高层建筑电气系统低压配电设计

高层建筑电气系统低压配电设计

秦华智

佛山市岭南建筑设计咨询有限公司   广东佛山    528200

摘要：低压配电设计是高层建筑电气系统的重要组成部分，其设计质量直接关系到整个高层建筑的用电量。低压配电的设计可以为高层建筑的电气系统提供电力，影响高层建筑的其他功能。如果高层建筑电气系统低压配电设计存在问题，就会存在安全隐患。加强高层建筑电气系统低压配电设计的探讨具有重要意义。

关键词：高层建筑；电气系统；低压配电设计

一、高层建筑电气系统低压配电设计原则

1.优化设计

高层建筑低压配电设计是一项综合性工作，涉及到线路布置、设备选型等多方面。根据实际设计情况，由于人为因素的影响，设计质量和设计方案的可行性存在不确定性，偶尔还会出现设计缺陷。为了达到理想的设计效果，必须遵循优化设计的原则。制定低压配电初步设计方案后，应采用仿真等手段论证方案的可行性，并对发现的问题和不足进行处理，如调整管线布置结构，更换电缆和变压器型号等。

2.高效性

近年来，为了缓解能源供需矛盾，实现“双碳”目标，我国提出了可持续发展战略的号召，对建筑能耗水平和节能属性提出了更高的要求。在此背景下，设计人员应严格遵循高效的原则，采取调整供电半径、选择节能设备、无功补偿等综合措施，在不影响电气系统运行稳定性和使用功能的前提下，最大限度地提高低压配电系统的能量利用率和节能水平。这样可以显著降低高层建筑全生命周期的总用电成本，也有利于创造真正意义上的绿色建筑。

3.可靠性

建设低压配电系统的运行稳定性受到供电安全、运行参数波动等方面的影响。短路、断路等电气故障时有发生，不仅严重影响低压供电效果，严重时还会造成电气火灾等安全事故。为了保证建筑物低压配电系统的稳定运行，设计人员在设计方案中应遵循可靠性原则，采取继电保护、接地保护、备用电源等多种措施，尽量减少外部环境、参数波动等因素对低压配电系统运行的影响。例如，可以配置继电保护装置，当系统供电期间出现电流超标、电压超标等问题时，装置将自动展开保护动作，必要时切断电源，避免故障范围扩散和设备、线路受损程度加剧。

二、高层建筑电气系统低压配电设计方法

1.负荷计算

需要根据工程情况选择恰当计算方法，常用方法包括系数法与单位面积功率法。其中，系数法是根据用电设备的功率、台数等信息来直接计算照明、动力、消防等专业的负荷值，再将各专业计算结果进行汇总整理后获得总负荷值，适用于掌握详细工程资料信息的情况，计算公式如表1所示。单位面积功率法是根据建筑面积与单位面积功率来计算用电负荷，适用于用电设备台数与功率值尚未确定的情况。

设计人员需要根据已掌握信息，准确计算各个专业的用电负荷值，明确计算标准与负荷涵盖范围。例如，照明负荷包括屋顶机房照明负荷、地上各楼层普通照明负荷、地下空间照明负荷、室外庭院照明预留负荷等；动力负荷包括电梯负荷、制冷机组负荷、中水泵房与生活泵房负荷、厨房动力预留负荷等。待负荷计算完毕后，设计人员需要对计算结果进行反复核对，确定无误后，可以根据计算结果与建筑类型确定负荷等级与容量，将其作为后续变压器选型和导管设计工作的开展依据。正常情况下，需要把普通电梯、应急照明、全部消防负荷、通信系统电源等设定为一级负荷；将各楼层普通照明系统、空调机组、制冷机组等设定为三级负荷，并在其基础上额外设置一定比例的冗余用量，从而应对后续可能出现的突发问题，如增加设备台数、选用大功率用电设备等。

表1 基于系数法的用电负荷计算公式

2.供电电源与电压选择

在电源设计中，需要配置两路电源，以保证低压配电系统的稳定供电，避免单路电源故障造成大规模停电。一般情况下，可设置两个10kV电源，保持每个电源独立运行。两者互不干扰。当任何一个电源出现故障时，另一个电源将向终端电气设备供电，避免在电源维护过程中干扰电气设备和楼宇电气系统的正常运行。也可选择在建筑低压配电系统中设置备用发电机组或应急电源装置，当主电源供电中断时，系统将在限定时间内切换至备用电源或应急电源。

在电压选择环节，设计人员应按照电力负荷计算结果与相关要求选择电压等级。例如，对于一级电力负荷，考虑到负荷容量较小，为控制造价成本和避免资源浪费，选用380/220?V低压配电电压即可。在建筑内部设置相应等级的变配电室，安装发电机组或接入市电电源，向终端用电设备供电。

3.变配电室布置

（1）总体布置。应优先将变压器和其他设备放置在便于运输和安装的位置。主变压器与配电室之间的距离应严格控制。低压配电室应设在变压器附近。10kV变压器和配电室尽量按单层方式布置。采用双层布置时，变压器、配电室应布置在底层。特殊情况下，应优化调整变压器配电室布置方案。例如，高层建筑项目的位置位于地震烈度超过7度的地区。变压器配电室内的设备连接选用柔性线，汇流排内的过渡段设置伸缩缝。

（2）电力干线敷设。一般情况下，电缆出风口可通过敷设桥架进行布置。配电柜底部提前预留孔位，从孔位走线。电缆出线后，沿配电室夹层安装桥架，电缆最终连接到高层建筑各层电气设备。

（3）低压电气主接线。具体连接方式根据变配电室的变电所数量选择。目前大多数高层建筑工程一般选择在变配电室安装两台变压器，因此有必要采用单母线分段连接的形式。在低压配电系统正常运行期间，母线将保持断开连接。在变压器故障等紧急情况下，剩余的变压器将通过插入接触开关驱动重要负载。

变配电室中密集布置各类低压配电设备，且低压开关柜等设备中带有裸露带电导体，如果各台设备间隔距离过小，在低压配电系统运行期间易出现运行故障与电气火灾事故，存在安全隐患。因此，设计人员需要明确设备通道最小宽度要求，在其基础上确定变配电室内各台设备安装位置与间距值。例如，在固定式屏单列布置时，要求屏前操作通道、屏后操作通道、屏后维护通道的最小宽度值分别不低于1500mm、1200mm和1000mm。

4.变压器设计

（1）变压器选型。根据工程情况明确变压器节能效果、防护等级等方面的具体要求，从而确定最终型号。例如，在对变压器节能效果有着严格要求时，可选用SH15非晶合金变压器或S15系列超低损耗变压器，这类变压器有着空载损耗小、铁损小的优势；在变压器安装环境条件较恶劣时，选用代尔塔J37系列磁阻式旋转变压器等防护等级较高的变压器。

（2）变压器容量选择。根据用电负荷计算结果确定变压器容量，要求各台变压器的总容量略高于总体用电负荷，并将各台变压器的实际负载率控制在60%～70%，确保变压器在长时间运行期间仍可维持良好工况，避免因负载率过低造成电能浪费，或因负载率过高而加快设备老化速度、提高故障率。在变压器总容量较大情况下，可以配置多台小型变压器，以此控制工程造价成本。

（3）负荷分配。需要在低压配电系统中布置2台或更多数量的变压器，并保持各台变压器容量一致。在系统运行期间，由各台变压器共同承担照明、动力等专业的用电负荷。在高层建筑对低压配电系统电压质量提出特殊要求时，需要根据照明供电需要与动力供电需求设置对应变压器。

结束语

综上所述，为了建设高质量的高层建筑项目，保证电气系统的平稳运行，防止各种电气故障的发生。施工企业和设计人员应更加重视低压配电设计，严格遵循优化设计、高效可靠的设计原则，正确掌握设计方法和要点，建立完善的低压配电设计体系，为设计质量提供有力保障。

参考文献

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