建筑电气供配电系统设计分析

建筑电气供配电系统设计分析

罗志刚

苏交科集团股份有限公司珠海分公司 广东珠海 519000

摘要：伴随着社会经济快速地发展与城镇化道路持续地贯彻，我国建筑面积已处世界前列且保持较高的增长水平，其中作为建筑电气的重要内容，合理科学的电气供配电系统能更好地保障用户的电力供应及提高人民生活幸福感。在供配电系统设计时，需严格遵守国家规范准则，适应用户需求，做到供电可靠、建设经济与使用灵活，提高系统整体的经济效益与社会效益。

关键词：建筑电气；供配电系统；设计

1概述

电能的使用极大地促进了科技的进步和社会的发展，其重要地位使得众多科技工作者围绕电能展开一系列研究。随着国家出台相关政策，电能利用和电能替代将得到进一步的扩大，使得用电设备形成规模化及多元化发展趋势。供配电系统作为电力系统与用户连接的最后环节，将高压输电线上的能量通过降压变压器及配电线路传输至用电设备，以满足用户的用电的需求和保障电能质量[1]。经济的发展和居民生活的稳定都离不开安全可靠的供配电系统，优秀的供配电系统设计方案在经济建设、环境保护、社会稳定等方面具有深远意义。因此，研究建筑电气供配电系统是非常必要的。

2建筑电气供配电系统设计基本要求

为适应电能供需双方在生产生活中的要求，供配电系统在安全、可靠、优质、经济方面均存在一定的要求，对供电的持续、电压和频率的稳定、投资与运行费用等都需严格把控，从设计层面出发，满足供配电系统的安全可靠运行。现对建筑电气供配电系统设计基本要求进行总结，从可靠性、优质性、灵活性、经济性四方面进行分析。

2.1可靠性

供配电系统可靠性是指系统的持续供电能力，强调系统遭遇常见影响范围有限的故障时仍然稳定供电。根据不完全统计结果显示，以短路和断线为主的配网故障对供配电系统的可靠性影响最为显著[2]。在设计时需考虑故障预防性措施及故障恢复手段，并通过负荷点故障率，年平均停电时间和年平均停电频率等指标量化设计方案的可靠性水平。

2.2优质性

供配电系统优质性是指系统安全运行时的频率和电压的稳定能力。通常而言，有功与无功功率不平衡时易造成频率与电压的大幅波动。国内针对电能质量有严格的标准，建筑电气供配电系统属于低压配电，电压允许的波动范围为额定电压的-10%~7%，而频率的波动范围为50Hz±0.5Hz。设计方案中应包含实时、快速的调节手段来确保系统处于正常运行状态。

2.3灵活性

供配电系统灵活性是指系统有功电源与无功电源的多元化能力。随着节能减排意识的提升，以分布式风电和光伏为主的自建新能源规模化发展，部分场所还配置电动汽车充电桩及储能设备，这类清洁资源在一定程度可以降低对电能输入的依赖，甚至可实现能量自给自足[3]。但其随机性及间歇性的特点无法确保全时段的实时功率平衡，因此，设计方案中需包含有功支撑与无功支撑内容，安装合理的灵活性电源，保障系统安全运行。

2.4经济性

供配电系统经济性是指系统建设投资成本、运行维护成本等。在系统设计时，必须对成本进行严格把控，既要保障供电水平，又要避免过度建设，降低资源浪费现象。根据建筑使用类型和总体面积，合理估算出系统容量，并对主接线与电气设备合理布置，与投资方和施工方进行沟通，多方考量后确定最终建设方案。

3建筑电气供配电系统设计内容

3.1负荷

负荷作为供配电系统设计的重要组成部分，是选择供电变压器、导线、开关等电气设备的主要依据。因停电造成的损失与影响程度不同，负荷被划分为三个等级，分别为一级、二级和三级，其中一级负荷重要性最高，在供配电系统设计时需满足不同负荷设计要求。并且系统负荷量是不容忽视的，对于生产场所，常用单位产量耗电法来计算用电量，而单位面积耗电法常用来计算生活办公场所，且常结合相应年增长率预测未来负荷变化，保障用电需求。

3.2变压器

变压器作为供配电系统的核心设备，实现电能从高压侧转换至低压侧，供应用电设备。在建筑电气中，三相变压器和单相变压器最为常见，根据系统容量，配置不同规格等级，一般而言变压器的负荷率应在75%~85%，且不允许长时间过负荷运行。当建筑中含一定比例的一级或二级负荷时，需选用两台及以上变压器，同时安装一台柴油发电机组作为备用。如今，大型变压器多安装于地下，既可减少占地面积，美化环境，又可以降低噪声对周围的影响，提高用户满意度。

3.3线路

（1）主接线

电气主接线是将众多一次设备顺序连接，实现电能输送和分配的接线方式。在系统设计时，需考虑供电可靠，运行灵活，检修方便及系统的适应性及可扩展能力等，做到建设成本可控，占地面积小，且运行网损小。

（2）供电导线

供电导线选择时需考虑电源与负荷之间的潮流分布，满足热稳定性校验和动稳定性校验要求，使得导线能在运行及短路状态下正常工作。在安装设计部分，排除外部热源、腐蚀的影响，及提高应对自然灾害等外在力破坏的能力，建立应急系统，确保发生停电等事故时系统能满足照明等基本要求。

（3）电力电缆

电力电缆敷设在地面或地下，占地面积小，整洁美观，常被用于城市建筑的电力传输。工程上，普通电力电缆和防火电力电缆占绝大部分，根据实际建筑要求，对阻燃和耐火性能进行选择。但由于电力电缆成本高，且检修难度大，在供配电系统中不宜大量使用，而且电缆过载能力及耐潮能力也是设计时考虑的重点。

3.4无功补偿装置

异步电机和电力变压器运行时需消耗大量无功，而系统无功功率比例过高则会使功率因数变低，可利用无功补偿装置进行调节。依据相关标准：当电力变压器最大负载率在75%且负荷功率因数在0.85以上，进行无功补偿，使得在最大负荷工况下变压器高压侧功率因数不应小于0.95。在供配电系统中，合理选择无功补偿装置的安装位置、容量及调节方式能显著提升系统的电能质量，调控无功潮流分布，降低线路网损，保障各电气设备正常运行。在建筑电气中，无功补偿装置主要为有源补偿与无源补偿，其补偿形式如表1所示。

表1 建筑电气无功补偿形式

依据无功平衡分层分区，就地平衡的原则，在设计时重点考虑局部调节，用户侧安装，分散补偿，尽可能降低因无功潮流产生的网络损耗。并且无功补偿应在合理范围内进行，补偿不足和补偿过度均会造成电压偏离额定值，使用电设备工作异常。

3.5接地与防雷

（1）接地

建筑接地的主要形式为工作接地、保护接地、防静电接地。接地系统利用接地线与接地极构成与大地相连的低阻抗通道，且不同电气设备对接地电阻的要求不一，大致在0.5欧到10欧之间。接地也需要分类讨论，电机、变压器和高压电器的外部金属部分，配电柜的金属架构、建筑金属框架及带电部分附近的金属围栏等均需接地，而对于低压测量控制仪器和安装在良好接地架构上的设备则可考虑不接地，多级接地示意图如图2所示。

图2 多级接地示意图

（2）防雷

目前常见的防雷设备为避雷针、避雷线、避雷器，其工作原理与功能各不相同，避雷针用于引雷，避雷线用于避免遭受直击雷，避雷器用于防止过电压侵入危害电气绝缘，其中接地端子均应敷设专门的接地线[4]。由于雷击危害过大，通常建筑电气同时采用这三种防雷手段，根据实际需要确定规格和数量。

4注意事项

建筑电气供配电系统属于电气专业范畴，但仍需与建筑设计、结构设计和暖通设计等专业相结合，从全局整体的角度出发，将设计方案以图纸的形式进行展示。实际的设计不是僵化的，在保障安全可靠的前提下，尽可能地满足用户的功能需求，优先选择既美观又经济的设计方案。同时，还需配置规范严格的审查机制，通过多重监督将不完善违规的设计剔除，为后续的施工建设提供良好条件。

结束语：

随着技术的进步，建筑电气供配电系统设计所考虑的因素将进一步增多，要根本上熟悉掌握设计整体，严格按照规章制度进行设计工作，把握细节工作，提高设计方案的质量。在设计的同时，勤于思考，分析各类设计方案的可取之处与不足点，将经验转换为本能，提高设计的能力。

参考文献：

[1]董超云.住宅小区的建筑电气设计探析[J].工程技术研究,2017,No.5(01):205+213.

[2]蒋珊珊.高层建筑电气设计中低压供配电系统可靠性分析[J].低碳世界,2018,No.179(05):43-44.

[3]白建龙.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用分析[J].建材与装饰,2018,No.513(04):69-70.

[4]韦衍都.防雷接地技术在建筑电气安装中的应用[J].工程技术研究,2018,No.25(09):118-119.