高层住宅供配电系统设计

摘要：随着我国经济快速发展，高层建筑越来越多，其供配电系统的设计难度也相应增加。因而，设计人员必须根据高层住宅的特点且结合当地供电系统的实际情况，就高层住宅楼中存在的有关问题，构建一种技术先进、安全可靠、经济合理的供配电系统，保证高层住宅楼能够满足住户对用电设施的需求。

关键词：高层住宅；配电系统；设计

引言

高层住宅供配系统设计实际上就是低压配电系统和高压供电系统设计，包括：应急发电室及设备和10KV级变配电室设备、公共通道照明、0.4KV级低压配电室设备、消防报警、电话等，高层住宅的特点是：高度高、人员密集、消防安全性要求高等特点，因此，经济合理、安全可靠的供配电系统愈显得重要了。

一.高层住宅对供配电系统要求

1.保证供电的高度可靠性要求

低压配电线路应当满足住宅所需的供电可靠性要求。可靠性，就是指根据住宅用电负荷的性质和停电事故给人们在经济、政治上造成的损失，对用电设备提出的供电不中断的要求。不同的民用建筑对供电的可靠性要求不同，一般我们将用电负荷分为三级。即使在同一民用建筑中，相同的用电设备，不同的部位，其用电负荷级别也不都相同。

2.用电质量要求

低压配电线路应该满足高层住宅用电质量的要求。用电质量主要有电压和频率两个衡量指标。电压质量就是加在用电设备端的实际电压与该设备的额定电压之间的差值，差额越大，说明电压质量越差，对用电设备的危害也就越大。电压质量除了与电源有关以外，还与照明线路、动力的有效设计相关，在设计线路时，一定要考虑线路的电压损失。由于建筑物高，供配电线路较长，为了减少电压损失和线路损耗，配电变压器可以根据情况分层布置。一般而言，低压供电半径不可超过250m。因为我国规定的电能质量的频率指标为50Hz，一旦超过了规定值，将会影响用电设备的正常工作。

二.变配电室设置

高层住宅供电变电所的设置，应当按照（JGJ16―2008）《民用建筑电气设计规范》4.2.1；4.2.2；4.2.3条规定的原则设置。

一般高层建筑的用电负荷主要设在地下层，其他较大的用电负荷主要设置于一层及以上的裙楼，当地上建筑高度不超过200m，由变配电所引至屋顶的用电设备的供电距离也在比较合理的范围之内时，为使变压器尽量不靠近负荷中心，一般将变配电所设在地下一层，而将柴油发电机房设在变配电所附近。

当地上建筑高度超过200m时，供电负荷较大，供电半径也相对较长，对于负荷比较集中的楼层，可在避难层、设备层及屋项层等处设置区域配电中心。

三.高层建筑供配电系统的设计

1.负荷等级

电力负荷根据中断供电及供电可靠性在政治经济方面造成的损失或影响程度可分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。高层建筑供电负荷大，所以更有必要对各种用电负荷进行限制分级，这样做是为了保证在供电合理的前提下，不造成成本的上升和用电的浪费。一般来说，大多数高层建筑用电负荷都属于一级负荷。如何对高层建筑的负荷分级，一要看用电负荷性质，二要看建筑物类别以区别对待一、二级用电问题。

2.配电系统的设计方案

（1）引入高压供电电源

高层住宅一般用l0kV电源进行供电，住宅楼和其他公用设施的用电负荷分级宜符合现行的《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》等规定。供电电源可取自附近区域变电所的供电回路，当住宅小区内同时具有一、二级负荷时，应根据区域变电所的变压器台数和电源路数确定供电电源，如果区域变电所的电源仅有一路时，可设置自备电源或从别处的区域变电所引来备用电源。

（2）低压配电的引入，采用TN-C系统（三相四线制），在建筑物进线处作重复接地后进入建筑物总配电箱，成为TN-S系统（三相五线制），重复接地与住宅防雷接地共用一套接地装置，保护线（PE线）在进户重复接地极处与中性线分出，户内的PE线不得再与中性线（N线）有任何连接，电源再从总配电箱传送到各分配电箱。

（3）接线运行方式

根据高层建筑的供电要求和负荷等级，10KV高压主接线的运行方式主要有两电源进线和单母线不分段或母线用隔离开关分段的形式运行，电源可按手动或自动投入的运行方式。低压配电系统比较常用的接线运行方式是采用单母线分段运行的方式，即所谓互为备用的桥式接线。这种接线方式在一定程度上可保证重要负荷供电的可靠性。

（4）无功补偿

家用电器中除电热取暖器、热水器等属于电阻性负荷外，其它大部分是电感性负荷，功率因数较低，根据测量可知高层建筑的功率因数在0.7-0.85之间。无功补偿值应该取装载变压器容量的1/3，如果楼层较高，应要求设分散补偿装置。

3.设备选型

（1）高压开关柜。现代高层建筑的变配电室一般设在主楼地下层，按规定不宜采用油开关。国外用于高层建筑的开主要有三种类型：高压空气断路器，SF6开关和真空断路器。而其中SF6开关尺寸数大，气体具有毒性，高压空气断路器技术陈旧，故目前来讲10kV真空断路器应用的比较普遍。因此，应按照高层建筑地下室的标准，选择具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

（2）电力变压器。由于防火的要求，主楼内不允许装置大容量的油浸电力变压器。目前有干式变压器、硅油变压器等产品可供选用。

（3）低压配电屏。国外低压配电屏的结构，大多做成抽屉式，而大容量的出线，则做成手车式。

（4）应急柴油发电机组。应急柴油发电机组，最好设置在靠近各区域配电中心之处，当单台柴油发电机组容量较低时，可以设置二台及以上柴油发电机组，以确保一级负荷别重要的负荷的供电可靠性，避免单台柴油发电机组容量较大，一级特别重要的负荷过于集中，柴油发电机组一旦发生故障，难以保证一级负荷别重要的负荷的供电可靠性，应急供电系统应单独成系统，禁止将其他负荷接入应急供电系统。

对于200m以上的高层建筑的上部重要一级负荷，由于柴油发电机组供电半径已经不在其供电范围内，当在上部设置柴油发电机组，又由于受楼板承载力和垂直运输的限制，需要对上部的这部分负荷考虑设置EPS或UPS进行接续供电。但在必要时可以考虑在顶部，设置较小容量柴油发电机组，建议容量不超过200KW。

4.配电线路设计

（1）导线的选择

目前我国发生的火灾中，绝大部分是由电气原因引起的，其主因是由于电缆电线的过载和老化等不当使用引起的。同时，火灾发生时引燃电缆电线中可燃的护套和绝缘材料，使得火灾范围继续扩大，为了尽量减少护套和绝缘材料的燃烧所释放的烟雾及有毒气体对住户造成的伤害，在工程设计中应根据建筑物的使用性质和重要程度，应尽可能选用低烟无卤的环保电缆，万一火灾发生时，可以减少烟雾及有毒气体的产生，为大楼内的人员争取更多的疏散逃生时间。

对于导线截面的选择，主要是根据住户的计算电流来确定，并考虑环境条件、敷设方式、机械强度、电压损失和热稳定性等因素，进户线及干线应适当留有余量以满足日后的需要。相当对于铝导线，铜芯导线在使用寿命、用电安全等诸多方面都比铝导线优越，因此目前住宅电气线路一般首选铜芯导线。

（2）配线方式

现代住宅建筑功能齐全，增加住宅配电分支回路，可以使室内负荷电流分流，减少因线路升温、谐波危害等电气火灾的发生，现代住宅一般采用穿PVC冷弯阻燃管暗敷设，将电气线路的管线沿墙、地面等整齐排列，尽量减少交叉重叠。多根导线穿管时，导线的总截面积不应超过管内面积的40%，管内径大于或等于导线束直径的1.5倍，为了方便穿线，线路不要太长，否则需选用大一级的管径或装设中间接线盒。

5.电源开关的选择

在选择电源转换开关时宜按照负荷性质、允许中断供电的时间，优先考虑PC级转换开关。如果电源转换时间不能满足重要负荷切换的要求，则需要在负荷侧设置在线UPS电源供电系统。

对于竖向供电干线，则应合理分区，竖向供电干线应按照各区域配电中心来确定。每个供电段应确保其在国家规定的低压供电半径内，并且考虑设置能够抵消谐波的有源无功补偿装置。以保证电能质量。

结束语

在科学技术进步和人民生活水平日益提高的今天，用电设备越来越多，对线路安装和供配电系统设计提出了许多新的要求，只有认真按照设计和操作规范进行优化设计和施工，不断地总结经验、深入研究，才能不断提高设计水平，确保供电的可靠性以及消防的安全，使高层住宅用户安心生活。

参考文献：

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[2]朱庆元，高文恰.建筑电气基础设计[M].北京：中国建筑出版社，l990.

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