建筑电气的基本系统.ppt

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1、第十一章 建筑电气系统概述,第一节 建筑电气系统的作用和分类,建筑电气对于整个建筑物建筑功能的发挥、建筑布置和构造的选择、建筑艺术的体现、建筑管理的灵活性以及建筑安全的保证等方面，都起着重要的作用。建筑电气是建筑工程中的一部分，因而，作为一个建筑师在从事由建筑方案开始的整个设计阶段和过程中，都必须熟悉和掌握一定的电气知识、理论和技术，将建筑电气作为整个建筑物的必要的组成部分加以统筹考虑和合理安排，使相互之间有机配合，才可以在所设计的建筑物内部真正体现出一个理想的环境。,主要分为:,一、创造环境的设备,对居住者的直接感受作用最大的环境因素为光、温湿度、空气和声音四个方面。这四个方面的条件均部分或

2、全部由建筑电气所创造。显然，在进行相应的建筑电气设计时，应依据和达到某一标准。由于人们的工作性质和生活习惯等存在差异，所以对环境的需求有所不同，因而，在设计中即不能无所依据，也不能死套标准，而是要根据适用于一般情况下的数据，结合实际情况加以修改，然后作为设计的依据。,根据在建筑中所起的作用范围，建筑电气设备大致可分为以下四类：,1、创造光环境的设备,在人工采光方面，满足人们生理需要为主的视觉照明和满足心理需要为主的气氛照明，均采用电气照明装置实现的。,2、创造温湿度环境的设备,为使室内温湿度不受外界自然条件的影响，可采用空调设备实现。而空调设备的工作是靠消耗电能才得以完成的。,3、创造空气环境

3、的设备,补充新鲜空气，排除烟气、废气等有害气体，可采用通风换气设备实现，同样需要消耗电能。,4、创造声音环境的设备 无线广播、有线电视等也需要消耗电能。,二、为工作和生活提供方便的设备,1、增加居住者和使用者生活、工作方便的有：给排水设施中的一些增压设备；进行垂直运输的电梯；室内的用电插座，方便接入各种用电设备。,2、缩短信息传递时间的有：电话系统；广播系统；建筑物内火灾报警系统；防盗报警系统等。,三、增强安全性的设备,1、自动排烟、灭火设备、消防电梯和事故照明等；,四、提高控制性能的设备,建筑物交付使用后，其使用寿命、维修费用、设备更新费用、能源消耗和管理费用等并没有一个明确的定量标准，而完

4、全由建筑物的控制性能和管理性能决定。增设提高控制性能和管理性能的设备（如消火栓消防泵、自动灭火系统、自动空调系统等），可延长建筑物的使用寿命，降低上述各项费用。,2、备用电源的自动投入运行，过电流、欠电压、接地等多种 保护方式。,从以上可见，建筑电气不仅是建筑物内必要的和重要的组成部分之一，而且其作用和地位日益增强和提高，应引起建筑设计人员的高度重视。,第二节 建筑电气系统的种类,建筑电气的任务是实现建筑物的功能，满足使用者的需求。建筑电气设施的水平，标志着建筑物现代化的程度。,从电能的输入、分配、输送和使用上划分：可分为变配电系统、动力系统、照明系统和智能工程系统等。,根据传输的电压和电流的

5、大小，可以划分为：强电系统和弱电系统。,1、照明与动力（“强电”系统）包括照明、供配电、防雷、接地等；,2、通讯与自动控制（“弱电”系统）包括电话、广播、电视系统、火灾报警、消防自 控、机电设备自控等。,一、建筑的供配电系统,*电能的生产、输送、分配和消费 动力系统的组成 动力系统由发电厂、电力网和用电户三大部分组成。,电压标准和电源引入方式,电压标准 建筑用电主要是指低压动力和照明用电，常用的电压标 准为：380/220V。允许的电压偏移为5%。,三相电源的星形联结,a、当建筑物较小或用电设备负荷量较小,且为单相、低压用电设备时，可由电力系统的柱上变压器引入单相220V的电源；,引入方式 主

6、要根据建筑物内的用电量多少和用电设备的额定电压 数值等因素确定。,b、当建筑物较大或用电设备的容量较大，但全部为单相和三相低压用电设备时，可由电力系统的柱上变压器引入三相380/220V的电源；,若建筑物内有高压用电设备时，应引入高压电源供其使用，同时装置变压器，满足低压用电设备的电压要求。,c、建筑物很大或用电设备的容量很大，虽全部为单相和三相低压用电设备，但综合考虑技术和经济因素，应由变电所引入三相高压6kV或10kV的电源经降压后供用电设备使用。此时，在建筑物内（或附近）应安装变压器，布置变电室。,负荷的分类,根据负荷的重要性和短时中断供电在经济上所造成的损失和影响，对于工业和民用建筑的

7、供电负荷可分为三级：,一级负荷：因中断供电，将会造成人身伤亡，或在经济上造成重大损失的用户。例如医院、炼钢厂、矿山的通风机等，均需至少两个独立的电源对其供电。,二级负荷：中断供电将会造成较大的经济损失，以及影响城市大量居民的正常生活。如纺织厂、住宅照明等，此时要否设备用电源应通过经济比较后才能确定。,三级负荷：凡不属于一、二级负荷者称三级负荷，如农村的排灌站等，只需单电源供电即可。,供电系统的方案,供电系统应根据负荷的等级，以供电安全可靠、投资费用少、维护运行方便和系统简单等为原则进行选择。,供电质量,*供电可靠性,供电可靠性是运用可靠性技术进行定量的分析，从单个元件的不可靠程度到整个系统的不

8、可靠程度，都可以进行计算，但是这些计算需要大量的调查统计资料，我国目前在这方面的资料较缺乏，因而一般仅凭经验作定性的判断。,*电能质量,U=Ue 5%Ue f=50Hz0.5Hz,二、建筑电气设计与建筑的关系,建筑电气是建筑工程中不可缺少的一部分，它与建筑中其它部分纵横交错，关系密切。因此，一个完善的建筑设计决不是一个专业所能决定的，只能是各专业密切协调下的产物。建筑电气的设计必须与建筑协调一致，按照建筑的格局进行布置。建筑电气与建筑的关系主要表现在：,1、供电电源、供电容量与建筑的规模、等级以及建筑项目审批的关系（电源的数目和可靠程度决定建筑物的规模和等级）；,2、建筑电气对建筑功能的影响（

9、电气设备的供电可靠性，设备的现代化程度，供电规模和布局等，直接影响到建筑的使用）；,3、建筑电气对建筑开间的布置影响（由于电气设备的占空性，需设置不同的建筑电气专用房，且对建筑面积和建筑平、立、剖面布置的要求各不同。如变、配电室应布置在底层或地下一层靠外墙部位，电梯机房却要求设在顶层等等）；,4、对建筑艺术体现的影响（架空线进户对外墙造型的影响）；,5、对建筑使用安全的影响（电气设备的故障和隐蔽性等特点，无论设计、施工、使用和维护等，都必须严格按规范执行）；,6、对建筑管理的影响（电气自动控制和自动调节系统，为建筑物的管理提供了很大的方便）。,葛洲坝水力发电厂,葛洲坝尾水平台,葛洲坝高压开关站

10、,三峡左岸厂房,三、低压配电系统,低压配电系统可分为低压动力系统和照明配电系统，由配电装置（配电盘）及配电线路（干线及分支线）组成。,配电方式有放射式、树干式和混合式。,第三节 供配电系统,一、用电负荷的计算,用电负荷的计算是指用电设备用电量的计算。用电负荷的计算实际是指用电设备功率、电流的计算。,1、负荷曲线,2、负荷计算方法,负荷值大小的选定关系到配电设计的合理与否。如负荷确定过大，将使导线和设备选得过粗、过大，造成材料和投资的浪费；如负荷确定过小，将使供配电系统在运行中电压损失过大，电能损耗增加，发热严重，引起绝缘老化造成短路等故障，从而引起更大的损失。,负荷计算的方法有单位建筑面积安装

11、功率法、需要系数法、二项式法和利用系数法等。由于影响用电负荷的因素很多，实际负荷情况也很复杂，并且不是固定不变的，所以必须选择正确的计算方法，使计算结果尽量符合实际情况。,在建筑电气设计中，初步设计阶段可采用单位建筑面积安装功率法，施工图设计阶段多采用需要系数法。,单位建筑面积安装功率法,建筑物单位建筑面积的安装功率与建筑物的种类、等级、附属设备情况和房间的用途等条件有关，而且随着生活水平和生产的自动化水平的提高，其标准也逐渐提高。,通过对大量的调查资料进行分析，下列表中数值可供选用：,查取相应表中的数值，乘以总建筑面积，即得建筑物的总用电负荷，进而可估算出供配电系统的规模、主要设备和投资费用

12、，可以满足方案或初步设计的要求。其它的一些计算方法，可参阅教材或相关的资料。,第四节 电气设备的选择,供电系统是由相应电气设备所组成，全部设备都应满足传输所需用电负荷而保证长期安全、经济运行等要求。,电气设备按其工作电压可分为高压设备和低压设备（通常以1000V为界），按其在系统中的作用可分为一次设备（用电负荷直接通过的各种设备，如导线、开关等）和二次设备（为有利和方便于一次设备正常安全工作而增加的设备，如检测、信号、保护设备等）。,以下只对主要的低压一次设备的选择设计方面作介绍。,一、导线,是传送电能的基本设备，也是在建筑内用量最大、分布最广，其选择和布置对建筑构造和布置，以及对整个建筑物的

13、经济、安全使用，都有很大的影响。所以对导线设计的问题应有较多的了解。,导线的选择,导线截面的选择条件,照明线路导线截面的选择条件为：导线允许温升、机械强度要求和线路允许电压损失。通常按上述三个条件选择导线截面并取其中最大的数值。在设计中，按照允许温升进行导线截面的选择，按允许电压损失进行校核，并满足机械强度的要求。,选择内容,型号：反映导线的材料和绝缘方式（铜芯、铝芯，橡胶或 塑料绝缘）。,截面：导线截面的大小（mm2）。,线路的工作电流是影响导线温升的重要因素，所以有关导线截面选择的计算首先是确定线路的工作电流，满足工作电流小于或等于导线的额定电流的条件，即：Ig Ie。,在供配电工程中一般

14、使用已标准化的计算和试验结果，即导线的载流量（导线中流过的电流大小）数据。导线载流量是在使用条件下导线温度不超过允许值时，导线所允许的长期持续电流，按照导线材料、最高允许工作温度、散热条件、截面等不同情况列出，可查阅有关手册得到。,另一个影响温升的因素是导线的工作环境温度，环境温度越高，散热越差，则长期允许载流量就应越小，反之长期允许载流量就越大。,产品标定时都对环境温度作了规定，当实际的工作温度与与此温度不符时，应该对载流量进行校正，校正系数见有关计算手册。,二、开关设备,开关设备是根据需要，用来接通或断开电路的一种控制设备。选择的条件主要是根据设备的额定电流要大于或等于工作电流，即 Ie

15、Ig。,三、保护设备,*熔断器*热继电器*漏电保护开关,工作原理：设备正常运行时，主电路电流的向量和为零，零序互感器的铁心无磁通，其二次侧没有电压输出。发生故障时，由于主电路电流的向量和不为零，零序互感器的铁心有零序磁通，其二次侧有电压输出，经放大器判断、放大后，输入脱扣器，令断路器跳闸。,第五节 安全电压,安全电压等级,当工频（f=50Hz）电流流过人体时，安全电流为10mA，即 0.01A。,人体的电阻约为 8001200，若取 R人=1200，则可求出安全电压 U=I R人=0.011200=12 V。,除低矮潮湿、仰卧操作，不易脱离现场的情况取安全电压为12V外，其余条件较好的场所可取

16、24V或36V。,当空气干燥、工作条件较好时，也可以使用24V、36V。,第六节 保护接地与保护接零,一、保护接地,用电设备的金属外壳，通过导体，与埋在地下的金属接地体连接一起。这种方法适用于变压器中性点不接地系统。,不接地时用电有危险：若绝缘破坏，致使用电设备的金属外壳带电，此时当人体接触带电的金属外壳时，就会触电。,保护接地时用电安全：人若接触带电的外壳，因人体的电阻要比接地（导线）的电阻大得多，所以流过人体的电流小得多，保证了用电的安全。,二、保护接零,另外，为了使各种电气设备能正常工作、保证人员和建筑物的安全，还有工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。,用电设备的金属外壳，通过导

17、线，与供电系统的零线连在一起。这种方法适用于变压器中性点接地系统。,采用保护接零，用电安全。此时由于绝缘破坏使电气设备外壳带电，则绝缘破坏的相将通过设备外壳、导线，与零线间发生短路，使短路相的熔断器迅速切断电路，从而保证人身安全。,第七节 建筑防雷,一、雷电现象及危害,雷电是一种常见的自然现象。天空中聚集有大量带不同电荷的雷云，随着雷云的积聚，雷云之间以及雷云与大地之间的电场强度逐渐增强，当达到2530kV/cm时，雷云间的空气被击穿，开始放电。所谓雷电现象，就是雷云和雷云之间，以及雷云与大地之间的一种放电现象。,根据雷电造成危害的形式和作用，一般可分为直接雷、间接雷两大类。,直接雷：雷云对地

18、面（或建筑物）直接放电。,间接雷：雷云的二次作用（静电感应效应和电磁效应）造成 的危害。,无论是直接雷还是间接雷，都可能演变成雷电的第三种作用形式 高电位的雷电侵入波，即很高电压（数十万伏）沿着供电线路或金属管道，高速涌入变电所、用电户等建筑内部。,雷电的特点是：放电时间短，电流大，电压高，破坏力强。其破坏作用主要表现在以下几个方面：,1、机械性破坏 强大的雷电流通过物体时产生的巨大电动力 和热量，使得雷电通道内的建筑物遭损坏。,2、热力性破坏 产生的巨大热量使物体燃烧和金属材料融化。,3、绝缘击穿性破坏 极高的电压使电气系统中的绝缘材料击穿，造成相间短路，使破坏的范围和程度迅速扩 大和增长。

19、,二、防雷原理和设备,1、防直接雷 采用避雷针、避雷带或避雷网。一般优先考虑采用避雷针。当建筑上不允许装设高出屋顶的避雷针，同时屋顶面积不大时，可采用避雷带。若屋顶面积较大时，采用避雷网。,避雷针防直接雷的作用原理是接受雷电，并把雷电流安全地引入地下。所以避雷针称为接闪器，接闪器引来雷电流，通过引下线和接地体，安全地引入地下，使接闪器下面一定范围内的建筑物免遭直接雷击。,对防雷装置，只有正确设计、合理安装和良好的维护才能起到应有的作用，否则不仅不能保护建筑物，甚至会招来更多的雷击事故。,避雷针的保护范围,rx,h,h/2,1.5h,ha,hx,避雷针在地面上的保护半径为：r=1.5 h 当 h

20、xh/2时：,rx=(1.5h-2hx)p,当 hxh/2时：rx=hap,式中 p 高度影响系数。当h30m时，取p=1;当30h120m时，取p=5.5/,2、防间接雷击 雷云通过静电感应效应在建筑物产生很高的感应电压，可以采用良好的接地来消除。,3、防雷电侵入波 最好沿供电线路全面布置避雷线，但价格高。一般在架空线进户前加装避雷器或放电保护间隙。,三、防雷设计,1、建筑防雷保护范围,*保护建筑物内部的人身安全；,*保护建筑物不遭到雷击破坏；,*保护建筑物内部存放的危险物品不会损坏、燃烧和爆炸。,*保护建筑物内部的电气设备和系统不受损坏。,2、防雷等级 民用建筑物的防雷等级分为三级，可查建

21、筑物防雷 设计规范（GB50057-94）。,3、环境影响 环境对雷击影响的因素有：地质条件、地形和地物条 件、建筑物的构造及其附属构件等。,四、建筑物防雷的主要装置,1、接闪器（避雷针）,接闪原理：避雷针是人为设立的最突出的良好导 体。在雷云的感应下，针的顶端形成 的电场强度最大，所以最容易把雷电 流吸引过来，完成避雷针的接闪作用。,结构：避雷针一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成，圆钢的截面不小于100mm2，钢管的壁厚不 小于3mm。避雷针的直径，圆钢不小于12mm,钢管不小于20mm。,2、引下线 明装时一般采用直径8mm的圆钢或截面为124 mm2 的扁钢。建筑物的金属构件，如消防铁梯等可作为引下线（但需注意焊接良好）。引下线沿外墙敷设，固定支点的距离不大于2m。由地下0.3 m到地上1.7m的一段引下线应加保护措施，以避免机械损坏。,3、接地装置*自然接地体 利用埋入地下的金属水管等作为接地体。,*基础接地体 利用建筑物中的结构钢筋作为接地装置。,*人工接地体 专门用于防雷保护的接地装置。,