第4章建筑供配电网络ppt课件.ppt

第四章 建筑供配电网络,第一节 高层建筑用电负荷的特点与级别 第二节 供配电网络结构（重点）第三节导线和电缆截面的选择方法（重点/难点）第四节 选择电线和电缆截面的综合分析,第一节 高层建筑用电负荷的特点与级别,高层建筑中主要用电负荷及供电级别：民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-92)高层民用建筑防火规范(GB50045-95)一、给排水动力负荷: 生活水泵：高层普通住宅、高层宿舍为二级负荷 消防水泵：一类高层的按一级负荷供电；二类高层的按二级负荷供电。,高层建筑中夏季制冷、冬季制热设备。冷冻机组、冷、热水机组等设备。在一些建筑中，当有大量一级负荷时，其附属的锅炉房、冷冻站、空调机房的动力和照明为二级负荷。其余为三级负荷。,二、冷冻机组动力负荷,三、电梯负荷,客梯、货梯、自动扶梯、消防电梯。客梯：重要办公建筑的客梯为一级负荷；高层普通住宅、高层宿舍、高等学校教学楼、计算中心、银行、大型百货商场等的客梯动力为二级负荷。自动扶梯：大型百货商场的为二级负荷。消防电梯：同消防水泵，一级或二级负荷。,新风机、送风机、排风机、防排烟风机等。消防用的防排烟风机、正压送风机等属于一级或二级负荷。,四、通风机负荷,五、照明负荷,大型百货商场营业厅、门厅照明，重要办公建筑的主要办公室、档案室及主要通道照明，一、二级旅馆的宴会厅、高级客房、主要通道照明为一级负荷；省、部级办公建筑的主要办公室、档案室及主要通道照明，银行的营业厅、门厅等为二级负荷。应急照明的负荷等级视高层建筑的类型而定。,一般为三级负荷。功率较大的用380V三相电源供电。厨房供电线路须配管暗敷，开关设备操作方便、安全、可靠，严防漏电、触电。,六、电炊设备用电负荷,七、插座用电负荷,有单相的、三相的，均属于三级负荷。注意三相平衡和对称。,1.防灾中心用电负荷天灾、地灾、水灾、火灾、人灾，其监测设备的供电按该建筑的最高负荷级别确定。2.程控数字通信及传真系统用电负荷程控数字通信系统交流电源的负荷等级宜与该建筑中的电气设备的最高负荷等级系统。3.办公自动化系统用电负荷一二级旅馆、大型百货商场的经营管理用及设备管理用电子计算机系统电源，计算中心、银行的主要业务用电子计算机系统电源等为一级负荷。,八、弱电设备负荷,4.卫星电视及共用天线电视系统用电负荷一般为三级负荷。如与保安系统合用电源，等级提高。5.保安监察系统用电负荷宾馆、银行、商场、车站等场所设置摄像机，根据建筑物的重要程度确定负荷等级。6.国际体育竞赛场馆的电子记时记分和摄录像及广播系统用电、照明用电负荷均为一级负荷，其中，记时计分用电子计算机系统电源为特别重要负荷。7.高层建筑内自备发电机室照明及控制用电负荷为一级负荷供电。,第二节 供配电网络结构,一、供配电网络结构: 高压网络1kV以上放射式、树干式、环式 低压网络 1kV及以下放射式、树干式、环式、链式,1.放射式线路特点：配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。可靠性高；继电保护整定等易于实现；接线简单明了；开关设备多，投资大；适于供较重要的和容量较大的负荷；只限于两级以内。,（一）高压线路接线方式,高压放射式线路,2.树干式线路特点：配电母线上每路馈电出线给同一方向的多个负荷点供电。出线少，开关设备和导线耗用少，投资省。可靠性低。适于负荷容量较小 的三级。干线连接变压器不超过5台，总安装容量不大于3000kVA。,高压树干式线路,电缆分支箱,3.环形线路特点：把两回树干式配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络。可靠性高（相对于树干式）。但继电保护比较复杂，整定配合也较困难；一般采用“开口运行”，开环点为电压差最小的点；环形线路载流量按所接的全部变压器容量计算，有色金属消耗量大单电源环形只适于允许停电半小时以内的二级负荷。双电源环形可用于一、二级负荷，但可靠性低于放射式。 通常采用以高压负荷开关的高压环形柜组成，特适于城市电网。,双电源高压环形线路,1.放射式线路特点：配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。可靠性高；继电保护整定等易于实现；接线简单明了；开关设备多，投资大；适于供较重要的和容量较大的负荷；只限于两级以内。,（二）低压线路接线方式,低压放射式线路,a) 单回路放射式,b) 双回路放射式,双电源自动切换箱,1. 放射式线路,配电箱,用电设备,配电箱,低压电缆分支箱,2. 树干式线路,b)双回路树干式,a) 单回路树干式,双电源自动切换箱,多用于各变电所低压侧之间的联络线，彼此连成环形，互为备用。,3. 环形线路,正常时备用电源不供电，即也采用开环运行方式,4. 链式线路,适用于从配电箱对彼此相距很近、容量很小的次要用电设备的配电。相连的用电设备一般不宜多于5台，总容量不宜超过10kW。,照明箱,某高层住宅低压配电系统图（竖向配电系统图）,AA（低压配电柜）AL-B（地下室照明配电箱）AL （照明配电箱）ALE（应急照明配电箱）AT-DT（电梯控制箱）AP （动力配电箱）AC （控制箱）DD（户内弱电箱）APE （应急动力配电箱）,W36AL1A1，W36表示此回路由3号变压器所供电的6号配电柜馈出，AL1A1表示本回路所接的第一个配电箱为AL1A1,1代表一层；A1代表A号竖井馈出的1号配电箱。,例如某银行营业办公楼，集中空调负荷180kW，生活水泵310kW，消防水泵225kW，空调机水泵27.5kW，办公及宿舍照明负荷160kW，弱电负荷10kW，电梯10kW。主变容量315kVA环氧树脂浇注干式变压器1台。一路10kV电缆供电,二、一般高层建筑供配电网络结构,一路高层建筑供配电系统图,10kV电缆进线，采用隔离开关柜带电压互感器、电流互感器元件，作用有：引入市电电源，电压、电流、有功、无功功率测量，母线绝缘测量仪表。也可采用断路器柜或负荷开关柜，但均不合适。,选用干式变压器，而不使用油浸变压器，以免油易燃易爆造成火灾。10kV高压断路器选用真空断路器，0.4kV侧选用自动空气断路器，有过流脱扣分闸、热脱扣（过负荷）分闸、失压（或欠压）脱扣分闸等自动保护功能。,例如两路10kV电源供电，自备电源为800kW柴油发动机组，两个市电都停电，才启动自备发电机供给一级负荷和部分二级负荷。1.两个独立市电电源，使用一个电源A，另一电源B为备用。,三、多功能超高层建筑供配电网络结构,G1与G2互为闭锁。1合闸时，2必须是已分闸位置为条件；2合闸时，1必须是已分闸位置为条件；1、2可以同时处于分闸位置；决不允许1、2同时处于合闸位置。两个独立电源不一定完全同步，电压幅值、相位、频率不一定相等，并车运行出现短路环流，造成事故。,2.电气闭锁方法,合闸电路,L1为G1号断路器合闸线圈1.1表示G1断路器分闸位置第1对常闭触点2.1表示G2号断路器分闸位置的常闭触点当G1和G2断路器都处于断开位置时，按下G1号断路器合闸按钮SA1，A电源与母线接通供电，此时1.1和1.2断开。再按SA1时，L1不会再合闸。如此时误将按钮SA2按下，发生误操作时，由于1.2已经断开，L2不带电，G2号断路器拒绝合闸。,当两个独立市电A及B都失电后，确认停电后，可立即启动柴油发电机组发电，供给一级负荷用电及部分二级负荷用电。闭锁条件的原则是绝不允许柴油发电机组与市电A（或B）非同期并车发生短路故障，烧毁发电机。,3.自备电源的运行条件,4.一级负荷供电的安全性措施,一级负荷都集中联接在第五段母线上。第五段母线电源取自市电A或B，也可取自备用电源G，组成了分别向三个独立电源供给一级负荷的安全可靠的保证措施。,在中层上应建立小变电所进行供电。在底层设总变电所，但用380V低压向超高层顶部送电，功率损耗和电压损失较大，不能满足供电质量要求。在中层以上设置小变电所，用10kV电缆送至变电所，经变压后供给380/220V负荷用电。一般只要两台变压器T2、T3，用单母线分段接线方式，变压器可独立运行，互为备用,四、超高层大厦供配电网络结构,五、配电用电线电缆的结构,结构：导线（裸绞线）、电 杆、 横担、拉线、绝缘子和金 具等特点：投资省，易维护，但不美 观、占空间。型号：铝绞线 LJ 钢芯铝绞线 LGJ 铜绞线 TJ,敷设：严格遵守有关规范，选择好路经及导 线排列方式，注意线路的档距、弧垂及 相邻构件的距离。,（一） 架空线,架空线路的基本结构1导线；2绝缘子；3横担；4金具；5拉线；6电杆,架空线路的档距和弧垂,导线换位示意,（二） 电力电缆,特点：运行可靠、美观、维护工作量小，但造价高，故障时 不易排除。,几根（单根）绞绕的绝缘导线,三相统包绝缘（对地）,高压电缆采用，使各相分布电容及电容电流均衡。,敷设：直接埋地敷设、利用电缆沟、利用电缆桥架室内敷设、 利用管道（钢管、塑料管、混凝土管）、 利用电缆隧道、海底水中等。,保护屏蔽层、绝缘层,防止外部机械损伤（需要时）,保护铠装层、防腐,应遵守GB50217-94电力工程电缆设计规范。,电力电缆型号中各符号的含义,（三） 硬母线,硬母线分裸母线和母线槽两种。母线槽按绝缘方式可分为密集绝缘型和空气绝缘型两种。,母线槽适用于高层建筑、标准厂房或机床设备密集的车间，对于工艺变化周期短的车间配电尤为适宜。 此外还可用于变压器与低压配电柜间的连接。,（四）绝缘导线,绝缘导线的敷设方式，分明敷和暗敷两种。,绝缘导线大量应用于从配电箱至用电设备的配电分支或末端线路。 绝缘导线的结构主要由导电芯线（多采用铜导体）、绝缘层（橡皮或塑料）组成。具有护套层的绝缘导线称为护套绝缘导线。,（一）电力电缆敷设方式1.电缆沿竖井敷设平面竖井由底层一直通向顶层。电力电缆井弱电井,六、供配电网络的敷设方式,竖井平面图,2.直接埋地敷设,施工简单，电缆散热性能好；维护检修困难，易受机械损伤、化学腐蚀等；用于埋设根数不多（少于6根）的地方,3.敷设在混凝土管中,最常用、最经济的方法；当电缆数量较多或容易受到外界损伤的场所，为了避免损坏和减少对地下其他管道的影响，可将电缆敷设在混凝土管中。,4.电缆沿电缆沟敷设室内电缆沟的钢筋混凝土盖板，盖上后应与地面取平。电缆支架用角钢焊接制成。施工参照通用标准图集。,电缆敷设在电缆沟中1盖板；2电缆支架；3预埋铁件,5.电缆沿电缆桥架敷设电缆桥架用钢板制成长槽，配有钢盖板。梯级式电缆桥架：在工字钢支架上安装一层至多层直通桥架，适用于竖井内直径较大的电缆敷设，如动力电缆。托盘式电缆桥架：适用于动力电缆和信号、控制电缆敷设。槽式电缆桥架：全封闭式电缆桥架，适用于通信电缆、计算机电缆、控制电缆、消防电缆、电视电缆等敷设使用，有良好的抗电磁干扰和抗腐蚀作用。组合式电缆桥架：大跨距电缆桥架：支撑跨度更大、承载能力更强，用于电力、人防、地铁等的电缆沟和电缆隧道内支架。有梯架、托盘、槽式桥架等。,（二）插接母线的敷设（强电系统使用）单台变压器容量在1600kVA及以上时，其低压侧额定电流在2410A以上；插接母线沿电缆井壁敷设，进入某层的插接箱安置在竖井内壁，用L型接插件联接。高层建筑内变电所、集中空调机组在同一层，以便密集母线就近馈电。插接母线至地面净距不小于2.2m；因配电柜高度为2.2m，只要考虑变电所层高净空距离来决定。,（三）架空线路结构及架设工厂区域内使用，但环境受影响；现代化城市街道旁人行道上不宜采用，被电缆供电线路取代。,架空线电杆架设安装示意图,（四）预分支电缆分支电缆是适用于现代高层建筑和现代化工厂的一种新型垂直主电缆，其主要优点有：经济、缩短施工周期、高质量等。 分支电缆载流量只能做到1000A左右，引出的容量一旦确定后就难以更改，灵活性不如母线槽。此外，各支点的尺寸一定要比较准确。但总体来看，分支电缆仍是一种省钱(工程造价约为母线槽的50一70)、省力、安全可靠的供电干线形式，有生命力。分支电缆已在世界上多数目家和地区的建筑行业中被广泛采用。,第三节 导线和电缆截面的选择方法,选择要求必须满足安全、可靠的条件，选择方法如下：按允许载流量（发热条件）选择按允许电压损失选择按经济电流密度选择按机械强度选择,（一）导线和电缆的发热及其允许电流1.导体的温升2.导线绝缘允许最高持续工作温度t1导线或电缆绝缘在长期的持续工作情况下，不受严重损坏地承受的最高温度。3.导线允许载流量Ial导线或电缆在某一特定的环境和敷设条件下，其稳定工作温度不超过其绝缘允许最高持续工作温度的最大负载电流。（见附表2227）影响导线和电缆的允许载流量的主要因素： 导线和电缆的导体材料与绝缘材料 导线和电缆的环境温度 导线和电缆的敷设方式 导线和电缆的并列根数,一、按允许载流量选择导线和电缆截面,（二）三相线路相线截面（SP）选择按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial大于通过相线的计算电流Ic，即 Ial Ic。应注意以下几点： 1.允许载流量与环境温度有关实际环境温度与规定的环境温度不一致时，用校正系数Kt校正。（见附表18） Kt Ial Ic,t1导线或电缆芯线长期允许工作温度t0导线或电缆敷设处实际环境计算温度。在室外，取当地最热月平均最高气温。在室内，取当地最热月平均最高气温加5。对土中直埋的电缆取当地最热月地下0.81m的土壤平均温度，或近似取当地最热月平均气温；室内电缆沟，取当地最热月平均最高气温加5。tn导线或电缆允许载流量所采用的环境温度。 在空气中tn=25，土壤中tn= 15,2.电缆多根并列时，其散热条件较单根敷设时差，故允许载流量降低，要用电缆并列校正系数，见附表25。3.根据Ic的数值选择导线或电缆的截面S，与该S对对应的长期允许载流量Ial必须大于Ic的数值。对导线或电缆需要穿管敷设时，管径d1.5倍导线外直径。4.对于照明线路，按上述方法选出的截面S，还须增大标称截面等级一级或二级，有利于减小导线沿线电压损失，保持电灯电压质量在规定的水平上。,（三）三相线路中性线（N）截面（S0）选择1.一般三相四线制线路中的中性线要通过不平衡电流，中性线截面不小于相线截面的50，即S00.5SP。2.由三相线路分出的两相三线制及单相线路，中性线电流与相线电流相等，中性线截面等于相线截面，即S0SP 。3.对于三次谐波相当突出的三相线路，中性线电流可能会超过相线电流，中性线截面大于或等于相线截面， S0SP,（四）三相线路保护线（PE线）截面（SPE）选择正常情况下PE线不流过负荷电流，但当发生单相接地短路时，PE线流过短路电流，因此要考虑短路热稳定性。1.当SP 16mm2时， SPESP2.当16mm2 SP 35mm2时， SPE 16mm23.当SP 35mm2时， SPE0.5SP 4.保护线还应满足单相接地故障保护要求。（五）三相线路保护中性线（PEN线）截面选择对三相四线制系统，保护中性线兼有中性线和保护线的双重功能，截面选择应同时满足上述要求，并取其中较大者作为保护中性线截面SPEN,【例41 】有一条220/380V的三相四线制线路，采用BLV型铝芯塑料线穿钢管埋地敷设，当地最热月平均最高气温为15。该线路供电给一台40kW的电动机，其功率因数为0.8，效率为0.85，试按允许载流量选择导线截面。解：（1）计算线路中的计算电流,（2）相线截面的选择查附录表27得，4根单芯线穿钢管敷设的每相芯线截面为35mm2的BLV型导线，在环境温度为25时的允许载流量为80A，其正常最高允许温度为65，即 Ial=80A t1=65oC 0 =25oC 0 =15oC,温度校正系数为：,导线的实际允许载流量为 ：,Ial = KtIal= 1.12 80A = 89.6A IC = 89A,（3）保护线截面SPEN的选择SP=35mm2， 按SPEN16mm2要求，选SPEN=16mm2所以选择BLV型铝芯塑料导线BLV-500-335+125。,在电力系统中，负荷的变化将使电网电压及电流发生变化。电网供给负载端点的实际电压，不等于该用电设备的额定电压，其差值称为电压偏移。,二、按允许电压损失选择导线和电缆截面,U电网在设备端点的实际电压（V）UN用电设备的额定电压（V）U电压偏移百分数,用电设备允许电压偏移百分值,（一）输电线路电压损失计算1. 线路末端联接对称三相负载,每相电压损失：UPU1-U2,a,c,b,d,U1,U2,线电压损失： Ul,线路首末两端线电压的代数差称为线路电压损失Ulcos2为负荷功率因数， U1 U2为线路首末端的相电压， U2为参考轴,2,2,2,电压损失的百分值：负载以kW表示，电压以kV表示,a,c,b,d,U1,U2,2,2,2,2. 线路各段联接对称负载（集中负载）,流过第一段干线的功率：P1=p1+p2 Q2=q1+q2 流过第二段干线的功率：P2=p2 Q2=q2,如有n段线路，总的线电压损失：,ri、xi是电源点至各负载点之间的电阻、电抗值Pi、Qi是各负载的有功功率及无功功率,（二）按允许电压损失选择导线截面,步骤如下：1. 先取10kV架空线路电抗值x0=0.300.40/km，10kV电缆线路x0=0.08/km。假定电抗x0=0.35/km，计算Ur%。,用支线负荷及电源到支线的电阻、电抗表示,2.根据，求出Ua%,3.由,将r0=1/(S)代入,4.根据所选的标准截面及敷设方式，查出r0和x0，计算线路实际的电压损失，与允许电压损失比较。如不大于允许电压损失，则满足要求，否则加大截面，重新校验，直到所选截面满足允许电压损失的要求。,【例4-2 】某变电所架设一条10KV的架空线路，向工厂1和2供电，如图所示。已知导线采用LJ型铝绞线，全线导线截面相同，三相导线布置成三角形，线间距为1m (39页）。干线01的长度为3km，干线12的长度为1.5km。工厂1的负荷为有功功率800kW，无功功率560kvar，工厂2的负荷为有功功率500kW，无功功率200kvar。允许电压损失为5%，环境温度为25oC，按允许电压损失选择导线截面，并校验其发热情况和机械强度。,【解】（1）按允许电压损失选择导线截面 因为是10kV架空线路，所以初设X0=0.38/km，则,查附表20，选LJ-50 ：几何均距为1000mm，截面为50mm2的LJ型铝绞线的X0=0.355/km，R0=0.64/km，实际的电压损失为,故所选导线LJ-50满足允许电压损失的要求。,（2）校验发热情况,查附表17，可知，LJ-50在室外温度为25oC时允许载流量为Ial=215A；,线路中最大负荷(在01段)为,显然发热情况也满足要求。,（3）校验机械强度,查附表15可知，高压架空裸铝绞线的最小允许截面为35mm2，所以所选的截面50mm2 满足机械强度要求。,从经济方面考虑，选择合理的截面：（1）选择截面越大，电能损耗越小，但线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用越高；（2）虽然截面选择小，线路投资、有色金属消耗量及维修管理费用低，但电能损耗大。为兼顾有色金属耗量投资与降低导线能耗费用之间的矛盾，提出彼此兼顾的经济电流密度的概念。经济截面与经济电流密度关系为：,三、按经济电流密度选择导线和电缆截面,【例4-3 】某地区变电站以35kV架空线路向一容量为（3800+j2100）kVA的工厂供电，工厂的年最大负荷利用小时为5600h，架空线路采用LGJ型钢芯铝绞线。选择其经济截面，并校验其发热条件和机械强度。,【解】,（1）选择经济截面 ；工厂的计算电流为：,查表4-3可知，其ec=0.9A/mm2；所以选择导线截面70mm2，即型号为LGJ-70的铝绞线。,（2）校验发热条件查附表17，LGJ-70在室外温度为25oC时允许载流量为Ial=275AIC=71.6A，所以满足发热条件。,（3）校验机械强度查附表15，35kV架空铝绞线的机械强度最小截面为Smin=35mm2S=70mm2因此，所选的导线截面也满足机械强度要求。,四 按机械强度条件选择导线和电缆截面 不同导线，按不同用途及安装方式有最小允许截面积，只要大于其值即可。 389页附表15、16 对电缆不校核机械强度，但应校核短路热稳定性。,架空裸导线的最小截面,【书上例4-4 】在220/380V的TN-S配电线路中，计算电流I1150A，I250A的集中负荷，cos1 cos20.8，L1200m，L2300m。试选用BLX-500型铝芯橡皮线明敷时的截面。环境温度为30，选择导线截面。,【解 】 TN-S为5条线的三相四线制线路。相线、中性线和保护线共5条线路明敷穿管。,1.按发热条件选择 第一段导线：I=I1+I2=200A，查附表27，选择相线截面为SP1=150mm2铝芯橡皮线， (205A)中性线截面S0.1=0.5SP1=75mm2，取95mm2 保护线截面SPE1=0.5SP1=75mm2，取95mm2 5根导线穿钢管敷设，直径100mm 第二段导线：I=50A, 选择相线截面为SP2=25mm2铝芯橡皮线，(63A)中性线截面S0.2=0.5SP2=12.5mm2，取16mm2 保护线截面SPE2=16mm2 5根导线穿钢管敷设，直径40mm,2.按允许电压损失选择：干线截面均相同假定电抗x0=0.35/km，UlN=0.38kV,有功损失,导线截面为,导线选择截面为150mm2的铝芯橡皮线,校验实际电压损失。查表x0=0.08/km，R0=0.25 /km,满足允许电压损失的要求,3.按经济电流密度选择第一段：Imax=30005000h，ec=1.15A/mm2,校验发热条件：Ial1=205A200A，满足条件,第二段：Imax=3000h以下，,导线选择截面为150mm2的铝芯橡皮线,校验发热条件：Ial2=63A50A，满足条件,导线选择截面为25mm2的铝芯橡皮线,4.按机械强度选择查表，导线穿钢管明敷，铝芯最小截面为16mm2,第五节选择电线和电缆截面的综合分析,选择电线、电缆、母线的截面1. 35kV及以上高压架空重载线路：可先按经济电流密度来选择，再按机械强度、电压损失校验，如不满足，可增大截面。对于较短的高压线路，可不必进行电压损失校验。2.建筑电气工程中的低压动力线路：由于容量大，其负荷电流较大，一般先按发热条件选择，再校验其电压损失和机械强度。因线路短，有色金属耗量不大，不按经济电流密度选择。,3.低压照明线路：其电压水平要求高，一般先按电压损失条件选择，再校验其发热条件和机械强度校核。 4. 10kV及以下的汇流母线：可先按发热条件选择母线截面，用经济电流密度来校核，再用母线短路电流，计算母线电动力是否稳定，如不稳定，可减小绝缘子间的距离，达到要求。5.高压电缆：其截面往往决定于热稳定要求最小截面，因此必需进行热校验。低压配电线路，一般都是大电流传输，截面较大，支线虽截面小，但短路电流也小，几乎都能满足热稳定。,高压电缆分支箱,欧式电缆分支箱（对接式分支 8）,美式电缆分支箱（1分3）,硅橡胶电缆插头,电缆插座,续上页,1.分支箱顶盖 2.分支箱侧门 3.电缆出线分支 4.电缆进线分支5.双通套管 6.分支箱侧门 7.分支箱箱体 8.避雷器9.接地线 10.接地线板 11.防鼠罩 12.电缆固定夹,动力配电箱,主电路图,双电源切换箱,主电路图,低压电缆分支箱,照明配电箱,主电路图,电力电缆的结构,绝缘导线的结构,电缆桥架,电缆桥架的室内敷设,母线槽,