高層建筑智能供配電系統設計研究

陳力生，付　輝

（四川省綿陽市涪城區西南科技大學，四川　綿陽　621000）

高層建筑智能供配電系統設計研究

陳力生，付輝

（四川省綿陽市涪城區西南科技大學，四川綿陽621000）

摘要：智能建筑中各大智能化系統的能源必是電能，可見研究出一套經濟可靠且擁有智能化的供配電系統是非常有必要的。本文通過高層建筑實例，采用電氣工程的工程設計方法，按照相關國家標準對智能供配電系統的工程設計做作出相應研究。研究內容分為四部分：10/0.4KV變配電系統設計，供配電設備監控系統設計，電擊防護設計，綜合防雷設計。設計所需要的工程數據及相關的工程計算公式將查閱相關數據手冊和相關書籍。

關鍵詞：10/0.4kV變配電系統；供配電設備監控；電擊防護；綜合防雷

1　引言

供配電系統是能量的來源則必須要求高可靠性和智能性。而建筑配電面向非電氣專業人員，其系統故障帶來的損失較中、高壓系統小，故其安全問題首要考慮人身安全，因此需設置供配電設備監控系統和必要的電擊防護。此外還需設置相應的綜合防雷措施。本文將通過建筑實例對高層建筑智能供配電系統設計作相應的研究。

2　高層建筑10/0.4KV變配電系統設計

2.1建筑實況

本文研究的商住樓由一棟18層高塔樓組成。地下一層為3米高的停車場，地上一層為商場，地上二層至十八層為住宅且每層高2.7米，總用地面積2000.4平方米，總建筑面積11286平方米。

2.2變配電系統結構

采用雙電源供電且設置自備發電機做備用電源，電氣主結線采用雙母線帶母聯斷路器并設置獨立應急母線。根據建筑結構和內部布局及進線電纜的方式方位設置配電柜，并采用集中式配置方式裝設測控柜。采用放射式接線方式分別接至各個單元配電柜，且每個單元配電柜相應配置集中式的測控柜。從單元配電柜采用樹干式接置各樓層的配電柜并同樣設置測控柜。對重要負荷均單獨對其供電。備用電源與主供電電源之間由ATS自動切換。

2.3負荷計算

2.3.1負荷分級

根據《民用建筑電氣設計規范》該建筑

生活照明為三級負荷，建筑內安防系統、信息網絡系統為二級負荷，地下停車庫、火災報警及自動消防系統、應急照明為一級負荷。

2.3.2負荷計算方法

若計算負荷過大，將使設備和導線容量選得過大，成本增加；若計算負荷過小，又將使設備和導線長期處于過負荷運行狀態。因此必須確定合理的計算負荷。采用需要系數法選擇。計算公式：

總有功計算負荷：Pca=ΣPca.i（1）

總無功計算負荷：Qca=ΣQca.i（2）

總視在計算負荷：Sca^2=Pca^2+Qca^2（3）

有功計算負荷：Pca.i＝Pn.i*Kd（4）

無功計算負荷：Qca.i＝Pca.i×tanΦ（5）

視在計算負荷：Sca.i＝Pca.i/COSΦ（6）

總電流：Ica.i＝Sca.i/（Un）（7）

2.3.3負荷計算及變壓器的選擇

根據JGJ16-2008《民用電氣設計規范》每戶容量可以根據面積分為三類：4kW，6kW，8kW。

住宅用電：二類用戶共51戶，三類用戶共17戶。

Pn=442KW

取COSФ=0.8Kd=0.4

Pca=Kd*Pn=176.8KW

Qca=Pca*tanФ=132.6Kvar

其余計算負荷同理計算，最終列出負荷統計總覽表。從表中可得不計平時不用的負荷：Pca總=309.273KWQca總=245.98KvarSca總=395.17KVA。

同時系數Kx取0.9-1.0。

選擇630KVA的變壓器。

2.4無功補償計算

根據相關規定功率因數應補償到0.9以上。

補償前：COSФ=Pca總/Sca總=0.783

COSФ提高到0.9：Qca補=Qca總-Sca后*SINФ=96.15Kvar

2.5自備發電機容量計算

通過負荷總覽表則可算出容量。按照消防負荷和應急負荷中除消防負荷以外的負荷兩者中的大者來選擇發電機容量。發電機負荷：Pca總=116.693KW選擇有功輸出容量為120KW的發電機。

2.6導線選擇的計算

每個住戶的導線截面選擇：二類用戶（6KW）：Pca=Kd*Pn=0.8，Ic=Pc/（1.73UCOSФ）=4.6A。三類用戶（8KW）：Pca=Kd*Pn=0.8，Ic=Pc/（1.73UCOSФ）=6.06A。

為使低壓斷路器可靠保護電氣設備和線路，要先選擇斷路器，保證低壓斷路器動作電流在所選導線載流量之內，并考慮矯正系數。根據計算數據查手冊選擇YJV-4*2.5mm2。同理選擇其他導線。

3　供配電設備監控系統設計

由于該商住樓的電力系統結構較為簡單，可以采用兩層結構式的綜合自動化結構，由通信層和現場保護測控層組成。

控制中心的監控計算機與通信控制器之間采用RS-232通信接口，通信控制器與現場I/O設備之間采用RS-485通信接口。

現場I/O的配置方式采用集中式配置在每個測控柜中。

4　供配電系統電擊防護設計

在建筑場所因面對的是非電氣專業人員，故主要的防護重點是間接電擊。該樓配電線路選用TN—S系統，故障時可降低接觸電壓，增大短路電流，使過電流保護器可靠動作切斷電源。大型設備采取絕緣、屏護和間距，防止人員有意或無意接觸從而導致電擊危險。在干線配電箱裝設漏電保護器作剩余電流保護。對于衛生間，單獨做等電位聯結，供電電源采用變壓器電氣隔離，插座選取有蓋的防濺插座。

5　綜合防雷設計

計算并查手冊知該建筑屬于三類防雷建筑。電磁干擾防護水平按照C級設計。然后采用滾球法確定外部防雷保護方案，確定出的方案為：塔樓樓頂每個角設置一根避雷針，高度為2米，共四根避雷針。在50米高處設置一圈避雷線。該方案可有效保護該建筑。另外直接利用建筑物內的鋼筋作引下線，在引下線距地面1m處設置有一根扁鋼，與接地極進行焊接，每支避雷針各接一根鋼筋作一根引下線，并且連接到避雷線，再一直引下至接地極，接地電阻按照標準計算。電磁脈沖防護采用RCD和SPD配合方式。

參考文獻：

［1］JGJ/T16-92，民用建筑電氣設計規范［S].北京：中國計劃出版社，1992.

［2]楊岳.電氣安全［M].北京：機械工業出版社，2010.7.

［3]溫步瀛.電力工程基礎［M].北京：中國電力出版社，2006.

作者簡介：陳力生（1994—），四川雅安石棉縣人，本科，研究方向電氣工程。