第2章 建筑变配电工程图
2.1 概述
建筑供配电系统就是解决建筑物所需电能的供应和分配的系统，是电力系统的组成部分。建筑用电多数是从城市电网中获取。变配电所从电力系统受电，经变压器变压，然后向负载配电。变配电所是整个供电系统的中枢，在电气工程中占有重要地位。变配电工程图包括变配电所一次系统图，变配电所平面图及剖面图、变配电所二次接线图等。
2.1.1 电力系统简介
变配电所属于电力系统的重要组成部分，因此在学习变配电所及其工程图之前，首先应对电力系统的总体情况有一个基本的了解。
所谓电力系统就是由各种电压等级的电力线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。发电厂送变电过程示意图如图2-1所示。
图2-1 发电厂送变电过程示意图
1.发电厂
发电厂是将一次能源转换成二次能源的场所。根据发电厂所取用的一次能源的不同，主要有火力发电、水利发电、核能发电等发电形式，此外还有潮汐发电、地热发电、太阳能发电、风力发电等。无论发电厂采用哪种发电形式，最终将其他能源转换为电能的设备是发电机。目前，我国主要以火力发电和水力发电为主，近年来在原子能发电能力上也有很大提高。
2.变电所
变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，主要由电力变压器与开关设备组成，是电力系统的重要组成部分。按照变压的性质和作用不同，变电所又可以分为升压变电所和降压变电所两种。装有升压变压器的变电所称为升压变电所，装有降压变压器的变电所称为降压变电所。仅用来接受和分配电能而不改变电压的场所称为配电所。
3.电力网
电力系统中各种不同电压等级的电力线路及其所联系的变电所，称为电力网。其主要作用是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电力用户。电力网按其功能常分为输电网和配电网两大类。建筑供配电线路的额定电压等级多为10kV线路和380V线路，并有架空线路和电缆线路之分。
4.电力用户
电力用户又称电力负荷。在电力系统中，所有消耗电能的用电设备均称为电力用户。电力用户按其用途可分为动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、照明用电设备等，它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等形式，以适应生产和生活的需要。电力用户按供电电压不同可分为：高压用户和低压用户，其高压用户的额定电压在1kV以上；低压用户的额定电压一般是220/380V。
2.1.2 电力系统的电压
在电力系统中的电力设备都规定有一定的工作电压和工作频率，这样既可安全有效地工作，又便于批量生产及在使用中互换，所以电力系统中规定有统一额定电压等级和频率。额定电压就是指能使各类电气设备处在设计要求（额定或最佳运行状态）的工作电压。
我国标准规定的三相交流电网和电力设备额定电压见表2-1。
表2-1 我国标准规定的三相交流电网和电力设备额定电压 （单位：kV）
1.电网（线路）的额定电压
电网（线路）的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。
2.用电设备的额定电压
当线路输送电力负荷时要产生电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图2-2中斜线所示。但是成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处的实际电压来制造，而只能按线路首端与末端的平均电压即电网的额定电压UN来制造，以利于大批量生产。所以用电设备的额定电压与其接入电网的额定电压相同。
3.发电机的额定电压
由于同一电压的线路一般允许的电压偏差是±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗值，因此为了将线路的平均电压维持在额定值，线路首端（即电源端）的电压应较电网额定电压高5%，而线路末端则可较电网额定电压低5%，所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。
图2-2 用电设备和发电机额定电压说明
4.变压器的额定电压
（1）变压器的一次绕组的额定电压。当变压器的一次绕组与发电机直接连接时，其一次绕组的额定电压等于发电机额定电压，即高于同级电网额定电压5%。当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上时，则可把它看作用电设备，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。变压器额定电压说明如图2-3所示。
（2）变压器的二次绕组的额定电压。
图2-3 变压器额定电压说明
2.1.3 电力负荷分级与供电要求
1.负荷
在电力系统上的用电设备所消耗的功率称为用电负荷或电力负荷。其衡量标准为电气设备（发电机、变压器和线路）中通过的功率或电流，而不是指它们的阻抗。
2.负荷的分级
根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。
（1）一级负荷。是指那些中断供电将造成人身伤亡，或造成重大设备损坏，或复杂的工艺过程使生产长期不能恢复，或造成重大政治影响的电力负荷。
对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷为特别重要负荷。
中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作，或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷也为特别重要负荷。
（2）二级负荷。是指那些中断供电后将造成国民经济较大损失，损坏生产设备，产品大量减产，生产较长时间才能恢复，以及影响交通枢纽、通信设施等正常工作，造成大中城市、重要公共场所（如大型影剧院、大型体育馆等）的秩序混乱的电能用户。
（3）三级负荷。凡不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷。
三级负荷对供电无特殊要求，一般都为单回线路供电，但在可能情况下也应尽量提高供电的可靠性。
建筑用电负荷的不同等级范围及其要求可参考表2-2。
表2-2 建筑用电负荷的不同等级范围及其要求
3.供电要求
为保证供电的可靠性，不同等级的用电负荷对供电电源的要求如下：
（1）一级负荷的供电要求。应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。为保证对特别重要负荷的供电，禁止将其他负荷接入应急供电系统。不同类型的应急电源如图2-4～图2-6所示。
图2-4 柴油发电机组
图2-5 不同类型的UPS电源
图2-6 不同类型的EPS应急电源
（2）二级负荷的供电要求。要求采用两个电源供电，一用一备，当发生电力变压器故障或线路常见故障时，不中断供电（或中断后能迅速恢复）。所以，二次负荷应由两回路供电，在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路10kV（或6kV）及以上专用架空线供电。
（3）三级负荷的供电要求。不属于一级负荷和二级负荷者。三级负荷对供电系统无特殊要求。
