現代高層建筑的供配電系統設計要點與節能

陳瑜

摘 要：傳統建筑物的供配電系統設計已不能適應現代高層建筑及社會的可持續發展的要求。該文提出供配電系統的設計原則與要點，指出節能設計的注意事項，并給出了導線及電氣設備的選擇，同時認為現代高層建筑的供配電系統設計應秉承“安全用電一體化”及節能的原則，根據用電負荷的種類、性質確定負荷等級。

關鍵詞：高層建筑 供配電系統 電氣設備 能耗

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0109-02

隨著我國的工業與城市化建設的發展，人民生活水平不斷提高，高層建筑在大中城市中成為主要的建筑形式[1]。在高層建筑可持續建設發展中，綠色環保的設計理念跨越了建筑物本體，追求人類生存目標的優化[2]。建筑電氣的設計自然要適應現代建筑的要求，正面各種問題域挑戰。而供配電系統的設計直接影響建筑的安全與整個電力系統的正常運行[3-4]，因而設計時不僅要考慮到各用電要素，而且在充分滿足當前電力系統的需求的前提下，還要著眼節能環保及長遠的建設與發展。

1 供配電系統的設計原則與要點

（1）全面細致地了解高層建筑中的各個工程特點，制定出科學的供配電方案，切實保證供電系統的安全可靠。無疑，安全性是設計的首要要素，要嚴格按照相關規范執行，并選擇合理的保護方法。（2）導線的型號和截面、電氣設備的規格及型號的設計與選擇是以用電負荷量的統計為參考。（3）供電的可靠性設計就是要防止供電中斷導致可能產生的生活困難、經濟糾紛、人身安全和設備的受損等問題的出現。（4）設計中要充分考慮電能質量的優劣，而這會直接影響供電系統的安全運行與電力設備的壽命。（5）設計中自然要考慮使用性與經濟性的要求，也就是說，在保證供配電系統安全可靠運行的前提下，盡量減少基礎電氣部分的投資、管理費用及年運行費用。（6）設計中要考慮供配電系統的未來發展與擴建的可能性，尤其要注意電壓等級、設備容量、安裝場地等的擴容。

2 供配電系統的節能設計要點

（1）相同電壓等級的供電系統的變配電級數≯2級，以降低電能損耗。（2）變電所的建設應接近負荷中心，低壓配電間在電氣豎井附近；供電網絡設計合理；低壓供電半徑≤200 m，以減少線路電壓損失。（3）根據電力負荷具體情況選擇變壓器的臺數和容量，保證在高效低耗區內。（4）合理選擇供電電壓、電纜與導線截面，并提高供配電系統的功率因素，以降低電能損耗。

3 照明供電的方式與電壓選擇

照明供電一般有一級負荷電源、二級照明負荷電源、三級照明負荷電源3種方式。其中，對一級負荷電源而言，一旦出現故障，停止供電，所造成的影響將難以估計與彌補，因而為防止此類事故的影響，一般設計雙電源供電；對于二級照明負荷電源而言，要求供電電源連續可靠，不中斷，設計中既可以采用雙電源供電，也可以采用單電源供電，但需要注意的是應對變壓器和線路進行備份，使得供電中斷后可迅速恢復；對三級照明負荷電源而言，通常采用單電源供電設計。照明供電的電壓選擇是：照明網絡電壓損失不能低于國家標準與規范要求值；普通照明一般采用380/220V三相四線制系統，供電額定電壓為220V；觸電危險性較高的場所，為防止人身傷亡事故的發生，無論是局部照明還是手提式照明，設計上均要求≤36V。

4 導線的選擇

常用的有架空線、電纜和低壓絕緣導線這3種。各類導線選擇的原則[6]是：（1）發熱原則。KQIzl>Ijs式中，KQ為溫度校正系數，Izl為允許載流量（A），Ijs為系統計算電流（A）。（2）電壓損失原則。ΔU%=1/（10UN2）×（∑PR+∑QX=100∑pl/CS=εJ<5%UN式中：UN為系統額定電壓（kV），P為有功負荷（kW），Q為無功負荷（kVar），R為導線電阻（Ω），X為導線電抗（Ω），C為計算系數，S為導線截面（mm2），ε為導線單位負荷矩電壓損失百分值，J為系統負荷矩（KMA，KWM， MWKM）。（3）機械強度校驗。S>Sjmin式中：S為導線截面（mm2），Sjmin為允許最小截面（mm2）。（4）經濟電流密度。S=Ijs/Ij式中：S為導線截面（mm2），Ijs為系統計算電流（A），Ij為經濟電流密度（A/mm2）。（5）熱校驗。Smin=I∞/K式中：Smin為導線熱穩允許最小截面（mm2），I∞為短路電流穩定值（kA），ti為短路電流假想持續時間（s）；K為導線熱穩系數。

5 電氣設備的選擇

5.1 變壓器的選擇

對變壓器的選擇應首選干式、氣體絕緣或非可燃性液體絕緣的變壓器，目前在住宅小區變電站中廣泛使用的是干式變壓器（結構簡單、安裝和維修便利、防火阻燃）。需要注意的是，在南方潮濕地區，不宜采用氣體絕緣干式變壓器，這是由于其絕緣水平會因為潮濕而導致嚴重下降，影響正常運行。當單臺變壓器油量≥100kg，就要設置單獨的變壓器室。節能型變壓器有“9、10、11”型等系列油浸變壓器和“9、10”型等系列干式變壓器，其中又有疊鐵芯、卷鐵芯和非晶合金鐵芯之分，建議生產、推廣卷鐵芯配電變壓器和非晶合金變壓器，它們更為節能環保。

5.2 低壓斷路器的選擇

對低壓斷路器的選擇一般滿足以下幾點，即電流發熱原則、與導線及系統的級間配合原則、與系統啟動配合及靈敏度原則、滅弧校驗原則、級間配合原則。具體的如公共區域動力箱電源進線處低壓斷路器的選擇、客梯配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇、消防梯配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇、屋面風機配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇、地下一層排煙風機配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇、地下一層消防潛污泵電源進線處低壓斷路器的選擇、地下一層送風機電源進線處低壓斷路器的選擇、層配電箱 AW電源進線處低壓斷路器的選擇、戶箱電源進線處低壓斷路器的選擇、照明回路低壓斷路器的選擇、空調及普通插座、廚房插座、衛生間插座回路低壓斷路器的選擇、樓梯間、前室、配電小間照明配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇、樓梯間照明配電箱電源進線處低壓斷路器的選擇等。

5.3 配電箱、開關、插座的設置

配電箱是按按電氣接線要求將開關設備、測量儀表、保護電器和輔助設備組裝在封閉或半封閉金屬柜中或屏幅上，構成低壓配電裝置。其主要作用有提示工作狀態，按要求接通、切斷電路，故障報警，調整電氣參數等。為便于整個設計和施工，一般選用通用的標準配電箱。面板、開關和插座是電氣系統的終端設備，也是使用效率最高的設備，還是常見的安全隱患問題設備，因而對其選擇直接影響著正常的生產與生活。

6 結語

現代高層建筑的供配電系統設計應秉承“安全用電一體化”及節能的原則，根據用電負荷的種類、性質確定負荷等級。導線的選擇可根據系統的計算數據和供配電方案來進行。變壓器、低壓斷路器、配電箱、開關、面板、插座的合理選擇，直接影響整個電力系統的安全與能耗。

參考文獻

[1] 何培玉.關于高層建筑安全管理及風險控制的研究[D].鄭州：鄭州大學，2016.

[2] 田建紅.智能小區建筑電氣工程設計與實踐[D].成都：西南交通大學，2012.

[3] 趙小惠，王恒.高層建筑火災初期人員疏散策略研究[J].徐州工程學院學報：自然科學版，2016（4）：27-32.endprint