供配电技术 课件 第7章 高层建筑供配电系统

第7章高层建筑的供配电系统第7章高层建筑的供配电系统高层建筑供配电知识是供配电技术的一部分内容。本章首先介绍了高层建筑负荷的特点及计算负荷确定的方法；接着讲述高层建筑典型的主接线方案及变电所的类型；对高层建筑低压配电系统的配电方式也作了介绍，最后介绍了高层建筑供配电系统中的应急电源。高层建筑概述高层建筑负荷计算高层建筑的电气主接线高层建筑变电所的类型与布置箱式变电站高层建筑低压配电系统主要内容7.1高层建筑概述7.1.1高层建筑的定义和分类什么是“高层建筑”？ 世界高层建筑委员会1972年：将9层及9层以上的建筑。并建议按高度将其分为4类：第一类：9～16层（最高到50m）；第二类：17～25层（最高到75m）；第三类：26～40层（最高到100m）；第四类（超高层）：40层以上（100m以上）。但是：不同国家或地区根据其具体情况，综合建筑类别、材料品种以及防火要求等因素，还有自己的规定。如对高层建筑起始高度的规定：美国（22～25m，或7层以上）；日本（11层、31m）；德国（22层）；法国（住宅50m以上，其他28m以上）我国关于高层建筑的界限规定也未完全统一。根据行业标准《民用建筑设计通则》（JGJ37—87）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16—92）、国家标准《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）规定：10层及10层以上的住宅建筑（包括底层设置商业服务网点的住宅）和建筑高度超过24m的其他民用建筑。7.1.2高层建筑负荷的特点高层建筑特点：建筑面积大、高度高、功能复杂、建筑设备多、能耗大、管理要求高等。因此：高层建筑的电气设备有其自身的特点——（1）用电设备种类多（2）用电量大，且负荷密度高（3）供电可靠性要求高（4）电气系统复杂（5）电气线路多（6）电气用房多（7）自动化程度高根据在建筑中所起的作用不同来分类：①创造环境的设备--如照明设备、空调设备、通风换气设备、广播设备等。②追求方便的设备--如电梯、通讯设备等③增强安全性的设备--如报警、防火、防盗和保安设备等。④提高控制性及经济性的设备--如自动控制设备和电脑管理。7.1.2高层建筑负荷的特点根据建筑电气设备的专业属性来分类：①供配电设备--变压器、配电屏、发电设备等。②照明设备--电光源。③动力设备--吊车、搅拌机、水泵、风机、电梯等。④弱电设备--电话、电视、音响、网络、报警设备等。⑤空调与通风设备--制冷、防排烟、温湿度控制装置等。⑥运输设备--电梯7.1.2高层建筑负荷的特点变压器配电屏强电设备配电柜发电机组电光源风机电梯电梯空调系统电话弱电设备可视对讲电视系统音响系统计算机网络系统火灾报警系统消防联动控制系统设计变配电设计广播音响系统设计安保（安全防范）系统设计照明系统设计动力系统设计安全与防护高层建筑电气设计有线电视（CATV）设计通讯与网络系统设计智能建筑自动化系统设计强电系统设计弱电系统设计高层建筑的设计分类设计内容的表达方式建筑电气设计以电气工程图的方式表达设计内容，

一般包括：系统图平面图大样图控制图电气工程图一般采用单线图表示连接关系，用图例表示设备，用标注进行必要的说明。

建筑电气工程图分类(l)系统图表示出整体电力系统的配电关系或配电方案。系统图通常用单线条(三相导线是一样的)表示。系统图应表示出系统的各个组成部分之间的相互关系，连接方式，以及各组成部分的电器元件和设备及其特性参数。通过系统图可以了解工程的全貌和规模。(2)平面图它表征了建筑各层的照明、动力、电话等电气设备的平面位置和线路走向。是安装电器和敷设支路管线的依据。平面图还应标注轴线、尺寸、比例、楼面标高、房间名称等，以便于图形校审、编制施工预算

和指导施工。(3)大样图表示电气安装工程中的局部安装明晰图，例如舞台聚光灯安装大样图等。(4)控制图它表示电气仪表、互感器、继电器及其它控制回路的接线图。电气总平面图(某小区)低压系统图单元住宅照明平布图（标准层）7.2高层建筑负荷的计算作为按发热条件选择电气设备的依据；用来计算电压损失和功率损耗；作为电能消耗量和无功补偿的计算依据；一、二级负荷的计算用来确定备用电源或应急电源的容量；季节性负荷的确定用以从经济运行条件出发选择变压器的台数和容量。7.2.1高层建筑的电力负荷分布特点（1）负荷计算的作用与意义旅游宾馆：由于配套服务设施比较齐全，一般电力负荷比较大，照明负荷较小；办公、综合楼建筑：照明负荷较大，一般电力负荷较小；高层住宅建筑：一般电力负荷较小，照明负荷也不大，但由于一般不采用中央空调系统，空调负荷比重显著增加。（2）

高层建筑的电力负荷分布特点照明（包括电热）：占30%左右空调：占40%左右一般电力（电梯、生活水泵、消防泵、喷淋泵、锅炉房设备。。。）：占30%左右（3）

电力负荷在高层建筑中的分布位置用电负荷遍布整个大楼的各层；地下层（或大楼底部）是用电负荷集中的地方（空调设备、生活水泵、消防泵、喷淋泵）顶层（或顶部）也是用电负荷集中区（电梯机房、风机、加压泵）超高层建筑的中部位置（分区电梯机房、中间泵站、分区空调设备的布置多在大楼的中部）。序号建筑物名称用电负荷名称负荷等级二级一级特别重要负荷1高层普通住宅、高层宿舍客梯、生活泵、主要通道照明√2部、省级办公楼、全空调涉外办公楼，超高层办公楼（综合楼），使馆和大使官邸主要办公室、会议室、总值班室、档案室及主要通道的照明、客梯√（√）机要室、电报房、电子计算机系统的电源√3国宾馆、大会堂、国际会议中心地方厅、总值班室及主要通道照明、厨房√主会场、接见厅、宴会厅、电梯、电声、录象、电子计算机系统的电源√4四、五星级饭店地下污水泵电源；√经营管理及设备管理用电子计算机系统电源；宴会厅电声、新闻摄影、录象电源；宴会厅、餐厅、娱乐厅、高级客房、康乐设施、厨房及主要通道的照明；水泵、厨房的部分电力及部分客梯；一般客房照明及其余客梯√民用建筑常用重要电力负荷分级表(部分)5科研院所、高等学校重要实验室，如生物制品、培养剂等√高层教学楼、科研办公楼的电梯、主要通道的照明√13县（区）级及以上医院急诊部、监护病房、手术部、分娩室、婴儿室、血液病房的净化室、血液透析室、病理切片分析、磁共振、CT扫描室、区域中心血库、高压氧舱、加速器机房和治疗室、配血室的电力照明；培养箱恒温箱的电源√X光机、电子显微镜电源；客梯电源；高层病房楼、肢体伤残康复病房的照明√14银行证券交易中心主要业务用电子计算机系统电源；防盗信号电源√较大面积的营业厅应急照明√营业厅、门厅照明高层用客梯√序号建筑物名称用电负荷名称负荷等级二级一级特别重要负荷负荷密度法

KP——单位面积功率(负荷密度)，W/m2。S——建筑面积，m2。单位指标法

KS——单位用电指标。如W/户、W/人等N——单位数量，如户数、人数等。需要系数法7.2.2高层建筑负荷的计算N―单位数量（m2、户、床）KP―单位负荷密度（W/m2

、W/户、W/床）KS―单位负荷密度（VA/m2

、VA/户、VA/床)(1)单位指标法——常用于规划设计和初步设计住宅楼宾馆写字楼商业楼2.5~4KVA/户70~100VA/m290~110VA/m2100~130VA/m2国内外部分旅馆变压器的装机容量和用电指标(2)需要系数法——常用于施工图设计阶段定义需要系数KC

需要系数考虑了以下的主要因素：K

：同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL：负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比ηwl：线路供电效率；η：用电设备组在实际运行功率时的平均效率。备用设备的容量不列入设备总容量

无论是小区或高层建筑，都有相当一部分的备用设备，如小区的备用通风机、水泵、鼓风机、空压机，高层建筑中的备用生活水泵、空调制冷设备等，这些备用设备的容量在计算时不能列在设备总容量之中。消防水泵、专用消防电梯以及在消防状态下才使用的送风机、排烟机等，及在非正常状态下使用的用电设备都不列入总设备容量之内；当夏季有制冷的空调系统，而冬季则利用锅炉采暖时，由于后者用电设备容量小于前者，因此锅炉的用电设备容量也不计入总用电设备容量。建筑类别KC建筑类别KC一般旅馆、招待所0.7～0.8一般办公楼0.7～0.8高级旅馆、招待所0.6～0.7高级办公楼0.6～0.7旅游宾馆0.35～0.45科研楼0.8～0.9电影院、文化馆0.7～0.8发展与交流中心0.6～0.7剧场0.6～0.7教学楼0.8～0.9礼堂0.5～0.7图书馆0.6～0.7体育练习馆0.7～0.8托儿所、幼儿园0.8～0.9体育馆0.65～0.75小型商业、服务业用房0.85～0.9展览厅0.5～0.7综合商业、服务楼0.75～0.85门诊楼0.6～0.7食堂、餐厅0.8～0.9一般病房楼0.65～0.75高级餐厅0.7～0.8高级病房楼0.5～0.6火车站0.75～0.78锅炉房0.9～1博物馆0.82～0.92需要系数----考虑建筑内各用电负荷同时使用概率而确定的负荷计算系数民用建筑照明负荷需要系数KC

户数需要系数KC多层住宅高层住宅全电气化住宅1～100.8～10.8～10.93～110～200.7～0.80.75~0.850.93～0.9121～1000.54～0.60.55～0.630.45～0.85100～2000.46～0.540.45～0.550.32～0.38>2000.42～0.460.43～0.450.30～0.32《重庆地区住宅电气设计标准》

综合用电负荷(kW)户型多层住宅高层住宅全电气化住宅二室户3~43.5～4.57～8三、四室户4～54.5～5.58～9例题1某高层综合楼1~3层商场（空调）每层1500m2：P1～P3（KC=0.7，90W/m2)1~3层商场（照明）每层1500m2：P8（KC=0.7，30W/m2)4~15层住宅每层8户：P4～P7（KC=0.6，5.5kW/户)负一层车库及设备用房（照明）1100m2（KC=1，10W/m2)楼道照明10KW：（KC=1)电梯2*15KW：P10生活水泵2*22KW（一备一用）：P11消防中心10KW：P12（KC=1)消火栓泵2*30KW（一备一用）喷淋水泵2*55KW（一备一用）无功补偿后的功率因数：0.95变压器的最佳负荷率：0.7P9电源PJ一层空调P1二层空调P2三层空调P34-6层住宅P47-9层住宅P510-12住宅P613-15住宅P7车库楼道P9电梯P10泵房P11消防中心P121-3层照明P8电容补偿计算负荷P1(P2.P3)=1500m20.09KW/m20.7=94.5KW负荷密度需要系数面积P8=3

1500m20.03KW/m20.7=94.5KWP4(P5.P6.P7)=24户

5.5KW/户0.6=79.2KWP9=1100m20.01KW/m2+10=21KWP10=215KW=30KW泵房负荷

P11=222KW0.5=22KW消防泵房负荷P’11=55+30=85KW

（不计入总负荷）消防控制中心：P12=10KWP91~3层商场（空调）每层1500m2：P1～P3（KC=0.7，90W/m2)1~3层商场（照明）每层1500m2：P8（KC=0.7，30W/m2)4~15层住宅每层8户：P4～P7（KC=0.6，5.5kW/户)负一层车库及设备用房（照明）1100m2（KC=1，10W/m2)楼道照明10KW：（KC=1)电梯2*15KW：P10生活水泵2*22KW（一备一用）：P11消防中心10KW：P12（KC=1)消火栓泵2*30KW（一备一用）喷淋水泵2*55KW（一备一用）解：一、负荷分组二、计算负荷电源PJ一层动力P1二层动力P2三层动力P34-6层照明P47-9层照明P510-12照明P613-15照明P7车库楼道P9电梯P10泵房P11消防中心P121-3层照明P8电容补偿77794.594.594.579.279.279.279.294.521302210三、总计算负荷PJ=0.9

（4

94.5+4

79.2+21+30+22+10）=776.8KW四、变压器容量S===1170(KVA)PΣC

•COS

776.80.7•0.95变压器的最佳负荷率无功补偿后的功率因数7.3高层建筑变电所主接线（1）0.22/0.38低压电源供电：多用于电路负荷较小，可靠性要求稍低，可以从大楼邻近变电所取得足够的低压供电回路（包括回路数和容量）的情况；一般用于商品住宅楼、某一单位内的办公楼或住宅楼、高等学校教学楼等。示例：上海达安大厦是一幢商品公寓住宅楼，总负荷为1000KW，从附近的一座变电所用电缆引入5路低压电源：住户用电2路，电梯、泵房及公共照明用电2路，裙房用电1路。7.3.1高层建筑供电方案（2）一路10（6）kV高压电源，一路0.22/0.38低压电源供电：用于取得第二高压电源较困难，或虽能取得但经济上不合理，而且可以从邻近处取得低压电源作为备用电源的情况；一般也多用于电力负荷较小、可靠性要求稍低的商住楼和单位内的办公楼等。（3）两路10（6）kV高压电源：用于电力负荷较大、可靠性要求较高的高层宾馆、办公楼、医院病房楼等，是高层建筑中最常用的供电方式之一。（4）两路10（6）kV高压电源、自备发电机组备用：用于电力负荷大、可靠性要求高，有大量一级负荷的高层建筑。《高层民用建筑设计防火规范》中规定的一类高层建筑的供电方式；也是高层建筑中最常用的供电方式之一。示例：五星级的上海华亭宾馆、希尔顿酒店；上海电信大楼等。（5）两路35kV高压电源、自备发电机组备用：用于电力负荷容量特大的高层建筑或高层建筑群。高层民用建筑变电所主接线图7-1高层民用建筑变电所的典型主接线7.3.2高层建筑变电所主接线图7-2现代高层宾馆饭店变电所的典型主接线在地下层或辅助建筑物内设置主变压器；（30层以下）在地下层和最高层设置主变压器；（60层以上）分别在地下层、最高层和中间层设置主变压器；（60层以上）仅在中间层设置主变压器；分别在底层和各层设置主变压器。由于大楼底部、中间部分层和顶部是用电负荷相对集中区域，因此，对于高层建筑，变电所位置选择可有下列方案：国内外部分高层建筑变电所位置的设置情况：7.4高层建筑变电所的类型及布置按供电对象，高层建筑变电所可分为楼内变电所和辅助建筑变电所。图7-3高层建筑变电所的位置7.5成套（箱式）变配电所

成套性强，尺寸小、重量轻、外型美观、占地面积小、安装维护方便和投资少

箱式变电站又称预装式变电站，是由高压开关设备、电力变压器、低压开关设备、电能计量设备、无功补偿设备、辅助设备和连接件等组成的成套设备，这些元件在工厂内被预先组装在一个或几个箱壳内，用来从高压系统向低压系统输送电能。（一）箱式变电站的类型1.预装式变电站（简称欧式箱变）结构：一般为“目”字型，与土建变电所类似。图7-4预装式变电站的外形及平面布置预装式变电站一般为“目”字形结构,中间为变压器室2.组合式变压器

组合式变压器是将变压器本体、开关设备、熔断器、分接开关及相应辅助设备进行组合在一起的变压器，俗称美变。一般为“品”字型结构。

组合式变压器结构图7-6组合式变压器的外形及平面布置（二）箱式变电站实例7.6高层建筑低压配电系统7.6.1低压配电系统的配电方式(1)在高层建筑中，为了便于维修，高层建筑宜分层设置配电箱，每套房间宜有独立的电源开关。对于容量较大或较重要的负荷宜从低压配电室放射式配电，向各层配电间或配电箱配电宜采用树干式或分区树干式配电；（2）在高层民用建筑配电系统中，应将照明与电力负荷分成不同配电系统；消防及其他防灾用电设施的配电宜自成体系。单相用电设备应适当配置，力求达到三相负荷平衡。（3）电梯供电的可靠性要求相对较高，因此尽管电梯容量不大，亦宜采用一回路供一台电梯的接线方式。对于大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此也应从低压配电屏以放射式专线供电。对于楼层用电量较大的大厦，有的也采用一回路供一层楼的放射式供电方案。（4）对于居住小区配电应合理采用放射式和树干式两者相结合的方式。为提高小区配电系统的供电可靠性，亦可采用环形供电方式。(5)高层建筑低压配电系统的设计应满足计量、维护管理、供电安全和可靠的要求

例

某高层住宅楼地下1层，地上24层，屋顶局部机房层。用电负荷有：居民住宅用电、公共照明，地下室设有生活水泵、消防水泵、水处理设备，屋顶机房设有电梯、机房照明及空调，大楼景观照明等，由设置在1层的10/0.38kV变电所配电。其中，住宅公共照明、生活水泵、消防水泵、电梯等为二级负荷，其余为三级负荷。试设计该高层住宅楼的低压配电系统接线图。7.6.2照明供电系统（1）一般供电场所（2）较重要工作场所（3）重要工作场所7.7高层建筑的备用电源高层建筑的电力负荷等级较高，为满足一级负荷尤其是特别重要负荷的供电可靠性要求，大多数高层建筑均设有备用电源；高层建筑中采用的备用电源有：另一路独立电源：另一个上一级变电所的电源，独立性最好；附近另一路电源：同一上级变电所的电源，独立性次之；应急发电机组；蓄电池组；UPS不间断供电装置。自备应急电源

全国部分城市高层建筑自备电源设置情况如表所示；7.7.1自备应急柴油发电机组原理及组成以柴油机为动力，拖动工频交流同步发电机组成的发电设备。具有结构紧凑，占地面积小，热效率高，起动迅速等特点。柴油发电机组主要由柴油机、发电机和控制屏三大部分组成。7.7.2总容量的确定

理论计算方法：按稳定负荷计算稳定负荷包括所有重要电气设备；满负荷运行，因此需要系数和同期系数均为1。按尖峰负荷计算满足最大的单台电动机或成组电动机起动的用电需要，假设此时所有其它负荷都已投入运行按发动机组母线允许电压降计算符合启动电动机时母线允许的电压降要求选择其中最大者

估算方法(1)按面积估算

建筑面积在10000M2以上的大型高层建筑，可按15～20W/m2估算；

10000M2以下的中、小型高层建筑,可按10～15W/m2估算。(2)按主变压器总容量估算取主变压器总容量的10％～20％估算。(3)按单台或成组起动的电动机容量估算在高层建筑中，消防泵等大容量异步电动机全压起动时，柴油发电机组母线上的电压降不超过15％～20％。可根据直接起动电动机容量，查表确定柴油发电机容量。

以上三者之中选择整定值7.7.3柴油发电机组台数确定1.大型高层建筑，宜选用2台，一台作为消防用电设备的备用电源，另一台为一、二级负荷的备用电源。2.若计算功率总和在1000kw以下，变电所相距不到100m，可选1台。若计算功率总和在1000kw以上，且变电所相距超过100m，可选2台及以上，应分散安装在需要容量较大的变电所附近。3.几个变电所相距几十米，可选一台。若超过2000KVA，则可选用二台，可集中安装。4.一般高层建筑内柴油发电机组不宜超过3