高层住宅建筑电气设计供配电部分.docx
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高层住宅建筑电气设计供配电部分
摘要
随着社会的进步和改革开放的不断深入，我国的建筑工业突飞猛进。
绿色建筑、智能建筑的兴起，标志着现代建筑朝多元化方向发展,向新的高度推进。
改革开放以来，随着综合国力的增强，人民生活质量有了很大提高，建筑行业也得到很大改善,这就给建筑电气的设计带来了新的机遇和挑战。
建筑电气的设计包括变、配电系统（包括负荷等级、供电电源、主接线方式、变配电站位置、数量、容量及型式、继电保护，功率补偿方式、线缆材质型号及敷设方式、各种配电设备的选型及安装方式、电机启动及控制方式等），照明系统（包括光源及灯具的选择和安装控制方式、室外照明设计、照明线缆的选择及其敷设方式），住宅楼防雷及接地保护系统等。
本论文对住宅楼的供配电，照明系统，住宅楼防雷及接地保护系统进行了设计，阐述了建筑供配电设计的目的、意义、设计任务和设计依据，并依据国家相关规范，对系统的供配电电气主接线的选择、负荷计算、变电所形式和位置选择、供配电系统设备的选择、以及供配电系统设备保护；照明方式的选择、光源与灯具的选择、合理布置灯具、照明供电、照度计算、疏散标志照明、照明供电系统设计;住宅楼防雷等级与接地种类系统选择。
并根据电气设计规范绘制出相关的电气图纸。
关键词：
负荷计算；箱式变电站；照明；电缆；防雷接地；
Abstract
Themaingraduationpresentedisbasedonnationalstandardsandnormsforresidentialelectricpowersupplysystemdesign.Itsmaincontentsincludethefollowingaspects:
First,perunitareamethod,unitloadcalculationmethodindicators.Next,choosetheformofstep-downboxandthelocationofsubstation.Finally,theselectionvoltageandlowvoltagecablemodelscalculatecurrentandlowvoltagepowerdistributionequipment.Outlinedboxsubstationlightningprotectionandgrounding,anddrawouttherelevantelectricaldrawings.
Buildingelectricaldesign,includingpowerdistributionsystem（includingthegradeofload,powersupply,mainwiringmode,variablepowerdistributionstationlocation,number,capacityandtype,relayprotection,powercompensation,materialtypeandlayingcable,variouspowerdistributionequipmenttypeselectionandinstallationmode,themotorstartandcontrolmethodetc.）,lightingsystem（includingalightsourceandlightingcontrolmode,selectionandinstallationofoutdoorlightingdesign,lightingcableselectionandlayingmode）,thelightningprotectionandgroundingprotectionsystem.
Thispaperontheestateforpowerdistribution,lighting,lightningprotectionandgroundingprotectionsystemforthedesign,constructiondesignforthedistributionofthepurpose,significance,designtasksanddesignbasis,andaccordingtothenationalrelatedstandard,thesystemsupplymainelectricalconnection,loadcalculation,selectionofsubstationandlocationselection,powersupplysystemequipmentselection,aswellaspowersupplysystemprotectionequipment;lightingoptions,lightsourceandlampselection,reasonablearrangementslamps,lighting,illuminationcalculation,evacuationsignlighting,socket,lightingpowersupplysystemdesign;buildinglightningprotectionlevelandgroundtypessystemselection.Accordingtothecodeforelectricaldesignofdrawrelatedelectricaldrawings.
Keywords:
loadcalculation; box-type substation; cable; lightningprotectionandgrounding;
1绪论
1.1研究目的和意义
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，一个稳定可靠的供配电系统对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义。
因此在当今全球资源紧张的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。
电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。
没有电力，就没有国民经济的现代化。
现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。
因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。
故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：
（1）安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
（2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
（3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。
另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。
通过设计，可更好的熟悉有关高层建筑国家的有关规范、标准和规定；熟悉高层建筑电气及照明系统设计的内容；树立科学技术与工程经济相统一的辨证观点；培养综合应用所学的理论知识分析解决工程实际问题的能力；了解建筑电气的特点；掌握建筑电气设计计算的方法和步骤；熟悉照明灯具的选择和铺设；并在进行工程计算、工程制图、文字处理等方面得到初步训练；为以后从事高层建筑电气工程设计、照明系统设计运行及管理工作打下必要的基础。
1.2高层住宅电气设计的基本原则
1.建筑电气设计必须严格依据国家规范，这是不言而喻的。
为加强对建筑工程设计文件编制工作的管理，保证设计质量，国家制订了相关标准。
建筑供电设计和施工必须贯彻执行国家有关政策和法令，设计文件的编制符合国家现行的标准、设计规范和制图标准，遵守设计工作程序。
2.根据近期规划设计兼顾远景规划，以近期为主，适当考虑远期扩建的衔接，以利于宏观节约投资。
3.建筑工程作为商品，必须考虑其经济效益、成本核算、用户满意程度、商品流通环节是否通畅、扩大再生产的能力等。
4.设计应结合的实际情况，积极采用先进技术，正确掌握设计标准；对于电气安全、节约能源、环境保护等重要问题要采取切实有效的措施；设备布置要便于施工和维护管理；设备及材料的选择要综合考虑。
1.3住宅楼基本情况
本工程位于地下一层，层高3.0米，主要为汽车和自行车库；地上十五层，一层层高4.20米、二三层高3.9米，四-十五层层高3.0米，一-三层为商业，四-十五层均为住宅；屋顶设有电梯机房及水箱间；建筑主体高度48米，总建筑面积为22000平方米。
结构形式为框架剪力墙结构，现浇混凝土楼板，对此建筑进行电气设计。
1.4本设计要完成的工作
1、根据已知的设计要求，自制相应的设计方案。
2、查找相应的设计资料，选择设计中可能需要的设计资料。
3、设定需要设计的内容，制定合理方案。
4、地下室、商场及标准间的配电系统，各层照明与动力配电系统，防雷接地保护设计及照明系统设计，其中供配电和照明设计作为本次设计的重点内容。
2住宅楼负荷计算
2.1供配电系统概述
随着国民生活水平的提高和房地产业的蓬勃发展，各地新建中高档住宅楼群越来越多。
准确计算出住宅楼的用电负荷，合理选择配变电设施，才能既满足小区居民现在及将来的用电需要，又能合理降低工程造价、节省投资。
供配电系统设计要彻彻执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。
另外，供配电系统的还必须做到统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
供配电系统的设计为减小电压偏差，应符合下列要求：
1、正确选择变压器的变压比和电压分接头。
2、降低系统阻抗。
3、采取补偿无功功率措施。
4、宜使三相负荷平衡。
2.2住宅楼配电系统
住宅楼位于城市主城区内，高压电源即由附近10kV配网线路接引，再由高压电缆输送至小区负荷中心。
近年来，为保证供电质量和供电可靠性，某些住宅楼高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计来说，参考《城市电力网规划设计导则》规定：
1.中断供电后造成的后果符合下列情况之一的用户为重要用户：
（1）将造成人身伤亡者；
（2）将造成环境严重污染者；
（3）将造成设备严重损坏、连续生产过程长期不能恢复或大量产品报废者；
（4）将在政治上、军事上造成重大影响者；
（5）将造成重要公共场所秩序混乱者；
（6）对供电质量和可靠性有特殊要求的用户；
2.重要用户除正常供电电源外，应有备用电源。
对于需要连续不间断供电的重要用户，除了供电部门提供的电源外，用户还应自备保安电源并具备零秒启动功能。
3.双电源用户一般采用一路电源供电、一路电源备用的供电方式。
一般不采用专线供电方式。
在正常情况下，用户的10千伏侧不能并列运行。
4.双电源用户必须与电网调度部门签定调度协议，并按照调度命令执行操作。
5.双电源或多电源用户（包括使用自备发电机用户）应采用可靠的技术措施，在任何情况下都不得向电网反送电。
6.10层至18层的非住宅建筑及19层以上的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑，除正常供电电源外，应有备用电源。
本建筑室内配电采用放射式与树干式相结合的方式，对大型设备、电梯、水泵等用电负荷采用放射式配电，一级负荷（应急照明、消防电梯等）采用放射式双电源末级自动切换方式配电。
其它设备及照明采用树干式配电。
低压放射式供电电缆选用ZRYJV型电力电缆，树干式供电主干线路采用PBFZ-ZRYJV型预分支电缆或ZRYJV型电力电缆，配电支干线采用ZRBV铜芯绝缘线。
从变电所引出的低压配电线路采用TRQJ-P型金属桥架，一部分敷设至设备（潜水泵、生活泵等）或设备层配电箱，一部分敷设至电气竖井后，再沿电气竖井敷设至各楼层配电箱。
从楼层配电箱配出的支干线、支线穿PVC管或钢管沿棚、墙暗敷或明敷。
商场的备用照明作为正常照明的一部分，其配线与正常照明共线槽，但要求用金属隔板隔开。
2.3负荷分级及供电要求
2.3.1负荷分级的相关规范
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：
1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：
（1）中断供电将造成人身伤亡时。
（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如：
重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
（3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
例如：
重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重
要的负荷。
2.符合下列情况之一时，应为二级负荷：
（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如：
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
（2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
例如：
交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
2.3.2本住宅楼的负荷情况
按我国现有的有关规范规定，凡多层住宅用电均按三级负荷供电，而本住宅楼的配套设施如面积较大或带有空调系统的会所、商铺及地下停车库等则应根据《建筑防火设计规范》（GBJ16-87）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50057-97）设置相应的消防设施，且上述消防设备应按二级负荷供电。
为住宅楼服务的系统的负荷等级不应低于二级，即宜由二回线供电或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路专用10kV架空线路或电缆供电。
当采用架空线时，可为一回路架空线供电。
当采用电缆线路时应采用二根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受百分之百的二级负荷。
结合本建筑实际情况，本建筑兼有一级、二级、三级负荷。
建筑中的消防控制室、消防水泵、消防电梯、应急照明、疏散指示标志等用电属于一级负荷。
正常情况下，一级负荷由市电电源供电，柴油发电机作为备用电源当市电正常停电时，由两台变压器出线断路器常闭触点的与关系发出柴油发电机的起动信号。
商场电梯、住宅电梯的负荷、地下室车库属于二级负荷。
正常情况下，由市电电源供电，发电机作为备用电源；当市电正常停电时，由两台变压器出线断路器常闭触点的与关系发出柴油发电机的起动信号。
一般照明、住宅空调，住宅电源等负荷属于三级负荷。
当市电正常停电后，由失压脱扣器切除三级负荷。
2.3.3各级负荷的供电措施
1.一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统，分列运行互为备用。
一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。
为一级负荷供电的低压配电系统，应简单可靠，尽量减少配电级数。
一般情况下，配电级数不应超过三级。
2.二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。
宜由两个回路供电，其第二回路可来自地区电力网或邻近单位，也可自备柴油发电机组（但必须采取防止与正常电源并联运行的措施）。
二级负荷设备的供电应根据本单位的电源条件及负荷的重要程度，采取下列方式之一：
双电源（或双回路）供电，在最末一级配电装置内自动切换；
双电源（或双回路）供电到适当的配电点自动互投后用专线送到用电设备或其控制装置上。
3.三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。
且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。
2.4本住宅楼的负荷计算
2.4.1负荷计算方法
1.需要系数法:
用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。
2.利用系数法:
采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数的出的计算负荷。
这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较困难，在民用建筑电气设计中一般不用。
3.二项式法:
在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。
4.单位指标法:
应用单位指标法确定计算负荷Pjs（适用于照明及家用电负荷），即：
Pjs=∑Pei×Ni÷1000（kW）
式中 Pei——单位用电指标，如：
W/户（不同户型的用电指标不同），由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用
Ni——单位数量，如户数（对应不同面积户型的户数）
5.单位面积法：
按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：
PM=Ped×S×η
式中 PM——实际最大负荷，kW
Ped——单位面积计算负荷，W/m2
S——小区总面积，m2
η——同时系数，取值范围同上
2.4.2负荷计算方法选取原则
（1）在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。
（2）对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
（3）用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线，配变电所的负荷计算。
（4）用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时宜采用二项式法，一般用于支干线和配电屏（箱）的负荷计算。
2.4.3本住宅楼采用需要系数法
需要系数法负荷计算公式：
（1）单组设备计算负荷：
式中
PN——总设备功率，单位为kW
Kd——需要系数
Pc——计算有功功率，单位为kW
Qc——计算无功功率，单位为kvar
Sc——计算视在功率，单位为kVA
tgφ——电气设备功率因数角的正切值
Ur——电气设备额定电压，单位为kV
IC——计算电流，单位为A。
（2）多组设备计算负荷
Pc=K∑PKd
PNi（式2.5）
Qc=K∑qPctgφ（式2.6）
2.4.4各电气元件的负荷
（1）照明负荷
需要系数：
0.8
功率因数：
cosφ＝0.75 tgφ＝0.88
设备容量：
PN＝75kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝0.8x75=60kW
Qc=Pcxtgφ=60x0.88=52.8kvar
Sc=80kVA
Ic=121.5A
（2）空调设备，给排水泵设备，送排风机设备负荷计算
需要系数：
0.7
功率因数：
cosφ＝0.8 tgφ＝0.75
设备容量：
制冷机9kW
冷媒水泵22kW
冷却水泵37kW
凝结水泵0.55kW
冷却塔2*7.5=15kW
生活水泵11kW
排水泵2kW
送排风机10kW
总计106.55kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝0.7x106.55=74.6kW
Qc=Pcxtgφ=74.6x0.8=55.9kvar
Sc=93.2kVA
Ic=141.7A
（3）电梯负荷计算
需要系数：
1
功率因数：
cosφ＝0.5 tgφ＝1.73
设备容量：
2*24=48kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝1x48=48kW
Qc=Pcxtgφ=48x1.73=83kvar
Sc=95.9kVA
Ic=145.7A
（4）应急电源负荷计算
需要系数：
1
功率因数：
cosφ＝1 tgφ＝0
设备容量：
5kW
计算负荷：
Pc＝KdxPN＝1x5=5kW
Qc=Pcxtgφ=5x0=0kvar
Sc=5kVA
Ic=7.6A
（5）变压器低压端负荷总计：
∑PN=125+106.55+48+5=284.55kW
∑Pc＝100+74.6+48+5＝227.6kW
∑Qc=88+55.9+83=226.9kvar
有功同时系数：
Kp=0.9
无功同时系数：
kq=0.95
总计算负荷：
Pc＝Kpx∑Pc＝0.9x227.6=204kW
Qc=kqx∑Qc=0.95x226.9=215.6kvar
Sc=296.4kVA
Ic=450.4A
功率因数：
cosφ＝0.69
tgφ＝1.06
各元件的具体负荷见表2.1
表2.1各元件负荷
设备名称
设备容量Pn/kW
需要系数
Kd
cosφ
tgφ
Pc
/kW
Qc
/kvar
Sc
/kVA
Ic
/A
照明（含部分非事故情况下也用的应急照明、插座）
75
0.8
0.75
0.88
60
52.8
80
121.5
制冷机
9
106.55
0.7
0.8
0.75
74.6
55.9
93.2
141.7
冷媒水泵
22
冷却水泵
37
凝结水泵
0.55
冷却塔
15
生活水泵
11
排水泵
2
送排风机
10
电梯
48
1
0.5
1.73
48
83
95.9
145.7
仅事故情况下使用的应急照明
5
1
1
0
5
0
5
7.6
总计
234.55
180.6
191.7
274.1
416.5
有功同时系数
0.9
无功同时系数
0.95
总计算负荷
162.5
182.1
244.1
370.9
2.5无功功率补偿
2.5.1功率因数低系统的影响
在工民用电设
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