2013毕业论文-民用建筑电气的设计研究 - 图文

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民用建筑电气的设计研究

摘 要

随着社会经济的发展，现代建筑的功能越来越强，建筑电气的重要性也日益明显。本论文主要研究建筑电气的一般原理和规律，着重于建筑电气的安全可靠性分析，特别是高层建筑的供配电部分以及防雷接地保护。论文在对建筑负荷的精确计算的基础上，尽量贴近实际，合理选择导线和设备，但对短路保护涉及较少。在最后一章以实例介绍了一小区建筑电气设计的基本情况。

关键词：建筑电气，负荷计算，低压配电系统，防雷接地

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目 录

1 绪论…………………………………………………………………………..…………..1 1.1 课题的研究目的和方向……………………………………………………………..1 1.2建筑电气的组成部分……..………………………………………………………..1 1.3 高层民用建筑电气的特点…………………………………………………………..2 2 建筑电气设计的基本原理………………………………………………………………2 2.1 供电系统……………………………………………………………………………..2

2.1.1 负荷的分类和计算………………………………………………………...…2

2.1.1.1 负荷的分类…………….…………………………………………...…2 2.1.1.2 负荷的计算….……………………………………………………...…2 2.1.2 供电电源及电压的选择…………………………………………………...…6 2.1.3 高压配电…………………………………………………...……………… 6 2.2 配电系统…………………………………………………...…………...……………7

2.2.1 低压配电的设计原则………………………………………………...………7 2.2.2低压配电方式………………………………………………..……………….7 2.2.3典型的低压配电接线………………………………………………. …….…8 2.3 照明系统…………………………………………………...…………...…………...9

2.3.1设计原则……………………………………………………………...……...9 2.3.2 照明系统的构成………………………………………………...…………...10 2.3.3一般照明………………………………………………...…………………...10 2.3.4应急照明………………………………………………...…………………...10 2.4 动力系统…………………………………………………...…………...………...…11 2.4.1 电梯…………………… …………………………...………………………...11 2.4.2 电机设备……………… …………………………...……………………...…11 2.4.3 其他动力设备………… …………………………...……………………...…11 2.5 防雷接地保护………………………………………...…………...……………...…11

2.5.1 防雷保护……………………………………...…………………………...…11 2.5.2 接地接零系统………………………………..…………………………...…12

2.5.2.1接地接零系统作用与要求 .……………………………….……..…12

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2.5.2.2接地接零系统的形式 ……....…………………………………….….12 2.5.2.3等电位连接 ..…....………………………………………...……..…...13

2.6设备的选择与配置…………………………………...…………...……………...…14 2.6.1变压器的容量选择……………………………...……………………...……14 2.6.2应急电源容量选择……………………………...………………………...…15 2.6.3低压导线及其截面选择………………………...……………………...……15 2.6.4断路器的选择…………....…………………...…………………………...…17 2.6.5高、低压配电屏的选择………………………...………………………...…18 3 建筑电气实例模拟初步设计……….…...………………………………………...……18 3.1 工程概况…………………………………………………...…………...…………...18 3.2 设计依据…………………………………………………...…………...……...……18 3.3 设计范围…………………………………………………...…………...…………...19 3.4 电源………………………………………………………...…………...…………...19 3.5 负荷计算…………………………………………………...…………...………...…19 3.6 供电系统…………………………………………………...…………...…………...20 3.7 配电系统…………………………………………………...…………...…………...22 3.8 负荷计算…………………………………………………...…………...………...…22 3.9 供电系统…………………………………………………...…………...…………...23 3.10 配电系统………………………………………………...…………...…………...23 结论…………………………………………………...……………………………………24 参考文献…………………………………………………...………………………………25 附录

附录A…………………………………………...……………………………………26 附录B…………………………………………...……………………………………30

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1 绪 论

1.1 课题的研究目的和方向

高层民用建筑面积大，层数多、功能复杂，对电气的依赖性很强。电气设计成功与否，对于高层民用建筑的适用、安全、可靠及经济运行，起着十分重要的作用。

课题的目的就是学习掌握建筑电气设计的原理和基本方法，并力求在遵循民用建筑电气设计的特点和要求下，针对实例设计出一套符合设计要求的方案。

民用建筑电气的设计应该遵循以下四个基本原则：适用性、安全性、可靠性、经济性，上述原则互相关联，互相制约，很难两全，而课题的研究与设计方向就是尽量达到各个因素之间的平衡并根据实际情况综合分析和比较，通过不断完善以寻求最满意的结果。

本论文主要研究民用建筑电气的强电部分。 1.2 建筑电气的组成部分

建筑电气设计是现代住宅的重要组成部分，那建筑电气设计又包含哪些内容呢？一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。

强电部分的设计包括高压配电系统，低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。而弱电部分包括楼宇自动化控制系统BAS，有线电视及卫星电视系统，保安监视系统，门禁系统，停车场管理系统，火灾自动报警系统与综合布线系统。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的[2]。 1.3高层民用建筑电气的特点

（1）设备负荷集中、用电量大，一般采用10KV高压供电; （2）电气设备的要求较高; （3）防雷、接地等安全要求较高; （4）消防系统的安全、可靠性要求较高; （5）智能化水平较高.

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2 建筑电气设计的基本原理

2.1 供电系统

2.1.1 负荷的分类和计算

建筑电气的负荷归类与计算决定了导线与设备的选择，而且受装备水平，消费水平，使用功能，气候，社会环境及生活习惯等诸多因素的影响，不同地区的建筑及相同地区的不同建筑，用电负荷均有一定差异，应具体分析，区别对待。 2.1.1.1 负荷的分类

用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。各级负荷应符合下列规定： 1 符合下列情况之一时，应为一级负荷： 1)中断供电将造成人身伤亡；

2)中断供电将造成重大影响或重大损失；

3)中断供电将破坏有重大影响的用电单位的正常工作，或造成公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、承担重大国事活动的会堂、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的重要用电负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应为特别重要的负荷。 2 符合下列情况之一时，应为二级负荷： 1)中断供电将造成较大影响或损失；

2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序混乱。 3 不属于一级和二级的用电负荷应为三级负荷。[3] 2.1.1.2 负荷的计算

一幢建筑物或一条供电线路负荷的大小不能简单将所有用电设备的容量加起来，这是因为实际上并不是所有的用电设备都同时运行，为了比较真实地求得总负荷，通常以“计算负荷”来衡量。

由于诸多因素的影响，负荷计算很难有高的准确性，因此，必须加强调查研究，认真分析负荷特性，采取适当的负荷计算方法。民用建筑的负荷计算一般在方案设计

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阶段采用单位面积功率法、单位指标法，在施工图设计阶段一般采用需要系数法计算用电负荷[5]。 1. 需要系数法

采用需要系数法时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，用电设备铭牌上所标示的容量为额定容量。对于不同负载持续率下的额定功率应换算为统一负载持续率下的有功功率，然后确定设备总功率。

下列用电设备在进行负荷计算时，不列入设备容量之内： (1) 消防设备容量一般不计入总设备容量;

(2) 季节性用电设备（制冷设备和采暖设备）应择其最大者计入总设备容量[2]。 需要系数的计算公式如下：

PjsQSjs=Kx×Pe （2.1） =Pjs×tgφ （2.2）

22=Pjs?Qjs （2.3）

jsIjs=

Kx?Pjs?10003?Ux?cosφ （2.4）

式中： Pjs——有功负荷计算值，千瓦 Qjs——无功负荷计算值，千乏

Sjs——视在负荷计算值，千伏安 Ijs——计算电流，安

Kx——需要系数 Pe——用电设备的额定容量，千瓦 Ux——线电压，伏 tg?——功率因数角的正切值 ——功率因数

cos?用电设备组的需要系数及功率因数选取可参照表2-1[5]。住宅需要系数选取可参照表2-2[5]。

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表2-1用电设备组的需用系数及功率因数 负荷名称 规模 面积S<500m2 照明 500m15000 m 冷冻机锅炉 热力站、水泵、通风机 厨房设备 洗衣设备 1~3台 >3台 1~5台 >3台 ≤100KW >100KW 4~40台 窗式空调器 10~50台 >50台 舞台照明

表2-2多户住宅需用系数表 按单相配电计算时所连接的基本户数(户) ≤3 4 6 8 10 12 14 16 18 21

2222需用系数K 1~0.9 0.9~0.7 0.75~0.55 0.6~0.4 0.9~0.7 0.7~0.6 0.95~0.8 0.8~0.6 0.5~0.4 0.4~0.3 0.8~0.6 0.6~0.4 0.4~0.3 1~0.6 0.6~0.4 功率因数cosФ 0.9~1 备注 含插座容量荧光灯就补偿采0.9 用电子镇流器 0.8 —— 0.8 —— 0.8~0.9 —— 0.8 —— 100~200KW >200KW 1 —— 按三相配电计算时所连接的基本户数(户) ≤9 12 18 24 30 36 42 48 54 63 6

需用系数 通用值 1 0.95 0.75 0.66 0.58 0.50 0.48 0.47 0.45 0.43 可采用值 1 0.95 0.80 0.70 0.65 0.60 0.55 0.55 0.50 0.50 深圳成人高考www.szstudy.com.cn深圳自考

24 25~100 125~200 260~300 72 75~300 375~600 780~900 0.41 0.40 0.33 0.26 0.45 0.45 0.35 0.30 2. 负荷密度法

负荷密度就是每平方米的单位面积所需的供电量?VA/m2?。利用负荷密度法来估算变压器的容量为单位容量法。目前，家用电器使用种类的逐渐增多，住宅电气负荷进入迅速增长阶段，负荷密度大大增加。但是，由于经济的发展，技术的进步，各种节能产品的问世，预计在未来的几十年里，用电指标趋于平衡饱和，甚至会略呈下降趋势。因此，在对建筑用电负荷的估算上，要留有一定的发展裕量，但也要根据实际情况酌情处理，避免造成浪费。

按分类用地的单建筑面积来估算用电负荷：

Pjs=

Ks?S1000 （2.5）

式中：Ks——负荷密度，?W/m2?

S ——计算的建筑面积，?m2?

负荷密度及单位指标如表2-3[7]：

表2-3 民用建筑负荷密度指标

建筑类别 住宅建筑 基本型 提高型 先进型 公寓建筑 旅馆建筑 办公建筑 商业建筑 一般 大中型 体育建筑 负荷密度?W/m2? 50 75 100 30~50 40~70 30~70 40~80 60~120 40~70 7

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剧场建筑 医疗建筑 教学建筑 大专院校 中小学校 展览建筑 演播室 汽车库 50~80 40~70 20~40 12~20 50~80 250~500 8~15

至于不同的地区和不同类型的建筑，其单位面积用电指标都大小不一，这与当地

的经济水平和生活习惯等因素有关，具体的设计还要参考当地的相关标准和规范[5]。 2.1.2 供电电源及电压的选择

高层民用建筑对供电的可靠性要求较高。有关规程规范规定，高层民用建筑的消防用电及重要设备和部位的用电，一类高层民用建筑应按一级负荷要求供电，二类高层民用建筑应按二级负荷供电。一级负荷应该由两个独立电源供电，互为备用，自动切换，每个电源至少能提供全部一、二级负荷用电，有条件应能提供全部负荷，并留足发展裕量。但是要从电网获得两个独立电源难度大、投资高，因此，应视负荷重要性及当地电网条件而定。高层建筑若不能从电网中获得两个完全独立的电源，还需要设置应急自起动型柴油发电机组作为应急电源，保证在外部电源停电时，由柴油发电机组向一、二级负荷供电，并要求在30秒内启动，保证应急照明、电脑设备、消防设备、电梯等设备的事故用电。二级负荷应由两回路供电，同时工作，互为备用，当供电条件困难时，可由一回6KV以上专用线路供电，同时设置应急自起动型柴油发电机组作为备用电源[3]。 2.1.3 高压配电

一类建筑一般采用两回10 kV电源进线。l0 kV出线回路多时，采用单母线分段带母联开关结线，10 kV出线回路少时，为单母线不分段结线。二类建筑一般设一回10 kV电源进线，但用电量较大时设两回1 0 kV电源进线。对于规模较小的高层建筑，由于用电量不大，当地获得两个电源又很困难，附近又有400V的备用电源时，可采用一路10KV电源作为主电源，400V作为备用电源。当附近无400V的备用电源

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时，可采用一路10KV电源作为主电源，柴油发电机组作为备用电源，即高供低备方案(如图2-4)。这种接线方案适用于一般高层住宅。 2.2 配电系统

2.2.1低压配电系统的设计原则 (1)动力和照明宜分成两个配电系统。

(2)既要保证保安负荷的供电，又能根据火灾的具体情况，灵活有效的切除部分或全

部非消防负荷；

(3)保证消防用电设备的两个电源或两回路在最末一级配电箱处自动切换； (4)在工作电源中断供电时，应能立即起动柴油发电机组，向保安负荷及保证负荷供

电。当工作电源恢复供电后，延时切换至工作，柴油发电机组应立即自动车； (5)配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。系统接线不宜复杂，在操作

安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性；

(6)配电系统以三级保护为宜，配电线路或配电室及配电箱应设置在负荷中心，以最

大限度地减小导线截面，降低电能损耗；

(7)住宅室内配线应以人为本，充分考虑到住户的二次装修及使用要求，合理划分住

宅支线回路，提高经济性和安全性； 2.2.2低压配电方式

低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类。

放射式配电是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，一般用于下列场所：

（1）容量大、负荷集中或重要的用电设备； （2）需要集中连锁起动、停车的设备；

（3）有腐蚀性介质或爆炸危险等环境，不宜将用电及保护起动设备放在现场者。

例如： 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，因此应考虑以放射式专线供电。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。

树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需设备及有色金属消耗量少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，对供电可靠性无特殊要求的场所。

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图2.1和2.2分别是放射式和树干式接线图。

图2.1 放射式配电系统 图2.2树干式配电系统 图2.3 混合式配电系统

国内外高层建筑低压配电方案基本上都采用放射式，楼层配电则为混合式。混合式即放射-树干式的组合方式，如图2.3所示。有时也称混合式和分区树干式。 2.2.3典型的低压配电系统接线

低压配电系统接线方式多种多样，这里主要介绍一下柴油发电机组在低压配电中的接法。根据《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)及《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)规定，可知柴油发电机组与低压配电系统联接应符合的基本要求： （1）.与外网电源间应设联锁，不得并网运行，有些地区供电此联锁必须为机械联锁；

（2）.接线上要有一定的灵活性，以满足在非事故情况下能供给部分重要负荷的可能。备用柴油发电机组除供消防负荷外，还应考虑在市电电源停电时兼作向部分重要负荷供电，如生活泵、通讯、金融等用电负荷。同时，为了不降低消防用电的可靠性，一旦发生火灾，要求能自动切除非消防用电负荷。

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如图2.4所示低压配电主接线方案，接线简单可靠，同时满足规范对对一、

二级负荷供电要求。

图2.4 低压配电主接线方案一

（3）.系统概述：

a. 当市电正常,开关K1,K2处于合闸状态时,开关K3,K4处于分闸状态,K5处于合闸状态;

b. 当市电正常,1#变压器故障时,开关K1处于分闸状态,K2,K5处于合闸状态时,K4处于分闸状态，此时须切除部分非重要负荷再闭合开关K3以防止变压器过载。 c. 当市电正常,2#变压器故障时,开关K2处于分闸状态,K1,K5处于合闸状态时,K4处于分闸状态，此时须切除部分非重要负荷再闭合开关K3以防止变压器过载。 d. 当市电故障,2台变压器同时无电时,开关K1,K2,K3,K5自动处于分闸状态,发电机从开关K5拾取失压信号,自动闭合开关K4发电机于30s内启动。

e. 当市电恢复供电30~60s后,发电机组停止发电操作0~15分钟,作为短暂冷却时间然后关闭,开关k4自动处于分闸状态,值班人员手动闭合开关K1,K2.此时开关状态同第a条所示;

f. 开关K1,K2,K3不能同时处于合闸状态; 开关K4,K5不能同时处于合闸状态。 2.3 照明系统 2.3.1 设计原则

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照明设计，特别是现代高层建筑的电气照明设计，与装饰工程有着密切的关系，它不仅应用光学和电学方面的知识，还涉及到建筑学、生理学和美学等方面，是一门综合性的技术。

电气照明设计的基本原则归纳起来主要是安全、适用、经济、美观。环境条件对照明设施有很大的影响。要使照明设计与环境空间相协调，就要正确选择照明方式、光源种类、灯泡功率、照明器数量、型式与光色，使照明在改善空间立体感、形成环境气氛等方面发挥积极的作用。 2.3.2照明系统的构成 （一）按照明方式可分为：

1. 一般照明 2. 分区一般照明 3. 局部照明 4. 混合照明

（二）按照明种类可分为： 1. 正常照明 2. 应急照明

应急照明包含：疏散照明、安全照明、备用照明。 2.3.3 一般照明

一般照明包括室内、室外庭院和场地，建筑立体照明等。

各楼层设置若干个照明配电箱，有条件时宜集中设于电缆井中，这样美观并便于管理。室外庭院、场地及建筑立体照明由低压配电室专线供电，配电箱和控制箱设于方便操作地方，如电缆井，值班室等[8]，控制方式采用集中与分散控制相结合的方式。

2.3.4 应急照明 1.供电方式

应急照明供电采用放射式供电，由低压配电室中正常电源配电柜及应急电源配电柜分别引两路电源至应急照明配电箱，在末端切换。为保证满足《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)第13.8.5条规定（备用照明及疏散照明转换时间不应大于5秒），应急照明还需采用蓄电池组供电，蓄电池组分为自带蓄电池应急灯和集中设置

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蓄电池组两种方式,可根据工程具体情况选择何种方式。 2. 应急照明的控制

应急照明的控制一般可有两种形式:

(1)平时处于光源常闭状态,只在正常照明因故失电时,才自动点亮。

(2)作为正常照明的一部分并与此同时使用,当正常照明因故失电时,无论应急照明的

控制开关处于何种状态,都应强制自动点亮[3]。

2.4动力系统

2.4.1电梯

所有电梯均要求采用两路不同电源引出的专用电缆进线。在电梯机房的末端配电箱,设两路电源的自动切换装置,互为备用。 2.4.2电机设备

住宅楼内的动力设备除电梯外，主要是各种泵(污水,生活,消防等),系统配电采用三相配电,有控制柜对其进行控制。 2.4.3其他动力设备

对于临时,小型的动力设备可以不考虑负荷,可以直接从检修插座中接电。 2.5 防雷接地保护 2.5.1 防雷保护

雷击对建筑的危害性很大，高层民用建筑尤其需要进行防雷接地保护。设计规范中把民用建筑防雷分为三类：一类防雷建筑物、二类防雷建筑物和三类防雷建筑物。雷击对高层建筑的危害分：直击雷、雷电波入侵和侧击雷。

高层建筑物必然是钢筋混凝土结构、钢结构的建筑物，应充分使用其钢结构做防雷装置的一部分，将其金属物尽可能连成整体。钢筋混凝土构件和钢构架中的钢筋应互相连接，构件之间必须连接成电气通路，使整个建筑物处于均压中。防直击雷一般采用在楼顶设置由避雷带、避雷针或混合组成的接闪器，利用钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线，并与建筑物基础钢筋，梁柱钢筋、金属框架连接起来，形成闭合良好的法拉第笼，建筑物内竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连，均压环应与防雷装置专设引下线相连。当建筑物超过30米高时，应将30米及以上部分外墙上的栏杆，金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接，以防止侧击雷。大

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厦内各种交流、支流设备众多，线路纵横交错，应将建筑物内的交流工作地，安全保护地，直流工作地，防雷接地与建筑物法拉第笼良好连接，形成一个等电位体，避免接地线之间存在电位差，以消除感应过电压产生的原因。

当雷电击到或感应到架空线上时，其产生的高脉冲电压沿架空线进入室内，就会损坏与电源线路相连的电气设备，因此，为了避免雷电由供电电源线路入侵，可在大厦的变配电所的高压柜里的各相安装避雷器作为第一级保护，在低压柜内安装阀门式防雷装置作为第二级保护，以防止雷电侵入大厦的配电系统。在低压配电箱内安装电源保护器（SPD）作为第三级保护，并将配电箱的金属外壳与大厦的防雷接地系统可靠连接[4]。 2.5.2接地接零系统

2.5.2.1 接地接零系统作用与要求

电气设备接地或接零的目的，首先是保护人身安全，其次才是保护电气设备及建筑物等的安全。为了保证人身安全，所有的电气设备都应装设接地装置，并将电气设备外壳接地。接地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。

在中性点直接接地的1000V以下的系统中，必须采用接零保护，而对中性点不接地系统中的电气设备，绝对不允许采取保护接零。在保护接零系统中，绝对不允许一部分电气设备采用保护接零，而另一部分采用保护接地，在同一系统中，应采用同一种保护方式。在采用保护接零的系统中，除中性点实行工作接地外，还必须在零线上的一处或多处实行重复接地。重复接地的作用在于，当系统发生单相碰壳时，可以降低零线的对地电压，万一零线断路，还可以减轻故障的后果 2.5.2.2接地接零系统的形式

按国际电工委员会（IEC）的规定，低压配电接地接零系统划分为IT方式、TT方式、TN方式等三种基本形式系统，TN方式又可以分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种(如图2.5)。

TT系统就是保护接地系统,设备金属外壳用的单独的接地极接地,与电源的接地在电气上无联系。IT系统也是保护接地系统,但系统内无工作零线。TN系统为保护接零系统。

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L1 L1 L2 L2 L3 L3 N PE

TT系统 IT系统

L1 L1 L2 L2 L3 L3 PEN N PE PE PE PE

TN-C系统 TN-S系统

L1 L2 L3 PEN N PE PE PE TN-C-S系统

图2.5 接地接零系统的形式

高层民用建筑若是城市公用变压器供电，低压配电系统保护接地形式应采用TT接地系统，且设专用保护线。若是住宅小区或单位内变压器供电，低压配电系统保护接地形式应采用TN-S系统[4]。 2.5.2.3.等电位连接

等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的一种电气联结。等电位的联结，在于降低接触电压，以保障人员安全。

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在建筑电气工程中，常见的等电位联结措施有三种，即总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。这三者在原理上都是相同的，不同之处在于作用范围和工程作法。按GB50054-95《低压配电设计规范》规定，采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结。而当电气装置或某一部分的接地故障保护不能满足规定要求时，尚应在局部范围内做局部等电位联结。因此，高层建筑住宅中的浴室、卫生间、厨房等应做局部等电位联结。 2.6设备的选择与配置

设备的选择与配置是建立在负荷计算的基础之上的，包括变压器的选择、应急柴油发电机组的选择、导线的选择、保护装置的选择和配电箱的选择。 2.6.1 变压器的容量选择

变压器在城市电网和城市建筑中都是最重要的电气元件之一，变压器容量的配置和可靠运行，对用户供电的充裕度、经济性和用户供电的可靠性有着关键性的影响，而合理的进行变压器的选型，无论在技术上还是在经济上都是很重要的工作。

在现代建筑的低压配电系统中，现在普遍应用的是10KV低耗节能系列变压器。变压器容量的选择计算：

S=

Pjs?*cos? （2.6）

式中：Pjs---建筑物的计算有功负荷，KW

cos?---补偿后的平均功率因数（取决于当地供电部门对用户的要求，一般

要求用户高压侧平均功率因数不小于0.9）

?------变压器的负荷率

因为cos?一般必须不小于0.9，所以变压器容量主要决定于负荷率?。 对于一般住宅小区 ?*cos?一般可取 0.8,故

S =

Pjs0.8 （2.7）

再根据表中变压器的技术参数合理选择变压器类型。

对于集成性强，负荷很大的现代建筑群，一台变压器的容量一般不足以满足居民小区用户的需要，在变电所和变电站中，常常采用多台变压器的并联来合理地分担负

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载。变压器的并联运行可以提高供电的可靠性，减少总的备用容量，并可根据负载的大小来调整投入运行的变压器台数，以提高运行效率。

为达到理想并联运行条件，并联运行的各台变压器必须满足如下要求： （1） 各变压器的额定电压与电压比应当相等； （2） 各变压器的联结组号应相同；

（3） 各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 设所需变压器的台数为N，则

N?[S/1600]?1 （2.8） S??S/N （2.9）

式中：N----所需变压器的台数 S?---所选择的变压器容量[13] 2.6.2应急电源容量的选择

在国内外高层建筑中，作为应急电源的自备发电机组，几乎都采用柴油发电机组，自备柴油发电机组的容量选择目前尚未有一套成熟的计算公式，设计时主要凭经验数据进行估算。发电机组一般不宜超过三台。

第一种方法是自备柴油发电机组的容量按一级负荷的容量确定。对于一些重要的民用建筑，可按一级负荷和部分二级负荷来确定装机容量。柴油发电机组的容量通常按变压器容量的10~20%来考虑。

第二种方法类似。当允许发电机端电压瞬时压降为20%时，发电机组直接起动异步电动机的能力是：每1KW电动机功率，需要5KW柴油发电机组的功率。如果电动机采用降压起动方式，机组容量可按起动电流降低的比例相应减少。 2.6.3低压线路导线及其截面的选择

正确选用配电线路导线及其截面, 对降低有色金属用量, 减少线路能量损耗,提高用电安全性，保证供电电压质量均有重要意义。

1．选择电线：可按绝缘材料不同，分为橡皮绝缘线和塑料绝缘线；按芯线材料不

同，可分为铜芯线和铝芯线；按芯线构造不同，可分为单芯,多芯线和软线。 2．选择导线截面：

导线的截面要保证供电的安全可靠，要充分利用导线的负载能力。在进行导线截面的选择时，应从下列4方面来考虑：

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（1） 发热因素；当导线流过的电流超过其允许电流时，就会破坏导线的绝缘性能。

所以应当按导线的允许载流量来选择截面，保证导线在通过负荷电流时，最高温度不超过所规定的允许温度。

（2） 电压损失因素；线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要

求；必须根据线路的允许电压损失来选择导线的截面，或者根据已知的截面校验线路的电压损失是否超过允许范围。对于一般的照明、电热等以及正常工作时的动力照明，电压损失的允许值为5%，事故照明则为6%。

（3）导线允许温升因素；导线截面允许通过的电流大于该线路导线的长期工作电流

时，就可以保证他的实际温升不超过允许温升。按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；导体应满足动稳定与热稳定的要求。 （4）机械强度因素；导体截面选择应满足机械强度的要求。固定敷设的导线最小芯

线截面应符合下表2.4规定。

表2.4 绝缘导线最小允许截面表 最小芯线截面（平方毫米） 敷设方式 铜芯 裸导线敷设于绝缘子上 室内 L≤2m 绝缘导线敷设于绝缘子上 室外 L≤2m 2≤L≤6m 6≤L≤16m 16≤L≤25m 绝缘导线穿管敷设 绝缘导线槽板敷设 绝缘导线线槽敷设 塑料绝缘护套导线扎头直敷 10 1.0 1.5 2.5 4 6 1.0 1.0 0.75 1.0 铝芯 10 2.5 2.5 4 6 10 2.5 2.5 2.5 2.5

在低压电网计算中通常需要按允许电压损耗和发热条件（允许持续工作电流）选择导线截面。对于建筑电气中1kV 以下的动力和照明线路, 虽然输送距离不太远, 但因负荷电流较大, 必须按允许电压损失来选择导线截面, 电缆线路还应按短路时的热稳定来校验。在按发热因素选择导线的截面时，应注意手册中标示的标准环境温度，当敷设场所的环境温度不是标准温度时，应乘以温度修正系数K。

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由上述可见，导线截面的选择有两种方法：

第一种：先按发热条件的计算来选择截面，然后用电压损失条件和机械强度条件来进行校验。

第二种：先按允许电压损失条件的计算来选择截面，然后用发热条件和机械强度条件来进行校验。 2.6.4断路器的选择 1、 一般选用原则

(1)根据用途选择断路器的型式及极数；

根据最大工作电流选择断路器的额定电流；根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。具体要求是：

①断路器的额定工作电压≥线路额定电压；

②断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流；

③断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）；

④线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流； ⑤断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压； ⑥断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压； ⑦电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压；

⑧断路器用于照明电路时，电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。 (2)采取断路器作为单台电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍（DW系列断路器）或1.7倍（DZ系列断路器）。

(3)采用断路器作为多台电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为1.3倍最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。

(4)采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时，其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值，脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流，短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍；过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。 (5)初步选定断路器的类型和等级后，还要与上、下级开关的保护特性进行配合，以免越级跳闸，扩大事故范围。 2、电动机保护用断路器的选用 电动机保护用断路器可分为两类：

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一类是指断路器只作保护而不负担正常操作；另一类是指断路器需兼作保护和不频繁操作之用。后一类情况需考虑操作条件和电寿命。电动机保护用断路器的选用原则为：

(1) 长延时电流整定值等于电动机额定电流。

(2) 瞬时整定电流：对保护笼型电动机的断路器，瞬时整定电流等于（8-15）倍电动机额定电流，取决于被保护电动机的型号、容量和启动条件；对于保护绕线转子 电动机的断路器，瞬时整定电流等于（3-6）倍电动机额定电流，取决于被保护绕线转子电动机的型号、容量和启动条件。

(3) 6倍长延时电流整定值的可返回时间大于等于电动机实际启动时间。按启动时负载的轻重，可选用可返回时间为1、3、5、8、15S中的某一档。 3、导线保护断路器的选用

照明、生活用导线保护断路器，是指在生活建筑中用来保护配电系统的断路器，选用时应考虑：

(1) 长延时整定值小于等于线路计算负载电流。

(2) 瞬时动作整定值等于（6-20）倍线路计算负载电流。 2.6.5高、低压配电屏的选择

高、低压配电屏的选型，应联系具体的建筑物类别、用电负荷等级、性质（容、阻、抗）、设备安装容量、近期需要系数KX、增容的可能性、电源情况、进线方式、馈线情况、短路电流、保护接地形式（TT、TN）、资金情况、期待效益比等多种情况，进行综合比较确定。近几年来，环网柜因其结线简单，可靠性较高，投资少、操作维修简单方便在高层民用建筑10kV变配电所中正逐步得到推广应用[76]。

3 建筑电气实例初步设计

3.1 工程概况

本工程地处成都南部开发区，地上部分由17栋33层住宅楼组成，地下2层，最高建筑高度99.9m。本工程总用地50,448m，总建筑面积229,375m。 3.2 设计依据

(1)各市政主管部门对初步设计的审批意见。 (2)甲方设计任务书及设计要求。

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(3)各专业提供的设计资料。

(4)其他有关的国家及地方现行规程、规范。 (5) 本工程采用的主要标准及法规

1）《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版） 2）《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-97 3）《10KV及以下变电所设计规范》GB50053-94 4）《低压配电设计规范》GB50054-95

5）《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版） 6）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004 7）《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008 8）《建筑照明设计标准》GB50034-2004 9）《智能建筑设计标准》；GB/T50314-2006； 10）《住宅设计规范》GB50096-1999（2003年版） 11）《住宅建筑规范》GB50368-2005 12）《建筑工程设计文件编制深度规定》2008 13）《全国民用建筑工程设计技术措施-电气》2009 3.3 设计范围

本次初步设计包括10/0.4KV配变电系统、低压供配电、电力、照明、电气控制、防雷、接地及总平面电气管路等内容。弱电系统由业主委托专业公司设计。 3.4 电源

本建筑为一类建筑，设有一路10KV高压独立电源进线同时装设快速自启动柴油发电机作为本项目的一、二级负荷的应急电源。 3.5 负荷计算

负荷计算按需用系数法进行计算，消防时使用的设备未列入负荷计算（具体计算方法见上章公式）。根据当地供电局要求供住户用电变压器（即公变）与供本项目公共用电变压器（即专变）应分开设置，经计算本项目采用5台变压器供住户用电，4台变压器供公共用电，负荷计算见附录A。

应急柴油发电机的容量除了承担所有的消防应急负荷外，还应该能够承担一部分一级负荷，在停电或事故时能确保建筑的正常秩序和运行，使发电机得到充分的利

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用，而不是在平时搁置。在此，我们以第二章所述方法并结合设计实际情况，选取1x1000KW,G2级快速自启动柴油发电机作为本项目的一、二级负荷的应急电源。 3.6 供电系统

3.6.1负荷等级和各类负荷容量 3.6.1.1.负荷等级

本工程地下停车库（I类地下车库>300辆）的应急照明、疏散指示标志、喷淋泵、消火栓泵、排烟风机、安防系统、火灾自动报警及联动设备等消防用电设备按一级负荷供电;塔楼(一类高层)的应急照明、疏散指示标志、排烟风机、消防电梯、火灾自动报警及联动设备等消防用电设备按一级负荷供电;生活水泵、普通客梯用电按一级负荷供电;其余负荷(住宅户内用电、地下停车库的普通照明、动力用电等)均按三级负荷供电

3.6.1.2.负荷分配情况 序号 变压器名称 Pe(KW) Pjs(KW) Qjs(kQar) Sjs(KVA) 变压器规格 负载率(%) 758 746 713 836 844 480 488 489 501 269 260 235 327 333 214 146 196 170 805 790 750 898 908 525 510 527 529 1000 1000 1000 1250 1250 630 630 630 630 80 79 75 72 73 83 81 84 84 1 T1-1变压器 1896 2 T1-2变压器 1866 3 T1-3变压器 1782 4 T2-1变压器 2388 5 T2-2变压器 2412 6 T3-1变压器 719 7 T3-2变压器 790 8 T4-1变压器 739 9 T4-2变压器 935

3.6.1.3供电电源及电压等级

由供电部门110KV变配电站提供10kV高压电源1路，作为本工程住户用电电源及一、二级负荷的正常工作电源及三级负荷工作电源。 3.6.1.4应急电源及电压等级

在地块地下室柴油发电机房内设1x1000KW,G2级快速自启动柴油发电机作为本项目内的一、二级负荷的应急电源；当10KV电源中断时自动投入(30S内)，严

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禁与市网并列运行。火灾时由消防控制室切断低压母线段上的非消防负荷，优先保证消防用电。

3.6.1.5高、低压供电系统接线及运行方式

1 高压供电系统 1) 主接线

10KV配电系统采用单母线不分段的主结线方式。放射式供电。 2) 继电保护

10KV配电系统采用直流48V操作电源，进线柜采用定时限延时电流速断保护，变压器柜采用反时限过电流及电流速断保护,干式变压器均装设温度保护。环网柜10kV采用负荷开关加熔断器，短路分断能力为25kA。 2 低压配电系统

变压器低压母线采用单母线分段的主结线方式, 变压器低压母线间设手动转换联络开关, 各台变压器分列运行，主进开关与变压器低压母线手动联络开关之间设电气连锁，任何情况下不允许2台变压器并列运行。应急母线通过自投自复联络开关与主母线联络，当主母线失电后，利用应急联络开关启动柴油发电机，保证一、二级负荷用电。

3.6.1.6变、配电所

1 本工程设10/0.4KV高/低压配电房4座。

2配变电所内设高压开关柜13台，干式变压器9台, 具体详负荷分配情况。高压进线容量为6520KVA，系统图见附录B。 3 设备选型

1) 户内式变压器按SC11系列环氧树脂真空浇注节能型干式变压器设计，设强制风冷系统；接线为D,Yn11，保护罩由厂家配套供货，防护等级不低于IP20。 2) 高压配电柜依据SF系列环网高压开关柜进行设计，开断电流25KA、交流操作；电缆下进上出。

3) 低压配电柜依据GCK系列组合固定分隔式开关柜进行设计，落地式安装；电缆下进下出。

3.6.1.7电能计量：

本工程设高压电源进线总计量，住宅(居民照明)用电按户表计量，动力用电、非居民用电在配电房低压侧母线分段处集中计量,亦可由高压侧进线总计量。 3.6.1.8功率因数补偿

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采用低压集中自动补偿方式，变配电所低压侧设功率因数自动补偿装置。要求补偿后的功率因数cosΦ不低于0.9，并要求荧光灯、气体放电灯就地补偿，补偿后的功率因数cosΦ不低于0.9。 3.7配电系统

3.7.1低压配电采用380/220V电源，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式

配电；对一般设备采用放射式与树干式相结合的混合方式配电。

3.7.2本工程高压线路采用YJV-8.7/15KV电缆，低压线路均采用YJV-0.6/1KV全塑交

联铜芯电力电缆或BV-450/750V铜芯塑料绝缘线，其中消防线路均采用NH-耐火型电缆或导线。

3.7.3开关插座选用新型产品，水泵、风机设备均按相关要求设手动或自动控制，消防

设备控制箱满足消防规范要求。

3.7.4凡不大于11KW的电动机均采用直接起动方式，其余采用降压起动方式。 3.7.5消防设备的配电系统说明参见本说明中的“消防篇”。 3.8 照明系统

3.8.1照度标准:按现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004执行。 主要场所照度标准： 场 所 起居室 卧 室 配电房 泵 房 公共走廊

住宅用电量标准：

本工程90m以下按5KW/户供电；90~130m按6KW/户供电；131~144m按8KW/户供电；145~215m2按10KW/户供电；216m2以上按15KW/户供电；

3.8.2光源：一般场所为节能型荧光灯或节能型光源，有装修要求的场所视装修要求而

定，但其照度应符合相关要求。

3.8.3照明配电干线和分支线采用铜芯绝缘线或电缆，分支线截面不小于2.5mm,灯具

安装方式以管吊式和吸顶安装为主。控制方式采用集中与分散控制相结合的方式。车库、路灯照明控制采用i-bus智能照明控制系统或就地手动控制。

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参考平面及高度 照度标准(lx) 场 所 参考平面及高度 照度标准(lx) 0.75m水平面 0.75m水平面 地面 地面 地面 100 75 200 100 100 厨 房 0.75m水平面 餐 厅 0.75m水平面 地下停 车 场 车道 车位 100 150 75 30

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T3-1 变压器 用电设备组 名称 1＃～5＃,12#～14#, 塔楼消防梯 B1防火分区1用电 B1防火分区2用电 B1防火分区3用电 B1防火分区4用电 B2防火分区1用电 B2防火分区2用电 B2防火分区3用电 B2防火分区4用电 合计 同期系数K p= 0.90 同期系数K q= 0.95 补偿电容 补偿后合计 变压器损耗 高压侧合计 变压器 成都项目3#变配电房计算书 有功功率 Pj(KW) 80.00 3#变配电房 计算电流 (A) 202.58 设备 需要 功率因数 容量 系数 Pe(KW) Kx cosφ tgφ 160 0.50 56 0.90 56 0.90 56 0.90 56 0.90 82 0.75 82 0.75 89 0.75 82 0.75 719 0.60 1.33 计算功率 无功功率 视在功率 Qj(KVar) Sj(KVA) 106.67 133.33 选变压器SC11- 0.80 0.75 50.40 37.80 0.80 0.75 50.40 37.80 0.80 0.75 50.40 37.80 0.80 0.75 50.40 37.80 0.80 0.75 61.50 46.13 0.80 0.75 61.50 46.13 0.80 0.75 66.75 50.06 0.80 0.75 61.50 46.13 0.77 532.85 446.30 479.57 423.99 210.00 0.91 479.57 213.99 5.25 26.26 0.90 484.82 240.25 KVA-1X630 10/0.4/0.23KV 63.00 95.72 63.00 95.72 63.00 95.72 63.00 95.72 76.88 116.80 76.88 116.80 83.44 126.77 76.88 116.80 695.07 1056.07 525.14 541.08 负荷率 0.83 T3-2变压器 用电设备组 名称 1＃～5＃,12#～14#, 塔楼客梯 1＃～5＃,12#～14#, 塔楼正常照明 1＃～5＃,12#～14#, 塔楼应急照明 地下室应急照明(1~4) 地下室正常照明(1~4) 1#变配电房 3#变配电房 非消防动力 消防及保安中心 弱电机房 室外路灯照明 生活泵房(高区) 室外园林用电 合计 同期系数K p= 0.90 同期系数K q= 0.95 补偿电容 补偿后合计 变压器损耗 高压侧合计 变压器 有功功率 Pj(KW) 80.00 96.00 128.00

计算电流 (A) 202.58 162.07 216.09 设备 需要 功率因数 容量 系数 Pe(KW) Kx cosφ tgφ 160 0.50 160 0.60 160 0.80 15 0.90 45 0.80 15 0.50 15 0.50 15 0.80 15 0.85 40 0.85 20 0.60 110 0.85 20 0.50 790 0.60 1.33 0.90 0.48 0.90 0.48 计算功率 无功功率 视在功率 Qj(KVar) Sj(KVA) 106.67 46.49 61.99 133.33 106.67 142.22 选变压器SC11- 0.90 0.48 13.50 6.54 0.90 0.48 36.00 17.44 0.80 0.75 7.50 5.63 0.80 0.75 7.50 5.63 0.80 0.75 12.00 9.00 0.80 0.75 12.75 9.56 0.80 0.75 34.00 25.50 0.90 0.48 12.00 5.81 0.80 0.75 93.50 70.13 0.90 0.48 10.00 4.84 0.82 542.75 375.22 488.48 356.46 210.00 0.96 488.48 146.46 5.10 25.50 0.94 493.57 171.96 KVA-1X630 10/0.4/0.23KV 15.00 22.79 40.00 60.78 9.38 14.24 9.38 14.24 15.00 22.79 15.94 24.22 42.50 64.57 13.33 20.26 116.88 177.58 11.11 16.88 659.82 1002.53 509.96 522.67 负荷率 0.81 30

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T4-1 变压器 成都项目4#变配电房计算书

4#变配电房 设备 需要 计算功率 计算电流 功率因数 用电设备组 容量 系数 有功功率 无功功率 视在功率 名称 Pe(KW) Kx cosφ tgφ Pj(KW) Qj(KVar) Sj(KVA) (A) 6＃～11＃,15#～17#, 180 0.50 0.60 1.33 90.00 120.00 150.00 227.91 塔楼消防梯 B1防火分区5用电 56 0.90 0.80 0.75 50.40 37.80 63.00 95.72 B1防火分区6用电 56 0.90 0.80 0.75 50.40 37.80 63.00 95.72 B1防火分区7用电 56 0.90 0.80 0.75 50.40 37.80 63.00 95.72 B1防火分区8用电 56 0.90 0.80 0.75 50.40 37.80 63.00 95.72 B2防火分区5用电 82 0.75 0.80 0.75 61.50 46.13 76.88 116.80 B2防火分区6用电 82 0.75 0.80 0.75 61.50 46.13 76.88 116.80 B2防火分区7用电 89 0.75 0.80 0.75 66.75 50.06 83.44 126.77 B2防火分区8用电 82 0.75 0.80 0.75 61.50 46.13 76.88 116.80 合计 739 0.76 542.85 459.64 711.30 1080.75 同期系数K p= 0.90 488.57 同期系数K q= 0.95 436.66 补偿电容 240.00 补偿后合计 0.93 488.57 196.66 526.66 变压器损耗 5.27 26.33 高压侧合计 0.91 493.83 222.99 541.84 选变压器KVA-变压器 1X630 负荷率 0.84 10/0.4/0.23KV SC11- T4-2变压器 用电设备组 名称 6＃～11＃,15#～17#, 塔楼消防梯 有功功率 Pj(KW) 81.00 108.00 144.00 24.00 27.00

计算电流 (A) 205.12 182.33 243.10 40.52 45.58 设备 需要 功率因数 容量 系数 Pe(KW) Kx cosφ tgφ 180 0.45 180 0.60 180 0.80 80 0.30 90 0.30 15 0.90 45 0.80 15 0.60 15 0.60 70 0.85 30 0.80 15 0.80 20 0.50 935 0.60 1.33 0.90 0.48 0.90 0.48 0.90 0.48 0.90 0.48 计算功率 无功功率 视在功率 Qj(KVar) Sj(KVA) 108.00 52.31 69.74 11.62 13.08 135.00 120.00 160.00 26.67 30.00 6＃～11＃,15#～17#, 塔楼正常照明 6＃～11＃,15#～17#, 塔楼应急照明 1＃～5＃,12#～14#, 塔楼特色照明 6＃～11＃,15#～17#, 塔楼特色照明 地下室应急照明(5~8) 地下室正常照明(5~8) 2#变配电房 4#变配电房 生活泵房(低区) 管理用房120+160 非消防动力 室外园林用电 合计 同期系数K p= 0.90 同期系数K q= 0.95 补偿电容 补偿后合计 变压器损耗 高压侧合计 变压器 选变压器SC11- 0.90 0.48 13.50 6.54 0.90 0.48 36.00 17.44 0.80 0.75 9.00 6.75 0.80 0.75 9.00 6.75 0.80 0.75 59.50 44.63 0.80 0.75 24.00 18.00 0.80 0.75 12.00 9.00 0.90 0.48 10.00 4.84 0.83 557.00 368.69 501.30 350.26 180.00 0.95 501.30 170.26 5.29 26.47 0.93 506.59 196.73 KVA-1X630 10/0.4/0.23KV 15.00 22.79 40.00 60.78 11.25 17.09 11.25 17.09 74.38 113.00 30.00 45.58 15.00 22.79 11.11 16.88 667.97 1014.90 529.42 543.45 负荷率 0.84 31

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附录B

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