建筑照明配电系统电线电缆负荷计算及选择要点研究——以某医学院综合楼工程为例

李艳丽

甘肃一安建设科技集团有限公司，甘肃 兰州 730060

0 引言

随着我国社会经济发展水平的不断提升，民众生活质量得到巨大改善，这也使得其对自身生活环境提出更高的要求。电气设计作为建筑工作的重要组成部分，其设计质量直接决定建筑居住环境。电缆是支撑电气系统平稳运行的关键环节，建筑用电线电缆种类繁多，电线电缆种类选择的科学性直接决定电气系统设计的可靠性[1]。在当前民众环保意识不断提高背景下，如何通过合理的电缆设计降低电力传输过程中的能耗已经成为当前行业技术人员的重要研究内容。照明系统作为建筑的关键部分之一，对其电线电缆进行选择设计也成为当前行业技术人员的重要研究课题。

1 电线电缆概述

1.1 母线的材料及类型

母线在实际应用中主要用于汇集、分配及传送电能，适用于大电流传输场合，裸母线敷设于绝缘子之上，可以满足各电压等级的要求。其主要采用铜、铝、钢作为原料，分别应用于不同环境中。铜质母线具有较低的电阻率、较高的机械强度和较好的耐腐蚀性能，但由于价格原因，它只适用于具有腐蚀性的场所，如海岸或化工企业；铝质母线的电阻率比铜质的电阻率稍高，但它具有质量轻、成本低的优势，因而被大量地用于工业企业和工业变电站；钢材的电阻率比较高，会引起直流电的涡流和滞后损失，从而使电压下降，但是钢材具有更高的力学性能，价格低廉，因此经常被用作接地母线[2]。

1.2 电力线缆的材料及功能

从构造来看，电力线缆以铁芯为主，由隔离层和保护层等部件构成，其核心一般为铜、铝、铜包铝等，通常由多根铜线或细铝线缠绕而成，以提高线缆的柔韧性，是电力传输的通道[3]。通常，绝缘层是根据所能经受的电压等级，给电线芯包上不同厚度的绝缘外皮而制成的，其阻值很高，能将邻近的铁心和保护层隔开；电力线缆的保护层分为内外两部分，以防止电力线缆在铺设和使用过程中受到各种因素的影响，如机器损坏和外部水分侵入等[4]。

2 案例概况

为深入探究建筑照明系统中电线电缆选择及敷设施工要点，文章以某医学院综合楼工程为例进行分析。该建筑的总建筑面积达到33 000 m2，地下2 层，地上18 层，划分为实验室、厨房、餐厅等，归属于高层综合楼Ⅰ类，一级负荷用户。工程相关资料显示，案例工程设计内容主要包含照明设计、电线电缆设计及防雷接地系统设计三部分。建筑中，除厨房、水泵房等需要对防潮性能进行综合考量外，其余区域均为正常环境。案例工程平面设计图如图1 所示。

图1 案例工程综合楼建筑平面示意图（单位：m）

3 电线电缆选择要点

从实际发展角度分析，电线电缆在实际应用中承担着电能分配介质的关键职能，电线电缆选择的科学性直接决定线路设计的经济性以及电力供应的稳定性，同时直接对电网运行的安全性造成影响。因此，技术人员应依据敷设方式及环境条件要求选择电线电缆，同时技术人员在实际工作中还应注意依据工作电压要求选择绝缘电线电缆。除此以外，技术人员在实际开展电线电缆选择工作时还应充分遵循安全、可靠、经济的要求[5]。

3.1 案例工程负荷计算

负载计算的本质是根据加热情况确定导线和电气设备在实际应用中的负载，包括设备容量Pjs、计算电流Ijs和峰值电流Ijf三个方面[6]。目前常用的电力系统负载的计量方法是系数法，在实际计算时，要将电力消耗的电力Ps和所需的电力消耗因子Kx相乘，其最终结果即为计算负荷，该方法被广泛用于不同条件下的负荷量统计，具体计算公式如下：

式中：Pjs、Qjs及Sjs分别为用电设备的有功功率、无功功率及视在功率，单位分别为kW、kVar、A；Ijs为用电设备的电流，A；Ps为用电设备的功率，kW；Un为额定电压，kV；KX为需要系数；为用电设备功率因数角[7]。

案例工程中，技术人员利用上述公式计算案例建筑中部分主要用电负荷，其计算结果如下：

（1）地下一层～地上十层。动力配电干线Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为682.5 kW、511.9 kVar、853 kVar及1 296.2 A。

（2）地下二层～地上八层。照明配电干线Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为180 kW、111.6 kVar、211.8 kVA 及321.8 A。

（3）地上十一层。实验室电源Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为20 kW、14 kVar、14.4 kVA 及37.9 A。

（4）地下二层厨房设备。Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为60 kW、45 kVar、75 kVA 及113.9 A。

（5）电梯。电梯主要分为实验室电梯控制柜及消防电梯控制柜两部分，实验室电梯控制柜的Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为40 kW、69.3 kVar、80 kVA 及121.6 A。消防电梯控制柜的Pjs、Qjs、Sjs及Ijs分别为20 kW、34.6 kVar、40 kVA 及60.7 A。

3.2 案例工程电线电缆选择要点

考虑到电线电缆选择内容较繁杂，文章重点针对照明配电干线进行分析。案例工程中，技术人员在经过仔细计算后，决定采用预分支电缆、YJY-0.6/1 kV型交联聚乙烯绝缘电缆，电缆由#1 变电所低压开关柜接出，沿电缆桥架连接各楼层配电箱。在地下二层～地上八层照明配电干线设计中，技术人员在经过充分研究后决定采用预分支低烟无卤阻燃电缆[4]。

技术人员在实际工作过程中对电流进行计算，由3.1 节计算结果可知，照明配电干线电流为321.8 A。技术人员在设计过程中选取的电缆截面面积为240 mm2。依照我国现行规章制度，该数值满足载流量小于346 A的要求。

技术人员在工作中依据电压损失原则对电缆设计科学性进行验证，由3.1 节可知，其Pjs、Qjs数值分别为180 kW、111.6 kVar。结合工程平面设计图及电力干线系统图，可计算出照明配电干线长度约为60 m。依据相关公式可计算出，交联聚乙烯绝缘电缆电阻R0及感抗X0分别为0.091 Ω/km 及0.077 Ω/km。依据如下计算公式可得出线路电压损失结果为1.038，满足实际要求。

技术人员在实际工作过程中还对电线电缆热稳定情况进行校验，其供电系统示意图如图2 所示。

图2 供电系统示意图

技术人员在工作中对三相短路电流进行计算，实际计算中，选定Sj基准值，设定数值为100 MVA，同时设定其他段基准电压Uj1及Uj2数值分别为10.5 kV及0.4 kV。除此以外，变压器容量SN和线路电压损失Uj%、电缆线路x0分别为1 250 kVA、4.5 kVA 及0.08 Ω/km[8]。在此基础上，可对各段电抗标准值进行计算，其具体结果如下所示：

同时，还可以得出短路持续时间tj为0.65 s。

依据技术人员热稳定系数计算结果，可得出热稳定允许最小截面为136 mm2。其中tj为短路持续时间，k为短路热效应，Smin为按短时发热条件满足热稳定要求所决定的导体最小截面。

由此结果可得出，热稳定满足导体截面S=240 mm2≥Smin=136 mm2的要求。由此，照明配电干线选取YDF WDZ-YJY-0.6/1 kV-4×240+1×120。

4 案例工程电线电缆敷设要点

（1）该项目电力装置的配线主干采用集中型母线槽型、冷水机、分层空调器。风扇、实验室等电源都是通过高压母线连接到装置或各个楼层的插座。电梯、生活水泵、冷却水循环泵、冷却塔、厨房电源等，均选用YJY-0.6/1 kV 的交联PE 绝缘电力电缆，电线的铺设采取穿线桥架式。

（2）该项目的灯具配电线选择预分支电缆、YJY—0.6/1 kV 交叉PE 绝缘电缆，通过#1 变电站的低压开闭柜，通过电缆架将电缆连接到各层的电井室中，并将BV-450/750 V 的塑料铜丝通过钢管暗敷在地板、墙壁和楼板上的管道中。

（3）该项目的主、副主干均选用YJY—0.6/1 kV 的防火交叉PE 绝缘电缆，并配以ZR-BV-450/750 V 的塑料铜引线。在楼道等公用区域采用室内明敷法，其他地方采用隐蔽式。天花板上铺设的金属线槽用阻燃漆进行防护。在电井及吊顶内，通过金属线槽热镀锌钢管；在地板、墙壁、顶板等管道内采用热镀锌管。

5 总结

综上所述，在当前背景下，建筑照明系统电气设计的地位不断提升，对照明系统电线电缆进行科学设计，确保其在满足电力供应平稳要求的同时，降低能耗，这已经是当前行业内重要研究课题。为了满足建筑使用性能要求及节能环保要求，在文章研究案例中，技术人员对照明系统电线电缆各部分进行计算，设计效果较好，照明系统稳定有序，同时能耗也控制在规定范围内，完全可以满足环保政策要求，可以为其他同类工程提供参考。