浅析民用建筑供配电系统设计论文

于登虎

【摘要】供配电设计作为民用建筑电气设计的主要部分，设计的合理性直接影响到民用建筑电气设备的投资、运行及管理，因此供配电设计除了要保障人身安全、供电可靠、技术先进外，还要检验设计在实际运行中是否经济、合理。本文建筑设计论文通过分析我国目前高层民用建筑几种供配电设计方案，并结合规范与工程实例，对目前建筑供配电设计方面存在的问题进行探讨，并提出相应的解决方案。
关键字：建筑 供配电 负荷 消防
论文引言

建筑供配电是保证建筑设施正常运行的关键，直接关系到民用建筑的安全。下面介绍工程的概括，结合部分规范阐述一下该系统的设计思路。该工程总建筑面积约16万平方米。两层地下室，地上有两组建筑群一组由1、2、3、5栋，连体组成的33层的高层住宅，建筑高度为99.6米；另一组由6、7、8栋连体组成的18层的高层住宅，建筑高度为58.3米，和一栋33层塔式住宅（9栋），建筑高度为99.6米，另有一栋独立商业用房，建筑层数为三层，建筑面积约3500平方米。地下二层建筑面积2万余平方米，7个防火分区，平时作为车库、设备房，战时部分作为二等人员掩蔽所；地下一层建筑面积一万八千余平方米，5个防火分区，作为车库及设备房
一．电力负荷等级划分及供电要求
1.负荷分级
由于不可能对所有的用电单位和用电设备都采取相同的供电措施，所以供配电设计应首先对用电单位和用电设备进行负荷分级。负荷分级应根据用电单位（即电能用户）和用电设备的规模、功能、性质及其在政治、经济上的重要性进行确定。国际上普遍的做法是将负荷按应急电源自动切换的允许中断供电时间划分为0s、小于0.15s、0.5s、15s和大于15s五个级别，而我国则是沿用前苏联的做法，按用电单位或用电设备突然中断供电所导致后果的危险性和严重程度分为一、二、三级。另外人防工程负荷分级中用电负荷应分别按平时和战时用电负荷的重要性、供电连续性及中断供电后可能造成的损失或影响程度分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。平时用电负荷分级，应同时满足《人民防空地下室设计规范》和地面同类建筑国家现行有关标准之规定。由于各行业的各类负荷很多，通用性规范只能对负荷分级作原则性规定，具体行业中负荷等级详细的划分需在相应行业标准中规定。常用的重要用电负荷分级（含人防战时负荷分级）。
2.供电要求
(1)供配电系统力求简单可靠，操作安全，运行灵活，检修方便。正常工作电源与柴油发电机组的应急电源应自成系统、独立配电，事故时应能自动切换。消防用电等一类负荷在火灾情况下，由应急电源保证连续供电，二类负荷应保证两回路切换供电.低压配电级数不宜过多。如从变电所的低压配电装置算起，则配电级数一般不多于四级，重要负荷不超过一级。总配电长度一般不宜超过200m，每路干线的负荷计算电流一般不宜大于200A.
(2)变配电设备的布置应便于安装和维护。高层民用建筑的地下层通常有两层，宜将总配电室(变电所)设在地下一层。柴油发电机宜用风冷式机组，且机房最好设置在地下一层;一是便于通风冷却;二是可与变配电室中的设备共用运输通道。为防火的需要，不宜设置可燃油浸的电力变压器、高压电容器和多油开关，而应采用干式变压器与高压真空开关.各楼层配电室宜设在电气竖井内，一般情况下配电箱与电缆分装在竖井内的不同侧面.
(3) 供配电系统的网络设计应合理。民用建筑中的低压配电网络多采用混合式配电系统。其中地下室与裙楼部分采用放射式配电，主体部分采用树干式配电。根据负荷大小和楼层层数的多少，决定选用分区树干式还是母线树干式配电系统。树千式的配电形式一般为电缆或插接式绝缘母线槽沿垂直的电气竖井内敷设.
(4) 要适应建筑的发展。随着经济的发展，新设备、新材料、新功能等不断增多，因此供配电系统应适应高层民用建筑不断发展的需要。供配电系统的设计，是建筑电气设计的重要组成部分，合理与否会影响整个建筑使用功能及安全。
二．负荷的计算及变压器容量和台数的选配
目前我们通常根据负荷的不同分类，按需要系数法算出建筑物的计算负荷，据此选择变压器的容量及台数。
1. 负荷计算
负荷计算一般采用需要系数法。
用电设备组的计算负荷：
PJS=Kx•PS QJS= PJS •tgф SJS= PJS/cosф
式中PJS-----有功功率（KW），QJS-----无功功率（KVAR）
SJS-----视在功率（KVA），cosф----- 功率因数
PS-----用电设备组的设备功率（KW）单相负荷应均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷的10%时，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相假后求其均方根。
注：一般动力设备为3台以下时，需要系数取为 Kx=1；
2. 照明负荷需要系数的大小与灯的控制方式和开启率有关
①大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。插座容量的比例大时，需要系数的选择可以偏小些。
②配电干线和变电所的计算负荷为各用点设备组的计算负荷之和，再乘以同时系数（Kt），Kt一般取0.8~0.9。
③当不同类别的建筑（如办公楼和住宅楼）共一台变压器时，其同时系数可适当减小，Kt＜0.8。
住宅电源干线采用三相380V供电，计算干线负荷按上节负荷表2．4．1-1取安装容量时，需要系数Kt的选定，见表2．4．1-1取安装容量时，需要系数Kt的选定。
注：1.住宅用电功率因数可取cosф=0.85~0.9；
3.供住宅的电源干线为单相~220V时，Kx值为单相干线所带的户数的3倍相对应的数值。如：单相带10户，即查表中30户对应的值，Kx=0.5。
4.变压器容量和台数的选择
变压器的容量应根据负荷的大小、负荷等级及经济运行等因素进行选择，保证满足全部用电设备计算负荷的需要。变压器的台数应尽可能选择双数，便于两两低压联络，并且相互联络的两台变压器容量也不宜相差太多。民用建筑中单台变压器容量最好在630KVA~1250KVA之间，不宜超过1250KVA，但当用电设备容量较大、经济技术合理、运行安全可靠时，可采用2000KVA~2500KVA的变压器。应该注意的是因照明设备允许压降为10%，故大容量用电设备应与照明设备分别选用不同的变压器。
本工程商业负荷按70VA/m2考虑（空调除外），住宅二房为5KW共270户，三房为6KW共361户，四房为7KW共120户，复式房为20~50KW共19户，商场空调机组用电负荷为500KW，电梯、室外照明及部分消防用电等用电负荷为2500KW，总安装容量为7983KW，计算容量为2845KW。选四台1000KVA干式变压器联络供电。变压器平时负荷率η按不大于85%考虑。1#变配电房设于三栋塔楼的地下一层附近，安装两台1000KVA干式变压器，主要供一~五栋住宅及地下室附近车库的负荷用电，2#变配电房设于八栋塔楼的地下二层附近，安装两台1000KVA干式变压器，主要供五~九栋住宅和商业负荷及地下室附近车库的负荷用电。共设高压环网柜9台，低压配电柜共35台。
三．柴油发电机负荷计算及容量的选配
1.柴油发电机负荷计算必保的消防负荷
平时备用火灾时才启动的消防计算负荷（Pj1）。如：一般按一个着火点考虑需开启的消防水泵、排烟风机、正压风机、电动防火卷帘、电动防火门、消防新风机等。（同层有几个防火分区时，若某一个防火分区着火，所开启的防排烟最大负荷为本着火分区及相邻上、下两层的两个防火分区的防排烟设备）。
停市电时，必须由发电机供电的计算负荷（Pj2）。如：应急照明（包括备用照明、疏散照明、安全照明）、消防电梯、消防控制室、通信机房、防盗监控机房、大中型计算机房等重要设备用电，特别重要负荷，一级负荷中的部分或全部负荷。
2.宜保的重要负荷
停市电非火灾时，宜由发电机带的重要计算负荷（Pj3）。如：部分或全部客梯、生活水泵、厨房动力、餐厅1/4~1/3照明、商场1/4~1/3照明、宾馆锅炉房、星级客房照明等。宜将大型封闭式大商场中的空气处理机、新风机做为重要负荷。
3.柴油发电机容量的选择
发电机组的额定功率（PH）应大于或等于1.1倍的计算功率（Pj）：PH≥1.1Pj⑴当Pj1＞Pj3时，应选PH≥1.1（Pj1+ Pj2）。
为充分利用发电机，应把重要负荷挂在发电机母线上。
3当Pj3＞Pj1时，应选PH≥1.1（Pj2+ Pj3）。
这样既能满足必保负荷用电，又能向重要负荷供电，为首选设计方案。
最大一台电机启动时，发电机瞬时电压降不应大于额定电压的20%。
4.柴油发电机容量的选择校验
按最大一台电机启动需要来校验发电机的容量，即：PH≥K•P
式中：PH—发电机的额定功率
K—最大一台电机启动倍数
在不同启动方式下，发电机功率为被启动电动机功率的最小倍数（K值）。一般消防水泵可按15%允许瞬时压降来选择，校验发电机容量。可采用Y—△启动。发电机容量足够，水泵容量较小，又不经常起动，直接起动时压降≤15%时，可采用直接起动。柴油发电机单台容量不宜超过1000KW，若容量较大可选择多台发电机。宜选50HZ、400/230V、风冷、带自启动装置，并能在15秒内供电的发电机。
如本工程必保负荷Pj1（包括加压风机、防排烟风机、放火卷帘、消防泵喷淋泵）计算负荷为253KW，同时系数取1；停市电时负荷Pj2（包括消防中心、弱电机房、1~3，5栋消防电梯和公共照明、地下室应急照明、地下室1~6防火分区潜污泵、6~9栋公共照明和消防电梯、设备房用电）计算负荷为311，同时系数取0.9；宜保负荷Pj3（包括1~3，5~9栋客梯、商场货梯、生活泵）计算负荷为253KW，同时系数取0.9；Pj1=253KW＞Pj3=120KW，故柴油发电机容量PH≥1.1（Pj1+ Pj2）=1.1*（258+280）=586.3KW，查样本选择PH=600KW。校验：最大一台电机为高区消防水泵55KW，采用Y—△启动，按15%压降查表得K=2.3，取1.2可靠系数，1.2* K*P=1.2*2.3*55=151.8＜600KW，经校验所选机组满足要求。
四.供配电系统在消防上的设计
为考虑发生特殊及火灾情况，可增配一自动起动柴油发电机组作为应急电源。由两个部分给消防设备供电，第一部分是由电网供电，第二部分由柴油发电机供电，并在最末一级配电箱处进行自动切换。当主电源故障时，由柴油发电机组给整个建筑供电。由于电网电有工作电源和备用电源，柴油发电机组只需在工作电源和备用电源均无电时才起动。这样就大大提高了供电系统的可靠性。
两路10kv供电电源可设计成一路工作，一路备用。工作电源按专线考虑，备用电源按工作电源发生故障后能维持主楼电梯、客房照明的负荷计算。当发生火灾时切除非消防用电，自动接通消防泵、喷淋泵等消防设施。这样可以降低变压器的容量，而柴油发电机组的增配弥补了供电可靠性。这样基建投资省、经济效益高。
五.论文结语
以上论文介绍了工程的概括，结合部分规范阐述一下该系统。就电负荷、消防方面，合理性，安全性作了阐述。建筑工程的电气设计中，需要讲究设计的可操作性、延续性、系统性和整体协调性。所以在建筑工程中尤为重要。
参考文献
[1] 雍静主编《供配电系统》 机械工业出版社2003.6
[2] 朱林根主编《21世纪建筑电气设计手册》中国建筑工业出版社2001
[3] 朱林根主编《现代建筑电气\设计与施工手册》中国建筑工业出版社
[4] 焦流成主编 《供配电设计手册》中国计划出版社1997
[5] 《供配电设计规范》GB50052-95；
[6] 《供配电系统设计规范》GB50052-95；