建筑电气供配电、照明系统的设计探讨_沈玉兵.pdf

95建筑电气供配电、照明系统的设计探讨沈玉兵云南君悦勘察设计有限公司 云南 昭通 657000摘 要：在国家经济的持续发展下，公众生活水平持续提高，对生活环境的要求越来越高。建筑作为人们生活环境的重要组成部分，为公众提供舒适、高效、节能的居住场所受到建筑企业的广泛关注。在为住户提供良好居住环境的同时，还需保证住户用电的安全及可靠，所以如何合理设计电气设计方案，确保供配电及照明系统安全稳定运行，是建筑企业需要考虑的热点问题。基于此，探讨电气供配电、照明系统的设计措施，着重论述供配电及照明系统的设计要求及方案，为电气系统科学设计提供参考。关键词：电气供配电；照明系统；设计DOI:10.19569/119313/tu.202313032在城市化进程的推进下，城市建筑密集度越来越大，为了保障人们生活同时确保社会稳定，建筑企业及地方政府加速了建筑的电力开发。电气供配电及照明系统是保障人们生活的基础元素之一，如何科学规划、合理布局供配电设施是美化城市、保障群众生活的基础。对此，对建筑电气供配电及照明系统的设计研究研究具有较强的应用价值。1 工程概况本项目为高层建筑综合体项目，内设办公区、商区及公寓区。建筑层高为15层，总高度为48m，总面积约为1.9万m2，地上面积约为1.5万m2，地下面积约为0.4万m2。消防控制室设置在一层，单独设置对外出口。从建筑类型及业态分布来看，本工程的工程量较大，且商业区营运高峰期人流十分密集，同时还要保证办公区供电稳定，因此本工程的电气供配电系统及照明系统设计相对复杂。2 电气供配电系统的设计2.1 低压配电设计要求2.1.1 低压配电系统设计要求相对于低压配电系统的设计，需考虑众多因素，既需要从长远角度分析建筑低压配电系统的需求，尤其是结合办公建筑、低压配电设计、民用建筑电气设计等条例。首先，本工程低压配电系统的设计需满足供电可靠性、供电安全性、供电可维护性1。同时，电力负荷和照明需配置独立的配电系统，消防用电设施应单独成立系统。其次，配电控制区域需采用放射式供电，可满足集中、大容量供电。最后，电气供配电系统设计时需依照用电负荷、重要程度及分布情况采取不同的配电模式，如母线槽使用树干式配电、电缆干线使用放射式配电。2.1.2 负荷等级和供电方案为了保证电气供配电的可靠性，可将建筑用电负荷分为三个等级，即一级、二级、三级。一级负荷是核心负荷2，即不允许停电的负荷，需对一级负荷的电气设备进行双电源电压供电，同时无需手动调节来供电。本工程作为高层建筑，消防设备、消防电梯、排烟设备、消防控制电源、应急照明装置、疏散指示灯、走道照明、障碍物标志灯需设置为一级负荷。与此同时，核心业务需要的计算机系统电源、安防系统电源、通信系统电源、电梯等设置为一级负荷。相对商业区，需保证营业厅照明及计算机系统电源，需将其设置为一级负荷。二级负荷是次重要负荷，同样要保证二级负荷的常规供电，如果电力线路出现小型故障，二级负荷涉及的电路需在切断后迅速恢复，如空调设备、自动扶梯设备3。三级负荷是保证经济及科学的前提下的正常供电，该负荷对供电要求相对较低，因此和采用与一级和二级负荷不同的单回路供电。2.1.3 低压配电模式本工程作为高层建筑工程，低压配电系统采用380/220V电源，市电自10/0.4kV的变压器的低压侧和低压配电装置通过低压配电母线连接4。柴油发电设备采用的电源在应急母线和市电连锁互投。对于消防用电，采用供电回路的方式供电，消防符合采用双回路，保证电箱自动切换，让其时刻处于接电状态。低压配电系统包含放射式配电、树干式配电两种，变配电所低压配电侧采取密集型母线槽、电缆桥架及线槽，将其引导到电气竖井中，在所有层的电气竖井中分配到具体的用电位置。消防用电线路及常规用电沿着线槽及桥架设计。低压配电系统供电质量的评价指标包含如下几点：首先，相对三相线路，为了解决三相不平衡的问题，照明设备及插座设备类单相负荷需实现均匀分配，避免中性线电路的出现。其次，照明用电、电力用电需依照具体情况分开供电，避免动力负荷引发的电压波动，确保供电质量。最后，电动机供电回路建议采用降压方案，避免电动机启动时影响电压5。2.1.4 供电模式如上文所述，二级负荷和一级负荷是重要负荷，因此采用两路电源供电。本研究对电气供配电系统的设计是从室外引入三路380V电源，均从上级变电所的非相同母线引出，一路电源当成消防负荷，一路电源作为三级负荷用技术探讨96电，采取单母线分段处理的方式。负荷供电中部需安装配电联络柜以及自动切换装置的配电箱。本项目由供配电部门引来两路彼此独立的10kV电缆，将其引入首层室外的高压进线井，随后将电缆桥架牵引到次层10kV高压开关站供电。各个供电线路设置独立的控制电源，承担住宅区和办公楼部门的一半用电负荷。两路独立仙缘互相作为备用电源，如果一路电源出现故障，另一路电源承担所有供电需求。相对建筑地下室部分，地下一层预留发电机房的存放空间，目的是方便业主自身使用，同时设置两台柴油发电机作为业主自备电源，为办公区和酒店供电，保证重要负荷可持续供电。为了确保供电可靠性，消防负荷配置两台柴油发电机，作为自备电源，同时在地下一层再为酒店和办公区预留两处发电机位置。一级负荷中十分重要的负荷采取UPS持续供电装置，将其作为应急电源，确保一级和二级负荷供电稳定6。2.2 电气设备选择及设计2.2.1 选择依据电气设备需在常规工作及故障切断时均满足运行条件后考虑设备的使用寿命，选用的电气设备不仅要可靠，还需具备经济性及环保性。针对相同类型的设备，在与供应商对接时需选择相同公司的相同型号的设备，确保设备性能完全相同。如果选用市面上出现的新型产品，在选择时需严格进行数据试验，重复多次且均合格后才可使用。在设备性能方面，电气设备工作电源不能小于供电所需的最高电压，设备额定电流需大于工作电流。针对短路问题，选用的电气设备需满足短路条件下的动稳定及热稳定。2.2.2 断路器选择如果供电线路出现故障，比如出现过载、电压失衡、短路等问题，为了保证线路安全需精准判断故障位置，确保其余电路可稳定工作。在处理故障的过程中需用到开关设备，确保开关动作的及时性及灵敏性。但是，供配电系统中需使用专业的开关，也就是断路器。相对高层建筑供电线路，需采用低压断路器。为了让低压断路器稳定工作，同时让短路电流得到精准的数值，需在确保额定电压和电流的前提下计算出短路电流，以此判断断路器是否符合设计要求。低压配电系统中，低压断路器是十分重要的涉笔。常规而言，低压断路器既可以作为保护电路的开关，还可以作为控制电路的电动机。低压断路器具有价格低廉、操作简便的特点。低压配电器包括万能式、塑壳式两种类型。本工程低压断路器的选择及设计如下：低压主进线和母线连通等核心馈线开关位置选择空气断路器，剩余部分选择塑壳断路器；三相线路使用塑壳断路器，单相电路采用微型断路器，如照明及插座线路选择微型断路器；低压系统设计为单母线分段模式，让其和变压器分列工作，相同低压配电房内部配置两台变压器，这两台变压器之间使用母联开关控制；主进线和母联开关需具备手动自复位功能；发电机组和市电电源之间通过机械连锁互投的方式避免并列运行，发电机电源使用自动转换开关，让其和低压母线连通。2.2.3 开关柜的选择本项目使用的开关柜为低压抽屉式开关柜，外壳材质为钢板，设置在开关柜中电器元件的进出回线中，让其形成独立的功能单元，该功能单元可实现供电。各个功能单元之间设置隔离措施，周边使用接地金属板或绝缘塑料分割。考虑到抽屉式开关柜可以自由去除的特点，其具备维修便利性。本项目采用的抽屉式开关柜在电路出现故障后，开关柜可不受故障电路影响而正常工作，同时抽屉式开关柜出现故障后可通过更换抽屉的方式实现快捷维修，可解决长时间断电的问题。2.2.4 电缆导线的选择敷设场景不同电缆导线的材质及类型不同，如果电缆导线敷设在土壤中，需采用可接受历年最高温度的材料的导线；如果电缆暴露在空气中，需采用可从横手历年最高平均温度的材质的导线。依照供电电压等级及线缆敷设环境，结合本工程实际情况，线缆型号及规格见表1。表1 电缆规格及型号3 照明系统的设计3.1 照明光源的确定照明光源分为热辐射光源、气体放电光源，前者以白炽灯、卤钨灯为主，后者以节能灯、高压汞灯、高压钠灯等。荧光灯中的镇流器可限制日光灯电流大小，同时可在一瞬间产生高压。镇流器分为电子镇流器和数字镇流器两类，前者由多种电子元件组成，具有功率适中、体积小、损耗小的特点，既可以在直接电源工作过程中处于工频，还可让灯具工作中维持在适中频率。相对荧光灯而言，其管型分为三类，第一类为直管型，也就是双端荧光灯，功率在4W到125W之间。第二类为彩色直管型，常见瓦数为技术探讨名称型号及规格数量电缆WDA+-YJY-5x10现场实测电缆WDZA+-YJY-5x6现场实测电缆WDZ-BJY-3x4现场实测电缆WDZ-BYJ-2x2.5现场实测电缆WDZ-BYJ-3x2.5现场实测电缆WDZN-B YJ-2xl.5现场实测通讯线WDZN-RYJ(F)SE-2x2.5-SC20现场实测标志灯能源线WDZN-RYJ(F)SE-3x2.5-SC20现场实测应急照明等能源线WDZN-RYJ(F)SE-3x2.5-SC20现场实测9720W、30W、40W7。第三种类单端紧凑节能性，这种荧光灯具有抗打击能力强的特点。3.2 照明灯具的选择照明系统设计过程中需对灯具进行合理选择，灯具选择中需考虑功能、效率、经济及能耗。首先，选择照明灯具时需保证灯具的功能性，如果一味追求节能可能让其功能不满足使用要求。不同雷幸福灯具均需要发挥出自己的功能，让照明系统设计的有关电气参数达到设定要求。其次，照明设备的搭配需科学合理，让其保持最大的效率，提高灯具使用率。如果照明设备搭配不合理很可能导致电能被浪费。对此，照明系统设计时需选择高效节能的灯具，在灯具调试过程中需合理布局，发挥灯具的照明效果。其三，灯具选择需具备一定的节能效果，但市面上节能效果最佳的灯具成本较高，不具备较高的性价比。建筑电气设计过程中，不能为了节能而超出预算，需结合实际情况做到节能与经济性的权衡。最后，节能作为建筑照明系统设计的重中之重，也是国家发展的核心课题，在选择灯具时需在预算允许的前提下选择节能型灯具，利用好室内的自然光线，最大限度减少电能损耗。电气照明系统灯具的结构特点及类型见表2。表2 照明灯具的结构特点及类型本工程配电房、空调房选择密闭性荧光灯、消防控制室、值班室等选择格栅荧光灯、水泵房选择防尘荧光灯、锅炉房选择防爆荧光灯。主体建筑的常规场所选择T5和T8型高效或紧凑型荧光灯。上述荧光灯均采用三基色荧光灯。3.3 照明系统的设计为了合理设计照明系统，需对室内光照强度进行计算，具体包括平均光照强度、照明功率密度。依照工程要求，以某间办公室为例，办公室长度为18m，宽度为10m，面积为180m2。该区域电子镇流器选择直管型荧光灯，共计20根，型号为T8型，功率为36W，光通量为3350lm，功耗4W，利用系数0.59，维护系数0.8，灯具工作面平均照度为316.24lx，规定的办公室照度要求为300lx,误差在10%以内，符合要求。该型号灯具照明功率密度满足设定要求8。4 结语电气供配电及照明系统是影响建筑运行状态的核心因素，为提高建筑电气设计水平，确保建筑内部商业区、住宅区等的稳定运行，需确定电气设计关键点，合理选择电气设备9。本研究从供配电系统和照明系统论述了高层建筑电气设计方案，有效降低了建筑电气出现设计不合理的问题，为电气系统的稳定运行奠定了坚实的基础10。参考文献：1 关鹏.低压直流配电设备在地铁照明系统中的设计及应用J.电工技术,2022,21:143-145.2 申莉.地铁动力照明系统及其创新优化设计以北京地铁7号线环球影城站为例J.光源与照明,2021,3:5-7+46.3 孙营,徐天成.成乐高速公路扩建工程供配电照明系统设计研究J.公路交通科技(应用技术版),2020,16(11):28-30.4 肖桦.城市道路照明系统中供配电设计的重难点J.中国住宅设施,2020,9:18-19.5 王光辉,董桂华,龚志华.城市新区某综合体育场馆电气照明设计J.有色金属设计,2020,47(2):50-54.6 杨栋.论述城市道路照明系统中供配电设计的重点J.居舍,2020,7:67.7 翟建斌.兰州市地铁一号线消防系统设计的评价与优化D.兰州大学,2020,4:87.8 黄俊.城市轨道交通中低压配电与照明系统设计概述J.智能建筑与智慧城市,2020,2:67-69.9 张建设,王雪艳.医院建筑电气施工中的照明设备设计与安装J.科技风,2019,27:109.10 郭文俊,顾潇.城市路灯照明供配电控制设计分析J.自动化应用,2018,11:93-94.作者简介：沈玉兵，本科，云南君悦勘察设计有限公司，电气设计师，工程师，研究方向：建筑电气设计。技术探讨类型结构特点开启型灯具直接裸露在空气中，没有任何灯罩以及其它保护装置闭合型灯具外部有透光罩，透光罩不具备防尘功能封闭型 透光罩与灯具结合处做了密封处理，不是完全密闭，仍然有空气流通密闭型透光罩与灯具之间做了严密密封处理，不让氧气进入，具备防尘防氧气的功能防爆型整个灯具以及透光罩能够承受一定外部压力，能在具有爆炸危险的场所安全使用隔爆型整个灯具的整体结构采用特质材料制作，使得具有非常牢固的外壳，当发生爆破或者爆炸时，也能够安全的使用防震型不仅采用特殊材质制作，还具备防震功能防腐型灯具外壳加入了防腐材料在制作的时候，还具有隔绝氧气的功能，可以使用在一些特殊的场所