或干线电缆桥架的长度 从而减少损耗 节省投资 电气竖井应是专用竖井 不得与电梯井 管道井等共用同一竖井 以保证电气竖井内电气线路及电气设备的运行安全 电气竖井应避免邻近烟道 热力管道及其他散热大或潮湿的设施 否则会使电气竖井内温度升高 影响线路导体的允许载流能力 使配电用断路器误动作 或者因潮湿使竖井内线路绝缘强度降低 金属性腐蚀 如果无法远离烟道等热源或潮湿设施 则应采取相应的隔热 防潮措施 考虑到电气竖井向外引出线的方便以及竖井内墙壁的利用 应尽量避免电气竖井与电梯井或楼梯间相邻 有条件时宜分别设置强电和弱电竖井 一般按标准层每600m2设一电气竖井 超过600m2另设竖井 800m2 1000m2设置强电 弱电井个一个 二 配电小间的面积与布置配电小间的面积应根据线路及设备的布置来确定 除了应满足布线间隔及配电箱 端子箱等设备的布置所必需的尺寸外 还应充分考虑布线施工及设备运行的操作维护距离 一般在箱体前留不小于0 80m的操作维护距离 图5 1和图5 2所示为两种强电竖井设备布置方案 图5 3和图5 4所示为两种弱电竖井设备布置方案 三 综合配电柜由于在电气竖井中敷设的干线 除动力干线 照明干线外 还有电话 电视 广播 火灾报警 控制信号等多种线路 为节省空间 简化设计 便于施工和维护管理 可设置综合配电柜 将母干线 电缆及各种电气管线一并装于柜内 综合配电柜的安放竖井可利用建筑物的装饰层 夹层 而不占用建筑物的使用面积 竖井门可与建筑物房间的房门统一考虑 收到整齐 紧凑 美观大方的效果 综合配电柜内一般用钢板隔成强电与弱电两个部分 在强电间隔中安装动力 照明干线和断路器 接触器 端子板等 弱电间隔中设有电话 控制 报警 电视 计算机等用的电缆及端子板 综合配电柜内还设有紧固母线或电缆用的支架 综合配电柜的尺寸 结构可视具体要求而定 第三节垂直干线敷设一 封闭式母线的选用与垂直安装在竖井内垂直安装封闭式母线时 一般采用专用的弹簧支撑器在楼板面上支承 对于400A及以下的小容量封闭式母线可以隔层支承 对于400A以上的大容量封闭式母线则需每层支承 图5 5所示为封闭式母线垂直安装示意图 当封闭式母线的进线盒及末端悬空时应采用支架固定 如图5 6所示 母线槽本身存在着许多无法弥补的缺陷 制作方式 手工 落后 质量无法控制和保证 接头过多 故障点多 供电可靠性差 价格昂贵 不经济 安装环境要求高 施工周期长 耐潮湿 耐腐蚀性差 使用寿命短 维护保养工 作量大 二 电缆桥架的选用与垂直安装电缆桥架的尺寸选择应使电力电缆在桥架横断面的填充率 即桥架内所有电缆包括外护层的总截面与桥架的有效截面之比 不大于40 控制电缆的填充率不大于50 对于电力电缆布线用桥架 其宽度可按不小于桥架内所有电缆外直径之和的1 25倍来选择 电缆桥架在竖井内敷设时 穿楼板可用槽钢或角钢支架固定 垂直方向每隔1 5 2m用角钢支架在墙上固定 桥架内电缆每隔1 5 2m用塑料电缆卡子固定 图5 8所示为电缆桥架在竖井内垂直安装示意图 三 金属线槽的选用与垂直安装同一路径的不同回路可以共槽敷设是金属线槽布线较金属管布线的一个突破 但它是基于金属线槽布线的导线填充率小 散热条件好 施工及维护方便及线路间相互影响较小等原因 因此 金属线槽在选用时应满足散热 敷线等安全要求 电线或电缆的填充率不大于20 载流导线不宜超过30根 在满足所要求的填充率和导线根数的条件下 导线的载流量不必考虑多根共槽敷设的降容系数 如果考虑多根共槽敷设的载流量校正系数 则同一槽内导线或电缆根数可不限 但填充率仍不应超过20 对于控制 信号等线路可视为非载流导体 因此不必考虑散热的问题 这样 填充率可增至50 且导线或电缆的根数亦不限 金属线槽竖井内垂直安装如图5 9所示 四 电缆配线的垂直安装当电缆数量较少时 可以将电缆直接用支架沿墙固定 如图5 10所示 五 竖井垂直布线的几点注意在竖井内垂直布线时 应考虑垂直线路的顶部最大变位和层间变位对干线的影响 特别对超高层建筑尤应注意 变位是建筑物由于地震或风压等外部力量的作用而产生的 实验证明 封闭式母线和金属线槽布线受变位的影响最大 金属管次之 电缆布线最小 为保证线路的运行安全 应在线路的固定 连接和分支上采取相应的防变位措施 线路敷设时 在每个支持点处同时承受三种荷载 导线 电缆及金属管槽等的自重 导体通电后 由于热应力和周围的环境温度经常变化而产生的反复荷载 材料的潜伸 线路由于短路时而产生的电动力荷载 因此 在敷设时应充分考虑这些荷载的影响 以选择合适的导体被覆材料和确定牢靠的固定方式 垂直干线与分支干线的联接方法 直接影响供电的可靠性和工程造价 在垂直干线中 封闭母线的分支比较方便 电缆可以采用T形电缆接头或电缆T接箱分支 预制分支电缆 穿刺线夹 第四节楼层水平线路敷设楼层水平线路的敷设有电缆桥架 金属线槽 电线穿管等方式 电缆桥架水平敷设多用于设备机房和技术夹层的动力线路 金属线槽布线多用于吊顶内敷设 电线穿管则应用于各种场合 一 电缆桥架水平敷设电缆桥架水平敷设时 对于梯架式和托盘式桥架 距地高度一般不宜低于2 5m 对于槽板式桥架 距地高度可降为2 2m 选择和安装桥架时应注意使桥架组成结构满足强度 刚度和稳定性的要求 桥架的承载能力不得超过使桥架最初产生永久变形时的最大荷载除以安全系数为1 5的数值 梯架 托盘在允许均布承载作用下的相对挠度值 对于钢制不宜大于1 100 对于铝制不宜大于1 300 桥架的最大荷载和支撑跨距一般宜按荷载曲线进行确定 跨距一般为1 5 3m 图5 11 图5一14为几种桥架的荷载曲线 电缆桥架多层敷设时 为有利于屏蔽干扰 电力电缆冷却 方便施工 电缆应按电压等级的高低顺序排列 依次为高压电力电缆 低压电力电缆 强电控制和信号电缆 弱电控制和信号电缆 通信电缆 根据具体情况 可按由下而上的顺序 也可按由上而下的顺序排列 但在同一工程中或电缆通道延伸于不同工程的情况下 应按相同的排列顺序原则来配置 电缆桥架多层敷设时的层间间距不应小于表5 1所列的数值 为保障线路运行的安全 以及避免相互间的干扰和影响 下列几种情况的不同电压 不同用途的电缆不宜敷设于同一层桥架上 1kV以上电缆与1kV以下电缆 同一路径向一级负荷供电的两路电源电缆 应急照明电源与其他照明电源 强电电缆与弱电电缆 当受条件限制需安装在同一桥架上时应用隔板隔开 为避免各种其他同道的管道对电缆线路的影响 电缆桥架不宜敷设在腐蚀性气体管道和热力管道的上方及腐蚀性液体管道的下方 否则应采取防腐 隔热措施 电缆桥架与各种管道的相互间距不应小于表5 2所列数值 二 封闭式母线水平安装封闭式母线水平敷设时距地面不应小于2 2m 支持点间距不宜大于2m 封闭式母线可采用支架在墙或柱上安装 也可以用吊杆在楼板下安装 如图5 15所示 封闭式母线穿墙预留洞如图5 16所示 三 金属线槽水平安装金属线槽水平敷设时 吊点及支持点的距离应根据工程具体条件确定 一般应在下列部位设置吊架或支架 直线段不大于3m或线槽接头处 线槽首端 终端及进出接线0 5m处 线槽转角处 金属线槽可采用支架沿墙安装或吊杆在楼板下吊装方式 金属线槽穿墙预留洞如图5 17所示 5 5电力系统的额定电压 2 电力系统的电压等级电力系统中的发电 输电 配电以及用电等设备都是按一定的标准电压设计和制造的 在这一标准电压下运行 设备的技术性能和经济指标将达到最好 这一标准电压称为额定电压 我国国家标准规定的电力网络的额定线电压 0 38 3 6 10 35 63 110 220 330 500 750kV 5 5电力系统的额定电压 选择电力网电压等级的原则是 1 选定的电压等级应符合国家标准 2 根据我国电力工业发展迅速的特点 电压等级不宜过多 以便减少变电重复容量 同一地区 同一电网内 应尽可能简化电压等级 电压级差不宜太小 根据国外经验 110kV以下 或称电网配电电压等级 电压级差一般在3倍以上 110kV及以上 或称电网输电电压等级 电压级差一般在2倍左右 3 我国现有电网的电压等级配置大致分为两类 即110 220 500kV或110 330 750kV 220kV以下的电压等级的配置为10 63 220kV及10 35 110 220kV两种系列 变压器的二次绕组对于用电设备而言 相当于供电设备 第一种情况比用电设备额定电压高10 第二种情况比用电设备额定电压高5 5 5电力系统的额定电压 变压器变压器的一次绕组 相当于是用电设备 所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同 注意 但当变压器一次绕组直接与发电机相连时 变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等 其中5 用于补偿变压器满载供电时 一 二次绕组上的电压损失 另外5 用于补偿线路上的电压损失 因此适用于变压器供电距离较长时的情况 当变压器供电距离较短时 可以不考虑线路上的电压损失 只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可 5 5电力系统的额定电压 线路的平均额定电压线路的平均额定电压 averageratedvoltage 指线路始端最大电压 变压器空载电压 和末端用电设备额定电压的平均值 由于线路始端最大电压比电网额定电压高10 因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5 各级分别为 0 4 3 15 6 3 10 5 37 63 115 230 345 525kV 发电机G的额定电压 UN G 1 05UN L1 1 05 10 10 5 kV 变压器T1的额定电压 U1N T1 UN G 10 5 kV U2N T1 1 1UN L2 1 1 110 121 kV 变压器T1的变比为 10 5 121kV变压器T2的额定电压 U1N T2 UN L2 110 kV U2N T2 1 05UN L3 1 05 6 6 3 kV 变压器T2的变比为 110 6 3kV 例5 1 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 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 电能的质量指标 电压1 电压偏差 2 电压波动 频率我国规定 电力系统的额定频率为50Hz 频率的允许偏差不得超过 0 5Hz 容量大于3000MW的用户 频率偏差不得超过 0 2Hz 电压波形电压波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的 一般规定 电动机的偏差为 5 照明为 5 要求比较高的室内为 5 2 5 远离变电所较小面积要求不高时为 5 10 其他电气设备无特殊要求时为 5 第二节暂载率及其换算 一 工作制划分和暂载率的计算 一 工作制划分和暂载率的计算年最大负荷和年最大负荷利用小时数 1 年最大负荷Pmax年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率 因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30 2 年最大负荷利用小时数Tmax年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax 它是一个假想时间 在此时间内 电力负荷按年最大负荷Pmax 或P30 持续运行所消耗的电能 恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能 第二节暂载率及其换算 下图为某厂年有功负荷曲线 此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷 Tmax为年最大负荷利用小时数 2 平均负荷Pav平均负荷Pav 就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率 也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值 即Pav W t年平均负荷为Pav Wa 8760 3计算负荷 calculatedload 通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的 最大负荷 称为计算负荷 并把它作为按发热条件选择电气设备的依据 用Pc Qc Sc Ic 或P30 Q30 S30 I30 表示 3用电设备的工作方式用电设备按其工作方式可分为三种 1 连续运行工作制 长期工作制 2 短时运行工作制 短暂工作制 3 断续周期工作制 重复短暂工作制 连续运行工作制 长期工作制 在规定的环境温度下连续运行 设备任何部分温升均不超过最高允许值 负荷比较稳定 如通风机水泵 空气压缩机 皮带输送机 破碎机 球磨机 搅拌机 电机车等机械的拖动电动机 以及电炉 电解设备 照明灯具等 均属连续运行工作制的用电设备 短时运行工作制 短暂工作制 用电设备的运行时间短而停歇时间长 在工作时间内 用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却 在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度 这是短暂工作的特点 如机床上的某些辅助电动机 如横梁升降 刀架快速移动装置的拖动电动机 及水闸用电动机等设备 这类设备的数量不多 断续周期工作制 重复短暂工作制 用电设备以断续方式反复进行工作 其工作时间 t 与停歇时间 t0 相互交替 工作时间内设备温度升高 停歇时间温度又下降 若干周期后 达到一个稳定的波动状态 如电焊机和吊车电动机等 断续周期工作制的设备 通常用暂载率 表征其工作特征 取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值 即为 即 式中 t t0 工作时间与停歇时间 两者之和为工作周期T 工作时间加停歇时间称为工作周期 根据中国的技术标准规定 工作周期以10min为计算依据 吊车电动机的标准暂载率分为15 25 40 60 四种 电焊设备的标准暂载率分为50 65 75 100 四种 其中100 为自动电焊机的暂载率 在建筑工程中通常按100 考虑 二 电气 设备容量 的计算方法在每台用电设备的铭牌上都有 额定功率 PN 但由于各用电设备的额定工作方式不同 不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加 必须先将其换算为同一工作制下的额定功率 然后才能相加 经过换算至统一规定的工作制下的 额定功率 称为 设备额定容量 用Pe表示 1 长期工作制和短时工作制的设备容量Pe PN 2 重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机 包括电葫芦 起重机 行车等 的设备容量统一换算到 25 时的额定功率 kW 若其 N不等于25 时应进行换算 公式为 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到 100 时的额定功率 kW 若其铭牌暂载率 N不等于100 时 应进行换算 公式为 3 电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率 kW 即 Pe PN SN cos 4 照明设备的设备容量 白炽灯 碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率 kW 荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失 约为灯管功率的20 其设备容量应为灯管额定功率的1 2倍 kW 高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失 约为灯泡功率的10 其设备容量应为灯泡额定功率的1 1倍 kW 金属卤化物灯 采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失 约为灯泡功率的10 故其设备容量应为灯泡额定功率的1 1倍 kW 5 不对称单相负荷的设备容量当有多台单相用电设备时 应将它们均匀地分接到三相上 力求减少三相负载不对称情况 设计规程规定 在计算范围内 单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15 时 可按三相对称分配考虑 如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15 时 则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算 设备接于相电压或线电压时 设备容量Pe的计算如下 单相设备接于相电压时Pe 3Pe m 式中 Pe 等效三相设备容量 Pe m 最大负荷所接的单相设备容量 单相设备接于线电压时式中Pe l 接于同一线电压的单相设备容量 第三节负荷计算的方法 负荷计算的方法有 需要系数法 二项式法 利用系数法 形状系数法 附加系数法需要系数法比较简便因而广泛使用 这里仅介绍需要系数法 需要系数需要系数考虑了以下的主要因素 式中 K 同时使用系数 为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比 KL 负荷系数 用电设备不一定满负荷运行 此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比 wl 线路供电效率 用电设备组在实际运行功率时的平均效率 实际上 上述系数对于成组用电设备是很难确定的 而且对一个生产企业或车间来说 生产性质 工艺特点 加工条件 技术管理 和劳动组织以及工人操作水平等因素 都对Kd有影响 所以Kd只能靠测量统计确定 见附录表 上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考 5 3 1需要系数法由负荷端逐级向电源端进行计算 1 单台用电设备的计算负荷 1 有功计算负荷 考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候 其计算负荷Pca 1为Pe 换算到统一暂载率下的电动机的额定容量 用电设备在额定负载下的的效率 2 无功计算负荷 Qca 1 Pca 1tan 用电设备功率因数角 计算目的 用于选择分支线导线及其上的开关设备 2 用电设备组的计算负荷 1 有功计算负荷 Pca 2 Kd PeKd 用电设备组的需要系数 见附录表 Pe 用电设备组的设备额定容量之和 但不包括备用设备容量 2 无功计算负荷 Qca 2 Pca 2tan wmtan wm值见附录表 3 视在计算负荷 计算目的 用于选择各组配电干线及其上的开关设备 当Kd值有一定变动范围时 取值要作具体分析 如台数多时 一般取用较小值 台数少时取用较大值 设备使用率高时 取用较大值 使用率低时取用较小值 当一条线路内的用电设备的台数较小 n 3台 时 一般是将用电设备额定容量的总和作为计算负荷 或者采用较大的Kd值 0 85 1 3 确定配电干线或变电所低压母线上的计算负荷 1 总有功计算负荷 Pca 3 Pca 2 2 总无功计算负荷 Qca 3 Qca 2 3 总视在计算负荷 Pca 3 Qca 3 Sca 3 车间变电所低压母线上的有功 无功及视在计算负荷 Pca 2 Qca 2 各用电设备组的有功 无功计算负荷的总和 最大负荷时的同时系数 考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引入的系数 的范围值见附录表6 注意 当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组 其容量为Qc3则当计算Qca 3时 要减去无功补偿容量 即Qca 3 Qca 2 Qc3计算目的 用于选择配电干线及其上的开关设备 或者用于低压母线的选择及变电所电力变压器容量的选择 4 确定变电所中变压器高压侧的计算负荷Pca 4 Pca 3 PTQca 4 Qca 3 QTPca Qca Sca 车间变电所中变压器高压侧的有功 无功及视在计算负荷 kW kvar及kVA PT QT 变压器的有功损耗与无功损耗 kW kvar 计算目的 用于选择变电所高压配电线及其上的开关设备 在计算负荷时 变压器尚未选出 无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算 因此一般按下列经验公式估算 对SJL1等型电力变压器 PT 0 02Sca 3 kW QT 0 08Sca 3 kvar 对SL7 S7 S9 S10等低损耗型电力变压器 PT 0 015Sca 3 kW QT 0 06Sca 3 kvar 式中 Sca 3 变压器低压母线上的计算负荷 kVA 5 确定全变电所中高压母线上的计算负荷Pca 5 Pca 4 P4mQca 5 Qca 4 Q4mP4m Q4m 高压用电设备的有功及无功计算负荷 计算目的 用于变电所高压母线的选择 6 确定总降压变电所出线上的计算负荷Pca 6 Pca 5 PL Pca 5Qca 6 Qca 5 QL Qca 5Sca 6 Sca 5 PL QL 高压线路功率损耗 由于一般用户范围不大 线路功率损耗小 故可忽略不计 计算目的 用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备 7 确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷Pca 7 Pca Qca 7 Qca 注意 如果在总降压变电所 10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿 则在计算总无功功率Qca 7时 应减去补偿设备的容量时Qc7 即Qca 7 Qca Qc7计算目的 用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量 8 确定全单位总计算负荷Pca 8 Pca 7 PTQca 8 Qca 7 QT计算目的 全单位总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据 并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算 选择高压进线导线及进线开关设备 例5 3 1一机修车间的380V线路上 接有金属切削机床电动机20台共50kW 另接通风机3台共5kW 电葫芦4个共6kW FCN 40 试求计算负荷 解 冷加工电动机组 查附录表3可得Kd 0 16 0 2 取0 2 cos 0 5 tan 1 73 因此Pca 1 Kd Pe 0 2 50 10 kW Qca 1 Pca 1 tan wm 10 1 73 17 3 kvar Sca 1 Pca 1 cos wm 10 0 5 20 kVA 通风机组 查附录表3可得Kd 0 7 0 8 取0 8 cos 0 8 tan 0 75 因此Pca 2 Kd Pe 0 8 5 4 kW Qca 2 Pca 2 tan wm 4 0 75 3 kvar Sca 2 Pca 2 cos wm 4 0 8 5 kVA 电葫芦 由于是单台设备 可取Kd 1 查附录表3可得cos 0 5 tan 1 73 因此Pca 3 Pe 3 79 3 79 kW Qca 3 Pca 3 tan wm 3 79 1 73 6 56 kvar Sca 3 Pca 3 cos wm 3 79 0 5 7 58 kVA 取同时系数 为0 9 因此总计算负荷为Pca Pca 0 9 10 4 3 79 16 01 kW Qca Qca 0 9 17 3 3 6 56 24 17 kW 为了使人一目了然 便于审核 实际工程设计中常采用计算表格形式 如下表所示 返回目录 第五节供电系统一次设备 5 5 1电力变压器电力变压器 powertransformer 是变电所的核心设备 通过它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能 以满足输电 供电 配电或用电的需要 1 常用电力变压器的种类 1 按相数分类 有三相电力变压器和单相电力变压器 大多数场合使用三相电力变压器 在一些低压单相负载较多的场合 也使用单相变压器 2 按绕组导电材料分类 有铜绕组变压器和铝绕组变压器 目前一般均采用铜绕组变压器 3 按绝缘介质分类 有油浸式变压器和干式变压器 油浸式变压器由于价格低廉而得到了广泛应用 干式变压器有不易燃烧 不易爆炸的特点 特别适合在防火 防爆要求高的场合使用 绝缘形式有环氧浇注式 开启式 六氟化硫 SF6 充气式和缠绕式等 干式变压器现已在中压等级的电网中逐步得到了广泛的应用 2 常用变压器的容量系列我国目前的变压器产品容量系列为R10系列 即变压器容量等级是按为倍数确定的 如 100kVA 125kVA 160kVA 200kVA 250kVA 315kVA 500kVA 630kVA 800kVA 1000kVA 1250kVA 1600kVA等 5 5 2高压开关设备1 高压断路器2 高压隔离开关4 高压负荷开关5 高压熔断器 高压断路器 circuit breaker 是带有强力灭弧装置的高压开关设备 是供配电系统中重要的开关设备 它能够开断和闭合正常线路与故障线路 主要用于供配电系统发生故障时与保护装置配合自动切断系统的短路电流 高压断路器通常按照灭弧介质分类 主要有 油断路器 已基本淘汰 真空断路器SF6 六氟化硫 断路器高压断路器的型号含义 SN10 10型断路器 ZN28 12型 ZN28A 12型 VD4型 瓷柱式 落地罐式 隔离开关的主要功能是隔离电源 当它处于分闸状态时 有着明显的断口 使处于其后的高压母线 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 由于不设灭弧装置 隔离开关一般不允许带负荷操作 即不允许接通和分断负荷电流 和断路器配合使用时 要严格遵守操作顺序 即停电时 应先使断路器跳闸 后拉开隔离开关 送电时 应先合隔离开关 再闭合断路器 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等 高压负荷开关是一种介乎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 负荷开关还大多数具有明显的断口 具有隔离开关的作用 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 同时对保护性能的要求也不是很高时 负荷开关与熔断器组合起来便可取代断路器 从而降低设备投资和运行费用 这种形式广泛应用于城网改造和农村电网 真空式 SF6式 油浸式 压气式 高压熔断器 fuse 是供配电网络中人为设置的最薄弱的元件 当其所在电路发生短路或长期过载时 它便因过热而熔断 并通过灭弧介质将熔断时产生的电弧熄灭 最终开断电路 以保护电力电路及其它的电气设备 跌落式熔断器 限流式熔断器 5 5 4互感器电压互感器 potentialtransformer 和电流互感器 currenttransformer 常统称为互感器 从基本结构和原理来说 互感器是一种特殊的变压器 电力系统中的电压及电流 数值相差范围极大 为了减少测量仪表的规格 简化其生产过程 保证测量人员的安全操作 对于高电压 大电流均采用互感器降压 变流后再进行测量 同时互感器也可以作为继电保护和信号装置的电源 以使控制和保护装置与高压回路隔开 电压互感器可以扩大测量范围 相当于是一种降压变压器 它是由两个或者三个互相绝缘的线圈绕在同一个铁芯上构成的 二次侧额定电压为100V 电压互感器的使用注意事项 电压互感器在使用时 二次侧不能短路 为了安全起见 电压互感器二次侧必须有一端接地 电流互感器将主回路的大电流变换成小电流 供计量和继电保护用 电流互感器二次侧额定电流通常为5A或1A 电流互感器的使用注意事项 电流互感器二次侧不允许开路 电流互感器二次侧必须一点接地 注意电流互感器二次绕组的极性 5 5 5组合电器成套装置1 环网供电单元环网供电单元 TheUnitofRingNetworkPowerSupply 由间隔组成 一般至少有三个间隔组成 即两个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔 城网一般用环缆 在用架空线的地方 可将架空线引至环网供电单元旁 再由电缆引进和引出 如图所示 2 预装式变电站预装式变电站 prefabricatedsubstation 俗称箱式变电站 预装式变电站就是一种把高压开关设备 配电变压器和低压配电装置按一定线路方案排布成一体的预制型户内 户外紧凑式配电设备 特别适用于城网建设与改造 具有成套性强 体积小 占地少 能深入负荷中心 提高供电质量 减少损耗 送电周期短 选址灵活 对环境适应性强 安装方便 运行安全可靠及投资少 见效快等一系列优点 预装式变电站三个主要部分 高压配电装置 变压器及低压配电装置 的布置方式一般有两种 目 字形和 品 字形 目 字形布置接线方便 而 品 字形布置接线紧凑 3 高压开关柜开关柜是金属封闭式开关设备的俗称 按照国标GB3906的定义 金属封闭开关设备是指除进出线外 完全被金属外壳包住的开关设备 高压开关柜 highvoltageswitchgear 结构紧凑 占地面积小 安装工作量小 使用和维修方便 且有多种接线方案以供选择 故用户使用极为便利 1 空气绝缘金属封闭开关设备 开关柜 1 分类铠装式各室间用金属板隔离且接地 如KYN1 10型间隔式各室间是用一个或多个非金属板隔离 如JYN2 10型箱式具有金属外壳 但间隔数目少于铠装式或隔离式 如XGN2 10型 2 型式高压断路器的置放有两种型式 落地式断路器手车本身落地 推入柜内 如KYN1 10型和JYN2 10型 中置式手车装于柜子中部 如KYN18型中置柜 手车的装卸需要装卸车 目前中置式开关柜越来越多 3 高压开关柜的型号含义高压开关柜型号的表示和含义如下 4 五防 功能高压开关柜必须装设防止电气误操作的装置 具体功能为 防止误分 误合断路器 防止带负荷推拉小车 防止误入带电间隔 防止带电挂接地线或合接地开关 防止接地开关在接地位置时送电 2 SF6绝缘金属封闭开关设备 充气柜 以SF6气体绝缘的开关柜简称充气柜 此产品的高压元件诸如母线 断路器 隔离开关 互感器等封闭在充有较低压力 一般0 02 0 05MPa 的SF6气体的壳体内 最大特点是不受外界环境条件的影响 可用在环境恶劣的场所 还有一个重要特点是 由于使用性能优异的SF6绝缘 大大缩小了柜体的外形尺寸 与空气绝缘相比 SF6充气柜的安装面积为其26 体积为其27 同时 由于充气柜配有性能良好的无油开关 大大减少了维修和检修工作量 第六节变电所的电气主接线 5 6 1对主接线的基本要求1 主接线的定义变电所的电气主接线是由电力变压器 各种开关电器 电流互感器 电压互感器 母线 电力电缆或导线 移相电容器 避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路 2 主接线的要求 1 安全性必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全 2 可靠性能满足各级用电负荷供电可靠性要求 3 灵活性主接线应在安全 可靠的前提下 力求接线简单运行灵活 应能适应各种可能的运行方式的要求 4 经济性在满足以上要求的条件下 力求达到最少的一次投资与最低的年运行费用最低 5 6 2有汇流母线的主接线母线 bus 实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联结点 形式上它将一个电气联结点延展成一条线 以便于多个进出线回路的联结 有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式 按母线设置组数的不同 又可分为单母线接线和双母线接线两大类 1 单母线接线常用的单母线接线方式有单母线制和单母线分段制 单母线制单母线制形式如图所示 是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类 在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上 单母线制的可靠性和灵活性都较低 母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时 都将影响全部负荷的用电 单母线分段接线为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性 可采用断路器分段的单母线接线 如图所示 图中的QF3称为分段断路器 2 双母线接线对于特别重要的负荷 当采用单母线分段接线 可靠性不能满足要求时 可考虑采用双母线接线 如图所示 W1为工作母线 W2为备用母线 其间通过断路器QF连接起来 QF称为母联断路器 5 6 3无汇流母线的主接线前面分析的各种有母线的主接线形式中所采用的断路器数目一般都大于连接回路的数目 造成整个配电装置占地面积大 建设成本高 对于一些对经济性要求较高的场合 在满足主接线可靠性要求的前提下 可考虑采用无汇流母线的主接线 常见的有单元式接线和桥式接线 1 单元式接线 线路 变压器组接线单元式接线用于只有一回进线和一回出线的场合 只有一种运行方式 如图所示 这种这主接线形式只适用于向三级负荷供电 2 桥式接线当只有两台变压器和两条线路时 可以采用桥式接线 桥式接线是单母线分段接线中进出线回路数相同 且取消进线或出线断路器时的特殊情况 将此时的母线分段断路器称为桥断路器 桥式接线按照桥断路器的位置可分为 内桥式接线外桥式接线 桥断路器在进线断路器的内侧 即变压器侧 则称为内桥式接线 如图a所示 桥断路器在进线断路器的外侧 即进线侧 则称为外桥式接线 如图b所示 内桥式接线的特点是 线路的投切比较方便 变压器的投切比较复杂 所以内桥式接线适用于进线线路较长 负荷比较平稳 变压器不需要经常投切的场合 外桥式接线的特点和内桥相反 它适用于进线线路较短 负荷变化较大 变压器需要经常切换的场合 桥式接线有工作可靠 灵活 使用的电器少 装置简单清晰和建设费用低等优点 并且它特别容易发展为单母线分段和双母线接线 因此广泛使用在220kV及以下的变电所中 具有两路电源的工厂企业变电所也普遍采用 还可以作为建设初期的过渡接线 5 6 4变电所的主接线举例1 总降压变电所常见的主接线负荷大多为一类和二类负荷的化工厂 煤气厂 炼油厂等大型工业企业采用35 10kV的线路两回路供电时 一般高压侧多采用内桥式接线 低压侧采用单母线分段接线 如图所示 2 车间变电所主接线车间变电所供电线路往往较短 并考虑厂区美化因素 常采用电缆配电 这时车间变电所主接线的典型方案如图所示 图 a 在变压器高压侧不设开关 变压器的操作和保护在总降压变电所馈出线处实现 低压母线故障由低压侧断路器保护 当需要在车间变电所操作空载变压器时 可选用图 b 或图 c 所示方案 其中 图 b 适用于变压器容量不大于630kVA的变电所 当车间变电所由架空线供电时 其典型方案如图2 2 9所示 图 a 和图 b 适用于变压器容量不大于630kVA的变电所 图 c 则适用于变压器容量较大的变电所 倒闸操作电气设备在运行中要将电气设备由一种运行状态转变到另一种运行状态 就需要进行一系列的倒闸操作 倒闸操作主要是指为适应电力系统运行方式改变的需要 而必须进行的拉 合断路器 隔离开关 高压熔断器等 以下简称一次设备 的操作 为适应一次设备运行状态的改变 继电保护及自动装置 以下简称二次设备 运行状态亦应作相应的改变 如继电保护装置的投入或退出 保护定值的调整等 基本原则 严防带负荷拉隔离开关 操作顺序 停电拉闸操作必须按照断路器 负荷侧隔离开关 电源侧隔离开关顺序依次操作 送电合闸顺序与此相反 倒闸操作模拟演示 返回目录 第七节继电保护 继电保护的概念继电保护的任务 继电保护装置是能反应供电系统中的电气设备发生故障或不正常工作状态 并能动作于断路器跳闸或起动信号装置发出预报信号的一种自动装置 自动地 迅速地 有选择性地将故障元件从供电系统切除 使其它非故障部分迅速恢复正常供电 能正确反应电气设备的不正常运行状态 并根据要求 发出预报信号 继电保护装置与供电系统的自动装置 如自动重合闸装置 备用电源自动投入装置等 配合 可以大大缩短事故停电时间 从而提高供电系统的运行可靠性 继电保护的基本原理对继电保护的基本要求 选择性速动性灵敏性可靠性 1 选择性 当供电系统发生短路故障时 继电保护装置动作 只切除故障元件 并使停电范围最小 以减小故障停电造成的损失 保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性 主保护后备保护 近后备 远后备 辅助保护 2 速动性 为了减小由于故障引起的损失 减少用户在故障时低电压下的工作时间 以及提高电力系统运行的稳定性 要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除 注意 必须在满足选择性的基础上 Why 3 灵敏性 指在保护范围内发生故障或不正常工作状态时 保护装置的反应能力 继电保护装置的灵敏性以灵敏系数KS来衡量 1 对于反应故障时参数量增加的保护装置例如 过电流保护的灵敏系数为KS IK min IopIK min 保护区内故障的最小短路电流值 2 对于反应