1 建筑電氣 2 第一節 供配電系統 1.配電系統的組成 供電電源 配電網 用電設備 2.電力系統的額定電壓 額定電壓 電壓等級： 0.4kV、 3kV、 6kV、 10kV、 20kV、35kV、 66kV、 110kV、 220kV、 330kV、500kV. 3 1kV及以上的為高壓， 1kV以下的為低壓。 根據 城市電力網規定設計規則 規定： 輸電網： 110kV、 220kV、 330kV、 500kV 高壓配電網： 66kV、 110kV 中壓配電網： 3kV、 6kV、 10kV 低壓配電網： 0.4kV（ 220/380V） 4 3.電壓選擇 用電單位的供電電壓應根據 用電容量、設備特征、 供電距離、當地公共電網現狀及其發展等因素 ，經 過技術經濟方面比較后再確定。 (1)用電設備總容量在 250kW以上或變壓器容量在 160kVA以上 時，宜以 10kV供電；當用電設備總容量 在 250kW以下或變壓器容量在 160kVA以下 時，可由低壓供電。 (2)對大型公共建筑，應根據空調冷水機組的容量以及地區供電條件，合理確定機組的額定電壓和用電單位的供電電壓，并應考慮大容量電動機啟動時對變壓器的影響。 5 我國電力系統中， 220 kV及以上電壓等級用于 大型電力系統的主干線 ，輸送距離在幾百千米； 110 kV電壓用于 中、小電力系統的主干線 ，輸送距離在 100 km左右； 35 kV則用于 電力系統的二次網絡或大型建筑物、工廠的內部供電 ，輸送距離在 30km左右； 6 10 kV電壓用于送電距離為 10 km左右的 城鎮和工業與民用建筑施工 供電； 電動機、電熱 等用電設備，一般采用三相電壓 380 V和單相電壓 220 V供電； 照明用電 一般采用 380/220 V供電。 6 4.電能質量 電力系統的電能質量是指 電壓、頻率和波形的質量。 電能質量主要指標包括： (1)電壓偏差； (2)電壓波動和電壓閃變； (3)頻率偏差； (4)電壓不對稱度； (5)諧波（電壓諧波畸變率和諧波電流含有率）。 此外還應考慮電動機啟動時的電壓下降。 7 電壓 也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等于單位 正電荷因受電場力作用從 A點移動到 B點所作的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為 伏特 (V)，常用的單位還有 毫伏 (mV)、微伏 ( V）、千伏 (kV)等。 頻率 是單位時間內完成振動的次數，是描述振動物體往復運動頻繁程度的量，常用符號 f或 v表示，單位為秒 -1。單位為赫茲，簡稱“赫”。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率，叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中應用，在電磁學和無線電技術中也常用。交變電流在單位時間內完成周期性變化的次數，叫做電流的頻率。 波的圖象叫做波形，不同的音色有不同的波形顯示。頻率不同時，波形表現出彈簧式的伸縮；振幅不同時，波形表現出山峰式的起伏。 8 1電壓偏差 (1)當供配電系統改變運行方式以及負荷緩慢地變化時，供配電系統各點的電壓也隨之變化，各點的實際電壓U與系統 額定電壓 Un之差 U稱為電壓偏差。以百分數表示，即 產生電壓偏差的原因是系統滯后的無功負荷所引起的系統電壓損失。電壓偏差衡量點為供用電產權分界處或電能計量點。 (2)用電設備端子處電壓偏移允許值。 正常運行情況下，用電設備端子處電壓偏差允許值（以標稱電壓的百分數表示）宜符合下列要求。 9 1)照明：室內場所為士 5%；對于遠離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時，可為 +5%、 - 10%；應急照明、景觀照明、道路照明和警衛照明為 +5%、 -10%。 2)一般用途電動機為土 5%。 3)電梯電動機為士 7%。 4)其他用電設備，當無特殊規定時為 5%。 (3)供電電壓允許偏差值。 用電單位受電端供電電壓的偏差允許值，應符合下列要求： 1) 10kV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱系統電壓的士 7%； 2) 220V單相供電電壓允許偏差為標稱系統電壓的 +7%、 -10%； 3)對供電電壓允許偏差有特殊要求的用電單位，應與供電企業協議確定。 10 2電壓波動 (1)電壓波動。 電壓波動指一系列的電壓變動或電壓包絡線的周期性變動。用電壓的最大值與最小值之差與系統標稱電壓（額定電壓）的比值，以百分數表示，其變化速度等于或大于每秒 0.2%時稱為電壓波動。 電壓波動的幅值為 11 (2)電壓波動允許值。 1)電壓波動時用電設備端子電壓水平允許值為 10%，配電母線電壓波動允許值為 2.5%。 2)公共供電點（電力系統中兩個或多個用戶的連接處）由波動性功率負荷產生的電壓波動允許值： 10kV以下系統為 2.5%； 35 110kV系統為 2%。 3)電弧爐引起的配電母線電壓波動值按照公共供電點電壓波動允許值考慮。 4)較大功率的電阻焊機引起的配電母線電壓波動值按 2. 5%考慮，波動頻率小于 1Hz。 (3)電壓閃變。 電壓閃變是指負荷急劇的波動造成供配電系統瞬時電壓升降，照度隨之急劇變化的現象。 12 3不對稱度 (1)不對稱度。 不對稱度是衡量多相負荷平衡狀態的指標。多相系統的電壓負序分量與電壓正序分量之比值稱為 電壓的不對稱度 ，電流負序分量與電流正序分量的比值稱為電流的不對稱度，均以百分數表示。 (2)不對稱度允許值。 不平衡度允許值指的是在電力系統正常運行的最小方式下，負荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產（運行）周期中的實測值，例如煉鋼電弧爐應在熔化期測量等。 電力系統公共連接點正常運行方式下不對稱度允許值為 2%，短時不得超過 4%，每個用戶不得超過 1.3%。 13 4頻率偏差 頻率偏差是指供電的實際頻率與電網的額定頻率的差值。我國電網的標準頻率為 50Hz，又叫工頻。 在電力系統正常狀況下，供電頻率的允許偏差如下： (1)電網裝機容量在 3000兆 kW及以上的，為 0.2Hz； (2)電網裝機容量在 3000兆 kW以下的，為 0.5Hz； (3)在電力系統非正常狀況下，供電頻率允許偏差不應超過 1.OHz。 實際運行中，我國各跨省電力系統頻率都保持在 +0.1 Hz -0.1Hz的范圍內，在電網質量中最有保障 。 14 5諧波 當網絡電壓波形中出現諧波（有時為非諧波）時網絡電壓波形就要發生畸變。諧波干擾是由非線性系統引起酌。它產生出不同于網絡頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。 15 第二節 電力負荷分級及供電要求 電力網上用電設備所消耗的功率，稱為用戶的“用電負荷”或“電力負荷”。 用戶供電的可靠性程度，是由用電負荷的性質來決定的。 根據建筑物的類別和用電負荷的性質，按 民用建筑電氣設計規范 規定，對用電負荷劃分為三個等級： 16 1一級負荷 中斷供電將造成人員傷亡時； 中斷供電將造成重大政治影響時； 中斷供電將造成重大經濟損失時； 中斷供電將造成公共場所秩序嚴重混亂時。 如火車站，大會堂，重要賓館，通訊交通樞紐，重要醫院的手術室，煉鋼爐，國家級重點文物保護場所等。 17 2二級負荷 中斷供電將造成較大政治影響時； 中斷供電將造成較大經濟損失時， 如大量產品和原材料報廢，大量減產或發生重大設備損壞事故，重點企業連續生產過程需要長時間才能恢復； 中斷供電將造成公共場所秩序混亂時。 18 3三級負荷 凡不屬一級和二級負荷者。 下面對民用建筑及工業建筑的常用設備及部位的負荷分級列表分類，如下表 1.1所示： 各個級別的負荷對用電的可靠性有不同的要求，以一級要求最重要、最嚴格 ,二級、三級逐漸降低要求。 19 建筑類別 建筑物名稱 用電設備及部位 負荷級別 住宅建筑 高層普通住宅 電梯、照明 二級 旅館建筑 高級旅館 宴會廳、新聞攝影、高級客房電梯等 一級 普通旅館 主要照明 二級 辦公建筑 省、市、部級辦公室 會議室、總值班室、電梯、檔案室、主要照明 一級 銀行 主要業務用計算機及外部設備電源、防盜信號電源 一級 教學建筑 教學樓 教室及其他照明 二級 實驗室 一級 科研建筑 科研所重要實驗室，計算中 心、氣象臺 主要用電設備 一級 電梯 二級 文娛建筑 大型劇院 舞臺、電聲、貴賓室、廣播及電視轉播、化裝照明 一級 醫療建筑 縣級及以上醫院 手術室、分娩室、急癥室、嬰兒室、理療室、廣播照明 一級 細菌培養室、電梯等 二級 商業建筑 省轄市及以上百貨 大樓 營業廳主要照明 一級 其他附屬 二級 博物建筑 省、市、自治區及以上博物 館、展覽管 珍貴展品室的照明、防盜信號電源 一極 商品展覽用電 二級 商業倉庫建筑 冷庫 大型冷庫、有特殊要求的冷酷壓縮機及附屬設備、電梯、庫內照明 二級 司法建筑 監獄 警衛信號 一極 表 1.2 民用建筑常用重要電力負荷級別 20 民用建筑中消防用電的負荷等級，應符合下列規定( 高層民用建筑設計防火規范 GB 50045、 建筑設計防火規范 GBJ 16)。 (1) 一類高層民用建筑的消防控制室、火災自動報警及聯動控制裝置、火災應急照明及疏散標志、防煙及排煙設施、自動滅火系統、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾及門窗以及閥門等消防用電為一級負荷，二類高層民用建筑內的上述消防用電應為二級負荷。 (2)特、甲等劇場， (1)所列的消防用電為一級負荷；乙、丙等劇場應為二級負荷。 (3)特等體育場館的應急照明為一級負荷中的特別重要負荷；甲等體育場館的應急照明為一級負荷。 21 (4)當在主體建筑中有一級負荷中特別重要負荷時，直接影響其運行的空調用電應為一級負荷。當在主體建筑中有大量一級負荷時，直接影響其運行的空調用電應為二級負荷。 (5)重要電信機房的交流電源，其負荷級別應與該建筑工程中最高等級的用電負荷相同。 (6)區域性的生活給水泵房、采暖鍋爐房及換熱站的用電負荷，應根據工程規模、重要性等因素合理確定負荷等級，且不低于二級。 (7)有特殊要求的用電負荷，應根據實際情況與有關部門協商確定。 22 1. 一級負荷的供電要求 級負荷應由兩個獨立電源供電，按照生產需要和允許停電時間，采用雙電源自動或手動切換的接線，或雙電源對多臺一級用電設備分組同時供電的接線。 所謂獨立電源，是指若干電源中任一電源發生故障或停止供電時，不影響其他電源繼續供電。同時，具備下列兩個條件的發電廠或變電所的不同母線段，均屬獨立電源。 1)每段母線的電源來自不同發電機或變壓器 2)母線段之間無聯系，或雖有聯系但在一段發生故障時，能自動將其聯系切斷，不影響另一段母線繼續供電。 對于一級負荷中特別重要的負荷，除要求有上述兩個電源外，還要求增設應急電源。 常用的應急電源有：獨立于正常電源之外的發電機組、干電池、蓄電池、專門供電線路等。 23 2. 二級負荷的供電要求 對于二級負荷，應由二回線路供電，供電變壓器也應有兩臺 (這兩臺變壓器不一定在同一變電所 )。在其中一回路或一臺變壓器發生常見故障時，二級負荷應做到不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復供電。 3. 三級負荷的供電要求 三級負荷屬不重要負荷，對供電無特殊要求。但在條件允許的情況下，應盡量提高供電的可靠性和連續性。 24 第三節 建筑電氣設計的內容、程序與要求 1.設計內容 建筑電氣設計從狹義上僅指民用建筑中的電氣設計，從廣義上講應該包括 工業建筑、構筑物和道路、廣場等戶外工程 。 傳統建筑電氣設計只包括 供電和照明 ，而現在一般將其設計的內容歸納為 強電和弱電 。供電、照明、動力、防雷、接地屬于強電，而其余部分，如電話、電視、消防和樓宇自控等內容屬于弱電。 25 1.1 供電系統 建筑供電系統設計主要是解決建筑物內用電設備的電源問題，包括 變配電所的設置、線路計算、設備選擇 等。 (1)供電設計。 供電設計包括供電電源的電壓、來源、距離和可靠程度；目前供電系統和遠景發展情況；用電負荷的性質、總設備容量和計算負荷；變配電所的數量、容量、位置和主接線；無功功率的補償容量和補償前后的功率因數；備用容量和備用電源供電的方式；繼電保護的配置、整定和計量儀表的配置。 為了保證供電的可靠性，現代高層建筑 至少應具備兩個獨立電源 。兩路獨立電源的運行，原則上是兩路同時使用、互為備用。此外，還必須裝設應急柴油發電機組，并要求在 15s內恢復供電，以保證應急照明、消防設備、電腦電源等用電。國內高層建筑大都采用 10kV等級，對用電量大而且有條件的，建議采用35kV深入負荷中心供電。 26 (2)電力負荷計算。 電力負荷是供電設計的依據參數。計算準確與否，對合理選擇設備、安全可靠與經濟運行，起著決定性的作用。 負荷計算的基本方法有需要系數法、單位負荷法等。 (3)短路電流計算。 計算各種故障情況，以確定各類開關電器的整定值、延時時間。 (4)高壓接線。 現代高層建筑一般要求采用兩路獨立電源同時供電，高壓采用單母線分段、自動切換、互為備用。 27 母線分段數目應與電源進線回路數相適應。只有俠電電源為一主一備時，才考慮采用單母線不分段的型式。若出線回路較多時，通?？紤]分段。 電源進線方式多采用電纜埋地或架空引入。 高壓配電系統及低壓干線配電方式常采用放射式，樓層配電則為混合式。 現代高層建筑的豎井多采用插接母線槽。水平干線因走線困難，多采用動力與豎井母線通過插接箱連接的方式。每層樓豎井設層配電小間，經過插接箱從豎井母線取得電源。當層數較多或負荷巨大時，可按樓層分區供電或將變壓器分散布置，但要進行經濟因素分析。 28 (5)低壓配電線路設計。 首先確定進戶線的方位，然后確定各區域總配電箱、分箱的位置，根據線路允許電壓降等因素確定干線的走向，管材型號和規格，導線截面等，繪制平面圖。 低壓配電系統的各級開關，一般采用低壓斷路器。設計時注意選擇性，保護等級不宜超過三級。重要負荷要求兩路供電、末端切換，如消防電梯，要求在電梯機房設置切換裝置、互為備用。配電設計包括配電系統的接線、主要設備選擇、導線及敷設方式的選擇、低壓系統接地方式選擇等。 (6)電氣設備選擇。 現代建筑要求電氣設備防火、防潮、防爆、防污染、節能及小型化。 電氣工程師所要選擇的產品包含在每個設計子項中，主要有電源設備、高低壓開關柜、電力變壓器、電纜電線、母線槽、開關電器、照明燈具、電信產品、消防安防產品、樓宇自控產品等。 29 (7)繼電控制與保護。 繼電控制與保護包括二次回路方案的確定和繼電保護的選擇與整定。 (8)電能質量。 功率因素要求補償到 0.9 0.95，可采用集中補償或分散補償方式。為降低變壓器容量，集中補償裝置通常采用干式移相電容器，設置在低壓配電柜一起。 (9)變配電所設計。 根據建筑特點，確定變電所設計是建筑供電的重點，其設計的內容主要有： 變配電所的負荷計算；無功功率補償計算；變配電室的位置選擇；確定電力變壓器的臺數和額定容量的計算；選擇主接線方案；開關容量的選擇和短路電流的計算；防雷保護及接地裝置的設計；變配電所內的照明設計。 (10)電梯。 確定電梯臺數和決定電梯功能。 30 1.2 照明系統 電氣照明設計包括設計說明、光源選擇、照度計算、燈具造型、燈具布置、安裝方式、眩光控制、調光控制、線路截面、敷設方法和設備材料表等。 (1)電光源。 選擇正確的人工光源是照明設計的保證。 (2)照度計算。 照度計算是設計的理論根據。 (3)燈具選型。 根據不同的場合選擇不同的燈具，以達到預期的效果。選擇燈具需要考慮的技術參數有燈具效率、照度值、功率消耗等。 (4)應急照明。 應急照明包括：正常照明失效時，為繼續工作而設的備用照明；為使人員在火災情況下，能從室內安全撤離至室外而設置的疏散照明；正常照明突然中斷，為確保處于潛在危險中的人員安全而設置的安全照明。 31 1.3 電氣安全系統 (1)安全用電。 人的生命安全是電氣設計必須首先考慮的問題 (2)防雷。 雷擊是一個概率事件，設置接閃器等防雷裝置增大了落雷的概率，但可以有效地控制雷擊災害。傳統的防雷方法是采用避雷針、避雷帶等。 (3)防火。 隨著建筑物的日趨復雜化，功能的多樣化，防火問題變得越來越重要。由于電氣原因引起的火災在不斷上升之中，建筑防火設計包括所有的設備專業，給排水要有噴淋、消防泵，暖通要有防排煙，電氣的火災探測器、通信和聯動控制系統更是必不可少的。 32 1.4 設計程序 建筑工程設計首先應落實設計任務書和批準文件；檢查需要設計的項目、范圍和內容是否正確。上述手續齊備后就可辦理設計委托文件。 設計人員在開展設計工作前，應進行 調查研究，收集必要的資料，弄清有關的基本條件 ，這是保證設計質量、加快設計進度的前提條件。然后， 設計人員按照設計各階段的深度要求，編制設計文件 。經過審核后， 報請有關主管部門審查批準，遞交施工單位 。施工開始前，設計人員要向施工單位的技術人員或工程負責人作工程技術交底。施工過程中應負責處理有關設計方面出現的技術問題。工程竣工后，參加工程竣工驗收。 對于大型建筑工程，如果技術要求較高的、投資規模較大的建設工程項目及大型民用建筑工程設計，在初步設計之前還可根據有關部門或建設單位的需要進行方案設計，對設計工程作出一個或若干個設計方案，按照有關部門或建設單位的需要進行設計，這樣可避免在初步設計中出現重大原則問題、作出較大的改動或造成返工。對于工藝上比較復雜而又缺乏設計經驗的工程，可以增加工藝設計階段。小型建設工程設計可用方案設計代替初步設計。 對于一般的工程項目，設計單位需要將編制初步設計的文件遞交建設單位，報請上級及有關主管部門批準后，方可根據正式審批意見進行施工圖設計。建筑電氣設計有關部門一般有： 城鄉規劃部門、供電部門、郵電部門、消防部門、人防部門、環境保護部門和文物部門等。 33 1.5 設計要求 設計要求內容有：編制供電設計說明書；編寫電氣設備和材料清單；繪制配電室供電平面圖；二次回路圖及其他施工圖。 (1)建筑電氣設計必須嚴格依據國家規范。為加強對建筑工程設計文件編制工作的管理，保證設計質量，國家制訂了相關標準。 (2)根據近期規劃設計兼顧遠景規劃，以近期為主，適當考慮遠期擴建的銜接，以利于宏觀節約投資。 (3)必須根據可靠的投資數額確定適當的設計標準。 (4)根據用電負荷的等級和用電量確定配電室電力變壓器的數量，配電方式及變壓器的額定容量等。 34 (5)設計應結合實際情況，積極采用先進技術，正確掌握設計標準；對于電氣安全、節約能源、環境保護等重要問題要采取切實有效的措施；設備布置要便于施工和維護管理；設備及材料的選擇要綜合考慮各種因素。 (6)建筑電氣設計是整個建筑工程設計的一部分，設計過程中要與有關 建筑、結構、給排水、暖通、動力和工藝等工種密切協調配合 。 35 1.6 設計文件 設計文件包括：設計說明書，圖紙目錄，設計圖紙，主要設備及材料表，投資概預算表，計算書等。其中設計圖紙的繪制，應按照 GB和 IEC標準執行。主要內容 有外線總平面供電設計、變配電室的設計、車間動力供電設計、建筑照明設計，共用天線電視系統設，廣播和電話系統設計 等。 施工圖設計文件主要以圖紙表示，設計說明作為圖紙的補充，如果圖紙上已經表示清楚的，設計說明就不必重復表述了。 1設計說明 建筑工程項目一般需要有一個施工總說明，給出本工程的總體概念。對于各分項工程局部問題可在其圖上寫出。 總說明的內容為：工程一般性介紹，如設計依據，色括根據整個工