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建筑电气 建筑电气的含义和分类 交流电的基本知识 电力系统的基本概念那 建筑供配电系统 建筑施工现场的电力效应 建筑弱电系统 建筑防雷与接地 建筑电气施工图 建筑电气的含义及分类 建筑电气的含义和作用建筑物及其附属建筑的各类电气系统的设计与施工以及所用产品 材料与技术的生产和开发的总称 含义 建筑电气功能 建筑电气功能 输送和分配电能 应用电能和传递信息 提供舒适 便利 安全的建筑环境 建筑电气系统的分类 建筑供配电系统接受电力系统输入的电能 并进行检测 计量 变压 然后向建筑物各用电设备分配电能的系统称为建筑供配电系统组成 电能的生产和输配 电力负荷的分级及供电要求 供电电源及电压级别的选择 常用供电方式及系统接线方式 线路及电气设备的选择 交流电的基本知识 随着时间按正弦规律变化的电动势 电压和电流统称为正弦交流电 简称交流电图9 1正弦交流电波形图 单相交流电正弦交流电的三要素 最大值 频率 初相 最大值瞬时值 交流电动势 电压 电流在任一瞬间的数值称为瞬时值分别用小写字母e u i表示 最大值 最大瞬时值称为最大值 分别用 m Um Im表示有效值 把一交流电i和一直流电流I分别通过两个阻值相同的电阻 如果在同一时间 正弦交流电整数个周期 内产生的热量相等 则该直流电的数值称为交流电流的有效值交流电的大少一般用有效值表示 用大写字母 表示 最大值和有效值的关系 交流电每完成一次波形变化所需要的时间 称为周期 用T表示 单位为秒 s 周期反映了交流电变化的快慢 T越大 交流电变化越慢 交流电每秒钟内变化的次数 称为频率 用 表示频率也反映了交流电变化的快慢 越大 交流电变化越快 初相和相位差正弦量由负变正时经过的零点称为正弦量零点从正弦量零点到任一瞬间t时所变化的电角度为相位 相位反映了正弦量变化的进程从正弦量零点到计时起点t 0时所变化的电角度称为初相 用 表示初相反映了正弦量变化的先后两个同频率频率正弦的相位之差等于它们的初相之差 称为相位差 用 表示 1 2i1的初相为 1 i2的初相为 2 1 2 0时i1超前于i2 1 2 0时i1与i2同相 1 2 180 i1与i2反相 特殊电路 特殊电路就是指电路中只含有一种负载的电路交流电路有哪几种负载 含有电阻 电感 电容三种负载 纯电阻电路 运用 白炽灯 电炉 电烙铁等负载 纯电阻电路 这以上负载接通正弦交流电源 就构成了纯电阻路 如上图 纯电阻电路的计算 或 纯电阻电路的有功功率为 纯电感电路 纯电感元件 电动机 变压器 都有线圈 纯电感电路 把纯电感元件与正弦交流电源接通后 就构成了纯电感电路 如下图 当加在电感两端的电压为正弦电压时 电感中通过的电流是同一频率的正弦电流 在相位上电压超前于电流90 纯电感元件只是与电源来回交换能量 而不消耗能量 故其有功功率为零 无功功率 a 衡量线圈与电源交换能量的能力b 电压的有效值与电流的有效值的乘积 纯电感电路的计算 或 与电阻相似 单位也是欧姆 具有阻碍电流通过的性质 称为电感抗 简称感抗 用符号表示 无功功率 纯电容电路 纯电容元件 工程上使用的各种电容器纯电容电路 把纯电容元件与正弦交流电源接通后 就构成了纯电容电路 纯电容元件只是与电源来回交换能量 而不消耗能量 纯电容元件的有功功率也为零用无功功率表示交换能量的能力 当加在电容两端的电压为正弦电压时 电容中通过的电流是同一频率的正弦电流 在相位上电流超前于电压90 其中与电阻相似 单位也是欧姆 而且具有阻碍电流通过的性质 称为电容抗 简称容抗 用符号表示 即 三相交流电及三相四线制供电方式 一 三相对称电动势的产生三相对称电动势是由三相交流发电机产生 如图是简化的三相交流发电机的结构原理图 图中1是定子 定子铁心中嵌入三个绕组 L1 L2 L3是绕组的首端 X Y Z是绕组的末端 其几何形状 尺寸和匝数完全相同 但在空间的位置互差120 图中2是转子 转子是一对磁极 所产生的磁感应强度定子表面呈正弦规律变化 当转子由原动机驱动以角速度顺时针方向匀速旋转时 产生三个最大值相等 频率相同 相位互差120 的三相对称电动势 三相电动势波形图表示 相序 三相对称电动势依次到达同一值的先后次序相序 顺序和逆序如图为顺序 若 则为逆序A B C三相在工程中为识别方便 常以黄 绿 红对应色标表示 二 三相电源的连接与三相四线制供电方式 三相电源的连接 星形连接 接法 三相电源的星形联结 把三相电源的三个绕组的尾端连在一起 成为一个公共点 称为中性点 简称中点 中点接地时称为零点 从中性点引出输电线称为中性线 简称中线 从零点引出输电线称为零线 从三个绕组的首端L1 L2 L3分别引出三根输电线称为端线 俗称火线 相电压 线电压及其关系相电压 端线与中线之间的电压有效值统一用表示线电压 端线与端线之间的电压有效值统一用表示在相位上 线电压超前于相应两个相电压中的先行相30 如 ab超前Ua30 三相电源作星形联结时能输出两组电压 可构成三相三线制和三相四线制两种供电系统 因而应用十分普遍C 三相四线制1 三根相线 一根中性线2 有四根输电线3 可以输出两种电压 相电压与线电压4 保证负载能正常工作 解决三相负载不对称的情况 我国的三相四线制供电系统中 送至负载的线电压一般为380V 相电压则为229V 中线的作用是 使三相星形联结的不对称负载的相电压保持对称 从而保证每相负载在额定电压下正常工作额定工况 负载工作在额定电压下 为负载的最佳工况 高于额定电压为超载 易损坏设备 缩短使用寿命 低于额定电压为轻载 负载不能正常工作甚至不工作 实际工程中对中线的要求 为了保证每相负载正常工作 中性线不能断开 所以应牢固 不允许接入开关或保险丝 在接线时应力求三相负载平衡 以减小中线电流 三角形连接依次将每一相绕组的尾端与次一相绕组的首端连在一起 构成一闭合三角形 从三个连接点上分别引出三根端线 构成三相三线制供电系统 三相电源作三角形联结时 线电压等于相电压 故只能输出一种电压 由于接反或设计制造等原因 易产生 环流 三角形连接在低压配电系统中很少采用 三相负载的连接方式 负载连接方式 星形和三角形 采用连接方式的原则 根据负载的额定电压和电源来决定 每相负载实际承受的电压等于每相的额定电压 星形连接三相负载作星形联结时 如果负载不对称 一定要接成三相四线制 即三相负载 分别接到电源各端线与中线之间 在三相四线制电路中 由于中线的存在 使三相负载均承受对称的相电压 从而保证负载正常工作 相电流 通过各相负载的电流有效值分别为IA N IB N IC N 统一用IP表示 线电流 通过每根端线的电流有效值分别为IA IB IC 统一用IL表示 线电流等于相电流 中线电流 通过中线的电流用IN表示 其参考方向规定为从负载中点N 指向电流中点N 由于三相不对称负载总是力求较均匀地分配给三相电源 故中线电流一般很小 三相负载作星形联结时 如果负载对称 将使中线电流等于零 故中线可省去 成为星形联结的三相三线制 三角形连接如果三相负载的额定电压等于电源线电压 必须采用三角形联结 构成三相三线制 即各相负载依次接到两端线之间 三相负载作三角形联结时 线电流有效值分别为IA IB IC 相电流有效值分别为IA B IB C IC A 若三相负载是对称的 则 在相位上 线电流滞后于相应两个相电流中的后续相30 9 3电力系统基本概念 电力系统发电厂 电力网 变电站以及用电设备等有机地联结成一个整体电力网是电力系统的重要组成部分 它包括变电站 配电所及各种电压等级的电力线路 发电厂 发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能 二次能源 的工厂按能源分类 火力发电厂 水力发电厂 原子能发电厂 风力发电厂 地热发电厂 太阳能发电厂等 目前在我国接入电力系统的发电厂主要是火力发电厂和水力发电厂 变电站 配电所 为了实现电能的经济输送和满足用电设备对电压的要求 需要对发电机发出的电压进行多次的变换 变电站就是接受电能 变换电压的场所 变电站的分类 升压变电站和降压变电站 升压变电站将低电压变换为高电压 一般建立在发电厂厂区内 降压变电站将高电压变换成合适的电压等级 一般建立在靠近电能用户的中心地点 配电所单纯用来接受和分配电能而不改变电压的场所变电站和配电所建在同一地点 电力线路 电力线路一般分为输电线路和配电线路输电线路 把电压在35kV及以上的高压电力线路称为输电线路 配电线路 把发电厂生产的电能直接分配给用户 或由降压变电站分配给用户的10kV及以下的电力线路 电能用户 在电力系统中 一切消耗电能的用电设备均称为电能用户 分类动力用电设备 如电动机等 工艺用电设备 电解 冶炼 电焊等 电热用电设备 电炉 干燥箱等 生活与照明用电设备它们分别将电能转换为机械能 热能和光能等不同形式 以适应生产和生活对电能的需要 图所示是从发电厂 变电站 电力线路到电能用户的送电过程示意图 建筑供配电系统 工业与民用建筑 一般是从城市电力网取得高压10kv或低压380V 220V作为电源供电 然后将电能分配到各用电负荷处配电 电源和负荷用各种设备 变压器 变配电装置和配电箱 和各种材料 元件 导线 电缆 开关等 连接起来 即组成了建筑物的供配电系统 9 4 1电源的引入方式根据建筑物内的用电量大小和用电设备的额定电压数值等因素 电源的引入方式可以分为以下3种 1 建筑物较小或用电设备负荷量较小 而且均为单相低压用电设备时 可由电力系统柱上变压器引入单相220V的电源 2 建筑物较大或用电设备的容量较大 但全部为单相和三相低压用电设备时 可由电力系统的柱上变压器引入三相380V 220V的电源 3 建筑物很大或用电设备的容量很大 虽全部为单相和三相低压用电设备 从技术和经济因素考虑 应由变电站引入三相高压6kV或l0kV的电源经降压后供用电设备使用 并且在建筑物内设置变压器 布置变电室 若建筑物内有高压用电设备时 应引入高压电源供其使用 同时装置变压器 满足低压用电设备的电压要求 9 4 2建筑供电系统方案选择 影响供电可靠性的因素 电源 供配电线路电源影响最大 供电系统方案 三级负荷如图9 12 a 所示 由单电源供电 对中断供电无较大影响的场合 二级负荷a 由上一级变电站的两段母线上引双回路进行供电B 保证变压器或线路发生常见故障而中断供电时 能迅速恢复供电 一级负荷由两个独立电源供电 保证供电的可靠性独立电源中任一个电源发生故障或停电检修时 都不至于影响器一个电源的供电对于一级负荷中特别重要的负荷 除双路独立电源外 还应增设第三电源或自备电源 如发电机组 蓄电池 对于允许15s以上中断供电时间时 可采用快速自动启动柴油发电组 9 4 3建筑低压配电系统的配电方式 一 放射式形式 由总配电箱直接供电给分配电箱或负载的配电方式特点a 各个负荷独立受电 故障范围一般仅限于本回路b 各分配箱与总配电柜 箱 之间为独立的干线连接 各干线互不干扰c 任何一回路发生故障不会影响其它回路d 所需开关和线路较多 系统灵活性较差 3 适用场合设备容量大 设备集中控制 供电可靠性高的重要设备配电回路 以及有腐蚀性介质和爆炸危险等场所的设备 二 树干式形式 从总配电柜 箱 引出一条干线 各分配电箱都从这条干线上直接接线特点 a 投资省 结构简单 施工方便 易于扩展b 供电可靠性较差 一处发生故障影响其它回路适用场合设备容量较小 对供电可靠性要求不高的设备 三 链式形式 在一条供电干线上连接多个用电设备或分配电箱与树干式的不同处 分支点在用电设备上或分配电箱内 即后面设备的电源引自前面设备的端子3 特点a 线路上无分支点 适合穿管敷设或电缆线路 节省有色金属b 线路或设备检修以及线路发生故障时 相连设备全部停电 供电的可靠性差4 使用场合 供电可靠性要求不高的小容量设备 四 混合式1 在实际工程中 照明配电系统不是单独采用某一种形式的低压配电方式 多数是综合形式2 如在一般民用住宅所采用的配电形式多数为放射式与树干式或者链式的结合 9 4 4建筑低压配电线路 架空线路电缆线路 1 架空线路适用条件 市电为架空线路优点 设备材料简单 成本低 容易发现故障 维护方便缺点 易受外界环境的影响 供电可靠性较差 影响环境的整洁美观组成 导线 电杆 横担 绝缘子和线路金具等组成 2 电缆线路适用条件 市电为地下电缆线路时优点 不受外界环境影响 供电可靠性高 不占用土地 有利于环境美观缺点 材料和安装成本高在低压配电线路中广泛采用电缆线路组成 电缆主要由线芯 绝缘层 外护套三部分组成 电缆的分类电缆的用途分 电力电缆 控制电缆 通信电缆电压不同 低压电缆 高压电缆 9 4 5建筑低压配电系统 1 照明配电系统2 动力配电系统3 配电盘4 配电柜5 变配电室 1 照明配电系统 如上图所示1 分配电箱内设照明支路开关及便于切断各支路电源的总开关2 考虑短路和过流保护均采用空气开关或熔断器3 当支路开关不多于3个时 也可不设总开关 并要考虑设置漏电保护装置 2 动力配电系统 多层建筑物当各层均有动力负荷时1 在每个伸缩沉降区的中心每层设置动力配电点 并设分总开关作为检修或紧急事故切断电源用2 电梯设备的配电 一般采取直接由总配电装置引至屋顶机房 3 配电盘 在整个建筑内部的公共场所和房间内大量设置有配电盘 其内装有所管范围内的全部用电设备的控制和保护设备 其作用是接受和分配电能 1 配电盘的布置从技术性方面考虑 应保证每个分配电箱的各相供电负荷均衡从可靠性考虑 1 供电总干线中的电流一般为60A 100A 不应超过6 9路2 每路分支线上设一个空气开关或熔断器从经济性考虑 配电盘设置应位于用电负荷的中心 以缩短配电线路 减少电压损失 4 配电柜 配电柜又称开关柜 是用于安装高 低压配电设备和电动机控制保护设备的定型柜安装高压设备的称高压开关柜安装低压设备的称低压开关柜 1 高压开关柜 按结构形式分 固定式 活动式和手车式固定式是柜内设备均固定安装 需到柜内进行安装维护 2 低压配电柜 按结构形式分为离墙式 靠墙式和抽屉式三种类型 5 变配电室 作用 是从电力系统接受电能 变换电压及分配电能组成 压配电室 变压器室和低压配电室变配电所分类 升压变电站和降压变电站升压变电站 升压变电站是将发电厂生产的6 l0kV的电能升高至35kV 1l0kV 220kV 500kV等高压降压变电站 将高压电网送过来的电能降至6 10kV后 分配给用户变压器 再降至380V或220V 供建筑物或建筑工地的照明或动力设备 用电设备等使用 9 4 6常用高压配电设备 在6 10kV的民用建筑供电系统中 常用的高压配电设备有高压断路器 高压负荷开关 高压熔断器 高压隔离开关 高压开关柜等 高压负荷开关高压熔断器高压断路器 9 4 7常用低压电气设备 低压电气设备通常是指电压在1000V以下的电气设备 在建筑工程常见的低压电气设备有刀开关 熔断器 自动空气开关 接触器 低压配电柜等 刀开关 1 是一种简单的手动操作电器 用于非频繁接通和切断容量不大的低压供电线路 并兼做电源隔离开关2 分类低压刀开关 胶盖闸刀开关 刀形转换开关 铁壳开关 熔断式刀开关 组合开关 1 胶盖开关 胶盖闸刀开关是普通使用的一种刀开关 又称开启式负荷开关 2 铁壳开关 1 铁壳开关主要由刀开关 熔断器和铁制外壳组成 又称封闭式负荷开关2 在刀闸断开处有灭弧罩 断开速度比胶盖闸刀快 灭弧能力强 并具有短路保护 3 熔断式刀开关 熔断式刀开关也称刀熔开关 熔断器装于刀开关的动触片中间 通常装于开关柜及电力配电箱内 4 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 但不能用做频繁操作的手动开关 低压断路器 低压断路器又称低压空气开关或自动空气开关1 功能a 良好的灭弧性能b 能带负荷通断电路 可以用于电路的不频繁操作c 短路 过负荷和失压保护 2 组成主要由触头系统 灭弧系统 脱扣器和操作机构等部分组成 主触头的通断可以手动 也可以电动3 原理l 触头2 跳钩3 锁扣4 分励脱扣器5 欠电压脱扣器6 过电流脱扣器7 双金属片8 热元件9 常闭按钮lO 常开按钮图9 18断路器原理图 3 接线时要上端接电源线 下端接负载线 4 有些空气开关自动跳闸后 需将手柄向下扳 然后再向上推才能合闸 若直接向上推则不能合闸 5 短路器的分类配电用断路器 电机保护用断路器 直流保护用断路器 发电机励磁回路用的灭磁断路器 照明用断路器 漏电保护断路器 交流接触器 1 接触器的工作原理是利用电磁吸力来使触头动作的开关 它可以用于需要频繁通断操作的场合2 接触器按电流类型不同可分为直流接触器和交流接触器 在建筑工程中常用的是交流接触器 低压熔断器 1 低压熔断器是常用的一种简单的保护电器 与高压熔断器一样 主要作为短路保护用 在一定条件下也可能起过负荷保护的作用 2 工作原理 当线路中出现故障时 通过的电流大于规定值 熔体产生过量的热而被熔断 电路由此被分断3 分类 瓷插式 RClA 密闭管式 RMl0 螺旋式 RL7 填充料式 RT20 等 密闭管式 b 螺旋式 a 瓷插式 灭弧能力差 照明灯具开关和电源插座 1 照明灯具开关a 照明灯具控制开关用于对单个或多个灯进行控制 工作电压为250V 额定电流有6A 10A等b 有拉线式和跷板式等多种形式 跷板式又有明装和暗装 单极和多极 单控和双控之分 照明灯具开关的应用1 对于影剧场 歌舞厅 大会场 大商场以及车间厂房等大空间场所的照明 往往用一个开关控制较多的灯具 常采用断路器在照明配电箱内直接集中控制2 对于小空间房间 灯具数量少 电流小 一般在5A以下 为控制方便和节约用电 一般采用专用的照明灯具开关就近控制 而照明配电箱内的断路器只作为配电之用 2 电源插座类别 1 三相和单相 2 单相插座分二孔 三孔 两孔插座的左边是零线 右边是相线 三孔也一样 只是中间孔接保护线见课本图 照明灯具开关和电源插座接线要求 1 照明灯具开关应接于相线上 2 明装或暗装跷板开关 安装标高距地1 4m 3 拉线开关 安装标高距地3 0m或距顶0 2m 4 明装插座 安装标高距地1 8m 5 暗装插座 安装标高距地0 3m或1 8m 6 插座导线连接方法 面向插