楼宇供配电系统的设计与实现

楼宇供配电系统的设计与实现内容摘要：

下级时间差来保证短路保护动作的选择性。 这一做法的系统结构设计比较合理，但也带来了另一个问题，即除末端断路器外，其上各级断路器即使在出口处短路它也不能瞬时动作而只能延时动作。 按上述 GB50054－ 96 规范第 条规定，发生短路时为满足热稳定 要求，流过短路电流的导体的截面 S 应满足下式要求： KtIS / 式中， I、 t、 k 分别是短路电流有效值，短路电流作用时间（也即断路器动作时间）和计算系数。 如果断路器延时动作，导体截面将按此式增大。 越靠近电源的断路器其出口处短路电流越大，以至大到十分不合理的地步，其结果是大量耗用有色金属和绝缘材料。 而断路器也需能承受长时间短路电流的热作用和机械作用，这必然增大断路器的制作成本。 所以国外的这种全靠短延时来保证选择性的做法也是 难以令人满意的。 (2) ZSI 圆满的解决了配电系统短路保护的选择性问题 值得欣慰的是现时国际上已得到了较好的采用级间选择性连锁技术，简称 ZSI（ Zone Selective Interlocking），可以较好的解决这一老大难题。 由于电子信息技术的迅猛发展，八十年代后期国际上推出了所谓的智能型断路器，它有许多新功能，从而大大提高了断路器的性能，使配电系统得以设计得更加完善。 其中之一就是 ZSI，它能圆满地解决短路保护的级间选择性问题，其原理可用图2 来说明。 图中末端回路上的断路器 4K 是带有长延时和瞬动的一般断路器， 3K 、 2K和 1K 都是带有长延时、短延时和瞬动以及 ZSI 功能的智能型断路器。 采用 ZSI 时要求在智能型断路器间加设一与主回路平列的信号回路，如图上虚线所示。 图 2 ZSI 动作原理图 当末端回路上 A 点发生短路时， 4K 瞬时动作，这时 3K 也检测出短路电流，它通过信号线给 2K 、 1K 发出信号（同理， 2K 也给 1K 发出同样的信号），使 2K 、 1K 的瞬K1 K2 K30 . 5 s 0 . 3 s 0 . 1 sK40sABCD用电设备   毕业设计 12 动元件被锁住而不动作，同时 3K 也给自己发出自锁信号，使自己的瞬动元件不动作，只有 的延时动作，以作 4K 的后备短路保护，从而在 4K 和 3K 间实现了选择性动作。 当 B 点短路时，情况相同。 3K 仍给 2K 、 1K 发出连锁信号，短路电流也小，对回路导体截面的影响不大。 当 C 点短路时， 2K 检测出短路电流，它发出信号，使 1K不能瞬动而只剩 的延时动作，而 2K 本身未自锁，也未接到前级的连锁信号，可瞬时动作，从而大减小了被保护线路的截面。 当 D 点短路时， 1K 未接收到前级发来的连锁信号，它可立即瞬时动作，以减轻被保护导体承受的短路能量的冲击。 综上所述，可见 ZSI 具有良好的满足配电系统选择性要求的功能。 该瞬动则瞬动，该延时则延时；即不增加配电回路数，也不需增大导体截面。 应该说 ZSI 是现时国际上能满足配电系统选择性要求的一 项新技术，能有效地避免大面积停电引起的巨大经济损失，可用在重要负荷上及一般较重要负荷上。 换言之，保证配电系统保护选择性的面将因 ZSI 推广应用而拓宽了。 毕业设计 13 第 3 章 楼宇供配电系统主接线图的布置 主接线方式的确定 在选择主接线方式时，必须考虑的主要因数是：满足用户对供电可靠性和电压质量的要求，运行灵活方便，有好的经济指标等。 1). 主接线的基本要求有四点： (1) 可靠性 (2) 灵活性 (3) 安全性 (4) 经济性 2). 变配电所的主接线常见的形式有： (1)单母线不分段 (2) 单母线分段 (3) 桥式接线，包括内桥与外桥 (4) 单母线加旁路母线 (5) 双母线 在进行该楼宇的变配电所的设计中，初步做了以下两种设计方案进行比较。 方案一：单母线分段接线形式 当任一台主变压器检修或发生故障时，或电源进线检修或发生故障时，通过手动 毕业设计 14 或自动切换操作，可很快恢复整个变配电所的供电或其主要负荷的供电。 此方案的优点是供电可靠性较高，操作灵活，除母线故障或检修外，可对用户连续供电。 缺点是母线故障或检修时，有 50%左右的用户停电。 方案 二：单母线不分段接线方式 当母线或母线隔离开关，变压器等发生故障或进行检修时，必须断开所有供电电源，造成全所停电，即 100%负荷停电。 此方安的优点是电路简单，使用设备少，配电装置投资少。 缺点是可靠性差，灵活性差。 对于方案一与方案二的比较，且该楼宇对供配电系统的高要求，适合采用供电可靠性高，灵活性高且安全的设计方案，所以在本设计中宜采用方案一进行设计。 配电系统的主接线图 根据前面计算负荷和主接线方案的选定，该楼宇的主接线图的布置如下： 毕业设计 15 自备应急电源 凡是允许中断 供电时间在 15s 以上时，可采用柴油发电机组作为应急备用电源。 凡符合下列条件之一的，亦可采用柴油发电机组作自备电源： (1) 需要设置自自备电源作为一级负荷中特别重要负荷的应急电源时。 (2) 设置自备电源比从电力系统中取得第二电源经济合理，或第二电源不能满足一级 毕业设计 16 负荷要求的条件时。 当市电中断时，机组应立即启动，机组应与电力系统联锁，避免与其并列运行。 当市电恢复时，机组应自动退出工作，并延时停机。 1). 柴油发电机选择注意事项 (1) 选用相应容量上一等级的的柴油发电机组功率 PH，即 PH≥Pjs。 PH为柴油发动机的连续输出功率，主机容量或备用电源，对于某些机组，应按其实验条件及使用环境温度，适当降容。 (2) 按选定的电机容量，校核用户中最大一台容量的电机，启动时发电机母线上的压降不应小于 20%，若没有电梯设备，压降可以达到 25%。 (3) 在初步设计阶段，可按供电变压器的容量的 10%20%估算柴油发动机的容量。 2). 柴油发动机容量及台数的选择 (1) 高层建筑的自备发动机组是应急电源设备，供电对象一般是一级负荷或重要负荷，其容量的选择应按应急负荷大小和投入顺序以及应急设备拖动电动机的起动容量参数决定。 (2) 高层建筑中自备发动机组应选择应急自起动型柴油发动机组全自动型柴油发动机组，而且要热动性能好，运行可靠，高速小体型机组，起输出功率应按应急备用功率来选取。 (3) 所选的机组装设快速自起动装置和电源自动切换装置，并应具有连接三次自起动的功能，机组一般应采用电起动，不宜采用压缩空气起动。 3). 自备电源容量的计算 一般情况下，按变压器容量的 10%20% 估算， SN=2020KVA 柴油发动机组容量为： S 柴 = SN20% =202020% =400KVA 根据英国伯琼斯 劳斯莱斯柴油发动机组参数表初步确定该楼宇的柴油发动机组容量为 400KVA 相关参数如下： 型号 P425E 额定容量 425KVA 连续输出功率 340KW 连续输出电流 646A 最大输出功率 376KW 柴油机型号 2020TTAG 注：查《供配电系统》 P38 毕业设计 17 第 4 章 智能楼宇配电系统漏电的火灾危险性及其防范 多年来，我国对电气火灾的防范工作大多只限于一般性的 防火检查，这与许多发达国家存在着较明显的差异。 发达国家更注重依靠完善的电气系统设计、安装和管理来消除电气起火的隐患，从根本上杜绝电气起火事故的发生。 正是由于侧重点的差异，才造成今日我国电气火灾此起彼伏，防不胜防的严峻局面。 近年来，由漏电引起的火灾不断发生，而且这种火灾比起短路等引起的火灾更具隐蔽性。 通常是消消地发生，失火后也难以找到真正的原因（被短路等假象所掩盖）来加以防范，因此，危害性也就更大。 充分了解漏电的火灾危险性，加强对漏电的技术防范措施应是当前电气防火工作的重要任务之一。 漏电的火灾危险性 在线路短路中大部分是接地故障 ,即相线与大地、电气设备外壳、金属结构管道之间的短路。 电气线路或设备绝缘损坏后 ,在一定的环境下 ,对靠近物质 (穿线金属管、电气装置金属外壳、潮湿木材等 )会发生漏电。 就像水管漏水使局部物质受潮或水渍一样，漏电可使局部物质带电，给人们造成严重的或致命的触电或产生火花、电弧、过热高温等而造成火灾。 目前，在低压配电系统中多采用接零保护（接地保护）及过流保护装置（熔断器等）来防止严重的漏电短路的情况发生。 但往往是接地故障短路电流不足以使过电流保护装置可靠动作切断电源。 1). 漏电引起火灾 的原因 (1) 接地电弧短路 ——最危险且多发的电气火灾隐患 人们都知道电气短路会引起火灾，但不清楚哪一种短路容易起火和如何加以防止。 电气短路有两类：一类是金属性短路，另一类是电弧性短路。 前一类的短路短路电流大，线路能产生高温，人们以为这种短路起火危险大，其实不然，因为保险丝能被短路时的大电流烧断而切断电源，无从起火；后类短路是由于短路点未被焊死而迸发电弧或电火花，它短路电流不大，保险丝一般不会被熔断，而电弧则持续存在，其局部温度可高达 2020℃ 3000℃ ，很容易引燃旁可燃物质，这种短路电弧往往成为火灾的点 火源。 因此，接地电弧性短路是最常见且多发的电气火灾起因。 国外电气防火研究的结论如此，我国几年一些电气短路火灾的现场分析结果也是如此。 (2) 漏电电流引起火灾漏电故障点一般情况下接触会不实，似接非接，导致接触电阻较大，使过流保护装置难以动作，同时会在故障点处产生电弧。 据检测，仅 的电流其电弧温度就可达 2020℃ 以上，足以引燃所有可燃物。 毕业设计 18 保护零线可保护地线的线径大小容易被忽视，如果选择过小，当通过较大的漏电电流时，线路温升较快，同样也能引起火灾。 还有一种情况，在潮湿的环境下，当带电裸导线接触木材，泄 漏电流流经它有表面纤维素时，会使木材炭化发展成火灾事故。 所以电气线路未经穿插管保护而通过可燃物时，是十分危险的，这种漏电的危险性存在于所有的配电系统中。 (3) 保护零线或保护地线的接线端子处连接不实，引起火灾。 相线与零线接线端子连接不实，设备工作不正常可以及时发现处理，而保护零线或地线的接线端子连接不实，电阻过大，设备照常工作，但故障点不易发现。 一旦发生漏电，由于故障点接头太松或腐蚀等，出现高阻，造成局部过热，连接端子处产生高温或电弧，能够引燃周围可燃物质，或者烧坏电器插座、开关等，引燃木质底座，这是较 常见的漏电起火形式。 (4) 漏电电流引起火灾漏电持续发生后，由于电流不能流散，而寻找阻抗小的另一回路通地，会沿保护接零线（接地线）传导使所有与之相连的电气装置的金属外壳带有对地电压，这时就可能向邻近低电位的水暖管、煤气管等金属构件飞弧成为起火源，仅 20V 的维持电压就可使电弧连续发生，同样能引燃周围可燃物，如果是向燃气管飞弧，就可能击穿管壁，造成煤气泄漏引起火灾，需要说明的是，由于电压的传导，漏电点与起火点不一定会一致。 2). 造成漏电的因素 造成漏电的因素很多，归纳起来，主要有以下几点： (1) 低 压配电系统的安装质量得不到保证。 表现在：潮湿或有酸碱腐蚀性的环境中，电线明敷，设备未做保护直接安装；布线时，刀、钳、锤等损伤绝缘层；导线接头连接质量和绝缘包扎质量不符合要求等等不规范现象。 (2) 电气线路或设备疏于检查，因过负荷或使用年限较长等原因绝缘劣化； (3) 选用假冒的电气产品； (4) 外界因素：水分浸入、挤压、鼠咬等。 漏电火灾的防范措施 1). 为了防范漏电而引起火灾，国内外一般都采用装设正确合理的漏电保护器。 现行的低压配电系统中设置的保护接零和过流保护装置等措施不能完全有效地防止 漏电火灾的发生，因此，在建筑物电源总进线处应设置专用于防火的漏电保护器。 96 年施行的国际《低压配电设计规范》（ GB5005495）对此也作了较明确的要求。 为防止大面积停电，配电线路都应有接地故障保护，而 RCD 是最有效的接地故障保护器。 因为当发生电弧性接地故障起火时，。