1第 7 章 建筑供配电及防雷接地系统 第 7 章 建筑供配电及防雷接地系统 【要点提示】同学们：建筑供配电是建筑电气专业最重要的内容。供配电系统的主要任务是为建筑环境提供安全、可靠、优质、灵活、经济的供电电源和配电线路，同时，建筑弱电的电气设备、建筑照明、建筑消防等需要的不同电源，基本上由供配电系统来提供，因此，供配电系统是其他建筑电气内容的基础。 在建筑物中，配电系统由于电气设备绝缘损坏、大自然雷电或其他原因，会对建筑物或电气设备产生破坏作用并威胁人身安全。针对这样的情况，建筑物一般采取防雷措施和安全接地系统，以避免危险事故发生。 7.1 供电系统概述 7.1.1 供电系统的组成 7.1.1 供电系统的组成 概括来说，供电系统是一个庞大的电路网，它可以跨越省际、国际、甚至洲 际。按照作用，一般将供电系统分为四个部分，分别为：发电、输电、变配电、用电等。下面分别作以介绍： 1.供电系统的电源是发电厂。 将自然界中的一次能源转换成电能的工厂就是发电厂。我国发电厂有水力发电厂、火力发电厂（燃料为媒、石油、天然气） 、原子能发电厂、太阳能发电厂、风能发电厂等，目前主要以水力发电厂和火力发电厂为主，将原子能发电作为今后发展的方向。 2.供电线路是输送电能的通道，输电线路的形式主要有架空和电缆两种形式，目前我们国家主要以架空输电为主，只有在遇到繁华市区、河流湖泊等，才采用电缆的形式。为了节省能源，通常采用 35KV 以上的高压线路输电，而由降压变电所分配给用户的 10KV 及以下的电力线路称为配电线路。目前，已出现少数的高压直流输电线路，它在性能上比交流输电提高了很多。 3.变电所分为升压变电所和降压变电所。升压变电所是将低电压变成高电压，一般建立在发电厂厂区内；降压变电所是将高电压变成适合用户的低电压，一般建立在靠近用户的中心地点。变电所的作用就是接受电能和分配电能 ，而配电所的作用是分配电能。 4.供电系统的终端是电能用户，即消耗电能的电气设备。用电设备按其用途分为： 动力设备（电动机等） ，工艺用电设备（冶炼、电焊等） ，电热用电设备（电炉、干燥箱等） ，照明用电设备等。 2图 7-1 供电系统示意图 7.1.2 供电系统的作用 7.1.2 供电系统的作用 供电系统是将各种类型的发电厂、变电所、输电线路、配电设备及电能用户等联系起来，组成一个整体 。整个系统内的发电设备可以互为备用，并且有计划地安排轮流检修，不仅提高了系统的供电可靠性，也可实现设备的经济运行，充分体现了供电系统的宏观调控作用。 7.1.3 电能质量的参数 7.1.3 电能质量的参数 衡量电能质量的两个参数分别是电压和频率。 根据我国规定，交流供电系统的额定电压等级有：12V、24V、36V、110V、 220V、330V、3KV、6KV、10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV 等，目前，我国最高的电压等级是 800KV。习惯上把 1KV 以下的电压称为低压，1KV 以上的电压称为高压。衡量电压质量的两个标准是电压偏移和电压波动。在使用中，实际电压都要偏离额定电压，这种情况就是电压偏离。电压偏离主要是由各种电气设备、供配电线路的电能损失引起的，可通过改善线路、提高设备的效率等途径减小。规范上用额定电压损失来限定电压偏离。电压波动主要是由电源波动和电能用户变化引起的。 我们国家交流电力网的额定频率 （俗称工频） 是 50HZ， 允许偏差为0.25HZ。 7.2 电力负荷的简易计算 计算负荷是以原始的设备铭牌数据为依据，从发热角度出发，并且考虑到安全、经济、合理等因素，用科学的方法统计出的假想负荷。 7.2.1 电力负荷的分级 7.2.1 电力负荷的分级 根据用电设备对供电可靠性的要求不同，把供电负荷分为三级。 1.一级负荷 中断供电将造成重大的政治、经济损失或人员伤亡的负荷，叫做一级负荷。3如重要的铁路枢纽、通讯枢纽、重要的国际活动场所、重要的宾馆、医院的手术室、重要的生物实验室等。 一级负荷的供电方式除了采用两个互相独立的电网电源供电之外， 还应设置备用电源，一般备用电源采用柴油发电机组或直流蓄电池组。 2.二级负荷 中断供电将造成较大的政治、经济损失或引起公共场所秩序混乱的负荷，叫做二级负荷。如地、市政府办公楼，三星级旅馆，甲级电影院，地、市级主要图书馆、博物馆、文物珍品库等。 二级负荷的供电方式除了采取两条彼此独立的线路之外，根据实际情况，还应设置备用电源。 3.三级负荷 除了一级负荷、二级负荷之外，其他的都属于三级负荷，三级负荷在供电方式上没有特殊的要求，一般都采用单回路供电。 随着我国经济的发展， 一级负荷的供电方式已经不能满足一些特别重要场所的需要，如市话局、电信枢纽、卫星地面站、民用机场、银行证券交易中心等，这些负荷属于特别重要的一级负荷， 一般叫做特一级负荷。 同时由于经济的发展，一级负荷、二级负荷的增多，三级负荷的供电方式会逐渐减少或者取消。 7.2.2 负荷计算的方法 7.2.2 负荷计算的方法 所谓电力负荷计算， 就是按照一定方法计算用电设备、 配电线路、 配电装置，以及发电机、变压器中的电流或功率。计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷产生的最大热效应相等。 负荷计算的方法一般有需用系数法和二项式法，其中需用系数法用的较多，下面对需用系数法作以简单介绍： 1.需要系数法 需用系数是考虑用电设备组不能同时工作，不能同时满载，不能在同一个工作制下工作，不能在同一个工作效率下工作等四个因素，从而得出的一个计算系数，一般用表示，通过查表获得。 nK有功计算负荷的公式是SnCPKP （7-1） 式中：有功计算负荷，KW； CPnK 负荷计算需要系数，通过查表获得； 4SP 设备容量，指的是设备的原始铭牌数据。 当设备为连续工作制时： NSPP （注：指设备的额定功率） NP当设备为断续工作制时：NN SPP规（注：N为设备的铭牌额定暂载率，规为统一规定暂载率，其中，电焊机为 100%,起重机为 25%） 当设备为气体放电光源（荧光灯、高压汞灯等） ：NSPP2 . 1 无功计算负荷的公式是tanCCPQ （7-2） 式中：无功计算负荷，KVar； CQtan功率因数角的正切值。 视在计算负荷的公式是22 CCCQPS （7-3） 或者先根据公式cosC CPS计算出视在计算负荷，然后根据公式CS22 CCCPSQ计算出无功计算负荷。 CQ式中：视在计算负荷，KVA； CScos功率因数。 ； 计算电流的公式是NC CUSI（单相线路） （7-4） NC CUSI3（三相线路， 其中所指为线电压） （7-5） NU式中：计算电流，A； CI额定电压，V。 NU【例 7-1】已知某化工厂机修车间采用 380v 供电，低压干线上接有冷加工机床 26 台，其中 11KW1 台，4.5KW8 台，2.8KW10 台，1.7KW7 台，试求该机床组的计算负荷。 【解】该设备组的总设备容量为 57 .8677 . 1108 . 285 . 41 =11SP(KW) 查表获得=0.160.2（取0.2） ，nKtan=1.73，cos=0.5，则 有功计算负荷38.179 .862 . 0CP（KW） 无功计算负荷06.3073. 138.17CQ(Kvar) 视在计算负荷(76.345 . 0/38.17CSKV.A) 计算电流8 .52)38. 03/(76.34CI(A) 7.3 低压输配电线路 7.3.1 变配电所概述 7.3.1 变配电所概述 1.变配电所的构成 变电所的构成主要有：高压配电室、低压配电室、变压器室、电容器室、值 班室等。变电所的类型有很多，按变压器及高压电气设备安装的位置，可分为室内型、 半室外型、 室外型及成套变电站。 室内型变电所将所有的设备都放在室内，其特点是安全、可靠、受环境影响小，但是造价较高。半室外型变电所只将低压配电设备放在室内， 其他设备均放在室外， 其特点是造价低， 变压器通风散热好。室外型变电所将全部设备都放在室外，一般建筑工地较多采用此类变电所。成套变电站由高压室、低压室、变压器室组成，成套出厂，其特点是易搬迁，安装方便。 2.变配电所的主要电气设备 在低压变配电所中，常用的高压电气设备有熔断器、隔离开关、负荷开关、断路器、互感器、避雷器等；常用的低压电气设备有低压断路器、刀开关、熔断器等。 （1）高压电气设备 高压熔断器 高压熔断器的作用是使设备或者线路避免遭受过电流和短路电流的危害。各 种类型的高压熔断器的保护主要由熔体来完成，当线路或者设备出现故障，电流增大，熔体温度上升到熔断温度，熔体熔断，起到保护作用。 高压断路器 高压断路器既可切断正常的高压负荷电流，又可切断严重过载或短路电流，有很完善的灭弧装置。高压断路器按其灭弧介质分为多油断路器、少油断路器、6真空断路器、六氟化硫断路器等。 高压隔离开关 高压隔离开关的作用是隔离高压电源，以保证线路能安全检修。高压隔离开关没有灭弧装置， 不能通断负荷电流， 因此在和其他开关配合使用的倒闸操作时，要特别注意。 高压负荷开关 高压负荷开关用来通断高压线路正常的负荷电流。 高压负荷开关有一定的灭弧装置，不能通断故障电流。 表 7-1 主要电气设备的文字及图形符号 7.3.2 低压配电线路 7.3.2 低压配电线路 1.低压配电线路的配电要求 低压配电线路的配电要求可以概括为五个原则：安全、可靠、优质、灵活、经济。 （1）安全 随着我国经济的迅速发展，工程质量的要求早已作了调整，安全是人们首先考虑的问题。对于低压配电线路来说，要保证安全的原则，应从以下方面考虑： 7配电线路的设计应严格按照国家有关规范进行，并且根据实际情况适当调整；配电线路的施工按照设计图纸进行，施工材料一定是正规厂家的合格产品，施工工艺应符合国家施工规范章程。 （2）可靠 低压配电线路应满足民用建筑所必须的供电可靠性要求。所谓可靠性，是指供电电源、供电方式要满足负荷等级要求，否则会造成不必要的损失。 （3）优质 低压配电线路在供电可靠的基础上，还应考虑到电能质量。电能质量的两个衡量指标是电压和频率。电压的质量除了跟电源有关之外，还与动力、照明线路的设计有很大关系。在设计线路时，低压线路供电的距离应满足电压损失要求，同时将动力和照明线路的变压器分别设置，以避免电压波动。我国规定工频为50HZ，应由电力系统保证，与低压配电线路的设计无关。 （4）灵活 低压配电线路还应考虑到负荷的未来发展。从工程角度看，低压配电线路应力求接线简单、操作方便、安全，并具有一定的灵活性。特别是近年大功率家用电器的迅速发展，如即热式电热水器、大屏幕电视机等普及很快，因此应在设计时进行调查研究，使设计在符合有关规定的基础山，适当考虑发展的要求留有余地。 （5）经济 低压配电线路在满足上述原则的基础上，应当考虑节省有色金属的消耗、减少电能的消耗、降低运行费用等，满足经济的原则。 2低压配电线路的配电方式 低压配电线路的基本配电方式有：放射式、树干式和环形式，以下对常用的放射式和树干式作以说明： （1）放射式 放射式指的是每一个独立负荷或集中负荷均由单独的配电线路供电， 它一般用于供电可靠性要求较高或设备容量较大的场所。如电梯，虽然容量不大，但供电可靠性要求高；大型消防泵、生活用水泵和中央空调机组等，供电可靠性要求高，单台机组容量大；这些设备都必须采用放射式专线供电。对于供电可靠性要求不高，用电量