高层建筑的供配电系统.ppt

第7章高层建筑的供配电系统 7 1高层建筑负荷的特点及计算7 2高层建筑变电所的主接线7 3高层建筑变电所的类型及布置7 4高层建筑低压配电系统7 5自备应急柴油发电机组基本技能训练建筑电气工程图思考题及习题 7 1高层建筑负荷的特点及计算7 1 1高层建筑负荷的特点高层建筑用电负荷主要是动力负荷与照明负荷 动力负荷主要有电梯 自动扶梯 冷库 风机 水泵 医院动力设备和厨房动力设备等 其中绝大部分属于三相负荷 少部分容量较大的电热用电设备 如空调机 干燥箱 电炉等 虽是单相用电负荷 但也归于动力用电负荷 对于动力负荷 一般采用三相制供电线路 对于较大容量的单相动力负荷 应当尽量平衡地接到三相线路上 照明负荷主要有供给工作照明 事故照明和生活照明的各种灯具 此外还有计算机 电视机 窗式空调机 电风扇 电冰箱 家用洗衣机以及日用电热电器等 它们的容量都较小 一般为0 5kW以下的感性负荷或2kW以下的阻性负荷 照明用电负荷都是由照明线路供电的 所以统归为照明负荷 照明负荷基本上都是单相负荷 一般用单相交流220V供电 当负荷电流超过30A时 应当采用220 380V三相供电线路 高层建筑中的负荷用电量大 种类繁多 但并不是所有的用电负荷都必须在任何情况下都保证供电 根据建设部 民用建筑电气设计规范 中的规定 现代建筑内用电设备的负荷等级的划分如表7 1所示 7 1 2高层建筑负荷的计算计算负荷是供配电系统中电气元件选择的依据 也是供配电系统设计的基础 在建筑供配电系统设计中常用的负荷计算方法有负荷密度法 单位指标法及需要系数法等 其选取原则如下所述 在方案设计阶段可采用单位指标法或负荷密度法 在工程初步设计及施工图设计阶段 应采用需要系数法 而对于住宅 在设计的各个阶段均可采用单位指标法 1 负荷密度法在民用建筑的方案设计阶段 必须对建筑内的电力负荷进行估算 估算得准确与否将直接关系到建筑的变配电系统方案和元件的选择以及投资预算 目前使用的负荷估算方法有负荷密度法和单位指标法 所谓负荷密度法 就是根据单位面积功率 负荷密度 确定计算负荷的一种方法 其估算有功计算负荷P30的公式为 7 1 式中 P0为单位面积功率 负荷密度 单位为W m2 S为建筑面积 单位为m2 由式 7 1 可以看出 使用负荷密度法估算的计算负荷是否准确 完全取决于单位面积功率P0的准确程度 因此 在确定单位面积功率时 应综合考虑多方面的因素 建筑物的性质不同 标准不同 用电负荷的单位面积功率就不同 表7 2给出了建设部1999年颁发的 住宅设计规范 中规定的用电负荷标准及电能表规格 2 单位指标法单位指标法与负荷密度法基本相同 是根据已有的单位用电指标来估算计算负荷的一种方法 有功计算负荷P30的计算公式为 7 2 式中 Pe为单位用电指标 如W 户 W 人等 N为单位数量 如户数 人数等 由于单位用电指标的确定与国家经济形势的发展 电力政策以及人民消费水平的高低有直接的关系 因此 这一数据变化很频繁 另外 由于我国地域辽阔 经济发展不平衡 人民的消费水平差别也很大 因此单位用电指标的确定也有很大的差距 例如 上海普通住宅的单位指标为4 6kW 户 高级商住楼的单位指标为10 15kW 户 由于单位用电指标其数据的确定有很大的难度 而且目前可供选择和使用的数据不多 因此使得这种估算方法在使用上受到了一定的限制 3 需要系数法在工程初步设计和施工图设计阶段 一般采用需要系数法来确定动力负荷和照明负荷 其具体计算方法可参照本书第2章内容 用需要系数法确定计算负荷需要注意以下几点 1 下列用电设备在进行负荷计算时 不列入设备容量之内 备用生活水泵 备用电热水器 备用空调制冷设备及其他备用设备 消防水泵 专用消防电梯 在消防状态下才使用的送风机 排烟机等以及在非正常状态下投入使用的用电设备 当夏季有吸收式制冷空调系统 而冬季利用锅炉取暖时 在后者容量小于前者的情况下的锅炉设备 2 需要系数值是在一定的范围内按统计方法来确定的 其准确性对负荷计算有重要意义 但是 由于许多因素的影响 需要系数表中所给出的只能是推荐值 这就要求设计者应根据设计经验和具体情况从中选取一个比较恰当的值 例如 一些高层建筑往往设置多部电梯 电梯样本上给出的功率是在额定载重量和额定速度时的值 但实际上每部电梯不可能长期在额定值下工作 特别是多台电梯的情况 因此 在计算电梯总负荷时 要考虑其运行特点 需要系数应取较小值 高层建筑的水泵房内一般设置多台生活水泵 某些大楼内还设有排水泵 排污泵等 它们是根据大楼的中 上部水箱水位和集水井水位自动控制的 因此需要系数的取值应较工业水泵小 一般来说 当用电设备组的设备台数多时应选取较小值 否则应选取较大值 当设备使用率高时应选取较大值 否则应选取较小值 7 2高层建筑变电所的主接线高层建筑变电所一般采用6 10kV进线 经变压器降至220 380V的低压后再分配到各配电装置和用电设备 根据建筑物的规模不同 变电所主接线也存在很大的区别 1 一般高层民用建筑变电所主接线一般高层民用建筑指九层及九层以下的多层住宅楼及一般负荷的办公楼等 其负荷等级大多为三级 通常多栋一般高层民用建筑共用1个变电所 且变电所内仅设置1台变压器 由电网引入单回电源 其主接线如图5 11和图5 12所示 由于总用电负荷较小 变压器容量不大 因此高压侧无需设置高压开关柜 只在低压侧设置低压配电屏 采用放射式或树干式配电方式对各建筑物供电 对于变压器容量小于或等于630kV A的露天变电所 其电源进线一般经跌落式熔断器接入变压器 对于室内变电所 当变压器容量在320kV A及320kV A以下且变压器不经常进行投切操作时 高压侧采用隔离开关和户内式高压熔断器 见图5 11 如根据经济运行需要 变压器需经常进行投切操作或变压器容量在320kV A以上时 则高压侧应采用负荷开关和高压熔断器 见图5 12 2 高层民用建筑变电所主接线九层以上高层民用住宅楼 十层及十层以上高层科研办公楼均属于高层民用建筑 其用电负荷的特点是 十九层及十九层以上高层住宅的消防泵 排烟机 消防电梯 事故照明及疏散诱导标志灯等消防用电设备为一级负荷 十九层以下的消防用电设备及客梯为二级负荷 照明 空调机等各种家用电器为三级负荷 对于一级负荷应由双路独立电源供电 这两个电源可取自系统 也可一个取自系统 另一个为自备电源 当一个电源发生故障或检修时 由另一个电源继续供电 二级负荷也应由两个电源供电 这两个电源应取自系统10kV变电所的两段母线 或引自两台配电变压器的0 4kV低压母线 在双电源的基础上若再增设一个自备发电机 则供电可靠性将会得到充分保证 高层民用建筑变电所的典型主接线如图7 1所示 图7 1中高低压母线均采用单母线断路器分段 并增设一个柴油发电机组和相应的母联转换开关QFL3 从而大大提高了运行的灵活性和可靠性 因此 这种接线方式适用于高层民用建筑的各级负荷 图7 1高层民用建筑变电所的典型主接线 现代高层宾馆 饭店等旅游性建筑与一般高层民用建筑不同 其内部设施齐全 集居住 商业 办公 娱乐等功能于一身 具备高标准的多元化功能 这类建筑内部配套电气设备多 以满足现代化办公 管理 娱乐和生活的需要 同时还具有人员密度大 火灾隐患多 对消防保安要求高等特点 因此 建筑内多为一 二级负荷 应设置两个及两个以上独立电源同时供电 图7 2为某现代高层宾馆变电所的典型主接线 图7 2中为两路独立电源同时引入 每路独立电源均由两根电力电缆组成 一用一备 高低压侧为单母线分段 低压侧设置有多段母线 各段母线均采用断路器分段 在低压侧设有两台互为备用的柴油发电机组 发电机组母线与低压母线间设有联络断路器 这种接线可以充分保证供电的可靠性 图7 2现代高层宾馆变电所的典型主接线 7 3高层建筑变电所的类型及布置7 3 1高层建筑变电所的类型按供电对象 民用建筑变电所可分为小区变电所和楼宇变电所 楼宇变电所为一般高层建筑所采用 因此又称为高层建筑变电所 高层建筑变电所可分为楼内变电所和辅助建筑变电所 设计楼内变电所时 应注意采取相应的防火和通风散热措施 根据建筑消防规范要求 在高层建筑主体内不允许设置有可燃性油的电气设施 特别是不得采用油浸式电力变压器 应选用具有防尘 耐潮湿和难燃性能的环氧树脂浇注的干式电力变压器 并且应使变电所避开高温 多尘和有剧烈振动的环境 高层建筑层数多 用电负荷大且分散 对供电可靠性要求高 因此 高层建筑多采用楼内变电所 当楼内变电所只有一个时 可设在首层 或地下室 如图7 3 a 所示 也可设在中间层 如图7 3 b 所示 当楼内变电所有两个时 可分别设在首层 或地下室 和顶层 如图7 3 c 所示 当层数较多时 也可在首层 或地下室 中间层和顶层各设一个变电所 如图7 3 d 所示 图7 3高层建筑变电所的设置位置 设在首层 或地下室 b 设在中间层 c 设在首层 或地下室 和顶层 d 设在首层 或地下室 中间层和顶层 从电气设备的使用条件限制或楼内建筑的造价等方面考虑 有些高层建筑在邻近的辅助建筑内设置变电所 在高层建筑邻近的辅助建筑内设置的变电所可采用油浸式电力变压器 根据变电所应尽量靠近负荷中心的供电设计原则 通常将辅助建筑变电所与用电量大的冷冻机房 锅炉房 水泵房等相邻设计 为了便于巡视 操作和管理 一般将6 10kV的辅助建筑变电所设计成1 2层的建筑物 7 3 2高层建筑变电所的布置建筑群或建筑小区变电所的布置与工厂变电所的布置没有本质的区别 具体要求可参见本书5 5 1节变电所布置的总体要求 这里主要根据高层建筑的特点和有关设计规范 对高层建筑变电所的布置提出两点特殊要求 1 在高层建筑主体内设置变电所 布置变压器时不允许使用油浸式 而应采用环氧树脂浇注的干式电力变压器 例如 常用的SGZ型干式电力变压器为H级绝缘防潮型 具有低损耗 有载自动调压 在高温下可长期稳定工作等性能 2 为了便于检修和有利于防火 高压开关柜宜采用手车式真空断路器开关柜 低压配电屏多采用抽屉式或手车式配电屏 所装设的开关多为自动空气开关 移相电容器柜也应采用具有防火 防爆性能的电容器 7 3 3成套变电所近年来 随着电气设备及配电装置的发展 成套变电所在建筑供配电系统中得到了广泛的应用 成套变电所是指将高低压开关柜和电力变压器等按一定的接线方案组合成为一体形式的变电所 成套变电所按安装场所的不同可分为两种 一种是室内安装 称为室内组合式成套变电所或户内成套变电所 简称户内式 另一种是户外安装 称为户外箱式变电所或户外成套变电所 简称户外式 户内式主要用于高层建筑和民用建筑的供电 户外式则多用于工矿企业 公共建筑和住宅小区的供电 户内成套变电所的变压器为柜式 高低压开关柜均为封闭式结构 户外成套变电所通常由高压室 变压器室和低压室三部分组成 组装于由金属构件及钢板焊接的可移动的箱体内 机电一体化 全封闭运行 成套变电所具有噪声低 电气绝缘性能好 安全可靠 操作简便 方案组合灵活等优点 同时具有防火 防爆 防尘 防湿等功能 成套变电所可不受场地环境的限制而直接安装于负荷中心或接近负荷中心的场所 从而缩短了低压馈电线路 降低了电能损耗 另外 这种变电所不需要专门建造变压器室 高低压配电室 从而节省了建筑材料和土建投资 此外还具有占地少 施工工期短等优点 近十几年来 我国成套变电所的研制及生产发展很快 目前在住宅小区 高层建筑 中小型企业以及临时供电等场所均得到了越来越广泛的应用 图7 4所示为两种典型的成套变电所的构成与接线 应该指出 在成套变电所的设计中 如采用干式电力变压器和真空负荷开关 则由于其对操作和励磁产生的内部过电压承受能力较差 因此应选用有过电压吸收装置的接线方案 在变压器高压进线之前也应增设过电压吸收装置 图7 4典型组合式成套变电所主接线 a 户内式 b 户外式 7 4高层建筑低压配电系统低压配电系统为220 380V系统 主要有动力线路和照明线路 根据供电负荷的要求 低压配电系统首先应满足用电负荷对供电可靠性的要求 并满足用电设备对电能质量的要求 其次应力求接线简单 操作方便 安全 具有一定的灵活性 并能适应用电负荷的发展需要 7 4 1低压配电系统的配电方式民用建筑低压配电线路的接线方式主要有放射式 树干式和环形三种 应根据用电负荷的特点 实际分布及供电要求 在线路设计中 按照安全 可靠 经济 合理的原则进行优化组合 1 在高层民用建筑中 对于容量较大的或较重要的负荷应从配电室进行放射式配电 而向各层配电间或配电箱配电则应采用树干式或分区树干式 2 在高层民用建筑配电系统中 应将照明与电力负荷分成不同的配电系统 消防及其他防灾用电设施的配电应自成体系 3 对于居住小区的配电 应合理采用放射式和树干式或两者相结合的方式 为提高小区配电系统的供电可靠性 也可采用环形供电方式 图7 5是高层建筑中低压配电的几种典型接线方案 其中 图7 5 a 是分区树干式 链式 接线 每回干线配电给几层楼 图7 5 b 是在图7 5 a 的基础上增加了一回备用干线 以提高供电可靠性 图7 5 c 是在图7 5 a 的每回干线末端各增设了一个配电箱 图7 5 d 则是采用电气竖井内的母线配电 各层配电箱均装在竖井内 适于楼层多 负荷大的大型商务楼 图7 5高层建筑中低压配电的典型接线方案 7 4 2照明供电系统电气照明按用途可分为正常照明 应急照明 值班照明 警卫照明和障碍照明等 我国照明一般采用220 380V三相四线 或三相五线 中性点直接接地交流网络供电 具体的供电方式与照明工作场所的重要程度和负荷等级有关 1 一般工作场所一般工作场所的照明负荷由一个变电所供电 工作照明和疏散用事故照明应从变电所低压电屏 图7 6 a 或从厂房 建筑物入口处 图7 6 b 分开供电 当动力与照明合用且采用 变压器 干线 式供电时 工作照明和疏散用事故照明电源应接在变压器低压侧总开关之前 图7 6 c 当厂房或建筑物为动力与照明合用供电线路时 工作照明和疏散用事故照明应从厂房或建筑物电源入口处分开供电 图7 6 d 图7 6一般供电场所的供电网络 2 较重要工作场所较重要工作场所的工作照明和事故照明应由不同的变电所供电 变电所之间宜装设低压联络线 以备变压器出现故障或维修时 能继续供给照明用电 如图7 7所示 事故照明电源也可采用蓄电池组 柴油或汽油发电机组等小型电源或由附近引来的另一电源线路供电 图7 7较重要工作场所的供电网络 3 重要工作场所重要工作场所的照明负荷由两个变电所供电 且各变压器的电源是互相独立的 如图7 8所示 图7 8重要照明负荷的供电网络 7 5自备应急柴油发电机组1 柴油发电机组的分类柴油发电机组按功能可分为普通型 自启动型和自动化型三种 普通型机组需要人工操作控制启动 自启动型机组能够在市电中断供电时单台机组自动启动 并在15s内向负荷供电 而当市电恢复正常后自动切换到市电并自动延时停机 自动化型机组按国家标准规定可以分为1 2 3三个等级 1级具有自启动 自投入 自保护和自动停机功能 并可无人值守连续工作4小时 2级除能达到1级的全部要求外 还能自动补给 实现无人值守240小时 3级除能达到2级的全部要求外 还能自动转移启动命令 具有自动并列 自动解列功能 并能够实现自动调频调载 作为建筑供配电系统的应急自备电源 应选自启动型或自动化型 2 柴油发电机组的选用柴油发电机组的容量与台数应根据应急负荷的大小和投入顺序以及单台电动机的最大启动容量等因素综合考虑确定 但机组总台数不宜超过两台 单台发电机容量的选择一般应满足如下条件 1 在柴油发电机组供电的起始阶段 由于它只能带25 的负荷 因此此时的供电应能满足应急负荷中自启动设备所需功率的总和 2 在柴油发电机组稳定供电时 应能满足所有应急负荷的供电要求 3 在启动单台大容量电动机或成组电动机时 应保证母线电压偏差不超过允许值 在全压启动电动机时 发电机母线电压不应低于额定电压的80 当无电梯负荷时 其母线电压不应低于额定电压的75 目前 国内的柴油发电机组已经形成系列化 2 1250kW规格较为齐全 2 30kW柴油发电机组属于小型设备 适用于城镇乡村 工程现场 野外作业等场所作应急电源或备用电源 40 75kW柴油发电机组适用于小型供电需要 如厂矿工地 农业生产 野外作业等的照明以及企事业单位的应急备用电源 84 160kW柴油发电机组适用于小型电站 厂矿工地 城镇农村等各种环境下用作一般动力及照明供电 也可用作应急备用电源设施 200 320kW柴油发电机组一般均为应急自启动型固定式成套机组 适用于高级宾馆 科研机构 医疗单位作应急备用电源 也可以用于工矿企业或城镇农村等场所作电力及电源 400 750kW柴油发电机组一般采用压缩空气启动 并配有调速伺服电机 可以在机旁原地操作 也可以在集控室遥控 机组中设有超速安全装置 短路 过流 逆功率保护环节 自动电压调速 调差装置等 机组可以单机运行 也可以多机并行以及与电网并网运行 在机组中还设有市电突然断电时的应急自启动装置 这种机组适用于工矿等小型电站 也适用于高层建筑 高级宾馆 医疗和科研单位作应急备用电源 800 1250kW柴油发电机组为固定式成套发电设备 可按需要配备应急自启动装置 当外电源突然断电后 机组能够立即自启动并供电 当外电源恢复供电后 机组能自动退出和停机 基本技能训练建筑电气工程图照明和动力电气工程图是建筑电气工程图最基本的图纸之一 一般由系统图 平面图 安装图等组成 其图纸的画法应认真执行国家的相关规范与标准 采用国标规定的图例及符号 既详细而又不繁琐地表达设计者的意图 同时要主次分明 方便施工 1 照明和动力系统图照明和动力系统图是用来表述照明及动力供配电的图纸 一般仅用单线表示法绘制 图中应标出配电箱 开关 熔断器 导线和电缆的型号规格 保护管径 敷设方式 用电设备的名称 容量及配电方式等 图7 9所示为某动力系统工程图 从图中可以得到以下信息 图7 9某动力系统工程图 图7 9中标注的VV22 1kV3 95 1 50意为聚氯乙烯绝缘铠装铜芯电力电缆 1kV电压等级 总开关为DZ20Y型空气断路器 四级 整定电流为150A 分支开关为C45AD型断路器 三极整定值分别为50A 25A 20A 线路导线为BV型聚氯乙烯塑料铜芯导线 绝缘等级为500V 截面分别为16mm2 6mm2 4mm2 启动设备为FPCS型控制箱 电动机3台 分别为消防泵 喷淋泵和稳压泵 防火卷帘门电机为0 75kW 共10台 有一个备用回路 图7 10所示为常用照明系统工程图 由图7 10中的标注可知 电源为单电源 进线为BV型塑料铜芯导线 绝缘等级为500V 5根10mm2 总开关为C45N型断路器 三级 整定电流值为32A 照明配电箱分6个回路 3个照明回路 2个插座回路 1个备用回路 线路敷设方式均为PVC阻燃塑料管 在吊顶内敷设 图7 10常用照明系统工程图 2 照明和动力平面图1 照明和动力平面图线路的表示方法照明和动力线路可在平面图上采用图形符号与文字标注相结合的方法来表示走向 导线的型号 规格 根数 用途 配线方式和敷设部位等 1 线路用途 配线方式及敷设部位的文字代号 为使图面简洁明了 对线路用途 配线方式及敷设部位一般不标注汉字 而以文字代号来标注 关于这方面的文字代号 国标中没有规定 在实际执行中多用汉字的汉语拼音或英语的缩写来表示 如表7 3和表7 4所示 2 线路敷设文字代号的标注格式 对于照明线路或动力线路在平面图上的编号 导线型号 规格 根数 敷设方式 管径 敷设部位等内容的表示 可以在线条旁直接标注一定的文字符号 文字符号标注的基本格式是 a b c d e f 式中 a为线路编号或线路用途 b为导线型号 c为导线根数 d为导线截面 单位为mm2 不同截面应分别标注 e为配线方式和穿管管径 f为敷设部位 图7 11为照明及动力线路在电气平面图上的表示方法示例 图7 11中有三条线路 每条线路上标注的文字代号的基本含义如表7 5所示 图7 11照明及动力线路在电气平面图上的表示方法示例 2 照明平面图照明平面图可清楚地表现灯具 开关 插座 线路的具体位置和安装方法 但对同一方向同一档次的导线只用一根线表示 灯具和插座都是并联接于电源进线的两端 相线必须经过开关后再进入灯座 中性线直接接灯座 保护接地线与灯具的金属外壳相连接 在一个建筑物内 有许多灯具和插座 一般有两种连接方法 一种是直接接线法 灯具 插座和开关直接从电源干线上引线 导线中间允许有接头 另一种是共头接线法 导线的连接只能在开关盒 灯头盒和接线盒引线 导线中间不允许有接头 这种接线法耗用导线多 但接线可靠 是目前工程中广泛采用的安装接线方法 当灯具和开关的位置改变 进线方向改变时 都会使导线根数发生变化 因此 要真正看懂照明平面图 就必须了解导线的根数变化 掌握照明线路的基本环节 图7 12所示为两个房间的照明平面图 图7 12中有三盏灯 一个单极开关 一个双极开关 采用共头接线法 图7 12 a 为平面图 在平面图上可以看出灯具 开关和线路的布置 一根相线和一根中性线进入房间后 中性线全部接于三盏灯的灯座上 相线经过灯座盒2进入左面房间墙上的开关盒 此开关为双极开关 可以控制两盏灯 从开关盒出来两根相线接于灯座2和灯座1 相线经过灯座盒2同时进入右面房间 通过灯座盒3进入开关盒 再由开关盒出来进入灯座3 因此 在两盏灯之间出现三根线 在灯座2与开关之间也是三根线 其余是两根线 由灯的图形符号和文字代号可以知道 这三