住宅小区的配电系统相关的设计.docx
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住宅小区的配电系统相关的设计.docx
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住宅小区的配电系统相关的设计
住宅小区的配电系统相关的设计
居住建筑用电负荷
居住建筑用电负荷分为两类:
一类是住宅用电负荷,含住宅照明和家用电器;另一类是公共区用电负荷,含公共区照明和动力两部分负荷。
1.1户内照明负荷
住宅各种房间的不同使用功能及人员活动的频率决定了光源的种类、灯具的形式及对光线变化的不同要求。
反映在电气设计上便是照度要求。
(1)确定建筑标准。
根据国家住宅与居住环境工程中心在2002年编写的《健康住宅技术设计要点2002年修订版》,再根据建设住宅的平均建筑面积参数,以建筑面积100m2为例。
(2)确定照度标准:
《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)对居住建筑内照度标准及照明功率密度值做了规定(见表1)。
首先我们算出居室内灯具的光通量,然后通过光通量可以查表得出光源容量,将各居室的容量相加,便可以得出一户的总照明灯具容量。
计算过程不一一罗列,最后计算的结果是居室内照明容量约为400W.
1.2家用电器负荷
家用电器是住宅内负荷的主要因素。
家用电器负荷的确定应考虑两个主要因素:
第一,采暖、炊事及洗浴能源方式。
当大范围采用电采暖、单元式集中空调、电热水器和电灶,住宅内用电负荷应根据具体情况进行计算;第二,家用电器的普及率。
家用电器普及率是标志着某类家用电器进入家庭的程度,当前的家用电器普及率可以反映出居民的生活水平,决定了居民用电负荷。
1.3公共区照明负荷
公共区照明含有几部分:
一是经常有人员来往的地方,如楼梯间、电梯前室、走道等;二是如人防、水泵房、设备层等公共设施所在场所;三是楼内的疏散照明及事故照明。
场所不同,所选用灯具、光源不同,灯具控制方式不同,因此不同的公共区照明会有不同的需用系数。
1.4公共区动力负荷
一是高层住宅楼内的电梯负荷(受建筑物及电梯本身的参数,以及运行条件影响);二是楼内的给、排水及通风设备负荷(排污泵、生活水泵等);三是住宅供暖设备负荷。
2住宅小区负荷计算
住宅小区负荷计算在不同的设计阶段采用不同的计算方法:
在方案设计阶段多采用单位面积功率法,在初步设计和施工图设计阶段多采用需用系数法。
(1)1999年8月,北京供电局下发了《关于城镇居民新建住宅实施一户一表的技术方案》(简称《方案》),即(99)首规办秘字第319号。
对住宅的用电负荷标准及电度表规格(表2)做了调整,给出了不同户数的需用系数(表3)。
《方案》第一条中提出用电负荷按远期每户不小于6千瓦计算。
6kW/户的的规划容量有下列三个前提原则:
第一,北京地区属于采暖区,现阶段以市政或小区集中式供暖为主,暂不考虑电采暖方式;第二,北京市现阶段炊事能源以天然气、液化石油气及燃煤为主,只能用电饭锅等小型电炊具而不能用电灶;第三,按北京市城乡规划委员会关于在住宅设计中安装(预装)家用空调器的有关规定(94)首规办规字第170号,一般职工住宅安装空调器两台。
6kW/户的规划容量有下列两层含义:
一个是远期要求,其目的是指导设计人员在具体设计时,对于居住建筑内的开关、导线、电度表等的选择应留有余量,不得小于30A;一个是应当保证用户能够达到的最大负荷。
以现有设计条件为例:
4kW/户为计算负荷,是用电负荷计算的标准;6kW/户为最大负荷,是单体设计中导线、开关等电气组件的选择依据。
该标准是一个基本标准,是一般居住区的建设标准,即使是搬迁民宅也必须达到这个最低的条件,并非是豪华级标准。
如果是一个较高档次的居民区或每户的用电结构有了变化,就应当对用电负荷的计算容量重新做调整。
(2)2002年7月北京市供电局下发了《关于调整住宅用电指标和配置住宅变压器标准的通知》即京供计【2002】173号(见表4)。
以普通住宅为例,建筑面积100m2/户计,用电负荷6kW/户计,则单位面积负荷为60W/m2.按(表3)计算变压器容量(按普通住宅计):
S=(P×KT)/(COSΦ×KF)
=(60×0.2)/(0.85×0.65)
=21.71VA/m2
P--每平米用电指标60W/m2(用户级);
KF--供电部门推荐变压器负荷率0.65;
KT--供电部门推荐同时系数0.2;
COSΦ--功率因数0.85.
此结果为普通住宅小区变压器容量计算指标(变压器级)。
此指标(通常取值22VA/m2)乘以住宅总建筑面积则是本区的变压器容量。
(3)需用系数
需用系数是住宅小区设计非常重要的参数。
仔细研究一下(表2)及(表3)这两个需用系数表会发现二者之间不能吻合。
例如:
在200户时系数分别是0.26(用户级)及0.2(变压器级)设计者如何确定需用系数呢?
笔者认为:
1)(表2)是需用系数在各种用户量时连贯起来的一条曲线,是与国际上惯用的曲线基本一致的,在十多年的设计实践中为行业人士所认可的。
因此,建议设计者在进行住宅的配电系统设计中,如元器件的参数计算及选型、导线的参数计算及选型、继电保护的参数计算及整定等,仍按这个曲线确定需用系数。
2)(表3)是供电部门推荐的,并在供电局的方案审查中已开始按这个参数确定配电变压器的容量。
但此参数仅在居住区计算变压器容量时使用。
3)当按表2中的系数KT=0.26时,则S=28.24VA/m2。
可以看出在计算结果上(表2)比(表3)留有较大的余地,这就为适应住户今后的特殊要求预留了增容的条件。
两表中的系数不同,在不同设计过程中采用不同的系数。
3住宅小区的配电系统设计
3.1小区变电室的分类
根据北京电力管理部门的管理要求,小区变电室分为两种:
局管变电室和自管变电室。
局管变电室由供电部门管理,采用低压计量,住宅一户一表,为住宅用户和住宅小区中小于100kW的非居民用电负荷(如电梯、公共照明、小店铺、物业用房等)供电。
自管变电室,由用户管理,采用高压计量,为住宅小区中大于100kW的非居民用电(如商业、会所等)。
局管变电室和自管变电室的不同之处。
(1)计量
自管变电室为高压计量,供电部门根据高压计量表向用户收费。
局管变电室为低压计量;供电部门根据低压计量表向用户收费,住宅计量到户,非居民用电在每栋住宅楼配电柜中设低压计量表。
(2)电价:
自管变电室高压计量按峰谷电价收费。
局管变电室的低压计量中住宅按居民电价,其余按非居民电价。
(3)运行管理:
局管变电室日常的运行管理和维护由供电部门负责,费用不从小区物业管理费中出,或可申请小区公共维修基金。
(4)设计要求不同:
自管变电室要设单独由供电部门管理的10kV电缆分界室;局管变电室不要单独房间,可以和低压柜设于同一房间。
3.2变压器容量的估算及台数的确定(以局管变电室为例)
每个居住小区的10kV变配电室均按双路10kV电缆供电。
高压无联络,低压有联络,联络断路器自投自复。
考虑今后中远期的用电水平,以近期为主选择变压器。
变压器的总容量包括居民户内的用电,居民建筑中的公共照明及建筑物内各类辅助动力的容量,以及居民生活所必需的小型配套建筑(如热力站、生活泵房等)的全部负荷。
但不含独立建筑(如医院、大型商场等)用电容量。
变压器的台数n应能保证在一路电缆故障或一台变压器故障时,其余n-1台能满足全部用电负荷的需要。
例如双路10kV电缆进线两台变压器分列无联络运行时,每台变压器的容量应满足总计算容量的要求。
供电局推荐普通高层住宅小区变电所变压器负荷率按65%计,功率因数按0.85计。
3.3小区变电所位置的选择
确定了住宅小区负荷选定变压器后,需要确定变电所的位置。
变压所位置的选择至关重要,决定着住宅小区配电系统的合理性。
选址时要特别注意以下问题:
①尽可能接近负荷中心或大容量设备处,以减少电能损失和减小电压降;②靠近电源侧,进出线方便。
当高低压电缆进出线不能从室外直接引入电缆夹层时,要分别设置高压、低压电缆井;③便于设备运输、装卸和搬运。
小区变电所通常与地下一层汽车库平层建设,便于设备运输和防止进水;④避免设在住宅的正下方,尤其首层为住宅时。
以尽可能减少电力设备的低频噪声和震动对居民生活造成影响;⑤不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方或帖邻。
3.4小区低压配电系统(以局管变电所为例)
因住宅小区低压外线设计通常由供电部门完成,因此这里仅简单介绍一下住宅小区低压配电系统的三种配电方式:
放射式、树干式和环式。
放射式配电系统是从小区变电所用低压干线直接向各用户配电,适用于大容量用户。
小区内的高层住宅多采用这种方式配电。
照明和动力负荷宜以不同的回路分别供电,照明、动力作为双路电源,为建筑内的一级、二级负荷(如电梯、消防电梯、正压风机等)供电。
树干式配电系统是变电所低压干线送出,采取π接的方式把电送到各用户,适用于线路有较大容量而负荷容量不大的建筑。
小区内的多层住宅多采用这种方式配电,其照明和动力负荷宜采用同一回路供电。
环式配电系统是将两π接系统在末端采取电缆π接柜相连,形成环路。
平时开环运行,事故时通过操作π接柜内的开关进行供电。
初期投资大,π接柜内开关的操作有严格要求。
4工程实例
某住宅总建筑面积65372m2,9个单元,地下二层为人防,地下一层为自行车库。
1单元26层,9单元24层,每层均为3户三居室,2户二居室(首层为3户三居室、1户二居室和1户一居室);2单元和8单元均18层,3~7单元均为14层,每层均为2户三居室(首层为1户三居室和1户二居室)。
其中:
一居室60~65建筑平米,二居室75~80建筑平米,三居室100~120建筑平米。
(1)依据住宅小区配电变压器简算方法中给出的公式(普通住宅小区变压器容量=住宅用电指标(变压器级)×住宅面积(建筑面积))可以算出变压器的容量:
S=22×65372/1000=1438kVA
因此,选用两台800kVA变压器为24号楼供电。
(2)按需要系数法核算一下小区变压器的容量
查表2可知:
一居室为3kW/户,二居室为4kW/户,三居室为4kW/户;因此本楼住宅照明负荷为1846kW;该楼住宅共462户,平均分配到三相时每相带154户,查表3可知该楼住宅照明负荷需要系数为0.33.该楼内公共照明、动力等设备容量总和为450kW,则本楼总设备容量为:
Pe=1846+350=2196kW
照明计算容量:
Pjz=Pez×Kx=1846×0.33=609kW
公共区(照明、动力)计算容量:
Pjd=197kW
折算到小区变压器容量:
Sj=Pjs/(COSΦ×KF)
=(609+197)/(0.85×0.65)
=1459kVA
可以看出,这两种方法计算出来的变压器负荷大体相当。
5结论
随着我国经济的快速发展,城乡人们物质文化生活水平不断提高,家用电器在人们生活中迅速普及,住宅用电负荷增长很快。
为适应二十一世纪的用电水平,住宅小区配电系统设计应跟上时代的步伐,住宅小区配电系统应预留发展裕量,满足未来一段时间负增长的需要,以免住宅小区建成后留下种种隐患。
倡导电气安全设计合理减少建筑耗电
建筑智能化、自动化使建筑用电量猛增。
这些都要求建筑电气工程师发挥才智,既要满足建筑功能要求,给居民提供舒适、方便的生活空间,还要尽可能地做到减少建筑耗能,在建筑电气设计安全和节能两个方面尤其如此。
安全性分析
建筑电气设计的安全性需要从电力供应、供电线路、电气设备的接地、建筑消防控制方面进行考虑。
电力供应。
电力在现在建筑中占有重要作用,没有了电,建筑就会处于瘫痪状态。
保证建筑电力的稳定供给是保证居民正常生活的基础。
因此,为了保证供电可靠性,现代高层建筑至少应有两个独立电源,具体数量应根据负荷大小及当地电网条件而定。
两路独立电源原则上是两路同时供电,互为备用。
此外,还须装设应急备用柴油或燃汽轮发电机组,要求在15秒钟内自动恢复供电,以保证事故照明、消防设备、电梯等事故用电。
对于高压开关柜应根据建筑标准,选用具有五防功能的真空开关手车式高压开关柜。
对于电力变压器,根据防火要求,主楼内不允许装设大容量的油浸电力变压器。
对于容量低压配电屏的出线,应做成手车式。
供电线路。
居住建筑中各种电路繁多。
为保证各种设备电路的稳定、安全运行,供电电路的主线截面不能随意更改。
如果要更改也要参照规范作相应的计算验证后再更改。
否则线路截面的变小,使电阻变大,功率过载将导致电路发热或引发火灾。
电气设备的接地。
现在建筑中存在电脑、电视、冰箱等大量电子设备,电子设备通过保护接地系统的重复接地与共用接地体相连,为保证人员安全,此共用接地体的电阻不应大于1欧姆。
建筑消防控制。
建筑消防设计指火灾自动报警灭火系统。
包括火灾探测器、分区消防报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统四个部分,实现报警灭火自动化。
其中,消防线路要求穿金属管或者暗敷,目的是火灾发生后可以保持消防线路的正常使用,保证信号、命令得到有效的传输。
消防水泵的控制尤为重要,为确保安全,消防水泵的控制应设置两路:
一条引至消防水泵控制柜;另一路则引至消防控制室。
节能性研究
建筑电气设计是建筑设计的一部分。
为降低建筑的能耗,建筑电气设计师也应从全盘考虑,既要兼顾初投资还要考虑建筑电气的运行能耗。
配电线路损耗。
建筑中供电线路长且多,由于电阻的存在,当电流通过时就会产生功率损耗,要减少电阻损耗应从以下几个方面考虑:
选用电阻率较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之;减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路;变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径;增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。
电动机的节能分析。
减少电动机损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。
但是在具体工程中电动机通常都是水暖及建筑等专业设备所配套的,因此电气设计节能措施主要是在运行过程中实施。
除了就地电容器补偿减少线路损耗外,还应减少电动机低效率的轻载和空载运行。
其主要措施是采用变频调速控制电动机使其适应负载的变化。
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