住宅电气负荷计算实例

高层住宅小区公共用电变压器容量的确定高层住宅小区公共用电变压器容量的确定 摘要 本文以某高层住宅小区公共用电变压器容量的计算确定为例 介绍了小区内确定公共用电变压器容量的计 算方法 此例中论述了在住宅小区公共用电变压器容量的确定中应如何对用电负荷进行合理分析 使公共用电变 压器容量既能满足正常情况下的供电需要 又能满足火灾时消防设备投入后最不利的供电条件下 即用电负荷最 大时 的供电需要 又应使该变压器容量选择合理 不能盲目扩大容量 负载率和能耗指标在正常范围内 要达 到上述目的 必须对该小区内的公共用电负荷进行分析 尤其对火灾后用电负荷发生的变化 有的消防用电负荷 要投入 有的正常用电负荷要强制切除 要作出正确的判断 分析 并且要确定火灾后最不利的某栋建筑物作为 火灾对象来进行用电负荷计算 依此确定变压器容量 关键词 电业变配电室 公用变配电室 公用变压器 消防负荷 平时最大负荷 一 引言 随着经济的发展 住宅建设用地日益紧张 中小城市新建住宅小区主要以高层住宅为主 一般都在十九层及以上 根据 高层民用建筑设计规范 50045 95 2005 年版 以下简称高规 的要求 十九层及以上的住宅为一类 高层建筑 其消防负荷为一级负荷 根据 民用建筑电气设计规范 JGJ T16 92 以下简称 民规 要求 高 层住宅的客梯电力 给水泵为二级负荷 小区换热设备为三级负荷 这就要求高层住宅必须由两个电源 两路 10KV 电源分别来自两个不同的 35KV 及以上的区域变电站 供电 我省供电总公司为了方便管理 于 2006 年 5 月份制定了一项新的规定 高层住宅小区需建两种变配电室 一种 变配电室供小区住宅 商业门脸用电 由供电局管理 称电业变配电室 简称电业变 另一种变配电室供住宅内 动力设备 防 排烟风机 水泵 电梯等 应急照明 小区的消防泵 给水泵 地下车库 物业等公用设施用 电 由物业公司管理 称公共用电变配电室 简称公用变 这就要求公用变内的两台变压器一用一备 平时由常 用电源供电 当常用电源失电后 由备用电源供电给一 二级负荷供电 当常用电源恢复供电后 即由常用电源 供电 也就是说备用电源供电时间较短 公用变需要安装多大容量的变压器 需要严格的计算 容量大了会使初 始投资增大 在非火灾时负载率偏低 容量小了又不能满足供电要求 下面以实例说明如何统筹兼顾 合理确定 变压器的容量 二 小区概况 某住宅小区 东西宽 300 米 南北长 370 米 小区共有 14 栋 19 层塔式住宅 两栋 32 层塔式住宅 三个地下车 库 水泵房 换热站各一处 总建筑面积 32 万平米 经过计算 在小区内共设公用变两个 1 公用变设于北部中心 1 地下车库内 供 1 6 楼 19 层 7 8 楼 32 层 1 3 地下车库 水泵房 换热站用电 2 公用变设于小区南部中心 供 8 栋 19 层住宅 2 地下 车库用电 现以 1 公用变为例 介绍如何确定变压器容量 三 容量统计 首先对 1 公用变电所供电设备做一统计 见表一 表一 1 公用变所供设备负荷一览表 序号 用电设备名称 平时最大容量 Pe KW 消防负荷容量 Pc KW 单 双电源 变压器 1 1 楼公共用电 49 75 双电源 常 备用变压器 2 2 楼公共用电 49 75 双电源 常 备用变压器 3 3 楼公共用电 49 70 双电源 常 备用变压器 4 4 楼公共用电 49 80 双电源 常 备用变压器 5 5 楼公共用电 49 80 双电源 常 备用变压器 6 6 楼公共用电 49 80 双电源 常 备用变压器 7 7 楼电梯 80 30 双电源 常 备用变压器 8 7 楼消防风机 水泵 应急照明 50 177 双电源 常 备用变压器 9 8 电梯 80 30 双电源 常 备用变压器 10 8 楼消防风机 水泵 应急照明 50 154 双电源 常 备用变压器 11 消防泵房消防水泵 0 177 双电源 常 备用变压器 12 给水泵房给水泵 75 75 双电源 常 备用变压器 13 采暖热交换设备 204 204 单电源 常用变压器 14 1 地下车库动力照明 49 34 双电源 常 备用变压器 15 3 地下车库 动力照明 1 44 44 双电源 常 备用变压器 16 3 地下车库 动力照明 2 74 57 双电源 常 备用变压器 17 门房 10 10 双电源 常 备用变压器 18 路灯 8 0 双电源 常 备用变压器 19 变配电室用电 3 0 双电源 常 备用变压器 7 8 楼因负荷较大 做了两个电气入户 电梯 消防电梯 客梯 单独进户 其余消防设备 如防 排烟风 机 屋顶增压泵 潜污泵 应急照明设一电气进户 3 车库也设了两个进户 四 小区平时 非火灾时 所需公用变压器容量 高层住宅公共空间照明均做了应急点亮 应急照明灯具全部利用公共空间照明灯具 平时公共空间照明灯具不会 全部点亮 故公共空间平时照明功率小于火灾时应急照明功率 将 1 公用变所供建筑物平时负荷容量列表如下 表二 小区无火灾时 1 公用变供电设备负荷计算一览表 序号 用电设备名称 数量 台 总额定容量 Pe KW 需要系数 计算容量 Pc KW 单 双电源 变压器 1 1 8 楼电梯 20 400 0 2 20 双电源 常 备用变压器 2 1 8 公共空间照明 160 0 8 128 双电源 常 备用变压器 3 给水泵房给水泵 6 75 1 0 75 双电源 常 备用变压器 4 采暖热交换设备 6 204 0 8 163 单电源 常用变压器 5 1 地下车库动力 照明 49 0 8 40 双电源 常 备用变压器 6 3 地下车库动力 照明 1 44 0 8 35 双电源 常 备用变压器 7 3 地下车库动力 照明 2 74 0 8 59 双电源 常 备用变压器 8 门房 10 0 8 8 0 双电源 常 备用变压器 9 路灯 8 0 1 0 8 0 双电源 常 备用变压器 10 变配电室用电 3 0 1 0 3 0 双电源 常 备用变压器 合计 1027 539 根据 全国民用建筑工程设计技术措施 电气 P10 P127 多台电梯的需要系数为 0 18 0 22 可取 Kx 0 2 公共空间照明 其余动力取 Kx 0 8 将各建筑物的计算容量之和再乘以同期系数 Kt 作为选择变压器容 量的依据 计算结果如下 1 公用变常用变压器容量 1 公用变备用变压器容量 只供一 二级负荷设备用电 其中 上表中各建筑物的计算容量之和 平时常用变压器负载率 平时备用变压器负载率 同期系数 五 小区发生火灾时公用变压器容量 本实例按小区一栋楼发生火灾时考虑 不考虑两栋楼或多栋楼同时发生火灾 不言而喻 火灾时公用变压器的容量应按最不利的供电条件下即用电负荷最大时来考虑 那么什么是最不利的供 电条件呢 那就是要找出火灾后投入的消防设备容量减去火灾后强制切除的正常负荷容量之差为最大的那栋建筑 物作为着火点来考虑 火灾后该变压器的容量应满足非火灾建筑物内公共用电设备的正常用电 同时还要满足发 生火灾后增加负荷量最大的那栋建筑物的用电需要以及消防水泵的消防用电 建筑物发生火灾后 消防报警控制设备发出指令 切断相关区域的非消防电源 接通应急照明 启动相关区域的 防 排烟风机等消防设备 针对高层住宅的特殊性 由公用变所供的需要卸掉的非消防电源一般只有客梯电力 而相关区域的应急照明基本上是公共空间的全部照明 消防电梯在发生火灾后降落到首层 供消防队员使用 1 6 楼只有前室和走道的正压送风机 7 8 楼及地下汽车库的防 排烟机包括正压送风机 消防补风机 和 排烟风机 由此可知 需要按消防负荷与平时负荷容量差最大的一栋楼发生火灾计算 由表一可知 7 楼满足该 项条件 我们按小区内 7 楼发生火灾考虑 当 7 楼发生火灾后 客梯电源被切断 而消防设备投入使用 消防水泵启动 其余单体建筑物内设备正常运行 即按平时设备容量考虑 我们再详细列表 将电梯 风机 水泵分开列表 见表三 表三 小区 7 楼发生火灾时 1 公用变供电设备负荷一览表 序号 用电设备名称 数量 台 总额定容量 Pe KW 需要系数 计算容量 Pc KW 单 双电源 变压器 1 1 6 8 楼电梯 16 320 0 2 64 双电源 常 备用变压器 2 1 6 8 楼公共空间照明 120 0 8 96 双电源 常 备用变压器 3 7 楼消防电梯 1 30 1 0 30 双电源 常 备用变压器 4 7 楼消防风机 水泵 应急照明 177 0 8 142 双电源 常 备用变压器 5 消防泵房消防水泵 6 177 0 8 142 双电源 常 备用变压器 6 给水泵房给水泵 6 75 0 8 75 双电源 常 备用变压器 7 采暖热交换设备 6 204 0 8 173 单电源 常用变压器 8 1 地下车库动力 照明 49 0 8 40 双电源 常 备用变压器 9 3 地下车库动力 照明 1 44 0 8 35 双电源 常 备用变压器 10 3 地下车库动力 照明 2 74 0 8 59 双电源 常 备用变压器 11 门房 10 0 8 8 0 双电源 常 备用变压器 12 路灯 8 0 1 0 8 0 双电源 常 备用变压器 13 变配电室用电 3 0 1 0 3 0 双电源 常 备用变压器 合计 1291 875 计算结果如下 1 公用变常用变压器容量 1 公用变备用变压器容量 只供一 二级负荷设备用电 其中 小区发生火灾时常用变压器负载率 小区发生火灾时备用变压器负载率 六 公用变变压器容量的最终确定 通过上述计算可以看出 发生火灾时计算出的变压器容量和非火灾时计算出的变压器容量相差 50 如果按发生 火灾时计算出的变压器容量作为最终的选定值 即 也就是说平时常 备用变压器的负载率太低 太不经济 变压器额定容量应能满足全部用电负荷的需要 但不应使变压器长期处于过负载状态下运行 根据 全国民用建 筑工程设计技术措施 节能专篇 电气 变压器的经常性负载应在变压器额定容量的 60 为宜 即为节能经 济最佳运行状态 结论 小区发生火灾时的概率不是很大 绝大部分时间是在非火灾情况下运行 平时运行情况下 要使变压器大 部分时间在最佳负载率附近运行 发生火灾时在不影响变压器安全运行的前提下短时可以过载运行 生产厂家承 诺 干式变压器过载 150 强迫风冷长期运行对变压器安全和寿命未有影响 那么过载 10 强迫风冷运行一小时对 变压器更不会有影响 而根据 民规 第 24 9 6 条 消防用电设备在火灾发生期间的最小连续供电时间最长的 消防电梯 消防水泵为 60 分钟 在满足规范要求前提下尽量减少投资 以及不至于使干式变压器平时运行时负载率过低 我们将常用变压器容量 确定为 七 结束语 本文总结了小区平时变压器容量的计算方法 消防负荷与平时负荷差最大的一栋楼发生火灾时变压器容量的 计算方法 以及综合考虑小区平时和火灾时两种情况下变压器的确定方法 通过分析和实例说明 在确定变压器 容量时既要考虑满足规范要求和使用要求 又要满足经济性的要求 住宅小区负荷与变压器容量的选择住宅小区负荷与变压器容量的选择 1 城镇住宅小区用电负荷的特点城镇住宅小区用电负荷的特点 与大 中城市的居民小区相比 目前城镇住宅小区没有高楼大厦 无需设置电梯 也没有集中空调 一般来 讲 房地产开发商只考虑盖房子 不考虑开发公共事业 如学校 商场等 所以 城镇住宅小区仅有住宅用电 负荷预测较为简单 2 住宅用电的预测住宅用电的预测 1 需用系数法 小区内的住宅面积可分为三类 60m2以下的为小型 60 100m2为中型 100m2以上为大型 随着人们 生活水平的提高 家用电器逐渐增多 特别是空调 热水器 电磁灶或微波炉等大功率家用电器进入普通家庭 家庭用电由原来纯照明向多功能方向发展 一般小型住宅的设备容量为 照明用电容量 300W 娱乐用电容量 包括电视机 VCD 或 DVD 音响 电脑等 900W 卫生间用电容量 包括洗衣机 热水器 排风扇等 3500W 厨房用电容量 包括电饭煲 电热开水器 电冰箱 排风扇等 3500W 空调用电容量为 1500W 合计用电容量 8400W 中型住宅的居民 除照明用电容量外 还要增加空调 电视机 用电容量将增加 1950W 总容量为 10350W 约为小型住宅的 1 25 倍 大型住宅的居民因为经济条件宽裕 一般为双卫生间 用电容量将大幅增加 约为小型住宅的 2 5 倍 据统计 居民用电的最大负荷出现在夏季 19 22 时间段 这时 用电负荷约 3800W 是用电设备容量的 45 所以取需用系数为 0 45 小型住宅的计算负荷取 3800W 中型 住宅取 4750W 大型住宅取 9500W 2 单位面积法 据有关资料介绍 新建住宅内居民用电按建筑面积 40W m2负荷密度选择 大城市为 60 80W m2 本文 取 50W m2 即小型住宅的计算负荷为 3000W 中型住宅 5000W 大型住宅 10000W 3 变压器的选择变压器的选择 1 同时系数 住宅小区内居民由于作息时间不同 同时系数小些 取同时系数一般为 50 户以下 0 55 50 100 户 0 45 100 户 200 户 0 40 200 户以上 0 35 2 变压器容量 城镇住宅小区一般范围较小 供电变压器一般不考虑环网和双电源 根据小容量多布点的原则 单台变压器 的容量不宜超过 315kVA 由于居民用电基本没有无功补偿 故取负荷功率因数 cos 0 7 3 举例 在一住宅区有 100 户 其中 大型为 20 套 中型为 50 套 小型为 30 套 确定变压器容量为多大 用需用系数法计算小区的负荷为 541 5kW 用单位面积法计算小区的负荷为 540kW 两者基本一致 取 541 5kW 为小区的计算负荷 如 cos 0 7 变压器的容量需为 309 4kVA 可选用 315kVA 变压器 关于荧光灯管径关于荧光灯管径 荧光灯管径缩小 提高了光效 节省了材料 在新建和改建工程中已经见不到 T12 灯管的应用了 绝大多数均采用 T8 灯管 少数应 用 T5 灯管 T8 灯管光效提高约 20 节能效果显著 关于 T5 灯管 如果和 T8 同样使用稀土三基色粉 配用电子镇流器的话二者光效大体相当 关于灯管色温的选用关于灯管色温的选用 荧光灯可以制造色温从 2700K 至 8000K 多种产品 供不同条件选用 在办公室 教室等大多数场所 照度多为 200lx 至 500lx 在此 条件下宜选用中色温 4000K 左右较为舒适 在家庭 客房 酒吧等场所为了建立一种温馨的气氛应选用暖色温 2700K 至 3300K 目 前存在的误区是大多数照明设计对色温没有明确要求而选用了高色温灯管 致使环境光与实际需求并不相符 有些设计人员甚至认为 高色温的灯管更亮一些 实际上对于卤磷酸盐荧光粉灯来说 高色温的光效要低不少 例如 36W 的中色温灯管比高色温灯管提供的 光通量要高 16 左右 关于功率灯具的选用关于功率灯具的选用 对于直管荧光灯来说 灯管功率较大的光效也较高 通常使用的多为 36W 其次是 18W 和 30W 而三基色 36W 灯管比 18W 灯管光 效高 25 如果计入镇流器损耗其差距更大 所以 从节能考虑应首选 36W 荧光灯 几种灯管的综合技术经济比较几种灯管的综合技术经济比较 1 能效 36W 三基色荧光灯光效高 节能效果最好 年运行费用最低 2 显色性能 三基色灯管的 Ra 80 显色较佳 更能符合 建筑照明设计标准 的要求 3 初期投资 三基色灯管虽然造价高 但是由于其光效高 相同照度所需灯具数量较少 其灯具 镇流器节省的费用足以弥补灯管增 加的费用 4 色温 从两种卤粉灯管比较 中色温 4000K 左右更节能 建设费也较低 5 灯管功率 从 36W 和 18W 三基色灯管比较 36W 更节能 建设费用也最低 三基色荧光灯参考价格三基色荧光灯参考价格 灯管参考价格 36W 卤粉灯管 8 元 36W 三基色灯管 20 元 18W 三基色灯管 17 元 格栅灯具 含节能型电感镇流器及安装费 参考价格 双管 36W 约 230 元 4 管 18W 约 290 元 节能型镇流器功耗 36W 灯管取值 5W 18W 灯管取值 6W 论提高建筑电气设计的可靠性和经济性论提高建筑电气设计的可靠性和经济性 合理设计建筑电气的各个系统和运用先进的电气设备对满足建筑功能要求及节约基建投资是极为重要的 在实际的设计中 往 往由于设计的周期短 时间紧 任务重 而对设计的经济性忽视 致使在建筑初期电气设备投资的浪费 建筑电气设计的经济性就 是电气设备的初期投资与运行费用达到经济合理 现在建筑电气设计分为强电与弱电两个部分 下面就分别从这两个部分来讨论建 筑电气设计初期投资的经济性 1 1 强电部分 强电部分 强电部分的设计主要包括高压配电系统 低压配电系统 动力照明干线系统 配电箱系统和导线电缆的敷设等 这一部分设 计的基本要求是可靠性 灵活性 安全性 可靠性 根据用电负荷的等级 保证在各种运行方式下提高供电的连续性 力求可靠供电 灵活性 主结线力求简单 明显 没有多余的电气设备 投入或切除某些设备或线路的操作方便 这样就可以避免误操作 又能提高运行的可靠性 处理事故也能简单迅速 灵活性还表现在具有适应发展的可能性 安全性 保证在进行一切操作切换时工作人员和设备的安全 以及能在安全条件下进行维护检修工作 通常在设计中只要满足规范的要求就基本上能满足上述三点要求 但经济性同样是设计电气各系统的重要原则 考虑经济问题 时 必需从整个建筑的全局出发 根据建筑本身的特点 经济合理地设计电气的各系统 然而可靠性与经济性二者之间既有矛盾的 一面也有统一的一面 如果过分强调可靠性 以配电系统为例 大部分设备由变配电所低压母线放射式供电 势必造成设备增多 投资增大 导致不必要的浪费 使经济性下降 如果过分强调经济性 减少设备 简化结线 就必然会影响可靠性 当发生事故时 会造成较大面积的停电 从而又会带来损失 可见这样的结果是不但降低了可靠性 同时经济性也降低 因此在处理这些矛盾时 应当先满足可靠性的同时再提高经济性 高压配电系统是一个工程配电的源头 因此这一部分的经济性主要体现在不出现故障 造成整个工程断电 选用合格可靠的产 品 低压配电系统这一部分是一般民用建筑电气设计的核心部分 低压配电系统一般是由树干式配电与放射式配电相结合而构 成的 同样一栋建筑采用同一层次的产品 由于设计系统的不同 会产生很大的价格差 直接影响到基建的初期投资 这里包括系 统的构成与设计时计算系数的选用 怎样才能使系统既经济又安全可靠呢 我们试举一例 假设某一栋高层公共建筑采用二路高压 进线 采用二台变压器 并且在本建筑内含有水泵房 冷冻机房 我们通常做法是高压采用单母线分段运行手动联络 自动联络或 不联络 低压为母线分段运行 联络开关设自投自复 自投不自复 手动转换开关 自投时应自动断开非保证负荷 以保证变压 器正常工作 主进开关与联络开关设电气联锁 任何情况下只能合其中的两个开关 并且为避免动力负荷的启动干扰照明负荷 通 常一台变压器的低压出线主要供给照明负荷 而另一台变压器的低压出线主要供给动力 空调负荷 如何设计能降低电气设备的成 本呢 可以从两个方面解决 第一减少低压柜的出线回路 第二在设计的过程中选择好需要系数 同时系数以及功率因数 下面就 分别从这两个方面讨论 1 减少低压柜的出线回路 当我们做一个工程的电气设计时 首先将负荷的种类和位置确定 将同一区域内相同性质的负荷 由低压母线馈出的一个回路 供电 这里的同一区域可以是同一层内 也可以是不同楼层但轴线位置相同的区域 这样做可以减少低压柜的出线回路 减少低压 柜的台数 降低设备成本 缺点是当出线端故障或馈电回路检修时会造成大范围的断电 然而此种情况在现实中发生的可能性非常 低 例如我们在实际生活中的住宅楼一年或者更长时间基本上不停电 而这种住宅楼的部电源进线大部分都是大容量的单回路供电 的 而且现在电气设备的性能越来越好 通常在不出现电气故障的情况下是免维护不用检修的 因此在非重要负荷采用大容量回路 出线是可行的 也是降低电气设备成本的有效方法 2 正确选择需要系数 同时系数以及功率因数 为什么这几个系数要提到呢 因为它们直接影响到一栋建筑电气设备的投资 功率因数选用是否准确直接影响到计算电流 从 而影响电缆 导线 保护开关的大小 需要系数选用是否准确亦直接影响到计算电流 从而影响电缆 导线 保护开关的大小 同时系数取值还直接影响变压器大小的选择 若取值偏大而选择大容量变压器时 会造成将来变压器运行时损耗的增大 因此在实 际的设计中一定要调查研究在实际中同类设备运行时的情况 合理选用计算系数 我们在深圳时曾遇见这样一项工程 8 万平米高 档公寓 设计选用 4 台 1250kVA 干式变压器 而实际建成以后 由于入住率低 甲方只用一台 500kVA 的变压器带所有的负荷 这本身就反映出设计时计算系数取得保守偏大 在我们做设计时要考虑发展前景 留有余量 但这些年的发展过程中 随着建筑智 能化水平的提高 电量并没有大幅上升 因为楼宇自控的调节 节能产品的选用 电能浪费的减少以及智能化水平的提高大部分是 由计算机来实现的 对用电量的需要很低 因此我们在设计中尽量取低一点的系数 2 2 弱电部分 弱电部分 随着建筑智能化水平的提高 弱电部分的系统增加很多 弱电设备占基建投资的比率也越来越高 因此设计好弱电的各个子 系统 对节约投资提高智能化水平是有重要意义的 弱电部分的各个系统中 楼宇自控系统是由设计院按甲方及规范要求提出进入 BAS 监控或监视的点 并且在设计中预留 BAS 控制器之间的管线 控制器至各种传感器 变送器 阀门等的控制线 控制器的电源 均由承包商进行深化设计 其他的各弱电子 系统如有线电视及卫星电视系统 保安监视系统 门禁系统 停车场管理系统均与 BAS 系统类似 目前设计中较深化的是火灾自 动报警及消防联动系统与综合布线系统两部分 下面就分别从这两个方面分析如何降低初期投资提高使用功能 火灾自动报警及消防联动系统的成本主要与探测器和模块的数量有关 因此在设计中减少探测器和模块