供配電設(shè)計(jì)在現(xiàn)代高層建筑中的應(yīng)用探討

董 蕾

重慶市設(shè)計(jì)院 重慶市 400016

【摘 要】高品質(zhì)的供配電系統(tǒng)是滿足高層建筑用電需求的保障。建筑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，對城市高層建筑的供配電系統(tǒng)提出了越來越高的要求。供配電系統(tǒng)作為高層建筑的重要組成部分，在保障用電安全等方面發(fā)揮著重要作用。因此，必須高度重視高層建筑供配電設(shè)計(jì)，提高科學(xué)性與安全性，提高用電質(zhì)量，降低能耗，提高利用率。設(shè)計(jì)單位需結(jié)合建筑供電需求，靈活應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，提高建筑供配電作業(yè)效率。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；供配電；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

一、現(xiàn)代高層建筑對供配電設(shè)計(jì)的要求

高層建筑供配電設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，以保證最終的設(shè)計(jì)效果達(dá)到預(yù)期。供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下幾個(gè)方面的要求：

a.設(shè)計(jì)的可靠性：高層建筑設(shè)計(jì)的可靠性要求供電電源能夠滿足建筑內(nèi)部各項(xiàng)用電負(fù)荷的需求，確保一、二類負(fù)荷穩(wěn)定供電的同時(shí)用電負(fù)荷的電能質(zhì)量也達(dá)到國家相關(guān)規(guī)范要求。

b.設(shè)計(jì)的節(jié)能性：高層建筑因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)巨大，供配電線路長度很長，而長距離供電增加了產(chǎn)生線路損耗及電壓損失的可能性，不利于電能的有效利用，出于節(jié)約能源考慮，需要優(yōu)化設(shè)置配電壓器，減少不必要的能源損耗。

c.設(shè)計(jì)的安全性：作為整個(gè)供配電系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)中重要一環(huán)，設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)簡單可靠，保證系統(tǒng)實(shí)際操作中不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，同時(shí)便于檢修維護(hù)。

二、高層建筑供配電系統(tǒng)特點(diǎn)

1.高層建筑擁有比多層建筑更大的縱向上空間跨度，其配套設(shè)施配置難度較大。對于供配電系統(tǒng)，隨著空間跨度的增大，供配電安全性越低、風(fēng)險(xiǎn)性越大。高層建筑供配電需要更為復(fù)雜的布線設(shè)計(jì)與更高的供電線路傳輸管線設(shè)施質(zhì)量。

2.高層建筑供配電線路繁多，而布線混亂、絕緣老化等問題在早期的高層建筑中普遍存在，嚴(yán)重浪費(fèi)了高層建筑電器系統(tǒng)電能，影響電力輸送能力。同時(shí)，由于高層用戶不斷增加，供配電線路長期處于低效狀態(tài)，極大增加線路損耗。

3.高層建筑是功能復(fù)雜的綜合體。高層建筑中常常設(shè)置的商業(yè)裙房以及高層酒店餐飲等需要進(jìn)行不同于純住宅建筑的電力設(shè)置，而地下結(jié)構(gòu)，主要作為停車場、設(shè)備用房和相關(guān)的配套超市，其需要更大強(qiáng)度的電力輔助，這些功能單元耗電量巨大，也是整個(gè)電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)所在。

4.高層建筑較多層建筑有更多的用電設(shè)備，隨時(shí)間推移，故障率提高，一旦發(fā)生故障，難以排查，整體功能不容易在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。

三、高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.高壓供電系統(tǒng)

由于高層建筑用電負(fù)荷較大，需在項(xiàng)目內(nèi)設(shè)置10kV開閉所或者直接設(shè)置變配電房。我國高壓供電電壓一般為10 kV，單母線制因結(jié)構(gòu)簡單，成本小，被高壓供電系統(tǒng)普遍應(yīng)用。具體結(jié)線有以下幾種：

a.單母線不分段：高層建筑中，一級(jí)負(fù)荷較多的項(xiàng)目，設(shè)置兩回10 kV進(jìn)線，一用一備，工作電源故障或檢修時(shí)備用電源自動(dòng)投入保證兩路負(fù)荷用電；

b.單母線分段：兩路10 kV進(jìn)線同時(shí)供電互為備用，母線故障或檢修時(shí)可以保障部分用戶電力供給，但是母線引出線斷路器故障和檢修時(shí)，引出線用戶就必須停電處理。高壓母線向各個(gè)配電變壓器以放射式供電，采用母線分段，供電可靠性得到提升；

c.對于只有一路高壓供電的情況，可以使用附近的低壓供電或備用柴油發(fā)電機(jī)供電作為備用電源。電力系統(tǒng)故障在所難免，高層建筑的一級(jí)負(fù)荷供電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)雙電源供電，二級(jí)負(fù)荷供電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置雙回路供電，因此須配置柴油發(fā)電機(jī)組以備不時(shí)之需，確保用電可靠性。

3.2 低壓配電系統(tǒng)

低壓配電線路應(yīng)力求簡單，方便操作，具有一定靈活性并能適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展需要；0.4kV低壓配電一般采用單母線不分段運(yùn)行。由建筑外引來的配電線路，應(yīng)于進(jìn)線引入處裝設(shè)開關(guān)設(shè)備，便于操作維護(hù)；高層建筑宜分層設(shè)置配電箱以便于維修，每套房間最好具有獨(dú)立的電源開關(guān)可以控制；單相用電設(shè)備配置應(yīng)盡可能達(dá)到三相負(fù)荷平衡；動(dòng)力和照明應(yīng)分別配電；如果采用鏈?zhǔn)脚潆娤到y(tǒng)，配電箱不宜多于4臺(tái)，如為電動(dòng)機(jī)，一般為3～5臺(tái)，其中最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量不宜大于10kW。低壓配電系統(tǒng)可以采用放射式、樹干式或混合式的連接組成方式。其中混合式是我國樓層配電的主要方式，采用插接式絕緣母線槽沿豎井垂直鋪設(shè)，水平干線采用全塑電纜與豎井母線連接?；旌鲜脚潆娤到y(tǒng)中，每根干線對應(yīng)一個(gè)供電配電所以可靠性相對較高。

3.3 變壓器選擇

現(xiàn)代社會(huì)高層建筑的規(guī)模越來越大，高層建筑中使用單機(jī)容量超過1600KVA的大容量變壓器的已非常普遍，配電變壓器應(yīng)根據(jù)高層建筑功能及使用特性綜合考慮，按照略高于配電變壓器最佳負(fù)荷率來進(jìn)行變壓器容量選擇，一般認(rèn)為變壓器負(fù)荷率在70%左右較為節(jié)能經(jīng)濟(jì)合理。在配電變壓器型號(hào)選擇過程中，應(yīng)優(yōu)選空載損耗、負(fù)載損耗等均較小的節(jié)能性變壓器，根據(jù)相關(guān)用電要求適當(dāng)?shù)脑O(shè)置變壓器單機(jī)容量及臺(tái)數(shù)。在我國，出于經(jīng)濟(jì)，技術(shù)，維護(hù)與安全等方面考慮，一般選擇具有防潮、防火、低噪特點(diǎn)的干式變壓器和環(huán)氧樹脂澆注式變壓器，設(shè)置在高層建筑的底層或地下室的版配電房內(nèi)。

3.4高層建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

高層供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要在確保建筑物電力功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)上，通過合理進(jìn)行變壓器、電纜的經(jīng)濟(jì)選型，以及考慮后期建筑供配電系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，通過方案技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、適用性等方面的綜合考慮，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)高層復(fù)雜建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。

a.供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，要以滿足建筑物內(nèi)部電氣系統(tǒng)功能正常發(fā)揮作為設(shè)計(jì)方案的基本前提，要綜合考慮供配電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維維護(hù)等方面，綜合考慮供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益；

b.在設(shè)計(jì)方案中要從建筑物后期擴(kuò)建、周圍環(huán)境、以及電氣系統(tǒng)投運(yùn)后功能性能等方面始終貫徹經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、材料新型等設(shè)計(jì)理念，詳細(xì)計(jì)算、仔細(xì)斟酌高層建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能方案中的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，確保設(shè)計(jì)方案有較高節(jié)能經(jīng)濟(jì)性；

c.配電變壓器應(yīng)優(yōu)選空載、負(fù)載損耗較小的節(jié)能型配電變壓器，可以根據(jù)回收年限來合理選擇配電變壓器的型號(hào)，提高配電變壓器的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益；

d.在電纜型號(hào)選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)選電阻率較小的銅芯線；應(yīng)合理布設(shè)電纜走向，節(jié)省導(dǎo)線敷設(shè)長度；在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，對于長期處于載流工況的電纜截面應(yīng)適當(dāng)放大一級(jí)，以便于與保護(hù)裝置配合和為工廠后期擴(kuò)容擴(kuò)建提供便捷有利條件。

e.合理設(shè)計(jì)諧波治理方案，可以有效提高供電電能質(zhì)量和降低線損，達(dá)到節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。降低或抑制高層復(fù)雜建筑供配電系統(tǒng)中的諧波分量，可以有效提高供配電系統(tǒng)電能功率因數(shù)，減少無功功率，達(dá)到節(jié)能降耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。

3.5供電線路安全設(shè)計(jì)措施

根據(jù)建筑物的性質(zhì)、要求、用電設(shè)備的分布和環(huán)境特征等對供電線路進(jìn)行布線控制；消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的回路供電，根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行配電線路敷設(shè)；對設(shè)備供電使用長電纜時(shí)，需要對電壓壓降能力，斷路器保護(hù)功能以及末端設(shè)備的啟動(dòng)進(jìn)行效驗(yàn)；斷路器分?jǐn)嗄芰x擇上，要計(jì)算短路電流選擇具有高分?jǐn)嗄芰Φ奈⑿蛿嗦菲骰蛘咚軞嗦菲?，保證用電安全。

3.6變配電所位置選擇

a.深入或接近負(fù)荷中心

b.進(jìn)出線方便；

c.接近電源側(cè)；

d.設(shè)備吊裝、運(yùn)輸方便；

e.不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動(dòng)或有爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)的場所；

f.不宜設(shè)在多塵、水霧或有腐蝕性氣體的場所；

g.不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室、廚房或其他經(jīng)常積水場所的正下方；

h.配變電所為獨(dú)立建筑物時(shí)，不應(yīng)設(shè)置在地勢低洼和可能積水的場所。住宅小區(qū)可設(shè)獨(dú)立式配變電所，也可附設(shè)在建筑物內(nèi)或選用戶外預(yù)裝式變電所。

結(jié)束語：高層建筑為城市居住者創(chuàng)建了一個(gè)嶄新的生活、工作環(huán)境，也為城市添加了一道獨(dú)特的風(fēng)景線。高層建筑整體功能的實(shí)現(xiàn)與合理的供配電設(shè)計(jì)密不可分。因此，要重視高層建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，強(qiáng)化自身專業(yè)素養(yǎng)，開拓視野，積極實(shí)踐與創(chuàng)新，保障供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，更好的服務(wù)建筑使用者。

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