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建筑电气基础知识 一 第十讲 首先 介绍供配电系统 建筑电气基本概念 建筑电气范围及强电和弱电的基本概念 其次 介绍交流电的基本概念及常用的低压电器设备 再次 介绍建筑照明系统及建筑安全用电 最后 介绍建筑防雷和弱电工程 内容提要 建筑电气基础与识图 作为我国经济建设飞速发展的先行工业 电力系统 建设步伐异常迅猛 随着三峡电厂的建成 我国电网将以 三峡为中心 华中电网 华东电网 西北电网 川渝电网 山东电网 连接 东北电网 初步形成以华北电网为中心的大规模北部电网 供配电技术 南方电网也将随着 的开发 进一步加强我国南部电网的结构 增加云南外送的电力 最终形成全国统一特大规模电网 龙滩水电站 小湾水电站 贵州煤电基地 电力系统的组成 发电 供电 用电 同时完成 电能不能储存 一 电力系统的组成 电力系统的生产特点 发电厂 输电网 配电网 电力用户 电力系统的功能就是完成电能的生产 输送和分配 110kV以上 110kV以下 多个电厂并网组成 动力系统 电力系统 动力装置 热能系统 电力网 变压器 输配电线路 电能用户 按供电范围的大小和电压等级的高低 电力网可分为地方电力网 区域电力网和超高压输电网三种类型 一般情况下 地方电力网的电压不超过35kV 区域电力网电压为110 220kV 电压为330kV及以上的为超高压远距离输电网 1 电力系统的基本概念 由电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户组成的电能与热能的整体就是动力系统 动力系统是电能 热能的生产与消费联系起来的纽带 电力系统通常由许多发电厂并列起来组成 变电站分为升压变电站和降压变电站两类 但按其作用和地位又可分为枢纽变电站 区域枢纽变电站和终端变电站 2 电力系统的结构 第一类 100V以下额定电压 用于蓄电池和安全照明用具等电气设备 国家规定 电力网的额定电压分有500KV 220KV 110KV 63KV 35KV 10kV 为保证电力设备端电压不超过额定电压的 5 通常允许发电机额定电压比电网额定电压高5 末端受电变电站端电压比电网额定电压低5 3 电力系统的额定电压 第二类 大于100V 小于1000V的额定电压 用于一般工业和民用电气设备 第三类 1000V以上的额定电压 用于高压电气设备 二 发电厂 变电所的类型 1 发电厂类型 利用燃煤 或石油 天然气 燃烧使汽轮机转动 凝汽式火电厂 生产过程 化学能 热能 机械能 电能 这类火电厂仅向用户供出电能 通常建在能源附近 1 2 1发电厂类型 热电厂 热电厂不仅向用户供出电能 同时还向用户供蒸汽或热水 由于供热距离不宜太远 所以热电厂大多建在城市和用户附近 利用水的流量和落差使水轮机转动 生产过程 水能 机械能 电能 水电站 核电站 利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动 生产过程 原子能 机械能 电能 生产过程 风能 机械能 电能 风力发电站 风力发电是利用风力带动风车叶片旋转 再通过增速机将旋转的速度提升 來促使发电机发电 依据目前的风车技术 大約是每秒三公尺的微风速度 便可以开始发电 生产过程 潮汐能 机械能 电能 潮汐发电站 潮汐发电是利用潮汐能 潮汐发电必须具备两个物理条件 潮汐的幅度必须大 至少要有几米 海岸地形必须能储蓄大量海水 并可进行土建工程 潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理相近 即在河口或海湾筑一条大坝 以形成天然水库 水轮发电机组就装在拦海大坝里 潮汐电站可以是单水库或双水库 太阳能发电 以地热 风力 潮汐 太阳能等为一次能源的发电厂 站 容量较小 分布在离这些一次能源较近的区域 发电量占总发电量的极小一部分 地热能发电 世界上所有国家 主要发电形式仍为火力发电 水利发电和核能发电 其他除潮汐和风力发电外还有 2变电所类型 发电厂通常建立在距离一次能源丰富或传输便利的地域 与电力用户有一定的距离 为了经济 可靠 快速地把电能从发电厂输送至用户 必须经过变电所升高电压 因此 升压变电所一般安装在发电厂中 不另设变电所 由于高压危险 距离用户较近时须把传送的高压降低 降压变电所的作用就是在传递电能的同时降低电压 所以 变电所是电力供应的中间转运站 用来提高或降低电压 向用电单位输送和分配电能 从规模上分 变电所有枢纽变电所 地区重要变电所和一般变电所 枢纽变电所 枢纽变电所的一次电压通常为330kV和500kV 二次电压为220kV或110kV 地区重要变电所 地区重要变电所的一次电压通常为220kV和330kV 二次电压为110kV 35kV或10kV 一般变电所 一般变电所的一次电压大多为110kV 二次电压为10kV或以下等级 一般变电所均设在负荷中心 尽可能靠近用户 如果变电所远离用户 不仅电能损耗大 造成用户端电压不足 而且极易使电源频率不稳定而影响供电质量 三 电力系统的供电质量及其改进措施 1 用户对供电质量的基本要求 从上述指标来看 保证对用户不间断地供给充足 优质而又经济的电能 是现代工矿企业对供配电系统的基本要求 安全性指标 可靠性指标 优质性指标 经济性指标 2 供配电的电能质量 电压偏差的允许值10kV及10kV以下三相供配电 为额定值的 7 220V单相供配电为额定值的 7 10 在供配电系统非正常情况下 用户受电端的电压最大允许偏差不应超过额定值的 10 电压波动和闪变电压在某一段时间内急剧变化而偏离额定值的现象 称为电压波动 周期性电压急剧变化引起电源光通量急剧波动而造成人的视觉感官不舒适的现象 称为闪变 电压波动和电压闪变是由电弧炉 轧机 电弧焊机等波动负荷引起的 谐波由于电力系统中存在大量的非线性供用电设备 使得电压波形偏离正弦波 这种现象称为电压正弦波畸变 电压波形的畸变程度用电压正弦波畸变率来衡量 也称为电压谐波畸变率 频率偏差频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值 我国电网的标准频率为50Hz 又叫工频 频率偏差一般不超过 0 25Hz 当电网容量大于3000MW时 频率偏差不超过 0 2Hz 四 工厂供配电系统的构成 1 企业供配电系统设备组成 供配电系统一般由电力变压器 配电装置 保护装置 操作机构 自动装置 测量仪表及附属设备构成 电力变压器 电力变压器在供配电系统中的作用是将一种电压的电能转变为另一种或几种电压的电能供给用户 变电所或配电房中的电力变压器 通常是将高压电能转变为低压电能 馈电给用电设备 2 企业供配电系统设备组成 供配电系统中的保护装置也属于配电装置 按其工作电压的不同又可分为高压配电装置和低压配电装置 配电装置包括 母线 隔离开关 断路器 操作系统及测量仪表 电压 电流互感器 作用 接受和分配电能 3 户内配电室的组成 户内式变配电所主要由三部分组成 高压配电室 变压器室 低压配电室 此外 有的还设有高压电容器室和值班室 与户内变配电室相边的户外电气设备安装在屋外 一般用于35KV及以上电压级 4 户外配电装置 户外配电装置根据电器设备和导体的布置高度及重叠情况 分为中型 半高型和高型几种布置型式 一 建筑电气概述 建筑电气工程是研究电能和电信号在建筑物中输送 分配和应用的科学 第一节概述 1 建筑电气工程 2 建筑电气工程的意义 1 电能和电信号易产生 输送和分配 易于转换和应用 如 配电柜 配电箱 控制箱照明电器 动力设备控制等 2 能为人们提供舒适 便利 安全的建筑环境 如 通信系统 火灾自动报警系统 CATV系统 安全防范系统等 二 建筑供配电系统1 电力系统概述1 电力系统及电力网 电力系统 PowerSystem 由各种电压的电力线路将一些发电厂 变电所和电力用户联系起来的一个发电 输电 变电 配电和用电的整体 低压 是指1kV以下的电压 1kV及以上的电压称为高压 安全 在电能的供应 分配和使用中 不应当发生人身及设备事故 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的地要求 优质 应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求 经济 供电系统的投资要少 运行费用要低 并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量 电力网 PowerNetwork 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所 对电力系统的要求 2 电力网的电压等级 电力网的电压等级是比较多的 不同的电压等级有不同的作用 从输电的角度看 电压越高则输送的距离就越远 传输的容量越大 电能的损耗就越小 但电压越高 要求绝缘水平也越高 因而造价也越高 目前 我国电力网的电压等级主要有0 22 0 38 3 6 10 35 110 220 330 500kV等电压等级 3 变电所 4 电力用户 2 用电负荷的分类 电力负荷 电力网上用电设备所消耗的电功率称为电力负荷 电力负荷分级 电力负荷分级是根据建筑的重要性和对其短时中断供电在政治上和经济上所造成的影响和损失以及用电设备的性质和电力用户对供电可靠性提出的要求来分等级的 对于工业和民用建筑的供电负荷可分为一 二 三级 一级负荷中断供电将造成人身伤亡 重大政治影响 重大经济损失或将造成分共场所秩序严重混乱的负荷属于一级负荷 如 人民大会堂 大型体育馆 重要宾馆 医院手术室 重大设备损坏 重大产品报废 以及破坏重要的交通枢纽 重要通信设施等 二级负荷中断供电将造成较大的政治影响 较大经济损失的建筑用电属于二级负荷 如 某些实验室 大型影剧院 大型商场 主要设备损坏 大量产品报废 三级负荷凡不属于一 二级负荷者称为三级负荷 各级电力负荷对供电的要求一级负荷 应有两个以上独立电源供电 二级负荷 采用双回路供电 三级负荷 对供电无特殊要求 1 小型工业与民用建筑供电系统 3 工业与民用建筑供电系统 2 中型工业与民用建筑供电系统 3 大型工业与民用建筑供电系统 三 强电和弱电基本概念 强电工程 工程把电能引入建筑物 进行电能再分配并通过用电设备将电能转换成机械能 热能和光能等 弱电工程 工程是实现建筑物内部以及内部和外部间的信息交换 信息传递及信息控制等 从电压等级上划分 强电一般是110V以上 而弱电一般是60V以下 强电工程和弱电工程涉及范围 强电 动力工程 照明工程 变配电工程 防雷接地工程 及其他用电力工程 弱电 通信与计算机网络 CATV电视与卫星电视 闭路电视和监控系统 安全防范系统 电话通信系统 火灾自动报警系统 公共广播系统 第二节交流电基本概念 了解 建筑电气工程的主要功能之一是输送电能 分配电能和应用电能 而电能的应用形式主要是交流电 一 交流电 随时间按照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 以交流电的形式产生电能或供给电能的设备称为交流电源 由交流电源 用电设备和连接导线组成的电流流通路径称为交流电路 二 三相交流电源 1 三相交流电的产生 三相交流电由三相交流发电机产生 三相发电机的每一相绕组都可以看做是一个独立的单相电源分别向负载供电 这种供电方式需用六根输电线 既不经济也体现不出三相交流电的优点 因此 发电机三相定子绕组都是在内部采用星形 Y形 或三角形 形 两种连接方式向外输电 2 三相电源的星形连接 如下页所示 将发电机三个线圈的末端X Y Z连接在一起 这个连接点N称为中性点 自该点引出的导线叫中性线 中性线通常与大地相连 此时又称零线 从三相线圈的首端A B C分别引出三根导线统称为相线 俗称火线 这种具有中线的三相供电方式称为三相四线制 而无中线只引出3根相线的供电方式称为三相三线制 三相四线制供电的特点是可以提供给用电设备 负载 两种电压 一种称为相电压 即相 火 线与零线之间的电压 共有三个 分别用uA uB uC表示 另一种称为线电压 即相线与相线之间的电压 也有三个 分别用uAB uBC uCA表示 三相电源的星形 Y形 连接的比较多 优点是可以同时得到两