浅谈某高层建筑的配电设计

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  摘要:本文结合具体工程实例,对高层建筑的电气设计主要内容和特点做了初步的探讨,同时还阐述了建筑电气设计中的节能原则、节能方法。
  关键词:高层建筑;电气设计;节能
  随着城市规模的不断发展,高层建筑越来越多,也逐渐为人们所认可,因此,高层建筑电气设计就成为设计者不得不面对的问题。合理设计建筑电气的各个系统和运用先进的电气设备对满足建筑功能要求及节约基建投资是极为重要的。同时,在能源紧张的今天,更要注重節能的设计。 下面结合实例对某高层办公楼的电气设计进行系统阐述。
  一、工程概况:
  某单位办公楼,建筑面积34103.6㎡,建筑高度94.9米。本工程地下一层为车库及电气和设备用房、一层为酒店及办公入口,二、三层为酒店餐饮,四层为酒店客房、五至二十五层为办公区及相关配套用房,二十六层为水箱间及电梯机房。属一类高层建筑。
  二、高低压变配电系统
  1、负荷分级:
  在本工程中,消防控制室、消防水泵、消防电梯、应急照明、航空障碍标志灯、正压送风机、排烟风机等为一级负荷;生活水泵、普通电梯、排污泵等为二级负荷;其它为三级负荷。
  2、负荷计算:
  电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否,对合理选择设备,安全可靠与经济运行,均起决定性作用。高层建筑的电力负荷计算,基本上采用负荷密度法和需要系数法。
  本工程供电指标按办公及商业100W/㎡,地下车库15W/㎡,客房部分,每间客房按2KW计算。
  具体见下表:
  
  
  总负荷计算:
  ∑Pjs=48+76.8+100+30.8+898.8+105+888+128=2275.4kW
  ∑Qjs=23.04+36.9+62+14.8+431.4+157.5+550.6+61.4=1137.6 kvar
  KTx∑Pjs =0.92x2275.4=2093.4 kW
  KTx∑Qjs =0.92x1137.6=1046.6 kW
  
  
  低压侧进行电容补偿,功率因数大于0.9,补偿后容量为:
  S=∑Pjs/cosΦ=2093.4/0.9=2326kVA
  以上计算消防专用负荷不计算在内。
  由此可选用2×800kVA和1×1250kVA共三台干式变压器(其中选用一台1250kVA变压器供空调用电),平均变压器负荷率为81.7%。
  3、供电电源及电压的选择:
   为了保证供电可靠性,现代高层建筑应有两个独立电源,具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。本工程按一级负荷供电,根据当地电网情况,外电源采用一路独立的10kV电源,引自区域变电所,送至本工程地下一层变配电室,应急电源由柴油发电机供给。10kV高压配电系统为单母线式,高压断路器采用真空断路器直流操作系统。应急电源选用一台柴油发电机组,主用功率为500kW作为第二路电源。当 10kV市电停电、缺相、电压或频率超出范围,或同一变配电所两台变压器同时故障时,从变配电室及水泵房控制室的自动互投开关 ATS 处取柴油发电机的延时启动信号HKVV-nX2.5 ,至柴油发电机房,信号延时 0~10s(可调)自动启动柴油发电机内达到额定转速、电压、频率后,投入额定负载运行。当市电恢复 30~60s(可调) 后,由ATS 自动恢复市电供电,柴油发电机组经冷却延时后,自动停机。
  4、高低压配电系统的设计:
  高压配电系统由当地供电部门负责设计施工。
  5、低压配电系统:
  1#、2#变压器之间的低压母线设联络开关,低压为母线分段运行,联络开关设自投自复;手动转换开关,自投时应断开非保证负荷(三级负荷),以保证变压器正常工作,主进线开关与联络开关设电气联锁,任何情况下只能合其中的两个开关。
  6、功率因数补偿
  本工程采用低压集中自动补偿,使补偿后的功率因数大于0.9,本工程要求荧光灯就地补偿或采用高效电子镇流器。
  三、电力、照明系统
  1、电力
  1.1 配电系统:本工程配电均采用TN-S系统,电力干线采用放射式或树干式配电方式,对于车库采用分区树干式配电方式,电力干线水平方向采用桥架沿地下一层顶板明敷,垂直干线沿配电间采用桥架沿墙明敷。
  1.2 为保证重要负荷的供电,对重要负荷如:消防用电设备(排烟风机、加压风机、消防电梯、消防泵等),消防监控室、弱电机房等均采用双回路专用电缆供电,在最末一级配电箱处设双电源自投。
  1.3 计量:对商业、客房、酒店单独计量,电表集中设置;办公部分每层设置电表,电表箱设置在每层的电气竖井内。
  1.4 空调机组的配电及控制系统。
  1.4.1 空调机组的配电
  从变电所低压引一路电源至地下室机房控制中心配电屏,此段线路采用额定量为1600A的封闭式母线槽。主机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等外部设备均采用独立回路供电,即放射式供电方式。
  1.4.2 空调机组的控制方式 分手动和自动两种控制方式。手动控制时,制冷机与外部设备以及外部设备之间无电气连锁关系,各设备均可单独启动和停止,此时,制冷机由内部保护电路进行保护,此种状态主要是为了机组的调试和维修。自动控制时,各设备之间有连锁关系,机组的启动顺序:冷却塔风机—冷却水泵—冷冻水泵—主机。停机时顺序与启动时相反,按照这个要求,设计空调系统的二次控制回路,在火灾自动报警方面,空调系统与火警信号也要求有连锁控制,当确定有火警发生时,消防值班室发出信号切断空调机的总电源,并将开关动作信号反馈回消防控制中心。
  1.5 自动控制
  1.5.1 生活水泵、污水泵等采用水位自控、超水位报警,消防加压泵采用压力控制。
  1.5.2 消防水泵、喷淋水泵、排烟风机、加压风机等平时就地检测控制,火灾时通过火灾报警及消防联动进行自动控制或多线远程控制。
  1.5.3 防火卷帘由厂家配套提供控制箱,平时现场控制,火灾时由消防联动自动控制。
  1.5.4 非消防电源的切除通过塑壳断路器的分励脱扣器消防联动来实现。
  1.5.5 应急照明:平时由声控开关控制,火灾时由消防联动自动点亮。
  1.6 电力设备选型及安装
  1.6.1 高压开关柜由当地供电部门负责设计选型及安装。
  1.6.2干式变压器(80OkVA和X125OkVA)参考SC9-800/10型产品技术资料进行设计。
  1.6.3 低压开关柜采用GCK型产品技术资料进行设计。
  1.6.4 水泵房配电柜均落地安装。
  1.6.5 污水泵等控制箱(柜)均明装(箱底边距地1.4m)或落地安装,防火卷帘控制箱均明装(箱底边距地2.0m)。
  1.6.6 本工程商业、酒店、办公的配电箱箱底边距地1.5m暗装、客房配电箱箱底边距地1.8m暗装、电表箱均在配电间内明装,箱底边距地1.0m或0.3m明装。
  1.7 导线选择
  电缆均选用WDZ-YJF-1kV或WDZN-YJF-1kV型,导线选用WDZ-BYJF-750V或WDZN-BYJF-750V,导线截面按下列要求选用:
  1.7.1 按敷设方式、环境条件确定的导线截面,其导线载流量不应小于预期负荷的最大计算电流和按保护条件所确定的电流。
  1.7.2 线路电压损失不应超过允许值。
  1.7.3 导体应满足动稳定与热稳定的要求。
  1.7.4 导体最小截面应满足机械强度的要求。
  1.8 保护设备的选用
  电力干线选用塑壳断路器进行保护,支线选用微型断路器保护,插座线路选用漏电断路器保护,办公分区树干式电力干线及营业房电力干线采用塑壳断路器保护。
  2、照明
  电气照明设计,包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置,眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系,应该相互配合,在使用功能及艺术意境方面求得统一。现代建筑物中,使用定时器,传感器,或光敏元件来实现照明自动控制功能是普遍的。
   2.1 光源
  电梯厅、走道、办公区等均采用节能灯,设备用房、地下车库采用高效电子镇流器荧光灯。商铺为避免二次装修造成浪费均采用座灯头配白炽灯,二次装修时应采用节能光源,节能灯具,照度300Lx,负荷密度值不得大于11W/㎡。
  2.2 照度要求
  按现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004执行,主要场所灯具在二次装修时完成,照度标准如下:
  大堂.商业30Olx
  厨房 200lx
  会议室、多功能厅 300lx
  餐厅 200lx
  办公室 300lx
  走廊 50lx
  车库 75lx
  2.3 应急照明:
  变配电室、消防控制室、楼梯间及其前室、消防电梯前室、消防水泵房、排烟机房、消防电梯机房按100%考虑;其中变配电室、消防水泵房、消防控制室、采用带电池浮充的应急照明灯;各层出入口均设疏散指示灯,地下车库设应急照明,疏散指示灯。(均采用EPS蓄电池供电,工作时间不少于3Omin)
  2.4 照明控制
  办公、营业房、地下车库均分散就地控制,楼梯间及前室、消防电梯前室及走道采用声控定时开关控制,火灾时由消防自动投入(点亮)应急照明。
  2.5 节日照明、广告照明
  在低压配电室预留节日照明回路,并在1、2层顶部预留泛光照明,在顶部预留广告照明或霓虹灯电源。
  2.6 航空障碍灯设置
  障碍标志灯装设在13层建筑物四周和建筑物的顶部,在每个楼座的机房内设置航空障碍灯控制箱,障碍标志灯电源按主体建筑中最高负荷等级要求供电。
  四、防雷接地及安全措施
  现代高层建筑的防雷设计,除采用避雷针和避雷带的传统做法外,近年还出现有消雷器和放射性避雷针。这两种防雷技术虽然在工程上得到不少实际应用,但在理论上一直是有争议的。现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙,与楼板的连接是十分可靠的。关键是做好金属管线的接地。
  现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地,都是合在一起的,組成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定,通常是在1欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求,仍需要装设水平的人工接地体,将主要的建筑物基础连接成接地网,这对均衡电位,提高安全性都有好处。
  1、防雷保护:
  1.1 依据有关现行防雷分类标准,本建筑为二类防雷建筑物。
  在屋顶设置避雷带,避雷带网格不大于10m×10m或12m×8m,并且在局部突出部位设置独立避雷针作为防雷接闪器,利用建筑物结构柱内两根主筋(ф≥16)作为引下线,间距不大于18m,避雷带和引下线主钢筋可靠焊接,引下线和基础地盘钢筋焊接为一整体作为接地装置并在地下层四周外墙适当位置甩出镀锌扁钢,以备当接地电阻达不到要求时外界沿建筑四周暗敷的40×4镀锌扁钢人工水平接地网。
  1.2 为防侧击雷,采取以下措施
  1.2.1 建筑物内钢构架和钢筋混凝土的钢筋相互连接。
  1.2.2 利用钢筋混凝土柱子内的钢筋作为防雷装置引下线。结构圈梁中的钢筋每三层连成闭合回路,并与防雷装置引下线连接。
  1.2.3 将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大金属物直接或通过预埋件与防雷装置连接。
  1.2.4 垂直敷设的金属管道及类似金属物,在底端与顶端与防雷装置连接,并利用钢筋混凝土柱子和圈梁内的钢筋设置局部等电位联结端子板,并将建筑物内各种竖向金属钢管每三层与局部等电位联结端子板连接一次。
  1.3 本工程强弱电接地系统统一设置,即:采用同一接地体,故要求接地电阻R≤ 1Ω,当接地电阻达不到要求时,可增设垂直人工接地体。
  2、安全措施
  2.1 为防止人身触电危险,本工程设置专用接地保护线(PE线)即:TN-S系统配线,并进行总等电位联结,在配电室内适当的柱子处预留4O×4镀锌扁钢作为主接地线,并设一总等电位盘,该主接地线应和柱内主筋可靠焊接,在低压配电室内所有电缆桥架中全长敷设一根和主接地线连接的40×4镀锌扁钢作为专用接地保护线(PE),本工程的用电设备外壳均采用铜芯导线(BV-750)与接地扁钢可靠连接。
  2.2 凡正常不带电,绝缘破坏时可能带电的电气设备的金属外壳,穿线钢管、电缆外皮、支架等均应可靠与接地系统联结。
  2.3 在弱电机房、消防控制室、电梯机房及各层配电间等处做局部等电位联结。
  2.4 在设洗浴设备的卫生间应作局部等电位联结。
  2.5 总等电位盘、局部等电位盘由黄铜板制成,应将建筑内保护干线、设备金属总管、建筑物金属物构件等部位进行连结,总等电位联结线采用BV-1x25线,总等电位联结采用各种型号的等电位金属卡。
  2.6 为防电力系统雷电侵入,在各配电总箱设电浪涌保护器(SPD)。
  2.7 不间断电源输出端的中性线,必须与由接地装置直接引来的接地干线相连接,做重复接地。
  2.8电缆桥架及其支架全长应不少于两处与接地干线连接。
  五、电气节能设计:
  本工程节能措施:
  1. 变压器选用新型低耗能变压器。
  2. 光源选用节能光源。
  3. 灯具选用节能灯具,所有荧光灯均配电子镇流器。
  4. 楼梯间及走廊开关选用节能自熄开关。
  5. 配电设计尽量保持三相负荷平衡并缩短低压线路的长度,
  6. 电力干线最大工作压降不大于2%,分支线路最大工作压降不大于3%。
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