建筑设备：第14章 建筑供电及配电

1、第四篇 建筑电气及建筑设备自动化 14 建筑供电及配电建筑设备 目录城市电力系统概述1负荷计算2设备及线缆的选择33建筑施工现场临时用电组织设计4Back建筑设备 14.1 城市电力系统概述 电力系统是由生产、转换、分配、输送和使用电能的发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体。 图14-1所示为电力系统示意图。 在电力系统中除去发电厂和用电设备以外的部分称为电力网络，简称电网。一个电网由很多变电站和电力线路组成。建筑设备 供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节，其运行特点、要求与电力系统基本相

2、同。只是由于供配电系统直接面向用电设备及其使用者，因此供、用电的安全性尤显重要。供配电系统示意图如图14-1中点划线框部分。14.1 城市电力系统概述建筑设备 图14-1 电力系统示意图Back14.1 城市电力系统概述建筑设备 14.2 供电质量 电源的供电质量直接影响用电设备的工作状况，如电压偏低使电动机转数下降、灯光昏暗，电压偏高使电动机转数增大、灯泡寿命缩短；电压波动导致灯光闪烁、电动机运转不稳定；频率变化使电动机转数变化，更为严重的是可引起电力系统的不稳定运行，影响照明和各种电子设备的正常工作，故需对供电质量进行必要的监测。供电质量是指供电可靠性和电能质量。电能质量的指标：电压电压等

3、级电压的偏移、电压的波动、电压的三相不平衡度频率波形建筑设备 14.2 供电质量 1. 供电可靠性 供电的可靠性是运用可靠性技术进行定量的分析，从单个元件的不可靠程度到整个系统的不可靠程度，都可以进行计算。但是这些计算需要大量的调查统计资料，鉴于目前在这方面的资料缺乏，因而一般凭经验作定性的判断。Back建筑设备 14.2 供电质量 2. 电压等级我国规定了三类电压标准：第一类，额定电压值在l00V以下，主要用于安全照明、蓄电池、断路器及其他开关设备的操作电源。第二类，额定电压值在100V以上，l000V以下，主要用于低压动力和照明。用电设备的额定电压，直流分110、220、440V三等，交流

4、分380/220V和220/127V两等。建筑用电的电压主要属于这一范围。第三类，额定电压值在1000V以上，主要作为高压用电设备及发电、输电的额定电压。 Back建筑设备 14.2 供电质量 3. 电压偏移 供电电压偏离(高于或低于)用电设备额定电压的数值占用电设备额定电压值的百分数。3kV的供电，不超过+5%；l0kV高压供电，低压电力网为+7%。4. 电压波动 用电设备接线端电压时高时低，这种短时间的电压变化称为电压波动。照明和电子设备对电压的波动比较敏感，但电子设备附有稳压电路，其适应性较强；而照明光源的光通则有明显变化，甚至影响正常工作。对常用设备电压波动的范围有所规定，如连续运转的

5、电动机为5%，室内主要场所的照明灯为-2.5%+5%。 Back建筑设备 14.2 供电质量 5. 电压频率 我国电力工业的标准频率为50Hz，其波动一般不得超过+0.5%。6. 电压的波形 电力系统中交流电的波形从理论上是50Hz的正弦波，但由于大量可控硅整流和变频装置的应用等原因，在电力系统中产生与50Hz基波成整数倍的高次谐波，电压的波形发生畸变，成为非正弦波。高次谐波大大改变了电气设备的阻抗值，造成发热、短路，使设备损坏，电子设备的工作受到干扰。Back建筑设备 14.2 供电质量 7. 电压的不平衡度 由于单相负荷在三相系统中不可能完全平衡，因而变压器低压侧和用户端的三个相电压不可能

6、完全平衡。对于单相负荷，接于不同的相上有的可能形成更大的电压偏移；三相电压不平衡可造成电动机转子过热。因此，在设计与施工中应尽量使单相负荷平均地分配在三相中，保证三相电压平衡，以维持供配电系统安全和经济运行，三相电压不平衡程度不应超过土2%。Back建筑设备 14.3 建筑供配电系统 1. 负荷类别负荷类别主要以照明和非工业电力来区分，其目的是为了按不同电价核算电力支付费用。1) 照明和划入照明电价的非工业负荷：民用、非工业用户和普通工业用户的生活、生产照明用电(家用电器、普通插座等)，空调设备用电等，总容量不超过3KW的晒图机、太阳灯等，这类范围较广，详细内容可参阅有关电工手册。2) 非工业

7、负荷：商业用电，高层建筑内电梯用电，民用建筑中采暖风机、生活上煤机和水泵等动力用电。3) 普通工业负荷：指总容量不足320kVA的工业负荷，如纺织合线设备用电、食品加工设备用电等。Back14.3.1 建筑用电负荷容量、类别及分级 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 2. 负荷容量负荷容量以设备容量(或称装机容量)、计算容量(接近于实际使用容量)或装表容量(电度表的容量)来衡量。所谓设备容量，是建筑工程中所有安装的用电设备的额定功率的总和(kW) 。在设备容量的基础上，通过负荷计算，可以求出接近于实际使用的计算容量(kW)。对于直接由市电供电的系统，需根据计算容量选择计量用的电度表，用户极限是

8、在这个装表容量(A)下使用电力。在装表容量20A时允许采取单相供电。而一般情况下均采用三相供电，这样有利于三相负荷平衡和减少电压损失，同时对使用三相电气设备创造了条件。 Back14.3.1 建筑用电负荷容量、类别及分级 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 3. 负荷级别 （1） 一级负荷 符合下列条件之一的，为一级负荷。 中断供电将造成人身伤亡的负荷。如医院急诊室、监护病房、手术室等处的负荷。 中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。 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的负荷，如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共

9、场所等用电单位中的重要负荷。Back14.3.1 建筑用电负荷容量、类别及分级 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 3. 负荷级别 （2） 二级负荷 符合下列条件之一的，为二级负荷。 中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。 中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。（3） 三级负荷 不属于一、二级负荷者为三级负荷。 在一个工业企业或民用建筑中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时应根据其负荷级别分别考虑。Back14.3.1 建筑用电负荷容量、类别及分级 建筑设备 （1） 一级负荷对电源的要求 一级负荷中有普通一级负荷和特别重要的一级负荷之分。 普通一级负荷应

10、由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。 特别重要的一级负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。不同等级负荷对电源的要求14.3 建筑供配电系统 建筑设备 （2） 二级负荷对电源的要求 宜由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。 在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100的二级负荷。14.3 建筑供配电系统 （3） 三级负荷对电源的要求 三级负荷

11、对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。建筑设备 14.3 建筑供配电系统 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380/220V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，应由变电所引入三相高压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

12、电压要求。 Back14.3.2 电源引入方式 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 1) 单电源供电方案(图14.2)(1) 单电源、单变压器、低压母线不分段系统 (2) 单电源、双变压器、低压母线不分段系统(3) 单电源、单变压器、低压母线分段系统 (4) 单电源、双变压器、低压母线分段系统2) 双电源供电方案(图14.3)(1) 双电源、单变压器、母线不分段系统 (2) 双电源、单变压器、低压母线分段系统(3) 双电源、双变压器、低压母线不分段系统(4) 双电源、双变压器、低压母线分段系统 (5) 双电源、双变压器、高压母线分段系统 (6) 双电源、双变压器、高、低压母线均分段系统Back

13、14.3.3 供电系统的方案 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 (a) (b) (c) (d)图14.2 单电源供电系统 建筑设备 14.3 建筑供配电系统(a) (b) (c) (d) (e) (f)图14.3 双电源供电系统 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 配电线路组成：配电装置(配电盘)及配电线路(干线及分支线) 。配电方式：有放射式、树干式及混合式等数种(图14.4)。 从低压电源引入的总配电装置(第一级配电点)开始，至末端照明支路配电盘为止，配电级数一般不宜多于三级，每一级配电线路的长度不宜大于30m。如从变、配电所的低压配电装置算起，则配电级数一般不多于四级，总配电长度一般不

14、宜超过200m，每路干线的负荷计算电流一般不宜大于200A。 Back14.3.4 低压配电系统的配电线路建筑设备 14.3 建筑供配电系统 Back放射式 树干式 混合式图14.4 配电方式 建筑设备 14.3 建筑供配电系统 Back1. 照明配电系统 照明配电系统的特点是按建筑的布局选择若干配电点，一般情况下，在建筑物形式的每个沉降与伸缩区内设1-2个配电点，其位置应使照明支路线的长度不超过40m，如条件允许最好将配电点选在负荷中心。 建筑物为平房，一般按所选的配电点联结成树干式配电系统。 当建筑物为多层的楼房时，可在底层设进线电源配电箱或总配电室。 建筑设备 14.3 建筑供配电系统

15、Back2. 动力配电系统 动力负荷的配电需按电价、使用性质归类，按容量及方位分路。对集中负荷采取放射式配电干线。对分散负荷采取树干式配电，依次联结各个动力负荷配电盘。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。建筑设备 14.3 建筑供配电系统 Back4. 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有固定式、活动式和手车式三种。2) 低压配电柜按结构形式分为离墙式、靠墙式和抽屉式

16、三种类型。建筑设备 14.3 建筑供配电系统 Back5. 变配电室作用：从电力系统接受电能和变换电压及分配电能。变配电所类型：升压变电所和降压变电所。升压变电所是将发电厂生产的610kV的电能升高至35、110、220、500千伏等高压，以利于远距离输电。降压变电所是将高压网送过来的电能降至610kV后，分配给用户变压器，再降至380伏或220伏，供建筑物或建筑工地的照明或动力设备、用电器等使用。变配电所组成：由高压配电室、变压器室和低压配电室三部分组成。此外，还有高压电容器室(提高功率因素用)和值班室。变电所(室)的形式有：独立式、附设式（又分内附式和外附式）、杆架式等。建筑设备 14.4

17、 电气设备的选择 Back 用电负荷的计算指用电设备用电量的确定。为方便供电计算，按不同负荷性质有照明和动力两类负荷，用电负荷的计算实际是指用电设备功率、电流的计算。 14.4.1 用电负荷的计算 1. 负荷曲线 用电设备的工作情况是经常变化的，负荷曲线是功率或电流随时间而变化的曲线。 按负荷持续的时间，可分为年、月、日的或某一负荷班的负荷曲线。建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back2. 负荷的种类1) 最大负荷最大负荷即计算负荷，指消耗电能最多的半小时的平均功率，亦即连续30min的最大平均负荷用P30、Q30、S30表示。可依此作为按发热条件选择电气设备的依据，故又称计算负荷，常用P

18、js(有功功率)、Ojs(无功功率)和Sjs (视在功率)表示。 2) 尖峰负荷 电动机启动时，12s内最大负荷电流。常用Pjf、Qjf和Sjf表示。 3) 平均负荷 用电设备在某段时间内所消耗的电能除以该段时间所得的平均值，即：Pp =Wt /t(14-1)平均负荷可用于计算某段时间内的用电量和确定补偿电容的大小。常以Pp、Qp和Sp表示。 建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back3. 负荷计算的方法负荷计算的方法有单位面积安装功率法、需要系数法、二项式法和利用系数法等。在建筑电气设计中，方案设计阶段可采用单位建筑面积安装功率法，初步设计阶段多采用需要系数法。1) 单位建筑面积安装功率法

19、建筑物单位建筑面积的安装功率与建筑物的种类、等级、附属设备情况和房间用途等条件有关，而且随着生活和生产水平的提高，其标准逐渐提高。表14.1可供参考选用。 建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back2) 需要系数法需要系数Kx是用电设备组所需要的计算负荷(最大负荷)Pjs与其设备装机容量Ps的比值，即Kx = Pjs / Ps。根据需要系数Kx求总安装容量为Ps的用电设备组所需计算负荷Pjs的方法称需要系数法。 建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back14.4.2 电气设备的选择 1. 设备容量Ps的确定 1) 动力设备容量Psl只考虑工作设备不包括备用设备，其值与用电设备组的工作制有关

20、，应按工作制分组分别确定。 2) 照明设备容量P1对于白炽灯等热辐射光源可取其铭牌额定功率；对于荧光灯和高压水银灯等气体放电光源，还应计入镇流器的功率损耗，即比灯管的额定功率有所应增加。 建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back14.4.2 电气设备的选择 2. 导线和电缆的选择1) 导线截面选择条件 选择导线截面可按导线允许温升、电压损失条件和机械强度三种方法选择，三者都必须保障的安全条件。在设计中，按允许温升进行导线截面的选择，按允许电压进行校核，并应满足机械强度的要求。2) 线路的工作电流导线截面选择的计算首先是确定线路的工作电流，因为线路工作电流是影响导线温升的重要因素。3) 据允

21、许温升选择导线截面 建筑设备 14.4 电气设备的选择 Back14.4.2 电气设备的选择 3. 开关设备1) 照明器控制开关2) 刀开关3) 自动空气开关4) 保护设备(1) 熔断器熔断器俗称保险丝，按结构形式可分为插入式、旋塞式和管式三种。(2) 漏电保护开关 (3) 热继电器 建筑设备 14.5 安全用电 Back1. 安全电压等级当工频(f=50Hz)电流流过人体时，安全电流为0.0080.01A。人体的电阻，主要集中在厚度0.0050.02mm的角质层，但该层易损坏和脱落，去掉角质后的皮肤电阻约8001200欧，则可求出安全电压U=I.R=0.011200=12V。故我国确定安全电

22、压为12V。当空气干燥，工作条件好时可使用使用24V和36V 。l2V、24V和36V为我国规定的安全电压三个等级。 建筑设备 14.5 安全用电 Back2. 安全电压的条件1) 因人而异。一般来说，手有老茧，身心健康 情绪乐观的人电阻大，较安全；皮肤细嫩，情绪悲观，疲劳过度的人电阻小，较危险。2) 与触电时间长短有关。触电时间越长，情绪紧张，发热出汗，人体电阻减小，危险大。若可迅速脱离电源，则危险小。3) 与皮肤接触的面积和压力大小有关。接触面积和压力越大，越危险；反之，较安全。4) 与工作环境有关。在低矮潮湿，仰卧操作，不易脱离现场酌情况下触电危险大，安全电压取12V。其它条件较好的场所

23、，可取24V或36V。 建筑设备 14.5 安全用电 Back3. 用电安全的的基本原则直接接触防护,防止电流经由身体的任何部位通过；限制可能流经人体的电流,使之小于电击电流。间接接触防护，防止故障电流经由身体的任何部位通过；限制可能流经人体的故障电流,使之小于电击电流；在故障情况下触及外露可导电部分时,可能引起流经人体的电流等于或大于电击电流时，能在规定的时间内自动断开电流。正常工作时的热效应防护,应使所在场所不会发生地热或电弧引起可燃物燃烧。 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back14.6.1 雷电的形成及其危害雷电是由雷云对地面建筑物及大地的自然放电引起的。 在天气闷热潮湿的时候，

24、地面上的水受热变为蒸汽并且上升,在空中与冷空气相遇，使蒸汽凝结成小水滴，形成积云。云中水滴受到强烈气流吹袭，分裂为一些小水滴和大水滴，小水滴带负电荷，大水滴带正电荷。负电荷形成雷云，正电荷形成鱼。带负电的雷云由于静电感应与大地形成一个大的电容器。当电场强度很大，超过大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的放电，就是一般所说的雷击。 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back14.6.1 雷电的形成及其危害雷电造成的破坏作用，一般可分为直接雷、间接雷两大类。直接雷是指雷云对地面直接放电。间接雷是雷云的二次作用(静电感应效应和电磁效应)造成的危害。无论是直接雷还是间接雷，都可能演变成雷电的第三种

25、作用形式高电位侵入，即很高的电压(可达数十万伏)沿着供电线路和金属管道，高速侵入变电所、用电户等建筑内部。雷电的危害总括为如下几点：1. 静电感应 2. 磁感应 3. 直击雷过电压4. 雷电波的侵入建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back1. 第一类防雷建筑物的防雷1) 防直击雷的措施装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护的建筑物的风帽等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内，架空避雷网的网格尺寸不应大于10ml0m。独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。14.6.2 建筑物的防

26、雷 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back1. 第一类防雷建筑物的防雷2) 防雷电感应的措施建筑物内的设备、管道、构架、电缆的金属外皮、钢屋架、钢窗等金属物均应接到防雷电感应的接地装置上。金属屋面周边每18-24m以内应采用引下线接地一次。平行敷设的管道、构架、电缆的金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处应跨接。防雷电感应的接地装置应和电气设备的接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10欧。屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接不应少于两处。14.6.2 建筑物的防雷 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 B

27、ack1. 第一类防雷建筑物的防雷3) 防止雷电波侵人的措施低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。架空线应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m。在电缆与架空线连接处，应装设避雷器，避雷器、电缆的金属外皮、钢管和绝缘子的铁脚、金具等连在一起接地，冲击接地电阻不宜大于10欧。架空金属管道，在进出建筑物处，应与防雷电感应的接地装置相连。距离建筑物100m内的管道，应每隔25m左右接地一次，冲击接地电阻不宜大于20欧，宜利用金属支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋网作为引下线，其钢筋混凝土基础宜作为接地装置

28、相连。14.6.2 建筑物的防雷 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back1. 第一类防雷建筑物的防雷4) 当建筑物高于30m时，应采取防侧击的措施：(1) 从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连。 (2) 30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。(3) 在电源引人的总配电箱处装设过电压保护器。14.6.2 建筑物的防雷 建筑设备 14.6 建筑防雷及接地 Back2. 第二类防雷建筑物的防雷在屋角、屋脊、女儿墙或屋檐上装设环状避雷带，并在屋面上装设不大于10m10m的网络；突出屋面的物体，应沿其顶部四周装设避雷带。引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土中的钢筋。当专设引下