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民用建筑供配电设计的可靠性与经济性分析


作者：江西国际经济技术合作公司 蒋 中
　　 可靠性与经济性是民用建筑供配电设计的二大指标，实际工作中经常会遇到电气设计人员一方面对设计规范断章取义，另一方面对设计规范中的指标仍嫌不足，往往还要加几级保险系数，其结果是配电设备大量轻负荷运行，说明了一些电气设计人员追求高可靠性，而往往忽视了经济性。因此，必需合理设计建筑供配电各个系统和运用先进的电气设备，这对满足民用建筑功能要求及节约建筑建造成本是极为重要的，而经济性就是要求电气设备的初期投资与运行费用达到经济合理。下面就建筑供配电设计的可靠性与经济性之间关系进行一下讨论：
　　民用建筑供配电设计主要包括：高压供配电系统、低压配电系统、动力照明干线系统、配电箱系统、电缆导线的敷设、电气设备器材的选型和安装等，这一部分设计的基本要求是可靠性、简洁性、安全性和选择性。
　　（１）可靠性：根据用电负荷的等级，要求在各种运行方式下提高供电的连续性，保证可靠供电；
　　（２）简洁性：主结线力求简单、明显、没有多余的电气设备；投入或切除某些设备或线路的操作方便，分合闸直观。这样既可避免误操作，又能提高系统运行的可靠性，处理事故也能简单迅速。简洁性还表现在具有适应发展的可能性；
　　（３）安全性：保证在进行一切操作切换时工作人员和设备的安全，以及能在安全条件下进行维护检修工作。电气设备均在额定电压、电流情况下工作，事故时能安全切断事故部分的供电；
　　（４）选择性：从不扩大事故范围的角度考虑，电气设备的选择性也是设计应考虑的问题，选择性一般从不同整定电流的配合及断路器脱扣时间配合加以设计，但选择性提高势必使经济性降低，所以一般建议在重要回路考虑选择性。
　　通常在设计中只要满足规范的要求就基本上能满足上述要求，但经济性同样是电气各系统设计的重要原则。考虑经济问题时，必需从整个建筑的全局出发，根据民用建筑本身的性质特点，经济合理地设计电气的各系统，然而可靠性与经济性二者之间既有矛盾的一面也有统一的一面，如果过分强调可靠性，以配电系统为例，大部分设备由变配电所低压母线放射式供电，势必造成设备增多，投资增大，导致不必要的浪费，使经济性下降；如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，就必然会影响可靠性，当发生事故时会造成较大面积的停电，从而又会带来损失，可见这样的结果是不但降低了可靠性，同时经济性也降低，因此在处理这些矛盾时，应当在满足可靠性的同时再提高经济性。
　　高压配电系统是一个工程配电的源头，因此，这一部分的经济性主要体现在不出现故障，以至造成整个工程断电，应当选用合格可靠的电气产品。民用建筑高压配电系统推荐设计为环网供电方案，经过这些年我国电气设备制造业发展，采用高压负荷开关加高压熔断器供电方式已经能够完全满足民用建筑供电要求，环网供电特点是操作简便、价格低廉、安全性及可靠性能够满足民用建筑的供电要求。
　　低压配电系统这一部分是一般民用建筑电气设计的核心部分。低压配电系统一般是由树干式配电与放射式配电相结合而构成的，同样一栋建筑采用同一层次的产品，由于设计系统结构的不同，会产生很大的价格差，主要原因是系统的结构与设计时计算系数的选用不同造成的。怎样才能使系统既经济又安全可靠呢？我们试举一例，假设某一栋高层公共建筑采用二路高压进线、二台变压器，并且在本建筑内含有水泵房、空调机房。我们通常的做法是高压采用单母线分段运行手动联络（自动联络或不联络）；低压为母线分段运行，联络开关设自投自复、自投不自复、手动转换开关，自投时应自动断开三级负荷，以保证变压器正常工作，主进开关与联络开关设电气联锁，任何情况下只能合其中的两个开关。考虑季节性负荷变化，通常一台变压器的低压出线主要供给照明负荷，而另一台变压器的低压出线主要供给动力、空调负荷。怎样设计能降低电气设备的成本呢？可以从两个方面解决，第一，减少低压柜的出线回路；第二，在设计的过程中选择好需要系数、同时系数以及功率因数，下面就分别从这两个方面讨论：
　　１ 减少低压柜的出线回路的方法
　　在设计一个民用建筑工程的供配电系统时，首先要确定将负荷的种类和位置，将同一区域内相同性质的负荷，由低压母线馈出的一个回路供电，这里的同一区域可以是同一层内，也可以是不同楼层但轴线位置相同的区域，这样做可以减少低压柜的出线回路，减少低压柜的台数，降低设备成本，缺点是当出线端故障或馈电回路检修时会造成大范围的断电。然而，此种情况在现实中发生的可能性非常低。例如，在实际生活中，住宅楼一年或者更长时间内基本上不停电，而这种住宅楼的电源进线大部分都是大容量的单回路供电的，而且现在电气设备的性能越来越好，通常在不出现电气故障的情况下是免维护不检修的，因此在非重要负荷采用大容量回路出线是可行的，也是降低电气设备成本的有效方法。
　　２ 正确选择需要系数、同时系数以及功率因数的方法
　　如何正确选择需要系数、同时系数以及功率因数将直接影响到一栋建筑电气设备的投资。功率因数选用是否准确直接影响到计算电流，从而影响电缆（导线）、保护开关的大小；需要系数选用是否准确亦直接影响到计算电流，从而影响电缆（导线）、保护开关的大小；同时系数取值还直接影响变压器大小的选择，若取值偏大而选择大容量变压器时，会造成将来变压器运行时损耗的增大，因此在实际的设计中一定要调查研究同类设备在实际运行中的情况，合理选用计算系数。例如，在江西某城市有一项４万ｍ２高档公寓工程，设计人员在设计时选用了２台１２５０ｋＶＡ干式变压器，而实际建成以后，由于入住率不是很高，开发商只采用一台５００ｋＶＡ的变压器就可以带动所有的负荷，这本身就反映出设计时计算系数取得保守偏大。在我们做设计时要考虑发展前景，留有余量，这些年随着建筑智能化水平的提高，通过楼宇自控的调节、节能产品的选用、电能浪费的减少以及智能化水平的提高大部分是由计算机来实现的，对用电量的需要可以降低，因此我们在设计中可尽量取低一点的系数。
　　民用建筑供配电设计的好坏直接影响民用建筑的建造成本，上面所述只是讨论了较大的系统方面的影响，而在实际的细部设计中还有许多值得探讨的关于节约成本的问题。只有经过仔细的研究探讨，根据实际情况调查分析，因地制宜，既为将来发展留出裕量又可节省投资，这样才能设计出一个好的民用建筑供配电系统工程。