某職業技術學校綜合教學樓供配電研究

中國人民大學 柳熙宇 北京博誠睿智人力資源服務有限公司 韓 健 北京建工四建工程建設有限公司 鈕 申

1 工程概況

工程為職業技術學校綜合教學大樓，總建筑面積約394553.615㎡，地下2層，地上15層，建筑主體高度為73.6m。工程電氣設計范圍主要包含：負荷計算、變壓器選型、10kV進線方案及主接線圖、高壓進線電纜選擇、變壓器低壓出線方案、各配電柜（箱）設計等[1]。

2 負荷計算

根據負荷等級分類規定，該15層教學樓的供配電類型分為一級負荷和三級負荷，一級負荷包括應急照明、生活水泵、消防電梯、消防控制室通電等，三級負荷有一般照明負荷以及其他負荷[2]。

2.1 一級負荷計算

在該工程中一級負荷包括地下室應急照明負荷、塔樓應急照明負荷、消防控制室以及消防電梯負荷。需要系數的大小要綜合考慮用電設備的負荷機制、工作時間的長短以及該設備運行的次數等方面因素。匯總可得一級負荷計算如表1所示。不計入消防負荷時，工程的一級負荷的額定功率為211kW，一級負荷的有功功率146.6kW，無功功率為134.1kvar[3]。

表1 一級負荷

2.2 三級負荷計算

該工程的三級負荷有樓層照明負荷、客梯、空調用電、地下室照明和防風機。與一級負荷的計算過程基本相同，如表2所示。三級負荷的額定功率為2991.7kW，三級負荷的有功功率為2269.1kW，三級負荷的無功功率為1593.1kvar[4]。

表2 三級負荷

2.3 工程總負荷

消防電氣設備在正常情況下不會使用，只會在發生火災或其他特殊情況中使用，則負一層消防電源、負二層消防電源、地上消防電源、消防水泵以及首層消防防風機不計入總負荷中，所以工程的總負荷為2269.1+146.6=2415.7kW。

3 變壓器的選擇

3.1 變壓器容量的選取

單臺變壓器成本隨容量的增加而增加，如果就一臺大容量變壓器，用電負荷高峰期的變壓器發熱嚴重，需要變壓器有優越的散熱性能，增加了設計成本，用電負荷低谷期的變壓器大部分容量空閑易造成浪費，而且變壓器檢修時，需要停電面積較大。因此，在選擇變壓器時，盡量不選擇大容量變壓器，一般通常選擇兩臺容量一樣且容量能滿足需要的變壓器、并將兩臺變壓器建設在同一配電室，既能節約建設和維修成本，還能提高供電可靠性[5]。

該工程的總負荷為2415.7kW，為了防止季節性負荷變化過大（如空調等設備的供電）以及負荷過于集中，變壓器應該選擇兩臺變壓器或兩臺以上的變壓器，根據具體計算容量大小，并提高經濟運行效率以及變壓器工作效率，且變壓器的負荷率一般取在70%～85%之間，并留有一定的備用容量，因此可以選擇兩臺1600kVA 容量的干式變壓器[6]。

3.2 T1、T2變壓器的負荷統計

考慮到無功補償后，T1、T2變壓器低壓側的功率因數取0.92，T1、T2變壓器的負荷，則T1變壓器的負荷率為1319.6/1600=82.3%，則負荷率為1306.2/1600=81.6%，負荷率都在0.75～0.85，滿足其要求。

表3 變壓器負荷統計

3.3 無功功率補償

根據國家的有關規范，來選擇更適合的變壓器，通過計算出有功功率，算出兩臺變壓器的負荷率，進一步的選擇了兩臺符合要求的變壓器，由于兩臺變壓器的無功功率較大，T1和T2的兩臺變壓器的功率因數較低，因此來安裝無功補償裝置來提高變壓器的功率因數，然后根據該工程的位置選擇變壓器的位置，更有效率的進行輸電[7]。

4 10KV 高壓部分

4.1 10kV 高壓進線方案

高壓部分是配電系統中重要的部分，也是本電力系統能夠正常工作的前提，因此電纜的選擇尤為重要，已知本工程的總負荷，承載T1變壓器的負荷為1214kW，取功率因數0.92，則視在功率為1214÷0.92＝1319.6kVA，計算出變壓器的電流，然后在通過這進入的電流來選擇電纜。電纜敷設的在環境溫度在30～40℃，并可以參考表4.1YJV 高壓電纜直埋地載流量表，連接到T1變壓器的電纜可以選擇YJV22-8.7/15KV-3×25。T2變壓器的電纜同理可以選擇YJV22-8.7/15KV-3×25。由校區原有的K5開關房引來，用聯絡柜來聯絡該工程兩臺變電器，由這兩臺變壓器的供電來承擔該工程的全部的負荷。

表4 變壓器無功補償

4.2 主接線圖

如圖1，從校區原有的K5開關房引來的10KV的兩條高壓L1、L2的YJV22-8.7/15-3×25輸電電纜，饋電至T1（1600kVA）、T2（1600kVA）這兩臺變壓器，兩臺變壓器通過聯絡柜來連接。左右兩邊10kV 的進線，中間用聯絡柜來連接兩臺變壓器，兩臺變壓器旁邊有兩臺高壓計量箱，然后饋電至接兩臺變壓器，變壓器再接入各個負荷的配電柜，并保證至少有一路的10kV的電壓能夠正常的供電。

圖1 高壓主接線圖

5 低壓部分

5.1 低壓干線系統圖

低層建筑的低壓干線多采用放射式設計形式，直接由配電柜引線通過電梯豎井到各個負荷配電箱，該工程的低壓干線設計需要根據大樓的建筑高度來考慮，供電干線通常采用高層建筑的低壓干線樹干式的設計方式，并用母線槽通過電梯豎井為整棟樓的其他負荷供電。

從變壓器引出電纜，通過各個負荷量，計算出計算電流，再根據其土壤環境、導體材料再來選擇電纜。根據負荷算出T1變壓器連接的負一層應急照明、負二層應急照明、消防控制室、1～5層照明負荷、6～10層照明負荷、11～15層照明負荷、消防電梯、客梯以及生活水泵的計算電流以及計算容量，從中選擇母線、電纜、導線型號以及規格。

T1變壓器應有13路出線，從變壓器到負一層應急照明、負二層應急照明、消防控制室、1～5層照明負荷、6～10層照明負荷、11～15層照明負荷、消防電梯、客梯以及生活水泵這7個配電箱，如圖2所示。

圖2 T1變壓器出線圖

通過負荷計算負一層應急照明的計算容量為16kVA，計算電流為28.6A，選擇BTTZ-5×16電纜給負一層應急照明負荷進行供電，負二層應急照明的計算容量為6kW，計算電流為10.6A，故選擇BTTZ-5×16電纜給負一層應急照明負荷進行供電。1～5層照明負荷的計算容量為475.5kVA，計算電流為637.7A，6～10層照明負荷的計算容量為435kVA，計算電流為583.4A，11～15層照明負荷的計算容量為446.5kVA，計算電流為598.8A，這三個計算電流如何使用這種電纜比較的不實惠，并且不太安全，電流太大，所以可以按照有關規范要求，可以在這四個負荷連接電纜選擇分別為密集型母線1000A、密集型母線1000A 和密集型母線1000A。

圖3從變壓器T2有11路的各個負荷出線來連接配電箱，從變壓器到4層空調用電1、4層空調用電2、8層空調用電1、8層空調用電2、1～2層普通用電以及3層普通用電等連接到這11個負荷。負荷計算客梯1的計算容量為33kW，計算電流為75.2A，應選擇電纜WDZB-YJY-3×25+2×16的型號，客梯2的計算電流相同，使用WDZB-YJY-3×25+2×16電纜。

圖3 T2變壓器出線圖

5.2 低壓配電裝置

低壓配電裝置是供配電系統的重要部分，它主要負責低壓部分的電能分配及短路保護，是供配電系統能夠正常工作的前提，根據電壓的等級、敷設電纜的環境來判斷電纜的選取。以第一層照明負荷為例，根據負荷計算第一層照明負荷配電柜的額定功率Pe=46kW，計算電流Ijs=65.8A，這個開關控制柜的作用是在第一層照明電源的負荷超過額定值時，起了過電流的保護作用，并且還有需要欠壓和短路保護。

斷路器的額定電流除以該線路的實際計算電流大于等于1.3倍，才符合要求，其中Ie 為斷路器的額定電流，Ijs 為線路中實際的計算電流。那么根據它的計算電流，配電柜里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經計算出來的計算電流，才能保證整個系統穩點的運行，所以應該選取的額定電流為80A，并且斷路器選擇塑料外殼式的，根據有關的國際規定斷路器的漏電保護值應該為I △n=30mA，選擇△T（S）=0.3s 為漏電的動作時間，根據計算出來的計算電流，該工程的第一層照明配電箱的斷路器最總確定的型號為NSX 160N TM 80A/3P，該型號的脫扣器額定電流為80A，大于配電柜的計算電流，符合斷路器的標準。指示燈、電壓計量表以及隔離開關等等也要根據實際情況來在第一層照明負荷的配電柜里設置。

計算出計算電流Ijs=65.8A，選擇第一層照明電源的配電房柜的進線的電纜為BTTZ-4×35+1×16-MR-WC/CC, 根據設計第一層的照明系統設計，出線有四條出線L1、L2、L3、L4，還有兩條備用的，四條出線連接下一級配電箱，輸出的配電箱負荷分別為6kW、15kW、10kW 和15kW，計算出各個出線的計算電流分別為10.7A、26.8A、17.9A 和26.8A，然后根據計算出來的計算電流，選擇三條合適的電纜分別為WDZNYJY-3×10-MR/PC25-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/PC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×6-MR/PC32-WC/CC。根據上文計算四條出線的計算電流，第一層照明電源配電柜的四條出線，并且斷路器脫扣器電流大于計算電流，根據有關的國際規定斷路器的漏電保護值應該為I △n=30mA，選擇△T（S）=0.3s 為漏電的動作時間，所以選擇出線的四個斷路器的四個型號分別為iC65N-C40A/1P、iC65N-C40A/3P、iC65N-C32A/3P、iC65NC40A/3P。設計如圖4所示。

圖4 第一層照明配電柜

第一層照明配電柜有四條出線，四個中間配電箱，以1AL1配電箱為例，額定功率為6kW，根據配電箱1AL1的有關數據，需要系數為1，功率因數為0.85，算出計算功率為6kW，計算電流為10.7A，那么根據它的計算電流，配電箱里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經計算出來的計算電流，才能保證整個系統穩點的運行，所以應該選取的額定電流為40A，并且斷路器選擇塑料外殼式的，根據有關的國際規定斷路器的漏電保護值應該為I △n=30mA，選擇△T（S）=0.3s 為漏電的動作時間，根據計算出來的計算電流，1AL1配電箱的斷路器最總確定的型號為C40A/2P，該型號的脫扣器額定電流為40A，大于配電箱的計算電流，符合斷路器的標準。

根據實際情況的出線，1AL1配電箱應有四條出線一個照明負荷，三個插座，設計出四條出線，與上述方法相同選擇出進線的斷路器型號、出線的四個斷路器型號，以及出線的電纜型號。設計如圖5所示。

圖5 1AL1配電箱

負一層消防的電源配電箱是負一層消防電源的開關控制柜，這個開關控制柜的作用是在負一層消防電源的負荷超過額定值時，起了過電流的保護作用，并且還有需要欠壓和短路保護。根據負荷計算負一層的消防電源負荷的計算電流69.2A，那么根據它的計算電流，配電柜里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經計算出來的計算電流，才能保證整個系統穩點的運行，所以應該選取的額定電流為100A，并且斷路器選擇塑料外殼式的，根據國際規定斷路器的漏電保護值應該為I △n=30mA，選擇△T（S）=0.3s 為漏電的動作時間，根據計算出來的計算電流，該工程的負一層消防電源配電箱的斷路器最總確定的型號為NSX 160N TM 100A/3P，該型號的脫扣器額定電流為100A，大于配電柜的計算電流，符合斷路器的標準。

負一層消防電源配電柜的總負荷為40.5kW，計算負荷也為40.5kW，選擇出負一層消防電源的配電房柜的進線的電纜為BTTZ-3×35+2×16-MRWC/CC，出線有三路出線，分別的負荷為4.5kW、24kW、12kW，計算出各個出線的計算電流分別為6.8A、36.5A、18.2A，然后根據計算出來的計算電流，選擇三條合適的電纜分別為WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-3×25+2×16-MR-WC/CC。設計如圖6所示。

圖6 負一層消防的電源配電箱

6 結論

在社會的發展過程中，供配電系統對于高層建筑有極其重要的作用，研究高層的供配電設計具有重要的實際作用。為了得到安全可靠的用電保障，高層建筑的供配電需要經過合理的設計。本文供配電的設計主要包括負荷計算、低壓配電方式、高壓配電方式、變壓器以及低壓斷路器的選取，合理的設計出高層建筑的供配電方案。