高层建筑供配电系统设计实例

高层建筑供配电系统设计实例

摘要：通过工程设计实例,介绍了超高层建筑的配电系统设计(负荷估算和计算、变压器的选择、高低压配电系统)、变配电所设置等设计，阐述了超高层建筑配电系统设计要点及注意事项。

关键词：电气设计；配电系统；设计

一、工程概况

某工程总建筑面积56561.88m2，地下一层，主要位车库，地面1～3层为裙楼，主要位公寓与商业，4至23层伟塔楼，建筑物总高75.6米，为综合楼，属一类高层建筑。在扩大初步设计的估算中采用负荷密度法和单位指标法,施工图设计时采用需要系数法计算,最后以估算中的两法进行评价。

二、高层建筑电气的负荷估算和计算

1负荷估算

把全楼的负荷分为动力和照明两大部分。动力负荷包括冷冻机组全系统和各类水泵、电梯衍、锅护的配套动力设备及送排风机等。照明负荷包括裙楼各层、办公、公寓的照明、插座, 以及风机盘管和窗式、分体式空调器等。经多个“高建”扩大初步设计估算的综合取动力总平均系数 k动= 0.5,照明总平均系数k动= 0.44。动力总设备容量是根据各工种提供的动力用电量的总和, 照明总设备

容量是按负荷密度法和单位指标法计算的。大堂、商场等场所的照明计算负荷按负荷密度法估算, 负荷密度列于下表。

按单位指标法估算, 单位用电指标客房按 1.0-1.5kw/间,公寓(兼办公)按 12.5-17kw/套( 468 套, 约 130-170m2, 内设电热水器 4-6kw, 3-4台分体式空调器,照明、插座按 40w/m2计)。

根据以上指标估算结果, 全楼总照明设备容量 pe照 =9101kw,加上总动力设备容量 pe动 = 5499kw, 则全楼总设备容量 pe总=5499+9101=14600kw。动力总平均系数 k动=0.5, 照明总平均系数k 照=0.44,则计(估)算负荷 pjs动 =2749.5kw, pjs照=4004kw。全楼总动力、照明的计(估)算负荷σpjs=2749.5+4004=6754kw。

平均需要系数σk=0.462, 功率因数补偿至cosφ= 0.9,σ

pjs=7504.4kva。选 4×1250+4×1000+2×800=10600kva,共 10台电力变压器。平均变压器的负荷率70.8%,留有余量。

2施工图设计用需要系数法计算。

按每台变压器的负荷逐台计算,全楼总设备容量(较扩初时有所增加)σpe= 18523.9kw。全楼总计算容量 (取同期系数0.9)σ

pjs=7898kw。功率因数补偿至 0.928,则σsjs =8511kva。

仍选用10台变压器总装机容量10600kva, 故平均变压器的负荷率80.3% ,(按逐台变压器计,个别负荷率达90%左右)。全楼约19万m2, 平均单位面积变压器的装机容量55.8va/m2( 因本工程地下室车库占两层,用电量较小,而面积较大)。

70年代各国“高建”的单位面积装机容量都很大, 但近十年来

国外和国内北京、上海、广州、深圳等地的“高建”采用楼宇自动化系统(bas), 节能达 15-25%, 设计中选用高效新光源和变频调

速等高效率、低损耗的用电设备之后,使全楼的设备容量有所下降。据笔者了解日本目前已降到平均 60-80va/m2,一些设计单位调查

结果, 认为以往的负荷密度偏大,平均 70va/m2为宜。

三、变压器的选择

确定一台变压器的容量时,应先确定变压器的负荷率 p值。变压器的效率一般可用下式表示:

式中:ηp--变压器的效率；pz--变压器的输出功卒(kw)；po---变压器的宣载损耗(kw)；pk——变压器在额定电流时的负载损耗(kw)；β——变压器的负荷率。

从公式( 1)可知,变压器的效率ηp 是负荷率β的函数。欲求最大效率ηmax,可对公式(1)求导数,并令dηp/β= 0,则ηp=ηmax

的条件是 po=β2pk,即当空载损耗等于负荷率平方乘以负载损耗

时效率最高,则在效率最高点变压器的负荷率β= 令（变压器损失比），则（2）

α值与变压器的规格有关,据公式(2)计算不同变压器

(500-1600kva)在运行效率最高点的负荷率,所对应的负荷率约在

63-67%之间。有关资料提出变压器的最佳负荷率并不一致,多数推荐 65-75%,个别推荐 70-85%,但这些数字都是基于变压器在最高

效率状态下运行为前提的。

四、变配电所

1 变配电所内线路敷设

低压开关柜的进出电缆有从柜顶进出的, 有在柜下做电缆沟的,也有在柜下方做电缆夹层的,究竟采用何种形式要区别对待。当变配电所设在主楼中间层或设备层时,因为做地沟有困难,所以采用

柜顶进出线(用电缆托架明装)较合适。当变压器台数为4台及以上时,由于电缆数量很多,宜采用电缆夹层敷设电缆。我们的做法是,因变配电所设在地下最底层,可取消结构底盘上面的0.6m 厚的填

土层,再在距底1.80m 处做0.1m 厚的混凝土板作为承重板, 这样夹层就有1.80m高的空间,人可以进入操作,对施工安装电缆十分有利,深受工人欢迎。

当变压器台数为3台及以下时,宜采用柜下方做电缆沟,但需注意,如果变配电所设置在地下最底层时,应注意防止排水沟的水灌

入电缆沟,造成施工困难和电缆被浸泡。为此,目前很多地方对冷冻机房、水泵房(一般设在地下底层)配电的电缆均为柜顶出线,采用托架明敷。当采用柜顶出线时,应有足够的空间。

2 变配电设备的垂直运输

当“高建”超过 45 层时宜在大楼中间层(或设备层)设变配电所,那么变配电设备的垂直运输如何解决呢?如一台800kva 的变压器重2.5t,电梯是无能为力的。解决的办法有两个:①利用电梯井道,即将电梯轿厢提升至顶层,在轿厢下方的井道壁上架设一根工字钢,