13建筑供配电系统电子教案

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1、,目录,建筑供配电系统,13.1 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13-1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，如图13-1所示。一个电网由很多变电站和电力线路组成。,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13-1中点划线框部分。,13.1

2、 电力系统概述,13.1 电力系统概述,图13-1 电力系统示意图,众所周知，三相交流系统中，三相视在功率S和线电压U、线电流I之间的关系为 S=3UI 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。,13.1 电力系统概述,13.1.2.1 电力系统额定电 压的规定,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 我国国家标准标准电压（GB 1561993）规定的部分额定电压如表13-1所示（详见273）。 在我国，不同地区电网的额定电压系

3、列不同，主要有：330kV110kV35kV10kV；500kV220kV110kV35kV10kV；500kV220kV66kV10kV。由于各电网电压标准的不同，给全国联网造成一定的难度。,13.1 电力系统概述,（1） 输送功率和输送距离 前已述及，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13-2（详见P274）中列出了根据运行数据和经验确定的、与各额定电压等级相适应的输送功率和输送距离。 （2） 输电电压 220750kV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。,13.1 电力系统概述,13.1.2.2 各种电 压等级的适用范围,（3） 配电电

4、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35110kV配电网为高压配电网，1035kV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。 20kV电压等级目前还不常用，一般要经论证结果证明用户确实需要时才采用。,13.1 电力系统概述,（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。,13.1 电力系统概述,13.1.3.1 负荷分级, 中断供电将影响有重大政治、

5、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场所等用电单位中的重要负荷。,13.1 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。,13.1 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。,13.1 电力系统概述,（1） 一级负荷对电源的要求 一级负荷中有普通一级负荷和

6、特别重要的一级负荷之分。 普通一级负荷应由两个电源供电，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。,13.1 电力系统概述,13.1.3.2 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。 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。,13.1 电

7、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。,13.1 电力系统概述,供配电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机绕组的中间点。 所谓系统的中性点运行方式，是指系统中性点与大地的电气联系方式，或简称系统中性点的接地方式。,13.1 电力系统概述,13.1.4.1 供配电系统中性点运行方式,（1） 中性点接地系统 中性点接地系统，就是中性点直接接地或经小电阻接地的系统，也称大接地电流系统。 这种系统中一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停

8、电事故。 但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。,13.1 电力系统概述,（2） 中性点不接地系统 中性点不接地系统，是指中性点不接地或经过高阻抗（如消弧线圈）接地的系统，也称小接地电流系统。 这种系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，因而系统仍可继续运行，这对提高供电可靠性是有利的。 但这种系统在发生单相接地故障时，系统中性点对地电压会升高到相电压，非故障相对地电压会升高到线电压；若接地点不稳定，产生了间歇性电弧，则过电压会更严重，对绝缘不利。,13.1 电力系统概述,对于高压输配电网

9、，由于传输功率大且传输距离长，一般都采用110kV及以上的电压等级，在这样高的电压等级下绝缘问题比较突出，因此一般都采用中性点接地系统；而在中压系统中，中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的过电压对绝缘的威胁不大，因为中压系统的绝缘水平是根据更高的雷电过电压制定的，因此为了提高供电可靠性，中压系统较多地采用了中性点不接地系统。,13.1 电力系统概述,对于1kV以下的低压配电系统，中性点运行方式与绝缘的关系已不是主要问题，这时中性点运行方式主要取决于供电可靠性和安全性。因此，1kV以下的低压配电系统采用中性点接地系统。,13.1 电力系统概述,低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气

10、装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统，其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。 以拉丁文字作代号形式的意义为： 第一个字母表示电源与地的关系。T表示电源有一点直接接地；I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。,13.1 电力系统概述,13.1.4.2 低压配电系统接地的形式,第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接；T表示电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。 （1） TN系统 根据国家标准供配电系统设计规范GB 5005295规定：TN电力系统有一点直

11、接接地，电气设施的外露可导电部分用保护线与该点连接。,13.1 电力系统概述,按中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下三种形式： TN-S系统（见图13-2） 整个系统的中性线和保护线是分开的。 TN-C系统（见图13-3） 整个系统的中性线和保护线是合一的。 TN-C-S系统（见图13-4） 系统中有一部分中性线和保护线是合一的。,13.1 电力系统概述,（2） TT系统 TT系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极（见图13-5）。 （3） IT系统 IT系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的（见图13-6）。

12、,13.1 电力系统概述,13.1 电力系统概述,图13-2 TN-S系统,13.1 电力系统概述,图13-3 TN-C系统,13.1 电力系统概述,图13-4 TN-C-S系统,13.1 电力系统概述,图13-5 TT系统,13.1 电力系统概述,图13-6 IT系统,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。,13.1 电力系统概述,2电压质量 国家标准GB 5005295供配电系统设计规范规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值应符合下列要求：

13、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。,13.1 电力系统概述,3波形质量 电能的质量除了频率与电压以外，还包含了供电电压的波形。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，可以根据傅立叶级数从畸变的波形中分解出50Hz的基波及一系列的高次谐波。电压或电流中含有的高次谐波越多，或者高次谐波的幅值（或有效值）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。,13.1 电力系统概述,负荷曲线按纵坐标所

14、表示的功率可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。 按横坐标所表示的时间范围可分为日负荷曲线和年负荷曲线。 1日负荷曲线的绘制 日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的。日负荷曲线的绘制方法有：,13.2 负荷计算,（1） 根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据，逐点绘制而成的平滑曲线，如图13-7所示，这样得到的负荷曲线最为准确。 （2） 工程上，为了表达和计算简单起见，往往将负荷曲线用等效的阶梯形曲线来代替，与精确的负荷曲线之间会有一定的误差，但这种误差是可以允许的。最为常见的负荷曲线是以0.5h为时间间隔所绘制的曲线，如图13-8所示。,13.2 负荷计算,13.2 负荷计算,2

15、日负荷曲线的特征参数 （1） 日电能耗量Wd(kWh) （2） 最大功率Pmax(kW) 表示负荷曲线上功率最大的一点的功率值。 （3） 平均功率Pav(kW) 表示日负荷曲线上日电能耗量与时间（24h）的比值，即 Pav=Wd/24,（4） 有功负荷系数为 =Pav/Pmax 通常0.70.75。 （5） 无功负荷系数 =Qav/Qmax 通常0.760.82。,13.2 负荷计算,计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以最大30min的平均负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用即可在正常情况下长期运行。

16、一般将这个最大平均负荷称为计算负荷。,13.2 负荷计算,为什么要以30min作为确定计算负荷的依据呢？当通过载流导体的电流过大时由于发热，导体温度会持续上升，直至被损坏。当正常工作电流通过载流导体时，导体发热达到某一热平衡状态，此时导体温度也相应升高到某一可以允许的较高的温度值。分析表明，载流导体一般经过（34）（为发热时间常数）即能达到稳定温度，而导体的一般为1030min，因此达到稳定温度需30120min。为了保证当载流导体上长期通过计算电流时的最高稳定温度不超过其允许温度，因此取最大30min平均负荷作为计算负荷其实是一种较为保守的取法，它是以发热时间常数较短的导体达到热平衡的时间为取值依据。时间值取得越短，最大的等效负荷（即计算负荷）就越大。,13.2 负荷计算,1连续运行工作制（长