建筑设备工程模块7课件.ppt
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1、 7.1电工学的基本知识电工学的基本知识 7.2供配电系统供配电系统 7.3建筑电气照明系统建筑电气照明系统 7.4接接 地地 系系 统统 7.5建筑防雷系统建筑防雷系统 7.6安全用电安全用电 学习目标学习目标 (1 1)了解直流电路、交流电路的特点。)了解直流电路、交流电路的特点。(2 2)了解电力系统的组成、供配电系统的主要设备及其作用。)了解电力系统的组成、供配电系统的主要设备及其作用。(3 3)了解配电系统的几种基本形式,掌握设备及线缆的选择原则。)了解配电系统的几种基本形式,掌握设备及线缆的选择原则。(4 4)了解照明的基本概念,熟悉常用电光源、灯具及其选用方法。)了解照明的基本概
2、念,熟悉常用电光源、灯具及其选用方法。(5 5)了解建筑防雷、接地系统的安装、测试及验收工作。)了解建筑防雷、接地系统的安装、测试及验收工作。(6 6)了解电气可能产生的危害及常见触电方式,掌握安)了解电气可能产生的危害及常见触电方式,掌握安 全用电的常识及急救方法。全用电的常识及急救方法。7.1.17.1.1电电路路的的组组成成 电路是指由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路。其中,直流电通过的电路称为直流电路,交流电通过的电路称为交流电路。如图7-1所示,电路是由电源、负载、输电导线和控制装置等组成的。对电源来讲,负载、输电导线和控制装置称为外电路,电源内部称为内电路。7.1.17.1
3、.1电电路路的的组组成成图7-1手电筒的电路模型7.1.17.1.1电电路路的的组组成成(2 2)电源。电源是把其他形式的能量转换成电能,并且向电路供应电能的装置。其可分为交流电源和直流电源。负载。负载是使用电能的装置,它把电能转换为其他形式的能。输电导线。输电导线是电能的传输途径,它把电能从一个位置传输到另一个位置。控制装置。控制装置是控制负载是否使用电能的装置。如控制灯亮/灭、电动机启/停的开关。(1 1)(3 3)(4 4)7.1.17.1.1电电路路的的组组成成7.1.27.1.2电电路路的的状状态态图7-2电路状态7.1.27.1.2电电路路的的状状态态 (1)通路。当电源与负载接通
4、时,电路中就有了电流及能量的输送和转换,电路的这一种状态称为通路。通路时,电源向负载输出电功率,电源这时的状态称为有载或称电源处于负载状态。各种电气设备在工作时,其电压、电流和功率都有一定的限额,这些限额是表示它们的正常工作条件和工作能力,称为电气设备的额定值。(2)断路。当某一部分电路与电源断开时,该部分电路中既没有电流,也没有能量的输送和转换,这部分电路所处的状态称为断路(也称开路)。断路时,电源既不产生也不输出电功率,电源此时的状态称为空载。断路处的电流等于零,开路处的电压应视电路情况而定。7.1.27.1.2电电路路的的状状态态 (3)短路。当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线
5、或开关连接起来时,该部分电路中的电流全部被导线旁路或者被开关旁路,这一部分电路所处的状态称为短路或短接。短路处的电压等于零,而电流很大,这会使短路电流所通过的电源、开关、导线等被损坏,因此,短路是一种事故状态。7.1.37.1.3直直流流电电路路 直流电路就是指电流的方向不变的电路,直流电路的直流电路就是指电流的方向不变的电路,直流电路的电流大小是可以改变的。电流的大小方向都不变的称为恒电流大小是可以改变的。电流的大小方向都不变的称为恒定电流。定电流。直流电流只会在电路闭合时流动,而在电路断开时完直流电流只会在电路闭合时流动,而在电路断开时完全停止流动。在电源外,正电荷经电阻从高电势处流向低全
6、停止流动。在电源外,正电荷经电阻从高电势处流向低电势处;在电源内,正电荷从低电势处流向高电势。电势处;在电源内,正电荷从低电势处流向高电势。7.1.37.1.3直直流流电电路路1 1.基尔霍夫电流定律(基尔霍夫电流定律(KCLKCL)基尔霍夫电流定律(基尔霍夫电流定律(KCL):在任一时刻,流):在任一时刻,流入任一节点的电流入任一节点的电流Ii之和等于从该节点流出的电流之和等于从该节点流出的电流Io之和,即之和,即:定律中节点是指在电路中有三条以上支路的连接定律中节点是指在电路中有三条以上支路的连接点,支路是指每一段不分支的电路。点,支路是指每一段不分支的电路。基尔霍夫电流定律不仅适用于电路
7、中的任意节点,基尔霍夫电流定律不仅适用于电路中的任意节点,而且还可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。而且还可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。7.1.37.1.3直直流流电电路路2 2.基尔霍夫电压定律(基尔霍夫电压定律(KVLKVL)基尔霍夫电压定律(基尔霍夫电压定律(KVL):在任一时刻,):在任一时刻,电路中任一闭合回路内电压升电路中任一闭合回路内电压升Us的代数和等于的代数和等于电压降电压降Uj的代数和,即的代数和,即所谓回路,是指由电路元件组成的闭合路所谓回路,是指由电路元件组成的闭合路径。未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。径。未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。基尔霍
8、夫电压定律不仅适用于电路中的任基尔霍夫电压定律不仅适用于电路中的任一闭合回路,而且还可以推广应用于任何假想一闭合回路,而且还可以推广应用于任何假想闭合的一段电路。闭合的一段电路。7.1.37.1.3直直流流电电路路3 3.支路电流法支路电流法 支路电流法是求解复支路电流法是求解复杂电路最基本的方法,它杂电路最基本的方法,它以支路电流为求解对象,以支路电流为求解对象,直接应用基尔霍夫定律,直接应用基尔霍夫定律,分别对节点和回路列出分别对节点和回路列出所需的电流和电压方程所需的电流和电压方程组,解出各支流电流。组,解出各支流电流。7.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路 电压的大小和方向都随时
9、间改变的电路叫交流电路,电压的大小和方向都随时间改变的电路叫交流电路,如如220 V220 V的民用电、的民用电、380 V380 V的工业用电等。单相交流电路的工业用电等。单相交流电路是指只有一个交流电压的电路。是指只有一个交流电压的电路。正弦交流电,是指电压和电流均按正弦规律变化的电正弦交流电,是指电压和电流均按正弦规律变化的电路。路。7.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路正弦交流电的电流函数表达式如下:正弦交流电的电流函数表达式如下:式中,式中,i i为瞬时电流(为瞬时电流(A A););I Im m为电流幅值;为电流幅值;为角频率为角频率(rad/srad/s););0为初相位(
10、为初相位(radrad););t t为时间(为时间(s s)。)。7.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路1.1.周期与频率、角频率周期与频率、角频率正弦量变化一次所需的时间称为周期,以符号正弦量变化一次所需的时间称为周期,以符号T T表示,单表示,单位为秒(位为秒(s s)。每秒变化的次数称为频率,以符号)。每秒变化的次数称为频率,以符号f f表示,单表示,单位为赫兹(位为赫兹(HzHz)。频率与周期之间具有倒数关系,即:)。频率与周期之间具有倒数关系,即:角频率是指单位时间内电角度的变化,以符号角频率是指单位时间内电角度的变化,以符号表示,表示,单位为弧度单位为弧度/秒(秒(rad/s
11、rad/s)。角频率与频率和周期间有如下的)。角频率与频率和周期间有如下的关系:关系:7.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路2.2.幅值与有效值幅值与有效值 正弦量在任一瞬时的值称为瞬时值,用小写字母表示,如i、u及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。瞬时值中的最大值称为幅值,用带下标m的字母来表示,例如,Im、Um及Em分别表示电流、电压及电动势的幅值。交流电的有效值是根据其热效应确定的,常用I、U及E表示正弦交流电的电流、电压和电动势的有效值。一般所讲的正弦电压或电流的大小(如交流电压380 V或220 V)都是指它们的有效值,一般交流安培计和伏特计的刻度也是根据有效值来确定的。7
12、.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路3.3.初相位初相位正弦量是随时间而变化的,对于一个正弦量,所取的计正弦量是随时间而变化的,对于一个正弦量,所取的计时起点不同,正弦量的初始值(当时起点不同,正弦量的初始值(当t=0t=0时的值)就不同,到达时的值)就不同,到达幅值或某一特征值的时间也就不同。例如,有两个正弦量幅值或某一特征值的时间也就不同。例如,有两个正弦量:式中,角度式中,角度t+1 1和和t+2称为正弦量的相位角或相位,称为正弦量的相位角或相位,它反映正弦量变化的进程。当相位角随时间连续变化时,正它反映正弦量变化的进程。当相位角随时间连续变化时,正弦量的瞬时值会随之连续变化。弦量
13、的瞬时值会随之连续变化。7.1.47.1.4单单相相交交流流电电路路t=0t=0时的相位角称为初相位角或初位角。则时的相位角称为初相位角或初位角。则i i1 1的初相位为的初相位为1,i i2 2的初相位为的初相位为2。由此可见,所取计时起点不同,正弦量的初相。由此可见,所取计时起点不同,正弦量的初相位不同,其初始值也就不同。两个同频率的正弦量相位角之差称位不同,其初始值也就不同。两个同频率的正弦量相位角之差称为相位角差或相位差,用为相位角差或相位差,用表示。表示。i i1 1和和i i2 2的相位差为:的相位差为:当当1 12 2(或(或1 12 2)时,)时,i i1 1的变化超前(或滞后
14、)于的变化超前(或滞后)于i i2 2;当;当1 12 2=0=0,即,即=0=0时,时,i i1 1的和的和i i2 2具有相同的初相位具有相同的初相位(即同相);当(即同相);当1 12 2=,即,即=时,称时,称i i1 1和和i i2 2的相位相的相位相反(即反相)。反(即反相)。7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路 三相交流电是由三三相交流电是由三个频率相同、振幅相等、个频率相同、振幅相等、相位差互差相位差互差120120的交的交流电路组成的电力系统,流电路组成的电力系统,如图如图7-37-3所示。所示。图7-3三相电动势的波形图及相量图7.1.57.1.5三三相相交交流流电
15、电路路1.1.三相交流电源的连接三相交流电源的连接三相交流电源的星形连接,三相交流电源的星形连接,也称也称Y Y形连接,如图形连接,如图7-47-4所示。从所示。从三相电源的三相绕组的始端三相电源的三相绕组的始端A A、B B、C C分别引出三根线,称之为相线分别引出三根线,称之为相线(俗称火线),再将三相绕组的(俗称火线),再将三相绕组的末端连接在一起成为公共点末端连接在一起成为公共点N N(称为中性点),从(称为中性点),从N N点引出一点引出一根导线称为中性线(俗称零线),根导线称为中性线(俗称零线),这样便形成了三相四线制的供电这样便形成了三相四线制的供电系统。系统。图7-4三相交流电
16、源的星形连接1.1.三相交流电源的连接三相交流电源的连接7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路图7-5三相交流电源的三角形连接 将电源的三相绕组的任意一相绕组的末端与另一相绕组的始端相接,组成一封闭三角 形,再由绕组间彼此连接的各点引出三根导线作为连接负载之用。这样的连接法称为三角形连接法,也称形连接法,如图7-5所示。在三角形连接法中,端线之间的线电压也就是电源每相绕组的相电压。7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路2.2.负载的连接负载的连接1 1)三相负载的连接)三相负载的连接2 2)单相负载的连接)单相负载的连接7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路图7-6三相负载的
17、星形连接法7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路图7-7三相负载的三角形连接法7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路图7-8单相负载接于三相电源的电路7.1.57.1.5三三相相交交流流电电路路图7-9单相负载接于三相电源的等效电路7.2.17.2.1建建筑筑电电气气系系统统的的分分类类与与组组成成 利用电气技术、电子技术及利用电气技术、电子技术及近现代先进技术与理论,在建筑近现代先进技术与理论,在建筑物内外人为创造并合理保护理想物内外人为创造并合理保护理想的环境,充分发挥建筑物功能的环境,充分发挥建筑物功能的一切电工、电子设备的系的一切电工、电子设备的系统,统称为建筑电气系统。统
18、,统称为建筑电气系统。7.2.17.2.1建建筑筑电电气气系系统统的的分分类类与与组组成成图7-10建筑电气系统的组成7.2.17.2.1建建筑筑电电气气系系统统的的分分类类与与组组成成 建筑电气系统以电压高低为依据,可分为强电和弱电。强电包括供配电、照明、防雷等,弱电包括电话、电视、消防、楼宇自控等。建筑电气系统还可以按功能分为供电系统、照明系统、减灾系统、信息系统等。7.2.27.2.2电电力力系系统统简简介介 电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统,它是现代电等环节组成的电能生产与消费系统,它是现代社会中最重要、最庞杂
19、的工程系统之一。而接受社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。而接受电源输入的电能,并进行检测、计量、变压等,电源输入的电能,并进行检测、计量、变压等,然后向用户和用电设备分配电能的系统,则称为然后向用户和用电设备分配电能的系统,则称为供配电系统。供配电系统。7.2.27.2.2电电力力系系统统简简介介1.1.电能的生产、输送和分配电能的生产、输送和分配1 1)发电厂发电厂2 2)电力网电力网3 3)电力用户电力用户7.2.27.2.2电电力力系系统统简简介介2.2.电源的引入方式电源的引入方式 (1)建筑物较小或用电设备负荷较小,而且均为单相、低压用电设备,可用电力系统的柱上变压器引入单相220
20、 V的电源。(2)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380 V/220 V的电源。(3)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,但综合考虑技术因素和经济因素,应由变电所引入三相高压电源,经其降压后供用电设备使用。7.2.27.2.2电电力力系系统统简简介介3.3.电压的质量指标电压的质量指标(1)电压偏电压偏移移(2)电压波电压波动动(3)频率频率(4)三相电三相电压不平衡压不平衡7.2.27.2.2电电力力系系统统简简介介4.4.电力负荷分级及供电要求电力负荷分级及供电要求3)三级负荷三级负荷不属于一级不属于
21、一级负荷和二级负荷负荷和二级负荷的一般电力负荷的一般电力负荷为三级负荷,这为三级负荷,这类负荷突然中断类负荷突然中断供电所造成的损供电所造成的损失不大或不会造失不大或不会造成直接损失。成直接损失。2)二级负荷二级负荷二级负荷是指中断二级负荷是指中断供电会造成经济上较大供电会造成经济上较大的损失,会在政治上产的损失,会在政治上产生较大的影响或将造成生较大的影响或将造成公共场所秩序混乱的电公共场所秩序混乱的电力负荷。如交通与通信力负荷。如交通与通信枢纽、广播电视、商贸枢纽、广播电视、商贸中心等。中心等。1)一级负荷一级负荷一级负荷是指突然中一级负荷是指突然中断供电将会造成人身伤亡断供电将会造成人身
22、伤亡或会引起对周围环境严重或会引起对周围环境严重污染的,将会在经济上造污染的,将会在经济上造成巨大损失的,将会造成成巨大损失的,将会造成社会秩序严重混乱或在政社会秩序严重混乱或在政治上产生严重影响的用电治上产生严重影响的用电负荷。负荷。7.2.37.2.3供供配配电电系系统统中中的的主主要要设设备备 (1)输送电能设备,如母线、导线和绝缘子,这三者是输送电能必不可少的设备。(2)通断电路设备,高电压、大功率采用断路器,低电压、中小功率采用自动空气开关或刀闸等。(3)检修指示设备,如高压隔离开关。(4)满足高电压、大电流检查计量和继电保护需要的电压互感器和电流互感器。7.2.37.2.3供供配配
23、电电系系统统中中的的主主要要设设备备 (5)故障保护设备,如熔断器等。(6)雷电保护设备,如避雷器等。(7)功率因数改善设备,如电容器等。(8)限制短路电流设备,如电抗器等。7.2.47.2.4变变配配电电所所和和常常用用的的高高压压设设备备1.1.变配电所位置的选择原则变配电所位置的选择原则2 23 3 1 1 接近负荷中心,这样可以降低电能损耗,节约输电线用量;接近负荷中心,这样可以降低电能损耗,节约输电线用量;进出线方便;进出线方便;3 3 3 3 接近电源侧;接近电源侧;4 4 设备吊装、运输方便;设备吊装、运输方便;7.2.47.2.4变变配配电电所所和和常常用用的的高高压压设设备备
24、6 63 3 5 5 不应设在有剧烈振动的场所;不应设在有剧烈振动的场所;不宜设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场不宜设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所,如无法远离时,则不应设在污染源的下风侧;所,如无法远离时,则不应设在污染源的下风侧;3 3 7 7 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻;不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻;8 8 变配电所为独立建筑物时,不宜设在地势较低洼和可能积水变配电所为独立建筑物时,不宜设在地势较低洼和可能积水的场所;的场所;7.2.47.2.4变变配配电电所所和和常常用用的的高高压压设设备备10103 3 9
25、 9 高层建筑地下层变配电所的位置,宜选在通风、散热条件较高层建筑地下层变配电所的位置,宜选在通风、散热条件较好的场所;好的场所;变配电所位于高层(或其他地下建筑)的地下室时,不宜设变配电所位于高层(或其他地下建筑)的地下室时,不宜设在最底层,当地下仅有一层时,应采取适当抬高该场所地面等防在最底层,当地下仅有一层时,应采取适当抬高该场所地面等防水措施,并应避免洪水或积水从其他渠道淹没变配电所的可能性;水措施,并应避免洪水或积水从其他渠道淹没变配电所的可能性;3 31111 当建筑物的高度超过当建筑物的高度超过100 m100 m时,也可在高层区的避难层或技术时,也可在高层区的避难层或技术层内设
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