电气工程师手册——供配电专业篇（第2版）

为了加强对勘察设计行业的管理，保证工程质量，维护社会公共利益和人民生命财产安全，规范设计市场，原人事部、建设部先后印发了《勘察设计行业注册工程师制度总体框架及实施规划》和《注册电气工程师执业资格考试实施办法》等文件，全面启动了勘测设计执业资格注册管理制度。随着职业资格考试制度的健康发展、不断规范与完善，注册电气工程师执业资格考试已成为社会关注、行业重视、个人迫切需求的人才选拔制度之一。为了帮助电气设计工作者全面、系统掌握全国注册电气工程师执业资格考试专业考试大纲，提高复习效率，笔者在2014年编写出版了《电气工程师手册（供配电专业篇）》。《手册》自出版以来，深受读者欢迎，销量超万册，成了诸多考生考取注册电气工程师的得力助手。
近年来，我国的工程建设规模和技术水平有了很大提高，许多工程建设标准和规程规范都进行了修订，原手册中的部分内容已不能与现行工程建设标准和规程、规范相适应，为此编写出版《电气工程师手册（供配电专业篇）》（第2版），以满足考生应考复习之需。
本手册依据全国勘察设计注册工程师管理委员会颁布的《注册电气工程师（供配电）执业资格考试专业考试大纲》编写而成，内容涵盖了注册电气工程师（供配电专业）执业资格考试专业考试要求的全部内容。全书共分为15章，其主要内容包括：安全，环境保护与节能，负荷分级与负荷计算，110kV及以下供配电系统，110kV及以下变配电所所址选择及电气设备布置，短路电流分析，110kV及以下电气设备选择，35kV及以下导体、电缆与架空线路的设计，110kV及以下变配电所控制、测量、继电保护及自动装置，变配电所操作电源，防雷及过电压保护，接地，照明，电气传动以及建筑智能化。
本手册由陆军工程大学杨贵恒主编，常思浩、金丽萍、曹均灿、王盛春、许东忠（解放军31121部队）副主编，阮喻、张瑞伟、刘小丽、王培文等参编。
全书内容紧扣考试大纲范围，叙述条理分明，概念清晰，是注册电气工程师（供配电）考生参加考试复习的必备参考书，是工业与民用供配电设计人员的案头工具书，也可作为大专院校电气工程、电力系统及其自动化、电力电子与电力传动等相关专业师生的教学参考书，还可供相关专业技术人员用于提高专业理论水平和解决实际技术问题。
本书在编写过程中参考了国内同行的多部著作以及国家和行业现行标准规范，部分经验丰富的电气工程师也给我们提供了很多宝贵意见，在此，对他们表示衷心感谢！
由于水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，真诚希望读者提出宝贵意见。

编者

杨贵恒，陆军工程大学通信士官学校，副教授，先后主讲《军用发电机组》、《高频开关电源》、《UPS电源》、《电力电子电源原理与设备》、《实用电工技术》、《通信电源设备》以及《通信电源系统》等课程。近年来，参加了10多个部级科研项目的研制工作。其中“野战动力电源隐身装备与技术研究”获军队科技进步成果一等奖；“军用发电机组自动化控制技术及训练系统研究与应用” 获军队科技进步成果二等奖；“柴油机碳烟形成与控制”获重庆市电教成果二等奖；参与撰写的国家军用标准GJB4491《固定通信电源站柴油发电机组通用规范》、GJB5808《军用通信车车载电源系统通用规范》和GJB7035《通信用内燃发电机组品种系列》分获军队科技进步成果三等奖；在全国各大出版社公开出版图书40余本，在军内外学术刊物上发表论文30余篇。主讲的《军用电力电子电源原理与设备》被评为全军优质课程；全军院校育才奖银奖和全军专业技术人才特殊津贴获得者。

本书依据全国勘察设计注册工程师管理委员会颁布的《注册电气工程师（供配电）执业资格考试专业考试大纲》编写而成，内容涵盖了注册电气工程师（供配电专业）执业资格考试专业考试要求的全部内容。全书共分为15章，内容包括：安全，环境保护与节能，负荷分级与负荷计算，110kV及以下供配电系统，110kV及以下变配电所所址选择及电气设备布置，短路电流分析，110kV及以下电气设备选择，35kV及以下导体、电缆与架空线路的设计，110kV及以下变配电所控制、测量、继电保护及自动装置，变配电所操作电源，防雷及过电压保护，接地，照明，电气传动以及建筑智能化。
全书内容紧扣考试大纲范围，叙述条理分明，概念清晰，是（供配电）注册电气工程师考生参加考试复习的必备参考书，是工业与民用供配电设计人员的案头工具书，也可作为大专院校电气工程、电力系统及其自动化、电力电子与电力传动等相关专业师生的教学参考书。

第1章安全001
1.1工程建设标准电气专业强制性条文001
1.1.1相关国家标准和行业标准001
1.1.2重点掌握的设计规范条款003
1.2电流对人体的效应010
1.2.1常用术语010
1.2.2人体的阻抗014
1.2.315~100Hz 范围内正弦交流电流的效应022
1.2.4直流电流的效应025
1.3安全电压及电击防护026
1.3.1常用术语026
1.3.2安全电压028
1.3.3电击防护的基本原则030
1.3.4电击防护规定032
1.3.5电击防护措施037
1.3.6电气装置内的电气设备及其防护规定的配合039
1.4低压系统接地故障的保护设计与等电位连接044
1.4.1低压系统接地故障保护的一般规定044
1.4.2各种接地系统的故障保护044
1.4.3等电位连接的种类047
1.4.4等电位连接的应用048
1.5危险环境电力装置的特殊设计051
1.5.1爆炸性环境的电力装置设计051
1.5.2活动受限制的可导电场所的设计要求057
1.5.3数据处理设备用电气装置的设计要求058
1.6电气设备防误操作的要求及措施059
1.6.1电气设备防误装置的要求059
1.6.2电气设备防误装置的功能060
1.6.3设计、制造及选用电气设备防误装置的原则060
1.7电气工程设计的防火要求及措施060
1.7.1变电站内建（构） 筑物的火灾危险性、耐火等级及防火间距060
1.7.2建（构） 筑物的安全疏散和建筑构造062
1.7.3变压器及其他带油电气设备063
1.7.4电缆及电缆敷设063
1.7.5消防给水、灭火设施及火灾自动报警064
1.7.6供暖、通风和空气调节067
1.7.7消防供电、应急照明067
1.8电气设施抗震设计和措施068
1.8.1抗震设计总原则068
1.8.2选址与总体布置069
1.8.3抗震设计方法069
1.8.4电气设施布置070
1.8.5电力通信070
1.8.6安装设计抗震要求071
1.8.7电气设备的隔震与消能减震设计071

第2章环境保护与节能073
2.1电气设备对环境的影响及防治措施073
2.1.1电磁污染对环境的影响及防治措施073
2.1.2环境质量标准和排放标准076
2.1.3工程项目环境影响评价087
2.2供配电系统设计的节能措施091
2.2.1变压器节能091
2.2.2供配电系统节能094
2.2.3电动机节能096
2.2.4风机水泵的节能103
2.2.5低压电器的节能106
2.3电能质量107
2.3.1电压偏差及其调节107
2.3.2电压波动/闪变及其抑制114
2.3.3谐波及其抑制122
2.3.4三相电压不平衡度及其补偿128

第3章负荷分级与负荷计算132
3.1负荷分级的原则及供电要求132
3.1.1用户供电系统的组成132
3.1.2用电负荷的分级133
3.1.3负荷分级示例133
3.1.4各级负荷的供电要求139
3.2负荷计算方法140
3.2.1负荷计算概述140
3.2.2三相用电设备组计算负荷的确定149
3.2.3单相用电设备组计算负荷的确定154
3.2.4尖峰电流及其计算156
3.2.5供电系统的功率损耗157
3.2.6企业年电能需要量的计算162
3.2.7供电系统的电能损耗163

第4章110kV 及以下供配电系统165
4.1供配电系统电压等级选择165
4.1.1电源及供电系统的一般规定165
4.1.2低压配电系统设计原则165
4.1.3供配电电压选择原则166
4.2供配电系统的接线方式及特点167
4.2.1高压供配电系统的接线方式及特点167
4.2.2高压供配电系统中性点接地方式167
4.2.3低压配电系统的接线方式及特点173
4.3应急电源和备用电源的选择及接线方式174
4.3.1应急电源和备用电源的种类174
4.3.2应急电源系统175
4.3.3柴油发电机组176
4.3.4不间断电源系统UPS 179
4.3.5应急电源EPS 187
4.4无功补偿装置——并联电容器188
4.4.1接入电网基本要求189
4.4.2功率因数及补偿容量的计算189
4.4.3电气接线191
4.4.4电器和导体的选择192
4.4.5保护装置和投切装置197

第5章110kV 及以下变配电所所址选择及电气设备布置199
5.1变配电所所址选择199
5.1.1变配电所分类199
5.1.220kV 及以下变配电所所址选择199
5.1.335～110kV 变配站站址选择200
5.2变配电所布置设计201
5.2.120kV 及以下变配电所型式与布置201
5.2.235～110kV 变电站型式与布置202
5.3配电装置的布置设计202
5.3.1配电装置内安全净距202
5.3.2配电装置型式选择207
5.3.3配电装置布置207
5.3.4配电装置内的通道与围栏207
5.3.5防火与蓄油设施208
5.4变配电所对有关专业的要求209
5.4.120kV 及以下变配电所对有关专业的要求209
5.4.235～110kV 变电站对有关专业的要求211
5.5特殊环境的变配电装置设计218
5.5.1污秽地区变配电装置设计218
5.5.2高海拔地区变配电装置设计220
5.5.3高烈度地震区变配电装置设计221
5.6柴油电站设计227
5.6.1建设原则与设计程序228
5.6.2布置形式与基础设计229
5.6.3通风降噪系统设计237
5.6.4电气系统设计244

第6章短路电流分析247
6.1短路电流的计算247
6.1.1概述247
6.1.2电力系统短路过程分析249
6.1.3高压系统短路电流计算253
6.1.4低压系统短路电流计算260
6.1.5短路电流计算结果的应用269
6.2短路电流的影响270
6.2.1短路电流的电动力效应270
6.2.2短路电流的热效应271
6.2.3影响短路电流的因素272
6.2.4限制短路电流的措施272

第7章110kV 及以下电气设备选择274
7.1常用电气设备选择的技术条件和环境条件274
7.1.1一般原则274
7.1.2技术条件274
7.1.3环境条件277
7.1.4环境保护280
7.2高压变配电设备及电气元件的选择281
7.2.1电力变压器281
7.2.2高压断路器289
7.2.3高压熔断器293
7.2.4高压隔离开关296
7.2.5高压负荷开关298
7.2.672.5kV 及以上气体绝缘金属封闭开关设备298
7.2.7交流金属封闭开关设备301
7.2.8电流互感器302
7.2.9电压互感器305
7.2.10限流电抗器308
7.2.11中性点设备310
7.2.12过电压保护设备314
7.2.13绝缘子及穿墙套管316
7.3低压配电设备及电器元件的选择318
7.3.1低压电器选择的一般要求318
7.3.2常用低压电器325
7.3.3低压配电线路的保护及保护电器的选择342

第8章35kV 及以下导体、电缆及架空线路的设计355
8.1导体的选择和设计355
8.1.13～35kV 配电装置导体的选择355
8.1.2低压配电系统导体的选择359
8.2电线、电缆的选择和设计365
8.2.1电力电缆导体材质365
8.2.2电力电缆绝缘水平365
8.2.3电力电缆绝缘类型366
8.2.4电力电缆护层类型366
8.2.5电力电缆芯数368
8.2.6电力电缆导体截面369
8.2.7控制电缆及其金属屏蔽384
8.3电缆敷设的设计385
8.3.1一般规定385
8.3.2敷设方式选择388
8.3.3电缆直埋敷设389
8.3.4电缆保护管敷设390
8.3.5电缆沟敷设393
8.3.6电缆隧道敷设394
8.3.7电缆夹层敷设395
8.3.8电缆竖井敷设395
8.3.9其他公用设施中敷设396
8.3.10水下敷设396
8.4电缆防火与阻燃设计397
8.4.1阻燃与耐火电缆及其分级397
8.4.2电缆的防火与阻燃措施400
8.4.3电缆的防火与阻燃设计401
8.5架空线路设计要求402
8.5.1架空电力线路径402
8.5.2气象条件403
8.5.3导线、电线、绝缘子和金具404
8.5.4绝缘配合、防雷和接地406
8.5.5杆塔及其相关设计要求409

第9章110kV 及以下变配电所控制、测量、继电保护及自动装置422
9.1变配电所控制、测量与信号设计422
9.1.1变配电所控制系统422
9.1.2变配电所电测量装置423
9.1.3变配电所电能计量429
9.1.4计算机监控系统的测量431
9.1.5电测量变送器432
9.1.6测量用电流、电压互感器432
9.1.7测量二次接线434
9.1.8仪表装置安装条件435
9.1.9信号系统436
9.2电气设备和线路继电保护的配置、整定计算及选型436
9.2.1电力变压器保护436
9.2.2电力线路保护445
9.2.3母线保护449
9.2.4电力电容器和电抗器保护450
9.2.53kV 及以上电动机保护453
9.3变配电所自动装置及综合自动化的设计457
9.3.1自动重合闸装置457
9.3.2备用电源和备用设备的自动投入装置458
9.3.3自动低频低压减负荷装置458
9.3.4变配电所综合自动化设计459
9.3.5变配电所控制室布置的一般要求461

第10章变配电所操作电源463
10.1直流操作电源设计463
10.1.1系统设计463
10.1.2直流负荷466
10.1.3保护与监控469
10.1.4设备选择476
10.1.5设备布置499
10.1.6专用蓄电池室对相关专业的要求500
10.2UPS 电源设计501
10.2.1UPS 的主要性能指标501
10.2.2UPS 的主要组成部分509
10.2.3UPS 的冗余连接及常见配置型式515
10.2.4UPS 的容量计算517
10.3交流操作电源设计520
10.3.1不带UPS 的交流操作电源520
10.3.2带UPS 的交流操作电源520

第11章防雷及过电压保护523
11.1电力系统过电压的种类和过电压水平523
11.1.1电气装置绝缘上作用的电压523
11.1.2电气设备在运行中承受的过电压523
11.1.3绝缘配合523
11.2交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施534
11.2.1内部过电压及其限制534
11.2.2外部过电压及其保护538
11.3建筑物防雷的分类及措施554
11.3.1雷电活动规律554
11.3.2建筑物防雷的分类558
11.3.3建筑物防雷措施559
11.3.4电涌保护器572
11.4建筑物防雷和防雷击电磁脉冲设计的计算方法和设计要求576
11.4.1防雷装置576
11.4.2滚球法确定接闪器的保护范围582
11.4.3防雷击电磁脉冲的计算方法与设计要求589

第12章接地599
12.1电气装置接地的一般规定及保护接地的范围599
12.1.1电气装置接地的一般规定599
12.1.2电气装置保护接地的范围599
12.2高压电气装置的接地设计600
12.2.1发电厂和变电站的接地网600
12.2.2高压架空线路的接地609
12.2.36~220kV 电缆线路的接地611
12.2.4高压配电电气装置的接地611
12.3低压电气装置的接地设计612
12.3.1低压系统接地的形式612
12.3.2低压电气装置的接地电阻与总等电位连接616
12.3.3低压电气装置的接地装置和保护导体617
12.4接地电阻的计算624
12.4.1接地电阻的基本概念624
12.4.2土壤和水的电阻率625
12.4.3自然接地极接地电阻的计算626
12.4.4人工接地极接地电阻的计算629
12.4.5架空线路杆塔接地电阻的计算631
12.5接触电位差与跨步电位差的计算633
12.5.1接触电位差与跨步电位差的概念633
12.5.2入地故障电流及电位升高的计算634
12.5.3接触电位差与跨步电位差的计算方法636

第13章照明641
13.1照明方式和照明种类641
13.1.1基本术语641
13.1.2照明方式的分类及其确定原则642
13.1.3照明种类及其确定原则643
13.2照度数量和质量643
13.2.1照度643
13.2.2照度均匀度644
13.2.3眩光限制645
13.2.4光源颜色649
13.2.5反射比649
13.3照度标准值649
13.3.1居住建筑650
13.3.2公共建筑650
13.3.3工业建筑657
13.3.4通用房间或场所662
13.4光源、电器附件的选用和灯具选型664
13.4.1照明光源的类型、特性及其选择664
13.4.2照明灯具及其附属装置的选择与布置669
13.5照明供电及照明控制678
13.5.1照明电压678
13.5.2照明配电系统678
13.5.3照明控制679
13.6照度计算680
13.6.1利用系数法680
13.6.2概算曲线法681
13.6.3比功率法（单位容量法） 682
13.6.4逐点计算法685
13.7照明工程节能标准及措施688
13.7.1照明节能原则688
13.7.2照明节能的主要技术措施688
13.7.3照明功率密度（LPD） 限值691

第14章电气传动697
14.1电气传动系统的组成与分类697
14.1.1电动机697
14.1.2电源装置705
14.1.3控制系统707
14.2电动机选择707
14.2.1选择电动机的基本要求707
14.2.2直流电动机与交流电动机的比较708
14.2.3电动机的选择709
14.2.4电动机结构形式的选择711
14.2.5电动机的四种运行状态712
14.2.6电动机的容量（功率） 计算712
14.2.7电动机的校验716
14.3交、直流电动机的启动方式及启动校验723
14.3.1电动机启动的一般规定与启动条件723
14.3.2三相异步电动机的启动方式及启动校验724
14.3.3同步电动机的启动及其计算方法729
14.3.4直流电动机的启动733
14.4交、直流电动机调速技术734
14.4.1直流电动机调速735
14.4.2交流电动机调速751
14.5交、直流电动机的电气制动方式及计算方法779
14.5.1机械制动779
14.5.2能耗制动780
14.5.3反接制动781
14.5.4回馈制动783
14.5.5低频制动783
14.6电动机保护配置及计算方法785
14.6.1低压电动机保护的一般规定785
14.6.2短路和接地故障保护电器选择787
14.6.3过载与断相保护电器的选择790
14.7低压电动机控制电器的选择792
14.7.1低压交流电动机控制回路的一般要求792
14.7.2低压交流电动机的主回路793
14.7.3启动控制电器的选择794
14.8电动机调速系统性能指标797
14.8.1静态性能指标797
14.8.2动态性能指标799
14.9PLC 的应用801
14.9.1PLC 的系统组成801
14.9.2PLC 的软件与汇编语言804
14.9.3PLC 的工作原理806
14.9.4PLC 的网络通信技术810
14.9.5PLC 的分类与主要技术指标814

第15章建筑智能化816
15.1火灾自动报警系统及消防联动控制816
15.1.1建筑分类和耐火等级816
15.1.2火灾自动报警系统的基本规定818
15.1.3消防联动控制设计826
15.1.4火灾探测器的选择836
15.1.5系统设备的设置840
15.1.6典型场所火灾自动报警系统847
15.1.7火灾自动报警系统的供电853
15.1.8火灾自动报警系统的布线853
15.2建筑设备监控系统854
15.2.1一般规定855
15.2.2系统网络结构855
15.2.3冷热源系统监控863
15.2.4空调及通风系统监控867
15.2.5给水与排水系统监控871
15.2.6供配电系统监测873
15.2.7照明系统监控874
15.2.8电梯和自动扶梯系统监控874
15.2.9建筑设备一体化监控系统874
15.3安全技术防范系统876
15.3.1一般规定876
15.3.2入侵报警系统877
15.3.3视频监控系统878
15.3.4出入口控制系统884
15.3.5电子巡查系统886
15.3.6停车库(场) 管理系统886
15.3.7楼宇对讲系统888
15.3.8传输线路890
15.3.9安防监控中心890
15.3.10安防综合管理系统890
15.3.11应急响应系统892
15.4通信网络系统892
15.4.1一般规定892
15.4.2信息接入系统892
15.4.3用户电话交换系统893
15.4.4数字无线对讲系统896
15.4.5移动通信室内信号覆盖系统900
15.4.6甚小口径卫星通信系统902
15.4.7数字微波通信系统903
15.4.8会议系统904
15.4.9多媒体教学系统910
15.5有线电视和卫星电视接收系统916
15.5.1一般规定916
15.5.2有线电视系统设计原则916
15.5.3有线电视系统接入917
15.5.4卫星电视接收系统917
15.5.5自设前端918
15.5.6HFC 接入分配网918
15.5.7IP 接入分配网919
15.5.8传输线路选择920
15.6公共广播与厅堂扩声系统920
15.6.1一般规定920
15.6.2公共广播系统921
15.6.3厅堂扩声系统922
15.6.4设备选择922
15.6.5设备布置924
15.6.6线路及敷设925
15.6.7控制室926
15.6.8供电电源、防雷与接地927
15.7呼叫信号和信息发布系统927
15.7.1一般规定927
15.7.2呼叫信号系统设计927
15.7.3信息引导及发布系统设计930
15.7.4时钟系统设计932
15.7.5设备选择及机房933
15.7.6供电电源、防雷与接地933
15.8综合布线系统934
15.8.1一般规定934
15.8.2系统设计934
15.8.3系统配置939
15.8.4系统指标940
15.8.5设备间及电信间941
15.8.6工作区设备942
15.8.7线缆选择和敷设942
15.8.8接地943

参考文献944