建筑供配电系统

建筑供配电系统 第2章 建筑供配电系统 第2章 建筑供配电系统 现代工农业及整个社会生活中电力应用非常广泛，一般建筑采用 低压供电，高层建筑通常10kV电压供电。建筑供配电是建筑电气的重要内容，为更好的理 解建筑供配电系统，本章着重介绍了电力系统和电力网、高低压供电配电系统、电力负荷计 算。通过学习要求掌握高低压供配电系统的主要设备、电力负荷计算、导线和供配电设备的 选择等主要内容。 电力是工农业生产、国防及民用建筑中的主要动力，在现代社会中得到了广泛的应用。 对于从事建筑工程的技术人员了解如何安全可靠地获得电力资源，合理、经济地利用国家的 电力资源是十分必要的。 2.1.1电力系统概念 在电力系统中，如果每个发电厂孤立地向用户供电，其可靠性不高。如当某个电厂发 生故障或停机检修时，该地区将被迫停电，因此为了提高供电的安全性、可靠性、连续性、 运行的经济性，并提高设备的利用率，减少整个地区的总备用容量，常将许多的发电厂、电 力网和电力用户连成一个整体。这里由发电厂、电力网和电力用户组成的统一整体称为电力 系统。典型电力系统示意图如图2.1所示。 图2.1 电力系统示意图 发电厂是将一次能源（如水力、火力、风力、原子能等）转换成二次能源（电能）的 场所。我国目前主要以火力和水力发电为主，近年来在原子能发电能力上也有很大提高，相 继建成了广东大亚湾、浙江秦山等核电站。 电力网是电力系统的有机组成部分，它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线 路。 变电所与配电所是为了实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求，需要 对发电机的端电压进行多次变换。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，可分为 升压变电所和降压变电所两大类。配电所不具有电压变换能力。 电力线路是输送电能的通道。由于发电厂与电能用户相距较远，所以要用各种不同电 压等级的电力线路将发电厂、变电所与电能用户之间联系起来，使电能输送到用户。一般将 发电厂生产的电能直接分配给用户或由降压变电所分配给用户的10kV及以下的电力线路称 1 第2章 建筑供配电系统 为配电线路，而把电压在35kV及以上的高压电力线路称为送电线路。 电力用户也称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电力用户。 电力用户按其用途可分为：动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、照明用电设备等， 它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，适应生产和生活的需要。 2.1.2我国电网电压等级 电力网的电压等级比较多，从输电的角度来讲，电压越高则输送的距离就越远，传输的 容量越大，但电压越高，要求绝缘水平也相应提高，因而造价也越高。目前，我国根据国民 经济发展的需要，技术经济上的合理性及电机电器制造工业的水平等因素，由国家颁布制定 了我国电力网的电压等级主要有0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、550kV等10级。其中电网电压在1kV及以上的称为高压，1kV以下的电压称为低压。 2.1.3电力负荷分级及供电要求 在电力系统上的用电设备所消耗的功率称为用电负荷或电力负荷。根据电力负荷对供电 可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为三级。 指中断供电将造成人身伤亡者，造成重大政治影响和经济损失，或造成公共场所秩序严 重混乱的电力负荷，属于一级负荷。如国家级的大会堂、国际候机厅、医院手术室、省级以 上体育场（馆）等建筑的电力负荷。对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢 纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要 国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。一级负荷应由两个电 源供电，一用一备，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中 的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电， 禁止将其他负荷接入应急供电系统。 常用的应急电源可有以下几种：独立于正常电源的发电机组、供电网络中有效地独立于 正常电源的专门馈电线路、蓄电池。 当中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失或将造成公共场所秩序混乱的电力负 荷，属于二级负荷。如省部级的办公楼、甲等电影院、市级体育场馆、高层普通住宅、高层 宿舍等建筑的照明负荷。对于二级负荷，要求采用两个电源供电，一用一备，两个电源应做 到当发生电力变压器故障或线路常见故障时不致中断供电（或中断供电后能迅速恢复）。在 负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路6KV及以上的专用架空线供电。 不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，均属于三级负荷。三级负荷对供电电源无要求， 一般为一路电源供电即可，但在可能的情况下，也应提高其供电的可靠性。 变（配）电所是联系发电厂与用户的中间环节，它起着变换与分配电能的作用。本节仅 介绍常见的10kＶ变电所。10kＶ变电所主要由变压器、高压开关柜（断路器）、低压开关柜 （隔离开关、空气开关、电流互感器、计量仪表）、母线等组成。 2.2.1变（配）电所位置的选择原则 2 第2章 建筑供配电系统 一般来讲，变（配）电所位置选择应考虑下列条件来综合确定： （1）接近负荷中心，这样可降低电能损耗，节约输电线用量。 （2）进出线方便。 （3）接近电源侧。 （4）设备吊装、运输方便。 （5）不应设在有剧烈振动的场所。 （6）不宜设在多尘、水雾（如大型冷却塔）或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时， 不应设在污染源的下风侧。 （7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。 （8）变（配）电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。 （9）高层建筑地下层变（配）电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。 （10）变（配）电所位于高层（或其他地下建筑）的地下室时，不宜设在最底层。当 地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。并应避免洪水或积水从其他渠道淹 渍变（配）电所的可能性。 2.2.2主结线的方式及特点 变（配）电所的主结线（ 一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母 线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气 设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重 要依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气 主结线图通常以单线图形式表示。 主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种，本 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 只介绍建筑电气 中常见的单母线接线。 这种接线的优点是线路简单，使用设备少，造价低；缺点是供电的可靠性和灵活性差， 母线故障检修时将造成所有用户停电。因此，它适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的 场合。单母线不分段主结线如图2.2所示。 图2.2 单母线不分段主接线 3 第2章 建筑供配电系统 它在每一段接一个或两个电源，在母线中间用隔离开关或断路器来分段。引出的各支路 分别接到各段母线上。这种接线的优点是供电可靠性较高，灵活性增强，可以分段检修。缺 点是线路相对复杂，当母线故障时，该段母线的用户停电。采用断路器连接分段的单母线， 可适用于一、二级负荷。采用这种供电方式注意保证两路电源不并联运行。单母线分段主结 线如图2.3所示。 图2.3 单母线分段主接线 2.2.3变电所的形式和布置 变电所的形式有独立式、附设式、杆上式或高台式、成套式变电所。附设式又分为内附 式和外附式。 10kV变电所一般由高压配电室、变压器室和低压配电室三部分组成。 （1）高压配电室 高压配电室内设置高压开关柜，柜内设置断路器、隔离开关、电压互感器、母线等。高 压配电室的面积取决于高压开关的数量和柜的尺寸。高压配电一般设有高压进线柜、计量柜、 电容补偿柜、馈线柜等。高压柜前留有巡检操作通道，应大于1.8m。柜后及两端应留有检修通道，应大于1m。高压配电室的高度应大于2.5m。高压配电室的门应大于设备的宽度，应向外开。 （2）变压器室 当采用油浸变压器时，为使变压器与高、低压开关柜等设备隔离应单独设置变压器室。 变压器室要求通风良好，进出风口面积应达到0.5～0.6m2。对于设在地下室内的变电所，可采用机械通风。变压器室的面积取决于变压器台数、体积，还要考虑周围的维护通道。10kV 以下的高压裸导线距地高度大于2.5m。而低压裸导线要求距地高度大于2.2m。 （3）低压配电室 低压配电室应靠近变压器室，低压裸导线（铜母排）架空穿墙引入。低压配电室有进线 柜、仪表柜、配出柜、低压补偿柜（采用高压电容补偿的可不设）等。低压配出回路多，低 压开关数量也多。低压配电室的面积取决于低压开关柜数量，柜前应留有巡检通道（大于 1.8m），柜后维修通道（大于0.8m）。低压开关柜有单列布置和双列布置（柜数量较多时采 用）等。 4 第2章 建筑供配电系统 变电所的建设还应满足以下条件： ?变电所应保持室内干燥、严防雨水进入。 ?变电所应考虑通风良好，使电气设备正常工作。 ?变电所的高度应大于4m，应设置便于大型设备进出的大门和人员出入的门，且所有 的门应向外开。 ?变电所的容量较大时，应单设值班室、设备维修室、设备库房等。 变电所的平面布置如图2.4所示。 图2.4 变电所平面布置图 2.2.4常用高压设备 常用的高压一次电气设备有：高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、 高压开关柜、高压避雷器和互感器等。 高压隔离开关的作用主要是隔断高压电 源，并造成明显的断开点，以保证其他电气 设备安全进行检修。因为高压隔离开关没有 专门的灭弧装置，所以不允许带负荷分闸和 合闸。但是激磁电流不超过2A的空载变压器、 电容电流不超过5A的空载线路及电压互感器 和避雷器等，可以用高压隔离开关切断。 按安装地点高压隔离开关分为户内式和 户外式两大类。GN19—10/600型户内高压隔 离开关的外型如图2.5所示。 图2.5 GN19-10/600型高压隔离开关 它的型号含义如下：G——隔离开关；N1—连接板；2—静触头；3—接触条；4—夹紧弹簧；5———户内式；19—— 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 序号；10——额定支持瓷瓶；6—镀锌钢片；7—拉杠绝缘子；8—支持瓷瓶；9—电压（kV）；600——额定电流（A）。 传动主轴；10—底架 具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。它的作用是接通和切断高压负荷电流，并 在严重的过载和短路时自动跳闸，切断过载电流和短路电流。 5 第2章 建筑供配电系统 按高压断路器采用的灭弧介质不同，分为油断器、气体断路器（如SF6）和真空断路器等。常用的高压油断路器，按用油量分类，又有高压少油断路器和高压多油断路器两类。少 油断路器的油量很少，只有几公斤，它的油只用来灭弧，不是用来绝缘的，所以外壳一般是 带电的；多油断路器的油量多，它的油除了用来灭弧外，还要用作相对地（外壳）甚至相与 相之间的绝缘的，外壳是不带电的。一般6～10kV的户内高压配电装置中都采用少油断路器。 SN10—10型高压少油断路器的外形结构图如图2.6所示。SN10—10/1000型号含义如下：S——少油断路器；N——户内式；10——设计序号；10——额定电压（kV）；1000——额定电流(A)。 图2.6 SN10-10型高压少油断路器 1—上帽；2—上出线座；3—油标；4—绝缘筒；5—下出线座；6—基座；7—主轴；8—框架；9—断路弹簧 是专门用在高压装置中通断负荷电流，如装有热脱扣器时，也可在过负荷情况下自动跳 闸切断过负荷电流。高压负荷开关只具有简单的灭弧装置，只能通过一定的负荷电流和过负 荷电流，它的断流能力不大，不能用它来切断短路电流。它必须和高压熔断器串联使用，短 路电流靠熔断器切断。 高压负荷开关也分为户内式和户外式两大类。我国自行设计的FN3—10RT型户内高压负荷开关如图2.7所示。它同一般户内式高压隔离开关很相似，断路时也具有明显的断开间隙， 因此它也能起隔离电源的作用。但负荷开关与隔离开关有原则区别，即隔离开关不能带负荷 操作，而负荷开关是能带负荷操作的。它的型号含义如下：F——负荷开关；N——户内式；3——设计序号；10——额定电压（kV）；R——带熔断器；T——带热脱扣器。 6 第2章 建筑供配电系统 图2.7 FN3-10RT型户内压气式高压负荷开关 1—主轴；2—上绝缘子兼气缸；3—连杆；4—下绝缘子；5—框架；6—高压熔断器；7—下触座；8—闸刀；9—弧动触头；10—灭弧喷嘴；11—主静触头；12—上触座；13—断路弹簧；14—绝缘拉杆；15—热脱扣器 高压熔断器是电网中广泛使用的电器，它是在电网中人为地设置的一个最薄弱的通流元 件，当流过过电流时，元件本身发热而熔断，借灭弧介质的作用使电路断开，达到保护电网 线路和电气设备的目的。高压熔断一般可分为管式和跌落式两类。户内广泛采用管式，户外 采用跌落式。由于管式熔断器在开断电路时，无游离气体排出，因此户内广泛采用RN1、RN2型管式熔断器，而在户外则广泛采用RW4型跌落式熔断器。 RN2型户内高压管式熔断器的外 形如图2.8所示，二者结构基本相同。 在其密封瓷管内有并行的几根低熔点 的工作熔体，熔体四周充满了石英砂。 当短路电流或过负荷电流通过熔管 时，熔体熔断，石英砂对熔丝熔断时 的电弧起到冷却和去游离作用，使电 弧很快熄灭，并且指示熔体熔断的指 示器弹出。这种管式熔断器的灭弧能 力强，能在短路电流未达到最大值之图2.8 RN2型高压管式熔断器 前将电弧熄灭，因而可限制短路电流 1—瓷熔管；2—金属管帽；3—弹性触座；4—熔断指示器；5—接线端数值。 子；6—瓷绝缘子；7—底座 7 第2章 建筑供配电系统 RW4型户外高压跌落式熔断器的外载变压器、空载线路和小负荷电流。 形结构如图2.9所示。这种熔断器的熔 管由保护管（由酚醛纸制成）和消弧管 （由产气材料制成）组成，里面密封着 熔丝。正常运行时该熔断器串联在线路 上，利用熔管上的活动关节拉紧，使熔 断器保持在合闸状态。当线路发生过电 流等故障时，过电流使熔丝迅速熔断， 消弧管产生大量气体将电弧吹灭。熔丝 熔断后，熔管下部触头因失去张力而下 翻，在熔管自重作用下跌落，形成明显 的断开间隙。这种熔断器使用于周围没 有急剧震动的场所。既可作6～10kV交图2.9 RW4-10型户外跌落式熔断器 流电力线路和电力变压器的短路保护，1—熔管；2—熔丝元件；3―上触头；4―绝缘瓷套管；5―下又可在一定条件下直接用绝缘钩棒操作触头；6―端部螺栓；7―紧固板。熔管的开合，以断开或接通小容量的空 高压开关柜是一种柜式的成套配电设备，它是按一定的接线方案将有关一、二次设备 组成成套的高压配电装置，在变电所中作为控制和保护电力变压器和高压线路之用，也可作 为大型高压交流电动机的启动和保护之用。高压开关柜中安装有高压开关设备、保护电器、 监测仪表和母线、绝缘子等。 我国现在大量生产和广泛使用的固定式高压开关柜主要有GG-10型。这种开关柜采用新型开关器，柜内空间较大，便于检修而且技术性能成熟。 GG-10-07S型高压开关柜的外形结构图如图2.10所示。其符号含义为：G——高压开关柜；G——固定式；10——设计序号；07——一次线路方案编号；S——手动主开关操作机构（D电磁式，I弹簧式）。 8 第2章 建筑供配电系统 图2.10 GG-1A-07S型高压开关柜（已抽出右面的防护板） 1—汇流排；2—高压隔离开关；3—高压断路器；4—电流互感器；5—高压隔离开关；6—电缆头；7—检修门；8—观察窗；9—操作面板；10—高压断路器操作机构；11—高压隔离开关操作机构；12—仪表、继电器板（兼检修门） 在打雷时，架空线上会临时产生一个非常高的电压，时间虽然短，但也足够把油开关、 变压器等电气设备的绝缘破坏。避雷器就是用来防止架空线引进的雷电对变配电装置所起的 破坏作用。阀型避雷器是由火花间隙和可变电阻两部分组成，密封于一个瓷质套筒里面，上 面出线与线路连接，下面出线与地连接。 9 第2章 建筑供配电系统 当雷电突然出现时，高压火花间隙被击 穿，避雷器有电流通过，使雷电电流引向大 地，避免了变配电装置受到雷电的破坏。可 变电阻的作用是当电压高、电流大时电阻值 很小，可使雷电的电流很快通过。当放电将 近结束时，电压低、电流小，电阻就增加， 逐渐阻止线路上的高压电流通过，当电压降 到不足以击穿火花间隙时，避雷器就不再通 过电流，恢复原状。避雷器的外形结构图如图2.11 阀式避雷器 图2.11所示。 1—接线端；2—瓷套筒；3—火花间隙；4—阀型电阻片； 5—安装卡子 互感器是电工测量和自动保护装置使用的特殊变压器。使用互感器的目的一是把测量回 路和高压电网隔离，以利于确保工作人员的安全；二是扩大测量仪表的量程，可以使用小量 程电流表测量大电流，用低量程电压表测量高电压，或者为高压电路的控制及保护装置提供 所需的低电压或小电流。互感器按用途可分为电压互感器和电流互感器两类。 （1）电压互感器 电压互感器的结构特点是：一次绕组匝数多，而二次绕组匝数少，相当于降压变压器。 它接入电路的方式是：将一次绕组并联在一次电路中；而将二次绕组并联仪表、继电器的电 压线圈，电压互感器构造原理图如图2.12所示。由于二次仪表、继电器等的电压线圈阻抗 很大，所以电压互感器工作时二次回路接近于空载状态。二次绕组的额定电压一般为100V。 图2.13 电流互感器构造原理图 图2.12 电压互感器构造原理图 电压互感器在使用中要注意以下几点： ?一次、二次侧必须加熔断器保护，二次侧不能短路，防止发生短路烧毁互感器或影响 一次电路正常运行； ?电压互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高电 压窜入二次侧，危及人身和设备的安全； ?二次侧并接的电压线圈不能太多，避免超过电压互感器的额定容量，引起互感器绕组 发热，并降低互感器的准确度。 10 第2章 建筑供配电系统 （2）电流互感器 电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数少（有的只有一匝，利用一次导体穿过其铁 心），导体相当粗；而二次绕组匝数很多，导体较细。它接入电路的方式是：将一次绕组串 联接入一次电路；而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，电 流互感器构造原理图如图2.13所示。由于二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以 电流互感器工作时二次回路接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A。 电流互感器在使用中要注意以下几点： ?电流互感器在工作时其二次不得开路，二次侧不允许串接熔断器和开关； ?电流互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高电 压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。 2.3.1低压配电方式 低压配电系统是由配电装置和配电线路组成。低压配电方式是指低压干线的配电方式。 低压配电方式有放射式、树干式、链式三种形式，低压配电方式如图2.14所示。 由总配电箱直接供电给分配电箱或负载的配电方式。优点是各负荷独立受电，一旦发生 故障只局限于本身而不影响其他回路，供电可靠性高，控制灵活，易于实现集中控制。缺点 是线路多，有色金属消耗量大，系统灵活性较差。这种配电方式适用于设备容量大、要求集 中控制的设备、要求供电可靠性高的重要设备配电回路，以及有腐蚀性介质和爆炸危险等场 所不宜将配电及保护起动设备放在现场者。 c) 链式 a) 放射式 b) 树干式 图2.14 低压配电方式 是指由总配电箱至各分配电箱之间采用一条干线连接的配电方式。优点是投资费用低、 施工方便，易于扩展。缺点是干线发生故障时，影响范围大，供电可靠性较差。这种配电方 式常用于明敷设回路，设备容量较小，对供电可靠性要求不高的设备。 也是在一条供电干线上带多个用电设备或分配电箱，与树干式不同的是其线路的分支点 在用电设备上或分配电箱内，即后面设备的电源引自前面设备的端子。优点是线路上无分支 点，适合穿管敷设或电缆线路，节省有色金属。缺点是线路或设备检修以及线路发生故障时， 相连设备全部停电，供电的可靠性差。这种配电方式适用于暗敷设线路，供电可靠性要求不 高的小容量设备，一般串联的设备不宜超过3～4台，总容量不宜超过10kW。 11 第2章 建筑供配电系统 在实际工程中，照明配电系统不是单独 采用某一种形式的低压配电方式，多数是综 合形式，如在一般民用住宅所采用的配电形 式多数为放射式与链式的结合。一般民用住 宅低压配电形式如图2.15所示。 总配电箱向每个楼梯间配电为放射式，图2.15 一般民用住宅低压配电形式 楼梯间内不同楼层间的配电箱为链式配电。 2.3.2常用低压设备特点及用途 低压电气设备通常是指电压在1000V以下的电气设备，在建筑工程常见的低压电气设 备有刀开关、熔断器、自动空气开关、接触器、低压配电柜等。 1 刀开关是一种简单的手动操作电器，用于非频繁接通和切断容量不大的低压供电线路， 并兼作电源隔离开关。刀开关的型号一般以H字母打头，种类规格繁多，并有多种衍生产 品。按工作原理和结构，刀开关可分为低压刀开关、胶盖闸刀开关、刀形转换开关、铁壳开 关、熔断式刀开关、组合开关等。 低压刀开关的最大特点是有一个刀形动低压刀开关的技术参数如表2.1所示。 触头，基本组成部分是闸刀（动触头）、刀座 （静触头）和底板，刀开关结构如图2.16所 示。低压刀开关按操作方式分有单投和双投 开关；按极数分有单极、双极和三极开关； 按灭弧结构分，有带灭弧罩的和不带灭弧罩 的等。低压刀开关常用于不频繁地接通和切 断交流和直流电路，刀开关装有灭弧罩时可 以切断负荷电流。常用型号有HD和HS系列。图2.16 HD11、11B-100～400刀开关 表2.1 低压刀开关的技术参数 额定电压/V AC380、DC220、440 100 200 400 600 1000 额定电流/A 100 200 400 600 1000 AC380V、COSΦ=0.72～0.8 220V 100 200 400 600 1000 通断能力/A DC T=0.01～0.011s 440V 50 100 200 300 500 10000 5000 机械寿命/次 1000 500 电寿命/次 6 10 20 25 30 40 1s热稳定电流/kA 20 30 40 50 60 80 杠杆操作式 动稳定电流峰值/kA 15 20 30 40 50 手柄式 — 35 35 35 35 45 45 操作力/N 低压刀开关型号含义如下： 12 第2章 建筑供配电系统 胶盖闸刀开关是普通使用的一种刀开关，又称开 启式负荷开关。闸刀装在瓷质底板上，每相附有保险 丝、接线柱，用胶木罩壳盖住闸刀，以防止切断电源 时电弧烧伤操作者。胶盖闸刀开关价格便宜、使用方 便，在建筑中广泛使用。三相胶盖闸刀开关在小电流 配电系统中用来接通和切断电路，也可用于小容量三 相异步电动机的全压起动操作，单相双极刀开关用在 照明电路或其他单相电路上，其中熔丝提供短路保 护。胶盖闸刀开关外形如图2.17所示。常用的有图2.17 开启式负荷开关 HK1、HK2两种型号，技术资料见表2.2。 表2.2 HK1、HK2型闸刀开关规格 型号 额定电压（V） 额定电流（A） 可控制的电动机功率（kW） 级数 220 15 1.5 2 220 30 3.0 2 220 60 4.5 2 HK1 380 15 2.2 3 380 30 4.0 3 380 60 5.5 3 220 15 1.1 2 220 30 1.5 2 220 60 3.0 2 HK2 380 15 2.2 3 380 30 4.0 3 380 60 5.5 3 铁壳开关主要由刀开关、熔断器和铁制 外壳组成，又称封闭式负荷开关。在刀闸断 开处有灭弧罩，断开速度比胶盖闸刀快，灭 弧能力强，并具有短路保护。它适用于各种 配电设备，供不频繁手动接通和分断负荷电 路之用，包括用作感应电动机的不频繁起动 和分断。铁壳开关的型号主要有HH3、HH4、 HH12等系列，铁壳开关结构如图2.18所示，图2.18 铁壳开关结构图 规格如表2.3所示。 13 第2章 建筑供配电系统 表2.3 铁壳开关常用规格 型号 额定电压（V） 额定电流（A） 级数 250 HH3 10、15、20、30、60、100、200 2、3或3+中性线座 440 HH4 380 15、30、60 2、3或3+中性线座 熔断式刀开关也称刀熔开关，熔断器装于刀开关的动触片中间。它的结构紧凑，可代替 分列的刀开关和熔断器，通常装于开关柜及电力配电箱内，主要型号有HR3、HR5、HR6、HR11系列。 组合开关是一种多功能开关，可用来接通或分断电路，切换电源或负载，测量三相电压， 控制小容量电动机正、反转等，但不能用作频繁操作的手动开关，主要型号有HZ10系列等。除上述所介绍的各种形式的手动开关外，近几年来国内已有厂家从国外引进技术，生产出较 为先进的新型隔离开关，如PK系列可拼装式隔离开关和PG系列熔断器多极开关两种。它 的外壳采用陶瓷等材料制成，耐高温、抗老化、绝缘性能好。该产品体积小、重量轻，可采 用导轨进行拼装，电寿命和机械寿命都较长。它可代替前述的小型刀开关，广泛用于工矿企 业、民用建筑等场所的低压配电电路和控制电路中。 PG型熔断器式隔离器是一种带熔断器的隔离开关，外形结构大致与PK型相同，也分为单极和多极两种，可用导轨进行拼装，主要技术资料见表2.4所示。 表2.4 新型隔离开关主要技术资料 16 额定电流（A） 32，63，100 220 380 PK系列 额定电压（V） 极数p 1，2，3，4 10 16 20 32 额定电流（A） 配用熔断器额定电流2，4，6，0.5，2，4，6，8，10，6，10，16 25，32 70 （A） 12，16，20 PG系列 220 380 （熔断器式） 额定电压（V） 8000 20000 额定熔断短路电流（A） 极数p 1，2，3，4 又称低压空气开关，或自动空气开关。断路器具有良好的灭弧性能，它能带负荷通断电 路，可以用于电路的不频繁操作，同时它又能提供短路、过负荷和失压保护，是低压供配电 线路中重要的开关设备。断路器主要由触头系统、灭弧系统、脱扣器和操作机构等部分组成。 它的操作机构比较复杂，主触头的通断可以手动，也可以电动。断路器的结构原理如图2.19所示。 14 第2章 建筑供配电系统 当手动合闸后，跳钩2和锁扣3扣住，开 关的触头闭合，当电路出现短路故障时，过电 流脱扣器6中线圈的电流会增加许多倍，其上 部的衔铁逆时针方向转动推动锁扣向上，使其 跳钩2脱钩，在弹簧弹力的作用下，开关自动 打开，断开线路；当线路过负荷时，热元件8 的发热量会增加，使双金属片儿向上弯曲程度 加大，托起锁扣3，最终使开关跳闸；当线路 电压不足时，失压脱扣器5中线圈的电流会下 降，铁心的电磁力下降，不能克服衔铁上弹簧 的弹力，使衔铁上跳，锁扣3上跳，与跳钩2图2.19 断路器原理图 脱离，致使开关打开。按钮9和10起分励脱 扣作用，当按下按钮时，开关的动作过程与线 1—触头；2—跳钩；3—锁扣；4—分励脱扣器；5—欠电压路失压时是相同的；按下按钮10时，使分励脱扣器；6—过电流脱扣器；7—双金属片；8—热元件；9脱扣器线圈通电，最终使开关打开。 —常闭按钮；10—常开按钮 低压空气断路器有许多新的种类，结构和动作原理也不完全相同，前面所述的只是其中 的一种。 空气断路器具有两段保护特性或三段保 护特性，两段保护特性曲线如图2.20所示， ab段是过载时开关动作的特性曲线，其特点是 反时限，即电流大，动作时间短；电流小，动 作时间长；当电流大到一定值时，开关在极短 时间内动作，即进入曲线的cd段，是瞬时动 作特性，在这段中，开关动作时间与电流大小 无关，是固定的，叫定时限特性。 图2.20 保护特性曲线 一般低压空气断路器在使用时要垂直安装，不要倾斜，以避免其内部机械部件运动不够 灵活。接线时要上端接电源线，下端接负载线。有些空气开关自动跳闸后，需将手柄向下扳， 然后再向上推才能合闸，若直接向上推则不能合闸。 低压空气断路器按照用途可分为：配电用断路器、电机保护用断路器、直流保护用断路 器、发电机励磁回路用的灭磁断路器、照明用断路器、漏电保护断路器等。按照分断短路电 流的能力可分为：经济型、标准型、高分断型、限流型、超高分断型等。 低压空气断路器的代号含义如下： 万能式空气断路器又称框架式自动空气开关，它可以带多种脱扣器和辅助触头，操作方 15 第2章 建筑供配电系统 式多样，装设地点灵活。目前常用的型号有AE（日本三菱）、DW12、DW15、ME（德国AEG）等系列。 塑料外壳式断路器又称装置式自动空气开关，它的全部元件都封装在一个塑料外壳内， 在壳盖中央露出操作手柄，用于手动操作，在民用低压配电中用量很大。常见的型号有DZ13、DZ15、 DZ20、 C45、 C65等系列，其种类繁多。 漏电断路器是在断路器上加装漏电保护器件，当低压线路或电气设备上发生人身触电、 漏电和单相接地故障时，漏电断路器便快速自动切断电源，保护人身和电气设备的安全，避 免事故扩大。按照动作原理，漏电断路器可分为电压型、电流型和脉冲型。按照结构，可分 为电磁式和电子式。 所谓漏电，一般是指电网或电气设备对地的泄漏电流。对交流电网而言，由于各相输电 线对地都存在着分布电容C和绝缘电阻R。这两者合起来叫做每相输电线对地的绝缘阻抗Z。流过这些阻抗的电流叫做电网对地漏电电流，而触电是指当人体不慎触及电网或电气设备的 带电部位，此时流经人体的电流称为触电电流。现以常用的电流型漏电保护断路器为例，说 明其工作原理。电流型漏电保护断路器有单相和三相之分。 单相电流型漏电保护断路器原理结构 图如图2.21所示。在正常情况下，相线对地 漏电电流为零，则流过环形铁心２中的电流 矢量和为零，因此在环形铁心２中产生的合 成磁通也等于零，故在环形铁心２的次极绕 组３中无信号输出，脱扣器的衔铁被由永久 磁铁４产生的磁通所吸引。当被保护的电路 上发生触电或漏电，或接地故障时，则流过 环形铁心２中的电流矢量和不再为零，因此 在环形铁心的次极绕组３中感应出一交变 磁通，并在次极绕组３中产生感应电动势， 由于环形铁心的次极绕组３与去磁线圈５ 串联，则二次感应电流流过去磁线圈５，在 某半周波，交变磁通的方向与永久磁铁磁通图2.21 电流型漏电保护断路器原理结构图 反向时，就很大程度上减弱铁心的吸力，在 反作用弹簧７的拉动下，衔铁６释放，搭扣1—主开关；2—环形铁心；3—绕组；4—永久磁铁；5—去磁８脱扣，使断路器跳闸。 线圈；6—衔铁；7—弹簧；8—搭钩；9—按钮；10—电阻。 漏电保护型的空气断路器在原有代号上再加上字母L，表示是漏电保护型的。如 DZ15L-60系列漏电断路器。漏电保护断路器的保护方式一般分为低压电网的总保护和低压 电网的分级保护两种。 3 接触器的工作原理是利用电磁吸力来使触头动作的开关，它可以用于需要频繁通断操作 的场合。接触器按电流类型不同可分为直流接触器和交流接触器。在建筑工程中常用的是交 流接触器。 接触器的结构原理如图2.22所示。当线圈两类，一类用于通断主电路的，称主触头，有 通电后，铁芯被磁化为电磁铁，产生吸力，当灭弧罩，可以通过较大电流。另一类用于控制 吸力大于弹簧反弹力时衔铁吸合，带动拉杆移回路中，可以通过小电流，称辅助触头。辅助 动将所有常开触头闭合、常闭触头打开。线圈触头主要有常开和常闭两类。 失电后，衔铁随即释放并利用弹簧的拉力将拉目前常见的交流接触器型号有CJ12、 杆和动触头恢复至初始状态。接触器的触头分CJ20、B、LC1-D 等系列。 16 第2章 建筑供配电系统 图2.22 接触器的结构原理 4. 低压熔断器是常用的一种简单的保护电器。与高压熔断器一样，主要作为短路保护用， 在一定条件下也可能起过负荷保护的作用。熔断器工作原理同高压熔断器一样，当线路中出 现故障时，通过的电流大于规定值，熔体产生过量的热而被熔断，电路由此被分断。 低压熔断器常用的有瓷插式（RC1A）、密闭管式(RM10)、螺旋式(RL7)、填充料式(RT20)、等多种类型。常用的低压熔断器外形图如图2.23所示 。 b) 瓷插式熔断器 b) 螺旋式熔断器 图2.23 低压熔断器 瓷插式灭弧能力差，只适用于故障电流较小的线路未端使用。其他几种类型的熔断器 均有灭弧措施，分断电流能力比较强，密闭管式结构简单，螺旋式更换熔管时比较安全，填 充料式的断流能力更强。 5. 插座是移动用电设备、家用电器和小功率设备的供电电源，一般插座是长期带电的， 在设计和使用时要注意。插座根据线路的明敷设和暗敷设的要求，也有明装式和暗装式两种。 插座按所接电源相数分三相和单相两类。单相插座按孔数可分二孔、三孔。两孔插座的左边 是零线、右边是相线；三孔也一样，只是中间孔接保护线。 6. 照明灯具控制开关用于对单个或多个灯进行控制，工作电压为250V，额定电流有6A、10A等，有拉线式和跷板式等多种形式，跷板式又分明装和暗装式，有单极和多极、单控和 双控之分。 7. 电能表在用电管理中是不可缺少的，凡是计量用电的地方均应设电能表，目前应用较 多的是感应式电能表，它是利用固定的交流磁场与由该磁场在可动部分的导体中所感应的电 流之间的作用力而工作的，其结构如图2.24所示。主要由驱动元件（电压元件、电流元件）、 转动元件（铝盘）、制动元件（制动磁铁）和积算元件等组成。 17 第2章 建筑供配电系统 图2.25 电能表接线 图2.24 电能表结构 1—电压线圈；2—电流线圈；3—永久磁铁；4—铝盘；5—蜗 轮；6—蜗杆；7—转轴。 当电能表接入电路时，电压线圈的两端加上电源电压，电流线圈通过负载电流，此时 电压线圈和电流线圈产生的主磁通穿过铝盘，在铝盘上便有三个磁通的作用（一个电压主磁 通，两个大小相等、方向相反的电流主磁通），在铝盘上共产生三个涡流，这三个涡流与三 个主磁通相互作用产生转矩，驱动铝盘开始旋转，并带动计数器计算电量。电能表接线图如 图2.25所示。 铝盘转动的速度与通入电流线圈中的电流成正比。电流愈大，铝盘旋转愈快。铝盘的 转速称为变换系数，变换系数的倒数称为标称常数，即铝盘转一圈所需要的电度数。因此， 只要知道铝盘的转数就能知道用电量的大小。 8. 低压配电柜是按一定的接线方案将低2.26所示 压开关电器组合起来的一种低压成套配电 装置，用在500V以下的供配电系统中，作 动力和照明配电之用。低压配电柜按维护的 方式分有单面维护式和双面维护式两种。单 面维护式基本上靠墙安装（实际离墙0.5m 左右），维护检修一般都在前面。双面维护 式是离墙安装，柜后留有维护通道，可在前 后两面进行维修。 国内生产的双面维护的低压配电屏主 要系列型号有GGD、GDL、GHL、JK、MNS、 GCS等。GGD型低压配电柜外形示意如图图2.26 GGD型低压配电柜外形示意图 2.3.3低压配电线路 主要由导线、电杆、横担、绝缘子和线路金具等组成，如图2.27所示。其特点是设备材料简单，成本低；容易发现故障，维护方便；缺点是易受外界环境的影响，供电可靠性较 差；影响环境的整洁美观等。 18 第2章 建筑供配电系统 导线的主要任务是输送电能。主要分绝 缘线和裸线两类，市区或居民区尽量采用绝 缘线。绝缘线又分铜芯和铝芯两种。 电杆主要作用是支撑导线，同时保持导 线的相间距离和对地距离。电杆按材质分有 木杆、水泥杆和铁塔三种。电杆按其功能分 直线杆、转角杆、终端杆、跨越杆、耐张杆、 分支杆等。 横担主要用来安装绝缘子以固定导线。 从材料来分，有木横担、铁横担和瓷横担。 低压架空线常用镀锌角铁横担。横担固定在 电杆的顶部，距顶部一般为300mm。 绝缘子主要作用是固定在横担上，用来 使导线之间、导线与横担之间保持绝缘的， 同时也承受导线的垂直荷重的水平拉力。低图2.27 架空线路结构 压架空线路绝缘子主要有针式和蝶式两种。 1—电杆；2—横担；3—导线；4—避雷线；５—绝缘子 金具是指架空线路上所使用的各种金属部件的统称，其作用是连接导线、组装绝缘子、 安装横担和拉线等，即主要起连接或紧固作用。常用的金具有固定横担的抱箍和螺栓，用来 连接导线的接线管，固定导线的线夹以及做拉线用的金具等。为了防止金具锈蚀，一般都采 用镀锌铁件或铝制零件。 架空线路敷设是注意事项有： （1）路径选择应不妨碍交通及起重机的折装、进出和运行，且力求路径短直、转角小； （2）架空导线与邻近线路或设施的距离应符合表2.5要求； 表2.5 架空线路与邻近线路或设施的距离 项目 邻近线路或设施的类别 过引线、拉下线与邻线 架空线与拉线电杆外缘 树梢摆最大时 最小净空距离m 0.13 0.65 0.5 最大弧垂与地面 与邻近线路交叉 同杆架设下的广播最大弧垂与暂 线路通信线路 设工程顶端 最小垂直距离m 施工现场 机动车道 铁路轨道 1kV以下 1～10kV 1.0 4.0 6.0 7.5 2.5 1.2 2.5 电杆至路基边缘 电杆至铁路轨道边缘 边线与建筑物突出部分 最小水平距离m 1.0 杆高+3.0 1.0 （3）电杆采用水泥杆时，不得露筋、不得有环向裂纹，其梢径不得小于130mm。电杆的埋设深度宜为杆长的1/10加上0.6m，但在松软土地上应当加大埋设深度或采用卡盘固定。 （4）档距、线距、横担长度及间距要求： 档距是指两杆之间的水平距离，施工现场架空线档距不得大于35m。线距是指同一电杆 19 第2章 建筑供配电系统 各线间的水平距离，一般不得小于0.3m。横担长度应为：两线时取0.7m，三线或四线取1.5m， 五线取1.8m。横担间的最小垂直距离不得小于表2.6要求。 表2.6 横担间的最小垂直距离 排列方式 直线杆 分支或转角杆 高压与低压 1.2 1.0 低压与低压 0.6 0.3 （5）导线的形式选择及敷设要求： 施工现场必须采用绝缘线，架空线必须设在专用杆上，严禁架设在树木及脚手架上。为 提高供电可靠性，在一个档距内每一层架空线的接头数不得超过该层线条数的50%，且一根 导线只允许有一个接头。 （6）绝缘子及拉线的选择及要求： 架空线的绝缘子直线杆采用针式绝缘子，耐张杆采用蝶式绝缘子。拉线应选用镀锌铁线， 其截面不小于3?φ4mm，拉线与电杆夹的角应在45～90?之间，拉线埋设深度不得小于1m， 水泥杆上的拉线应在高于地面2.5m处装设拉线绝缘子。 电缆线路的优点是不受外界环境影响，供电可靠性高，不占用土地，有利于环境美观； 缺点是材料和安装成本高。在低压配电线路中广泛采用电缆线路。 电缆主要由线芯、绝缘层、外护套三部分组成。根据电缆的用途不同，可分为电力电缆、 控制电缆、通信电缆等，按电压不同可分为低压电缆、高压电缆两种。电缆的型号中包含其 用途类别、绝缘材料、导体材料、保护层等信息。目前在低压配电系统中常用的电力电缆有 YJV交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆和VV聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆 两种，一般优选YJV电力电缆。 电缆敷设有直埋、电缆沟、排管、架空等方式，直埋电缆必需采用有铠装保护的电缆、 埋设深度不小于0.7m；电缆敷设应选择路径最短、转弯最少、少受外界因素影响的路线。 地面上在电缆拐弯处或进建筑物处要埋设标示桩，以备日后施工维护时参考。 2.4.1负荷计算 负荷计算的目的是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的 依据，也是合理地进行无功功率补偿的重要依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响 到电气设备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，又将使电气设备和导线电缆处 于过负荷下运行，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。在进行负荷计算时，要考虑环境及社会因素的影响， 并应为将来的发展留有适当余量。 目前负荷计算常用的方法有需要系数法、二项式法和利用系数法等。在建筑供配电系统 的负荷计算中常用的是需要系数法。 20 第2章 建筑供配电系统 建筑用电设备种类繁多，用途各异，工作方式不同，按其工作制可分为以下三类。 长期工作制（连续运行工作制）：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。 短时工作制（短时运行工作制）：是指运行时间短而停歇时间长，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。 反复短时工作制（继续运行工作制）：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，周期性地工作或是经常停歇、反复运行。一个同期一般不超过10min，例 如起重电动机。反复短时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： ε=t/T*100%=t/(t+t )*100% （2.1） 0 式中 ε——暂载率； t——工作周期内的工作时间； T——工作周期； t——工作周期内的间歇时间。 0 工作时间加停歇时间称为工作周期。根据我国的技术标准规定工作周期以10min为计算 依据。起重机电动机的标准暂载率分为15%、25%、40%、60%四种；电焊机设备的标准暂载率分别50%、65%、75%、100%四种。 在进行电力负荷计算时，应首先确定用电设备的设备容量P。设备容量在计算时不包括e备用设备在内，设备容量是指用电设备组的设备容量P。所谓用电设备组是指将同类型的用e电设备归为一组，即用电设备组。用电设备铭牌上标示的容量为额定容量P。在进行负荷计N 算前，应对各种负荷做如下处理： （１）对不同工作制用电设备的额定功率P或额定容量S进行换算。 NN 用电设备组的总容量并不一定是这些设备的额定容量直接相加，而是必须先把它们换算 为同工作制下的额定容量，才进行相加。对不同工作制的用电设备，其设备容量可按如下方 法确定。 1）长期工作制的设备容量 设备容量等于铭牌标明的“额定容量”。计算的设备容量不打折扣，即设备容量P与设e 备额定容量P相等。 N 对于照明：白炽灯的设备容量是指灯泡上标出的额定容量；荧光灯及高压汞灯必须考虑 其镇流器的损耗，一般荧光灯的设备容量为灯管额定容量的1.1～1.2倍，高压汞灯为灯泡额定容量的1.1倍。 2）反复短时工作制的设备容量 反复短时工作制的用电设备是指运转时为反复周期地工作，每周期内通电时间不超过 10min的用电设备，主要是指电焊机和吊车电动机。在这种工作制下设备的工作时间较短， 按规定应该把设备容量统一换算到某一暂载率下。电动机换算到25%的暂载率下，电焊机换 21 第2章 建筑供配电系统 算到100%暂载率下。 电动机换算公式如下： , （2.2） P,P,2P,eNN,25 式中 P——换算到ε=25%时电动机的设备容量（kW）； e25 ε——铭牌暂载率； P——电动机铭牌额定功率。 N 电焊机换算公式如下： , （2.3） P,P,,SCOS,eNN,100 式中 P——换算到ε=100%后电焊机的设备容量； e100 P——铭牌额定功率（直流电焊机）（kW）； N S——铭牌额定视在功率（交流电焊机）（kVA）； N cosφ——铭牌额定功率因数； ε——是同S或P相对应的铭牌暂载率。 NN （2）消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。 （3）夏季制冷设备与冬季取暖设备取其大者计入总设备容量。 （4）单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷小于三相对称负荷的15％时，可全部 按三相负荷进行计算；若大于15％时，单相负荷应换算成等效三相负荷，才能与三相负荷 相加。单相负荷换算为等效三相负荷方法如下： 1）当单相负荷全部为相间负荷（接在相电压上）时， P=3P （2.4） eemax 式中 P——等效三相设备容量（kＷ）； e P——最大相单相设备容量（kＷ）。 emax 2）当单相负荷全部为线间负荷（接在线电压上）时 P33=P＋（3-）P （2.5） ee1e2式中 P——最大相单相设备容量（kＷ）； e1 P——次最大相单相设备容量（kＷ）； e2 P——等效三相设备容量（kＷ）； e 3）当单相负荷既有相间负荷，又有线间负荷时 先将接在线电压上的单相负荷换算成对应相的相电压下的单相负荷，再按方法（１）进 行换算。 a相 P=Pp+Ppaab(ab)aca(ca)a Ｑ=Ｑq+Qq aab(ab)aca(ca) 22 第2章 建筑供配电系统 b相 P=Pp+Pp bab(ab)bbc(bc)b Q=Qq+Qq bab(ab)bbc(bc)b c相 Pc=Pp+Ppbc(bc)cca(ca)c Qc=Qq+Qq bc(bc)cca(ca)c 式中 P、P、P——接于ab、bc、ca线间负荷，kW； abbcca P、P、Pc——换算为a、b、c相有功负荷，kW； ab Q、Q、Qc——换算为a、b、c相无功负荷，kvar； ab p、q、???——接于ab、???线间负荷换算为a、???相间负荷的有功及 (ab)a(ab)a 无功换算系数，见表2.7。 表2.7 线间负荷换算成相间负荷时的系数值 负荷功率因数 换算系数 0.35 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.8 0.9 1.0 p，p，p (ab)a(bc)b(ca)c1.27 1.17 1.0 0.89 0.84 0.8 0.72 0.64 0.5 p，p，p (ab)b(bc)c(ca)a-0.27 -0.17 0.0 0.11 0.16 0.2 0.28 0.36 0.5 q，q，q (ab)a(bc)b(ca)c1.05 0.86 0.58 0.38 0.3 0.22 0.09 -0.05 -0.29 q，q，q 1.63 1.44 1.16 0.96 0.88 0.8 0.67 0.35 0.29 (ab)b(bc)c(ca)a [例2.1] 某建筑工程工地有两台电焊机，铭牌容量为20kVA，cosφ为0.7。铭牌ε为25%，接于380V线路上，求三相等效负荷？ 解：每台电焊机的设备容量 ,0.25，20，0.7P,P,,SCOS,==7kW eNN,100 假设两台设备分别接在ab、bc线电压上，则三相等效负荷 P3333=P＋（3-）P=?7＋（3-）?7=21kW ee1e2 由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷；一组设备中各负荷的功率因数不同，一 般也不同时工作；最大负荷一般也不同出现等情况，所以多台设备的实际负荷总是小于它们 的额定容量之和。因此，精确地计算变电所负荷是困难的，我们可以采用估算法。正确地估 算变电所的电力负荷，必须了解负荷变化的规律。表示电力负荷随时间变化情况的图形称为 负荷曲线。如果把一台或一组电气设备的有功率表的计数每隔半小时抄录一次，就可得负荷 曲线，如图2.28所示。根据横坐标延续时间的不同。分为日负荷曲线和年负荷曲线等。 23 第2章 建筑供配电系统 图2.28日负荷曲线图 （1）计算负荷的概念 通常把一个年内最高日负荷曲线中30min平均负荷的最大值，称为平均最大负荷（简称 最大负荷，记作计算负荷P或P），作为按发热条件选择导线、电缆和电气设备的依据，它30j 就是所要寻求的计算负荷。为何取每隔半小时计数作为绘制负荷曲线的时间单元呢？这是因 为一般中小截面导线的发热时间常数（T）一般在10min以上，实验证明，达到稳定温升的 时间约为3T=3?10=30min，故只有持续时间在30min以上的负荷值，才有可能构成导体的 最高温升。 （2）需要系数的含义 对于同类型的用电设备组，其负荷曲线具有大致相似的形状，对同一类建筑物或企业也 是一样。所以进行负荷计算可以借助已建成或已投产企业类似用户的负荷曲线，取得近似的 计算负荷值。为此，根据负荷曲线引出需要系数。 以一组用电设备来分析需要系数的含义。 若该组设备有几台电动机，其额定容量为P。由于该组电动机实际上不一定都同时运行，而e 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功率损耗，因此考虑这 些因素后该组电动机的有功计算负荷应为 P= KP jxe 式中 P——有功计算负荷，kW； j K――需要系数。 x P——经过折算后的设备容量，kW。 e 用电设备组的需要系数就是用电设备组(或用电单位)在最大负荷时需要的有功功率Pj 与其设备容量（备用设备的容量不计入）P的比值，一般小于1。实际上，需要系数不仅与e 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，因此应尽量通过测量 分析测定，以保证接近实际。从表2.8中可查出不同用电设备的需要系数。 表2.8 用电设备组的需要系数、功率因数值 序号 用电设备名称 需要系数K cosφ tanφ x 1 小批量生产的金属冷加工机床电动机 0.16～0.2 0.5 1.73 2 大批量生产的金属冷加工机床电动机 0.18～0.25 0.5 1.73 24 第2章 建筑供配电系统 3 小批量生产的金属热加工机床电动机 0.25～0.3 0.5 1.73 4 大批量生产的金属热加工机床电动机 0.3～0.35 0.65 1.17 5 通风机、水泵、空压机 0.7`0.8 0.8 0.75 6 锅炉房、机加工、机修、装配车间的桥式起重机（ε=25%） 0.1～0.15 0.5 1.73 7 自动连续装料的电阻炉设备 0.75～0.8 0.95 0.33 8 实验室用小型电热设备（电阻炉、干燥箱） 0.7 1.0 0 9 工频感应电炉 0.8 0.35 2.67 10 高频感应电炉 0.8 0.6 1.33 11 电弧熔炉 0.9 0.87 0.57 12 点焊机、缝焊机 0.35 0.6 1.33 13 对焊机、铆钉加热机 0.35 0.7 1.02 14 自动弧焊变压器 0.5 0.4 2.29 15 铸造车间的桥式起重机（ε=25%） 0.15～0.25 0.5 1.73 16 变配电所、仓库照明 0.5～0.7 1.0 0 17 生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明 0.8～1 1.0 0 18 宿舍、生活区照明 0.6～0.8 1.0 0 19 室外照明、事故照明 1.0 1.0 0 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。当用电设备的容量不多时，可以认为K=1。 x 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。 求出有功计算负荷P后，可以按照下式求出其余的计算负荷，即 j 无功计算负荷 Q=Ptanφ jj 22视在计算负荷 SP，Q=P/cosφ= jjjj S，1000j计算电流 I= （2.6） j 3UL 式中 S——视在计算负荷，kV?A； j Q——无功计算负荷，kvar； j I——计算电流； j tanφ——对应于用电设备组cos的正切值； 25 第2章 建筑供配电系统 cosφ——用电设备组的平均功率因数； U——用电设备组的额定线电压。 N [例2.2] 已知车间用电设备，有电压为380V的三相电动机7.5kW 3台，4KW 8台，1.5kW 10台，1kW 51台。求其计算负荷。 解：此车间各类用电设备的总容量是 P=7.5?3+4?8+1.5?10+1?51=120.5kW e 取K=0.2,cosφ=0.5，tanφ=1.73 x 有功计算负荷 P=KΣP=0.2?120.5=24.1kW jxe 无功计算负荷 Q=Ptanφ=24.1?1.73=41.7kvar jj 视在计算负荷 S=P/cosφ=24.1/0.5=48.2kV?A jj 计算电流 I3=S/U=48.2?1000/（1.732?380）=73.2A jjN （3）总的计算负荷计算 因为总的计算负荷是由不同类型的多组用电设备组成，而各组用电设备的最大负荷往往 不是同时出现的，所以，在确定低压干线上或变电所低压母线上的计算负荷时，要乘以同时 系数K，也叫参差系数。同时系数的数值也是根据统计规律确定的。 Σ 对于变电所低压母线 K=08～0.9 Σ 对于配电所或低压干线 K=0.9～1.0 Σ 对于总变配电所母线 K=0.95～1.0 Σ 因此，总的计算负荷为 P=KΣPΣjΣj Q=KΣQΣjΣj 22 P，QS= （2.7） Σj,,jj 式中 ΣP——各用电设备组有功计算负荷之和； j ΣQ——各用电设备组无功计算负荷之和。 j 需要注意的是，由于上述各组用电设备的类型不同，功率因数就不一定相同，因此，求 总的视在计算负荷时不能用公式S=P/cosφ进行计算；同时，考虑到各组用电设备之间有jj 同时系数的问题，所以，也不能用各组视在计算负荷之和计算总的视在计算负荷。 2.4.2导线和电缆的选择方法 在建筑供配电线路中，使用的导线主要有电线和电缆，正确地选用这些电线和电缆，对 建筑供配电系统安全、可靠、经济、合理地运行有着十分重要的意义，对于节约有色金属也 很重要。因此在导线和电缆选择中应遵循以下原则： 由于导线本身的重量，以及风、雨、冰、雪等原因，使导线承受一定的应力，如果导线 过细，就容易折断，将引起停电等事故。因此，在选择导线时要根据机械强度来选择，以满 足不同用途时导线的最小截面要求，按机械强度确定的导线线芯最小截面见表2.9。 表2.9 按机械强度确定的导线线芯最小截面 26 第2章 建筑供配电系统 2） 线芯的最小截面（mm 用途 铜芯软线 铜线 铝线 照明用灯头 民用建筑室内 0.4 0.5 1.5 引下线 工业建筑室内 0.5 0.8 2.5 室外 1.0 1.0 2.5 移动式 生活用 0.2 用电设备 生产用 1.0 1m以下，室内 1.0 1.5 室外 1.5 2.5 2m及以下，室内 1.0 2.5 架设在绝缘支持 室外 1.5 2.5 件上的绝缘导线，6m及以下 2.5 4.0 其支持点间距为 12m及以下 2.5 6.0 12～25m 4.0 10 穿管敷设的绝缘导线 1.0 1.0 2.5 每一种导线截面按其允许的发热条件都对应着一个允许的载流量。因此，在选择导线截 面时，必须使其允许的载流量大于或等于线路的计算电流值。 [例2.3] 有一条采用BLX-500型的铝芯橡皮线明敷的380/220V线路，最大负荷电流 为30A，敷设地点的环境温度为30ºC。试按发热条件选择此橡皮线的芯线截面。 2解：查有关资料知，气温为30ºC时芯线截面为10mm的BLX型橡皮线穿钢管敷设时的 允许载流量为37A，大于最大负荷电流。 22因此，按发热条件，相线截面可初步地选为10mm，而零线截面可初步选为10mm。 按发热条件选择的导线和电缆的截面，还应该与其保护装置（熔断器、自动空气开关） 的额定电流相适应，其截面不得小于保护装置所能保护的最小截面，即： I?I?I （2.8） y保j 式中 I——保护设备的额定电流； 保 I——导线、电缆允许载流量。 y I——计算电流。 j 为了保证用电设备的正常运行，必须使设备接线端子处的电压在允许值范围之内，但由 于线路上有电压损失，因此，在选择电线或电缆时，要按电压损失来选择电线或电缆的截面。 在具体选择电线电缆时，第二和第四两种选择原则常常用来相互校验，即按发热条件选 27 第2章 建筑供配电系统 择后，要用电压损失条件进行校验；或按电压损失要求选择后，还要用发热条件进行校验。 对于按允许电压损失来选择导线、电缆截面时，可按下式来简化计算，即： P,lj,U%, （2.9） c,S 2式中 S——导线电缆截面（mm）； c——系数（见附录）； P——计算负荷kW； j l——线路长度m。 另外，在供电规程中对上式的ΔU%作了规定： ?35kv时，?5%U； N ?10kv时，?7%U； N ?380V时，（5%～10%）U。 N 在具体选择导线截面时，必须综合考虑电压损失、发热条件和机械强度等要求。 2.4.2控制和保护设备选择方法 控制电器用于控制线路的通断，即控制该线路上的用电设备是否工作。保护电器用于保 护线路或设备避免发生过载、短路、漏电等事故。线路或设备过载时，因导体发热而温度升 高，加速绝缘老化，缩短使用寿命；短路时电流会迅速增大，温度会增高许多倍，绝缘会迅 速损坏，以至产生火灾事故和人身事故；漏电会使用电器金属外壳带电，发生人身伤亡等事 故。可见，在建筑电气供配电系统中控制和保护设备是相当重要的，在供配电系统中起保护、 控制、调节、转换和通断作用。一般低压控制和保护设备是合二为一的。 控制和保护设备是根据一定的技术条件制造的，使用中应根据周围环境特征、电流种类、 电压大小、保护要求（过负荷、短路和失压保护）等条件进行选择。但保护线PE上不装设控制和保护设备，中性线N一般也不装设控制和保护设备，当中线能与相线同步通断时，可 以装设控制和保护设备，若中性线与保护线共用时也不能装设控制和保护设备。 （1）根据周围环境特征选择 按照控制和保护设备外壳结构形式分类，它们有开启式、保护式、封闭式、密闭式和防 爆式等数种，其具体选型根据周围环境参照表2.10选用。一般低压电器所适用的环境为海 拨高度不超过2500m，空气温度在+40～-40ºC范围内，相对湿度为<90%，无明显摇动和振动的地方；无爆炸危险，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃，没有雨雪侵袭的环境。在选用 低压电器时，要注意安装环境是否符合上述环境条件，若不符合则应选用能适合特殊环境的 低压电器。 表2.10 根据周围环境条件选择控制和保护设备型式 外壳结构型式 环境特征 开启 保护 封闭 密闭 防爆 28 第2章 建筑供配电系统 干燥的场所 ? Δ 潮湿的场所 ? 特别潮湿的场所 ? Δ Δ 易除掉并对绝缘无害的 ? Δ Δ 有不导电灰尘的场所 难除掉并对绝缘有害的 ? ? Δ Δ 有导电灰尘的场所 ? ? Δ 有腐蚀性介质的场所 ? ? Δ 高温的场所 ? Δ H-1 ? ? Δ 有火灾危险的场所 H-2 ? Δ Δ H-3 ? ? Δ Q-1 ? ? Δ Q-2 ? ? ? Δ 有爆炸危险的场所 Q-3 ? ? ? Δ G-1 ? ? Δ G-2 ? ? Δ Δ 露天 ? Δ 室外 在顶棚下 Δ Δ 注：Δ——适于采用；?——允许采用；?——允许有条件采用，圆圈内的数字为使用条件，详见表2.11。 表2.11 根据周围环境特征选择控制和保护设备的条件说明 序号 使用条件说明 1 装在保护箱、柜内或有围栅的屏板上面（仅允许运行人员接近） 2 装在有门锁的特种封闭柜或箱内，或装在特别隔开的房间内的配电屏上（该房间仅允许运行人员进入） 装在用非燃性材料制成、门缝有填料封紧的箱或柜内，或装在单独的配电室内 3 装在单独的配电室内，必要时尚需通风，使室内保持正压 4 装在离开堆积易燃物质和材料的场所，其间的距离应使易燃物质和材料不可能因起动器动作时产生的火花5 而着火 装在非燃性材料制成的单独配电室内，必要时尚需通风，使室内保持正压 6 装在有通风设备的操作台上 7 装在保护栅或遮阳板下 8 注：本表序号即为表4中圆圈内的数字。 29 第2章 建筑供配电系统 （2）根据电流、电压选择 控制和保护设备按适用于一定的电流和电压范围进行设计的，称之为额定电压和额定工 作电流，在选择时必须按照实际工作的电流、电压值来选择，不应超过或低于其额定电压与 额定电流，否则会发生事故或缩短设备的使用寿命。 （3）根据保护条件选择 电力变压器低压侧一般选用带过电流保护的自动开关，并尽量带有短延时和长延时脱扣 器，且短延时脱扣器的时限一般比低压出线时限大一级。对于需要自动切换的，还应带有低 电压保护。 低压配电线路一般只作短路保护，但在有过负荷可能以及火灾和爆炸危险场所的低压配 电线路，需要有过负荷保护。 电动机除装设短路保护装置外，还应装设过负荷和失压保护装置。电动机的过负荷保护， 一般采用热继电器。 在进户线或总电源处一般设置刀开关或隔离开关，便于检修。若需要自动切换时，还可 装设自动空气开关。在所有的配电线路中都应装设有短路保护装置和过载保护装置。在住宅 的每户供电线路上应装设保护装置，最好是把照明线路与插座线路的保护装置分开，这样当 插座回路出现故障时，不会影响到照明回路；酒店的每套客房应装设一个保护装置；在易潮 湿、易触电、易燃场所及移动式用电设备供电的回路，应装设漏电保护装置。 （1）刀开关的选择 在选择刀开关时，要根据用途、环境来确定适当的型号，满足额定电压和额定电流的要 求，并按线路短路时的电动稳定和热稳定进行校验。 刀开关安装在额定电压不超过500V的线路上，为保护刀开关能安全可靠运行，通过刀 开关的计算电流不应大于刀开关的额定电流，即： I ?I （2.10） Nj 式中 I——刀开关的额定电流； N I——线路的计算电流。 j 在正常情况下，刀开关可以接通和断开额定电流，对于普通的负荷来说，可以根据负载 的额定电流来选择相应的刀开关，若刀开关控制电动机时，由于电动机的启动电流很大，所 以选择刀开关的额定电流要比电动机的额定电流大一些。在选择开关时还要选择合适的操作 机构，以便操作和维护方便。 刀开关的电动稳定性和热稳定性电流如表2.12所示： 表2.12 各系列刀开关的电动稳定性和热稳定性电流 电动稳定电流峰值（A） 额定电流 一秒钟热稳定电流 （A） （kA） 中间手柄式 杠杆操作式 100 15 20 6 200 20 30 10 400 30 40 20 30 第2章 建筑供配电系统 600 40 50 25 1000 50 60 30 1500 80 40 （2）熔断器的选择 熔断器一般是指熔体底座和熔体的组合，在选用熔断器时，熔体的熔断电流绝不能大于 其底座的额定电流，而熔体的额定熔断电流应根据不同用电设备来选取。 在照明用电线路中，一般熔体的额定电流大于或等于负载的计算电流，即： I?I Nj 若负荷是气体放电灯时，在其启动瞬间电流很大，因此，熔体额定电流应选取大一些。 I?（1.1～1.7）I （2.11） Nj 式中 I——刀开关的额定电流； N I——线路的计算电流。 j 选取时可参考表2.13。 表2.13 照明线路熔体选择 熔体额定电流与线路计算电流之比 熔断器型号 熔体材料 熔体额定电流 白炽灯、荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 RC1A 铅、铜 ?60 1 1～1.5 1.1 RL1 铜、银 ?60 1 1.3～1.7 1.5 （3）空气开关的选择 在选择低压空气断路器时，要考虑以下几个技术指标：额定电压和额定电流、脱扣器的 长延时动作整定电流和瞬时动作整定电流等。 断路器的额定电压应大于或等于线路的额定电压；断路器的额定电流应大于或等于线路 的计算电流。 长延时动作的过电流脱扣器的整定电流应大于或等于线路的计算电流，即： I?KI （2.12） op1k1j 式中 I——断路器长延时动作的整定电流； op1 I——线路的计算电流； j K——长延时计算系数，其值参看表2.14。 k1 表2.14 长延时动作计算系数 脱扣器 计算系数 白炽灯、荧光灯、卤钨灯 高压汞灯 高压钠灯 热脱扣器 K 1 1.1 1 k1 长延时动作用于线路或设备的过载保护。 瞬时动作的过电流脱扣器的整定电流应大于线路的尖峰电流，即： 31 第2章 建筑供配电系统 I?KI （2.13） op2k2j 式中 I——断路器瞬时动作的整定电流； op2 I——线路的计算电流； j K——瞬时动作计算系数，对于照明设备其值一般取6。 k2 瞬时动作用于线路或设备的短路保护。 （4）熔断器、断路器与导线的配合 为了使熔断器及断路器等保护装置在配电线路短路或过载时，能可靠地保护电线及电 缆，必须考虑保护器动作电流与导线允许载流量的关系。一般可按表2.15选取。 表2.15 保护装置整定值与配电线路允许持续电流配合 无爆炸危险场所 有爆炸危险场所 过负荷保护 短路保护 橡皮绝缘电线及电保护装置 低绝缘电缆 缆 橡皮绝缘电线与电缆 低绝缘电缆 电线及电缆 电线及电缆允许持续电流I 熔体额定电流I I?0.8I I?I I?2.5I I?0.8I I?I NNNNNN 断路器长延时动作?0.8I I?I I?I I?0.8I I?I op1op1op1op1op1I电流I op1 （5）各级保护的配合 为了使故障限制在一定的范围内，各级保护装置之间必须能够配合。 熔断器与熔断器间的配合关系为：一般要求上一级熔断器的熔断电流比下一级熔断器的 熔断电流大2～3倍，这样才能保证熔断器动作的选择性。 断路器与断路器间的配合关系为：上一级断路器脱扣器的整定电流一定要大于下一级断 路器脱扣器的整定电流，对于瞬时脱扣器整定电流也是同样的。 熔断器与断路器之间的配合关系为：当上一级为断路器，下一级为熔断器时，熔断器的 熔断时间一定要小于断路器脱扣器动作所要求的时间。若上一级为熔断器，下一级为断路器 时，断路器脱扣器动作时间一定要小于熔断器的最小熔断时间。 1.什么叫电力系统和电力网？ 2.我国电网电压等级分几级？ 3.电力负荷分几级？各级负荷对供电电源有何要求？ 4.变配电所选址原则是什么？ 5.什么是变配电所主结线？有哪几种形式？它们各有何特点？ 6.变电所建设的注意事项有哪些？ 7.什么叫负荷曲线？为什么规定取30min平均最大负荷为计算负荷？ 8.高压断路器有哪些作用？常用的10kV高压断路器有哪几种？各有何特点？ 32 第2章 建筑供配电系统 9.高压隔离开关的作用是什么？为什么不能带负荷操作？ 10.高压负荷开关有哪些功能？能否实现短路保护？ 11.互感器的作用是什么？有哪两大类？使用时有哪些注意事项？ 12.常用的高压、低压开关柜主要有哪些？ 13.低压配电系统的配电形式有哪些？ 14.电能表工作原理是什么？ 15.低压刀开关有哪些种类？低压空气断路器有哪些组成部分？ 16.交流接触器的动作原理是什么？ 17.低压熔断器的种类及其特点有哪些？ 18.低压配电线路的结构及其特点是什么？ 19.导线选择的方法和要求有哪些？ 20.某大楼采用三相四线制供电，楼内的单相用电设备有:加热器5台各2kW，干燥器4台各3kW，照明用电2kW。试将各类单相用电设备合理地分配在三相四制线路上，并确定大 楼的计算负荷。 21.某工地采用三相四线制380/220V供电，有一临时支路上需带30kW的电动机2台，8kW的电动机15台，电动机的平均效率为83%，平均功率因数为0.8，需要系数为0.62，总配电盘至该临时用电的配电盘的距离为250m，若允许电压损失为7%，试问应选用多大截面 的铜芯塑料绝缘导线供电？ 22.有一条三相四线制380/220V低压线路，其长度为200米，计算负荷为100kW，功率因数为0.9，线路采用铜芯塑料绝缘导线穿钢管暗敷。已知敷设地点的环境温度为30ºC，试按发热条件选择所需导线截面。 33