电气工程供配电系统设计研究

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【摘要】随着城市规模的不断扩大发展，人们对于居住条件及环境要求也愈发严格，使得高层建筑的数量不断增加。对于高层建筑而言，实际占地面积大，且内部建筑结构复杂，同时用电量也巨大。所以在进行高层建筑的用电总量确定的时候，需要综合考量负荷的各方面特点，并结合实际情况使用需要系数及同期系数。

【关键词】高层建筑；供电系统；负荷

1高层建筑用电负荷特点

在高层建筑中，一般需要结合此建筑的实际消防设施对用电要求及建筑中符合等级决定如何选择供电电源。在中国的《高层民用建筑设计防火规范》规定中提及，对于高层民用建筑来说，要严格按照此建筑的使用范围及性质、火灾带来的危险及救火实际难度分为两大类：①高层建筑中的消防设备用电，需要按照标准使用一级负荷进行供电。②按照消防设备用电使用二级负荷两回路的要求进行供电需要。消防用电设备的两个电源线路要自动切换的时候在末端一级配电箱处进行就可以。

2高层建筑用电负荷的基本分类

2.1保障型负荷。一般而言，保障型负荷就是指能够维持居民正常生活及工作中的用电负荷量，例如在照明、交通运输及其他生活用电上。保障型负荷的等级是需要按照建筑物的性质进行设计的。2.2保安型负荷。保安型负荷是保证建筑物用电负荷的同时还要保证人身安全用电负荷，例如在消防控制中心、消防电梯等消防周边设备用电负荷。一般这种负荷是要在特殊状况下才能进行使用。比如在火灾发生的时候，用电负荷可以立刻运行。这类的负荷等级是要按照防火规定进行确定的。2.3舒适型负荷。舒适型负荷是为人们建造相对舒适的生产生活环境的用电负荷。例如在空调制冷系统中使用的用电负荷。这类用电负荷具有较强的季节性，且量巨大。其等级和保障型负荷相同，都是要按照建筑性质进行确定。

3高层建筑的电气工程中供配电体系

现在众多高层的建筑当中普遍使用的电源均为两路独立10kV的电源，两路同时运行，相互作为备用。而且在使用中务必安装柴油发电设备以此来保证应急时候使用，同时还要保证能够在15s内能够将电能及时供给并恢复使用，保证电梯、照明及消防设备等电源的用电正常。对于高压对使用单母分段，能够进行自行切换，互相为备用，低压一般采用放射式体系，楼层的配电是混合式体系，低压配电体系各级的开关，很多时候是采用空气自动开关装置，并对开关进行保护，在使用的时候需要注意设备配合。全部的电梯都需要采取两路不一样变压器来将专用的电缆进线引出，于电梯机房末端的配电箱设置两路电源自动切换的设备，互为备用。高层建筑的自然功率因素一般在0.8~0.85之间，按规定应补偿到0.9~0.95。

4高层民用建筑电气设计要点

4.1高层建筑电力负荷计算。高层建筑的电力负荷一般可分为空调（40~50%），动力（20~25%），电气照明（30~35%）等，由于空调负荷占比较大，空调设备一般都设置在大楼的地下室，首层或下部，供电变压器的供电范围大约为15~20层，可根据层高在大楼的上下中层设置电房。高层建筑的电力负荷需要通过计算才能得到准确的信息，一般会采用系数法和单位指标法两种方法。在进行高层建筑物设计时，是要根据图文设计阶段进行负荷计算，目前来说比较实用的方法是单位指标法，它是根据高层建筑中所使用的变压器，根据变压器的变化情况来进行计算建筑的负荷率还有容量，然后可以推算出同类建筑物中电负荷的情况。经验不够以及研究不足带来的误差就可以很完美的避免掉，要想让高层建筑的用电系统达到更加安全、合理化，高层的用电指标跟用电系数之间的测评是不可缺少也是不可忽视的。4.2照明设计要点。对照明节能设计而言，其主要指的是在确保照明的质量前提下，来对于照明电路当中能量损失实施一定程度降低，而且能够有效达成能量运用的最大化目地。通常状况下，其主要是涵盖了下面两类：①照明措施选取：应对于自然光进行充分运用，这是照明能耗得到节约的关键措施之一，就是电气设计工作人员应该尽可能考虑到人工照明以及自然光充分的结合，进而在非常大程度上使照明电能得到节约；②选取合理光源：最根本准则是应当依照不一样场地来选取不一样光源。选取适当照明措施以及设备也是一类可行节约电能措施。4.3防雷与接地的设计。对于高层民用建筑来说，做好防雷工作对于确保建筑物的安全有着重要的作用，图1是施工现场的避雷网施工。一方面，要在高层民用建筑的层间设置一定数量的避雷带以及均压环。这样一来，不仅可以有效地避免直雷击对于建筑的危害，同时还可以避免侧雷击对于建筑物的危害。另一方面，要对高层民用建筑独立的避雷针设计以及避雷网的设计工作引起重视。对于防雷等级为第一类的建筑物来说，避雷网的网格边长要大于5m；对于第二类防雷建筑来说，建筑避雷网网格的边长要控制在10m左右。对于电阻的冲击来说，要确保在10Ω以下。同时，其还要与民用建筑屋顶的避雷网进行连接，确保高层建筑的避雷效果。在进行防雷设计计算时，建筑物年雷击次数的经验公式为N=0.024K1.3TdAe。其中，K为校正系数，一般取1；Td为年平均雷暴日；Ae代表建筑物等效面积。当建筑物低于100m时，按照下式（1）计算，当建筑物高度超过100m时，按照下式（2）计算。

5环球国际广场案例

5.1工程简介。佛山环球国际广场总高约208m，地下3层，地上51层，是一幢集高档商业、休闲娱乐、高品质写字楼，全装修公寓和五星级酒店为一体的现代化、综合性地标建筑。电源：2路10kV，同时工作，互为备用变压器总容量：9700kVA单位容量。5.2供电方案设计。本系统分一个中心变电所和两个分变电所（其中公寓及酒店变电所位于22层），其中中心变电所除供1~3#变压器用电外，另外引电源至两个分变电所，为分变电所提供电源；10kV外线电源分别用两回路三芯400mm2从城西站和百花站引至中心变电所，双回路三芯400电缆同时供电，当某一路电源故障，自动断开该路电源对应的进线开关，再合母联开关，由另一路电源负担剩余全部负荷；为保证可靠供电及便于日后母线检修维护，中心变电所，高区酒店及公寓变电所，空调变电所10kV系统均采用双电源单母线分段并且联锁自投的方式。为了满足高层建筑中供电的需求，尽可能地把供电系统融入到各个工程的负荷中，高层建筑的配变电所的位置-般是设置在建筑的主体与地下。高层建筑中对变电所的要求更为严格，通常是分布在建筑的顶层与中层。分层的设计可以很好的避免火灾发生的情况，由于环氧树脂浇注干式变压器有隔热、噪声小、体积。小的特点，高层建筑中都会选择这样的变压器。在此之前必须根据负荷特点、所需电容量等方面、要结合建筑物的综合情况来进行选择合适的变压器。5.3主要设备的选型。5.3.1高压开关柜。一般采用KYN金属铠装中置抽出式开关柜，用于高层建筑的开关有三种类型可供选用：高压空气断路器，SF6开关和真空断路器。其中高压空气断路器因技术陈旧，SF6开关尺寸数大，气体具有毒性，故目前10kV真空断路器应用的较为普遍。如ABB公司的VD4真空开关，施耐德公司的Evolis真空开关等.高压柜采用JTWN-LDC-70A-FR01-2×2D分布式光纤温度监测系编统，监测动静触头及进出线电缆的温度并将数据传输到集中监测中心实现遥信遥测。5.3.2电力变压器。根据消防要求和标准，在建筑物的主楼内是不能够使用大容量油浸电力变压器的。而在高层建筑中，多使用干式变压器。很多时候为了降低变压器的使用数量，对于单台变压器容量的选择上，多使用大于1000kVA的。同时为了更好地减少低压侧，对于变压器的型号选择上，多采取短路电流。在其正常解列运行的时候，在其中间设置开关。5.3.3低压配电屏。国外低压配电屏的结构，几乎都做成抽屉式，特别是大容量的出线，则做成手车式。国内许多生产厂家的低压配电屏也有引进技术做成抽屉式结构的，其中有的（如多米诺组合式开关柜等）主要技术指标已达国际先进水平。低压配电屏多采用自动空气开关出线。当配电变压器的容量为1600kVA时，低压母线上的短路容量已超过40kA，目前国内已能提供这样大容量的产品（如多米诺组合式开关柜和YDS型抽出式／混合式低压开关柜等）。低压断路器现在有两类：框架式和塑壳型。框架式低压断路器分二个档次。一般型：带有三段保护特性，具有选择性保护功能，正面手柄操作，可固定式、抽出式安装，分断能力较高，价格便宜。如DW15和DW17、AH、AE等。高性能型。带各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信，分断能力高，零飞弧、小型化，附件齐全，结构模块化，采用整体框塑结构，外形美观。如DW45、AE－SS、M、F等。塑壳开关总体上具有小型化、高分断、多功能、模块化、附件齐全等特点。产品有施耐德公司的NS系列；ABB公司的S系列；国产的S系列。由于近年发展，国产在3200A及以下的断路器已和国外的产品性能相接近，从经济角度考虑，应优先选用国产断路器。用DW45做主开关，S系列做出线开关。5.3.4母线槽和电缆。对于插接式绝缘母线槽而言，其具备较多的特点和优势，比如其可靠性能强、容量大且线槽内部结构紧凑，以及后续养护便捷等。在很多国外的高层建筑中，这种绝缘母线槽已经完全代替了电缆竖井。电缆必须注重防火，根据需要可选用阻燃或防火电缆.现时YJV型的交联聚乙烯电缆以及VV型聚氯乙烯电缆，为项目建设当中所普遍选取两类电缆类型。YJV型的交联电缆和VV型电缆进行比较，虽说价格稍微贵一点，不过有着重量轻、外径较小、寿命较长以及载流量较大的多个明显长处，YJV型电缆寿命可长达40年，但是VV型的电缆仅是20年，所以在项目设计当中应当尽可能选取YJV型的交联聚乙烯电缆，将VV型的聚氯乙烯电缆逐渐淘汰掉。

6结束语

在高层建筑中，所需的相应负荷比较大，要做好电气工程的各项设计，做好线路的选择、做好防火措施，实现安全可靠合理的节能用电，要对供电系统的设计方案反复推敲，确保整个系统可以安全的运行。

参考文献

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[2]王宏伟.高层建筑电气设计中低压配电系统安全性探讨[J].科技创新与应用，2012（22）：222.

[3]张文娟，刘海霞.高层建筑中电气设计的要点分析[J].内蒙古科技与经济，2014（02）：109+111.

作者:刘洁雅 单位:佛山电力设计院有限公司