淺談高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多，因此，高層建筑電氣設(shè)計(jì)就成為設(shè)計(jì)者不得不面對的問題。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了高層建筑電氣設(shè)計(jì)中一些比較典型且具有普遍意義的問題，結(jié)合某工程的實(shí)際做法闡述了問題的解決方法。
關(guān)鍵詞：高層建筑；電氣設(shè)計(jì)；配電；負(fù)荷計(jì)算
1工程概況
本項(xiàng)目商業(yè)綜合大樓，總建筑面積為405570m2，地上建筑面積272330m2，地下建筑面積133240m2,主體高度99m。項(xiàng)目組成為：辦公樓兩座，建筑面積為70800m2，28層，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.2m。
2 負(fù)荷計(jì)算
1）負(fù)荷特點(diǎn):用電負(fù)荷大,遠(yuǎn)大于《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)術(shù)措施》中大120W/m2的指標(biāo),尤其是餐飲的用電負(fù)荷更大，而且不同類型、不同飲食文化背景的餐飲差別也很大。
2）負(fù)荷的不確定性大，因?yàn)樯虡I(yè)地產(chǎn)往往根據(jù)市場租的需求，不斷調(diào)整商鋪的性質(zhì)，使得負(fù)荷在動(dòng)態(tài)變化之中。
3）目前的規(guī)范和技術(shù)措施沒有對商業(yè)項(xiàng)目中不同類別商鋪的參數(shù)指進(jìn)行細(xì)化，工程設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算缺少據(jù)，大多數(shù)情況只能靠設(shè)計(jì)人員憑借以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算。
負(fù)荷參數(shù)的選擇：針對以上遇到的問題，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，首先與開發(fā)商銷售部門進(jìn)行良好的溝通，確定各層的業(yè)態(tài)形式商鋪面積和性質(zhì)，這是電氣負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)依據(jù)；其次確定商鋪內(nèi)單位面積參數(shù)指標(biāo)也很重要且復(fù)雜，因?yàn)橐?guī)范中沒有明確的指標(biāo)可以參考；而且不同城市間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不均衡，用電指標(biāo)也不同；便在同一城市不同區(qū)域的消費(fèi)群體也有差異。
3）需要系數(shù)的選擇：參數(shù)確定后，需要進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。一般采用需要系數(shù)法，計(jì)算過程不再贅述。需要探討的是需要系數(shù)的選擇，這在現(xiàn)行規(guī)范、手冊及《統(tǒng)一技術(shù)措施》中也沒有明確的要求，根據(jù)多年的設(shè)計(jì)體會認(rèn)為，在配電最末端商鋪內(nèi)戶箱或?qū)优潆娤溆?jì)算時(shí)Kx一般取1，在各回路干線計(jì)算時(shí)取0.7～0.8，在變電所各配電變壓器計(jì)算時(shí)取0.4～0.6。
3變電所設(shè)置
根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，本工程的變壓器總安裝容量為43400Kv.A，經(jīng)與供電公司反復(fù)協(xié)商，分別在本工程的北、中和南三段設(shè)置3個(gè)變電所為三段建筑供電，1#變電所設(shè)6臺2500Kv.A變壓器,承擔(dān)北段供電；2#變電所設(shè)4臺1600Kv.A變壓器,加6臺2000Kv.A變壓器,承擔(dān)中段的供電，另外還有5臺10Kv.A高壓冷水機(jī)組（合計(jì)4000Kv.A）；3#變電所設(shè)2臺2000Kv.A加2臺1000Kv.A變壓器，承擔(dān)南段A、B兩座辦公樓供電。本工程配置兩處10Kv電源引入點(diǎn)，每處為兩路10Kv線路,根據(jù)供電公司對10Kv電源容量的規(guī)定：每路最大負(fù)荷為11000Kv.A左右，兩路即為22000Kv.A，設(shè)計(jì)1#、3#變電所合用一處10Kv,電源進(jìn)線，總?cè)萘繛?1000Kv.A；2#變電所內(nèi)變壓器和10Kv,冷水機(jī)組共用一處10Kv電源進(jìn)線，總?cè)萘繛?2400Kv.A。在變電所平面布置的設(shè)計(jì)中，除了滿足規(guī)范要求以外，還需要考慮高壓柜、變壓器和低壓柜按供電順序布置，尤其是低壓配電柜饋出電纜的走向順暢，值班人員巡視方便等問題如不認(rèn)真考慮，會造成施工時(shí)電纜交叉多、繞遠(yuǎn)路、浪費(fèi)建筑面積以及巡視不方便等問題。
4較小消防負(fù)荷的供配電
在大型商業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中經(jīng)常會遇到消防用電設(shè)備負(fù)荷較小且分布較分散，若均由變電所饋出，會使得變電所低壓柜饋出很多小電流回路，對斷路器分?jǐn)嗄芰蛯?dǎo)體的動(dòng)、熱穩(wěn)定帶來一定的影響。根據(jù)GB50045-1995《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定“消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，其配電設(shè)備應(yīng)設(shè)有明顯標(biāo)志”。對供電回路的條文解釋系指“從低壓總配電室（包括分配電室）至最末一級配電箱，與一般配電線路均應(yīng)嚴(yán)格分開”。在本設(shè)計(jì)中，采用了增加一級配電的方法，即從變電所不同母線段上分別饋出一條消防專用回路，在適當(dāng)位置設(shè)置兩臺配電柜，再由此配電柜放射式配至末端雙電源互投箱，這樣既滿足了規(guī)范對專用供電回路的要求，又避免在變電所級饋出許多小電流回路。
5斷路器及導(dǎo)體的選擇
由于商業(yè)地產(chǎn)項(xiàng)目房間用途的不確定性，在選擇斷路器和導(dǎo)體時(shí)必須考慮一定的裕量以滿足調(diào)整造成的負(fù)荷變化。根據(jù)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中較多地使用了插接母線供電，既可以滿足大載流量的要求，又使供配電靈活性加大，在每層豎井中均預(yù)留備用插接箱，以便在變化時(shí)，可根據(jù)上下層負(fù)荷的變化，進(jìn)行調(diào)整。例如：某豎井一段母線負(fù)責(zé)1～3層供電，當(dāng)1層由于變化容量增大，而3層容量減小時(shí)，就可使用1層的備用插接箱把3層富裕的容量配給1層使用。在變電所這級配電中，選擇斷路器時(shí)要選整定值可調(diào)整的斷路器，以便在末端負(fù)荷變化時(shí)調(diào)整整定值；在母線和互感器的選擇上一般按斷路器框架值來選。例如：某段干線設(shè)備容量530Kv，Kx取0.7，計(jì)算電流為704A，選擇斷路器框架值為1000A，整定值為800A；電流互感器為1000/50；母線載流量為1000A，此路最大可滿足1000A電流的負(fù)荷使用要求，即便有調(diào)整，配電開關(guān)及線路也可不必作大的變動(dòng)。
6層配電箱的設(shè)置
根據(jù)各層防火分區(qū)的劃分，分別在各層編號為A～K豎井內(nèi)設(shè)置層照明配電箱為各商鋪供電,各商鋪的供電采用一對一放射式供電。需要指出的是由于各層的業(yè)態(tài)比較復(fù)雜各層的防火分區(qū)上、下層不對應(yīng)，使得有的豎井在負(fù)責(zé)本防火分區(qū)供電的同時(shí)，還要負(fù)責(zé)相鄰的防火分區(qū)的供電。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了就近原則，同時(shí)也考慮到整條干線負(fù)擔(dān)的負(fù)荷情況，盡量使各個(gè)豎井內(nèi)負(fù)荷比較平衡。
7公共區(qū)域配電箱的設(shè)置
考慮到商業(yè)的公共區(qū)域?qū)硇枰窝b修，必須預(yù)留電源。此處的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾點(diǎn)：①電量預(yù)留多少的問題，其中照明用電可根據(jù)GB50034-2004
《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表6.1.3及其6.1.8條，商業(yè)建筑照明功率密度值計(jì)算，高檔超市營業(yè)廳為20W/m2，根據(jù)“裝飾性燈具總功率50%計(jì)入照明密度計(jì)算值”的規(guī)定，采用的預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)為40W/m2。②為方便裝修設(shè)計(jì)，在每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置了公共區(qū)域照明配電箱和應(yīng)急照明配電箱，以便明確裝修設(shè)計(jì)的電氣配電分界點(diǎn)。
③將樓梯間、儲藏間等不需要做裝修的部位，單獨(dú)設(shè)置配電回路或配電箱，盡量不從公共區(qū)域預(yù)留精裝用電的配電箱內(nèi)饋出。
④公共區(qū)域照明的控制，大部分采用兩種方式，即C—BUS系統(tǒng)或BA系統(tǒng)控制，利用C—BUS的優(yōu)點(diǎn)是控制比較靈活，可按每一路饋出控制，也可調(diào)光控制；缺點(diǎn)是造價(jià)較高。利用BA系統(tǒng)控制優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，控制簡單；缺點(diǎn)是由于交流接觸器為三相，控制時(shí)可能會三路同時(shí)開或者同時(shí)關(guān)，在裝修設(shè)計(jì)時(shí)需將各接觸器饋出回路岔開供電，避免造成故障時(shí)大面積停電。
8戶配電箱的設(shè)計(jì)
在商業(yè)地產(chǎn)設(shè)計(jì)中，往往只為商鋪設(shè)計(jì)一個(gè)電表箱，而出線回路由用戶根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，但是商鋪內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管的供電很難解決，無法進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的整體調(diào)試。本工程的做法是在電表箱內(nèi)增加一個(gè)斷路器為風(fēng)機(jī)盤管供電，另一路為用戶二次設(shè)計(jì)時(shí)使用，如下圖所示。
9配電柜/箱與配電回路的編號
大型項(xiàng)目往往低壓配電柜/箱很多，低壓饋出回路就更多，往往會出現(xiàn)柜/箱編號及線路編號重復(fù)的問題，造成在設(shè)計(jì)圖中查找及將來維護(hù)檢修的困難。本工程有3個(gè)10Kv變電所，20臺變壓器，上百臺低壓饋出柜，饋出回路更多。按照國際電工委員會（IEC）及中國國標(biāo)的要求：①所有的配電編號要簡單明了，不能太箱和線路編號不重復(fù)。②編號要簡單明了，不能太長。③區(qū)分負(fù)荷性質(zhì)和類型。④規(guī)律明顯便于查找，能使看圖者一目了然。根據(jù)以上要求及地上、地下建筑防火分區(qū)和業(yè)態(tài)形式的不同情況，采用了兩種略有差別的方式。地下部分基本為車庫，用途比較單一，防火分區(qū)也比較整齊，按防火分區(qū)編號，如AL—BL—1/1、AP與APE等各字母及數(shù)字含義：AL代表照明配電箱（AP代表動(dòng)力配電箱，APE代表應(yīng)急動(dòng)力配電箱）；BI代表地下一層；1/1代表I防火分區(qū)1號箱。地上部分比較復(fù)雜，防火分區(qū)比較多，且上、下層防火分區(qū)不對應(yīng)，按豎井編號較好，如AL—1—A1、AP和APE等字母及數(shù)字含義：1代表一層；A1代表A號豎井饋出的1號配電箱。低壓饋出回路的編號采用了如：W3—6—AL—1—A1，W3—6)表示此回路由3號變壓器所供電的6號配電柜饋出，AL—1—A1表示本回路所接的第一個(gè)配電箱為AL—1—A1等，以此類推。
10結(jié)束語
隨著商業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目越來越復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員不斷地提高設(shè)計(jì)水平，精心設(shè)計(jì)，作出精品。以上僅是在商業(yè)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，希望能和廣大設(shè)計(jì)人員交流。
