第二章建筑供配电系统Word格式文档下载.docx
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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。
2.二级负荷
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。
3.三级负荷
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。
2.210kV变(配)电所及高压设备
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
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,本书只介绍建筑电气中常见的单母线接线。
1.单母线不分段主结线
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
2.单母线分段主结线
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
1.变电所的形式
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。
2.变电所的布置
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。
变电所的建设还应满足以下条件:
①变电所应保持室内干燥、严防雨水进入。
②变电所应考虑通风良好,使电气设备正常工作。
③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。
④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。
1.高压隔离开关
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。
它的型号含义如下:
G——隔离开关;
N——户内式;
19——设计序号;
10——额定电压(kV);
600——额定电流(A)。
图2.5GN19-10/600型高压隔离开关
1—连接板;
2—静触头;
3—接触条;
4—夹紧弹簧;
5—支持瓷瓶;
6—镀锌钢片;
7—拉杠绝缘子;
8—支持瓷瓶;
9—传动主轴;
10—底架
2.高压断路器
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。
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;
10——设计序号;
1000——额定电流(A)。
图2.6SN10-10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
3.高压负荷开关
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。
F——负荷开关;
3——设计序号;
R——带熔断器;
T——带热脱扣器。
图2.7FN3-10RT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
4.高压熔断器
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前将电弧熄灭,因而可限制短路电流数值。
图2.8RN2型高压管式熔断器
1—瓷熔管;
2—金属管帽;
3—弹性触座;
4—熔断指示器;
5—接线端子;
6—瓷绝缘子;
7—底座
RW4型户外高压跌落式熔断器的外形结构如图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交流电力线路和电力变压器的短路保护,又可在一定条件下直接用绝缘钩棒操作熔管的开合,以断开或接通小容量的空载变压器、空载线路和小负荷电流。
图2.9RW4-10型户外跌落式熔断器
1—熔管;
2—熔丝元件;
3―上触头;
4―绝缘瓷套管;
5―下触头;
6―端部螺栓;
7―紧固板。
5.高压开关柜
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;
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)。
图2.10GG-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)
6.避雷器
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。
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所示。
图2.11阀式避雷器
1—接线端;
2—瓷套筒;
3—火花间隙;
4—阀型电阻片;
5—安装卡子
7.互感器
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2.12电压互感器构造原理图
图2.13电流互感器构造原理图
电压互感器在使用中要注意以下几点:
①一次、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;
②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;
③二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。
(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。
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:
①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;
②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低压配电系统及低压设备
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。
1.放射式
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。
a)放射式
b)树干式
c)链式
图2.14低压配电方式
2.树干式
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。
3.链式
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。
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,楼梯间内不同楼层间的配电箱为链式配电。
图2.15一般民用住宅低压配电形式
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
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。
低压刀开关的技术参数如表2.1所示。
图2.16HD11、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
额定电流/A
100
200
400
600
1000
通断能力/A
AC380V、COSΦ=0.72~0.8
DC
T=0.01~0.011s
220V
440V
50
300
500
机械寿命/次
10000
5000
电寿命/次
1s热稳定电流/kA
6
10
20
25
30
40
动稳定电流峰值/kA
杠杆操作式
60
80
手柄式
15
—
操作力/N
35
45
低压刀开关型号含义如下:
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HK1、HK2两种型号,技术资料见表2.2。
图2.17开启式负荷开关
表2.2HK1、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
HK1
220
380
1.5
3.0
4.5
2.2
4.0
5.5
2
3
HK2
1.1
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