建筑设备施工工艺及配电系统概述

（一）供配电系统概述

众所周知，电能是世界上最环保的能源之一，是现代工农业生产、国防建设、建筑中的主要能源和动力。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用基础之上的。由电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。

1.发电厂

发电厂是将其他形式的能量转换成电能的场所，按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和太阳能发电厂等类型。我国主要以火力和水力发电为主。目前我国最著名的水电站是三峡水电站，它安装了32 台单机容量为70 万千瓦的水电机组，它也是目前世界上规模最大的水电站。

2.电力网

电力网简称电网，是电力系统中发电厂和用户之间的中间环节，由各种电压等级的输配电线路和变配电所构成，用以变换电压、输送和分配电能。

配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压；而变电所的任务是接受电能、改变电压和分配电能。

3.电力用户

电力用户简称用户，是电力系统中应用电能的最终环节。一幢建筑或建筑群即是一个电力系统的用户。从供电的角度讲，总供电容量不超过1000kV·A 的为小型用户；超过1000kV·A 而低于10000kV·A 的为中型用户；超过10000kV·A 的为大型用户。

建筑供配电系统是指从电力电源进入建筑物变配电起，到所有用电设备接入端为止的整个电路。

（二）我国电网电压等级及低压线路的接线方式

1.我国电网（电力线路）的额定电压

电网（电力线路）的额定电压（标准电压）等级，是国家根据国民经济发展的需要和电力工业发展的水平，经全面的技术经济分析后确定的，它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。《标准电压》（GB/T156-2007）规定了我国电力系统的额定电压等级，有0.38kV、0.66kV、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。高压远距离输电可以减少线路上电能损失和电压损失，减小导线的截面，从而节约有色金属，节约投资。

2.低压线路的接线方式

供配电系统中，高低压线路的接线方式均有放射式、树干式和环形接线三种方式。与建筑供配电系统相关的是低压线路的接线方式。

（1）低压放射式接线。低压放射式接线的特点是其引出线发生故障时互不影响，供电可靠性较高，但其有色金属消耗较多，采用的开关设备较多。当用电设备为大容量或负荷性质重要或在有特殊要求的车间、建筑物内，宜采用放射式接线。

（2）低压树干式接线。低压树干式接线有三种形式，即低压母线放射式配电的树干式接线、低压“变压器-干线组”的树干式接线、链式接线。

①低压母线放射式配电的树干式接线方式引出配电干线较少，采用的开关设备较少，有色金属消耗也较少，但当干线发生故障时，影响范围大，供电可靠性较低。其适用于用电容量较小而分布均匀的场所，如照明配电线路。

②“变压器-干线组”的树干式接线方式省去了变电所低压侧整套低压配电装置，从而使变电所结构大为简化，大大减少了投资。为提高供电干线可靠性，此方式一般接出的分支回路数不超过10 条，且不适于频繁启动、容量较大的冲击性负荷和对电压质量要求较高的设备。

③链式接线是一种变形的树干式接线。链式接线的特点与树干式基本相同，适于用电设备彼此相距很近而容量均较小的次要用电设备。链式相连的用电设备一般不宜超过5 台，链式相连的配电箱不宜超过3 台，且总容量不宜超过10kW。此方式的缺点是供电的可靠性差。

（3）低压环形接线。工厂内的一些车间变电所的低压侧，可通过低压联络线相互连接成为环形。环形接线的任一段线路发生故障或检修时，都不会造成供电中断，经切换操作后即可恢复供电，供电可靠性较高。

实际工程中的配电形式多为以上形式的混合，依具体情况而定。一般在正常环境的车间或建筑内，当大部分用电设备容量不大且无特殊要求时，宜采用树干式配电。一方面是树干式配电比放射式经济，另一方面是我国供电人员对树干式配电积累了较多的运行和管理经验。

（三）电力负荷的分级及负荷计算

1.电力负荷的分级

电力负荷简称负荷，可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。负荷按其用途可分为动力用电设备（如电动机）、工艺用电设备（如电解、电焊设备）、电热用电设备（如电炉）和照明用电设备（如灯具）等。电力负荷按《供配电系统设计规范》（GB50052—2009）规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度进行分级。

（1）符合下列情况之一的应为一级负荷

①中断供电将造成人身伤亡。

②中断供电将在政治、经济上造成重大损失。如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

③中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。如保证安全生产的应急照明，通信系统等。

一级负荷要求有两个独立电源供电，对于特别重要的负荷还应增设应急电源如柴油发电机组、蓄电池等。(www.xing528.com)

（2）符合下列情况之一的应为二级负荷

①中断供电将在政治、经济上造成较大损失，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

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。例如，交通枢纽、通信枢纽等用电单位的重要电力负荷，大型影剧院、大型商场等较多人员集中的公共场所的电力负荷。

二级负荷宜由两回路供电，供电变压器一般也有两台。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一条6kV 及以上专用线路供电。

（3）所有不属于上述一、二级负荷者均属三级负荷

各类建筑物主要用电负荷的分级可查阅《民用建筑电气设计规范》（JGJ16—2008）。由于三级负荷短时中断供电造成的损失不大，用一般单路电源供电即可。

2.负荷计算

负荷计算是确定供配电线路导线截面、变压器容量、电气设备额定参数的依据。供配电系统要安全可靠地运行，各电气元件必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供配电系统中各个环节的电力负荷进行计算，计算结果是否准确，对经济合理选择设备、配电线路安全运行起着决定性作用。为此，引入计算负荷P30的概念。大多数供电方面的书籍都借用半小时最大负荷P30来表示有功计算负荷，无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q30、S30和I30。

负荷计算方法很多，如需要系数法、二项式法、单位指标法等。

（1）需要系数法。用电设备组的有功计算负荷为：

式中，K∑为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；KL为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比；eη 为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比；WLη 为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组取用功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比。Pe为用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不含备用的设备）的额定容量PN之和，即Pe=∑PN ；式中的，这里的Kd称为需要系数。由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为：P30=KdPe

实际上，需要系数Kd不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。Kd可通过查表得到。在求出有功计算负荷P30后，可根据功率三角形分别求出其余的计算负荷和计算电流。

无功计算负荷为：

视在计算负荷为：

计算电流为：

如果为一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即：

设备的容量Pe不含备用设备的容量，而且要注意，此容量的计算与用电设备组的工作制有关。一般连续工作制和短时工作制设备组的容量是所有设备的铭牌额定容量之和；断续周期工作制的设备组容量是将所有设备在不同负荷持续率（又称暂载率，指一个工作周期内工作时间与工作周期的比值，用∈表示）下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持续率下的容量之和。断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机组和吊车电动机组，电焊机组要求容量统一换算到∈=100%，具体公式为：

式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为视在功率）；εN为与铭牌容量相对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε100为其值等于100%的负荷持续率（计算中用1）；cosφ 为铭牌规定的功率因数。

吊车电动机组要求容量统一换算到ε =25%，具体公式为：

式中，PN为吊车电动机的铭牌容量；εN为与PN对应的负荷持续率（计算中用小数）；ε25为其值等于25%负荷持续率（计算中用0.25）。

整流变压器的设备功率是指额定直流功率。

白炽灯和卤钨灯的设备功率为灯泡额定功率。气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加镇流器的功率损耗（荧光灯采用普通型电感镇流器加25%，采用节能型电感镇流器加15%～18%，采用电子镇流器加10%；金属卤化物灯、高压钠灯、荧光高压汞灯用普通电感镇流器时加14%～16%，用节能型电感镇流器时加9%～10%）。

若是多组用电设备，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）Kρ∑和qK∑ ，具体数据请查阅相关手册。

（2）二项式法。二项式法的基本公式是：P30=bPe+cPx

式中，ebP（二项式第一项）表示设备组的平均功率，其中eP是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法所述；xcP（二项式第二项）表示设备组中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中xP是x 台最大容量的设备总容量；b、c 是二项式系数，通过查表得到。解功率三角形，分别求出其余的计算负荷。

干线、变配电所的负荷计算，当用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法；用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法，一般用于支干线和配电屏（箱）的负荷计算。

（3）单位指标法。民用建筑在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法进行计算。

单位指标法将已知的不同类型负荷在单位核算单位上的需求量乘以单位核算单位得到负荷量。例如，某住宅楼某层有6 个住户，每户用电设计容量为6kW，则该层的负荷量在不考虑同时系数时为36kW。

单位指标法中的单位面积估算法，也称负荷密度法，是将已知的不同类型负荷在单位面积上的需求量乘以建筑面积或使用面积得到的负荷量。