供配电系统详解

 

 

一、电力系统简介

由各种电压的电力线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，统称电力系统。电力系统由电源、电力网、电力用户组成。

1.电源

电源按其利用能源不同分为:水利发电、火力发电、核能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电。其能量转换过程基本都是：各原能源一机械能一电能。电力系统中的电源主要指发电厂。

2.电力网

⑴标准电压等级:

标准电压包括：0.4、3、6、10、35、66、110、220、330、500、750kV。

＊就整个电力网而言，0.4kV作为低压配电电压，3、6、10kV作为中压配电电压，35、66、110kV作为高压配电电压，220、330、500kV作为高压输电电压，750kV及以上作为超高压输电电压。

＊对于建筑电气而言，电压大于1kV都称高压，小于1kV称为低压。

＊我国电力网目前一般采用五级电压，即0.4、10、35、110、220或330kV。

⑵电网设施     

电网设施包括整个输配电环节上的各级变电站所、开闭所、电力线等。 其中电力线包括架空线路和埋地电缆线路，对于35kV及以上的架空线路需要考虑高压电力线走廊的位置和宽度。  

⑶接线方式

电力网中线路的接线方式有放射型、环型、网孔型等。

 

二、建筑配供电系统基本概念

建筑供配电系统包括从电源进户起到用电设备的输入端止的整个电路，主要功能是完成在建筑内接受电能、变换电压、分配电能、输送电能的任务。

1.负荷分级及供电电源要求     

根据电力负荷供电可靠性及中断供电在政治上造成影响或在经济上造成损失的程度，分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。  

1）一级负荷    

①中断供电将造成人身伤亡者。

②中断供电将造成重大政治影响者。   

③中断供电将造成重大经济损失者。  

④中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。

＊一级负荷应由两个电源供电，特别重要负荷的供电还必须增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。

2）二级负荷 

①中断供电将造成较大政治影响者。 

②中断供电将造成较大经济损失者。

③中断供电将造成公共场所秩序混乱者。

＊一般采用二回路供电，供电变压器宜选两台，负荷较小或地区供电条件困难时，允许由一回6kV及以上的架空线供电。

3）三级负荷

不属于一级和二级的负荷。三级负荷对供电无特殊要求。

2.电压的选择和电能质量

1）电压等级

我国标准规定的电网和用电设备额定电压等级为：低压配电电压应采用220／380V，高压供电电压为6、10、35、 110kV等。

2）电压选择

用电设备容量在250kW以上时，应以高压10kV供电，用电设备容量在250kW以下时， 一般应以低压方式供电.低压配电电压应采用220／380V。当线路电流不超过30A时，可用220V单相供电。

多数大中型民用建筑以10kV电压供电，少数特大型民用建筑可由35kV电压供电。 

3）电能质量

我国一般交流电力设备的额定频率50Hz，称之为“工频”

＊电压质量指标

⑴电压偏移  指设备的端电压与其额定电压有偏差。电压偏差会明显缩短电动机、荧光灯、和电机的寿命。

⑵电压波动  电压波动由负荷急剧变动引起的。解决措施为增大供电容量，减小系统阻抗，减小和切除引起波动的负荷。

⑶荧光灯、电动机等非线性元件的使用所产生的高次谐波也是影响电能质量的因素之一。

4）供电可靠性

供电可靠率定义为一年内电力部门对某用户供电时间减去平均停电时间，再除以应供电时间得到的百分比。我国目前供电可靠率的平均水平大约是99.96％。

 

三、用电负荷计算

1.负荷种类

⑴计算负荷，也称最大负荷，是指消耗电量最多的30分钟时间内的平均功率。用来作为按发热条件选择电气设备的依据。

⑵尖峰负荷，指持续1s到2s时间内的最大平均负荷，可看作短时最大负荷。用来作为选择熔断器和自动开关等保护元件和设备的依据。

⑶平均负荷，指电气系统和设备在某段时间内所消耗的电能除以该段时间所得到的平均功率值。用来计算某段时间内用电量并确定补偿电容大小。

＊注：平均负荷与最大负荷的比值称为负荷系数或负荷率，它可以反映负荷波动程度。

2.有功功率、无功功率、视在功率、功率因数

⑴有功功率：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”， 用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。

⑵无功功率：为了反映以下事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。

⑶视在功率：交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。 树上鸟教育电气设计培训课程

⑷功率因数：有功功率与视功率的比值。

 

四、低压配电线路

1.低压配电系统的接线方式

低压配电系统的接线方式有三种，分别是放射式、树干式和混合式。

①放射式配电线路特点：发生故障时互不影晌，供电可靠性高，但导线消耗量大，开关控制设备较多，投资高。适用于对供电可靠住要求高的场合。 

②树干式配电线路特点：开关设备少，导线的消耗里也较少;系统的灵活性好，但干线上发生故障时，影响范围大，供电可靠性较低;适用于供电容量小而负载分布较均匀的场合。

2.电线、电缆的选择和敷设

1）导线和电缆线芯截面的选择应满足要求：   

①在额定电流下，导线和电缆的温升不应超过允许值； 

②在额定电流下，导线和电缆上的电压损失不应超过容许值； 

③导线的截面不应小于最小允许截面，对于电缆不必校验机械强度； 

④导线和电缆，还应满足工作电压的要求。  

2）导线的敷设

导线的敷设按敷设位置可分为：    

①明敷：导线直接或者在线管、线槽等保护体内.敷设于墙壁、顶棚的表面。

②暗敷：导线在线管、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部。

3）电缆的敷设

①埋地敷设：埋深不应小于0.7m，并应敷于冻土层之下，上下各铺100mm厚的软土或砂层，电缆在沟内应波状放置，预留1.5％的长度。

②电缆沟敷设：室外电缆沟的盖板宜高出地面100mm，以减少地面水流入沟内。当有碍交 通和排水时，采用有覆盖层的电缆沟，盖板顶低于地面300mm。沟内应考虑分段排水，每50m设一集水井，沟底向集水井应有不小于0.5％ 的坡度。

③电缆穿管敷设：管内径不能小于电缆外径的1.5倍。管的弯曲半径为管外径的10倍.且不应小于所穿电缆的最小弯曲半径。电缆穿管时，若无弯头，长度不宜超过50m；有一个弯头时不宜超过20m；有两个弯头时，应设电缆井，电缆中间接线盒应放在电缆井内，接线盒周围应有火灾延燃设施。

＊注：电缆在室内埋地、穿墙或穿楼板时，应穿管保护。水平明敷时距地应不小于2.5m。垂直明敷时，高度1.8m以下部分应有防止机械损伤的措施。

3.电力平面图

电力平面图是表示建筑物内电力设备和配电线路平面布置的图纸。主要表现电力线路的敷设位置、敷设方式、导线型号、截面、根数、线管的管径和种类，各种用电设备照明灯、插座、吊扇及配电设备配电箱、开关的型号、数量、安装方式和相对位置。

1）室内配电线路表示方法

电力及照明线路在平面图中一般采用“单线图”表示手法，为表示导线的根数，通常在“单线”上打短斜线并标注数字来表示。

其基本格式可表示为：  

A一B一C×D一E 一F 

A一线路编号或线路用途    

B一导线型号

C一导线根数               

D一导线截面(mm²)，不同截面时要分别标注。

E一配线方式和穿管管径。  

F一敷设部位。

＊电力设备（配电箱）标注格式为 ：

A一设备编号     

B一设备型号      

C一设备功率

D一导线型号      

E一导线根数      

F一导线截面

G一导线敷设方式  

五、低压电器和配电箱

1.常见的低压电器有：

1）负荷开关

负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。

2）低压断路器（自动空气开关）

低压断路器是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。

3）隔离开关

隔离开关的主要作用是隔离电源电压，并造成一个明显的断开点，保证检修人员在检修电气设备时的安全。

4）熔断器

俗称保险丝，当发生短路或严重过载时，自动熔断，从而切断电路。熔断器按结构可分为插入式、旋塞式和管式三种。

5）电表 主要指电能计量的电镀表。

2.开关及插座

1）照明开关分类

①按使用方式：拉线式和翘板式。 

②按安装方式分：明装和安装。

2）插座

室内插座一般安装高度0.3m，空通插座距地2m以上，潮湿场所采用密封型并带保护地线触头插座，安装高度不低于1.5m。托儿所、幼儿园及小学等儿童活动场所安装高度不低于1.8m。

六、变配电室和自备应急电源

变配电室是用来安装和布置高压开关柜，变压器和低压配电柜的专用房间。

1.变配电室的位置选择依据

⑴接近负荷中心        

⑵进出线方便     

⑶接近电源侧     

⑷设备吊装、运输方便                

⑸不宜设置在剧烈振动的场所。

⑹不宜设在，多尘、多雾或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设置在下风侧。

⑺不宜设置在地势低洼，易于积水的场所。

⑻不宜设置在地下室最下面一层，若只有一层，应适当抬高所在地面。

2.变配电所的形式

⑴建筑物内变电所    

⑵建筑物外附式变电所    

⑶独立式变电所       

⑷箱式变电所

3.高压开关室设计要求：

⑴门应为向外开的防火门，应能满足设备搬运和人员出入条件。

⑵具备时宜设固定的自然采光窗，窗外应加钢丝网或采用夹丝玻璃防止雨、雪和小动物进入窗台距室外地坪宜不小于1.8m；  

⑶需要设置可开启的采光窗时，应采用百叶窗内加钢丝网10mm×10mm，防止雨、雪和小动物进入；

4.变压器室设计要求     

⑴变压器室的大门一般按变压器外形尺寸加0.5m。当一扇门的宽度为 1.5m及以上时，应在大门上开一小门，小门宽0.8m，高1.8m。  

 ⑵屋面应有隔热层及良好的防水、排水设施，一般不设女儿墙，一般不设采光窗。 

⑶进风窗和出风窗一般采用百叶窗，须采取措施防雨、雪和小动物进人室内。  

⑷干式变压器的金属网状遮挡高度不低于1.7m。