负荷计算超高层建筑

负荷计算超高层建筑当前第1页\共有41页\编于星期三\11点概述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。实际负荷通常，电气负荷是随时变动的。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。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。原始资料用电负荷的产品铭牌数据当前第2页\共有41页\编于星期三\11点负荷计算的内容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”（τ＝10min,3τ＝30min)。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。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：“计算负荷”的广义是上述各项的统称，狭义是指需要负荷/最大负荷当前第3页\共有41页\编于星期三\11点计算负荷的定义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”。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。当前第4页\共有41页\编于星期三\11点负荷计算的方法需要系数法

-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。

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。当前第5页\共有41页\编于星期三\11点负荷计算的方法（续）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。

当前第6页\共有41页\编于星期三\11点各种负荷计算法的特点及适用范围除住宅外，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。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。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。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。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。当前第7页\共有41页\编于星期三\11点用电设备的主要特征一、分类：（按工作制分〕

连续运行工作制短时运行工作制反复短时运行工作制二、设备容量Pe

的确定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)当前第8页\共有41页\编于星期三\11点短时运行工作制用电设备，求计算负荷时一般不考虑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。当前第9页\共有41页\编于星期三\11点设备功率的计取单台设备电力：应把额定值换算为负载持续率ε＝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。

照明：气体放电灯应计入镇流器的功率损耗。用电设备组不含备用设备。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）。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。

当前第10页\共有41页\编于星期三\11点总负荷计算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。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0.8~0.9。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。当前第11页\共有41页\编于星期三\11点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∑

－－同期系数当前第12页\共有41页\编于星期三\11点用电设备组的需要系数及功率因数表

当前第13页\共有41页\编于星期三\11点当前第14页\共有41页\编于星期三\11点当前第15页\共有41页\编于星期三\11点需要系数法的常见问题-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）当前第16页\共有41页\编于星期三\11点当前第17页\共有41页\编于星期三\11点单位指标法的运用要点-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20~60W/m2

，上下限相差3倍！）-2对策指标数据要不断积累、深化、细化。（如旅馆的40~70W/m2是压缩式制冷者，吸收式制冷为25~40W/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。）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。多种指标互相印证。当前第18页\共有41页\编于星期三\11点当前第19页\共有41页\编于星期三\11点超高层建筑的一些特点当前第20页\共有41页\编于星期三\11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，10kV~110kV3多个配变电所4变压器装机容量多在100~140VA/m25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当前第21页\共有41页\编于星期三\11点电源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。供配电系统当前第22页\共有41页\编于星期三\11点供电电压等级受电变压器总容量大约服务面积（m2）220V380V50kVA及以下10kV100~8000kVA(含8000kVA)≤8万20kV200~16000kVA(含16000kVA)≤16万35kV5~40MVA5~40万66kV15~40MVA110kV20~100MVA20~110万220kV100MVA及以上当前第23页\共有41页\编于星期三\11点当前第24页\共有41页\编于星期三\11点Skyloft酒店酒店Hotel酒店式公寓HotelApartment自用写字楼Owner’sOffice写字楼5AOffice商业CommercialUse1#楼T12#楼T2当前第25页\共有41页\编于星期三\11点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。

供电电源电压等级（kV）1035110一路最多可带负荷容量（kVA）约10000约35000约108000本工程所需电源数量及说明4~6路，视变压器负荷率而定2路，一路可带全负荷2路，一路可带全负荷当地的规定/路数（路）5000kVA以下/85000kVA以上/220000kVA以上/2供电范围小大很大技术成熟度成熟，使用普遍成熟，使用较普遍成熟，但不普遍市政条件与供电部门协商与供电部门协商与供电部门协商说明需多路供电2路刚好，可靠、经济2路容量有富余，还可带周围的其它建筑结论不推荐推荐当前第26页\共有41页\编于星期三\11点方案一56600KVA

1#、2#，容量34900kVA，设在B2F，供电B5F~39F，半径约230m3#，容量12100kVA，设在52F，供电40F~80F，半径约120m4#，容量9600kVA，设在81F，供电81F~116F，半径约190m1#、2#，容量24400kVA，设在B2F，供电B5F~10F，半径约100m1#、2#，容量22800kVA，设在B2F，供电B5F~6F，半径约80m3#，容量9600kVA，设在25F，供电11F~39F半径约80m4#，容量6900kVA，设在52F，供电40F~68F，半径约90m5#，容量6900kVA，设在81F，供电69F~97F，半径约90m6#，容量4100kVA，设在111F，供电98~116F，半径约70m3#，容量4100kVA，设在10F，供电7F~17F半径约50m4#，容量3450kVA，设在25F，供电18F~32F，半径约50m5#，容量4100kVA，设在39F，供电33F~45F，半径约80m6#，容量4200kVA，设在52F，供电46F~61F，半径约60m9#，容量3200kVA，设在97F，供电91~103F，半径约50m8#，容量4200kVA，设在81F，供电75~90F，半径约60m7#，容量3600kVA，设在68F，供电62~74F，半径约50m10#，容量2850kVA，设在111F，供电104~116F，半径约50m方案三55500KVA方案二55900KVA当前第27页\共有41页\编于星期三\11点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。当前第28页\共有41页\编于星期三\11点电源工作方式电源数量运行方式建议适用范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当前第29页\共有41页\编于星期三\11点高压供配电系统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。高压系统的配电级数不宜多于两级。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。如当地供电部门没有特别要求，20kV电压等级可直降到0.4kV。当前第30页\共有41页\编于星期三\11点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当前第31页\共有41页\编于星期三\11点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100m~400m时，应进行技术分析、比较，确定柴油发电机的额定电压。当前第32页\共有41页\编于星期三\11点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。配变电所当前第33页\共有41页\编于星期三\11点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）

358336.9420.5（塔尖），360646（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10kV6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

40200kVA1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4×10000kVA35/6.3kV

55500kVA

主站35/10kV，3×12500kVA=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：41900kVA4个变电所28000kVA最小变压器1600kVA单位容量101.7VA/m2122VA/m2137.9VA/m2120.7VA/m298.27VA/m293.1VA/m2133.3VA/m2当前第34页\共有41页\编于星期三\11点超高层建筑电缆选型当前第35页\共有41页\编于星期三\11点超高层建筑电缆选型《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（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。当前第36页\共有41页\编于星期三\11点超高层建筑电缆选型《民用建筑电气设计规范》JGJ16-20087．4．1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13．10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0．45／0．75kV，电力电缆不应低于0．6／lkV；当前第37页\共有41页\编