建筑供配电与照明.ppt
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1、课程的意义,要求及课程任务,教学目标和基本要求:供配电系统的常用设计计算方法;熟悉设备图形符号;应用规范和高低压电气设备选择应用能力;照明的设计;,主 要 内 容,第一章 建筑供配电系统第二章 建筑照明系统第三章 建筑防雷系统第四章 电气接地系统第五章 电源装置,课程的意义,要求及课程任务,国家电力信息网的统计数据 我国1990年发电机总装机容量为13789万kW,总发电量为6213亿kWh,人均发电量543.3kWh人均用电量为458.9kWh;1995年发电机总装机容量为21722万kW,总发电量为9942亿kWh,人均发电量为831.4kWh,人均用电量为694.4kWh;2000年发电
2、机总装机容量为31932万kW,总发电量为13510亿kWh,人均发电量为10811kWh,人均用电量为999.6kWh。电能的生产量和使用量已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志之一。,课程的意义,要求及课程任务,对电力系统运行的基本要求是:(1)安全在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求(3)优质应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。(4)经济应使供电系统的投资少,运行费用低,并尽可能地节约电能和有色金属。,第一章 建筑供配电系统,第一节 供电系统概述一、电力系统的组成电力系统,是指由发电厂、变电站、电
3、力网以及用电设备所组成的统一整体。,第一节 供电系统概述,1.1.1 发电厂 发电厂是生产电能的工厂。一次能源的转换它把其它形式的能源,如煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等等,通过发电设备转换为电能。我国以火电发电为主,其次是水电和原子能发电。,第一节 供电系统概述,火力发电厂,水力发电厂,发电厂,火力发电厂是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水,利用高温高压的水蒸气推动汽轮机,带动与它联轴的发电机发电。,水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。,原子能发电厂,原子能发电厂又称核电站,是利用核裂变
4、能量转化为热能,再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。,地热,潮汐,海浪,第一节 供电系统概述,张家口发电总厂,第一节 供电系统概述,水力发电厂,第一节 供电系统概述,秦山核电站,第一节 供电系统概述,1.1.2 变配电所,变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用,是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能,则称为配电所。变电所有升压和降压之分升压变电所多建在发电厂内,把电能升高后,再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域,将高压电适当降低电压后,对某地区或用户供电。,1.1.3 电力网,电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所,总称为电力网,简称电网。
5、电力网是电力系统的一部分,是输电线路和配电线路的统称,是输送电能和分配电能的通道。电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成,从电压的高低可将电力网分为低压网、中压网、高压网等。,电压在1kV以下的,220V,380V,1kV到10kV的,6kV,10kV,高于10kV的,35kV,110kV,220kV,500kv,在我国,主要的大型电网有华北电网、东北电网、华东电网、华中电网、南方电网、西北电网等。,用电设备作用:用电设备是指专门消耗电能的电气设备。据统计用电设备中70%是电动机类设备,20%左右是照明用电设备。结构:与电力系统是极其相似的,所不同的是配电系统的电源是电力系统中的电力网
6、,电力系统的用户实际上就是配电系统。分类:高压用电设备:额定电压在1kV以上。低压用电设备:额定电压在1kV以下。,电力系统的特点,电能与其他能量的生产与运用有显著的区别:1.电能不能大量存储,传输速度快,输送距离远。电能从发电输电-变配电-消费几乎是同时进行的。2.电力系统中的暂态过程非常短。电力系统发生短路或由一种运行状态切换到另一种运行状态的过渡过程非常短暂,仅有百分之几甚至千分之几秒钟。必须设有一套继电保护装置。3.易实现自动化,分配控制简单,可进行远距离自动控制。可实现对电力系统的计算机监控和管理,大大提高了供配电系统的可靠性,安全性,灵活性。,电力系统,思考:电力系统并网运行的原因
7、,用电设备使用的电能最终来自发电厂,那么,为什么要构成一个电力网络,而不是由单个发电厂直接向电能用户提供电能呢?,实现经济运行 一次能源运输困难,就地建厂 充分利用发电厂的季节优势提高供电可靠性 不会因个别发电机故障或检修而导致对用户停电。提高设备利用率系统内的设备互为备用,北林大工学院电气教研室 21,1.2.4 建筑供(配)电系统,建筑供电一般从电网取得10kV高压电源,然后用变压器将10kV高压变换为220/380V的三相四线制低压电源,再分配到各个用电负载。从取得电源到用电负载之间的线路,加上线路中间的各种分支、控制及保护装置,即组成建筑供配电系统,简称建筑供电系统。从电力系统角度来看
8、,建筑供电系统是其一个用户;从建筑物内用电设备的角度来看,建筑供电系统则是它们的电源。,供电,配电,北林大工学院电气教研室 22,某建筑物供电系统示意图,从电力网引入10kV的三相三线制高压电源,经10kV变电所变换为220/380V的三相四线制低压电源,分成3条回路,分别给3栋楼房供电,在每栋楼房内,又通过配电箱将电源线路分至每层的用电器。,在建筑电气图中,所有线路用单线条表示,注明线路种类,从而简化供配电系统图。,二、电力系统电压1、电力网的额定电压:首末两端电压值不同,取平均值国内:220v;380v;6kv;10kv;35kv;110kv;220kv;500kv等,2、电力设备的额定电
9、压:,指能使电气设备长期运行的最经济的电压,用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。,线路的允许电压偏差一般是5,3.发电机的额定电压,3、发电机的额定电压发电机的额定电压高于所供电网额定电压5%,如何理解?,4、变压器的额定电压,一次线圈:(接受电能,相当于用电设备)当变压器直接与发电机相连时,其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同,即高出同级电网额定电压5%。当变压器直接与电网相连时,其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同,即等于同级电网额定电压。,二次线圈:(发送电能的,相当于发电机)所供线路较长时,高出电网额定电压10%。所供线路较短时,高出电网额定电压5%。,电力变压器的额
10、定电压,二、供电质量指标:电压偏移,电压波动,频率,供电可靠性,电压波动定义是指电压在短时间内的快速变动情况,通常以电压幅度波动值和波动频率来衡量电压波动的程度。,原因?系统负荷急剧变化,用电设备端电压的最大波动值,KV,用电设备端电压的最小波动值,KV,国家规定电压波动的范围在-5%+5%。,电压偏移,用电设备的实际端电压偏离其额定电压的百分数。,实际端电压,额定电压,GB12325电能质量供电电压允许偏差对用电设备供电电压偏差允许范围的规定:,一般电动机为5。电梯电动机为7。照明在一般工作场所为5;在视觉要求较高的室内场所为+5、-2.5;对于远离变电所的小面积一般工作场所,难以满足上述要
11、求时,可以为+5、-10;应急照明、道路照明和警卫照明为+5、-10。其他用电设备当无特殊规定时为5。,频率偏差,定义频率偏差是指供电的实际频率与电网的标准频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz,又叫工频。偏差允许值频率偏差一般不超过0.25Hz。当电网容量大于3000MW时,频率偏差不超过0.2Hz。,可靠性,定义供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。对供电可靠程度的要求,取决于建筑用电负荷的等级。,供电可靠率衡量供电可靠性的指标,用户用电时间内不中断的概率。供电可靠率(1用电平均停电时间/统计期间时间)100例如,全年时间8760小时,用户全年停电时间为87.6小时,即停电时间占
12、全年的1%,供电可靠率为99%。可靠性标准城市供电可靠率达到99.9%;大中城市中心市区供电可靠率达到99.99%。,电压的选择的一般原则,(1)影响配电电压的因素:地区供电电源的电压用电设备的总容量用电设备的特征供电距离供电线路的回路数量用电单位的远景规划当地公共电网现状和它的发展规划经济合理因素,(2)供电方式:用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以上者,应以高压方式供电;用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以下者,应以低压方式供电,特殊情况下也可以高压方式供电。,供配电系统设计的基础知识,原则:安全,可靠,经济,节约。一、供配电系统设计程序及要求1、确
13、定方案意见书2、扩大初步设计收集相关图纸及技术要求,并向当地供电部门,气象部门,消防部门等收集相关资料。选择合理的供电电源,电压,采取合理的防雷措施及消防措施,进行负荷计算确定供配电方案及用电量。安装设计深度标准作出有一定深度的规范化图纸。提出主要设备及材料清单,编制概算,编制设计说明书报上级部门审批3、施工图设计校正资料数据,完成施工图设计,编制材料明细表,编制设计说明书,编制工程预算书。,供配电系统设计的内容,1、供配电线路设计两方面:建筑外部供配电线路设计 建筑内部配电线路设计 2、变配电所设计负荷计算和无功补偿确定变电所位置确定变压器容量,台数,形式确定变电所高,低压系统主接线方案确定
14、自备电源及其设备选择短路电流计算开关,导线,电缆等设备的选择确定二次回路方案及继电保护的选择与整定防雷保护与接地装置设计变电所内电气照明设计绘制图纸3照明设计:室内,室外照明系统设计4防雷接地设计:防雷等级,防雷措施。,第二节 负荷计算,一、负荷 指发电机或变电所供给用户的电力。即为电气设备(发电机、变压器)和电路中通过的功率或电流。,设备负荷通常用功率表示线路负荷通过电流值表征发电机、变压器等电气设备负荷指其输出功率,而电动机类负荷指其输入功率,按照民用建筑电气设计规范,用电负荷分为如下三个等级:一级负荷二级负荷三级负荷,满负荷:满载,负荷恰好达到电气设备铭牌所规定的数值。,最大负荷:系统或
15、设备在一段时间内用电可能出现的最大负荷瞬时值,最小负荷:系统或设备在一段时间被用电可能的最小负荷瞬时值,负荷分类,负荷工作制的划分,用电设备按其工作方式可分为三种:1 连续运行工作制负荷 2 短时运行工作制负荷 3 重复短暂工作制负荷,建筑内按用电对象分类,1 照明负荷2动力负荷3消防负荷4通信及数据处理设备负荷,1 连续运行工作制(长期工作制)在规定的环境温度下连续运行,设备任何部分温升均不超过最高允许值,负荷比较稳定。如电炉、空调、电加热设备、照明灯具,通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机等,均属连续运行工作制的用电设备。,2 短时运行工作制
16、(短暂工作制)用电设备的运行时间短而停歇时间长,在工作时间内,用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却,在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度,这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机(如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机)及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。,3 断续运行工作制(重复短暂工作制)用电设备以断续方式反复进行工作,其工作时间(t)与停歇时间(t0)相互交替。工作时间内设备温度升高,停歇时间温度又下降,若干周期后,达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备,通常用暂载率表征其工作特征,取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值,
17、即为,即:,式中 t,t0工作时间与停歇时间,两者之和为工作周期T。,负荷曲线的概念,图1是一班制工厂的日负荷曲线,其中(a)是依点连成的负荷曲线,图(b)是依点绘成梯形的负荷曲线。,表征用电负荷随时间变化的一种图形,日有功负荷曲线 a)依点连成的负荷曲线 b)依点绘成梯形的负荷曲线,24h内的负荷变动情况,年负荷曲线的另一形式,是按全年每日的最大负荷(通常取每日的最大负荷半小时平均值)绘制的,称为年每日最大负荷曲线,如图所示。,年每日最大负荷曲线,P30?,根据纵坐标表示的功率不同,有功功率负荷曲线,无功功率负荷曲线,根据横坐标表示的时间不同,日负荷曲线,月负荷曲线,年负荷曲线,计算负荷的定
18、义:我们用“计算负荷”来表示实际使用的总负荷。计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性负荷,其热效应应与同一时间内通过实际变动负荷所产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导线和电气设备,在实际运行中的最高温升不会超过允许值。通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用P30(Q30、S30、I30)表示。,规定取“半小时平均负荷”的原因:一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上,根据经验表明,中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3=31030(min),如果导线负载为短暂尖峰负荷,显然不可
19、能使导线温升达到最高值,只有持续时间在30min以上的负荷时,才有可能构成导体的最高温升。,在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN,但由于各用电设备的额定工作方式不同,不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加,必须先将其换算为同一工作制下的额定功率,然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”,用Pe表示。,用电设备额定容量的计算,1 长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN2 重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机(包括电葫芦、起重机、行车等)的设备容量统一换算到=25%时的额定功率(kW),若其N不等于25%时应进行换算,公式为:电焊机及电焊变压
20、器的设备容量统一换算到100%时的额定功率(kW)。若其铭牌暂载率N不等于100%时,应进行换算,公式为:,4 照明设备的设备容量白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率(kW);荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失(约为灯管功率的20%),其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍(kW);高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW);金属卤化物灯:采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW)。,3 电炉变压器的设备容量 是指在额定功率因数下的额定功率(kW),即
21、:Pe=PN=SNcos,5、不对称单相负荷的设备容量 当有多台单相用电设备时,应将它们均匀地分接到三相上,力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定,在计算范围内,单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时,可按三相对称分配考虑,如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时,则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷的原则进行换算。,设备接于相电压或线电压时,设备容量Pe的计算如下:单相设备接于相电压时Pe3Pem式中 Pe等效三相设备容量;Pem最大负荷所接的单相设备容量。单相设备接于线电压时 式中 Pel接于同一线电压的单相设备容量。,负荷计算的方法,负荷计算的方法有:需
22、要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法.需要系数法比较简便因而广泛使用。这里仅介绍需要系数法。,需要系数需要系数考虑了以下的主要因素:式中 K同时使用系数,为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比;KL负荷系数,用电设备不一定满负荷运行,此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比;wl线路供电效率;用电设备组在实际运行功率时的平均效率。,实际上,上述系数对于成组用电设备是很难确定的,而且对一个生产企业或车间来说,生产性质,工艺特点,加工条件,技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素,都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定。
23、上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考。,2.基本公式,(千瓦),式中 设备总容量(不计备用设备容量)(千瓦);Kd需要系数。,(千乏),计算电流,民用建筑照明负荷需要系数Kd,需要系数-考虑建筑内各用电负荷同时使用概率而确定的负荷计算系数,例题:已知某民用建筑拥有额定电压380V的三相水泵电动机15KW1台,11KW3台,7.5KW8台、4KW15台,其他更小容量电动机总容量35KW。试用需要系数法确定其计算负荷。P30,Q30,S30,I30,例题:某建筑物的380V线路上,接有给排水用电的水泵电动机(15KW以下)30台共205KW、另有通风机25台共45KW、电焊机3台共
24、10.5KW(=65%)。试确定各组的计算负荷和总的计算负荷。,1.负荷密度法 负荷密度法是将已知的不同类型负荷在单位面积上的需求量乘以建筑面积或使用面积得到的负荷量。P30=KA/1000,用单位估算法计算负荷,某餐厅面积为200 m2,负荷密度为120 VAm2,求此餐厅的负荷量。,2单位指标法 单位指标法是将已知不同类型负荷在核算单位上的需求量乘以核算单位得到的负荷量。P30=KN/1000,某办公区域计划安装计算机插座45个,每个插座的安装容量为300 W,求此办公区域插座的总安装功率。,功率因数的提高,功率因数:有功功率视在功率,与电路的负荷性质有关,电阻性负荷:功率因数都是1,电感
25、性负荷:功率因数都小于1,功率因数低造成的危害,增加供电系统的有功损耗,降低了供电设备的供电能力,负荷性质,设备功率为100个单位,也就是说,有100个单位的功率输送到设备中。然而,因大部分电器系统存在固有的无功损耗,只能使用70个单位的功率。虽然仅仅使用70个单位,却要付100个单位的费用。,1 均权(平均)功率因数,平均功率因数指某一规定时间内,功率因数的平均值。其计算公式为,式中:WP-某一时间内消耗的有功电能(kWh);由有功电度表读出。WQ-某一时间内消耗的无功电能(kvarh);由无功电度表读出。,我国电业部门每月向工业用户收取电费,就规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算
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