建筑供配电系统的设计探讨

2021-12-01王俊

光源与照明 2021年4期

关键词：供配电谐波用电

王俊

江西省轻工业设计院，江西南昌 330000

0 引言

随着城市化进程的不断提升，我国建筑开始向着高层化方向发展。虽然高层建筑能够解决城市用电、人口增加等问题，但是也存在着安全、交通、能源消耗等问题。因此，需要对建筑的供配电系统设计进行研究，在保障各环节有效控制的基础上，提升建筑使用的安全性。

1 建筑供配电系统组成系统

建筑供配电系统主要分为供电系统和配电系统，在节能环保理念的推行下，要想实现节能降耗发展目标，就需要针对建筑供配电系统进行研究，从而保障建筑供配电系统设计工作的高效开展。供电系统主要涉及电源系统、输配电系统两个方面，这两个方面属于建筑中用电的源头，对其进行优化能够从根本上实现节能目标。在配电系统中借助低压、高压配电站出口将电力系统传输到用户端系统中，其中传输距离的变化会对供电效果产生不利影响，会出现电能损耗等问题。

在建筑中，照明系统属于整体用电中的重要组成系统，需要从节能角度出发，针对设备本身、照明方式等情况进行分析，在优化考虑基础上最大限度地降低用电量输送，避免出现浪费等问题。建筑住户的家庭用电设备属于耗电中的重要组成部分，虽然不可能明确限制用户使用节能电器，但是在电路设计环节中可以从降低损耗等方面出发，在优化电路设计图的基础上做好耗能转变工作。相关开发人员需加大对新型能源的开发力度，如风能、太阳能等，同时在合理范围内降低电能使用率等。与传统建筑供配电系统相比，新型建筑供配电系统具有建筑体量大、用电量大、供电半径较长、建筑功能多样化等特点，因此在供配电系统设计中需要从功能区层面出发，明确相关要求，做好设计工作[1]。

2 建筑供配电系统设计分析

2.1 建筑供电系统设计

（1）负荷等级。在建筑工程中存在供电负荷相对较大等特点，为了保障建筑供电的稳定性与安全性，在正式开展供电系统设计工作前，需要针对建筑用电负荷实际情况进行分析，做好限制分级工作，全面落实区别对待原则，在保障供电合理性、安全性的基础上避免出现电力资源浪费等问题。建筑供电系统的负荷等级主要分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。当建筑中一级负荷相对比较重要时，对供电系统运行产生影响的空调用电则需要及时根据一级负荷完成供电。当建筑中涉及较多的一级负荷时，则需要将空调用电转变为二级负荷等[2]。

（2）计算供电。在开展建筑供电系统设计工作时，要想设计出最为适合的供电等级、方式、设备等，就需要针对供电负荷情况等进行准确计算。我国不同地区的温度差异相对较大，在建筑形式、结构等方面也存在着较大的区别，因此在建筑中难以按照统一的标准针对供电负荷进行计算。同时，建筑不同楼层所具备的施工功能又存在着明显的差异性，在用电设备方面也各不相同，甚至还包含较多的高能耗电气设备等，用电需求量相对较大。因此，为了满足后期使用要求，在供电系统设计中应当及时针对建筑楼层、面积等情况进行分析，坚持合理化设计原则，确保负荷计算的合理性。

（3）变压器。在设计变压器时，设计人员要根据负荷容量、分布情况、功能分区等进行分析，在掌握具体情况的基础上保障变压器布设位置的合理性，确保所设计的数量能够满足后期使用需求。在选择变压器容量时应根据计算容量情况进行分析，以合理化的选择方式为主。如今变压器的运行负荷率一般约为85%，而对于低压线路中的供电半径而言，在200 m以下，而当供电容量超出500 kW时，距离应大于200 m。同时，需针对位置情况进行分析，做好变配电所布设工作，最大限度地靠近负荷中心，保障供电系统的稳定性与安全性，实现节能降耗目标。因为建筑工程中对供电稳定性的要求相对较高，所以在选择变压器时需要结合实际情况，针对楼层用电需求等进行分析，保障变压器容量、台数等的合理性选择，在提升节能效果的基础上实现提高经济效益的目标。

（4）电源、电压。在建筑供电系统设计阶段，需要从保障供电系统安全性、合理性等层面入手，掌握供电系统负荷等级情况，采取高效合理的供电方法，确保供电电源能够满足设计要求。例如，当建筑工程一级负荷在容量方面相对较小，就可以引入两路市政电源，满足持续供电等方面的要求。在供电电源选择中则可以使用一路独立10 kW高压电源等，并配备柴油发电机组，保障消防正常用电，提升消防质量。

2.2 建筑配电系统设计

在建筑配电系统设计阶段中，需要针对供电电压情况等进行分析，掌握建筑实际情况，以保障配电系统设计的合理性。例如，当建筑供电电压在380 V/220 V时，在选择接地系统时应主要以TN-S系统为主。当以独立建筑为主时，可以从其他建筑中引入电源，接地系统则可以使用TN-C-S系统。建筑低压配电系统主要分为树干式低压配电系统和放射式混合配电系统两种，当地下室负荷相对较大时，可以选择放射式配电系统。当存在大容量杆线时，需要使用封闭式母线槽；而以小容量杆线为主时，则需要使用铜心塑料电缆等。在建筑动力、照明系统中则可以使用低压配电柜中电源母线满足供电要求，而对于建筑火灾应急照明系统、消防电梯等来讲，则可以使用双回路供电等，同时需要在线路的末端配电箱中增加自动切换系统功能，以满足自投自复等要求[3]。

2.3 接地、等电位联结系统

对建筑供配电系统设计要求、实际情况等进行分析，在收集相关资料的基础上确保联结系统设计的合理性。例如，在建筑使用市政公用变压器进行供电时，可以将接地系统转变为TT接地系统，并增加相应的保护线等，提升其接地方面的安全性。由于建筑供配电系统中等电位联结系统属于设计关键点，对降低接触电压等方面有着较高的作用，可以避免出现触点事故，保障人员的安全性，因此，在建筑接地系统、等电位联结系统设计中，需要严格按照相关规范要求，做好供配电系统接地故障保护设计研究工作，当受到多种因素限制使得接地故障保护难以满足具体要求，需要从局部范围出发，做好局部等电位联结工作，最大限度地保障建筑用电方面的安全。

3 建筑供配电系统设计要点

（1）落实节能设计要求。在建筑中对电能的要求比较严格，而电能又是保障现代社会可持续发展的重点因素之一。因此，在建筑供配电系统设计中，需要坚持从节能设计角度出发，以实现长远发展目标。由于建筑供配电系统在运行阶段中必然会产生电能消耗等问题，如果对节能设计的重视度不够，容易产生电能浪费等问题。因此，在设计阶段需要找准设计重点。第一，在使用10 kV电压等级供电时，应当及时做好变配电所布设工作，以靠近负荷中心为主，做好配电路径选择工作，最大程度上缩短线路之间的距离，实现减少电能损耗目标。第二，当变压器负载率在50%以上、60%以下时，变压器有功功率损耗值最低，当出现负载增加时，需要配备较多的变压器提升供电质量，这必然会导致成本的增加。因此，在建筑工程供配电系统设计中，需要选择低损耗节能性干式变压器等，在降低空载损耗的基础上提升负载率控制效果，保障运行的经济性与合理性。第三，针对空调负荷季节性特点进行分析，在满足实际运行要求的基础上设置独立变压器等，以满足季节性的需求，实现节能降耗发展目标。

（2）提升抑制谐波设计效果。在建筑供配电系统设计中谐波源主要包含换流、铁心、照明、空调等设备，而谐波对供配电系统的影响相对较大，会降低电动机的工作质量，同时增加发热量等。因此，为了抑制谐波，需要做好供配电系统设计研究工作。第一，使用接线组合理的变压器，以抑制系统中的谐波电流。第二，增设有源电力滤波器，及时消除电网中产生的谐波，以提升降耗效果，满足节能要求。第三，使用静止无功发生器，在合理范围内提升功率因数，避免出现三相不平衡等问题，有效解决谐波污染问题。