建筑照明配電系統(tǒng)電線電纜負(fù)荷計(jì)算及選擇要點(diǎn)研究
——以某醫(yī)學(xué)院綜合樓工程為例

李艷麗

甘肅一安建設(shè)科技集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730060

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，民眾生活質(zhì)量得到巨大改善，這也使得其對自身生活環(huán)境提出更高的要求。電氣設(shè)計(jì)作為建筑工作的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定建筑居住環(huán)境。電纜是支撐電氣系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建筑用電線電纜種類繁多，電線電纜種類選擇的科學(xué)性直接決定電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性[1]。在當(dāng)前民眾環(huán)保意識不斷提高背景下，如何通過合理的電纜設(shè)計(jì)降低電力傳輸過程中的能耗已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)技術(shù)人員的重要研究內(nèi)容。照明系統(tǒng)作為建筑的關(guān)鍵部分之一，對其電線電纜進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)也成為當(dāng)前行業(yè)技術(shù)人員的重要研究課題。

1 電線電纜概述

1.1 母線的材料及類型

母線在實(shí)際應(yīng)用中主要用于匯集、分配及傳送電能，適用于大電流傳輸場合，裸母線敷設(shè)于絕緣子之上，可以滿足各電壓等級的要求。其主要采用銅、鋁、鋼作為原料，分別應(yīng)用于不同環(huán)境中。銅質(zhì)母線具有較低的電阻率、較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐腐蝕性能，但由于價格原因，它只適用于具有腐蝕性的場所，如海岸或化工企業(yè)；鋁質(zhì)母線的電阻率比銅質(zhì)的電阻率稍高，但它具有質(zhì)量輕、成本低的優(yōu)勢，因而被大量地用于工業(yè)企業(yè)和工業(yè)變電站；鋼材的電阻率比較高，會引起直流電的渦流和滯后損失，從而使電壓下降，但是鋼材具有更高的力學(xué)性能，價格低廉，因此經(jīng)常被用作接地母線[2]。

1.2 電力線纜的材料及功能

從構(gòu)造來看，電力線纜以鐵芯為主，由隔離層和保護(hù)層等部件構(gòu)成，其核心一般為銅、鋁、銅包鋁等，通常由多根銅線或細(xì)鋁線纏繞而成，以提高線纜的柔韌性，是電力傳輸?shù)耐ǖ繹3]。通常，絕緣層是根據(jù)所能經(jīng)受的電壓等級，給電線芯包上不同厚度的絕緣外皮而制成的，其阻值很高，能將鄰近的鐵心和保護(hù)層隔開；電力線纜的保護(hù)層分為內(nèi)外兩部分，以防止電力線纜在鋪設(shè)和使用過程中受到各種因素的影響，如機(jī)器損壞和外部水分侵入等[4]。

2 案例概況

為深入探究建筑照明系統(tǒng)中電線電纜選擇及敷設(shè)施工要點(diǎn)，文章以某醫(yī)學(xué)院綜合樓工程為例進(jìn)行分析。該建筑的總建筑面積達(dá)到33 000 m2，地下2 層，地上18 層，劃分為實(shí)驗(yàn)室、廚房、餐廳等，歸屬于高層綜合樓Ⅰ類，一級負(fù)荷用戶。工程相關(guān)資料顯示，案例工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含照明設(shè)計(jì)、電線電纜設(shè)計(jì)及防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)三部分。建筑中，除廚房、水泵房等需要對防潮性能進(jìn)行綜合考量外，其余區(qū)域均為正常環(huán)境。案例工程平面設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 案例工程綜合樓建筑平面示意圖（單位：m）

3 電線電纜選擇要點(diǎn)

從實(shí)際發(fā)展角度分析，電線電纜在實(shí)際應(yīng)用中承擔(dān)著電能分配介質(zhì)的關(guān)鍵職能，電線電纜選擇的科學(xué)性直接決定線路設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性以及電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，同時直接對電網(wǎng)運(yùn)行的安全性造成影響。因此，技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)敷設(shè)方式及環(huán)境條件要求選擇電線電纜，同時技術(shù)人員在實(shí)際工作中還應(yīng)注意依據(jù)工作電壓要求選擇絕緣電線電纜。除此以外，技術(shù)人員在實(shí)際開展電線電纜選擇工作時還應(yīng)充分遵循安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的要求[5]。

3.1 案例工程負(fù)荷計(jì)算

負(fù)載計(jì)算的本質(zhì)是根據(jù)加熱情況確定導(dǎo)線和電氣設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)載，包括設(shè)備容量Pjs、計(jì)算電流Ijs和峰值電流Ijf三個方面[6]。目前常用的電力系統(tǒng)負(fù)載的計(jì)量方法是系數(shù)法，在實(shí)際計(jì)算時，要將電力消耗的電力Ps和所需的電力消耗因子Kx相乘，其最終結(jié)果即為計(jì)算負(fù)荷，該方法被廣泛用于不同條件下的負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)，具體計(jì)算公式如下：

式中：Pjs、Qjs及Sjs分別為用電設(shè)備的有功功率、無功功率及視在功率，單位分別為kW、kVar、A；Ijs為用電設(shè)備的電流，A；Ps為用電設(shè)備的功率，kW；Un為額定電壓，kV；KX為需要系數(shù)；為用電設(shè)備功率因數(shù)角[7]。

案例工程中，技術(shù)人員利用上述公式計(jì)算案例建筑中部分主要用電負(fù)荷，其計(jì)算結(jié)果如下：

（1）地下一層～地上十層。動力配電干線Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為682.5 kW、511.9 kVar、853 kVar及1 296.2 A。

（2）地下二層～地上八層。照明配電干線Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為180 kW、111.6 kVar、211.8 kVA 及321.8 A。

（3）地上十一層。實(shí)驗(yàn)室電源Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為20 kW、14 kVar、14.4 kVA 及37.9 A。

（4）地下二層廚房設(shè)備。Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為60 kW、45 kVar、75 kVA 及113.9 A。

（5）電梯。電梯主要分為實(shí)驗(yàn)室電梯控制柜及消防電梯控制柜兩部分，實(shí)驗(yàn)室電梯控制柜的Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為40 kW、69.3 kVar、80 kVA 及121.6 A。消防電梯控制柜的Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分別為20 kW、34.6 kVar、40 kVA 及60.7 A。

3.2 案例工程電線電纜選擇要點(diǎn)

考慮到電線電纜選擇內(nèi)容較繁雜，文章重點(diǎn)針對照明配電干線進(jìn)行分析。案例工程中，技術(shù)人員在經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算后，決定采用預(yù)分支電纜、YJY-0.6/1 kV型交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜由#1 變電所低壓開關(guān)柜接出，沿電纜橋架連接各樓層配電箱。在地下二層～地上八層照明配電干線設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員在經(jīng)過充分研究后決定采用預(yù)分支低煙無鹵阻燃電纜[4]。

技術(shù)人員在實(shí)際工作過程中對電流進(jìn)行計(jì)算，由3.1 節(jié)計(jì)算結(jié)果可知，照明配電干線電流為321.8 A。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過程中選取的電纜截面面積為240 mm2。依照我國現(xiàn)行規(guī)章制度，該數(shù)值滿足載流量小于346 A的要求。

技術(shù)人員在工作中依據(jù)電壓損失原則對電纜設(shè)計(jì)科學(xué)性進(jìn)行驗(yàn)證，由3.1 節(jié)可知，其Pjs、Qjs數(shù)值分別為180 kW、111.6 kVar。結(jié)合工程平面設(shè)計(jì)圖及電力干線系統(tǒng)圖，可計(jì)算出照明配電干線長度約為60 m。依據(jù)相關(guān)公式可計(jì)算出，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜電阻R0及感抗X0分別為0.091 Ω/km 及0.077 Ω/km。依據(jù)如下計(jì)算公式可得出線路電壓損失結(jié)果為1.038，滿足實(shí)際要求。

技術(shù)人員在實(shí)際工作過程中還對電線電纜熱穩(wěn)定情況進(jìn)行校驗(yàn)，其供電系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

圖2 供電系統(tǒng)示意圖

技術(shù)人員在工作中對三相短路電流進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際計(jì)算中，選定Sj基準(zhǔn)值，設(shè)定數(shù)值為100 MVA，同時設(shè)定其他段基準(zhǔn)電壓Uj1及Uj2數(shù)值分別為10.5 kV及0.4 kV。除此以外，變壓器容量SN和線路電壓損失Uj%、電纜線路x0分別為1 250 kVA、4.5 kVA 及0.08 Ω/km[8]。在此基礎(chǔ)上，可對各段電抗標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，其具體結(jié)果如下所示：

同時，還可以得出短路持續(xù)時間tj為0.65 s。

依據(jù)技術(shù)人員熱穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果，可得出熱穩(wěn)定允許最小截面為136 mm2。其中tj為短路持續(xù)時間，k為短路熱效應(yīng)，Smin為按短時發(fā)熱條件滿足熱穩(wěn)定要求所決定的導(dǎo)體最小截面。

由此結(jié)果可得出，熱穩(wěn)定滿足導(dǎo)體截面S=240 mm2≥Smin=136 mm2的要求。由此，照明配電干線選取YDF WDZ-YJY-0.6/1 kV-4×240+1×120。

4 案例工程電線電纜敷設(shè)要點(diǎn)

（1）該項(xiàng)目電力裝置的配線主干采用集中型母線槽型、冷水機(jī)、分層空調(diào)器。風(fēng)扇、實(shí)驗(yàn)室等電源都是通過高壓母線連接到裝置或各個樓層的插座。電梯、生活水泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、廚房電源等，均選用YJY-0.6/1 kV 的交聯(lián)PE 絕緣電力電纜，電線的鋪設(shè)采取穿線橋架式。

（2）該項(xiàng)目的燈具配電線選擇預(yù)分支電纜、YJY—0.6/1 kV 交叉PE 絕緣電纜，通過#1 變電站的低壓開閉柜，通過電纜架將電纜連接到各層的電井室中，并將BV-450/750 V 的塑料銅絲通過鋼管暗敷在地板、墻壁和樓板上的管道中。

（3）該項(xiàng)目的主、副主干均選用YJY—0.6/1 kV 的防火交叉PE 絕緣電纜，并配以ZR-BV-450/750 V 的塑料銅引線。在樓道等公用區(qū)域采用室內(nèi)明敷法，其他地方采用隱蔽式。天花板上鋪設(shè)的金屬線槽用阻燃漆進(jìn)行防護(hù)。在電井及吊頂內(nèi)，通過金屬線槽熱鍍鋅鋼管；在地板、墻壁、頂板等管道內(nèi)采用熱鍍鋅管。

5 總結(jié)

綜上所述，在當(dāng)前背景下，建筑照明系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的地位不斷提升，對照明系統(tǒng)電線電纜進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，確保其在滿足電力供應(yīng)平穩(wěn)要求的同時，降低能耗，這已經(jīng)是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)重要研究課題。為了滿足建筑使用性能要求及節(jié)能環(huán)保要求，在文章研究案例中，技術(shù)人員對照明系統(tǒng)電線電纜各部分進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)效果較好，照明系統(tǒng)穩(wěn)定有序，同時能耗也控制在規(guī)定范圍內(nèi)，完全可以滿足環(huán)保政策要求，可以為其他同類工程提供參考。