電力系統(tǒng)是發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成的統(tǒng)一整體。電力網(wǎng)由變電所、配電所及各種電壓等級的電力線路組成,它是電力系統(tǒng)的一部分。
圖1-1是電力系統(tǒng)示意圖。電能由發(fā)電廠發(fā)出,經(jīng)電力網(wǎng)變換、輸送、分配,然后供給用電設(shè)備消費使用。
圖1-1 電力系統(tǒng)示意圖
發(fā)電廠是把各種形式能量轉(zhuǎn)換成電能的工廠。按照被轉(zhuǎn)換能源的不同,發(fā)電廠有不同的類型,主要有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠。
火力發(fā)電廠主要設(shè)備有鍋滬、汽輪機、發(fā)電機,它是利用燃料(主要是煤)燃燒產(chǎn)生熱能來生產(chǎn)電能。水力發(fā)電廠主要由水庫、水輪機、發(fā)電機等組成,它是將水流中的位能轉(zhuǎn)換成電能。核能發(fā)電廠是以原子能反應(yīng)堆和蒸發(fā)器代替鍋爐,利用原子核的核能來產(chǎn)生電能。
變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場所。將低電壓變換成高電壓稱為升壓變電所,一般建在發(fā)電廠附近;將高電壓變換成低電壓稱為降壓變電所,一般建在用電負荷中心。主要用來接受和分配電能。不改變電壓的場所稱為配電所,多建在建筑物內(nèi)部。變配電所在規(guī)劃設(shè)計中,要盡量接近負荷中心,進出線方便,避免多塵和有腐蝕性氣體的場所,避免有劇烈振動和低洼積水地區(qū)。
電力線路是輸送電能的通道。由于發(fā)電廠離電能用戶都較遠,所以需要各種不同電壓等級的電力線路,將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能源源不斷的輸送到電能用戶。
電力負荷就是消費電能的用電設(shè)備。用電設(shè)備按其用途可分為;動力用電設(shè)備,如電動機等;工藝用電設(shè)備,如電解、冶煉、熱處理等;電熱用電設(shè)備,如電護,空調(diào)等;照明用電設(shè)備等.它們分別將電能轉(zhuǎn)換成機械能、熱能、光能,以適應(yīng)生產(chǎn)和生活對電能的需要。按我國各類電能用戶統(tǒng)計資料表明,工業(yè)是電力系統(tǒng)的大電能用戶,約占總電量的73%。
在我國電力系統(tǒng)中,110kV及以上電壓多作為主干線電壓.35kV多用于大型工廠.建筑群的內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò),6~10kV多作為一般工廠內(nèi)部、建筑物、建筑工地的高壓配電電壓,380/22oV電壓等級多作為工廠內(nèi)部,建筑物內(nèi)的低壓配電電壓。關(guān)于用電設(shè)備,一般是380/220V低壓電器,也有6kV或10kV的高壓電動機。
2、民用建筑供電系統(tǒng)
民用建筑的供電系統(tǒng)根據(jù)負荷的大小,采用不同的方案。
對于小型民用建筑,由于負荷較小,則可采用一個降壓變電所,將6~10kV電壓經(jīng)變壓器降壓為380/220V供用戶使用。其供電系統(tǒng)如圖1-2所示。若小型民用建筑用電量較小,附近已有低壓電源,且變壓器容量足夠,則可不再安裝變壓器,而設(shè)立一個低壓配電室由該變壓器供電。
對于中型民用建筑物。由于負荷較大且分散,則可設(shè)立高壓配電所,由6~10kV電源進線,然后分別引出幾路高壓出線,在各負荷相對集中地點設(shè)立降壓變電所,將電壓降為380/220V供給各用戶,如圖1-3所示。
對于大型民用建筑,由于負荷很大,分布更廣,采用6~10kV電壓在經(jīng)濟技術(shù)上均不合理,必須采用35kV電壓,進行兩次降壓。這時應(yīng)設(shè)立總變電所,將35kV降為6~10kV電壓,然后用高壓配電線將電能送至各負荷中心,并設(shè)立變電所再降至380/220V如圖1-4所示。
圖1-2 小型民用建筑物的供電系統(tǒng) 圖1-3 中型民用建筑物的供電系統(tǒng)
圖1-4 大型民用建筑物的供電系統(tǒng)
根據(jù)用電設(shè)備在生產(chǎn)和社會生活中的重要性,以及供電中斷對人身和設(shè)備安全的影響。電能用戶分為三個等級。對于不同等級的電能用戶,其供電要求也不同。
供電中斷將造成人身傷亡,或造成重大設(shè)備損壞,或破壞復(fù)雜的工藝過程使生產(chǎn)長期不能恢復(fù),或破壞重要交通樞紐、通訊設(shè)施、賓館、公共場所的正常秩序,帶來極大政治經(jīng)濟損失者,屬于“一級負荷”。一級負荷要求有兩個獨立的電源供電,當一個電源發(fā)生故障或檢修時,另一個電源能繼續(xù)供電,保證供電不中斷。
供電中斷將造成經(jīng)濟較大損失,設(shè)備局部損壞,產(chǎn)品大量減產(chǎn),生產(chǎn)較長時間才能恢復(fù),以及影響交通樞紐,通訊設(shè)備等正常工作,造成城市及重要公共場所,如大型體育場,大型影劇院等秩序混亂的電能用戶屬于二級負荷。二級負荷應(yīng)由兩條線路供電,即一條線路工作時,另一條線路處于備用,當采用兩條線路有困難時,則允許由一條專用架空線供電。
不屬于一級和二級負荷的電能用戶均為三級負荷。三級負荷對供電無特殊要求,允許較長時間停電,可用單回線路供電。
在民用建筑中,重要的醫(yī)院、大型商場、體育館、影劇院、重要賓館、銀行和電信電視中心應(yīng)列人一級負荷。一般民用建筑都屬于三級負荷。
對于一級負荷,應(yīng)由兩個電源供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源應(yīng)不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷除上述兩個電源外,還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對特別重要的負荷的供電,嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。
常用的應(yīng)急電源可有下列幾種:
a.獨立于正常電源的發(fā)電機組。
b.供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨立于正常電源的專門饋電線路。
c.蓄電池。
根據(jù)允許的供電中斷時間可分別選擇下列應(yīng)急電源:
a.靜態(tài)交流不間斷電源裝置(允許中斷時間為毫秒級的供電)
b.帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專門饋電線路(允許中斷時間為1.5秒以上)
c.快速自啟動的柴油發(fā)電機組(允許中斷時間為15秒以上)
圖1-5 數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)示意圖
數(shù)據(jù)中心因?qū)儆谝患壺摵,其電力供電方案請參考一級負荷設(shè)置。
(1)10kV系統(tǒng):包括開閉所(10kV配電站,負責(zé)向一片區(qū)域供電)、高壓戶(即由供電局直接向其收費的用戶,由供電局裝表計量)、低壓戶(不由供電局直接向其收費的用戶)、П接室(在建筑物變配電室內(nèi),由供電局進行管理,內(nèi)設(shè)П接箱和計量。功能為便于管理以及同時向其它建筑物供電)、高壓開關(guān)柜(對高壓電力進行保護、分配、計量和聯(lián)絡(luò))、環(huán)網(wǎng)柜(采用絕緣介質(zhì)為六氟化硫的斷路器,簡單化的高壓開關(guān)柜)
(2)變壓器:可分:油浸變壓器(絕緣介質(zhì)為油,民用建筑基本淘汰)、干式變壓器(無絕緣油,不易燃燒 ;主要性能取決于絕緣材料的性能,現(xiàn)在多采用環(huán)氧樹脂作為絕緣材料 ;允許短時間過負載。在有強迫風(fēng)冷的情況下,可過負載較長時間;變壓器可以和低壓開關(guān)柜直接連接)
(3)低壓配電系統(tǒng):
①低壓配電柜:對380V電力進行保護、分配、聯(lián)絡(luò)和計量,有抽屜式,固定式多種;
②電力電纜:常用的有YJV(交聯(lián)聚乙烯絕緣,聚氯乙烯護套電力電纜)和VV(聚氯乙烯絕緣,聚氯乙烯護套電力電纜)兩種電纜;
YJV電纜的優(yōu)越性:i.載流量大;ii.燃燒時,有毒氣體排放少;iii.性能價格比高
③插接式母線 :即緊密絕緣型母線槽,載流量>400A時使用;
④預(yù)分支電纜:適用于現(xiàn)代高層建筑和現(xiàn)代化廠房的一種新型垂直主電纜;載流量〈1000A;具有的優(yōu)越性:經(jīng)濟,施工時間短,施工工藝簡單等
⑤電氣豎井:建筑物內(nèi)電力系統(tǒng)集中敷設(shè)的區(qū)域。
圖1-6 電氣豎井經(jīng)典布置圖
⑥框架式空氣開關(guān):又稱為萬能式斷路器,所有器件集中在一個金屬框架內(nèi),內(nèi)裝多種附件和智能脫扣器,以實現(xiàn)多種功能,額定電流>630A;
⑦塑殼式空氣開關(guān)(MCCB):所有器件集中在一個塑料殼架內(nèi),額定電流>63A;有智能型(即脫扣器電流連續(xù)可調(diào))和普通型(即脫扣器電流分級可調(diào));
⑧微型斷路器(MCB):額定電流〈100A;結(jié)構(gòu)緊湊,體積;適于安裝;
⑨接地系統(tǒng):包括TN-C系統(tǒng),TN-S系統(tǒng),TN-C-S系統(tǒng),TT系統(tǒng),IT系統(tǒng);在現(xiàn)代民用建筑中,通常采用TN-S系統(tǒng),TN-C-S系統(tǒng);機房接地方式的分類:交流工作地,安全保護地,防雷接地和直流工作地;
⑩應(yīng)急照明:疏散照明:0.5Lx;安全照明:10Lx;備用照明:正常照度的10%~100%
11柴油發(fā)電機組:一種應(yīng)急電源設(shè)備;供電對象是一級負荷或重要負荷;
確定柴油發(fā)電機組容量的基本原則:按穩(wěn)定負荷計算發(fā)電機容量;按大電動機起動電流進行校驗。
圖1-7 數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)示意圖