建筑电气：第4章 建筑工程供电

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1、第第4 4章章 建筑工程供电建筑工程供电 4.1 电力系统概述 4.2 负荷分级、供电要求及电能质量 4.3 负荷计算4.4 变配电所4.5 成套装置 4.6 预装式变电站 4.7 低压配电线路 4.8 低压供配电线路的导线选择 本章小结 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回目录4.1 4.1 电力系统概述电力系统概述 建筑用电，差不多都是由电力系统中的发电厂供给的。一般的建筑采用低压供电，而高层建筑常采用10kV甚至35kV供电。建筑工程供电是建筑电气的重要内容。为高好建筑工程供电，必须对电力系统有所了解。 4.1.1 电力系统的组成 4.1.2 电力系统的电压 本节小结

2、主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回目录4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成 现代工农业及整个社会生活中所应用的电力,绝大部分是由发电厂发出来的。电力从生产到供给用户应用，通常都要经过发电、输电、变电、配电、用电等5个环节。电力从生产到应用的全过程，客观上就形成了电力系统。严格地说，由发电厂的发电部分、输配电线路、变配电所及各种用电设备所组成的整体称为电力系统。常简称系统，其示意如图41所示。 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下一页4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 在

3、电力系统中，各级电压的电力线路及其所联系的变电所，称为电力网，简称电网。它是电力系统的一个重要组成部分，承担了将电力由发电厂发出来之后供给用户的工作，即担负着输电、变电与配电的任务。 电力网按其在电力系统中的作用，分为输电网和配电网。 输电网是以输电为目的，采用高压或超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络，它是电力网中的主网架。 下一页4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 直接将电能送到用户去的网络称为配电网或配电系统，它是以配电为目的。配电网的电压由系统及用户的需要而定，因此配电网又分：高压配电网（通常指35k

4、V及以上的电压，目前最高为110kV）、中压配电网（通常指10、6kV和3kV）及低压配电网（通常指220V、380V）。 电力网按其电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网的范围大，电压一般在220kV及以上。地方电网的范围小，电压一般在35110kV。建筑供配电系统属于地方电网的一种。 下一页4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 在电力系统中，电力是由发电厂生产的，它是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。 发电厂按所使用的能源不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地

5、热发电厂、太阳能发电厂等。 返回主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成1火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能来生产电能的。我国的火电厂主要是燃煤。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与它联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程是：锅炉燃料的化学能热能汽轮机机械能发电机电能下一页主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成 火力发电厂按其作用可分为单纯发电的和既发电又兼供热的两种类型。前者指一般的火

6、力发电厂，后者指供热式火力发电厂，或称热电厂。一般火力发电厂应尽量建设在燃料基地或矿区附近。将发出的电，用高压或超高压线路送往用电负荷中心。通常把这种火力发电厂称为“坑口电厂”。坑口电厂是当前和今后建设大型火力发电厂的主要发展方向。热电厂的建设是为了提高热能的利用效率。由于它要兼供热，所以必须建设在大城市或工业区的附近。 目前，在世界上的绝大多数国家中，火力发电厂在电力系统中所占的比重都是较大的。 返回4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2水力发电厂 水力发电厂简称水电厂或水电站。它是利用水流的位能来生产电能的。当控制水流的闸

7、门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程是： 水流位能水轮机机械能发电机电能下一页主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成 水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差（简称水头）和流量的大小。因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库以调节河水流量。根据地形、地质、水能资源特点的不同，水力发电厂可分为坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站。坝式水电站的水头是由挡水大坝抬高上游水位而形成的。若厂房布置在坝后，称之为坝后式水电站。若厂房起

8、挡水坝的作用，承受上游水的压力，称之为河床式水电站。引水式水电站的水头由引水道形成。这类水电站的特点是具有较长的引水道。混合式水电站的水头由坝和引水道共同形成。这类水电站除坝具有一定高度外，其余与引水式水电站相同。 返回主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成3核能发电厂 核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核电厂或核电站。它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。它的生产过程与火电厂基本相同，主要区别是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量转换过程是：反应堆核裂变能热能汽轮机机械能发电机电能

9、下一页主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.1 4.1.1 电力系统的组成电力系统的组成 核电站具有节省燃料，燃烧时不需要空气助燃、无污染、缓解交通等一系列优点。所以，目前世界上许多国家都很重视核能发电厂的建设。有16%的电力是核能发电产生的。我国已建成浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站。尚有许多在建以及计划建设的核电站。 返回主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压 内容：额定电压标准、电压偏差、电压波动、谐波、三相电压不平衡度技术指标等。1额定电压 所谓额定电压，就是指能使各类电气设备处在设计要求的额定或最

10、佳运行状态的工作电压。 我国国家标准GB15693标准电压规定的电力系统和电气设备的额定电压标准如表41所示。(1)电网(电力线路)的额定电压： 电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的水平，经全面的技术经济分析研究后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。 下一页主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压表41我国标准规定的三相交流电网和电力设备的额定电压分 类电网和用电设备额定电压（kV）发电机额定电压（kV）电力变压器额定电压（kV）一次绕组二次绕组低压0.220.380.660.230.400.69

11、0.220.380.660.23、0.400.69高压3、6、1035、63、110220、330、5003.15、6.310.5、3.8,15.75、18、203及3.15、6及6.3、10及10.513.8,15.75、18、20、35、63、110、220、330、5003.15及3.36.3及6.610.5及11、38.5、69、121、242、363550返回主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压（2）用电设备的额定电压： 由于用电设备运行时线路上要产生电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图42中虚线所示。但是成

12、批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处的实际电压来制造，而只能按线路首端与未端的平均电压即电网的额定电压UN来制造，以利于大批量生产。所以用电设备的额定电压规定与其接入电网的额定电压相同。下一页主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压（3）发电机的额定电压： 由于同一电压的线路一般允许的电压偏差是5%,即整个线路允许有10%的电压损耗值，因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端（即电源端）的电压应较电网额定电压高5%，而线路未端则可较电网额定电压低5%，如图42所示。所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。下一页主

13、要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压（4）变压器的额定电压： 当变压器的一次绕组与发电机直接连接时，其一次绕组的额定电压等于发电机额定电压，即高于同级电网额定电压5%。当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上时，则可把它看作用电设备，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。 变压器二次绕组的额定电压也分两种情况。这里，我们首先来看看变压器二次绕组的额定电压是如何定义的。 下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 变压器二次绕组的额定电压，是指变压器一次绕组加上

14、额定电压而二次绕组开路的电压即空载电压。在满载时，二次绕组内约有5%的电压降，因此当变压器二次侧供电线路较长时，变压器二次绕组的额定电压应高于同级电网额定电压10%，一方面补偿变压器满载时内部5%的电压降，另一方面要考虑变压器满载时输出的二次电压还要高于电网额定电压的5%，以补偿线路上的电压降。当变压器二次侧供电线路不长时，如采用低压配电或直接供给用电设备，则变压器二次绕组的额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器内部5%的电压降。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2电压偏差 （1）基本定义与规定：当供配电系

15、统改变运行方式和负荷缓慢地变化时，供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统额定电压之差U称为电压偏差。电压偏差U也常用与系统额定电压的比值，以百分数表示，即（41）式中 U电压偏差； U用电设备的实际电压； UN用电设备的额定电压；下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 根据国家标准GB500521995供配电系统设计规范，在正常运行情况下，用电设备端子上电压偏差允许值如下： 1） 电动机为5%。 2）照明：在一般工作场所为5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为+5%、-10%；应急

16、照明、道路照明和警卫照明等为+5%、-10%。 3）其他用电设备，当无特殊规定时为5%。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （2）危害：如果用电设备的端电压与其额定电压有偏差，则用电设备的工作性能和使用寿命将受到影响，总的经济效果将会下降。电压偏差对不同用电设备的影响如下。 1）对感应电动机的影响 由于电动机转矩与其端电压的平方成正比，因此当电动机的端电压比其额定电压低10%时，其实际转矩将只有额定转矩的81%，而负荷电流将增大5%10%以上，温升将提高10%15%以上，绝缘老化程度将比规定增加1倍以上，从而明显地缩短

17、电机的使用寿命。而且电于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废次品。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材当其端电压偏高时，负荷电流和温升一般也要增加，绝缘也要受损，对电机也是不利的，但不像电压偏低时那么严重。 2）对同步电动机的影响 当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化。因此同步电动机的端电压偏差，除了还会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，是与感应电动机相同的。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等

18、教育“十一五”国家级规划教材 3）对照明的影响 电压偏差对白炽灯的影响最为显著。当白炽灯的端电压较其额定电压降低10%时，灯泡的使用寿命将延长23倍，但其发光效率将下降30%以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故发生率。当其端电压较其额定电压升高10%时，发光效率将提高1/3。电压偏差对荧光灯等气体放电灯的影响不像对白炽灯那么明显，但也有一定的影响。当其端电压偏低时，灯管不易起燃。如果多次反复起燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响视力及工作。当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压

19、主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3电压波动 (1)基本定义与规定：供配电系统的电压波动主要是由于系统中的冲击负荷引起的。冲击负荷引起的电压对工频来说是调幅波（即交流电压波的包络线）性质的。为了表征电压波动的大小，用电压调幅波中相邻两个极值（极大和极小）电压均方根值之差（Umax-Umin）对额定电压UN的百分数来表示，即(42)下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 为了区别电压波动（电压的快变化）和电压偏差（电压的慢变化），国家标准GB1232690电能质量电压允许波动和闪变中规定，电压波动的变化速度

20、应不低于每秒0.2%。 电压闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视觉产生影响的效应。引起照度闪变的电压波动现象称为电压闪变。因灯光照度急剧变化使人眼感到不适的电压，称为闪变电压。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 国家标准GB1232690中规定了电力系统公共供电点由冲击性负荷产生的电压波动和闪变的允许值，如表42和表43所示。表42电压波动允许值注：衡量点为电网公共连接点，取实测95%概率值。下一页电网额定电压（kV）电压波动允许值（%）10及以下35110220及以上2.521.64.1.2 4.1.2 电力系统的

21、电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材表43 闪变电压 允许值 注：衡量点为电网公共连接点，取实测95%概率值。下一页应用场合允许值(%)要求较高的照明负荷一般照明负荷0.4(推荐值)0.6(推荐值)4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）电压波动和闪变的危害： 1）引起照明灯光闪烁，使人的视觉容易疲劳和不适，从而降低工作效率。 2）电视机画面亮度发生变化，垂直和水平幅度摇动。 3）影响电动机正常启动，甚至无法启动；导致电动机转速不均匀，危及本身的安全运行，同时影响产品质量。例如使造纸、制丝不

22、均匀，降低精加工机床制品的光洁度，严重时产生废品等。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4）使电子仪器设备（例如示波器、X光机）、计算机、自动控制设备工作不正常。 5）使硅整流器的出力波动，导致换流失败等。 6）影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果。例如，使光电比色仪工作不正常，使化验结果出差错。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4谐波 （1）基本定义与规定：国际上公认的谐波含义为： “谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数

23、”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。 谐波将引起供配电系统正弦波形畸变，为了表示畸变波形偏离正弦波形的程度，最常用的特征量有谐波总含量、总畸变率和h次谐波的含有率。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1)谐波总含量 所谓谐波总含量，就是各次谐波的平方和开方。谐波电压总含量为 (4-3)下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2)电压总谐波畸变率电压总谐波畸变率THDu按式（4-4）计算为（4-4）式中 U1基波电压均方根值； UH

24、谐波电压总含量。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3）谐波含有率 第h次谐波电压含有率HRUh，按式（4-5）计算为（4-5）式中 U h第h次谐波电压均方根值。下一页公用电网谐波电压（相电压）极限见表4-4。4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材表44公用电网谐波电压（相电压）限值电网额定电压（kV）电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8

25、返回4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材(2) 谐波产生的原因： 在电能的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在供配电系统中，谐波产生的主要原因是系统中存在具有非线性特性的电气设备，主要有： 1）具有铁磁饱和特性的铁芯设备，如变压器、电抗器等。 2）以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3）以电力电子元件为基础的开关电源设备或装置，如各种电力交流设备（整流器、

26、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备等。它们大量的用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 上述非线性电气设备的显著特点是从供配电系统中取用非正弦电流，也就是说，即使电源电压是正弦波形，但由于负荷具有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压电流特性，使得流过负荷的电流是非正弦波形，它由基波及其整数倍的谐波组成。产生的谐波使供配电系统电压严重失真。这些向供配电系统注入谐波电流的非线性电气设备通称为谐波源。在电力电子装置普及以前，变压

27、器是主要谐波源，目前各种电力电子装置已成为主要谐波源。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）谐波的危害： 目前，国际上公认谐波“污染”是供配电系统的公害，其具体危害有以下几个方面。 1）谐波会大大增加供配电系统发生谐波的可能，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。 2）谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加，使绝缘材料承受的电气应力加大，而谐波电流使变压器的铜耗增加，从而使铁芯过热，加速绝缘老化，缩短变压器使用寿命。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一

28、五”国家级规划教材 3）谐波电流可能使电容器过负荷和出现不允许的温升，可使线路电能损耗增加，还可能使供配电系统发生电压谐振，损坏设备绝缘。 4）谐波电流流过供配电线路时，可使其电能损耗增加，导致电缆过热损坏。 5）谐波电流可使电动机铁损明显增加，并使电动机转子出现振动现象，严重影响机械加工的产品质量。 6）谐波可使计费的感应式、电子式电能表的计量不准。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 7）谐波影响设备正常工作，可使继电保护和自动装置发生误动和拒动，可使计算机失控、电子设备误触发、电子元件的测试无法进行。 8）谐波可干

29、扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。 对高次谐波的抑制，科学工作者已采用许多措施，但迄今不能达到人们所期望的目的。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材5三相电压不平衡度（1）基本定义与规定：电压不平衡度 ，是衡量多相系统负荷平衡状态的指标，用电压负序分量的均方根值U2与电压正序分量的均方根值U1的百分比来表示，即（4-6）下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 国家标准GB/T155431995电能质量三相电压不平衡

30、度规定： 1）电力系统公共连接点，正常时三相电压不平衡度允许值为2%，短时不超过4%。 2）接于系统公共连接点的每个用户，三相电压不平衡度一般不得超过1.3%。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （2）危害：三相电压不平衡度偏高，说明电压的负序分量偏大。电压负序分量的存在，将对电力设备的运行产生不良影响。例如，电压负序分量可使感应电动机出现一个反向转矩，削弱电动机的输出转矩，降低电动机的效率，同时使电动机绕组电流增大，温度增高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。三相电压不平衡，还会影响多相整流设备触发脉冲的对称性，出现更多的

31、高次谐波，进一步影响电能质量。下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）降低不平衡度的措施：由于造成三相电压不平衡的主要原因是单相负荷在三相系统中的容量分配和接入位置不合理、不均衡。因此在供配电系统的设计和运行中，应采取如下措施：下一页4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1）均衡负荷 对单相负荷应将其均衡地分配在三相系统中，同时要考虑用电设备的功率因数不同，尽量使有功功率和无功功率在三相系统中均衡分配。在低压供配电系统中，各相之间的容量之差不宜超过15

32、%。 2）正确接入照明负荷 由地区公共低压供配电系统供电的220V照明负荷，线路电流小于或等于30A时，可采用220V单相供电；大于30A时，宜以220/380V三相四线制供电。返回目录主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压图41 电力系统示意图返回主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1.2 4.1.2 电力系统的电压电力系统的电压图42 用电设备和发电机的额定电压返回UN主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.1 4.1 电力系统概述电力系统概述 4.1 电力系统概述 小结1、电力系统的组成

33、结构 由发电厂的发电部分、输配电线路、变配电所及各种用电设备所组成的整体称为电力系统。 发电厂按所使用的能源不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等。2、电力系统的电压 额定电压标准；以及电压偏差、电压波动、谐波、三相电压不平衡度技术指标等。返回目录4.2 4.2 负荷分级、供电要求及电能质量负荷分级、供电要求及电能质量 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.2.1 电力负荷的分级 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求 4.2.3 电能质量 返回目录 本节小结 4.2.1 4.2.1 电力负荷的分级电力负荷的分级 主要内容主要内

34、容普通高等教育“十一五”国家级规划教材按照供电负荷的重要性分为： 一级负荷、二级负荷、三级负荷1一级负荷 符合下列情况之一时，应为一级负荷。 （1）中断供电将造成人身伤亡时。 （2）中断供电在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备破坏、重要产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产被打乱需要长时间才能恢复等。下一页4.2.1 4.2.1 电力负荷的分级电力负荷的分级主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （3）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。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育馆、经常用于国际活动的大量人员集中

35、的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，视为特别重要的负荷。下一页4.2.1 4.2.1 电力负荷的分级电力负荷的分级主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.二级负荷 符合下列情况之一时，应为二级负荷。 （1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等。 （2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多

36、人员集中的重要的公共场所秩序混乱。3.三级负荷 不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。民用及工业建筑的负荷分级列表分类如表4-5所示。返回4.2.1 4.2.1 电力负荷的分级电力负荷的分级主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材下面对民用及工业建筑的负荷分级列表分类，如表4-5所示(下表）。建筑类别建 筑 物 名 称用电设备及部位负荷级别住宅建筑高层普通住宅电梯、照明二级旅馆建筑高级旅馆宣传厅、新闻摄影、高级客房、电梯等一级普通旅馆主要照明二级办公建筑省、市部级办公楼会议室、总值班室、电梯、档案室、主要照明一级银行主要业务用计算机及外部设备电源、防盗信号电源一级教学建筑教学楼教室及

37、其它照明二级重要实验室一级科研建筑科研所重要实验室、计算中心、气象台主要用电设备一级电梯二级下一页4.2.1 4.2.1 电力负荷的分级电力负荷的分级主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材建筑类别建 筑 物 名 称用电设备及部位负荷级别文娱建筑大型剧院舞台、电声、贵宾室、广播及电视转播、化装照明一级医疗建筑县级及以上医院手术室,分娩室,急诊室,婴儿室,理疗室,广场照明一级细菌培养室、电梯等二级商业建筑省辖市及以上百货大楼营业厅主要照明一级其它附属照明二级博物建筑省、市、自治区级及以上博物馆、展览馆珍贵展品展室的照明、防盗信号电源一级商品展览用电二级商业仓库建筑冷库大形冷库、有特殊

38、要求的冷库压缩机及附属设备、电梯、库内照明二级司法建筑监狱警卫信号一级续表（4-5）返回4.2.2 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求各级负荷对供电电源的要求 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1一级负荷 （1）由两个电源供电：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。 （2）两个电源与应急电源供电：对一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。 下一页4.2.2 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求各级负荷对供电电源的要求主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 应急电源是

39、与电网在电气上独立的各式电源。可以作为应急电源的电源如下： 1）独立于正常电源的发电机组。 2）供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。 3）蓄电池。 4）干电池。下一页4.2.2 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求各级负荷对供电电源的要求主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 应急电源可根据允许中断供电的时间进行选择： 1）允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。 2）自动装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。 3）允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械储能

40、电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置下一页4.2.2 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求各级负荷对供电电源的要求主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2二级负荷 二级负荷的供配电系统，宜采用两回线路供电。供电变压器亦应有两台（两台变压器不一定在同一变电所）。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或地区供电条件困难时，才允许由一回6kV及以上的专用架空线从电。这主要考虑电缆发生故障后，有时检查故障点和修复需时较长，而一般架空线路修复方便。当线路自配电所引出采用电缆线路时，必须要采用两根电缆组成的电缆线路，其每

41、根电缆应能承受的二级负荷100%，且互为热备用，即同时处于运行状态。下一页4.2.2 4.2.2 各级负荷对供电电源的要求各级负荷对供电电源的要求主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 3三级负荷： 三级负荷供电可靠性要求较低，对供电电源无特殊要求。但在条件许可时，应尽量提高供电的可靠性和连续性。返回4.2.3 4.2.3 电能质量电能质量 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 电能质量也即用电点的供电质量，主要由以下四个方面（安全、可靠、优质、经济）来决定。 1供电安全 把人身触电事故和设备损坏事故降低到最低的限度。 2供电可靠 即供电的不间断性。 3优质供电

42、主要是指电压和频率偏差要在允许的范围之内。 4供电经济 是指供电系统的投资要少，运行费用要低，减少金属材料的消耗等。返回4.2 负荷分级、供电要求及电能质量 小结1、电力负荷分为三级，各级负荷供电要求有所不同。2、供电质量安全、可靠、优质、经济。 返回普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.2 4.2 负荷分级、供电要求及电能质量负荷分级、供电要求及电能质量 主要内容主要内容4.3 4.3 负荷计算负荷计算 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.3.1 用电设备的工作制 4.3.2 设备容量计算方法 4.3.3 用需要系数法确定计算负荷 返回目录本节小结 4.3.1 4.3.

43、1 用电设备的工作制用电设备的工作制主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 现代建筑的用电设备种类繁多,用途各异,工作方式不同,按其工作制可分以下三类（连续、短时、断续周期）。1长期连续工作制或长期工作制 是指电气设备在运行工作中能够达到稳定的温升，能在规定环境温度下连续运行，设备任何部分的温度和温升均不超过允许值。 例如通风机、水泵、电动发电机、空气压缩机、照明灯具、电热设备等负荷比较稳定，它们在工作中时间较长，温度稳定。下一页4.3.1 4.3.1 用电设备的工作制用电设备的工作制主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2短时工作制 短时运行工作制是指运行时间短而

44、停歇时间长，设备在工作时间内的发热量不足以达到稳定温升，而在间歇时间内能够冷却到环境温度，例如车床上的进给电动机等。电动机在停车时间内，温度能降回到环境温度。下一页4.3.1 4.3.1 用电设备的工作制用电设备的工作制主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3断续周期工作制 即断续运行工作制或称反复短时工作制，该设备以断续方式反复进行工作，工作时间与停歇时间相互代替重复，周期性地工作或是经常停，反复运行。一个周期一般不超过10min，例如起重电动机。断续周期工作制的设备用暂载率（或负荷持续率）来表示其工作特性，计算公式如下下一页4.3.1 4.3.1 用电设备的工作制用电设备的工

45、作制主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（4-7）式中 暂载率； t 工作周期内的工作时间； T工作周期； t0工作周期内的间歇时间。下一页4.3.1 4.3.1 用电设备的工作制用电设备的工作制主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 工作时间加停歇时间称为工作周期。根据中国的技术标准规定工作周期以10min为计算依据。吊车电动机的标准暂载率分为15%、25%、40%、60%四种；电焊设备的标准暂载率分为50%、65%、75%、100%四种。其中100%为自动电焊机的暂载率。在建筑工程中通常按100%考虑。 返回目录4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量

46、计算方法 主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 设备容量是把设备额定功率（用PN表示）换算到统一工作制下的额定功率，用Pe表示，有时也称为设备的计算容量。对不同工作制的用电设备，其设备容量可按如下方法确定。 电气设备的容量等于铭牌标明的“额定功率”（kW）。计算设备的容量不打折扣，即设备容量Pe与设备额定功率相等。 1长期工作制电动机的设备容量下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 反复短时工作制下设备的工作时间较短。按规定应该把反复短时（或称断续周期）工作制下的设备容量统一换算到=25%时的额定功率（

47、kW）。若不等于25%时，如吊车类设备。 （4-8）式中：Pe 换算到=25%时电动机的设备容量（kW）； 铭牌暂载率，以百分值代入公式； PN电动机铭牌额定功率（kW）。 短时工作制下设备容量的换算也可以采用公式（4-8）2反复短时（或称断续周期）工作制电动机的设备容量下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材例例1 某化工厂有吊车共20kW，铭牌暂载率为40%，求换算到为25%时设备的容量是多少？解解下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 规定

48、要求应统一换算到=100%时的额定功率（kW）。若不等于100%时，应按下式换算到=100%，即（4-9） Pe换算到100=100%后电焊机的设备容量（kW）；PN铭牌额定功率（直流焊机）（kW）；SN铭牌额定视在功率（交流焊机）（kVA）； 铭牌额定功率因数； 是同SN或PN相对应的铭牌暂载率，用百分值代入公式计算。 式中3电焊设备的设备容量（断续运行）下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材例例2 某建筑工程工地有电焊机，铭牌功率共40kVA， 为0.6。铭牌为40%，自动电焊机按换算到=100%计算，求设备的容量

49、是多少？解解： 例题表明把暂载率小的设备换算为长时间运行（=100%）下的容量，则计算容量变小。下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材总之，在实用中动力设备容量的计算有三种情况： 长期运行的电气设备暂载率按100%计算，即长期运行电器设备的铭牌额定功率。多台电气设备的容量为多台电气设备容量之和,就等于折合后的电气设备容量Pe。如电动水泵、自动电焊机等。 断续运行的电气设备暂载率按100%计算，如起重电气设备等。铭牌上标注的暂载率不一定是65%。如果小于65%，经过折算后设备容量将小于铭牌上标定的额定功率，如例42所得结

50、果。 短时运行的电气设备暂载率按25%计算。如吊车、电动门、机床架升降等。若铭牌标定的暂载率大于25%，则折合后的设备容量将大于铭牌功率。下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4电炉变压器和安全照明变压器的容量 因为各种变压器的容量是用视在功率SN表示的，故应统一换算到额定功率因数时的额定功率（kW），即 （4-11） 5380V单相电气设备折算为三相计算负荷 首先将暂载率折合到所需要的情况，平均分配到三相电源，一般为三角形联结，求出每相的计算负荷，再找出相邻两相计算容量平均最大的，而后乘以3即为三相计算容量。下一页4

51、.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材6照明设备的容量1) 白炽灯、古碘钨灯的设备等于灯泡的额定功率（kW）。 （4-12） 2) 荧光灯的设备容量等于灯管额定功率的1.2倍（考虑镇流器中功率损失约为灯管额定功率的20%）。 （4-13） 3）高压汞灯、金属卤化物灯的设备容量等于灯泡额定灯率的1.1倍（考虑镇流器功率损失约为灯泡额定功率的10% （4-14） 下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材7不对称单相负载的设备容量 对多台单相设备应尽可能平均地

52、接在三相上，若单相设备不平衡度（即偏离三相平均值的大小）与三相平均值之比小于15%时，按三相平衡分配计算，见式（4-15）。当单相设备不平衡度与三相平均值之比大于15%时，按单相最大功率的三倍计算，见式（4-16）。偶尔在短时工作制小容量设备的设备容量一般按零考虑，如电磁阀等可以忽略不计。 （416）不平衡度之比大于15%(415)不平衡度之比小于15%下一页4.3.2 4.3.2 设备容量计算方法设备容量计算方法主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材例3 新建办公楼照明设计用白炽灯U相3.6kW，V相4kW，W相5kW，求设备容量 是多少？如果改为U相3.8kW，求设备容量是多

53、少？ 解解 三相平均容量为（3.6+4+5）/3=12.6/3=4.2 kW 三相负载不平衡容量占三相平均容量的百分率(即不平衡度)为 (5-4.2)/4.2=0.8/4.2=0.19=19%,大于15% 所以Pe=3 Pmax=35=15 kW 改善后:( 4.8-4.2)/(4.2)=0.6/4.2=0.1429=14.29%,小于15%。小于15kW，计算容量减少了，可见设计三相负荷时越接近平衡越好。可见设计三相负荷时越接近平衡越好。返回目录4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1计算负荷的概念 用电设备

54、组的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷，它是作为按发热条件选择电气设备的依据。我们用半小时（30min）最大负荷P30来表示有功计算负荷，其余Q30、S30、I30分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材计算负荷是供电设计计算的基本依据基本依据。 计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下

55、运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2需要系数的含义 以一组用电设备来分析需要系数的含义，如图4-3所示。该组设备有几台电动机，其额定容量为Pe。由于该组电动机实际上不一定都同时运行，而且运行的电动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路也有功率损耗，因此该组电动机的有功计算负荷应为（417） 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育

56、“十一五”国家级规划教材式(4-17)中 K设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之和的比值。 KL设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行设备容量之比。 WL配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的未端功率（设备组的取用功率）和首端功率（计算负荷）之比。令令这里的 KX称为需要系数。KX = P30 / Pe （418）式中Pe经过折算后的设备容量。下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 用电设备组的需要系数就是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量

57、的比值，一般小于1。 由此可得按需要系数确定三相用电设备组的有功功率的基本公式为 P 30 = KX Pe （419） 实际上，需要系数不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且和操作工人的熟练程度和生产组织等多种因素有关，因此应尽量通过实际测量分析测定，以保证接近实际。 从表46中可查出不同用电设备的需要系数。 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 表46所列出的需要系数值是按照车间范围内设备台数较多的情况下确定的，所以取用的需要系数值都比较低。它适用于比车间配电规模大配电

58、系统的计算负荷。如果用需要系数法计算干线或分支线上的用电设备组，系数可适当取大。当用电设备的总量不多时，可以认为KX =1。 需要系数与用电设备的类别和工作状态有极大的关系。在计算时首先要正确判断用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 求出有功计算负荷P30后，可以按照下式求出其余的计算负荷，即无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 （4-20） 式中 对应于用电设备组的正切值； 用电设备组的平均功率因数；UN 用电设备组的额定线电压。下一页4.3.34.3.3用需

59、要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材如果只有一台三相电动机，其计算电流就取其额定电流，即（4-21） 负荷计算中常见的单位是：有功功率为kW，无功功率为kvar，视在功率为kVA，电流为A，电压为kV。 下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 例例4 4 已知某建筑工地的临时用电设备，有电压为380V的三相电机7.5kW 3台，4kW 8台，1.5kW10台，1kW51台。求其计算负荷。 解解 此建筑工地各类用电设备的总容量为 Pe=7.5kW3+

60、4kW8+1.5kW10+1 kW51=120.5 kW 取KX=0.2， 有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流返回目录4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材图4-3用电设备组的计算负荷P30Pe=PN配电线路(考虑效率WL)返回4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材序号用 电 设 备 名 称需要系数KXcostan1小批量生产的金属冷加工机床电动机0.160.20.51.732大批量生产的金属冷加工机床电动机0.180.2

61、50.51.733小批量生产的金属热加工机床电动机0.250.30.51.734大批量生产的金属热加工机床电动机0.30.350.651.175通风机、水泵、空压机、电动发电机组电机0.70.80.80.756非联锁的连续运输机械、铸造车间整纱机0.50.60.750.887联锁的连续运输机械、铸造车间整纱机0.650.70.750.888锅炉房、机加工、机修、装配车间的吊车=25%）0.10.150.51.73表46 用电设备组的需要系数KX、cos及tan 值下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材表46

62、 用电设备组的需要系数KX、cos及tan 值序号用 电 设 备 名 称需要系数KXcostan9自动连续装料的电阻炉设备0.750.80.950.3310铸造车间的吊车（=25%）0.150.250.51.7311实验室用小型电热设备（电阻炉、干燥箱）0.71.0012工频感应电炉（未带无功补偿装置）0.80.352.6713高频感应电炉（未带无功补偿装置）0.80.61.3314电弧熔炉0.90.870.5715点焊机、缝焊机0.350.61.3316对焊机、铆钉加热机0.350.71.02下一页4.3.34.3.3用需要系数法确定计算负荷用需要系数法确定计算负荷主要内容主要内容普通高等教

63、育“十一五”国家级规划教材序号用 电 设 备 名 称需要系数KXcostan17自动弧焊变压器0.50.42.2918单头手动弧焊变压器0.350.352.6819多头手动弧焊变压器0.40.352.6820单头弧焊电动发电机组0.350.61.3321多头弧焊电动发电机组0.70.750.8822变配电所、仓库照明0.50.71.0023生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明0.811.0024宿舍、生活区照明0.60.81.0025室外照明、事故照明1.01.00表46 用电设备组的需要系数KX、cos及tan 值返回普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要内容主要内容返回目录 4.3 负荷

64、计算 小结1、用电设备工作制分为长期工作制、反复短时（断续周期）工作制、短时工作制2、设备容量计算方法： 设备容量按照长期、断续周期、短时、电焊设备、电炉变压器和照明变压器、照明设备、单相设备等，设备容量分别有着各自的计算公式。3、常用的负荷计算方法为需要系数法。计算负荷公式为（4-17）（4-19） 4.3 4.3 负荷计算负荷计算 普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要内容主要内容下一页本章小结：1、电力系统的组成结构2、电力负荷分为三级，各级负荷供电要求有所不同。3、负荷计算用电设备分为长期短时工作制、反复短时工作制、短时工作制、电焊设备、电炉变压器和照明变压器、照明设备、单相设备等，

65、设备容量分别有着各自的计算公式。常用的负荷计算方法为需要系数法。计算负荷公式为（4-17）（4-19）第第4 4章章 建筑工程供电建筑工程供电 普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要内容主要内容本章小结：4、变配电所变配电所形式有独立式、附设式、杆上式或高台式、成套式变电所。变配电所常用的高压设备有高压断路器（真空、少油、SF6）、高压隔离开关、高压负荷开关、高压熔断器，以及电压、电流互感器等。变配电所的主接线单母线、双母线、桥式等多种。5、成套装置高压成套装置又称高压开关柜，分为固定式和手车式。低压成套配电装置由低压配电屏按照一定线路组装而成，用做动力、照明配电。下一页第第4 4章章 建筑工程供电建筑工程供电 普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要内容主要内容返回本章小结：6、预装式变电站 预装式变电站又称箱式变电站，分为组合式和一体式。7、低压配电线路 分为架空线路和电缆线路。室内低压线路可采用明敷和暗敷。8、低压供配电线路的导线选择 导线截面的选择：INI30；U%5% 第第4 4章章 建筑工程供电建筑工程供电