建筑供配电系统

13  建筑供配电系统

13.1   电力系统概述 

        电力系统是由生产、转换、分配、输送和使用电能的发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体。

        图13-1所示为电力系统示意图。

        在电力系统中除去发电厂和用电设备以外的部分称为电力网络，简称电网，如图13-1所示。一个电网由很多变电站和电力线路组成。

        供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节，其运行特点、要求与电力系统基本相同。只是由于供配电系统直接面向用电设备及其使用者，因此供、用电的安全性尤显重要。供配电系统示意图如图13-1中点划线框部分。

图13-1

        众所周知，三相交流系统中，三相视在功率S和线电压U、线电流I之间的关系为

            S=√3UI

        当输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属投资也就越小；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。

        另一方面，电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大

        我国国家标准《标准电压》（GB 156—1993）规定的部分额定电压如表13-1所示（详见Ｐ273）。

        在我国，不同地区电网的额定电压系列不同，主要有：330kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／110kV／35kV／10kV；500kV／220kV／66kV／10kV。由于各电网电压标准的不同，给全国联网造成一定的难度。

（1） 输送功率和输送距离

        前已述及，对应一定的输送功率和输送距离有一相对合理的线路电压。表13-2（详见P274）中列出了根据运行数据和经验确定的、与各额定电压等级相适应的输送功率和输送距离。

（2） 输电电压

        220～750kV电压一般为输电电压，完成电能的远距离传输功能。该电网称为高压输电网。

（3） 配电电压

        110kV及以下电压一般为配电电压，完成对电能进行降压处理并按一定方式分配至电能用户的功能。其中35～110kV配电网为高压配电网，10～35kV配电网为中压配电网，1kV以下配电网称为低压配电网。

        3kV、6kV是工业企业中压电气设备的供电电压。

        20kV电压等级目前还不常用，一般要经论证结果证明用户确实需要时才采用。

（1） 一级负荷

        符合下列条件之一的，为一级负荷。

        ① 中断供电将造成人身伤亡的负荷。如医院急诊室、监护病房、手术室等处的负荷。

        ② 中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。

        ③ 中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷，如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。

（2） 二级负荷

        符合下列条件之一的，为二级负荷。

        ① 中断供电将在政治、经济上造成较大损失的负荷。

        ② 中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。

（3） 三级负荷

        不属于一、二级负荷者为三级负荷。

        在一个工业企业或民用建筑中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时应根据其负荷级别分别考虑。

（1） 一级负荷对电源的要求

        一级负荷中有普通一级负荷和特别重要的一级负荷之分。

        普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

        特别重要的一级负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。

（2） 二级负荷对电源的要求

        宜由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。

        在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。

（3） 三级负荷对电源的要求

        三级负荷对电源无特殊要求，一般以单电源供电即可。

        供配电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机绕组的中间点。

        所谓系统的中性点运行方式，是指系统中性点与大地的电气联系方式，或简称系统中性点的接地方式。

（1） 中性点接地系统

        中性点接地系统，就是中性点直接接地或经小电阻接地的系统，也称大接地电流系统。

        这种系统中一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。

        但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。 

（2） 中性点不接地系统

        中性点不接地系统，是指中性点不接地或经过高阻抗（如消弧线圈）接地的系统，也称小接地电流系统。

        这种系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，因而系统仍可继续运行，这对提高供电可靠性是有利的。

        但这种系统在发生单相接地故障时，系统中性点对地电压会升高到相电压，非故障相对地电压会升高到线电压；若接地点不稳定，产生了间歇性电弧，则过电压会更严重，对绝缘不利。

        对于高压输配电网，由于传输功率大且传输距离长，一般都采用110kV及以上的电压等级，在这样高的电压等级下绝缘问题比较突出，因此一般都采用中性点接地系统；而在中压系统中，中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的过电压对绝缘的威胁不大，因为中压系统的绝缘水平是根据更高的雷电过电压制定的，因此为了提高供电可靠性，中压系统较多地采用了中性点不接地系统。 

        对于1kV以下的低压配电系统，中性点运行方式与绝缘的关系已不是主要问题，这时中性点运行方式主要取决于供电可靠性和安全性。因此，1kV以下的低压配电系统采用中性点接地系统。

        低压配电系统接地的形式根据电源端与地的关系、电气装置的外露可导电部分与地的关系分为TN、TT、IT系统，其中TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统。

        以拉丁文字作代号形式的意义为：

        第一个字母表示电源与地的关系。T表示电源有一点直接接地；I表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。

        第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。N表示电气装置的外露可导电部分与电源端有直接电气连接；T表示电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上于电源端的接地点。

（1） TN系统

        根据国家标准《供配电系统设计规范》GB 50052—95规定：TN电力系统有一点直接接地，电气设施的外露可导电部分用保护线与该点连接。 

        按中性线与保护线的组合情况，TN系统有以下三种形式：

        ① TN-S系统（见图13-2）    整个系统的中性线和保护线是分开的。

图13-2

        ② TN-C系统（见图13-3）    整个系统的中性线和保护线是合一的。

图13-3

        ③ TN-C-S系统（见图13-4）    系统中有一部分中性线和保护线是合一的。

图13-4

（2） TT系统

        TT系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极（见图13-5）。

图13-5

（3） IT系统

        IT系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的（见图13-6）。

图13-6

1 频率质量

        电力系统的额定频率为50Hz。当电力系统的容量在300万kW及以上时，频率偏差允许值为±0.2Hz；电力系统的容量在300万kW以下时，频率偏差允许值为±0.5Hz。

2 电压质量

        国家标准GB 50052—95《供配电系统设计规范》规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的允许值应符合下列要求：① 电动机为±5％。② 照明，在一般场所为±5％；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足以上要求时，可为+5％、-10％；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5％、-10％。③ 其他用电设备，当无特殊规定时为±5％。

3 波形质量

        电能的质量除了频率与电压以外，还包含了供电电压的波形。电力系统电压的波形应是50Hz的正弦波形，如果波形偏离正弦波形就称为波形畸变，可以根据傅立叶级数从畸变的波形中分解出50Hz的基波及一系列的高次谐波。电压或电流中含有的高次谐波越多，或者高次谐波的幅值（或有效值）越大，其波形离正弦波形就越远，畸变就越严重，波形质量就越差。

13.2   负荷计算  

        负荷曲线按纵坐标所表示的功率可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。

        按横坐标所表示的时间范围可分为日负荷曲线和年负荷曲线。

1 日负荷曲线的绘制

        日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的。日负荷曲线的绘制方法有：

        （1） 根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据，逐点绘制而成的平滑曲线，如图13-7所示，这样得到的负荷曲线最为准确。

        （2） 工程上，为了表达和计算简单起见，往往将负荷曲线用等效的阶梯形曲线来代替，与精确的负荷曲线之间会有一定的误差，但这种误差是可以允许的。最为常见的负荷曲线是以0.5h为时间间隔所绘制的曲线，如图13-8所示。

2 日负荷曲线的特征参数

（1） 日电能耗量Wd(kW·h)

（2） 最大功率Pmax(kW)

        表示负荷曲线上功率最大的一点的功率值。

（3） 平均功率Pav(kW)

        表示日负荷曲线上日电能耗量与时间（24h）的比值，即

            Pav=Wd/24

（4） 有功负荷系数α为

            α=Pav/Pmax

        通常α＝0.7～0.75。

（5） 无功负荷系数β

          β=Qav/Qmax

        通常β＝0.76～0.82。

        计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以最大30min的平均负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大平均负荷称为计算负荷。

          为什么要以30min作为确定计算负荷的依据呢？当通过载流导体的电流过大时由于发热，导体温度会持续上升，直至被损坏。当正常工作电流通过载流导体时，导体发热达到某一热平衡状态，此时导体温度也相应升高到某一可以允许的较高的温度值。分析表明，载流导体一般经过（3～4）τ（τ为发热时间常数）即能达到稳定温度，而导体的τ一般为10～30min，因此达到稳定温度需30～120min。为了保证当载流导体上长期通过计算电流时的最高稳定温度不超过其允许温度，因此取最大30min平均负荷作为计算负荷其实是一种较为保守的取法，它是以发热时间常数较短的导体达到热平衡的时间为取值依据。时间值取得越短，最大的等效负荷（即计算负荷）就越大。

1 连续运行工作制（长期工作制）

        即电气设备投入工作的持续时间较长，负荷稳定。在工作时间内，电气设备载流导体可以达到稳定的工作温度。

        连续运行工作制的负荷是指其持续工作时间tw超过导体达到热平衡所需的时间，即

            tw＞(3～4)τ 

2 短时运行工作制（短时工作制）

        即电气设备的工作时间短而停歇时间长。在工作时间内，电气设备来不及达到稳定温度就停止运行并开始冷却，其发热所产生的温升可以在停歇时间内冷却到周围的介质温度。

        短时运行工作制的设备很少，如金属切削用的辅助机械（龙门刨横梁升降电动机、刀架快速移动装置）、水闸用电动机等。

3 断续运行工作制（反复短时工作制）

        即电气设备以断续方式反复工作，其工作和停歇相互交替。在工作时间内，电气设备来不及达到稳定温升就停止运行并开始冷却，但其发热产生的温升不足以在停歇时间内冷却到周围的介质温度。

        这种电气设备运行时的可承受功率与其工作时间tw和停歇时间to的相对长度有关，一般用负荷持续率ε来表示，即

            ε=tw/(tw+to)×100%

1 需要系数Kd的含义

        当一个供电范围内的所有电气设备正常使用的时候，由于各种原因，该供电范围的计算负荷Pc总会比电气设备的总容量小，它们的比值称为需要系数，即

2 需要系数法的计算步骤

 (1） 设备功率

        每组中只有一台（套）电气设备时，应将设备实际向供配电系统吸取的电功率作为计算负荷，又常把单台设备的计算负荷称作设备功率,以PN表示。

        ① 连续工作制负荷时

              PN=Pr

        ② 断续运行工作制电动机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为25％时的等效功率，即

              PN=2Pr√εr

      ③ 断续运行工作制电焊机类负荷时，应将其额定功率换算成负荷持续率为100％时的等效功率，即

                PN=Pr√εr

        ④ 成组用电设备的设备功率是指除备用设备以外的所有单个用电设备额定输入功率的总和。

        ⑤ 照明设备的设备功率应考虑辅助其正常工作的镇流器等元件上的功率损耗。

        白炽灯光源的照明设备：PN=Pr;

        荧光灯光源的照明设备：PN=1.25Pr;

        高强气体放电灯光源的照明设备：PN=1.1Pr。

（2） 单组设备计算负荷

        当分组后同一组中设备台数＞3台时，计算负荷应考虑其需要系数，以第j组为例，即

 (3） 多组设备的计算负荷

        当供电范围内有多个性质不同的电气设备组时，先将每一组都按上述1～2所述步骤计算后，再考虑各个设备组的一个同时系数，因此其计算负荷为

【例13-1】某旅游宾馆变电站负荷情况如下列设备清单所示，用需要系数法计算变电站总计算有功功率、无功功率、视在功率和计算电流。

设备清单：

大堂、走道、餐厅、多功能厅等处照明设备容量：

150kW（带电容补偿，cosφ=0.9）荧光灯；180kW白炽灯

客房照明设备容量：70kW白炽灯

冷水机组容量：120kW×4台

冷冻水泵容量：30kW×5台（其中一台备用）

冷却水泵容量：22kW×5台（其中一台备用）

冷却塔容量：7.5kW×4台

送、排风机容量：11kW×5台；22kW×3台；17.5kW×5台

电梯容量：30kW×3台(ε=40%)

厨房设备容量：15kW×2台；5kW×5台；2.2kW×6台

洗衣设备容量：30kW×2台；6kW×3台；4kW×4台

【解】(1） 分组计算

① 大堂、走道、餐厅、多功能厅等处荧光灯照明设备(Kd1=0.7,cosφ1=0.9,tanφ1=0.48)

考虑电感型镇流器:PN1=1.25Pr1=1.25×150=187.5(kW)

Pc1=Kd1PN1=0.7×187.5=131.25(kW)

Qc1=tanφ1Pc1=0.48×131.25=63(kvar)

② 大堂、走道、餐厅、多功能厅等处白炽灯照明设备(Kd2=0.7,cosφ2=1,tanφ2=0)PN2=Pr2=180(kW)

Pc2=Kd2PN2=0.7×180=126(kW)

Qc2=tanφ2Pc2=0×126=0

③ 客房白炽灯照明设备(Kd3=0.4,cosφ3=1,tanφ3=0)PN3=Pr3=70(kW)

Pc3=Kd3PN3=0.4×70=28(kW)

Qc3=tanφ3Pc3=0×28=0

④ 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔设备(Kd4=0.7,cosφ4=0.8,tanφ4=0.75)PN4=Pr4=4×120+4×30+4×22+4×7.5=718(kW)

Pc4=Kd4PN4=0.7×718=502.6(kW)

Qc4=tanφ4Pc4=0.75×502.6=376.95(kvar)

⑤ 送、排风机(Kd5=0.65,cosφ5=0.8,tanφ5=0.75)PN5=Pr5=5×11+3×22+2×17.5=156(kW)

Pc5=Kd5PN5=0.65×156=101.4(kW)

Qc5=tanφ5Pc5=0.75×101.4=76.05(kvar)

⑥ 电梯(Kd6=1,cosφ6=0.5,tanφ6=1.73)PN6=2Prεr=2×3×3040%=113.84(kW)

Pc6=Kd6PN6=1×113.84=113.84(kW)

Qc6=tanφ6Pc6=1.73×113.84=196.94(kvar)

⑦ 厨房设备(Kd7=0.4,cosφ7=0.75,tanφ7=0.88)PN7=Pr7=2×15+5×5+6×2.2=68.2(kW)

Pc7=Kd7PN7=0.4×68.2=27.28(kW)

Qc7=tanφ7Pc7=0.88×27.28=24.01(kvar)

⑧ 洗衣设备(Kd8=0.35,cosφ8=0.7,tanφ8=1.02)PN8=Pr8=2×30+3×6+4×4=94(kW)

Pc8=Kd8PN8=0.35×94=32.9(kW)

Qc8=tanφ8Pc8=1.02×32.9=33.56(kvar)

(2） 计算总计算负荷

        因为，对于变电站总计算负荷，K∑P取值范围一般在0.85～1，K∑Q取值范围一般在0.95～1，所以取K∑P=0.9，K∑Q=0.97。则

        Pc=0.9×(131.25+126+28+502.6+101.4+113.84+27.28+32.9)

            =956.943(kW)

        Qc= 0.97×(63+0+0+376.95+76.05+196.94+24.01+33.56)

            =747.3947(kvar)

         Sc≈1214.22(kV·A)

          Ic≈1844.82(A)

        常见的方法有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。

（1） 负荷密度法

                Pc=ρS

          一些常见的工业与民用电能用户的负荷密度指标见附录。

（2） 单位指标法

                Pc=αN

（3） 住宅用电量指标法

                Pc=K∑βN

        上述方法中所涉及到的负荷密度指标、单位用电量指标或住宅用电量指标也都是由经统计和处理的经验数据得到的。

        设单相设备视在功率Sφmax最大的一相的有功功率为Pφmax（其功率因数为cosφmax），即以该相负荷为计算依据，补充其他两相的单相负荷，使其大小与最大相相同，变成三相等效的平衡负荷。

        这时等效的三相负荷应为：

（1） 计算三相等效负荷的一般方法

        先将接于线电压的单相负荷等效为接于相电压的单相负荷（具体等效方法参考相关资料），再用上述求接于相电压的单相负荷的等效方法计算等效三相负荷。

（2） 计算三相等效负荷的简化方法

        假设P12≥P23≥P31，按发热等效原理，如图13-9所示，可推导出等效三相负荷：

图13-9

13.3  设备及线缆的选择 

        供配电系统中开关电器按所在电压等级可分为高压开关、中压开关和低压开关。

1 低压断路器

        低压断路器又叫低压自动空气开关，是低压系统中既能分合负荷电流也能分断短路电流的开关电器。低压断路器通常是按其结构形式分类的，可分为框架式、塑壳式和小型模块式。其操作方法有人力操作、电动操作和储能操作。主触头极数有单极、2极、3极和4极。

        图13-10所示为低压断路器的工作原理示意图。低压断路器由三个基本部分组成。

图13-10

        ① 主触头和灭弧系统

        ② 脱扣器

        ③ 自由脱扣机构和操作机构

（2） 常用低压断路器

① 万能式断路器

        万能式断路器一般具有一个有绝缘衬垫的钢制框架，所有部件均安装在这个框架内，所以又称为框架式断路器。其外形结构如图13-11所示。

图13-11

② 塑料外壳式断路器

        塑料外壳式断路器的主要特征是有一个采用聚酯绝缘材料模压而成的外壳，所有部件都装在这个封闭型外壳中。其塑料外壳式断路器外形结构如图13-12所示。

图13-12

③ 模数化小型断路器

        模数化小型断路器属于配电网的终端电器，是组成终端组合电器的主要部件之一。终端电器是指装于线路末端的电器，对有关系统和用电设备进行分合控制和保护。模数化小型断路器外形结构如图13-13所示。

图13-13

2 低压隔离开关

        在断开位置能符合规定的隔离功能要求的开关电器称为低压隔离器。

        在断开位置能满足隔离器要求的开关称为低压隔离开关，又称低压刀开关。

        低压隔离开关是一种结构简单、应用十分广泛的手动电器，主要供无载通断电路用，即在不分断负载电流或分断时各极两触头间不会出现明显电压差的条件下接通或分断电路用。 

3 负荷开关

        负荷开关有HH系列封闭式负荷开关和HK系列开启式负荷开关。负荷开关具有灭弧装置，可以通断正常的负荷电流。

        HH系列封闭式负荷开关又称铁壳开关，一般是三极，常用型号有HH3、HH4系列。它是刀开关和熔断器的组合产品，由铁壳、熔断器、闸刀、夹座和操作机构等组成。

        HK系列开启式负荷开关，也称胶盖瓷底闸刀开关。 

4 剩余电流保护装置及开关

        剩余电流保护装置又称为漏电保护装置，是对电气回路的不平衡电流进行检测而发出信号的装置。当回路中有电流泄漏且达到一定值时，剩余电流保护装置可向断路器发出跳闸信号，切断电路，以避免触电事故的发生或因泄漏电流造成火灾事故的发生。其动作原理如图13-14所示。

图13-14

5 开关电器的选择

        开关电器的选择原则具有共通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作，还应保证系统故障时能承受短时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关电器对电路分断能力的要求，因此，开关电器的选择应符合下列基本条件：

        （1） 满足正常工作条件

        ① 满足工作电压要求开关电器额定电压应等于系统的标称电压，开关电器最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

        ② 满足工作电流要求开关电器额定电流大于或等于装设处的计算电流，即

                Ir≥Ic

        ③ 满足工作环境要求选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件要求，如温度、风速、湿度、污秽、海拔、地震烈度等。

        （2） 满足短路故障时的动、热稳定条件

        （3） 满足开关电器分断能力的要求

（1） 瓷插式熔断器

      如图13-15所示，这种熔断器一般用于民用交流电50Hz，额定电压380V或220V，额定电流小于200A的低压照明线路或分支回路中，作短路或过电流保护用。 

图13-15

（2） 螺旋式熔断器

        如图13-16所示，一般用于电气设备的控制系统中作短路和过电流保护。其熔体支持部分是一个瓷管，内有石英砂和熔体，熔体两端焊在瓷管两端的导电金属端盖上，其上端盖中有一个染有红漆的熔断指示器。当熔体熔断时，熔断指示器弹出脱落。

图13-16

（3） 有填料高分断熔断器

        如图13-17所示，有填料高分断熔断器广泛应用于各种低压电气线路和设备中作为短路和过电流保护。它具有较高的分断电流（120kA）的能力，额定电流也可达1250A。其熔体是采用紫铜箔冲制的网状多根并联形式的熔片，中间部位有锡桥，装配时将熔片围成笼状，以充分发挥填料与熔体接触的作用，这样既可均匀分布电弧能量而提高分断能力，又可使管体受热比较均匀而不易使其断裂。

图13-17

1 满足正常工作条件

        (1) 满足工作电压      要求熔断器额定电压应等于系统的标称电压，熔断器最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

      （2） 满足工作电流      要求由于熔断器有熔断器额定电流和熔体额定电流之分，因此需对两个电流进行选择。

        ① 用于保护负荷电流比较平稳的照明或电热设备，以及一般控制电路的熔断器，其熔体额定电流Ir·FE一般按线路计算电流确定。即

                    Ir·FE=KIc

        ② 用于保护有电动机负荷的线路，熔断器熔体额定电流应大于电动机起动时的电流。即

                    Ir·FE≥Kr(Ist+Ic′) 

        (3) 满足工作环境要求。

2 满足分断能力的要求

        熔断器分为限流式熔断器和不限流式熔断器。限流式熔断器能在约0.01s内（即短路电流达到最大值之前）熄灭电弧，切断电路；不限流式熔断器需在电流第一次过零时才能熄灭电弧，切断电路。

        (1) 限流式熔断器        

         因其开断电路时短路电流尚未达到最大值，即只需满足

                  Ibr≥I(3)∞

          (2) 非限流式熔断器

          在产生电弧后，电流可以继续升高达到最大值，所以应按冲击电流来校验，即

                  Ibr≥I(3)sh

 (1) 满足工作电压要求

        电流互感器额定电压应等于系统的标称电压，最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

(2) 满足工作电流要求

        一次侧额定电流：Ir1≥Ic;

        二次侧额定电流：Ir2=5A。

 (3) 准确度等级

        ① 在对电流互感器一次侧额定电流进行选择时，考虑到二次仪表的指针指在仪表盘1／2～2／3时较易准确读数，因此，一般为：

            Ir1=(1.25～1.5)Ic

        ② 二次侧负荷与二次侧所接仪表有关，仪表越多，二次侧阻抗越大，准确度越差。某一准确度等级对应了一个额定的二次负荷（即允许阻抗值Z2），则二次侧负荷容量应满足条件为：

            S2≤S2r 

 (4) 电流互感器的动、热稳定

        因线路短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所以应做动、热稳定校验。

        与开关电器一样，动稳定应满足的条件为：

            imax≥ish 

        热稳定应满足的条件为：

            I2tt≥I2∞tmax 

 (1) 满足工作电压要求

        一次侧电压：电压互感器一次侧额定电压应等于系统的标称电压，一次侧最高工作电压应大于或等于装设处系统的最高工作电压。

        二次侧电压：电压互感器二次侧额定电压应满足仪表额定电压100V的要求。

 (2) 准确度等级

        与电流互感器一样，即

            S2≤S2r

        因为接入二次侧的各仪器、仪表的电压线圈阻抗都很大，所以二次负荷中不再考虑二次导线及连接点的阻抗。

（1） 按机械强度条件选择导线截面

        为保证电力线缆在正常生产、运输、安装和运行过程中不受机械力的作用而损坏，必须满足机械强度的要求。各种导线最小截面见附录。

（2） 按导线载流量条件选择导线截面

                Ial≥Ic

        导线载流量Ial是指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。

（3） 按电压损失选择导线截面

        以接有三个负荷的线路为例，如图13-18所示，P1,Q1;P2,Q2；P3,Q3分别为各线路段l1、l2、l3上的有功负荷和无功负荷。 

图13-18

（4） 按短路条件选择导线截面

        ① 线缆的动稳定除硬母线外，其余导线、电缆等均为可绕的，力效应不明显，一般不进行动稳定校验。

        ② 线缆的热稳定架空导线因散热性很好，可不作热稳定校验。绝缘电线、电缆则应进行热稳定校验。

        满足热稳定要求的导线或电缆的最小截面Amin应为：

                Amin≥I∞/C√tmin

（5） 按经济电流密度选择截面

        从线缆选择的经济性角度出发，既要考虑一次投资的节约，也要考虑运行费用的低廉，即线路损耗小。顾及两方面因素，线缆截面在满足基本运行要求的情况下，截面选择过大不利于一次投资的节约，过小又不利于线路损耗的降低。使线路的平均年费用支出最小的截面叫经济截面Acc。经济截面可按下式计算：

              Acc=Ic/Jcc

        在单相回路中，由于流过中性线上的电流与相线相同，因此中性线截面应与相线截面相同。

        在三相四线或二相三线系统中，当用电负荷大部分为单相负荷或为气体放电灯等有三次谐波产生的负荷时，中性线截面也不应小于相线截面。

        对于采用可控硅调光的三相四线或二相三线系统，由于谐波分量较重，其中性线截面不应小于相线截面的2倍。

        保护线应能承受故障电流在故障持续时间内的发热作用，保证热稳定，即保护线截面不应小于A。 

        先分别按中性线、保护线选择，然后取其较大的作为保护中性线的截面。

（1） 变压器台数的确定

        在供配电系统中，变压器台数与供电范围内用电负荷大小、性质、重要程度有关。

        ① 三级负荷一般设一台变压器，但考虑现有开关设备开断容量的，所选单台变压器的额定容量一般不大于1250kV·A；当用电负荷所需的变压器容量大于1250  kV·A时，通常应采用两台或更多台变压器。

        ② 当季节性或昼夜性的负荷较多时，可将这些负荷采用单独的变压器供电，以便这些负荷不投入使用时切除相应的供电变压器，减少空载损耗。

        ③ 当有较大的冲击性负荷时，为避免对其他负荷供电质量的影响，可单独设变压器对其供电。

        ④ 当有大量一、二级负荷时，为保证供电可靠性，应设两台或多台变压器，以起到备用的作用。

（2） 变压器容量的确定

        ① 单台变压器容量一般不大于1250kV·A。若负荷集中且确有需要，可采用1600kV·A或更大的变压器。

        ② 最大负荷率一般取为β=Sc/SrT=75%～85%，其中Sc为正常运行时的计算负荷。这是综合考虑变压器的经济运行和变压器一次投资得到的负荷率。

        ③ 两台变压器互为备用时，当一台变压器出现故障或检修时，另一台变压器容量应能保证向所有一、二级负荷供电。

        ④ 变压器容量应能保证电动机起动要求，否则应对电动机采取降压起动措施或提高变压器容量。一般来讲，直接起动的笼型电动机最大容量不应超过变压器容量的30％。

（1） 柴油发电机起动方式选择

        柴油发电机组通常是为重要负荷而设，它的首要任务是必须在应急情况下，能够可靠起动并投入正常运行，因此应具有快速自起动功能。通常使用配有整流充电设备的电压为24V的蓄电池组作起动电源，其容量应保证柴油发电机连续起动6次。

        同时，为了避免柴油发电机组与电网故障的相互影响，柴油发电机组应与电网之间有互  锁关系，不得并联运行。当电网恢复供电后，柴油发电机组应能自动退出工作并延时停机。

（2） 柴油发电机中性点运行方式选择

        为降低系统内部过电压以及同时兼顾三相和单相设备的供电，柴油发电机采用中性点直接接地的中性点运行方式。

（3） 柴油发电机台数的选择

        柴油发电机总台数一般不超过2台。多台机组应选择型号、规格和特性相同的成套设备，所用燃油性质应一致。

（4） 柴油发电机容量的选择

        柴油发电机容量应根据应急负荷大小以及单台电动机最大的起动容量、起动时母线电压降等因素综合考虑确定。

1按应急负荷计算发电机容量

2按最大单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量

         ③ 按起动电动机时母线允许电压偏差计算发电机容量 

13.4   建筑施工现场临时用电组织设计 

        按照《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ 46—2005）的规定，施工现场临时用电组织设计应包括：① 现场勘测；② 确定电源进线、变电所或配电室、配电装置、用电设备位置及线路走向；③ 进行负荷计算；④ 选择变压器；⑤ 设计配电系统（设计配电线路，选择导线或电缆；设计配电装置，选择电器；设计接地装置；绘制临时用电工程图纸，主要包括用电工程总平面图、配电装置布置图、配电系统接线图、接地装置设计图）；⑥ 设计防雷装置；⑦ 确定防护措施；⑧ 制定安全用电措施和电气防火措施等内容。

        现场勘测的内容主要包括该施工现场周围有无外电架空线路与外电埋地电缆，外电架空线路、埋地电缆与该施工现场的位置关系，提供给该施工现场的电源及位置，施工现场的平面布置以及连接该施工现场的道路、周边的建筑物等情况。

        根据现场勘测的情况及施工现场的平面布置确定电源进线、变电所或配电室、配电装置、用电设备位置及线路走向。

        建筑施工现场临时用电工程专用的电源中性点直接接地的220V／380V三相四线制低压电力系统必须符合下列规定：采用三级配电系统；采用TN-S接零保护系统；采用二级漏电保护系统。

        关于负荷计算、开关电器的选择、变压器的选择、导线或电缆的选择，可参阅第2、3节的内容。最后，绘制临时用电工程图纸，主要包括用电工程总平面图、配电装置布置图、配电系统接线图、接地装置设计图。

        (1) 在施工现场专用变压器供电的TN-S接零保护系统中，电气设备的金属外壳必须与保护零线连接。保护零线应由工作接地线、配电室（总配电箱）电源侧零线或总漏电保护器电源侧零线处引出（图13-19）。

图13-19

        (2) 当施工现场与外电线路共用同一供电系统时，电气设备的接地、接零保护应与原系统保持一致，不得一部分设备做保护接零，另一部分设备做保护接地。

        采用TN系统做保护接零时，工作零线（N线）必须通过总漏电保护器，保护零线（PE线）必须由电源进线零线重复接地处或总漏电保护器电源侧零线处引出形成局部TN-S接零保护系统（图13-20）。

图13-20

        (3) PE线上严禁装设开关或熔断器，严禁通过工作电流，且严禁断线。

        (4) TN系统中的保护零线除必须在配电室或总配电箱处做重复接地外，还必须在配电系统的中间处和末端处做重复接地。

        (1) 在土壤电阻率低于200Ω·m区域的电杆可不另设防雷接地装置，但在配电室的架空进线或出线处应将绝缘子铁脚与配电室的接地装置相连接。

        (2) 施工现场内的起重机、井字架、龙门架等机械设备，以及钢脚手架和正在施工的在建工程等的金属结构，当在相邻建筑物、构筑物等设施的防雷装置接闪器的保护范围以外时，应按表13-7的规定安装防雷装置。

        (3) 机械设备或设施的防雷引下线可利用该设备或设施的金属结构体，但应保证电气连接。

        (4) 机械设备上的避雷针（接闪器）长度应为1～2m。塔式起重机可不另设避雷针（接闪器）。

        (5) 安装避雷针（接闪器）的机械设备，所有固定的动力、控制、照明、信号及通信线路宜采用钢管敷设，钢管与该机械设备的金属结构体应做电气连接。

        (6) 施工现场内所有防雷装置的冲击接地电阻值不得大于30Ω。

        (7) 做防雷接地机械上的电气设备，所连接的PE线必须同时做重复接地，同一台机械电气设备的重复接地和机械的防雷接地可共用同一接地体，但接地电阻应符合重复接地电阻值的要求。

        （1） 在建工程不得在外电架空线路正下方施工、搭设作业棚、建造生活设施或堆放构件、架具、材料及其他杂物等。

        （2） 在建工程（含脚手架）的周边与外电架空线路的边线之间的最小安全操作距离应符合表13-8规定。

        （3） 施工现场的机动车道与外电架空线路交叉时，架空线路的最低点与路面的最小垂直距离应符合表13-9规定。

        （4） 起重机严禁越过无防护设施的外电架空线路作业。在外电架空线路附近吊装时，起重机的任何部位或被吊物边缘在最大偏斜时与架空线路边线的最小安全距离应符合表13-10规定。

        （5） 施工现场开挖沟槽边缘与外电埋地电缆沟槽边缘之间的距离不得小于0.5m。

        （6） 当达不到第（2）～（4）条中的规定时，必须采取绝缘隔离防护措施，并应悬挂醒目的警告标志。

        （7） 当第（6）条规定的防护措施无法实现时，必须与有关部门协商，采取停电、迁移外电线路或改变工程位置等措施，未采取上述措施的严禁施工。

        （8） 在外电架空线路附近开挖沟槽时，必须会同有关部门采取加固措施，防止外电架空线路电杆倾斜、悬倒。

        （1） 电气设备现场周围不得存放易燃易爆物、污源和腐蚀介质，否则应予清除或做防护处置，其防护等级必须与环境条件相适应。

        （2） 电气设备设置场所应能避免物体打击和机械损伤，否则应做防护处置。

        （1） 配电箱、开关箱应有名称、用途、分路标记及系统接线图。

        （2） 配电箱、开关箱箱门应配锁，并应由专人负责。

        （3） 配电箱、开关箱应定期检查、维修。检查、维修人员必须是专业电工。检查、维修时必须按规定穿、戴绝缘鞋、手套，必须使用电工绝缘工具，并应做检查、维修工作记录。

        （4） 对配电箱、开关箱进行定期维修、检查时，必须将其前一级相应的电源隔离开关分闸断电，并悬挂“禁止合闸、有人工作”停电标志牌，严禁带电作业。

        （5） 配电箱、开关箱必须按照下列顺序操作：

        ① 送电操作顺序为：总配电箱分配电箱开关箱；

        ② 停电操作顺序为：开关箱分配电箱总配电箱。

        但出现电气故障的紧急情况可除外。

        （6） 施工现场停止作业1h以上时，应将动力开关箱断电上锁。

        （7） 开关箱的操作人员应掌握安全用电基本知识和所用设备的性能，并应符合下列规定：

        ① 使用电气设备前必须按规定穿戴和配备好相应的劳动防护用品，并应检查电气装置和保护设施，严禁设备带“缺陷”运转；

        ② 保管和维护所用设备，发现问题及时报告解决；

        ③ 暂时停用设备的开关箱必须分断电源隔离开关，并应关门上锁；

        ④ 移动电气设备时，必须经电工切断电源并做妥善处理后进行。

        （8） 配电箱、开关箱内不得放置任何杂物，并应保持整洁。

        （9） 配电箱、开关箱内不得随意挂接其他用电设备。

        （10） 配电箱、开关箱内的电器配置和接线严禁随意改动。

        （11） 配电箱、开关箱的进线和出线严禁承受外力，严禁与金属尖锐断口、强腐蚀介质和易燃易爆物接触。

        （1） 正确选用电气设备。在有爆炸危险的场所应按规范选择防爆电气设备。 

        （2） 按规范选择合理的安装位置，保持必要的安全间距是防火防爆的一项重要措施。

        （3） 加强维护保养检修，保持电气设备正常运行。包括保持电气设备的电压、电流、温升等参数不超过允许值，保持电气设备足够的绝缘能力，保持电气连接良好等。 

        （4） 在爆炸危险场所，应有良好的通风装置，以降低爆炸性混合物的浓度。 

        （5） 采用耐火设施对现场防火有很重要的作用。如为了提高耐火性能，木质开关箱内表面衬以白铁皮。 

        （6） 爆炸危险场所的接地（或接零）较一般场所要求高，必须按规定接地。