王 斌

（新疆維吾爾自治區(qū)建筑設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830002）

合理的民用建筑配電系統(tǒng)為民用建筑提供了安全、可靠和經(jīng)濟(jì)的電能。由于在民用建筑配電系統(tǒng)中，使用了大量的感性用電設(shè)備，特別是一些大型的商場(chǎng)、辦公樓等常常使用大量的電感型鎮(zhèn)流器熒光燈照明，由于電流在電容元件和電感元件中做功時(shí)，電容電流與電感電流矢量方向相差180°，而單相感性負(fù)荷變化隨機(jī)性大，本身的功率因數(shù)較低，如熒光燈功率因數(shù)僅為0.6～0.8，造成電路能源的浪費(fèi)，同時(shí)也容易使民用建筑三相負(fù)載的不平衡。

在配電系統(tǒng)中加入無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償是提高電路有效功率的主要途徑，常用的方法是在感性負(fù)荷中并聯(lián)電容器，使感性符合與容性負(fù)荷之間進(jìn)行負(fù)荷交換，減小電流矢量與電壓矢量之間的夾角，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善民用建筑配電系統(tǒng)三相負(fù)載的平衡。

1 民用建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝的基本要求[1]

1）合理的民用建筑配電系統(tǒng)首先要遵循安全性和可靠性原則，以保障供電設(shè)備維修人員的安全、居民的正常生活和建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

2）民用建筑配電系統(tǒng)要根據(jù)室內(nèi)空間的布置情況及用電設(shè)備的類型，合理的對(duì)室內(nèi)電熱水器、浴霸等用電設(shè)備配置合理的單相兩極插頭或三極插頭及配套開(kāi)關(guān)等[2]。

3）民用建筑中要對(duì)每棟樓的進(jìn)線斷路器設(shè)置漏電保護(hù)，并合理的選擇斷路器極數(shù)和漏電動(dòng)作電流等技術(shù)參數(shù)。以便在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)斷開(kāi)其所保護(hù)的所有帶電導(dǎo)線，防止發(fā)生電氣災(zāi)害。

4）設(shè)計(jì)和安裝民用建筑配電系統(tǒng)時(shí)要盡可能使用經(jīng)濟(jì)環(huán)保、實(shí)用的配電設(shè)備，合理配置資源，充分發(fā)揮配電設(shè)備的作用，減少能源對(duì)環(huán)境造成的不利影響，必要時(shí)要考慮一些環(huán)保節(jié)能的民用建筑應(yīng)急供電設(shè)備，如太陽(yáng)能儲(chǔ)電設(shè)備，輔助性供電設(shè)備等。

5）現(xiàn)代智能化民用建筑電力負(fù)荷較高，建筑內(nèi)部耗費(fèi)電能較大，很容易引發(fā)斷電和火災(zāi)等事故，在民用建筑配電系統(tǒng)中建立大型的發(fā)電機(jī)組等一些輔助電源設(shè)備，以及配備專門的消防通道以及電源轉(zhuǎn)換設(shè)備，是現(xiàn)代化民用建筑的基本要求。

2 民用建筑配電系統(tǒng)的接線方式

用電設(shè)備根據(jù)其重要性由高到低分為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷，民用建筑配電系統(tǒng)的接線方式主要有放射式、樹(shù)干式和環(huán)狀式三種類型。

1）放射式是指從配電母線上直接引出用電設(shè)備所需要的供電回路，適用于對(duì)二、三級(jí)負(fù)荷或?qū)Ｓ迷O(shè)備配電，如另外配備了獨(dú)立備用電源，則可對(duì)一級(jí)負(fù)荷供配電。該方式具有線路敷設(shè)簡(jiǎn)單、配電設(shè)備集中、操作維護(hù)方便，保護(hù)容易，線路故障影響范圍小，供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是母線出線回路較多，所需配電設(shè)備較多。

2）樹(shù)干式則是由配電母線引出的一路配電干線，用電設(shè)備則從配電干線上接出若干支線的供電方式，具有線路敷設(shè)簡(jiǎn)單、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但供電可靠性相比放射式接線方式較差，一般適用于二、三級(jí)負(fù)荷供電。

3）環(huán)狀式是把兩路樹(shù)干式線路聯(lián)絡(luò)起來(lái)構(gòu)成環(huán)狀，一般由兩條回路電源同時(shí)工作開(kāi)環(huán)運(yùn)行，也可以將其中一條回路作為備用，供電可靠性較高，檢修電力線路時(shí)可對(duì)電源和故障點(diǎn)進(jìn)行切換，但其保護(hù)裝置和整定配合都比較復(fù)雜，一般適用于用電設(shè)備的布置比較均勻，容量不大，無(wú)特殊要求的場(chǎng)合對(duì)二、三級(jí)負(fù)荷供電。

3 無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

配電網(wǎng)的輸出功率包括直接轉(zhuǎn)化為被人們生活中使用的有功功率和無(wú)功功率。電能在輸電線路上的傳輸遵循以下公式

輸電線路上有功功率的損耗為

式中，其中，U1、U2為線路起點(diǎn)和終點(diǎn)電壓，P1、P2為起點(diǎn)和終點(diǎn)有功功率，Q1、Q2為起點(diǎn)和終點(diǎn)無(wú)功功率，R和X分別是輸電線路的電阻和電抗。

式（1）、式（2）表明，當(dāng)R、X、U1、U2、P1、P2不變時(shí)，無(wú)功功率Q1、Q2的減少可以使線路電壓和功率損耗降低，從而提高電能質(zhì)量。

常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償方式有三相電容自動(dòng)補(bǔ)償、分相電容自動(dòng)補(bǔ)償和混合補(bǔ)償三種。

1）三相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式的原理是從三相中任意一相中取得無(wú)功功率的采樣信號(hào)，并根據(jù)結(jié)果需要，將三相中的電容投切掉相同的數(shù)量，這種方式應(yīng)用最廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小等特點(diǎn)，非常適宜在負(fù)荷平衡的系統(tǒng)中使用。但在負(fù)荷不平衡的系統(tǒng)中，使得未檢測(cè)采樣信號(hào)的其他兩相補(bǔ)償精度較低，產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償或者欠補(bǔ)償現(xiàn)象。

2）分相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式則分別對(duì)每相的電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，獨(dú)立的對(duì)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)功功率補(bǔ)償。這種方式有效避免了欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，資源的利用效率大大提高，減少了線路損耗，是解決三相不平衡較好的方法,但是具體實(shí)現(xiàn)方式較為復(fù)雜，隨著近年來(lái)低壓補(bǔ)償電容器技術(shù)和制造質(zhì)量穩(wěn)步提升，自動(dòng)投切裝置的質(zhì)量和可靠性不斷提高，促進(jìn)該方式在民用建筑配電系統(tǒng)中得到推廣[3]。

3）混合補(bǔ)償方式將三相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式與分相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式結(jié)合起來(lái)，根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，自動(dòng)選擇進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞剑员闾岣哔Y源的利用率。

4 無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的選擇

表1是某地一棟6 層的采用電感類熒光燈照明的綜合性大樓，功率因數(shù)為0.65，根據(jù)相關(guān)要求，功率因數(shù)需要補(bǔ)償?shù)?.9，在采用三相集中電容補(bǔ)償方式和分相電容自動(dòng)補(bǔ)償方式后經(jīng)過(guò)測(cè)試的比較結(jié)果。

表1 無(wú)功功補(bǔ)償技術(shù)的比較

根據(jù)表1可知，采用兩種方式所使用配電箱數(shù)量相同，而分組自動(dòng)補(bǔ)償所使用配電箱尺寸較大，總?cè)萘枯^高，減少了供電線路、開(kāi)關(guān)的投資，此外，分組自動(dòng)補(bǔ)償還可以配制智能控制器以及通信接口以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理，檢測(cè)和維護(hù)都較方便。

另一方面，配電網(wǎng)視在功率由下式確定：

式（3）表明，若有功功率不變，提高功率因素可以減少無(wú)功功率和配電系統(tǒng)的容量。該綜合樓在提高功率因素后的設(shè)備使用率提高比率是

由于

則線路損耗降低比率是：

即補(bǔ)償后線路損耗降低了52.2%，節(jié)能效果顯著。

總之，民用建筑配電系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)和安裝人員要根據(jù)電網(wǎng)的具體情況，全面了解決所需補(bǔ)償線路的負(fù)荷特點(diǎn)、三相間 的電壓不平衡程度等，制定合理的補(bǔ)償方案，將電網(wǎng)中的無(wú)功損耗降至最低。

5 結(jié)論

民用建筑配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝的基本要求與商業(yè)建筑不同，要全面考慮民用建筑的使用性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡可能考慮到所有的不利因素，不斷完善設(shè)計(jì)和安裝方案，保證民用建筑配電系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，要結(jié)合具體情況合理的采用無(wú)功功率補(bǔ)償方式，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，由于民用建筑配電系統(tǒng)負(fù)荷存在較為嚴(yán)重的不平衡，采用分相電容補(bǔ)償方式效果較好，有效的解決了線路中無(wú)功電流增大、相應(yīng)配電線路截面及開(kāi)關(guān)容量加大、安裝分散、補(bǔ)償投資成本大、后期維修量大、維修困難等問(wèn)題。

[1] 徐志強(qiáng).建筑電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].廣州: 華南理工大學(xué)出版社,2009.

[2] 吳敏.剩余電流保護(hù)電器及其應(yīng)用[J].重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011(3): 40-43.

[3] 謝燕林.淺談民用建筑工程低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償[J].科技與企業(yè),2011(6): 71-72.