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超高层公建电气负荷计算超高层公建电气负荷计算 概述概述 l目的 求得设计所需的各项负荷数据用以选择和校验网络及其元件。 l实际负荷 通常，电气负荷是随时变动的。 l计算负荷 假想的持续性负荷，它在一定的时间间隔中产生的特定效应与变动的实际 负荷相等。 考虑因素:设备非同时运行；运行并非在额定状态下。 l按用途分类 各类不同的用途，应取不同的负荷效应和时间间隔，得出的计算负荷也不 同。 l原始资料 用电负荷的产品铭牌数据 负荷负荷计算计算的内容的内容 l需要负荷或最大负荷 a. 按发热条件选择变压器容量、导体和电气设备；计算电压损失、电压偏差 及功率损耗。 b. 通常取“半小时最大负荷”（10min, 330min)。 l平均负荷 计算年平均负荷用于计算电能年消耗量、电能损耗和选择无功补偿装置等 。 l尖峰电流 a. 用于计算电压波动； 选择和整定保护器件；校验电动机起动条件。 b. 通常取持续1s左右的最大负荷电流，即起动电流的周期分量。在校验瞬 动元件时，还应考虑其非周期分量。 注：注：“计算负荷计算负荷” ”的广义是上述各项的统称，狭义是指需要负荷的广义是上述各项的统称，狭义是指需要负荷/ /最大最大负荷负荷 计算负荷的定义计算负荷的定义 l是按发热条件选择导体和电气设备时使用的一个假 想负荷，通常规定取30分钟平均最大负荷 P30、 Q30和 S30作为该 用户的“计算负荷”。 l其物理意义： 计算负荷持续运行产生的热效应与实 际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。 负荷负荷计算的方法计算的方法 l需要系数法 -1 简介 a. 基础：负荷曲线。b. 特点：逐级打系数。c.步骤：设备功率乘需要系 数，再逐级乘同时系数。 -2 评价 计算过程较简便。计算精度一般；用电设备台数少时，误差较大。 l利用系数法 -1 简介 a. 基础：概率论与数理统计。b.特点：先求平均负荷，再求最大负荷； 不逐级打系数。c.步骤：设备功率乘利用系数，求平均利用系数和用电 设备有效台数，乘最大系数得结果。 -2评价 计算精度高，设备台数不多亦然。计算过程较繁，特别是有效台数之演 算，但可简化、改进。 负荷计算的方法（续）负荷计算的方法（续） l单位指标法 包括单位面积功率法、综合单位指标法、单位产品耗电量法等。 -1 简介 a.基础：实用数据的归纳。 b.特点：用相应的指标直接求出结果。 -2 评价 计算过程简便。计算精度低。 各种负荷计算法的特点及适用范围各种负荷计算法的特点及适用范围 l除住宅外，单位指标法适用于设计前期的负荷框算和对计算结果 的校核。 l需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法。适合用电设 备数量较多，且容量相差不大的情况，适用于各类项目，尤其是 变电所负荷计算。 l二项式法考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用 电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准 确的结果。 l利用系数法的计算结果相对繁琐，但使用计算机进行计算时也不 应成为问题。 l目前民用建筑用电负荷的二项式系数和利用系数经验值 尚不完善 ，这两种方法主要用于工业企业的负荷计算。 用电设备的主要特征用电设备的主要特征 一、分类：（按工作制分 l 连续运行工作制 l 短时运行工作制 l 反复短时运行工作制 二、设备容量 Pe 的确定 l 连续运行工作制用电设备的 Pe（kw)等于其铭牌额 定功率 PN (kw) l短时运行工作制用电设备，求计算负荷时一般不考虑 l反复短时运行工作制用电设备,是将某一暂载率下的铭 牌额定功率统一换算到一个标准暂载率的功率。 设备设备功率的计取功率的计取 l单台设备 a.电力：应把额定值换算为负载持续率100 下的有功功率，反 复短时工作制的用电设备功率应换算到负载持续率为25的设备功率 。 b. 照明：气体放电灯应计入镇流器的功率损耗。 l用电设备组 不含备用设备。 l变电所或建筑物 不含消防负荷；不同时出现者不叠加（如季节性负荷取较大者）。 l单相负荷应均衡的分配到三相上。当单相负荷的总容量小于计算范围 内负荷的总容量的15时，全部按三相对称负荷计算；如单相用电设 备不对称容量大于三相用电设备总容量的15时，则设备容量应按三 倍最大相负荷计算。 总负荷计算 l对用电设备进行分组计算时，同类用电设备的总容量 为算数相加。不同类用电设备的总容量应按有功功率 和无功功率负荷分别相加求得。 l 配电干线和变电所的计算负荷为各用电设备组的计算 负荷之和再乘以同时系数K，一般取为0.80.9。 l当不同类别的建筑(如办公楼和宿舍楼)共用一台变压 器时，其同时系数可适当减小。 2.多个用电设备组的计算负荷 （ 配电干线和 变电所低压母线） K 同期系数 用电设备组的需要系数及功率因数表用电设备组的需要系数及功率因数表 需要需要系数法的常见问题系数法的常见问题 -1 相关专业的负荷数据有误 -电气专业需要核对。（特别注意设备参数虚标的问题） -2 设备功率未换算 -谨记莫忘。 -3 需要系数偏大 -深入了解，深刻分析，才能心中有数。 -4 设备台数少时不敢取系数 -按其理念，与其他负荷相加时也应该先取需要系数。 注意：4台及以下设备均应按实际负荷率打系数。 当负荷率不知时，3台及以下设备取1，4台连续工作制设备取0.9 ，4台短 时或周期工作制设备取0.75。 -5 漏打同时系数-要逐级打（针对单个回路和变压器时的不同系数） 单位单位指标法的运用要点指标法的运用要点 -1 难点 指标含义不明（如住宅的“kW/户”是什么指标？）。 多数指标变化范围很大。（如住宅负荷密度 2060W/m2 ，上下限相差3 倍！） -2 对策 a.指标数据要不断积累、深化、细化。（如旅馆的 4070W/m2 是压缩式 制冷者，吸收式制冷为2540W/m2 ,其他公建可类推。又如高层建筑的 地库、裙房、主体，可分列指标。） b.分析各种因素的影响，如地理位置、气候条件、地区发展水平、居民 生活习惯、建筑规模大小、建设标准高低、用电负荷特点、节能措施 力度等。 c.多种指标互相印证。 超高层建筑的一些特点超高层建筑的一些特点 超高层建筑的主要特 点： 1 建筑高度高，层数多 2 建筑面积大，规模 大 3 功能多样 超高层建筑电气的主要特点： 1 用电量大，供电半径长 2 多个电源，10kV110kV 3 多个配变电所 4 变压器装机容量多在 100140VA/m2 5 变压器的安装容量要比项目实际 使用的计算负荷大（分业态设 置 变配电所引起） 6 设有备用电源或应急电源 电源 a 超高层建筑应进行整体供配电系统设计，至少需要两路 独立市电电源，还需要另设应急电源或备用电源。 b 超高层建筑的正常电源数量不应少于两个，各路电源应 为不同路由的线路，宜采用专线由上级变电站或开关站放射 式供电。电源电压等级可以为10kV、20kV、35kV或110kV。 当一路电源断电时，剩余电源应能保证二级及以上负荷的 供电。 供配电系统 供电电压 等级 受电变压器总容量 大约服务面积 （m2） 220V 380V50kVA及以下 10kV1008000kVA(含8000kVA)8万 20kV20016000kVA(含16000kVA)16万 35kV540MVA540万 66kV1540MVA 110kV 20100MVA20110万 220kV100MVA及以上 Sky loft 酒店 酒店 Hotel 酒店式公寓 Hotel Apartment 自用写字楼 Owners Office 写字楼 5A Office 商业 Commercial Use 1#楼 T1 2#楼 T2 根据本工程的负荷等级，要求供电电源为2路独立的35kV的电源，每路电缆 均为双根300mm2的铜芯电缆、走不同路径至本工程主站高压配电室。两路高 压电源同时工作，互为备用，每路均能承担本工程全部负荷。 供电电源 电压电压等级级（kV）1035110 一路最多可带负带负荷容量 （kVA） 约约10000约约35000约约108000 本工程所需电电源数量 及说说明 46路，视变压视变压 器负负荷率 而定 2路，一路可带带全负负荷2路，一路可带带全负负荷 当地的规规定/路数（路）5000kVA以下/85000kVA以上/220000kVA以上/2 供电电范围围小大很大 技术术成熟度成熟，使用普遍成熟，使用较较普遍成熟，但不普遍 市政条件与供电电部门协门协商与供电电部门协门协商与供电电部门协门协商 说说明需多路供电电2路刚刚好，可靠、经济经济 2路容量有富余，还还可带带 周围围的其它建筑 结论结论不推荐推荐 方案一 56600KVA 1#、2#， 容量34900kVA， 设在B2F， 供电B5F39F， 半径约230m 3#，容量12100kVA，设 在52F ， 供电40F80F， 半径约120m 4#，容量9600kVA， 设在81F ， 供电81F116F ， 半径约190m 1#、2#， 容量24400kVA， 设在B2F， 供电B5F10F， 半径约100m 1#、2#， 容量22800kVA， 设在B2F， 供电B5F6F， 半径约80m 3#，容量9600kVA，设 在25F，供电11F39F 半径约80m 4#，容量6900kVA，设 在52F，供电40F68F ，半径约90m 5#，容量6900kVA，设 在81F，供电69F97F ，半径约90m 6#，容量4100kVA，设 在111F，供电98116F ，半径约70m 3#，容量4100kVA，设 在10F，供电7F17F半 径约50m 4#，容量3450kVA，设 在25F，供电18F32F ，半径约50m 5#，容量4100kVA，设 在39F，供电33F45F ，半径约80m 6#，容量4200kVA，设 在52F，供电46F61F ，半径约60m 9#，容量3200kVA，设在 97F，供电91103F，半 径约50m 8#，容量4200kVA，设 在81F，供电7590F， 半径约60m 7#，容量3600kVA，设 在68F，供电6274F， 半径约50m 10#，容量2850kVA，设 在111F，供电104116F ，半径约50m 方案三 55500KVA方案二 55900KVA 方案比较方案比较 变电所位置 低压供 电半径 干线电 缆长度 (m) 电压损 失 干线电缆造 价(万元) 设备造价 (万元) 50年有功电 能损耗费用 (万元) 造价、能 耗总计( 万元) 变配电所用 房面积(m2) 方案一最大565152.4%282536265042114932120 方案二合理251781.0%12593789210171492635 方案三最小102960.5%515417085955443010 结论：综合上述的技术、经济指标分析，变配电所设计采用方案三。 超高层商业办公综合体不同于政府功能性建筑，也不是纯粹的城市形象工程，其变 配电所的设计，除了要以安全性、可靠性为基本要求，同时还应该结合建筑本身的定 位和特点，考虑其运行的灵活性，以及业主投资、运营的经济性。 电源工作方式 电电源数量运行方式建议议适用范围围 两路电源 一用一备 规模不大的超高层建筑， 不推荐使用 同时工作、互为备 用8MVA以下（一路10kV） 16MVA以下（一路20kV） 40MVA以下（一路35kV） 100MVA以下（一路110kV） 三路电源两用一备 同时工作 四路电源两两工作、不设站联 两两工作、设站联 分别工作、相邻电 源设联络 三用一备 建议的电源数量及其工作方式 高压供配电系统 l超高层建筑的高压供配电系统宜采用主配变电所分 配变电所结构，主配变电所应采用单母线分段的主接线 形式采用放射式引至分配变电所。 l高压系统的配电级数不宜多于两级。 l应根据当地供电部门的规定，35kV电压等级可直降到 0.4kV；也可先将35kV降压到10kV，再将10kV降到 0.4kV。 l如当地供电部门没有特别要求，20kV电压等级可直降到 0.4kV。 a 柴油发电机组在超高层建筑中既可作为应急电源使用， 也可以作为备用电源使用。当备用电源满足应急电源条件 时，备用电源可以兼作为应急电源。 备用电源 应急电源 正常电源断电供电供电 供电时间可能很长，满足生产要求满足人员疏散即可 转换时间可能长，也可能短短 设置目的非安全因素，如营业 、生产安全原因，如人员疏散 作为电 源的设备独立市电、发电 机等柴油发电 机、蓄电池等 容量按备用负荷计算按应急负荷计算确定 应急或备用系统 b 超高层建筑应设柴油发电机作为应急电源或备用电源。设置在超高 层建筑内的柴油发电机，应根据负荷大小、单台电动机最大启动容量、 供电半径等因素确定柴油发电机的额定输出电压： （1） 当建筑物高度低于200m时，宜采用低压柴油发电机； （2） 当建筑物高度大于400m时，宜选用高压柴油发电机； （3） 当建筑物高度在100m400m时，应进行技术分析、比较，确定 柴油发电机的额定电压。 a 配变电所应设置在负荷中心，主配变电所宜设在地下一层、地 下二层（非最底层）和首层，也可设置独立的变电站。 分配变电所应根据负荷情况设在避难层、顶层，其变压器容量不 宜超过1000kVA。 b 超高层建筑至少在主配变电所设值班室，值班室宜单独设置， 也可与控制室合用（要考虑设置电力监控系统）。值班室应能直通 或经过走道与高压配电装置室和相应的配电装置室相通，并应有门 直接通向室外或走道。 根据工程具体情况，配变电所的高低压开关柜布置型式可选择下 进下出，下进上处，上进下出，上进下出。当有大截面电缆或电缆 数量较多时，宜设电缆夹层。 配变电所 部分超高层建筑电气主要参数 建筑物名称 中钢 国际广场 天津津塔 上海金茂 深圳平安 金融中心 上海环球 天津陆家嘴 广场及商务 大酒店 广州珠江 新城 建筑面积（m2 ） 395,000360,000290,000460,000381,600450,000210,000 建筑高度（m ） 358336.9 420.5（塔尖 ），360 646（塔尖）492200309 层数（层） 8375881161014271 功能 五星级和超 五星级酒店 、酒店式公 寓、办公、 商业 办公、酒店、 公寓、商业 酒店、办公 、商业等 办公、商业 超五星级宾 馆、写字楼 、会议室、 商业 两栋办公楼 、一座高档 商务酒店和 一座大型购 物中心 办公、会 议 电源 总容量 2路35kV 同时工作 互为备用 3路35kV电源 两用一备 2路35kV 同时工作 互为备用 9路10kV 6用3备 3路35kV 同时工作 互为备用 两路35kV 独立电源 3路10kV 变 压 器 总容量 40200kVA 1个主站 9个分站 35400kVA 除主站外，在 地下、45层、 60层、冷冻机 房设分站 410000kVA 35/6.3kV 55500kVA 主站35/10kV ， 312500kVA= 37.5MVA 每个避难层均 设分站，即12 层一个 1个35kV总 变电所 7个分变电 所 总容量： 41900kVA 4个变电所 28000kVA 最小变压 器1600kVA 单位 容量 101.7VA/m2122VA/m2137.9 VA/m2120.7VA/m298.27 VA/m293.1 VA/m2 133.3 VA/m2 超高层建筑电缆选型超高层建筑电缆选型 超高层建筑电缆选型超高层建筑电缆选型 高层民用建筑设计防火规范GB 50045-95（2005年版） 9.1.4 消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其敷设 应符合下列规定： 9.1.4.1 暗敷设时，应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度 不应小于30mm；明敷设时，应穿有防火保护的金属管或有防火保护的 封闭式金属线槽； 9.1.4.2 当采用阻燃或耐火电缆时，敷设在电缆井、电缆沟内可不采 取防火保护措施； 9.1.4.3 当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接敷设； 9.1.4.4 宜与其它配电线路分开敷设；当敷设在同一井沟内时，宜分 别布置在井沟的两侧。 条文解释：矿物绝缘电缆是由铜芯、铜护套和氧化镁绝缘等全无机物组 成的电缆，具有良好电性能、机械物理性能、耐火性能，在火灾条件 下不会放出任何烟雾及有害气体，其综合性能优于阻燃电缆、耐火电 缆。因此，本条对阻燃电缆、耐火电缆和矿物绝缘电缆的敷设分别作 了规定。 超高层建筑电缆选型超高层建筑电缆选型 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008 741 低压配电导体选择应符合下列规定： 2 导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定： 1)在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护 套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力 电缆和电线； 2)消防设备供电线路的选用，应符合本规范第1310节的规定； 3)对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用 阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电 线。 3 绝缘导体应符合工作电压的要求，室内敷设塑料绝缘电线不应低于0 45075kV，电力电缆不应低于06lkV； 超高层建筑电缆选型超高层建筑电缆选型 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008 13