高層建筑智能供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳力生，付　輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學(xué)，四川　綿陽　621000）

高層建筑智能供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳力生，付輝

（四川省綿陽市涪城區(qū)西南科技大學(xué)，四川綿陽621000）

摘要：智能建筑中各大智能化系統(tǒng)的能源必是電能，可見研究出一套經(jīng)濟(jì)可靠且擁有智能化的供配電系統(tǒng)是非常有必要的。本文通過高層建筑實(shí)例，采用電氣工程的工程設(shè)計(jì)方法，按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)對智能供配電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)做作出相應(yīng)研究。研究內(nèi)容分為四部分：10/0.4KV變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，供配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電擊防護(hù)設(shè)計(jì)，綜合防雷設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)所需要的工程數(shù)據(jù)及相關(guān)的工程計(jì)算公式將查閱相關(guān)數(shù)據(jù)手冊和相關(guān)書籍。

關(guān)鍵詞：10/0.4kV變配電系統(tǒng)；供配電設(shè)備監(jiān)控；電擊防護(hù)；綜合防雷

1　引言

供配電系統(tǒng)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(yè)人員，其系統(tǒng)故障帶來的損失較中、高壓系統(tǒng)小，故其安全問題首要考慮人身安全，因此需設(shè)置供配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和必要的電擊防護(hù)。此外還需設(shè)置相應(yīng)的綜合防雷措施。本文將通過建筑實(shí)例對高層建筑智能供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)作相應(yīng)的研究。

2　高層建筑10/0.4KV變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1建筑實(shí)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用雙電源供電且設(shè)置自備發(fā)電機(jī)做備用電源，電氣主結(jié)線采用雙母線帶母聯(lián)斷路器并設(shè)置獨(dú)立應(yīng)急母線。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部布局及進(jìn)線電纜的方式方位設(shè)置配電柜，并采用集中式配置方式裝設(shè)測控柜。采用放射式接線方式分別接至各個(gè)單元配電柜，且每個(gè)單元配電柜相應(yīng)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(shè)置測控柜。對重要負(fù)荷均單獨(dú)對其供電。備用電源與主供電電源之間由ATS自動(dòng)切換。

2.3負(fù)荷計(jì)算

2.3.1負(fù)荷分級(jí)

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》該建筑

生活照明為三級(jí)負(fù)荷，建筑內(nèi)安防系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為二級(jí)負(fù)荷，地下停車庫、火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)消防系統(tǒng)、應(yīng)急照明為一級(jí)負(fù)荷。

2.3.2負(fù)荷計(jì)算方法

若計(jì)算負(fù)荷過大，將使設(shè)備和導(dǎo)線容量選得過大，成本增加；若計(jì)算負(fù)荷過小，又將使設(shè)備和導(dǎo)線長期處于過負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。因此必須確定合理的計(jì)算負(fù)荷。采用需要系數(shù)法選擇。計(jì)算公式：

總有功計(jì)算負(fù)荷：Pca=ΣPca.i（1）

總無功計(jì)算負(fù)荷：Qca=ΣQca.i（2）

總視在計(jì)算負(fù)荷：Sca^2=Pca^2+Qca^2（3）

有功計(jì)算負(fù)荷：Pca.i＝Pn.i*Kd（4）

無功計(jì)算負(fù)荷：Qca.i＝Pca.i×tanΦ（5）

視在計(jì)算負(fù)荷：Sca.i＝Pca.i/COSΦ（6）

總電流：Ica.i＝Sca.i/（Un）（7）

2.3.3負(fù)荷計(jì)算及變壓器的選擇

根據(jù)JGJ16-2008《民用電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》每戶容量可以根據(jù)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(jì)算負(fù)荷同理計(jì)算，最終列出負(fù)荷統(tǒng)計(jì)總覽表。從表中可得不計(jì)平時(shí)不用的負(fù)荷：Pca總=309.273KWQca總=245.98KvarSca總=395.17KVA。

同時(shí)系數(shù)Kx取0.9-1.0。

選擇630KVA的變壓器。

2.4無功補(bǔ)償計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)定功率因數(shù)應(yīng)補(bǔ)償?shù)?.9以上。

補(bǔ)償前：COSФ=Pca總/Sca總=0.783

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

2.5自備發(fā)電機(jī)容量計(jì)算

通過負(fù)荷總覽表則可算出容量。按照消防負(fù)荷和應(yīng)急負(fù)荷中除消防負(fù)荷以外的負(fù)荷兩者中的大者來選擇發(fā)電機(jī)容量。發(fā)電機(jī)負(fù)荷：Pca總=116.693KW選擇有功輸出容量為120KW的發(fā)電機(jī)。

2.6導(dǎo)線選擇的計(jì)算

每個(gè)住戶的導(dǎo)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(hù)電氣設(shè)備和線路，要先選擇斷路器，保證低壓斷路器動(dòng)作電流在所選導(dǎo)線載流量之內(nèi)，并考慮矯正系數(shù)。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)查手冊選擇YJV-4*2.5mm2。同理選擇其他導(dǎo)線。

3　供配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于該商住樓的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，可以采用兩層結(jié)構(gòu)式的綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，由通信層和現(xiàn)場保護(hù)測控層組成。

控制中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)與通信控制器之間采用RS-232通信接口，通信控制器與現(xiàn)場I/O設(shè)備之間采用RS-485通信接口。

現(xiàn)場I/O的配置方式采用集中式配置在每個(gè)測控柜中。

4　供配電系統(tǒng)電擊防護(hù)設(shè)計(jì)

在建筑場所因面對的是非電氣專業(yè)人員，故主要的防護(hù)重點(diǎn)是間接電擊。該樓配電線路選用TN—S系統(tǒng)，故障時(shí)可降低接觸電壓，增大短路電流，使過電流保護(hù)器可靠動(dòng)作切斷電源。大型設(shè)備采取絕緣、屏護(hù)和間距，防止人員有意或無意接觸從而導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)。在干線配電箱裝設(shè)漏電保護(hù)器作剩余電流保護(hù)。對于衛(wèi)生間，單獨(dú)做等電位聯(lián)結(jié)，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(shè)計(jì)

計(jì)算并查手冊知該建筑屬于三類防雷建筑。電磁干擾防護(hù)水平按照C級(jí)設(shè)計(jì)。然后采用滾球法確定外部防雷保護(hù)方案，確定出的方案為：塔樓樓頂每個(gè)角設(shè)置一根避雷針，高度為2米，共四根避雷針。在50米高處設(shè)置一圈避雷線。該方案可有效保護(hù)該建筑。另外直接利用建筑物內(nèi)的鋼筋作引下線，在引下線距地面1m處設(shè)置有一根扁鋼，與接地極進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。電磁脈沖防護(hù)采用RCD和SPD配合方式。

參考文獻(xiàn)：

［1］JGJ/T16-92，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范［S].北京：中國計(jì)劃出版社，1992.

［2]楊岳.電氣安全［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.7.

［3]溫步瀛.電力工程基礎(chǔ)［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。