中國人民大學(xué) 柳熙宇 北京博誠睿智人力資源服務(wù)有限公司 韓 健 北京建工四建工程建設(shè)有限公司 鈕 申
工程為職業(yè)技術(shù)學(xué)校綜合教學(xué)大樓,總建筑面積約394553.615㎡,地下2層,地上15層,建筑主體高度為73.6m。工程電氣設(shè)計(jì)范圍主要包含:負(fù)荷計(jì)算、變壓器選型、10kV進(jìn)線方案及主接線圖、高壓進(jìn)線電纜選擇、變壓器低壓出線方案、各配電柜(箱)設(shè)計(jì)等[1]。
根據(jù)負(fù)荷等級分類規(guī)定,該15層教學(xué)樓的供配電類型分為一級負(fù)荷和三級負(fù)荷,一級負(fù)荷包括應(yīng)急照明、生活水泵、消防電梯、消防控制室通電等,三級負(fù)荷有一般照明負(fù)荷以及其他負(fù)荷[2]。
在該工程中一級負(fù)荷包括地下室應(yīng)急照明負(fù)荷、塔樓應(yīng)急照明負(fù)荷、消防控制室以及消防電梯負(fù)荷。需要系數(shù)的大小要綜合考慮用電設(shè)備的負(fù)荷機(jī)制、工作時(shí)間的長短以及該設(shè)備運(yùn)行的次數(shù)等方面因素。匯總可得一級負(fù)荷計(jì)算如表1所示。不計(jì)入消防負(fù)荷時(shí),工程的一級負(fù)荷的額定功率為211kW,一級負(fù)荷的有功功率146.6kW,無功功率為134.1kvar[3]。
表1 一級負(fù)荷
該工程的三級負(fù)荷有樓層照明負(fù)荷、客梯、空調(diào)用電、地下室照明和防風(fēng)機(jī)。與一級負(fù)荷的計(jì)算過程基本相同,如表2所示。三級負(fù)荷的額定功率為2991.7kW,三級負(fù)荷的有功功率為2269.1kW,三級負(fù)荷的無功功率為1593.1kvar[4]。
表2 三級負(fù)荷
消防電氣設(shè)備在正常情況下不會使用,只會在發(fā)生火災(zāi)或其他特殊情況中使用,則負(fù)一層消防電源、負(fù)二層消防電源、地上消防電源、消防水泵以及首層消防防風(fēng)機(jī)不計(jì)入總負(fù)荷中,所以工程的總負(fù)荷為2269.1+146.6=2415.7kW。
單臺變壓器成本隨容量的增加而增加,如果就一臺大容量變壓器,用電負(fù)荷高峰期的變壓器發(fā)熱嚴(yán)重,需要變壓器有優(yōu)越的散熱性能,增加了設(shè)計(jì)成本,用電負(fù)荷低谷期的變壓器大部分容量空閑易造成浪費(fèi),而且變壓器檢修時(shí),需要停電面積較大。因此,在選擇變壓器時(shí),盡量不選擇大容量變壓器,一般通常選擇兩臺容量一樣且容量能滿足需要的變壓器、并將兩臺變壓器建設(shè)在同一配電室,既能節(jié)約建設(shè)和維修成本,還能提高供電可靠性[5]。
該工程的總負(fù)荷為2415.7kW,為了防止季節(jié)性負(fù)荷變化過大(如空調(diào)等設(shè)備的供電)以及負(fù)荷過于集中,變壓器應(yīng)該選擇兩臺變壓器或兩臺以上的變壓器,根據(jù)具體計(jì)算容量大小,并提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率以及變壓器工作效率,且變壓器的負(fù)荷率一般取在70%~85%之間,并留有一定的備用容量,因此可以選擇兩臺1600kVA 容量的干式變壓器[6]。
考慮到無功補(bǔ)償后,T1、T2變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)取0.92,T1、T2變壓器的負(fù)荷,則T1變壓器的負(fù)荷率為1319.6/1600=82.3%,則負(fù)荷率為1306.2/1600=81.6%,負(fù)荷率都在0.75~0.85,滿足其要求。
表3 變壓器負(fù)荷統(tǒng)計(jì)
根據(jù)國家的有關(guān)規(guī)范,來選擇更適合的變壓器,通過計(jì)算出有功功率,算出兩臺變壓器的負(fù)荷率,進(jìn)一步的選擇了兩臺符合要求的變壓器,由于兩臺變壓器的無功功率較大,T1和T2的兩臺變壓器的功率因數(shù)較低,因此來安裝無功補(bǔ)償裝置來提高變壓器的功率因數(shù),然后根據(jù)該工程的位置選擇變壓器的位置,更有效率的進(jìn)行輸電[7]。
高壓部分是配電系統(tǒng)中重要的部分,也是本電力系統(tǒng)能夠正常工作的前提,因此電纜的選擇尤為重要,已知本工程的總負(fù)荷,承載T1變壓器的負(fù)荷為1214kW,取功率因數(shù)0.92,則視在功率為1214÷0.92=1319.6kVA,計(jì)算出變壓器的電流,然后在通過這進(jìn)入的電流來選擇電纜。電纜敷設(shè)的在環(huán)境溫度在30~40℃,并可以參考表4.1YJV 高壓電纜直埋地載流量表,連接到T1變壓器的電纜可以選擇YJV22-8.7/15KV-3×25。T2變壓器的電纜同理可以選擇YJV22-8.7/15KV-3×25。由校區(qū)原有的K5開關(guān)房引來,用聯(lián)絡(luò)柜來聯(lián)絡(luò)該工程兩臺變電器,由這兩臺變壓器的供電來承擔(dān)該工程的全部的負(fù)荷。
表4 變壓器無功補(bǔ)償
如圖1,從校區(qū)原有的K5開關(guān)房引來的10KV的兩條高壓L1、L2的YJV22-8.7/15-3×25輸電電纜,饋電至T1(1600kVA)、T2(1600kVA)這兩臺變壓器,兩臺變壓器通過聯(lián)絡(luò)柜來連接。左右兩邊10kV 的進(jìn)線,中間用聯(lián)絡(luò)柜來連接兩臺變壓器,兩臺變壓器旁邊有兩臺高壓計(jì)量箱,然后饋電至接兩臺變壓器,變壓器再接入各個(gè)負(fù)荷的配電柜,并保證至少有一路的10kV的電壓能夠正常的供電。
圖1 高壓主接線圖
低層建筑的低壓干線多采用放射式設(shè)計(jì)形式,直接由配電柜引線通過電梯豎井到各個(gè)負(fù)荷配電箱,該工程的低壓干線設(shè)計(jì)需要根據(jù)大樓的建筑高度來考慮,供電干線通常采用高層建筑的低壓干線樹干式的設(shè)計(jì)方式,并用母線槽通過電梯豎井為整棟樓的其他負(fù)荷供電。
從變壓器引出電纜,通過各個(gè)負(fù)荷量,計(jì)算出計(jì)算電流,再根據(jù)其土壤環(huán)境、導(dǎo)體材料再來選擇電纜。根據(jù)負(fù)荷算出T1變壓器連接的負(fù)一層應(yīng)急照明、負(fù)二層應(yīng)急照明、消防控制室、1~5層照明負(fù)荷、6~10層照明負(fù)荷、11~15層照明負(fù)荷、消防電梯、客梯以及生活水泵的計(jì)算電流以及計(jì)算容量,從中選擇母線、電纜、導(dǎo)線型號以及規(guī)格。
T1變壓器應(yīng)有13路出線,從變壓器到負(fù)一層應(yīng)急照明、負(fù)二層應(yīng)急照明、消防控制室、1~5層照明負(fù)荷、6~10層照明負(fù)荷、11~15層照明負(fù)荷、消防電梯、客梯以及生活水泵這7個(gè)配電箱,如圖2所示。
圖2 T1變壓器出線圖
通過負(fù)荷計(jì)算負(fù)一層應(yīng)急照明的計(jì)算容量為16kVA,計(jì)算電流為28.6A,選擇BTTZ-5×16電纜給負(fù)一層應(yīng)急照明負(fù)荷進(jìn)行供電,負(fù)二層應(yīng)急照明的計(jì)算容量為6kW,計(jì)算電流為10.6A,故選擇BTTZ-5×16電纜給負(fù)一層應(yīng)急照明負(fù)荷進(jìn)行供電。1~5層照明負(fù)荷的計(jì)算容量為475.5kVA,計(jì)算電流為637.7A,6~10層照明負(fù)荷的計(jì)算容量為435kVA,計(jì)算電流為583.4A,11~15層照明負(fù)荷的計(jì)算容量為446.5kVA,計(jì)算電流為598.8A,這三個(gè)計(jì)算電流如何使用這種電纜比較的不實(shí)惠,并且不太安全,電流太大,所以可以按照有關(guān)規(guī)范要求,可以在這四個(gè)負(fù)荷連接電纜選擇分別為密集型母線1000A、密集型母線1000A 和密集型母線1000A。
圖3從變壓器T2有11路的各個(gè)負(fù)荷出線來連接配電箱,從變壓器到4層空調(diào)用電1、4層空調(diào)用電2、8層空調(diào)用電1、8層空調(diào)用電2、1~2層普通用電以及3層普通用電等連接到這11個(gè)負(fù)荷。負(fù)荷計(jì)算客梯1的計(jì)算容量為33kW,計(jì)算電流為75.2A,應(yīng)選擇電纜WDZB-YJY-3×25+2×16的型號,客梯2的計(jì)算電流相同,使用WDZB-YJY-3×25+2×16電纜。
圖3 T2變壓器出線圖
低壓配電裝置是供配電系統(tǒng)的重要部分,它主要負(fù)責(zé)低壓部分的電能分配及短路保護(hù),是供配電系統(tǒng)能夠正常工作的前提,根據(jù)電壓的等級、敷設(shè)電纜的環(huán)境來判斷電纜的選取。以第一層照明負(fù)荷為例,根據(jù)負(fù)荷計(jì)算第一層照明負(fù)荷配電柜的額定功率Pe=46kW,計(jì)算電流Ijs=65.8A,這個(gè)開關(guān)控制柜的作用是在第一層照明電源的負(fù)荷超過額定值時(shí),起了過電流的保護(hù)作用,并且還有需要欠壓和短路保護(hù)。
斷路器的額定電流除以該線路的實(shí)際計(jì)算電流大于等于1.3倍,才符合要求,其中Ie 為斷路器的額定電流,Ijs 為線路中實(shí)際的計(jì)算電流。那么根據(jù)它的計(jì)算電流,配電柜里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經(jīng)計(jì)算出來的計(jì)算電流,才能保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)點(diǎn)的運(yùn)行,所以應(yīng)該選取的額定電流為80A,并且斷路器選擇塑料外殼式的,根據(jù)有關(guān)的國際規(guī)定斷路器的漏電保護(hù)值應(yīng)該為I △n=30mA,選擇△T(S)=0.3s 為漏電的動(dòng)作時(shí)間,根據(jù)計(jì)算出來的計(jì)算電流,該工程的第一層照明配電箱的斷路器最總確定的型號為NSX 160N TM 80A/3P,該型號的脫扣器額定電流為80A,大于配電柜的計(jì)算電流,符合斷路器的標(biāo)準(zhǔn)。指示燈、電壓計(jì)量表以及隔離開關(guān)等等也要根據(jù)實(shí)際情況來在第一層照明負(fù)荷的配電柜里設(shè)置。
計(jì)算出計(jì)算電流Ijs=65.8A,選擇第一層照明電源的配電房柜的進(jìn)線的電纜為BTTZ-4×35+1×16-MR-WC/CC, 根據(jù)設(shè)計(jì)第一層的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì),出線有四條出線L1、L2、L3、L4,還有兩條備用的,四條出線連接下一級配電箱,輸出的配電箱負(fù)荷分別為6kW、15kW、10kW 和15kW,計(jì)算出各個(gè)出線的計(jì)算電流分別為10.7A、26.8A、17.9A 和26.8A,然后根據(jù)計(jì)算出來的計(jì)算電流,選擇三條合適的電纜分別為WDZNYJY-3×10-MR/PC25-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/PC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×6-MR/PC32-WC/CC。根據(jù)上文計(jì)算四條出線的計(jì)算電流,第一層照明電源配電柜的四條出線,并且斷路器脫扣器電流大于計(jì)算電流,根據(jù)有關(guān)的國際規(guī)定斷路器的漏電保護(hù)值應(yīng)該為I △n=30mA,選擇△T(S)=0.3s 為漏電的動(dòng)作時(shí)間,所以選擇出線的四個(gè)斷路器的四個(gè)型號分別為iC65N-C40A/1P、iC65N-C40A/3P、iC65N-C32A/3P、iC65NC40A/3P。設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 第一層照明配電柜
第一層照明配電柜有四條出線,四個(gè)中間配電箱,以1AL1配電箱為例,額定功率為6kW,根據(jù)配電箱1AL1的有關(guān)數(shù)據(jù),需要系數(shù)為1,功率因數(shù)為0.85,算出計(jì)算功率為6kW,計(jì)算電流為10.7A,那么根據(jù)它的計(jì)算電流,配電箱里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經(jīng)計(jì)算出來的計(jì)算電流,才能保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)點(diǎn)的運(yùn)行,所以應(yīng)該選取的額定電流為40A,并且斷路器選擇塑料外殼式的,根據(jù)有關(guān)的國際規(guī)定斷路器的漏電保護(hù)值應(yīng)該為I △n=30mA,選擇△T(S)=0.3s 為漏電的動(dòng)作時(shí)間,根據(jù)計(jì)算出來的計(jì)算電流,1AL1配電箱的斷路器最總確定的型號為C40A/2P,該型號的脫扣器額定電流為40A,大于配電箱的計(jì)算電流,符合斷路器的標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)實(shí)際情況的出線,1AL1配電箱應(yīng)有四條出線一個(gè)照明負(fù)荷,三個(gè)插座,設(shè)計(jì)出四條出線,與上述方法相同選擇出進(jìn)線的斷路器型號、出線的四個(gè)斷路器型號,以及出線的電纜型號。設(shè)計(jì)如圖5所示。
圖5 1AL1配電箱
負(fù)一層消防的電源配電箱是負(fù)一層消防電源的開關(guān)控制柜,這個(gè)開關(guān)控制柜的作用是在負(fù)一層消防電源的負(fù)荷超過額定值時(shí),起了過電流的保護(hù)作用,并且還有需要欠壓和短路保護(hù)。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算負(fù)一層的消防電源負(fù)荷的計(jì)算電流69.2A,那么根據(jù)它的計(jì)算電流,配電柜里面的斷路器脫扣器的額定電流就是要大于已經(jīng)計(jì)算出來的計(jì)算電流,才能保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)點(diǎn)的運(yùn)行,所以應(yīng)該選取的額定電流為100A,并且斷路器選擇塑料外殼式的,根據(jù)國際規(guī)定斷路器的漏電保護(hù)值應(yīng)該為I △n=30mA,選擇△T(S)=0.3s 為漏電的動(dòng)作時(shí)間,根據(jù)計(jì)算出來的計(jì)算電流,該工程的負(fù)一層消防電源配電箱的斷路器最總確定的型號為NSX 160N TM 100A/3P,該型號的脫扣器額定電流為100A,大于配電柜的計(jì)算電流,符合斷路器的標(biāo)準(zhǔn)。
負(fù)一層消防電源配電柜的總負(fù)荷為40.5kW,計(jì)算負(fù)荷也為40.5kW,選擇出負(fù)一層消防電源的配電房柜的進(jìn)線的電纜為BTTZ-3×35+2×16-MRWC/CC,出線有三路出線,分別的負(fù)荷為4.5kW、24kW、12kW,計(jì)算出各個(gè)出線的計(jì)算電流分別為6.8A、36.5A、18.2A,然后根據(jù)計(jì)算出來的計(jì)算電流,選擇三條合適的電纜分別為WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-3×25+2×16-MR-WC/CC。設(shè)計(jì)如圖6所示。
圖6 負(fù)一層消防的電源配電箱
在社會的發(fā)展過程中,供配電系統(tǒng)對于高層建筑有極其重要的作用,研究高層的供配電設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際作用。為了得到安全可靠的用電保障,高層建筑的供配電需要經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)。本文供配電的設(shè)計(jì)主要包括負(fù)荷計(jì)算、低壓配電方式、高壓配電方式、變壓器以及低壓斷路器的選取,合理的設(shè)計(jì)出高層建筑的供配電方案。