電氣負(fù)荷計(jì)算[共54頁(yè)]

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1、學(xué)習(xí)情境 1 住宅建筑電氣照明系統(tǒng)安裝 1.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備 1,識(shí)圖 1)設(shè)計(jì)說(shuō)明 (1)設(shè)計(jì)依據(jù) ① 圖紙:建筑專業(yè)提供的平面圖,立面圖,剖面圖. ② 規(guī)范:《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95. 《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16-2008. 《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-95. 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94(2000年版). 《建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50034-2004. (2)設(shè)計(jì)范圍 ① 電氣照明設(shè)計(jì) ②弱電設(shè)計(jì)(埋管線) 防雷設(shè)計(jì). (3)配電系統(tǒng) ① 負(fù)荷:設(shè)計(jì)負(fù)荷每戶 10kW. ② 配線:本工程所有配線均為穿管

2、暗配線,室內(nèi)在板,墻,梁內(nèi)敷設(shè),各部位管型管徑見圖中標(biāo)注和主材表備注欄. ③ 線型線徑:管內(nèi)導(dǎo)線按規(guī)定分色.當(dāng)采用多相供電時(shí),同一建筑物,構(gòu)筑物的電線絕緣層顏色選擇應(yīng)一致,即保護(hù)地線(PE線)應(yīng)是黃綠相間色,零線用淡藍(lán)色;相線用:A相-黃色,B相-綠色,C相-紅色. ④ 電器安裝:配電箱,開關(guān)箱鐵制暗設(shè),底邊距地高度 1.8米. ⑤ 開關(guān):暗設(shè)距地高度 1.3米. ⑥ 插座:暗設(shè),衛(wèi),洗間防濺插座距地高度 1.3米. ⑦ 電視,電話只埋線管,距地高度0.3米. (4)電氣安全:衛(wèi),洗間作局部等電位聯(lián)接,等電位做法見 02D501-2. (5)防雷:凡被利用作防雷用的鋼筋均應(yīng)焊接成

3、電氣通路.焊接應(yīng)采用搭接焊,搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合下列規(guī)定: ① 扁鋼與扁鋼搭接為扁鋼寬度的2倍,不少于三面施焊; ② 圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的6倍,雙面施焊; ③ 圓鋼與扁鋼搭接為圓鋼直徑的6倍,雙面施焊; ④ 扁鋼與鋼管,扁鋼與角鋼焊接,緊貼角鋼外側(cè)兩面,或緊貼3/4鋼管表面,上下兩側(cè)施焊; ⑤ 除埋設(shè)在混凝土中的焊接接頭外,應(yīng)有防腐措施. (6)其它 ① 圖中未盡事宜由建設(shè)單位,施工單位,設(shè)計(jì)單位協(xié)商解決. ② 本工程所用配電箱的生產(chǎn)廠家應(yīng)具有證認(rèn). 2)圖例 3)選用標(biāo)準(zhǔn)圖集 (1)《室內(nèi)管線安裝》03D301-1～3(2004合計(jì)本) (2)《常用低壓配電設(shè)備及燈具

4、安裝》D702-1～3(2004年合訂本) (3)《防雷與接地安裝》D501-1～4(2003年合定本) (4)《等電位聯(lián)接安裝》02D501-2 (5)《建筑物防雷設(shè)施安裝》99(03)D501—1 (6)《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》03D501-3 4)配電箱系統(tǒng)圖 由此配電系統(tǒng)圖可以看出,電源進(jìn)線"BV-(3*10).PC32"為3根10mm2的聚氯乙烯絕緣銅芯線穿直徑為32mm塑料管敷設(shè),進(jìn)線總開關(guān)"63A/4"為63A的4極空氣斷路器. 電源進(jìn)入配電箱后分為10個(gè)支路出來(lái).其中N1,N2支路的斷路器"16/1P"為16A的單極開關(guān),出線"BV-(2*2.5)

5、.PC16"為2根2.5mm2的聚氯乙烯絕緣銅芯線穿直徑為16mm的塑料管敷設(shè).N3,N4,N5,N6支路的斷路器"20/2P"為20A的雙極帶漏電功能的開關(guān),出線"BV-(3*4).PC20"為3根4mm2的聚氯乙烯絕緣銅芯線穿直徑為20mm的塑料管敷設(shè).N7,N8,N9,N10支路的斷路器"20/2P"為20A的雙極開關(guān),出線"BV-(3*4).PC20"為3根4mm2的聚氯乙烯絕緣銅芯線穿直徑為20mm的塑料管敷設(shè). 另外,由此圖還可看出,此配電箱分別裝有零排和保護(hù)線端子排,此配電箱為3號(hào)配電箱"P3". 5)電氣平面圖 一層電氣平面圖 二層電氣平面圖 由平面圖可以看出,N1,

6、N2為照明支路,其中N1支路為一層照明支路,向6盞燈供電;N2支路為二層照明支路,也是向6盞燈供電.在看照明支路圖時(shí),注意導(dǎo)線上的短斜線表示該導(dǎo)線的根數(shù),如3根短斜線表示該導(dǎo)線的根數(shù)為3,如4根短斜線表示該導(dǎo)線的根數(shù)為4. N3,N4,N5,N6,N7,N8,N9,N10為插座支路,其中N3,N4,N5,N6為普通插座,N7,N8,N9,N10為空調(diào)插座,所有插座線均為3根.N3為4個(gè)廚房的插座供電;N4向8個(gè)插座供電,一層,二層各4個(gè),注意 表示上引線,即在此有一根豎直向上的管子,導(dǎo)線穿在管中;N5向一層客廳和餐廳的插座供電,共7個(gè);N 6通過上引線向二層的6個(gè)插座供電.N7向2個(gè)空調(diào)插座

7、供電,一層,二層各1個(gè);N8也是向2個(gè)空調(diào)插座供電,一層,二層各1個(gè);N9向一層的空調(diào)插座供電;N10向二層的空調(diào)插座供電. 另外,分別在一層,二層各安裝有一個(gè)電話,電視插座. 6)防雷,接地平面圖 由此防雷,接地平面圖可以看出,外圈的虛線表示接地體的敷設(shè),此圖表示用Ф10圓鋼作接地體在外墻基礎(chǔ)墊層外邊緣內(nèi)敷設(shè),具體作法見《建筑物防雷設(shè)施安裝》99(03)D501—1,《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》03D501-3.其中" "表示引下線,此工程共有7根引下線,是利用建筑物柱內(nèi)主鋼筋兼作的引下線,其上端與屋檐內(nèi)避雷帶鋼筋焊接,下端與基礎(chǔ)墊層內(nèi)接地體和地梁主鋼筋焊接. 內(nèi)圈上有"

8、"符號(hào)的線條表示避雷帶,由圖上可以看出,Ф10圓鋼避雷帶在屋脊,屋檐內(nèi)暗敷設(shè),具體作法見《建筑物防雷設(shè)施安裝》99(03)D501—1,《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》03D501-3.同時(shí)要求屋面所有金屬管道均應(yīng)與避雷帶焊接成電氣通路,具體焊接要求見設(shè)計(jì)說(shuō)明. 另外,在離地0.5m處,在兼作引下線的建筑物柱內(nèi)主鋼筋上暗設(shè)測(cè)試端子,用于測(cè)量接地電阻,具體作法見《防雷與接地安裝》D501-1～4(2003年合定本).此工程共設(shè)2處測(cè)試端子. 思考:根據(jù)以上所述的識(shí)圖原則,我們大致掌握了建筑電氣施工圖的組成以及圖紙讀識(shí)的基本規(guī)律和原則.在掌握建筑電氣相關(guān)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上,還應(yīng)該對(duì)國(guó)家現(xiàn)

9、行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和施工流程有一定的了解.請(qǐng)思考以下題目,并讀識(shí)配套的電氣施工圖. 1)該建筑屬于哪種類型 進(jìn)行電氣施工圖設(shè)計(jì)時(shí)參考并引用了哪些規(guī)范和圖集 2)本建筑電氣設(shè)計(jì)的范圍和包含的內(nèi)容有哪些 3)本建筑電源從哪里引來(lái) 電力系統(tǒng)的構(gòu)成方式采用哪一種 4)電氣設(shè)計(jì)說(shuō)明中包含了哪些內(nèi)容 5)對(duì)照平面圖和主要材料表,該建筑內(nèi)用到了哪些電氣設(shè)備 6)讀識(shí)系統(tǒng)圖,每個(gè)配電箱中包含有哪些電氣元件,其作用及相互關(guān)系是什么 7)仔細(xì)對(duì)照平面圖和系統(tǒng)圖,平面圖上的元件,回路以及配電箱是否跟系統(tǒng)圖一一對(duì)應(yīng) 8)從每一個(gè)配電箱為開始讀識(shí)平面圖,找到其進(jìn)線的位置和出線的數(shù)量;驗(yàn)證導(dǎo)線的根

10、數(shù)是否正確. 9)讀識(shí)防雷平面和接地平面圖,判斷其系統(tǒng)構(gòu)成和做法是否與電氣設(shè)計(jì)說(shuō)明中的要求相一致.圖面上的各種標(biāo)注,其含義是什么 通過對(duì)以上問題的思考,我們可以初步掌握這套電氣施工圖的一個(gè)概況,但只知其然而不知其所以然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,圖紙上表示的許多數(shù)值和做法,為什么要這樣做呢,數(shù)據(jù)得來(lái)的依據(jù)是什么呢 通過以下幾個(gè)部分內(nèi)容的學(xué)習(xí),就可以幫助我們解決這些問題. 2,用需要系數(shù)法和單位用電量指標(biāo)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算 1)負(fù)荷計(jì)算的目的及相關(guān)物理量 (1)負(fù)荷曲線 負(fù)荷曲線按縱坐標(biāo)所表示的功率可分為有功負(fù)荷曲線和無(wú)功負(fù)荷曲線.按橫坐標(biāo)所表示的時(shí)間范圍可分為日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線. a) 日負(fù)

11、荷曲線 (a) 日負(fù)荷曲線的繪制 日負(fù)荷曲線是以一晝夜24h為時(shí)間范圍繪制的,日負(fù)荷曲線的繪制方法有: ①根據(jù)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)24h內(nèi)各個(gè)時(shí)刻的功率表中顯示的數(shù)據(jù),逐點(diǎn)繪制而成的平滑曲線,如圖1.1-1所示,這樣得到的負(fù)荷曲線最為準(zhǔn)確. ②工程上,為了表達(dá)和計(jì)算簡(jiǎn)單起見,往往將負(fù)荷曲線用等效的階梯形曲線來(lái)代替,與精確的負(fù)荷曲線之間會(huì)有一定的誤差,但這種誤差是可以允許的.最為常見的負(fù)荷曲線是以半小時(shí)為時(shí)間間隔所繪制的曲線,如圖1.1-2所示. 圖1.1-1 有功日負(fù)荷的平滑曲線 圖1.1-2 有功日負(fù)荷的階梯形曲線 (b)日負(fù)荷曲線的特征參數(shù) ①日電能耗量 ②最大功率:表示負(fù)荷曲線上

12、功率最大的一點(diǎn)的功率值. ③平均功率:表示日負(fù)荷曲線上日電能耗量與時(shí)間(24h)的比值,即: ④有功負(fù)荷系數(shù)(為: 通常 ( = 0.7～0.75. ⑤無(wú)功負(fù)荷系數(shù)(為: 通常 ( = 0.76～0.82. b)年負(fù)荷曲線 (a)年負(fù)荷曲線的繪制 ①運(yùn)行年負(fù)荷曲線,即根據(jù)每天最大負(fù)荷變動(dòng)情況,按一年12個(gè)月365天逐天繪制,繪制方法與日負(fù)荷曲線相同. ②電力負(fù)荷全年持續(xù)曲線,它的繪制方法是不分日月的時(shí)間界限,而是以全年8760h為直角坐標(biāo)系的橫軸,以負(fù)荷為縱軸按大小依次排列繪成. 繪制方法如下:選擇典型的夏季日負(fù)荷曲線和冬季日負(fù)荷曲線各一條;一般認(rèn)為在南方地區(qū),冬季為165天,

13、夏季為200天,在北方地區(qū),冬季為200天,夏季為165天;從兩條典型日負(fù)荷曲線的功率最大值開始,依功率的遞減順序依次繪制.如圖1.1-3a),b)所示在北方地區(qū),功率P1在年負(fù)荷曲線上所持續(xù)的時(shí)間T1是: 以此類推,繪制出整個(gè)年負(fù)荷曲線,如圖1.1-3所示. 圖1.1-3 電力負(fù)荷全年持續(xù)曲線 a)典型冬季日負(fù)荷曲線 b)典型夏季日負(fù)荷曲線 c)電力負(fù)荷全年持續(xù)曲線 (b)年負(fù)荷曲線的特征參數(shù) ①年電能耗量: ②最大負(fù)荷:表示年負(fù)荷曲線上出現(xiàn)的最大的負(fù)荷值.也即典型日負(fù)荷曲線上的最大負(fù)荷. ③年平均負(fù)荷:即全年消耗電能與全年時(shí)間8760h的比值: ④年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù):若用

14、戶以年最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行小時(shí)即可消耗掉全年實(shí)際消耗的電能,則稱為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù). 2)計(jì)算負(fù)荷的概念 計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)負(fù)荷,其熱效應(yīng)與同時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等.在供配電系統(tǒng)中,以30min的最大計(jì)算負(fù)荷作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù),并認(rèn)為只要電氣設(shè)備能承受該負(fù)荷的長(zhǎng)期作用即可在正常情況下長(zhǎng)期運(yùn)行.一般將這個(gè)最大計(jì)算負(fù)荷簡(jiǎn)稱為計(jì)算負(fù)荷. 反映在30min階梯形負(fù)荷曲線上,就是最大負(fù)荷.即計(jì)算負(fù)荷 為什么要以30min作為確定計(jì)算負(fù)荷的依據(jù)呢 當(dāng)通過載流導(dǎo)體的電流過大時(shí)由于發(fā)熱,導(dǎo)體溫度會(huì)持續(xù)上升,直至被損壞.當(dāng)正常工作電流通過載流導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體發(fā)熱達(dá)到某一熱平衡狀態(tài),此

15、時(shí)導(dǎo)體溫度也相應(yīng)升高到某一可以允許的較高的溫度值.分析表明,載流導(dǎo)體一般經(jīng)過(3～4)(為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)),即能達(dá)到穩(wěn)定溫度,而導(dǎo)體的一般為10～30min左右,因此達(dá)到穩(wěn)定溫度需30～120min時(shí)間.為了保證當(dāng)載流導(dǎo)體上長(zhǎng)期通過計(jì)算電流時(shí)的最高穩(wěn)定溫度不超過其允許溫度,因此取負(fù)荷曲線上的30min最大負(fù)荷作為計(jì)算負(fù)荷其實(shí)是一種較為保守的取法,它是以發(fā)熱時(shí)間常數(shù)較短的導(dǎo)體達(dá)到熱平衡的時(shí)間為取值依據(jù).在負(fù)荷曲線上,時(shí)間值取得越短,最大的等效負(fù)荷(即計(jì)算負(fù)荷)就越大. 3)負(fù)荷的工作制 a)連續(xù)運(yùn)行工作制(長(zhǎng)期工作制) 即電氣設(shè)備投入工作的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),負(fù)荷穩(wěn)定,在工作時(shí)間內(nèi),電氣設(shè)備截流導(dǎo)體

16、可以達(dá)到穩(wěn)定的工作溫度. 連續(xù)運(yùn)行工作制的負(fù)荷是指其持續(xù)工作時(shí)間超過導(dǎo)體達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間,即: 若導(dǎo)體在此時(shí)能安全工作,則該導(dǎo)體即可在同等條件下一直安全持續(xù)工作下去.連續(xù)運(yùn)行工作制設(shè)備很多,如:照明設(shè)備,電動(dòng)扶梯,空調(diào)風(fēng)機(jī),電爐等. b)短時(shí)運(yùn)行工作制(短時(shí)工作制) 即電氣設(shè)備的工作時(shí)間短而停歇時(shí)間長(zhǎng).在工作時(shí)間內(nèi),電氣設(shè)備來(lái)不及達(dá)到穩(wěn)定溫度就停止運(yùn)行并開始冷卻,其發(fā)熱所產(chǎn)生的溫升可以在停歇時(shí)間內(nèi)冷卻到周圍的介質(zhì)溫度. 因此,同樣的電氣設(shè)備,在短時(shí)運(yùn)行工作制下將比在連續(xù)運(yùn)行工作制下可以承受更大的負(fù)荷. 短時(shí)運(yùn)行工作制設(shè)備很少,如:金屬切削用的輔助機(jī)械(龍門刨橫梁升降電動(dòng)機(jī),刀架

17、快速移動(dòng)裝置),水閘用電動(dòng)機(jī)等. c)斷續(xù)運(yùn)行工作制(反復(fù)短時(shí)工作制) 即電氣設(shè)備以斷續(xù)方式反復(fù)工作,其工作和停歇相互交替.在工作時(shí)間內(nèi),電氣設(shè)備來(lái)不及達(dá)到穩(wěn)定溫升就停止運(yùn)行并開始冷卻,但其發(fā)熱產(chǎn)生的溫升不足以在停歇時(shí)間內(nèi)冷卻到周圍的介質(zhì)溫度. 這種電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的可承受功率與其工作時(shí)間和停歇時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)度有關(guān),一般用負(fù)荷持續(xù)率(%來(lái)表示,即: 斷續(xù)工作制的電氣設(shè)備較多,如起重機(jī),電焊機(jī),電梯等.斷續(xù)工作制電氣設(shè)備的額定容量是與其額定負(fù)荷持續(xù)率相對(duì)應(yīng)的,當(dāng)負(fù)荷持續(xù)率不同時(shí), 電氣設(shè)備可承受的功率也將發(fā)生變化.下面推導(dǎo)其換算公式. 設(shè)工作周期內(nèi)為絕熱過程,即發(fā)熱不向四周散失. (a)當(dāng)

18、負(fù)荷持續(xù)率為: 對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備功率為: (b)當(dāng)負(fù)荷持續(xù)率為; 對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備功率為: 設(shè)上述兩種情況下的工作周期時(shí)間T相同,要使電氣設(shè)備在不同負(fù)荷持續(xù)率下,工作溫度不變,需使其工作周期內(nèi)發(fā)熱相等,即: 即: 可得: 上式即為不同負(fù)荷持續(xù)率下,功率的換算公式. 4)負(fù)荷計(jì)算的方法 對(duì)于一個(gè)尚未建立和運(yùn)行的供配電系統(tǒng),其負(fù)荷曲線是未知的,我們無(wú)法直接得到計(jì)算負(fù)荷,而要根據(jù)已有的同類型的用戶的用電規(guī)律來(lái)進(jìn)行計(jì)算. 若已知一個(gè)供電范圍內(nèi)的所有電氣設(shè)備的容量之和為,當(dāng)這些設(shè)備正常使用的時(shí)候,由于各種原因,該供電范圍的負(fù)荷曲線中的計(jì)算負(fù)荷總會(huì)比電氣設(shè)備的總?cè)萘啃?即: 式中K——是

19、一個(gè)小于1的數(shù). 確定這個(gè)K值常用的方法有需要系數(shù)法,二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法等.這些方法都要大量使用到經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù). 若在電氣設(shè)備數(shù)量和容量都不清楚的情況下,要想得到某種使用功能場(chǎng)所的計(jì)算負(fù)荷,可采用各種用電指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,其方法有:負(fù)荷密度法,單位指標(biāo)法,住宅用電量指標(biāo)法等. a)需要系數(shù)法 (a)需要系數(shù)的確定 因?yàn)? 所以,需要系數(shù)為: 影響需要系數(shù)的因素有: ①并非供電范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備都會(huì)同時(shí)投入使用.以同時(shí)系數(shù)表示. ②并非投入使用的所有電氣設(shè)備任何時(shí)候都會(huì)滿載運(yùn)行.以負(fù)荷系數(shù)表示. ③電氣設(shè)備額定功率與輸入功率不一定相等.以電氣設(shè)備的平均效率表示. ④考慮直接向

20、電氣設(shè)備配電的配電線路上的功率損耗后.電氣設(shè)備輸入功率與系統(tǒng)向設(shè)備提供的功率不一定相同.以線路的平均效率表示. 即: 上式中,,,均為小于1的系數(shù). 工程實(shí)際中,很難通過求上述四個(gè)系數(shù)來(lái)得到需要系數(shù),而是根據(jù)已運(yùn)行的實(shí)際系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),得到需要系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值. 需要系數(shù)是以電氣設(shè)備的性質(zhì)為分類原則分類得到的,因此使用時(shí)應(yīng)首先對(duì)所要計(jì)算的設(shè)備進(jìn)行歸類.給出的需要系數(shù)常常是一個(gè)范圍,使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)備的數(shù)量決定取值的大小,設(shè)備數(shù)量越多,需要系數(shù)取值應(yīng)越小,反之則大. (b)負(fù)荷計(jì)算的需要系數(shù)法 在計(jì)算某供電范圍內(nèi)的計(jì)算負(fù)荷時(shí),先根據(jù)負(fù)荷類別進(jìn)行分組,然后按照下列步驟進(jìn)行計(jì)算. ①設(shè)備

21、功率 每組中只有一臺(tái)(套)電氣設(shè)備時(shí),應(yīng)將設(shè)備實(shí)際向供配電系統(tǒng)吸取的電功率作為計(jì)算負(fù)荷,又常把單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷稱作設(shè)備功率以表示.對(duì)于 連續(xù)工作制負(fù)荷: 式中 ——為設(shè)備額定輸入功率,單位為kW. 斷續(xù)運(yùn)行工作制電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷:應(yīng)將其額定功率換算成負(fù)荷持續(xù)率為25%時(shí)的等效功率以便于計(jì)算.即: 式中 ——為設(shè)備額定輸入功率,單位為kW. ——額定負(fù)荷持續(xù)率. 斷續(xù)運(yùn)行工作制電焊機(jī)類負(fù)荷:應(yīng)將其額定功率換算成負(fù)荷持續(xù)率為100%時(shí)的等效功率,以便于計(jì)算.即: 成組用電設(shè)備的設(shè)備功率是指除備用設(shè)備以外的所有單個(gè)用電設(shè)備額定輸入功率的總和. (e) 照明設(shè)備的設(shè)備功率應(yīng)考慮輔助其正

22、常工作的鎮(zhèn)流器等元件上的功率損耗. 白熾燈光源的照明設(shè)備: 熒光燈光源的照明設(shè)備:(考慮電感型鎮(zhèn)流器) 高強(qiáng)氣體放電燈光源的照明設(shè)備:(考慮電感型鎮(zhèn)流器) ②單組設(shè)備計(jì)算負(fù)荷 當(dāng)分組后同一組中設(shè)備臺(tái)數(shù)>3臺(tái)時(shí),計(jì)算負(fù)荷應(yīng)考慮其需要系數(shù),以第j組為例,即 式中 n——第j組設(shè)備數(shù)量; ——第j組設(shè)備總功率,單位為kW; ——第j組需要系數(shù); ——第j組設(shè)備計(jì)算有功功率,單位為 kW; —一第j組設(shè)備計(jì)算無(wú)功功率,單位為kVar; ——第j組設(shè)備計(jì)算視在功率,單位為kVA; ——第j組設(shè)備功率因數(shù)角的正切值; ——電氣設(shè)備額定電壓,單位為kV; ——第j組設(shè)備計(jì)算電流,單

23、位為A. 當(dāng)每組電氣設(shè)備臺(tái)(套)數(shù)≤3臺(tái)時(shí),考慮其同時(shí)使用率非常高,將需要系數(shù)取為1,其余計(jì)算與上述公式相同. ③多組設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷 當(dāng)供電范圍內(nèi)有多個(gè)性質(zhì)不同的電氣設(shè)備組時(shí).先將每一組都按上述l)～2)所述步驟計(jì)算后,再考慮各個(gè)設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷在各自的負(fù)荷曲線上不可能同時(shí)出現(xiàn),以一個(gè)同時(shí)系數(shù)來(lái)表達(dá)這種不同時(shí)率,因此其計(jì)算負(fù)荷為: 式中 m——設(shè)備組數(shù) ——有功功率同時(shí)系數(shù).對(duì)于配電干線所供范圍的計(jì)算負(fù)荷,取值范圍一般在0.8～0.9;對(duì)于變電站總計(jì)算負(fù)荷,取值范圍一般在0.85～1. ——無(wú)功功率同時(shí)系數(shù),對(duì)于配電干線計(jì)算負(fù)荷,取值范圍一般在0.93～0.97;對(duì)于變電站總計(jì)算負(fù)荷

24、,取值范圍一般在0.95～1. ——總計(jì)算有功功率,單位為 kW; —一總計(jì)算無(wú)功功率,單位為kVar; ——總計(jì)算視在功率,單位為kVA; ——總計(jì)算電流,單位為A. 例1.1-1 某旅游賓館變電站負(fù)荷情況如下列設(shè)備清單所示,用需要系數(shù)法計(jì)算變電站總計(jì)算有功功率,無(wú)功功率,視在功率和計(jì)算電流. 設(shè)備清單: 大堂,走道,餐廳,多功能廳等處照明設(shè)備容量:150kW(帶電容補(bǔ)償,cos(=0.9)熒光燈;180kW白熾燈 客房照明設(shè)備容量:70kW白熾燈 冷水機(jī)組容量:120kW4臺(tái) 冷凍水泵容量:30kW5臺(tái)(其中一臺(tái)備用) 冷卻水泵容量:22kW5臺(tái)(其中一臺(tái)備用) 冷

25、卻塔容量:7.5kW4臺(tái) 送,排風(fēng)機(jī)容量:11kW5臺(tái);22kW3臺(tái);17.5kW5臺(tái) 電梯容量:30kw3臺(tái)() 廚房設(shè)備容量:15kW2臺(tái);5kW5臺(tái);2.2kW6臺(tái) 洗衣設(shè)備容量:30kW2臺(tái);6kW3臺(tái);4kW4臺(tái) 解:1)分組計(jì)算 ① 大堂,走道,餐廳,多功能廳等處熒光燈照明設(shè)備() 考慮電感型鎮(zhèn)流器: ② 大堂,走道,餐廳,多功能廳等處白熾燈照明設(shè)備() ③ 客房白熾燈照明設(shè)備() ④ 冷水機(jī)組,冷凍水泵,冷卻水泵,冷卻塔設(shè)備() ⑤ 送,排風(fēng)機(jī)() ⑥ 電梯() ⑦ 廚房設(shè)備() ⑧ 洗衣設(shè)備() 2)計(jì)算總計(jì)算負(fù)荷 因?yàn)?對(duì)于變電站總計(jì)算負(fù)荷,

26、取值范圍一般在0.85～1;取值范圍一般在0.95～1.所以取,.則: 3,利用各種用電指標(biāo)的負(fù)荷計(jì)算方法 當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)及容量尚未確定,但需作初步的負(fù)荷計(jì)算時(shí),如:供配電系統(tǒng)處于規(guī)劃階段時(shí),具體設(shè)備尚未明確;處于初步設(shè)計(jì)階段時(shí),部分主要的,大容量的用電設(shè)備已經(jīng)清楚,但某些分散的,小容量用電設(shè)備(如:照明設(shè)備等)并未確定.這時(shí),均需借助用電指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算.有的電能用戶,如住宅,對(duì)其設(shè)計(jì)供配申系統(tǒng)時(shí),始終無(wú)法得知每個(gè)住戶的實(shí)際用電設(shè)備臺(tái)數(shù)及容量,只能借助用電指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算.常見的方法有:負(fù)荷密度法,單位指標(biāo)法和住宅用電量指標(biāo)法. 上述方法中所涉及到的負(fù)荷密度指標(biāo),單位用電量指標(biāo)或住

27、宅用電量指標(biāo)也都是由經(jīng)統(tǒng)計(jì)和處理的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的. 1)負(fù)荷密度法 式中 S——計(jì)算范圍的使用面積,單位為 m2; ——負(fù)荷密度指標(biāo),單位為 kW/m2. 表1.1-1中所示數(shù)據(jù)為一些常見的工業(yè)與民用電能用戶的負(fù)荷密度指標(biāo). 常見的工業(yè)與民用電能用戶的負(fù)密度指標(biāo) 表1.1-1 用途 負(fù)荷密度指標(biāo) / (kW/m2) 用途 負(fù)荷密度指標(biāo) / (kW/m2) 鑄鋼車間① 0.06 旅游賓館② 0.07～0.08 焊接車間 0.04 商場(chǎng)② 0.12～0.15 鑄鐵車間 0.06 科研實(shí)驗(yàn)樓② 0.08～0.10 金工車間 0.10 辦公樓② 0

28、.07～0.08 木工車間 0.66 中,小學(xué)(有空調(diào)) 0.07～0.08 煤氣站 0.09～0.13 中,小學(xué)(無(wú)空調(diào)) 0.03～0.04 鍋爐房 0.15～0.20 醫(yī)院② 0.08～0.1 壓縮空氣站 0.15～0.20 博展館 0.06～0.07 ① 不含電弧爐, ② 有中央空調(diào). 2)單位指標(biāo)法 式中 ——單位用電指標(biāo),單位為 kW/人,kW/床,kW/產(chǎn)品等; ——單位數(shù)量,單位為人數(shù),床數(shù),產(chǎn)品數(shù)量等. 3)住宅用電量指標(biāo)法 式中 ——住宅用電量指標(biāo),單位為kW/戶; ——供電范圍內(nèi)的住宅戶數(shù); ——住宅用電同時(shí)系數(shù). 住宅

29、用電量指標(biāo)相當(dāng)于一戶住宅的計(jì)算負(fù)荷,其值的大小與住宅的建筑面積,檔次,所處地區(qū)有很大的關(guān)系,并隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,住宅用電量指標(biāo)增長(zhǎng)相當(dāng)迅速;住宅用電同時(shí)系數(shù)表示不同住戶的計(jì)算負(fù)荷的出現(xiàn)在時(shí)間上的不一致性,因此隨著供電范圍的增加(住戶數(shù)量的增加),住宅用電同時(shí)系數(shù)應(yīng)呈減小的趨勢(shì). 表1.1-2為中國(guó)大陸和香港,美國(guó)的住宅用電量標(biāo)準(zhǔn)比較,按照住宅設(shè)計(jì)規(guī)范GB50096-1999,我國(guó)住宅用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)如表1.1-3所示. 中國(guó)大陸和香港,美國(guó)的住宅用電量標(biāo)準(zhǔn)比較 表1.1-2 中國(guó)大陸 香港 美國(guó)(基本配置) 美國(guó)(標(biāo)準(zhǔn)配置) 住宅用電量指標(biāo)/kW 2.5～4 13.2 18.6

30、 25 住宅用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn) 表1.1-3 套 型 居住空間個(gè)數(shù)(個(gè)) 不包括陽(yáng)臺(tái)的使用面積/㎡ 用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)/kW 一類 2 34 2.5 二類 3 45 2.5 三類 3 56 4 四類 4 68 4 按照國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集04DX101-1建筑電氣常用數(shù)據(jù),表1.1-4中為住宅用電同時(shí)系數(shù)推薦值. 住宅用電同時(shí)系數(shù)推薦值 表1.1-4 按單相配電計(jì)算時(shí)所連接的基本戶數(shù) 按單相配電計(jì)算時(shí)所連接的基本戶數(shù) 同時(shí)系數(shù) 通用值 推薦值 3 9 1 1 4 12 0.95 0.95 6 18 0.75 0.80

31、8 24 0.66 0.70 10 30 0.58 0.65 12 36 0.50 0.60 14 42 0.48 0.55 16 48 0.47 0.55 18 54 0.45 0.50 21 63 0.43 0.50 24 72 0.41 0.45 25～100 75～300 0.40 0.45 125～200 375～600 0.33 0.35 260～300 780～900 0.26 0.30 在對(duì)大型住宅小區(qū)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)可使用表1.1-5推薦的供電指標(biāo). 規(guī)劃供電指標(biāo)推薦值 表1.1-5 普通

32、住宅 全電氣化住宅 戶均人口 /人 2.9 2.9 近期戶均指標(biāo) /kW 1.3 2.3 遠(yuǎn)期戶均指標(biāo) /kW 1.8 2.8 思考:這一部分我們主要學(xué)習(xí)了負(fù)荷計(jì)算的相關(guān)知識(shí).負(fù)荷計(jì)算可以說(shuō)是整個(gè)建筑電氣設(shè)計(jì)到施工的基礎(chǔ),通過負(fù)荷計(jì)算,我們可以很準(zhǔn)確地確定每一條回路上的計(jì)算電流的大小,以此為依據(jù),就可以選擇合適的導(dǎo)線和開關(guān)設(shè)備.例如說(shuō),我們都知道空調(diào)回路一般要比照明回路的功率大很多,在電壓相等的情況下,功率越大,意味著通過這些設(shè)備的電流就越大,在這種情況下,我們有必要為這些大功率的設(shè)備選擇較大截面的導(dǎo)線和允許通過電流值較大的開關(guān)設(shè)備.上面講到了幾種不同的負(fù)荷計(jì)算的方法,我

33、們?nèi)匀灰詧D集中的配電箱為例來(lái)計(jì)算,驗(yàn)證配電箱系統(tǒng)圖中所標(biāo)示的計(jì)算負(fù)荷是否準(zhǔn)確.在計(jì)算之前,有兩個(gè)問題需要強(qiáng)調(diào):首先,對(duì)于住宅建筑我們一般選用需要系數(shù)法和用電量指標(biāo)法相結(jié)合的方式;其次,由于需要系數(shù)表中給出的需要系數(shù)一般是一個(gè)范圍,所以在計(jì)算過程中由于需要系數(shù)選取的不同有可能影響最后的計(jì)算結(jié)果.思考以下問題并進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證: 1)圖中AW1配電箱中,標(biāo)示的設(shè)備容量為98KW,當(dāng)需要系數(shù)和功率因數(shù)分別取0.7和0.9時(shí),最后計(jì)算電流為115.8A. 2)圖中AL1配電箱中,標(biāo)示的設(shè)備容量為8KW,當(dāng)需要系數(shù)和功率因數(shù)分別取1和0.9時(shí),最后計(jì)算電流為40A. 通過計(jì)算電流選擇導(dǎo)線和電纜以及開關(guān)

34、設(shè)備的方法在后面詳述.供配電系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定地工作,除了與自身系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)之外,還跟其配套的安全保護(hù)部分息息相關(guān).雷電流是導(dǎo)致建筑供電系統(tǒng)故障的一個(gè)原因,通過下面內(nèi)容的介紹,我們應(yīng)該大致了解雷電流的形成特點(diǎn)以及防護(hù)辦法等內(nèi)容. 4,過電壓與防雷 1)概述 電力系統(tǒng)的過電流和過電壓是一對(duì)對(duì)偶的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài).本書第六章主要講述了系統(tǒng)過電流的危害,特征以及預(yù)防和保護(hù)的方法.本章將針對(duì)過電壓的危害和防護(hù)問題進(jìn)行討論. (1)過電壓的危害 過電壓的危害主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面: ①危及系統(tǒng),設(shè)備安全 過電壓使絕緣遭到破壞而導(dǎo)致系統(tǒng)電氣元件,用電設(shè)備損壞.對(duì)于供配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō),過電壓除了擊穿絕

35、緣造成短路以外,還可能因工頻電壓升高使照明或電熱設(shè)備發(fā)熱功率增大而燒壞設(shè)備,或使電動(dòng)機(jī),變壓器等設(shè)備鐵心磁通密度增大,導(dǎo)致鐵損增大而燒壞設(shè)備,也可能因短時(shí)脈沖過電壓而使電子元器件及設(shè)備損壞. ②危及人身安全過電壓對(duì)設(shè)備或建筑物均可能產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞,并由此帶來(lái)電臺(tái),火災(zāi)等十分嚴(yán)重的后果.這種后果危害人身安全,且大量發(fā)生在非電氣專業(yè)場(chǎng)所,事故造成的損失往往遠(yuǎn)大于在專業(yè)場(chǎng)所發(fā)生的同類故障.因此,對(duì)于這種狀況更應(yīng)作好防范. (2)過電壓的分類 電動(dòng)機(jī),變壓器,輸配電線路和開關(guān)設(shè)備等的對(duì)地絕緣,在正常工作時(shí)只承受相電壓.當(dāng)由于某些原因,電網(wǎng)的電磁能量發(fā)生突變,就會(huì)造成設(shè)備對(duì)地或匝間電壓的異常升高,

36、產(chǎn)生過電壓.過電壓分為雷電過電壓和內(nèi)部過電壓. a)雷電過電壓由于大氣中雷云與雷云,雷云與地面物體間會(huì)出現(xiàn)效電現(xiàn)象,雷云直接對(duì)地面某物體(電氣設(shè)備或建筑物)放電或雷電感應(yīng)而引起的過電壓統(tǒng)稱為雷電過電壓或大氣過電壓或外部過電壓. 這種過電壓在供電系統(tǒng)中占的比重極大,它不僅對(duì)系統(tǒng)中的電氣設(shè)備,而且對(duì)建筑物造成危害.雷電過電壓具有脈沖特性,持續(xù)時(shí)間一般只有幾十微秒,其幅值取決于雷電參數(shù)和防雷措施,與系統(tǒng)的額定電壓參數(shù)無(wú)直接關(guān)系. 雷電過電壓又分為直未雷過電壓,感應(yīng)雷過電壓,侵入波過電壓和雷擊電磁脈沖. ①直擊雷過電壓是指雷電對(duì)電氣設(shè)備或建筑物直接放電而產(chǎn)生的過電壓,放電時(shí)雷電流可達(dá)幾萬(wàn)甚至幾

37、十萬(wàn)安培. ②感應(yīng)雷過電壓是指當(dāng)雷云出現(xiàn)在架空線路上方時(shí),由于靜電感應(yīng),在架空線路上積聚大量異號(hào)電荷,在雷云對(duì)其他地方放電后,線路上原來(lái)被約束的電荷被釋放形成自由電荷以電磁波速度向線路兩側(cè)流動(dòng),形成感應(yīng)過電壓,其電壓可達(dá)幾十萬(wàn)伏. ③雷電侵入波(行進(jìn)波)過電壓是指由于線路,金屬管道等遭受直接雷擊或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的雷電波,沿線路,金屬管道等侵入變電站或建筑物而造成危害.據(jù)統(tǒng)計(jì),這種雷電侵入波占系統(tǒng)雷害事故的50%以上.因此,對(duì)其防護(hù)問題,應(yīng)予相當(dāng)重視. ④雷擊電磁脈沖是指雷電直接去在建筑物防雷裝置和建筑物附近所弓l起的效應(yīng).它是一種干擾源,絕大多數(shù)是通過連接導(dǎo)體的干擾,如雷電流或部分雷電流,

38、被雷電擊中的裝置的電位升高以及電磁輻射干擾. 這種干擾脈沖是～種能量脈沖,它既可以以過電壓形式出現(xiàn),也可以以過電流或電磁輻射形式出現(xiàn),因此,雷擊電磁脈沖并不完全是過電壓?jiǎn)栴},而是一種能量沖擊,因此又將其稱為"電涌"(surge)或"浪涌",它對(duì)供配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣威脅不大,但對(duì)用電設(shè)備中的信息系統(tǒng)設(shè)備的正常工作影響甚大. b)內(nèi)部過電壓 由于系統(tǒng)的操作,故障和某些不正常運(yùn)行狀態(tài),使供配電系統(tǒng)電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的過電壓稱為內(nèi)部過電壓. 內(nèi)部過電壓的持續(xù)時(shí)間與過電壓的類別有關(guān),短的如操作過電壓,其持續(xù)時(shí)間一般為毫秒級(jí),長(zhǎng)的如諧振過電壓可持續(xù)存在. 常見的內(nèi)部過電壓有: (a)操

39、作過電壓是指由于開關(guān)分合閘操作或事故狀態(tài)而引起的過電壓.在開關(guān)操作或事故過程中,系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變將引起系統(tǒng)中電容和電感間電磁場(chǎng)能量互相轉(zhuǎn)換的暫態(tài)過程.在阻尼不足的電路中,這種過程常常是振蕩性的.這時(shí),就有可能在某些設(shè)備上,局部或全部電網(wǎng)中出現(xiàn)過電壓. 常見的操作過電壓有: ①切斷小電感電流時(shí)的過電壓,例如切除空載變壓器,切除電抗器等. ②切斷電容性負(fù)載時(shí)的過電壓,例如切除空載長(zhǎng)線,電容器等. ③中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的弧光接地過電壓. (b)諧振過電壓產(chǎn)生于系統(tǒng)中電感與電容組合構(gòu)成的振蕩回路.其固有自振頻率與外加電源頻率相等或接近時(shí),出現(xiàn)的一種周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)行狀態(tài),叫諧振.由諧

40、振導(dǎo)致的過電壓稱為諧振過電壓. 供配電系統(tǒng)中,諧振過電壓主要有線性諧振過電壓(發(fā)生在由恒定電感,電容和電阻組成的回路中)和非線性(鐵磁)(由于變壓器,電壓互感器等的磁路飽和造成)諧振過電壓. (c)工頻電壓升高,是指因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)生故障,不正常運(yùn)行狀態(tài)或參數(shù)失配造成的異常電壓上升. 常見的工頻電壓升高有長(zhǎng)線路電容效應(yīng)造成的末端電壓升高,不對(duì)稱接地帶來(lái)的健全相對(duì)地電壓升高,突然甩負(fù)荷造成的電壓升高,低壓中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中性點(diǎn)位移造成的電壓升高,共用接地體的高壓接地電壓竄入低壓系統(tǒng)造成的過電壓等. 內(nèi)部過電壓的幅值與電網(wǎng)的額定電壓呈正相關(guān),一般為額定電壓的2.5～4倍,因此在高壓和超高壓系統(tǒng)中顯

41、得特別嚴(yán)重,在以中壓和低壓為主要電壓等級(jí)的供配電系統(tǒng)中,內(nèi)部過電壓對(duì)系統(tǒng)自身的運(yùn)行安全危害相對(duì)較輕.但其對(duì)環(huán)境安全,人身安全或用電設(shè)備安全卻有較大危害. 本書以下分析僅涉及雷電過電壓的防護(hù)問題. (3)雷電過電壓的防護(hù)方法 雷電過電壓的防護(hù)應(yīng)從兩個(gè)方面入手,一是盡量減少雷電過電壓發(fā)生的可能;二是一旦產(chǎn)生了雷電過電壓,應(yīng)采取措施盡量限制過電壓的危害程度. 雷電過電壓的防護(hù)措施主要有: ①雷電直擊的防護(hù)采用直未雷防護(hù)裝置來(lái)保護(hù)供配電設(shè)施或建筑物免受直接雷擊.這類措施的目的是避免直擊雷過電壓. ②雷電過電壓的防護(hù)采用避雷器,并聯(lián)電容器等來(lái)限制和降低由于直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓造成的雷電

42、侵入波過電壓的幅值和陡度.這類措施的目的是避免過電壓對(duì)被保護(hù)物的危害或減輕其危害程度. (4)雷云放由過程及雷電特性 要對(duì)雷電過電壓進(jìn)行防護(hù),首先應(yīng)對(duì)導(dǎo)致雷電過電壓的雷電以及雷電的特性參數(shù)有所了解. a)雷云放電過程 雷電放電是由帶電的雷云引起的.雷云中電荷的形成,有各種學(xué)說(shuō),目前尚未獲得比較滿意的一致性認(rèn)識(shí).一般認(rèn)為,雷云是在有利的大氣和大地條件下,由強(qiáng)大的潮濕的熱氣流不斷上升進(jìn)入稀薄的大氣層冷凝,形成冰晶;在高空中冰晶和過冷的水滴相混合時(shí),形成冰霧;冰晶帶正電而冰霧帶負(fù)電;冰晶被氣流帶到云頂?shù)纳喜?形成帶正電的雷云,而冰霧則形成帶負(fù)電的雷云.雷云與雷云或雷云與大地之間構(gòu)成一個(gè)巨大的

43、電容器,當(dāng)雷云中的電荷聚積到足夠數(shù)量時(shí),雷云對(duì)地之間或不同電荷的雷云間就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象. 在放電初始階段,由于空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離,形成指向大地的一段導(dǎo)電通路,叫做雷電先導(dǎo).雷電先導(dǎo)脈沖式地向地面發(fā)展,到達(dá)地面時(shí),與地面異性電荷發(fā)生劇烈地中和,出現(xiàn)極大的電流并有雷鳴和閃電伴隨出現(xiàn),這就是主放電階段.主放電存在的時(shí)間極短,約為50～100,其溫度可達(dá)2000,并給周圍空氣急劇加熱,驟然膨脹而發(fā)生雷鳴,主放電電流可達(dá)數(shù)百千安,是全部雷電流中的主要部分.主放電階段結(jié)束后,雷云中的殘余電荷經(jīng)放電通道入地,稱為放電的余輝階段,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)約為0.03～0.05s,余輝電流不大于數(shù)百安.雷電流對(duì)地面

44、波及物體有極大危害性,它能傷害人畜,擊毀建筑物,造成火災(zāi),并使電氣設(shè)備絕緣受到破壞,影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行. b)雷電的特性參數(shù) 雷云放電具有很高的電壓幅值和電流幅值.通?？赡軠y(cè)量的是雷電流幅值及其增長(zhǎng)變化速度(也稱為雷電流陡度)這兩個(gè)參數(shù).掌握了這兩個(gè)參數(shù)就能夠計(jì)算雷電過電壓并采取相應(yīng)的防雷保護(hù)措施.但雷電活動(dòng)是大自然的氣象變化形成的,各次雷云的放電條件不同,隨機(jī)性很強(qiáng),其參數(shù)只能通過多次觀測(cè)所得的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來(lái)表示.描述雷電的特性參數(shù)主要有雷電流幅值,雷電流波形,雷暴日,地面落雷密度等. (a)雷電流幅值 雷電流的波形呈脈沖形式,雷電流幅值是指該脈沖電流所達(dá)到的最高值. 雷電流幅值與氣

45、象,自然條件等有關(guān),是一個(gè)隨機(jī)變量,其變化范圍很大.在相同的雷電情況下,被擊物的接地電阻值不同,其雷電流也各異.為了便于互相比較,將接地電阻小于30的物體,遭到直擊雷作用時(shí)產(chǎn)生的電流最大值,叫雷電流幅值.我國(guó)雷電流幅值概率曲線如圖1.1-4所示.這是根據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出的. 圖中橫坐標(biāo)上的P表示雷電流幅值超過縱坐標(biāo)上所示值的概率.該曲線也可用下式表示: 式中 I——雷電流幅值,單位為kA. P——雷電流超過I的概率. 從曲線中可知,幅值超過20kA的雷電流出現(xiàn)的概率為65%,而超過120kA的概率只有7%. (b)雷電流波形 根據(jù)測(cè)量,雷電流波黨是一種非周期性脈沖波,其幅值和陡度隨各

46、次放電條件而異.通常幅值大時(shí)陡度也大,幅值和最大陡度都出現(xiàn)在波頭部分,如圖1.1-5所示. ①據(jù)統(tǒng)計(jì),雷電流的波頭長(zhǎng)度在 l～5的范圍內(nèi),雷電流的波長(zhǎng)在20～50的范圍內(nèi),在防雷保護(hù)中,建議采用的雷電流波形為26/50us(波頭長(zhǎng)度/波長(zhǎng)). ②雷電流陡度是指雷電流幅值與雷電流波頭長(zhǎng)度的比值.由于雷電流的波頭長(zhǎng)度變化不大,所以雷電流的陡度和福值必然密切相關(guān).當(dāng)采用 2.6波頭時(shí),雷電流的.平均陡度a與幅值I線性相關(guān),即: 式中a——雷電流陡度,單位為kA/. (c)雷暴日 雷暴日是指每年中有雷電放電的天數(shù),在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷暴日. 因各地區(qū)氣候特征不同,雷電活動(dòng)在不同

47、地區(qū)的頻繁程度也不同.對(duì)雷電的活動(dòng)狀況可用雷暴日來(lái)表示.雷暴日一般取其統(tǒng)計(jì)的平均值,即平均雷暴日.我國(guó)某些城市的年平均雷暴日如表8-1所示. 在我國(guó)把平均年雷暴日小于15的叫少雷區(qū),大于40的叫多雷區(qū),大于90的叫強(qiáng)雷區(qū).在防雷設(shè)計(jì)上要根據(jù)雷暴日的多少因地制宜地采取防雷措施. 某些城市年平均雷暴日 表1.1-6 (d)年地面落雷密度 地面落雷密度是指每年,每平方公里的地面遭受雷擊的次數(shù). 雷暴日的統(tǒng)計(jì),并沒有區(qū)分雷云之間的放電和雷云與地的放電.實(shí)際上雷云間放電幾率更大.對(duì)防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)研究更有實(shí)際意義的,還是雷云對(duì)單位面積地面的年平均放電次數(shù). 關(guān)于地面落雷密度與雷暴日數(shù)的關(guān)系,目前

48、學(xué)術(shù)界尚有爭(zhēng)議,一般可用下式計(jì)算: 式中 ——每年每平方公里地面落雷數(shù),單位為次/ ——年平均雷暴日; ——地面落雷密度,即每雷暴日每平方公里地面落雷數(shù),單位為次/ (e)建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù) 在進(jìn)行建筑防雷設(shè)計(jì)時(shí)通常采用年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)這一參數(shù). ①建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)按下式確定: 式中 N—一建筑物預(yù)計(jì)雷擊次數(shù),單位為次/a; k——校正系數(shù),在一般情況下取1;在下列情況下取相應(yīng)數(shù)值:位于曠野孤立的建筑物取2;金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7;位于河邊,湖邊,山坡下或山地中 土壤電阻率較小處,地下水路頭處,土山頂部,山谷風(fēng)口等處的建筑物以及特別潮濕的建筑物取1.5;

49、 ——建筑物所處地區(qū)雷擊大地的平均密度,單位為次/a; ——與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積,單位為km^2. ②建筑物等面積向外擴(kuò)大后的面積.如圖1.1-6所示. a)當(dāng)建筑物的高 H 小于 100m時(shí),其每邊的擴(kuò)大寬度和等效面積應(yīng)按下式計(jì)算: 式中 D——建筑物每邊的擴(kuò)大寬度,單位為m; L,M,H——分別為建筑物的長(zhǎng),寬,高,單位為m. b)當(dāng)建筑物的高H等于或大于100m時(shí),其每邊的擴(kuò)大寬度應(yīng)按等于建筑物的高 H,由下式計(jì)算: 3)當(dāng)建筑物各部位的高不同時(shí),應(yīng)沿建筑物周邊逐點(diǎn)算出最大擴(kuò)大寬度,其等效面積應(yīng)按每點(diǎn)最大擴(kuò)大寬度外墻的連接線所包圍的面積計(jì)算. (5)接地

50、和接地裝置 a)接地的概念 電氣設(shè)備的任何部分與土壤間作良好的電氣連接,稱為接地.直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體或接地極.連接于電氣設(shè)備接地部分與接地體間的金屬導(dǎo)線稱為接地線.接地體可分為人工接地體和自然接地體,人工接地體是指專門為接地而裝設(shè)的接地體,自然接地體是指兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件,金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)等.接地體和接地線組成的總體稱為接地裝置. b)接地裝置的散流場(chǎng) 當(dāng)由于某種原因有電流流入接地體時(shí),電流就通過接地體向大地作半球形散開,這一電流稱為接地電流,接地電流流散的范圍稱為散流場(chǎng).接地裝置的對(duì)地電壓與接地電流之比為接地電阻.實(shí)驗(yàn)表明,離接地體

51、越遠(yuǎn),土壤導(dǎo)電面積越大,電阻就越小.在距25m長(zhǎng)的單根接地體20m處,導(dǎo)電半球形面積可達(dá)2500m^2,土壤散流電阻已小到可以忽略,也就是這里的電位已趨近于零,可以認(rèn)為遠(yuǎn)離接地體20m以外的地方電位為零,稱為電氣上的"地"或"大地",如圖1.1-7所示. ①電氣也備的絕緣股外時(shí),在身體可同時(shí)觸及的兩部分之間出現(xiàn)的電位差稱為接觸電壓 ②人在散侃場(chǎng)中分走肘,同腳間出現(xiàn)的電位差稱為跨步電壓隊(duì); c)接地的分類 接地按其作用可作如下分類: ①功能性接地,是指為了保證系 統(tǒng)或設(shè)備的正常運(yùn)行,或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)電氣裝置的固有功能,提高縣則靠性向進(jìn)行的接地.如:變壓器中性點(diǎn)接地. ②保護(hù)性接地,是指為了保

52、證人身安全而進(jìn)行的接地.如:電氣裝置外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分的接地;為防止雷電過電壓對(duì)設(shè)備或人身安全的危害而進(jìn)行的防雷接地;為消除靜電對(duì)電氣裝置和人身安全危害而進(jìn)行的接地. ③功能性和保護(hù)性合一的接地,是將功能性和保護(hù)性接地結(jié)合在一起的接地.如:屏蔽接地. d)接地電阻 指構(gòu)成接地裝置的各部分的電阻之和. ①工頻(50HZ)接地電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)出來(lái)的接地電阻稱為工頻接地電阻. ②沖擊電流(如雷電流)流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)出來(lái)的接地電阻稱為沖擊接地電阻. 2)直擊雷的防護(hù) (1)直擊雷防護(hù)裝置的組成 對(duì)直擊雷的防護(hù)措施是讓雷電在人為設(shè)置的直走雷防護(hù)裝置上放電,使雷電流沿防護(hù)裝

53、置瀉入地中,以免被保護(hù)的設(shè)備或建筑物受到損壞. 如圖1.1-8所示,直擊雷防護(hù)裝置由三個(gè)主要的部分組成. ①接閃器 直接截受雷擊的避雷針,避雷蒂(線),避雷網(wǎng),以及作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等.避雷針,避雷帶(線),避雷網(wǎng)一般以鋼管,鋼筋或扁鋼等制成. ②引下線 連接接閃器和接地裝置的金屬導(dǎo)體.一般以鋼筋或扁鋼等制成,也可以利用建筑物結(jié)構(gòu)柱內(nèi)的鋼筋兼作. ③接地裝置 接地體與接地線的總和.可以以鋼筋,扁鋼和各種型鋼制成,也可以利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋兼作. 其防護(hù)原理是:在雷電先導(dǎo)的初始階段因先導(dǎo)高地面較高,故先導(dǎo)發(fā)展的方向不受地面物體的影響,但當(dāng)其向下至某一高度時(shí),地面上的接閃器將會(huì)

54、影響先導(dǎo)的發(fā)展方向,使先導(dǎo)向接閃器定向發(fā)展,這是由于接閃器較高并具有良好的接地,在其上因靜電感應(yīng)而積聚了與先導(dǎo)相反極性的電荷使其附近的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)的緣故,此時(shí)先導(dǎo)放電電場(chǎng)即開始被接閃器所歪曲,將先導(dǎo)放電的途徑引向接閃器本身,從而達(dá)到保護(hù)被保護(hù)物的目的. (2)接閃器的保護(hù)范圍 接閃器的保護(hù)范圍目前尚無(wú)精確的理論計(jì)算方法,都是用根據(jù)模擬試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)算法,由于雷擊路徑的偶然性,因此要保證被保護(hù)物絕對(duì)不受直接雷擊是不現(xiàn)實(shí)的,一般,保護(hù)范圍是指具有0.L%左右雷擊概率的空間范圍. 接閃器保護(hù)范圍的求取方法常用的有兩種,即折線法和滾球法.其中折線法中,只有避雷針(線)保護(hù)范圍的

55、計(jì)算方法. 通常,在對(duì)建筑物的保護(hù)范圍計(jì)算時(shí)使用滾球法;而在對(duì)供配電設(shè)施的保護(hù)范圍計(jì)算時(shí)使用折線法. a)滾球法 滾球法是以人為半徑的球體,沿需要防直擊雷的部位滾動(dòng),當(dāng)球體只觸及接閃器(包括被利用作為接問器的金屬物),或只觸及接閃器和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物),而不觸及需要保護(hù)的部位時(shí),則該部分就得到接閃器的保護(hù). 滾球法中所用的滾球半徑與被保護(hù)物的重要性和危險(xiǎn)性有關(guān),即與孩保護(hù)物的防雹等級(jí)有關(guān).對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō),一,二,三類防雷建筑所需的滾球半徑分別為30m,45m,60m.建筑物的重要性或危險(xiǎn)性越大,滾球半徑要求越小,即越趨于保守. (a)避雷針的保護(hù)范圍可以采用獨(dú)

56、立的單支避雷針保護(hù),也可以采用多支避雷針進(jìn)行聯(lián)合保護(hù). (1)單支避雷什的保護(hù)范圍如圖1.1-9所示,單支避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)按下列方式確定 1)當(dāng)避雷針高度h小于或等于此時(shí): ①距地面處作一平行于地面的平行線. ②以針尖為圓心,為半徑,作弧線交于平行線的A, B兩點(diǎn). ③以A,B為圓心,為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并與地面相切.此弧線起到地面止就是保護(hù)范圍.保范圍是一個(gè)對(duì)稱的錐體. ④避雷針在高度的x和在地面上的保護(hù)半徑,按下列計(jì)算式確定: 式中 ——避雷針在太高度的 x平面上的保護(hù)半徑,單位為 m; ——滾球半徑,單位為m; —一被保護(hù)物的高度,單位為m; ——避雷針在

57、地面上的保護(hù)半徑,單位為m. 2)當(dāng)避雷外高度h大于時(shí),在避雷針上取高度的一點(diǎn)代替單支避雷針針尖作為圓心,其余做法與上面完全相同. (2)雙支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖8-7所示,在避雷針高度h小于或等于的情況下,當(dāng)兩支避雷針的距離D大于或等于2時(shí),應(yīng)各按單支避雷針的方法確定;當(dāng)D小于2時(shí),按下述方法確定: 1)AEBC外側(cè)的保護(hù)范圍,按照單支避雷針的方法確定. 2) C, E點(diǎn)位于兩針間的垂直平分線上.在地面每側(cè)的最小保護(hù)寬度按下式計(jì)算: 在AOB軸線上,距中心線任一距離X處,其在保護(hù)范圍上邊線上的保護(hù)高度按下式確定: 該保護(hù)范圍上邊線是以中心線距地面的一點(diǎn)O為圓心,以為半徑所

58、作的圓弧AB. 3)兩針間AEBC內(nèi)的保護(hù)范圍, ACO部分的保護(hù)范圍按以下方法確定:在任一保護(hù)高度和C點(diǎn)所處的垂直平面上,以作為假想避雷針,按單支避雷針的方法逐點(diǎn)計(jì)算確定,見圖8-7中l(wèi)-1剖面.確定BCO,AEO,BEO部分的保護(hù)范圍的方法與ACO部分的相同. 4)確定x平面上保護(hù)范圍截面的方法.以單支避雷針的保護(hù)半徑為半徑,以 A,B為圓心作弧線與四邊形AEBC相交;以單支避雷針的為半徑,以E,C為圓心作弧線與上述弧線相交,見圖1.1-10中粗虛線. (3)雙支不等高避雷針的保護(hù)范圍如圖1.1-11上所示,在h1小于或等于和小于或等于的情況下,當(dāng)D大于或等于時(shí),應(yīng)按各單支避雷針?biāo)?guī)

59、定的方法確定,當(dāng)D小于時(shí),應(yīng)按下列方法確定. L) AEBC外側(cè)的保護(hù)范圍,按照單支避雷針的方法確定. 2)CE線或線的位置接下式計(jì)算: 3)在地面上每側(cè)的最小保護(hù)寬度b.按下式計(jì)算: 在AOB軸線上,A,B間保護(hù)范圍上邊線按下式確定: 式中 x——距CE線或線的距離. 該保護(hù)范圍上邊線是以線上距地面的一點(diǎn)為圓心,以為半徑所作的圓弧AB. 4)兩針間AEBC內(nèi)的保護(hù)范圍,ACO與AEO是對(duì)稱的,BCO與BEO是對(duì)稱的,ACO部分的保護(hù)范圍按以下方法確定:在和C點(diǎn)所處的垂直平面上,以作為假想避雷針,按單支避雷針的方法確定,見圖1.1-11中l(wèi)-l剖面.確定BCO,AEO,B

60、EO部分的保護(hù)范圍的方法與ACO部分的相同. 5)確定平面上保護(hù)范圍截面的方法與雙支等高避雷針相同. (4)矩形布置的四支等高避雷針的保護(hù)范圍.如圖8-9所示,在h小于或等于的情況下,當(dāng)大于或等于2時(shí),應(yīng)各按雙支等高避雷針的方法確定;當(dāng)小于2時(shí),應(yīng)按下列方法確定: 1)四支避雷針的外側(cè)各按雙支避雷針的方法確定. 2) B,E避雷針連線上的保護(hù)范圍見圖1.1-12的1-1剖面,外側(cè)部分按單支避雷針的方法確定.兩針間的保護(hù)范圍按以下方法確定:以B,E兩針針尖為圓心,為半徑作弧相交于O點(diǎn),以O(shè)點(diǎn)為圓心,為半徑作圓弧,與針尖相連的這段圓弧即為針間保護(hù)范圍.保護(hù)范圍最低點(diǎn)的高度h.按下式計(jì)算:

61、 3)圖1.1-12中剖面2-2的保護(hù)范圍,以P點(diǎn)的垂直線上的O點(diǎn)為圓心,為半徑作圓弧與B,C和A,E雙支避雷針?biāo)鞒鲈谠撈拭娴耐鈧?cè)保護(hù)范圍延長(zhǎng)圓弧相交于F,H點(diǎn).F(H)點(diǎn)的位置及高度按下式計(jì)算確定: 4)確定圖1.1-12中剖面3-3的保護(hù)范圍的方法同雙支不等高避雷針的方法. 5)確定四支等高避雷針中間在至h之間于高度的平面上保護(hù)范圍截面的方法:以P點(diǎn)為圓心,為半徑作圓或圓弧,與各雙支避雷針在外側(cè)所作的保護(hù)范圍截面組成該保護(hù)范圍截面,如圖1.1-12中虛線所示. 2.避雷線的保護(hù)范圍 單根和多根避雷線的保護(hù)范圍的具體計(jì)算方法參見相關(guān)的資料. 思考:通過上面內(nèi)容,我們可以結(jié)合

62、圖紙了解防雷接地系統(tǒng)的作用及做法,讀識(shí)圖集并思考以下問題: 該建筑所處地理位置屬于多雷區(qū)還是少雷區(qū) 該建筑的防雷分級(jí)如何 圖中采用哪種接閃器 該建筑中引下線有什么要求 其間距應(yīng)滿足什么要求 根據(jù)規(guī)范要求驗(yàn)證圖集中的防雷裝置能否保護(hù)本建筑. 1.2 主要材料準(zhǔn)備 1,列主要材料表 2,常見開關(guān)電器及其選擇 開關(guān)電器是構(gòu)成供配電系統(tǒng)的重要元件.供配電系統(tǒng)中開關(guān)電器按所在電壓等級(jí)可分為高壓開關(guān)和低壓開關(guān). 1)高壓斷路器 斷路器不僅可以分合負(fù)荷電流,還能分?jǐn)喽搪冯娏?即斷路器應(yīng)具有很好的滅弧能力,因此需要專用的滅弧裝置.觸頭置于滅弧裝置的外殼即滅弧室中,不能直接看到觸頭的開

63、閉狀態(tài).另外由于觸頭要求分,合力大,動(dòng)作速度快,因此,高壓斷路器一般應(yīng)具備一套操作系統(tǒng)和與之配套的操作電源才能實(shí)現(xiàn)分,合操作. a)高壓斷路器的分類 高壓斷路器可以按安裝地點(diǎn)分為戶內(nèi)式和戶外式,但高壓斷路器一般都安裝在成套配電裝置內(nèi),所以大多做成戶內(nèi)式.高壓斷路器通常按滅弧室中的滅弧介質(zhì)進(jìn)行分類,主要有少油式斷路器,真空斷路器和六氟化硫斷路器.下面簡(jiǎn)單介紹這三種常用高壓斷路器的結(jié)構(gòu)和性能. (a)少油式斷路器 少油式斷路器是相對(duì)于以前常用的多油式斷路器而言,多油式斷路器的油量很大,既作滅弧介質(zhì),也作絕緣介質(zhì).這種斷路器目前較少使用,而少油式斷路器油量較少,僅幾公斤,只作滅弧介質(zhì). 少油

64、斷路器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜,在供配電高壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用.但由于其滅弧介質(zhì)為油,因此不能用于有較高防火,防爆要求的場(chǎng)合,如高層建筑內(nèi)的配電系統(tǒng)中就不能使用少油斷路器;另外油滅弧介質(zhì)多次在電弧作用下受熱分解后,其介質(zhì)強(qiáng)度會(huì)受到影響,因此不能用于頻繁操作的場(chǎng)合. (b)真空斷路器 真空斷路器是以真空作為滅弧介質(zhì)的斷路器.真空斷路器由真空滅弧室,絕緣體傳動(dòng)件和機(jī)架組成. 這里所指真空,是氣體壓力在0.0133Pa以下的空間,真空間隙的氣體稀薄,分子的自由行程大,發(fā)生碰撞的幾率小,因此,碰撞游離已不是真空間隙擊穿產(chǎn)生電弧的主要因素.真空中電弧是在觸頭電極蒸發(fā)出的金屬蒸汽中形成的. 真空斷路器的特點(diǎn)

65、是: ① 觸頭開距短.10kV級(jí)真空斷路器的觸頭開距只有10mm左右.因?yàn)殚_距短,可使真空滅弧室做得小巧,所需操作機(jī)構(gòu)做功小,動(dòng)作快. ② 燃弧時(shí)間短,觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)速度快,且與分?jǐn)嚯娏鞔笮o(wú)關(guān),一般只有半個(gè)周波.但由于其滅弧不一定是在電流過零時(shí)自然熄弧,可能引起回路中的過電壓,因此用真空斷路器分?jǐn)嚯娐窌r(shí)可能會(huì)給系統(tǒng)造成不利影響. ③ 由于觸頭在開斷電流時(shí)燒損量很少,所以觸頭壽命長(zhǎng),能較頻繁操作. ④ 體積小,重量輕,防火防爆性能好. (c)SF6斷路器 六氟化硫(SF6)斷路器是利用SF6氣體做滅弧介質(zhì)的一種斷路器,SF6是一種化學(xué)性能非常穩(wěn)定的惰性氣體,具有優(yōu)良的電絕緣性能,絕

66、緣強(qiáng)度高,電弧熄滅后,恢復(fù)絕緣快.但在電弧的高溫作用下SF6會(huì)分解出F2,有較強(qiáng)的腐蝕性和毒性. SF6斷路器的特點(diǎn)是:斷流能力強(qiáng),滅弧速度快,不易燃,電壽命長(zhǎng),可頻繁操作,機(jī)械可靠性高以及不維修周期長(zhǎng).但要求加工精度高,密封性能要求非常嚴(yán)格,價(jià)格較高. b)高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu) 斷路器進(jìn)行分閘,合閘操作以及保持合閘狀態(tài),這些任務(wù)全由操作機(jī)構(gòu)來(lái)完成. 操作機(jī)構(gòu)的操作過程,實(shí)際上就是使操作元件(如合閘元件或分閘元件)獲得動(dòng)能,再通過拐臂和連桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)能傳到觸頭去實(shí)現(xiàn)合閘或分閘的過程. 當(dāng)斷路器合閘時(shí),操作機(jī)構(gòu)必須克服斷路器分閘的阻力和斷路器運(yùn)動(dòng)部分的重量以及摩擦阻力等,所以合閘操作所需做功很大,而分閘時(shí),只需使保持?jǐn)嗦菲骱祥l位置的操作機(jī)構(gòu)閉鎖裝置脫扣即可,因此,分閘時(shí)所需做功較小. 根據(jù)產(chǎn)生合閘操作所需能量的方式,操作機(jī)構(gòu)主要可分為下列幾種類型. (a)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu) 靠人力直接作為合閘動(dòng)力的機(jī)構(gòu)稱為手動(dòng)機(jī)構(gòu),這種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是操作作功受人力限制,合閘時(shí)間長(zhǎng),且隨操作人員的體力不同而不同,此種機(jī)構(gòu)只能用在小容量斷路器上. (