第7章 建筑供配电系统工程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,78,第,7,章建筑供配电系统工程,（一）电路的组成,电路就是电流所经过的路径，电路为一闭合回路。电路由电源、中间环节和负载组成。,（一）电路的组成,1,电源,电源，即电能的源泉，是推动电路中电流流动的原动力。电源是指电路中供给电能的设备，它的作用是将非电形式的能量转换为电能。,如电池将化学能转换为电能，发电机将机械能转换为电能等。,2,中间环节,中间环节主要包括连接导线和一些控制、保护电器等，它们将电源和负载连接成一个闭合回路，在电路中起传输、分配电能以及保护等作用。,（一）电路的组成,3,负载,负载是指用电设备，即电路中消耗电能的设备，它的作用是将电能转换为其他形式的能量。,如电灯将电能转换为光能，电炉将电能转换为热能，电动机将电能转换为机械能等。,（一）电路的组成,(a),电路的组成,;,（,b,） 电路模型（电路图）,（一）电路的组成,（二）建筑电气系统作用,（,1,）创造现代生活、工作环境,（,2,）便利条件,（,3,）安全性,（,4,）可控性能,（,5,）信息通讯,（,6,）其他,电力供配电系统,电力系统概述,电力系统、供配电系统的基本概念,电力系统概述,电力系统、供配电系统的基本概念,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。,电力系统、供配电系统的基本概念,13.1,电力系统概述,电力系统示意图,电力系统概述,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。,电力系统、供配电系统的基本概念,13.1,电力系统概述,图,13-1,电力系统示意图,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以及用电设备，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。,电力系统概述,13.1,电力系统概述,图,13-1,电力系统示意图,（,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。,电力系统概述,电力负荷的分级, 中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷，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场所等用电单位中的重要负荷。,电力系统概述,（,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。,电力系统概述,（,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。,电力系统概述,（,1,） 一级负荷对电源的要求,一级负荷应由两个独立电源供电，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。,电力系统概述,不同等级负荷对电源的要求,（,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。,发生常见故障不致中断供电或迅速恢复。,电力系统概述,（,3,） 三级负荷对电源的要求,三级负荷对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。,电力系统概述,当输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属投资也就越小；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。,电力系统概述,电力系统的额定电压,另一方面，电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大,在我国，不同地区电网的额定电压系列不同，主要有：,330kV,110kV,35kV,10kV,；,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV,；,500kV,220kV,66kV,10kV,。由于各电网电压标准的不同，给全国联网造成一定的难度。,电力系统概述,（,1,） 输送功率和输送距离,对应一定的输送功率和输送距离有一相对合理的线路电压。（表,12-1,）,（,2,） 输电电压,220,750kV,电压一般为,输电电压,，完成电能的远距离传输功能。该电网称为,高压输电网,。,电力系统概述,各种电压等级的适用范围,（,3,） 配电电压,110kV,及以下电压一般为配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定方式分配至电能用户的功能。其中,35,110kV,配电网为高压配电网，,10,35kV,配电网为中压配电网，,1kV,以下配电网称为低压配电网。,3kV,、,6kV,是工业企业中压电气设备的供电电压。,电力系统概述,1,频率质量,电力系统的额定频率为,50Hz,。当电力系统的容量在,300,万,kW,及以上时，频率偏差允许值为,0.2Hz,；电力系统的容量在,300,万,kW,以下时，频率偏差允许值为,0.5Hz,。,电力系统概述,电能的质量及其标准,2,电压质量,供配电系统设计规范,规定，电压偏差的允许值：, 电动机为,5,。 照明，在一般场所为,5,；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足以上要求时，可为,+5,、,-10,；应急照明、道路照明和警卫照明等为,+5,、,-10,。 其他用电设备，当无特殊规定时为,5,。,电力系统概述,3,波形质量,电力系统电压的波形应是,50Hz,的正弦波形，如果波形偏离正弦波形就称为波形畸变。,电压或电流中含有的高次谐波越多，或者高次谐波的幅值越大，其波形离正弦波形就越远，畸变就越严重，波形质量就越差。,电力系统概述,三相交流电源,三相交流电源是由三个频率相同、大小相等、彼此之间具有,120,相位差的对称三相电动势组成的，一般称为对称,三相电源,。,一个正弦量由最大值、频率和初相位三者确定，故最大值、频率、初相位称为正弦量的三要素。,对称三相电动势是由三相交流发电机产生的，对用户来说也可看成是变压器提供的。不管发电机还是变压器，三相电源都是由三相绕组直接提供的。每相绕组的始端标为,A,、,B,、,C,，而末端标为,X,、,Y,、,Z,。,AX,、,BY,、,CZ,分别称为,A,相、,B,相和,C,相绕组。在三个绕组中分别产生频率相同、幅值相等、相位互差,120,的三个正弦交变电动势,eA,、,eB,、,eC,，称为对称,三相电动势,。,三相交流电路,1,、三相交流电路,由三相交流电源和三相负载组成的电路叫三相交流电路。,2,、三相电动势的相序,依次为,U-V-W,称为正序。 在发电厂及变电站中，对相序要求十分严格，必须保持一致，,U,相涂以黄色，,V,相涂以绿色，,W,相涂以红色。,3,、三相电动机的反转,欲使电动机反转，以要将任意两根电源线对调即可。,4,、电力系统中的发电机都是三相交流发电机,它在经济上技术上具有明显优越性，故广泛使用。,5,、三相电源的星形（,Y,形）连接：将三个产生三相电源的一端作为公共端，再由另一端引出线与负载相连，称为星形接法或,Y,接法，有中线的叫三相四线制，没中线的叫三相三线制（图如下页）。,相电压,每相绕组两端的电压，叫相电压。,线电压,任意两根火线之间的电压叫线电压。,U,L,=1.73U,pb,相电流,流过每相负载的电流叫相电流。,线电流,流过相线的电流叫线电流。,I,L,=,I,pb,六、三角形连接,将三相发电机每一相的绕组的始端依次相接的连接方式（把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法）。,U,L,=,U,pb,I,L,=1.73I,pb,变压器的电磁感应部分包括,电路,和,磁路,两部分。电路又有一次电路与二次电路之分。各种变压器由于工作要求、用途和型式不同，外形结构不尽相同，但是它们的基本结构都是由铁心和绕组组成的。,铁心是磁通的通路，它是用导磁性能好的硅钢片冲剪成一定的尺寸，并在两面涂以绝缘漆后，按一定规则叠装而成。,变压器,单相变压器,变压器的结构,变压器的铁心结构可分为,心式,和,壳式,两种，,如图,12-22,所示,。心式变压器绕组安装在铁心的边柱上，制造工艺比较简单，一般大功率的变压器均采用此种结构。壳式变压器的绕组安装在铁心的中柱上，线圈被铁心包围着，所以它不需要专门的变压器外壳，只有小功率变压器采用此种结构。,绕组是电流的通路。小功率变压器的绕组一般用高强度漆包线绕制，大功率变压器的绕组可以采用有绝缘的扁形铜钱或铝线绕制。绕组分为高压和低压绕组。高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。,变压器,变压器,图,12-22,心式和壳式变压器,(a),心式变压器；,(b),壳式变压器；,(c),单相变压器的符号,Back,单相变压器有两个绕组，其中一个绕组接交流电源，叫做一次绕组（又叫原绕组、初级绕组），匝数为,N,1,，另一个绕组接负载，叫做二次绕组（又叫副绕组、次级绕组），匝数为,N,2,。若将变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组开路不接负载，这种运行方式叫做变压器的空载运行。,变压器,变压器的工作原理,电动机是根据电磁感应原理，将电能转换为机械能的机器，通常又称作,马达,。,电动机的种类很多，它可分为,直流电动机和交流电动机,两大类。,直流电动机虽然具有调速性能好和起动转矩大等特点，但由于直流电源不易获得，所以直流电动机除在一些特殊要求的场合中使用外，应用不太广泛。,交流电动机又可分为,同步电动机和异步电动机,。,三相异步电动机,三相异步电动机的工作原理,当定子三相绕组接上三相交流电源，通过绕组的三相电流会产生一个在空间旋转的磁场。旋转的磁场由于与转子导体发生相对运动，使转子导体上产生感应电流。这个旋转磁场又与转子导体上的感应电流发生相互作用，产生一个电磁转矩，驱动转子发生转动。,异步电动机基本结构是由定子和转子两部分组成。定子和转子之间留有一定的气隙，此外还有端盖、轴承及风扇等部件，其外形和结构,如图,12-29,所示,。,1,定子,异步电动机的定子由,定子铁心、定子绕组和机座,三部分组成。,定子铁心是由很薄的硅钢片经过冲剪、涂绝缘漆后叠压而成。,三相异步电动机,三相异步电动机的结构,定子绕组一般由绝缘铜线或铝线绕成。接线柱的布置。,将接线柱上的连接铜片进行适当的连接，就可以使三相定子绕组接成星形或三角形，以满足异步电动机不同运行工作状态时对绕组不同接法的要求。,机座的主要作用是固定定子铁心和端盖。中、小型机座采用铸铁制成；小机座也有的用铝合金压铸而成。考虑不同安装场合的要求，机座的基本安装结构形式有机座带底脚或不带底脚，端盖有凸缘或无凸缘等形式，分别适合卧式或立式安装。,三相异步电动机,2,转子,异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是由很薄的硅钢片叠合而成，在外圆表面上有许多均匀分布的槽，槽内放置转子绕组。,转子绕组分为,鼠笼式和绕线式,两种。,（,1,） 鼠笼式转子,在转子铁心槽内都有裸铜（或铝）导条，在伸出铁心两端的槽口处用两个端环把所有导条都连接起来，使所有铜（或铝）导条短路（故端环又称短路环），由此构成了鼠笼式转子绕组。如果去掉铁心，整个绕组的形状就像一个“鼠笼” 。,（,2,） 绕线式转子,绕线式转子与鼠笼式转子相似，但是它用绝缘导线放置在转子铁心的槽内，接成三相对称绕组，通常把该三相绕组的末端连结在一起，首端的引线分别接到转轴上的三个互相绝缘的铜环（称为集电环、滑环）上，再通过电刷把电流引出，与外接的变阻器接通，以便对电动机进行起动或调速。,三相异步电动机,三相异步电动机,图,12-29,异步电动机的外形和结构,Back,三相异步电动机,图,12-30,定子绕组的布置与连接,（,a,） 接线柱的布置；（,b,） 星形连接；（,c,） 三角形连接,Back,三相异步电动机,图,12-31,鼠笼式转子,（,a,） 鼠笼；（,b,） 鼠笼式转子；（,c,） 铸铝转子,Back,三相异步电动机,图,12-32,绕线式转子,Back,1,异步电动机的起动,异步电动机的起动是指电动机接通交流电源，使电动机的转子由静止状态开始转动，一直加速到额定转速，进入稳定状态运转的过程。,一般电动机容量小于供电变压器容量的,7,10,时才允许直接起动,;,否则应采取降压起动或绕线式电动机转子串联电阻起动等方法，降压起动即在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。鼠笼式电动机的降压起动常用自耦降压起动和星形,-,三角形换接起动方法。,三相异步电动机的起动、反转、调速和制动,2,异步电动机的反转,异步电动机转子的旋转方向是与旋转磁场一致的。如果要改变转子的旋转方向，使异步电动机反转，只要将接到电动机上的三根电源线中的任意两根对调就可以了。,三相异步电动机,3,异步电动机的调速,调速是指电动机在负载不变的情况下，用人为方法改变它的转速，以满足生产过程的要求。由式,n=60f/p(1-S),可知异步电动机有以下三种调速方法。,（,1,） 变极调速,可以改变磁极对数的异步电动机称为多速电动机。我国定型生产的变极式多速异步电动机有双速、三速、四速三种类型，其转速可逐级变换。,三相异步电动机,（,2,） 变频调速,变频调速必须采用专用的变频调速装置。,（,3,） 变转差率调速,绕线式异步电动机的调速是通过调节串接在转子电路的调速电阻来进行的。这种调速方法的优点是设备简单，投资少，但能量损耗较大，广泛应用于起重运输机械设备等方面。,三相异步电动机,4,异步电动机的制动,有些机械完成某项工作后，需要立即停止运动或反转，但电动机及其所带的负载具有惯性，虽然电源已经切断，电动机的转动部分还会继续转动一定时间后才能停止。这就需要对电动机进行制动，使其立即停止下来。,三相异步电动机,异步电动机的制动方法有：,（,1,） 电气制动, 反接制动, 能耗制动, 发电反馈制动,（,2,） 机械制动,对电动机进行制动还可采用机械制动法，最常用的机械制动方法是电磁抱闸制动。,三相异步电动机,三相异步电动机的主要技术数据一般包括以下内容,:,1,型号,三相异步电动机的技术数据,系列代号：,Y,系列是小型鼠笼式三相异步电动机；,JR,系列是小型转子绕线式三相异步电动机。,机座长度代号：,L,长机座；,M,中机座；,S,短机座。,例如：,Y132S22,电动机。,Y,表示,Y,系列电动机；,132,表示机座中心高度为,132mm,；,S2,表示短机座中的第二种铁心；最后的,2,表示磁极数为,2,极电动机。,三相异步电动机,2,额定功率,铭牌上所标的功率是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位为千瓦,(kW),。,3,额定电压和接线方法,额定电压是指电动机定子绕组按铭牌上规定的接线方法时，应加在定子绕组上的额定电压值。额定功率,4kW,及以上者定子绕组为接法，其额定电压一般为,380V,。,三相异步电动机,4,额定电流,电动机在额定运行时的线电流，单位为安,(A),。,5,额定频率,电动机所接三相交流电源的规定频率，单位为赫,(Hz),。我国电网频率规定为,50Hz,，所以国产电动机额定频率都是,50Hz,。,三相异步电动机,6,额定转速,指电动机额定运行时转子的转速，即在电压与频率为额定值，输出功率达到额定值时的转速，单位为转分钟,(r,min),。,7,绝缘等级,绝缘等级是指定子绕组所用的绝缘材料的耐热等级。电动机在运行过程中所容许的最高温升与电动机所用绝缘材料有关。,三相异步电动机,8,工作方式,铭牌上的工作方式是指电动机允许的运行方式。根据发热条件，通常有连续、短时和断续工作三种方式。连续工作指允许在额定运行下长期连续工作；短时工作指电动机只允许在规定时间内按额定功率运行，待冷却后再起动工作；断续工作是指电动机允许频繁起动，重复短时工作的运行方式。,三相异步电动机,变电所设计,一 概述,（一） 配电所,不经电力变压器变换，直接以同级电压分配。,（二）变电所,经电力变压器变换，并进行分配,。,变配电所是各级电压的变电所和配电所的总称。,（三 ）变电所类型,1.,独立式变电所,为独立建筑，适用于用电负荷比较分散，或有防火、防爆、防尘和安全管理方面要求。（如小区,2.,独立式露天变电所,设置在室外杆塔上。现在很少用。,3.,外附式变电所,适用于没有地下室，而一层面积比较贵重的建筑。,4.,楼内变电所,高层建筑内，可分为：,地下室或中间层,地下室和高层,地下室、中间层和高层,二、变电所的布置与结构,（一）变电所选址,一般原则,接近负荷中心,进出线方便,接近电源侧,设备运输方便,不应设在有剧烈振动的场所,不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。,不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和可能积水的场所。,不应设在有爆炸和火灾危险环境的正上方或正下方。,高层建筑地下室等变电所宜选择通风散热好的场所，并近电气竖井及负荷中心。,不防碍企业单位的发展，并适当考虑将来扩建的可能。,（二） 变电所的布置,1.,布置要求,便于运行维护,保证运行安全,便于进出线,节约土地和建设费,留有发展余地,2.,布置方案,应设计合理，因地制宜，并经过技术经济比较后确定。,(1),单元分体式变电所,高压配电室,电力变压器室,低压配电室,高压电容器室,控制室,(2),组合式变电所,将成套变配电装置布置在一房间内。,(3),柴油发电机室,一般布置要求,防噪声,防有害尾气,宜设在高层建筑主体的地下室或辅助建筑内。,考虑主、辅油箱的容积和位置,应满足防火防爆的要求。,建筑面积一般为,20,30m,2,。,