建筑电气知识课件

大家好大家好建筑电气建筑电气第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 现代建筑的特点现代建筑的特点 一、建筑上的特点建筑上的特点 由于民用建筑向大面积、高层、超高层、由于民用建筑向大面积、高层、超高层、多功能、综合性用途发展，更由于人民生多功能、综合性用途发展，更由于人民生活水平的提高，科技的发展，对建筑电气活水平的提高，科技的发展，对建筑电气提出了更高的要求。提出了更高的要求。（一）高度高（一）高度高高层建筑高层建筑第一类高层建筑：第一类高层建筑：916层（最高到层（最高到50m）第二类高层建筑：第二类高层建筑：1725层（最高到层（最高到75m）第三类高层建筑：第三类高层建筑：2640层（最高到层（最高到 100m）第四类高层建筑：第四类高层建筑：40层以上（高度超过层以上（高度超过 100m）（二）面积大（二）面积大 几万几万几十万几十万m2（三）有地下层（三）有地下层二、电气上的特点二、电气上的特点（一）用电设备种类多（一）用电设备种类多（二）耗电量大（二）耗电量大（三）供电可靠性大（三）供电可靠性大第二节第二节 建筑供配电系统建筑供配电系统一一 电力系统的基本概念电力系统的基本概念（一）电能（一）电能 预计到预计到2050年，全国总装机容量可达年，全国总装机容量可达15 18亿亿kw,每年总发电量可达每年总发电量可达7 8万亿万亿kwh。例例 某一办公楼各种能源比例：某一办公楼各种能源比例：电力电力84%（照明插座（照明插座42%，一般动力，一般动力21%，空调机，空调机14%，冷冻机，冷冻机7%（二）电力系统（发电、输电、变电、配（二）电力系统（发电、输电、变电、配电、用电）电、用电）由发电厂、变电站、配电站、电力网和由发电厂、变电站、配电站、电力网和用户组成的系统。用户组成的系统。发电厂：发电厂：将各种一次能源转化为电能，将各种一次能源转化为电能，即生产电能的工厂。即生产电能的工厂。例例 三峡水电站三峡水电站 单机容量单机容量70万万kw，32台，总容量台，总容量2240万万kw。电力网电力网:输送和分配电能的渠道。输送和分配电能的渠道。区域电网和地方电网区域电网和地方电网变电站：变换电压和交换电能的场所。变电站：变换电压和交换电能的场所。升压变电升压变电 6、10、15kv 升升110、220、500kv，750kv，1000Kv 降压变电降压变电 110、220、500kv降降6、10kv电能用户：电能消耗的场所。电能用户：电能消耗的场所。例例 我国居民用电我国居民用电:1996年年1130亿亿kwh 2000年年1690亿亿kwh 2005年年2700亿亿kwh 2010年年3920亿亿kwh 发电输电升压一级降压二级降压配电用电三级降压发电厂升压变压器电网地区变电站区域变电站楼宇变电站配电站用户建筑电气研究的范围二二 建筑供配电系统及其组成建筑供配电系统及其组成 由高压及低压配电线路、变电站（包括由高压及低压配电线路、变电站（包括配电站和用电设备组成。配电站和用电设备组成。（一）分类（一）分类大型、特大型建筑供配电大型、特大型建筑供配电中型建筑供配电中型建筑供配电小型建筑供配电小型建筑供配电100kw以下的用电负荷建筑以下的用电负荷建筑国内外部分工程情况简介国内外部分工程情况简介（二）电力系统的电压（二）电力系统的电压 电力系统电能质量的两个基本参数：电力系统电能质量的两个基本参数：频率、电压频率、电压(偏移、波动、波形偏移、波动、波形)1.额定频率：额定频率：500.5Hz，一般称，一般称“工频工频”地区或国名工频(Hz)中国台湾60中国大陆50中国香港50日本60南韩60新加坡50印度50印尼50泰国50马来西亚50越南50亚洲欧洲地区或国名工频(Hz)俄罗斯50英国50法国50德国50爱尔兰50意大利50瑞士50荷兰50丹麦50波兰50美洲地区或国名工频(Hz)美国60加拿大60巴西60哥伦比亚602.额定电压：为电气设备正常运行且获得额定电压：为电气设备正常运行且获得最佳经济效果的电压。最佳经济效果的电压。(1)电网（电力线路的额定电压电网（电力线路的额定电压 它是确定各类电力设备额定电压的基本它是确定各类电力设备额定电压的基本依据依据。(2)用电设备额定电压用电设备额定电压 与电网额定电压相同。与电网额定电压相同。(3)发电机的额定电压发电机的额定电压 高于同级电网电压高于同级电网电压5%.(4)电力变压器的额定电压电力变压器的额定电压 一次绕组的额定电压一次绕组的额定电压 与发电机相连：与发电机相连：高于电网额定电压高于电网额定电压5%.不与发电机相连：不与发电机相连：连在线路上时连在线路上时,与电网额定电压相同。与电网额定电压相同。二次绕组的额定电压二次绕组的额定电压 即指空载电压即指空载电压供电线路不长时：供电线路不长时：高于电网额定电压高于电网额定电压5%.供电线路较长时供电线路较长时：高于电网额定电压高于电网额定电压10%.基准电压等级(kv)送电距离(km)送电功率(kw)备注0.40.6以下100以下6.64-15100-1200106-20200-20003520-701000-1000011050-15010-15MW220100-300100-500MW330200-600200-800MW西北500150-8501000-1500MW750500以上2000-2500MW3.允许的电压偏移及电压调整措施允许的电压偏移及电压调整措施(1)用电设备处电压偏移的允许值用电设备处电压偏移的允许值 电动机电动机 5；照明灯照明灯 一般工作场所一般工作场所 5；视觉要求高的场所视觉要求高的场所 5；2.5%等等(2)电压偏移的影响（温升、寿命）电压偏移的影响（温升、寿命）(3)电压调整措施电压调整措施科学的确定电力系统中各个电气设备的科学的确定电力系统中各个电气设备的额定电压额定电压合理选择变压器的电压比和电压分接头合理选择变压器的电压比和电压分接头合理减少系统阻抗合理减少系统阻抗合理补偿无功功率合理补偿无功功率尽量使系统的三相负荷平衡尽量使系统的三相负荷平衡4.电压波动及其抑制电压波动及其抑制(1)电网电压的短时快速变动或电压包络线电网电压的短时快速变动或电压包络线周期性变动。周期性变动。Umax为用户公共供电点的相邻最大电压方为用户公共供电点的相邻最大电压方均根均根(2)电压波动产生的原因电压波动产生的原因 由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起的。由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起的。1）用电设备具有）用电设备具有冲击负荷或波动负荷冲击负荷或波动负荷，如电弧，如电弧炉、炼钢炉、轧钢机、电焊机、轨道交通、电气炉、炼钢炉、轧钢机、电焊机、轨道交通、电气化铁路、以及短路试验负荷等。化铁路、以及短路试验负荷等。2）系统发生短路故障，引起电网波动和闪变。）系统发生短路故障，引起电网波动和闪变。3）系统设备）系统设备自动投切自动投切时产生操作波的影响，如时产生操作波的影响，如备用电源自动投切、自动重合闸动作等。备用电源自动投切、自动重合闸动作等。4）系统遭受雷击引起的电网电压波动等。）系统遭受雷击引起的电网电压波动等。(3)抑制措施抑制措施 对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器单独供电。线或专用变压器单独供电。设法增大供电容量，减少系统阻抗。设法增大供电容量，减少系统阻抗。在系统出现严重的电压波动时，减少或在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。切除引起电压波动的负荷。5.高次谐波及其抑制高次谐波及其抑制 谐波谐波:指对非正弦周期交流进行傅立叶指对非正弦周期交流进行傅立叶级数的大于基波频率整数倍的各次分量，级数的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。通常称为高次谐波。基波：指其频率与工频相同的分量基波：指其频率与工频相同的分量 谐波源：向公用电网注入谐波电流或在谐波源：向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波的电气设备公用电网中产生谐波的电气设备 高次谐波的危害：可使变压器、电动机等带高次谐波的危害：可使变压器、电动机等带铁芯的电气铁损增加，铁芯的电气铁损增加，发热发热严重，使电动严重，使电动机转子发生机转子发生谐振现象谐振现象；谐波可使电容器发；谐波可使电容器发生过载，甚至烧毁。生过载，甚至烧毁。注：高次谐波的干扰成为当前电力系统中影注：高次谐波的干扰成为当前电力系统中影响电能质量的一大响电能质量的一大“公害公害”。抑制的措施：抑制的措施：宜采用宜采用Dyn11联结组别的三相配电变压器。联结组别的三相配电变压器。装设分流滤波器。装设分流滤波器。总结：电压质量为电压的偏差、波动和波总结：电压质量为电压的偏差、波动和波形三方面。形三方面。第四节第四节 建筑供配电设计的内容建筑供配电设计的内容程序与要求程序与要求一、建筑电气设计的一般原则一、建筑电气设计的一般原则 安全安全 可靠可靠 优质优质 经济经济合理合理 二、二、内容内容供电设计（变配电所设计）供电设计（变配电所设计）电力设计电力设计电气照明设计电气照明设计防雷与接地设计防雷与接地设计电气信号与自动控制设计电气信号与自动控制设计三三 程序与要求程序与要求1.方案设计方案设计 凡国家及省市重点工程项目，规模凡国家及省市重点工程项目，规模较大的高层建筑以及有特殊要求的大型较大的高层建筑以及有特殊要求的大型民用建筑及工业建筑，必须提出方案设民用建筑及工业建筑，必须提出方案设计。一般高层建筑也都应提出方案设计。计。一般高层建筑也都应提出方案设计。在方案设计阶段，提供电气设计和在方案设计阶段，提供电气设计和弱电设计文件主要是设计说明书及必要弱电设计文件主要是设计说明书及必要的简图。的简图。2.初步设计初步设计 初步设计文件根据设计任务书进行初步设计文件根据设计任务书进行编制，由设计说明书编制，由设计说明书(包括设计总说明和包括设计总说明和专业的设计说明书专业的设计说明书)、设计图纸、主要设、设计图纸、主要设备及材料表和工程概算书等四部分组成。备及材料表和工程概算书等四部分组成。3.施工图设计施工图设计 施工图设计应根据已批准的初步设施工图设计应根据已批准的初步设计进行编制，内容以图纸为主，应包括计进行编制，内容以图纸为主，应包括封面、图纸目录、设计说明封面、图纸目录、设计说明(或首页或首页)、图、图纸、工程概算等等。纸、工程概算等等。文字说明、选型设计文字说明、选型设计图纸说明图纸说明第二章第二章 建筑供配电的负荷计算建筑供配电的负荷计算 第一节第一节 计算负荷的意义和计算计算负荷的意义和计算目的目的 一、计算负荷一、计算负荷:将原始资料将原始资料,结合考虑因素结合考虑因素,变成供配电系变成供配电系统设计所需要的统设计所需要的假想负荷假想负荷。二、原始资料二、原始资料:用电负荷的产品铭牌数据。用电负荷的产品铭牌数据。三、考虑因素三、考虑因素:非同时运行非同时运行四、意义和目的四、意义和目的:求计算负荷求计算负荷,也称需用负荷也称需用负荷 1.作为按发热条件选择供配电系统各级电作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气设压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。备的依据。2.在工程上为方便计算，亦可作为能量消在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。耗量及无功功率补偿的计算依据。第二节第二节 用电设备的主要特征用电设备的主要特征一一 分类：（按工作制分分类：（按工作制分 连续运行工作制连续运行工作制 短时运行工作制短时运行工作制 断续周期运行工作制断续周期运行工作制(负荷持续率负荷持续率)二二 设备容量设备容量Pe的确定的确定 1、连续运行工作制和短时工作制的用电设备、连续运行工作制和短时工作制的用电设备组组 a、连续运行工作制用电设备的、连续运行工作制用电设备的Pe(kw)等于其铭牌额定功率等于其铭牌额定功率 PN(kw)一般一般Pe=PN，但对于采用电感镇流器，但对于采用电感镇流器的电光源，需要考虑镇流器消耗的功率，此时的电光源，需要考虑镇流器消耗的功率，此时Pe=1.2*PN b、短时运行工作制用电设备，求计算、短时运行工作制用电设备，求计算负荷时一般不考虑。负荷时一般不考虑。2、断续周期运行工作制用电设备、断续周期运行工作制用电设备,是将某是将某一一 暂载率下的铭牌额定功率统一换算到暂载率下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂载率的功率。一个标准暂载率的功率。第三节第三节 负荷计算的基本概念负荷计算的基本概念一一 负荷曲线负荷曲线 表示一组用电设备的功率随时间变化关表示一组用电设备的功率随时间变化关系的图形。系的图形。可直观地反映出用户用电特点，对于可直观地反映出用户用电特点，对于同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同类型的用户，其负荷曲线形状大致相同。同。1.按负荷性质分按负荷性质分 有功负荷曲线有功负荷曲线无功负荷曲线无功负荷曲线2.按持续工作时间分按持续工作时间分(1)日负荷曲线日负荷曲线(24h)(2)年负荷曲线（年负荷曲线（8760h二二 与负荷计算相关的物理量与负荷计算相关的物理量（一）年最大负荷和最大负荷利用小时数（一）年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷年最大负荷 全年中最大工作班内半小时平均功率的全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值。用最大值。用 Pm、Qm、Sm表示。表示。年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数 一个假想时间，反映用户以年最大负荷一个假想时间，反映用户以年最大负荷 Pm持续运行持续运行 Tm h所消耗的能量恰好等于所消耗的能量恰好等于 全年实际消耗的能量全年实际消耗的能量。（二）平均负荷和负荷系数（二）平均负荷和负荷系数 平均负荷平均负荷 电力用户在一段时间内消耗功率的平电力用户在一段时间内消耗功率的平均值。用均值。用 Pav、Qav、Sav。年平均负荷：年平均负荷：负荷系数：负荷系数：表征负荷曲线不平坦度的一个物理量表征负荷曲线不平坦度的一个物理量 用电负荷的平均负荷与最大负荷之用电负荷的平均负荷与最大负荷之比。比。三三 计算负荷的定义计算负荷的定义 是按发热条件选择导体和电气设备时是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假想负荷，通常规定取使用的一个假想负荷，通常规定取30分分钟平均最大负荷钟平均最大负荷 P30、Q30和和 S30作为该作为该 用户的用户的“计算负荷计算负荷”。其物理意义：其物理意义：计算负荷持续运行产生计算负荷持续运行产生的热效应与实际变动负荷长期运行所产的热效应与实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等生的最大热效应相等。因此因此：P30=Pm Q30=Qm S30=Sm四、求计算负荷的方法四、求计算负荷的方法（一）（一）需要系数法：需要系数法：计算简便，最为通用的一种方法。计算简便，最为通用的一种方法。需要系数：是一个综合系数，与设备组的同期系数、需要系数：是一个综合系数，与设备组的同期系数、设备组的负荷系数、线路及用电设备效率、以及设备组的负荷系数、线路及用电设备效率、以及很多随机因素有关。其定义为：很多随机因素有关。其定义为：1.用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 用电设备组：指工艺相同，需求系数、功率因用电设备组：指工艺相同，需求系数、功率因数相同的多台用电设备。数相同的多台用电设备。例题例题:已知某民用建筑内有带电感镇流器的已知某民用建筑内有带电感镇流器的荧光灯容量共荧光灯容量共10kw，普通插座容量用，普通插座容量用10kw，空调设备容量共，空调设备容量共10kw，试求各组的计算，试求各组的计算负荷。负荷。2.多个用电设备组的计算负荷多个用电设备组的计算负荷（配电干线和变电所低压母线）配电干线和变电所低压母线）K 同期系数同期系数注：进行负荷计算时，应先对用电设备容量注：进行负荷计算时，应先对用电设备容量进行如下处理：进行如下处理：照明负荷的用电设备容量应根据所用光源照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。如气体的额定功率加上附属设备的功率。如气体放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功放电灯、金属卤化物灯，为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。低压卤钨灯为灯泡率加上镇流器的功耗。低压卤钨灯为灯泡的额定功率加上变压器的功率。的额定功率加上变压器的功率。用电设备组的设备容量不包括备用设备，用电设备组的设备容量不包括备用设备，消防用电设备容量不列入总设备容量。消防用电设备容量不列入总设备容量。季节性用电设备季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。应择其大者计入总设备容量。反复短时工作制的用电设备功率应换算反复短时工作制的用电设备功率应换算到负载持续率为到负载持续率为25的设备功率。的设备功率。单相负荷应均衡的分配到三相上。当单单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围内负荷的相负荷的总容量小于计算范围内负荷的总容量的总容量的15时，全部按三相对称负荷时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设备不对称容量大于计算；如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的三相用电设备总容量的15时，则设备时，则设备容量应按三倍最大相负荷计算。容量应按三倍最大相负荷计算。用电设备组的需要系数及功率因数表用电设备组的需要系数及功率因数表 （二（二）按二项式法）按二项式法 当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的的低压支线和干线的 计算负荷时，采用。（略计算负荷时，采用。（略（三（三）估算方法估算方法 单位产品耗量法、负荷密度法等单位指标法单位产品耗量法、负荷密度法等单位指标法。ScKN1000式中式中:Sc计算的在功率计算的在功率(kvA)；K单位指标单位指标(vAm2)；N建筑面积建筑面积(m2)。民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。例例 商业性高层建筑的用电负荷大致分布：商业性高层建筑的用电负荷大致分布：空调设备空调设备5060%，电气照明电气照明3035%，动力用电动力用电2025%。注：住宅负荷的计算注：住宅负荷的计算 每套住宅用电负荷，不再按灯具、插座每套住宅用电负荷，不再按灯具、插座等容量逐一计算，而是按套型类别进行等容量逐一计算，而是按套型类别进行确定，根据我国住宅发展，每套住宅供确定，根据我国住宅发展，每套住宅供电容量标准，一般可在电容量标准，一般可在4一一12kw范围选范围选取。取。高级公寓的每户建筑面积在高级公寓的每户建筑面积在l00200m2时用电标准可为时用电标准可为10一一15kw。计算负荷小结：（总负荷计算）计算负荷小结：（总负荷计算）对用电设备进行分组计算时，同类用电对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率和无功功率设备的总容量应按有功功率和无功功率负荷分别相加求得。负荷分别相加求得。配电干线和变电所的计算负荷为各用电配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数设备组的计算负荷之和再乘以同时系数K，一般取为一般取为0.80.9。当不同类别的建筑当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼如办公楼和宿舍楼)共共用一台变压器时，其同时系数可适当减用一台变压器时，其同时系数可适当减小。小。第五节第五节 尖峰电流的计算尖峰电流的计算 尖峰电流是持续尖峰电流是持续12s的短时最大负荷电的短时最大负荷电流，它用来计算电压波动，选择熔断器和流，它用来计算电压波动，选择熔断器和低压断路器，整定继电保护装置及检验电低压断路器，整定继电保护装置及检验电动机自起动条件等。动机自起动条件等。一、单台用电设备一、单台用电设备 用电设备的额定电流；用电设备的额定电流；用电设备的起动电流；用电设备的起动电流；用电设备的起动倍数：笼型电动机为用电设备的起动倍数：笼型电动机为 57，绕线型电动机为，绕线型电动机为23，直流电，直流电动动 机为机为1.7等。等。二、多台用电设备二、多台用电设备第六节 建筑用电负荷的特征 1、给排水动力负荷 2、冷冻机组动力负荷 3、电梯负荷 4、照明负荷 5、风机负荷 6、弱电设备负荷第七节 无功功率补偿一、什么是无功功率有功功率：电能其他形式能量(机械能、光能、热能)无功功率：建立和维持旋转磁场 无功功率与无用功率无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：(1)降低发电机有功功率的输出。(2)降低输、变电设备的供电能力。(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。二、无功功率补偿装置类型及位置 1、类型 并联电容器补偿装置：无功功率变化速度较慢或无功功率需求较恒定的场合。2、补偿方式 高压集中补偿、低压集中补偿、低压就地补偿三、补偿容量计算 四、无功补偿后的计算负荷 优点：主变压器容量减少；降低初投资、降低电费开支例2.6 第九节第九节 供配电系统的功率供配电系统的功率损耗与电能需要量的计算损耗与电能需要量的计算一一 供电线路的功率损耗供电线路的功率损耗 式中式中 R 线路每相电阻线路每相电阻 X 线路每相电抗线路每相电抗