某职业技术学校综合教学楼供配电研究

2022-06-23中国人民大学柳熙宇北京博诚睿智人力资源服务有限公司北京建工四建工程建设有限公司

电力设备管理 2022年10期

中国人民大学柳熙宇北京博诚睿智人力资源服务有限公司韩健北京建工四建工程建设有限公司钮申

1 工程概况

工程为职业技术学校综合教学大楼，总建筑面积约394553.615㎡，地下2层，地上15层，建筑主体高度为73.6m。工程电气设计范围主要包含：负荷计算、变压器选型、10kV进线方案及主接线图、高压进线电缆选择、变压器低压出线方案、各配电柜（箱）设计等[1]。

2 负荷计算

根据负荷等级分类规定，该15层教学楼的供配电类型分为一级负荷和三级负荷，一级负荷包括应急照明、生活水泵、消防电梯、消防控制室通电等，三级负荷有一般照明负荷以及其他负荷[2]。

2.1 一级负荷计算

在该工程中一级负荷包括地下室应急照明负荷、塔楼应急照明负荷、消防控制室以及消防电梯负荷。需要系数的大小要综合考虑用电设备的负荷机制、工作时间的长短以及该设备运行的次数等方面因素。汇总可得一级负荷计算如表1所示。不计入消防负荷时，工程的一级负荷的额定功率为211kW，一级负荷的有功功率146.6kW，无功功率为134.1kvar[3]。

表1 一级负荷

2.2 三级负荷计算

该工程的三级负荷有楼层照明负荷、客梯、空调用电、地下室照明和防风机。与一级负荷的计算过程基本相同，如表2所示。三级负荷的额定功率为2991.7kW，三级负荷的有功功率为2269.1kW，三级负荷的无功功率为1593.1kvar[4]。

表2 三级负荷

2.3 工程总负荷

消防电气设备在正常情况下不会使用，只会在发生火灾或其他特殊情况中使用，则负一层消防电源、负二层消防电源、地上消防电源、消防水泵以及首层消防防风机不计入总负荷中，所以工程的总负荷为2269.1+146.6=2415.7kW。

3 变压器的选择

3.1 变压器容量的选取

单台变压器成本随容量的增加而增加，如果就一台大容量变压器，用电负荷高峰期的变压器发热严重，需要变压器有优越的散热性能，增加了设计成本，用电负荷低谷期的变压器大部分容量空闲易造成浪费，而且变压器检修时，需要停电面积较大。因此，在选择变压器时，尽量不选择大容量变压器，一般通常选择两台容量一样且容量能满足需要的变压器、并将两台变压器建设在同一配电室，既能节约建设和维修成本，还能提高供电可靠性[5]。

该工程的总负荷为2415.7kW，为了防止季节性负荷变化过大（如空调等设备的供电）以及负荷过于集中，变压器应该选择两台变压器或两台以上的变压器，根据具体计算容量大小，并提高经济运行效率以及变压器工作效率，且变压器的负荷率一般取在70%～85%之间，并留有一定的备用容量，因此可以选择两台1600kVA 容量的干式变压器[6]。

3.2 T1、T2变压器的负荷统计

考虑到无功补偿后，T1、T2变压器低压侧的功率因数取0.92，T1、T2变压器的负荷，则T1变压器的负荷率为1319.6/1600=82.3%，则负荷率为1306.2/1600=81.6%，负荷率都在0.75～0.85，满足其要求。

表3 变压器负荷统计

3.3 无功功率补偿

根据国家的有关规范，来选择更适合的变压器，通过计算出有功功率，算出两台变压器的负荷率，进一步的选择了两台符合要求的变压器，由于两台变压器的无功功率较大，T1和T2的两台变压器的功率因数较低，因此来安装无功补偿装置来提高变压器的功率因数，然后根据该工程的位置选择变压器的位置，更有效率的进行输电[7]。

4 10KV 高压部分

4.1 10kV 高压进线方案

高压部分是配电系统中重要的部分，也是本电力系统能够正常工作的前提，因此电缆的选择尤为重要，已知本工程的总负荷，承载T1变压器的负荷为1214kW，取功率因数0.92，则视在功率为1214÷0.92＝1319.6kVA，计算出变压器的电流，然后在通过这进入的电流来选择电缆。电缆敷设的在环境温度在30～40℃，并可以参考表4.1YJV 高压电缆直埋地载流量表，连接到T1变压器的电缆可以选择YJV22-8.7/15KV-3×25。T2变压器的电缆同理可以选择YJV22-8.7/15KV-3×25。由校区原有的K5开关房引来，用联络柜来联络该工程两台变电器，由这两台变压器的供电来承担该工程的全部的负荷。

表4 变压器无功补偿

4.2 主接线图

如图1，从校区原有的K5开关房引来的10KV的两条高压L1、L2的YJV22-8.7/15-3×25输电电缆，馈电至T1（1600kVA）、T2（1600kVA）这两台变压器，两台变压器通过联络柜来连接。左右两边10kV 的进线，中间用联络柜来连接两台变压器，两台变压器旁边有两台高压计量箱，然后馈电至接两台变压器，变压器再接入各个负荷的配电柜，并保证至少有一路的10kV的电压能够正常的供电。

图1 高压主接线图

5 低压部分

5.1 低压干线系统图

低层建筑的低压干线多采用放射式设计形式，直接由配电柜引线通过电梯竖井到各个负荷配电箱，该工程的低压干线设计需要根据大楼的建筑高度来考虑，供电干线通常采用高层建筑的低压干线树干式的设计方式，并用母线槽通过电梯竖井为整栋楼的其他负荷供电。

从变压器引出电缆，通过各个负荷量，计算出计算电流，再根据其土壤环境、导体材料再来选择电缆。根据负荷算出T1变压器连接的负一层应急照明、负二层应急照明、消防控制室、1～5层照明负荷、6～10层照明负荷、11～15层照明负荷、消防电梯、客梯以及生活水泵的计算电流以及计算容量，从中选择母线、电缆、导线型号以及规格。

T1变压器应有13路出线，从变压器到负一层应急照明、负二层应急照明、消防控制室、1～5层照明负荷、6～10层照明负荷、11～15层照明负荷、消防电梯、客梯以及生活水泵这7个配电箱，如图2所示。

图2 T1变压器出线图

通过负荷计算负一层应急照明的计算容量为16kVA，计算电流为28.6A，选择BTTZ-5×16电缆给负一层应急照明负荷进行供电，负二层应急照明的计算容量为6kW，计算电流为10.6A，故选择BTTZ-5×16电缆给负一层应急照明负荷进行供电。1～5层照明负荷的计算容量为475.5kVA，计算电流为637.7A，6～10层照明负荷的计算容量为435kVA，计算电流为583.4A，11～15层照明负荷的计算容量为446.5kVA，计算电流为598.8A，这三个计算电流如何使用这种电缆比较的不实惠，并且不太安全，电流太大，所以可以按照有关规范要求，可以在这四个负荷连接电缆选择分别为密集型母线1000A、密集型母线1000A 和密集型母线1000A。

图3从变压器T2有11路的各个负荷出线来连接配电箱，从变压器到4层空调用电1、4层空调用电2、8层空调用电1、8层空调用电2、1～2层普通用电以及3层普通用电等连接到这11个负荷。负荷计算客梯1的计算容量为33kW，计算电流为75.2A，应选择电缆WDZB-YJY-3×25+2×16的型号，客梯2的计算电流相同，使用WDZB-YJY-3×25+2×16电缆。

图3 T2变压器出线图

5.2 低压配电装置

低压配电装置是供配电系统的重要部分，它主要负责低压部分的电能分配及短路保护，是供配电系统能够正常工作的前提，根据电压的等级、敷设电缆的环境来判断电缆的选取。以第一层照明负荷为例，根据负荷计算第一层照明负荷配电柜的额定功率Pe=46kW，计算电流Ijs=65.8A，这个开关控制柜的作用是在第一层照明电源的负荷超过额定值时，起了过电流的保护作用，并且还有需要欠压和短路保护。

断路器的额定电流除以该线路的实际计算电流大于等于1.3倍，才符合要求，其中Ie 为断路器的额定电流，Ijs 为线路中实际的计算电流。那么根据它的计算电流，配电柜里面的断路器脱扣器的额定电流就是要大于已经计算出来的计算电流，才能保证整个系统稳点的运行，所以应该选取的额定电流为80A，并且断路器选择塑料外壳式的，根据有关的国际规定断路器的漏电保护值应该为I △n=30mA，选择△T（S）=0.3s 为漏电的动作时间，根据计算出来的计算电流，该工程的第一层照明配电箱的断路器最总确定的型号为NSX 160N TM 80A/3P，该型号的脱扣器额定电流为80A，大于配电柜的计算电流，符合断路器的标准。指示灯、电压计量表以及隔离开关等等也要根据实际情况来在第一层照明负荷的配电柜里设置。

计算出计算电流Ijs=65.8A，选择第一层照明电源的配电房柜的进线的电缆为BTTZ-4×35+1×16-MR-WC/CC, 根据设计第一层的照明系统设计，出线有四条出线L1、L2、L3、L4，还有两条备用的，四条出线连接下一级配电箱，输出的配电箱负荷分别为6kW、15kW、10kW 和15kW，计算出各个出线的计算电流分别为10.7A、26.8A、17.9A 和26.8A，然后根据计算出来的计算电流，选择三条合适的电缆分别为WDZNYJY-3×10-MR/PC25-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/PC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×6-MR/PC32-WC/CC。根据上文计算四条出线的计算电流，第一层照明电源配电柜的四条出线，并且断路器脱扣器电流大于计算电流，根据有关的国际规定断路器的漏电保护值应该为I △n=30mA，选择△T（S）=0.3s 为漏电的动作时间，所以选择出线的四个断路器的四个型号分别为iC65N-C40A/1P、iC65N-C40A/3P、iC65N-C32A/3P、iC65NC40A/3P。设计如图4所示。

图4 第一层照明配电柜

第一层照明配电柜有四条出线，四个中间配电箱，以1AL1配电箱为例，额定功率为6kW，根据配电箱1AL1的有关数据，需要系数为1，功率因数为0.85，算出计算功率为6kW，计算电流为10.7A，那么根据它的计算电流，配电箱里面的断路器脱扣器的额定电流就是要大于已经计算出来的计算电流，才能保证整个系统稳点的运行，所以应该选取的额定电流为40A，并且断路器选择塑料外壳式的，根据有关的国际规定断路器的漏电保护值应该为I △n=30mA，选择△T（S）=0.3s 为漏电的动作时间，根据计算出来的计算电流，1AL1配电箱的断路器最总确定的型号为C40A/2P，该型号的脱扣器额定电流为40A，大于配电箱的计算电流，符合断路器的标准。

根据实际情况的出线，1AL1配电箱应有四条出线一个照明负荷，三个插座，设计出四条出线，与上述方法相同选择出进线的断路器型号、出线的四个断路器型号，以及出线的电缆型号。设计如图5所示。

图5 1AL1配电箱

负一层消防的电源配电箱是负一层消防电源的开关控制柜，这个开关控制柜的作用是在负一层消防电源的负荷超过额定值时，起了过电流的保护作用，并且还有需要欠压和短路保护。根据负荷计算负一层的消防电源负荷的计算电流69.2A，那么根据它的计算电流，配电柜里面的断路器脱扣器的额定电流就是要大于已经计算出来的计算电流，才能保证整个系统稳点的运行，所以应该选取的额定电流为100A，并且断路器选择塑料外壳式的，根据国际规定断路器的漏电保护值应该为I △n=30mA，选择△T（S）=0.3s 为漏电的动作时间，根据计算出来的计算电流，该工程的负一层消防电源配电箱的断路器最总确定的型号为NSX 160N TM 100A/3P，该型号的脱扣器额定电流为100A，大于配电柜的计算电流，符合断路器的标准。

负一层消防电源配电柜的总负荷为40.5kW，计算负荷也为40.5kW，选择出负一层消防电源的配电房柜的进线的电缆为BTTZ-3×35+2×16-MRWC/CC，出线有三路出线，分别的负荷为4.5kW、24kW、12kW，计算出各个出线的计算电流分别为6.8A、36.5A、18.2A，然后根据计算出来的计算电流，选择三条合适的电缆分别为WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-5×10-MR/SC40-WC/CC、WDZN-YJY-3×25+2×16-MR-WC/CC。设计如图6所示。