高层建筑智能供配电系统设计研究

陈力生，付　辉

（四川省绵阳市涪城区西南科技大学，四川　绵阳　621000）

高层建筑智能供配电系统设计研究

陈力生，付辉

（四川省绵阳市涪城区西南科技大学，四川绵阳621000）

摘要：智能建筑中各大智能化系统的能源必是电能，可见研究出一套经济可靠且拥有智能化的供配电系统是非常有必要的。本文通过高层建筑实例，采用电气工程的工程设计方法，按照相关国家标准对智能供配电系统的工程设计做作出相应研究。研究内容分为四部分：10/0.4KV变配电系统设计，供配电设备监控系统设计，电击防护设计，综合防雷设计。设计所需要的工程数据及相关的工程计算公式将查阅相关数据手册和相关书籍。

关键词：10/0.4kV变配电系统；供配电设备监控；电击防护；综合防雷

1　引言

供配电系统是能量的来源则必须要求高可靠性和智能性。而建筑配电面向非电气专业人员，其系统故障带来的损失较中、高压系统小，故其安全问题首要考虑人身安全，因此需设置供配电设备监控系统和必要的电击防护。此外还需设置相应的综合防雷措施。本文将通过建筑实例对高层建筑智能供配电系统设计作相应的研究。

2　高层建筑10/0.4KV变配电系统设计

2.1建筑实况

本文研究的商住楼由一栋18层高塔楼组成。地下一层为3米高的停车场，地上一层为商场，地上二层至十八层为住宅且每层高2.7米，总用地面积2000.4平方米，总建筑面积11286平方米。

2.2变配电系统结构

采用双电源供电且设置自备发电机做备用电源，电气主结线采用双母线带母联断路器并设置独立应急母线。根据建筑结构和内部布局及进线电缆的方式方位设置配电柜，并采用集中式配置方式装设测控柜。采用放射式接线方式分别接至各个单元配电柜，且每个单元配电柜相应配置集中式的测控柜。从单元配电柜采用树干式接置各楼层的配电柜并同样设置测控柜。对重要负荷均单独对其供电。备用电源与主供电电源之间由ATS自动切换。

2.3负荷计算

2.3.1负荷分级

根据《民用建筑电气设计规范》该建筑

生活照明为三级负荷，建筑内安防系统、信息网络系统为二级负荷，地下停车库、火灾报警及自动消防系统、应急照明为一级负荷。

2.3.2负荷计算方法

若计算负荷过大，将使设备和导线容量选得过大，成本增加；若计算负荷过小，又将使设备和导线长期处于过负荷运行状态。因此必须确定合理的计算负荷。采用需要系数法选择。计算公式：

总有功计算负荷：Pca=ΣPca.i（1）

总无功计算负荷：Qca=ΣQca.i（2）

总视在计算负荷：Sca^2=Pca^2+Qca^2（3）

有功计算负荷：Pca.i＝Pn.i*Kd（4）

无功计算负荷：Qca.i＝Pca.i×tanΦ（5）

视在计算负荷：Sca.i＝Pca.i/COSΦ（6）

总电流：Ica.i＝Sca.i/（Un）（7）

2.3.3负荷计算及变压器的选择

根据JGJ16-2008《民用电气设计规范》每户容量可以根据面积分为三类：4kW，6kW，8kW。

住宅用电：二类用户共51户，三类用户共17户。

Pn=442KW

取COSФ=0.8Kd=0.4

Pca=Kd*Pn=176.8KW

Qca=Pca*tanФ=132.6Kvar

其余计算负荷同理计算，最终列出负荷统计总览表。从表中可得不计平时不用的负荷：Pca总=309.273KWQca总=245.98KvarSca总=395.17KVA。

同时系数Kx取0.9-1.0。

选择630KVA的变压器。

2.4无功补偿计算

根据相关规定功率因数应补偿到0.9以上。

补偿前：COSФ=Pca总/Sca总=0.783

COSФ提高到0.9：Qca补=Qca总-Sca后*SINФ=96.15Kvar

2.5自备发电机容量计算

通过负荷总览表则可算出容量。按照消防负荷和应急负荷中除消防负荷以外的负荷两者中的大者来选择发电机容量。发电机负荷：Pca总=116.693KW选择有功输出容量为120KW的发电机。

2.6导线选择的计算

每个住户的导线截面选择：二类用户（6KW）：Pca=Kd*Pn=0.8，Ic=Pc/（1.73UCOSФ）=4.6A。三类用户（8KW）：Pca=Kd*Pn=0.8，Ic=Pc/（1.73UCOSФ）=6.06A。

为使低压断路器可靠保护电气设备和线路，要先选择断路器，保证低压断路器动作电流在所选导线载流量之内，并考虑矫正系数。根据计算数据查手册选择YJV-4*2.5mm2。同理选择其他导线。

3　供配电设备监控系统设计

由于该商住楼的电力系统结构较为简单，可以采用两层结构式的综合自动化结构，由通信层和现场保护测控层组成。

控制中心的监控计算机与通信控制器之间采用RS-232通信接口，通信控制器与现场I/O设备之间采用RS-485通信接口。

现场I/O的配置方式采用集中式配置在每个测控柜中。

4　供配电系统电击防护设计

在建筑场所因面对的是非电气专业人员，故主要的防护重点是间接电击。该楼配电线路选用TN—S系统，故障时可降低接触电压，增大短路电流，使过电流保护器可靠动作切断电源。大型设备采取绝缘、屏护和间距，防止人员有意或无意接触从而导致电击危险。在干线配电箱装设漏电保护器作剩余电流保护。对于卫生间，单独做等电位联结，供电电源采用变压器电气隔离，插座选取有盖的防溅插座。

5　综合防雷设计

计算并查手册知该建筑属于三类防雷建筑。电磁干扰防护水平按照C级设计。然后采用滚球法确定外部防雷保护方案，确定出的方案为：塔楼楼顶每个角设置一根避雷针，高度为2米，共四根避雷针。在50米高处设置一圈避雷线。该方案可有效保护该建筑。另外直接利用建筑物内的钢筋作引下线，在引下线距地面1m处设置有一根扁钢，与接地极进行焊接，每支避雷针各接一根钢筋作一根引下线，并且连接到避雷线，再一直引下至接地极，接地电阻按照标准计算。电磁脉冲防护采用RCD和SPD配合方式。

参考文献：

［1］JGJ/T16-92，民用建筑电气设计规范［S].北京：中国计划出版社，1992.

［2]杨岳.电气安全［M].北京：机械工业出版社，2010.7.

［3]温步瀛.电力工程基础［M].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：陈力生（1994—），四川雅安石棉县人，本科，研究方向电气工程。