智能楼宇供配电系统毕业设计

'摘要随着人们生活水平的不断提高，通讯与信息技术的发展，人们对楼宇设计的要求标准也不断向智能化过渡。出现了住宅中各种通信、家电、安保设备等通过总线技术进行监视、控制与管理的智能楼宇建筑系统，这一趋势势必给现代楼宇设计带来一系列新的问题。正确设计智能楼宇的配电系统，是确保智能楼宇安全、可靠、舒适和有利于发展的前提。科学合理的进行负荷计算是提高楼宇配电系统的可靠性、正确选择各类配电设备容量的前提。本文对负荷计算中相关问题进行了分析和探讨，就重要设备的容量选择作了详细的论述，并提出了进一步提高配电系统可靠性的措施。安全第一，当今电气设计中，人身安全及消防安全已提高到了首位，为摆脱传统低电压供电系统中主要强调过载、短路保护以保护用电设备和供电线路不受损坏的缺点。本文对低压供电系统中出现漏电时的人身触电危险性及漏电引起的火灾危险性原因进行了讨论并给出了相应的防范措施。普通楼宇防雷系统不但不能保护高层楼宇的电子设备和智能系统，反而可能引入雷电，加倍雷击损失。因此智能楼宇对防雷系统要求越来越高，本文对智能楼宇中雷电的电磁兼容性问题进行了讨论分析，提出了楼宇内可靠的电子设备的综合防雷保护措施。同时，为了达到智能控制，提高管理质量、减少管理人员，因此对智能大楼的电力设备的监控和管理是至关重要的。本文对供配电监控系统的组成及监控功能也做了相应分析。关键词：智能楼宇；负荷计算；设备选择；电气保护；监控。45 AbstractWiththeconstantimprovementofpeople"slivingstandard,thedevelopmentofcommunicationandinformationtechnology,betweenpeopleanddemandstandardthatbuildingdesigntointelligenttocarryoutthetransitionconstantlytoo.Appearhousevariouskindsofcommunication,electricalhomeappliances,securityprotectionequipment,etc.isitmonitor,controlintellectualbuildingsysteminmanagementtogoonthroughbustechnology,thistrendcertainlywilldesignandbringaseriesofnewproblemstothemodernbuilding.Designthedistributionsystemsoftheintellectualbuildingcorrectlyanddefendthethunder,guaranteeingintellectualbuilding"ssecurity,reliable,comfortableandprerequisitefavorabletodevelopment.Thesciencereasonablecarriesontheloadcomputationisenhancesthebuildingelectricalpowerdistributionsystemthereliability,correctlychooseseachkindofswitchingequipmentcapacitythepremise.Thisarticletoshoulderedinthecomputationtobeconnectedthequestiontocarryontheanalysisandthediscussion,theimportantequipmentcapacitychoicehasmadethedetailedelaboration,andproposedfurtherenhancedtheelectricalpowerdistributionsystemreliablemeasure.Thesafetyfirst,nowintheelectricaldesign,thepersonalsafetyandthefirepreventionweresafeenhancedtothefirstplace,forgotridofinthetraditionallowvoltagepowersupplysystemthemainemphasistooverload,short-circuitstheprotectionbytoprotectthecurrentcollectorandthesupplylinenottheshortcomingwhichdamaged.Thisarticleappearswhentheleakagetothelowpressurepowersupplysysteminthepersonreceivesanelectricshockthefirehazardousreasonwhichtheriskandtheleakagecausestocarryondiscussedandhasproducedthecorrespondingguardmeasure.Theordinarybuildinganti-radarsystemnotonlycannotprotectthehighlevelbuildingtheelectronicinstallationandtheintelligentsystem,insteadpossiblyintroducesthethunderandlightning,doublesisstruckbylightningtheloss.Thereforetheintelligentbuildingismoreandmorehightotheanti-radarsystemrequest,thisarticlestraightstruckthethunderandtheinductionthundertotheintelligentbuildinginhascarriedontheexplorationandthethunderandlightningelectromagneticcompatibilityquestionhascarriedonthediscussionanalysis,proposedinthebuildingthereliableelectronicinstallationsynthesisanti-radarprotectivemeasures.Atthesametime,inordertoachievetheintelligentcontrol,improvesthemanagementquality,thereductionadministrativepersonnel,thus,themonitorandmanagementforelectricalequipmentofintelligentbuildingareessential.Thispaperalsomakesthecorrespondinganalysisforthecompositionandfuctionofmonitoringsystem.Keyword:theintelligentbuilding;loadcalculation;equipmentselection;electricalprotection;monitor目录45 第一章绪论1.1智能楼宇的特点与组成1.1.1智能楼宇的特点近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生"楼宇智能化"。楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。智能楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。智能化楼宇的功能从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：1.具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。2.能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。3.能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面：具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率;提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性;具有良好的节能效果,对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）;节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底；满足用户对不同环境功能的需求。45 1.1.2楼宇智能化系统(BAS)的主要组成楼宇自动化系统负责完成大厦中的空调制冷系统、变配电系统、照明系统、供热系统及电梯等的计算机监控管理。楼宇自动化系统由计算机对各子系统进行监测、控制、记录,实现分散节能控制和集中科学管理,为大厦中的用户提供良好的工作环境,为大厦的管理者提供方便的管理手段,为大厦的经营者减少能耗并降低管理成本,为物业管理现代化提供物质基础。它的主要控制部件如下:空调监控系统：包括冷冻站监控系统和给排水监控系统，其监控要求为:温度控制、湿度控制、新风、回风、排风的控制、制冷器的防冻监、风机的状态及故障报警。冷冻站监控系统：包括对冷却水泵、冷却塔、风机的自动控制,以及冷水机组台数的节能控制和冷却水系统的压差控制。给排水监控系统：对大厦生活用水、消防用水、污水、冷冻水箱等给排水装置进行监测和启停控制。其中包括压力测量点、液位测量点以及开关量控制点,并要求显示各监测点的参数、设备运行状态和非正常状态的故障报警,并控制相关设备的启与停。变配电监控系统：包括低压配电系统、变压器、高压系统和高压二次线中的各个点进行监测控制。它主要包括电流量、电压量、有功电度、无功电度、功率因数、温度等的测量和开关量的控制,并要求实时监测和计量供电系统的运行参数,对系统各开关变位和故障变位进行正确区分,对参数超限报警,并对事故、故障进行顺序记录,可查询事故原因,并显示、制表和打印,可绘制负荷曲线,并显示、打印运行报表。安全防范监控系统：安全防范系统是智能大厦必不可少的部分,它为大厦提供了安全监视、侵入报警、出入门控制管理。安全监视系统采用微机控制矩阵系统,集中完成视频切换控制、水平/俯仰/变焦控制及自备检测功能。系统可设分控键盘便于管理。出入门控制系统是对出进门的人员进行识别和选择,即所有人员的出入都得到监控。系统识别人员的身份后,根据所储存的数据决定是否允许其出入。每一项出入都作为一个事件记录存储,根据需,这些数据可以有选择的输出。整个防范系统组成一个有机的整体,当侵入报警或出入门非授权侵入时,在中央控制室接到有关报警信息,通过信息交换,安全监视系统打开报警地点附近的摄像机,并切换到指定监视器上监视,同时打开视频录像机自动记录现场情况,以便查询使用。背景音乐、消防广播系统：消防系统的设计必须征询公安、消防部门并得到认可,切不可自作主张,自行其事。设计的要点：背景音乐系统主要为大厦工作区及公共场所提供平时播放背景音乐、语音广播等功能。当发生火灾或紧急事故时,则可作为事故报警广播,引导疏散,指挥处理事故。公共广播音响的设计应与消防报警系统相互配合,实行分区控制。在出现非常事件或火灾时,系统能够接受消防中心的强制切换,并自动投入事故广播和火灾报警广播,将着火区平时播放的背景音乐立即切换为事故广播。FA火灾报警消防系统：该系统将涉及建筑设计、保卫和公安部门,这些部门需要协调努力。掌握的原则是:充分了解厂商的产品性能特点、厂商的现场安装技术支持程度、公安、保卫、楼宇建筑者和用户对产品的认可度、性能/价格比。MA大楼信息管理自动化45 这是对各个系统集成后的集中监控管理,掌握的原则是权限集中、界面友好、灵敏度高、反应快速、功能齐全。通信自动化系统(CA)系统组成通信自动化系统是智能大厦的"中枢神经",它集成了电话、计算机、监控报警、闭路电视系统、网络管理等系统的综合信息网。智能大厦通信自动化系统的主要内容是:综合BA、CA、OA、MA、FA的通信需要,统一考虑通信网络的设计与施工。选择计算机网络的拓扑结构,对大厦进行综合布线。对通信自动化系统的计算机网络提出的要求有:先进性与成熟性、安全性和可靠性、可管理性和可维护性、灵活性和可扩充性、开放性与兼容性等。办公自动化系统(OA)的组成为了适应业主办公自动化的要求,智能大厦的系统设计目标应是简单、实用、方便、安全。智能大厦办公自动化系统的基本功能有:人事档案管理系统、财务管理系统、公共管理系统、文档管理系统、音乐，广播管理系统、电子布告管理系统、其他用户提出的管理软件等。1.2智能楼宇的供配电系统电能是智能楼宇使用的主要能源。与常规的建筑相比智能建筑往往是比较重要的建筑物。除常规的建筑设备外，智能楼宇还配置有众多的智能化系统，因此智能建筑对供配电系统的要求较一般建筑物高许多。它不仅对供电的可靠性要求很高，而且对电能质量的要求也大大提高。此外，如何做到最大限度地节电以及充分利用可再生能源，使智能建筑成为节能环保的绿色建筑等也是当今智能建筑的供配电系统应该完成的重要任务。而构建符合上述要求的智能化供配电系统是最好的解决办法。为此，正确地选择并确定智能楼宇的总体供电方案对于保证日后智能建筑的正常运转和节省建设投资与运行费用是非常重要的。45 图一智能楼宇供配电系统的总体供电图图1-1智能楼宇的供电系统总图1.2.1智能楼宇对供电系统的要求对智能楼宇的供电需求进行详细而尽可能具体的调查是正确进行智能楼宇总体供电方案设计的前提和基础。一.智能楼宇的负荷等级划分由于智能楼宇用电设备多、负荷大、对供电的可靠性要求高，因此应对负荷进行分析，合理、准确地划分负荷等级，以便组织供配电系统，使之既能做到供电合理，不造成浪费，或使初投资不增加。负荷等级划分的原则主要是根据中断供电后在政治、经济上造成影响的程度而定。按照《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16—1992）对负荷等级的划分标准如下。①一级负荷。中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将造成重大的政治影响者；中断供电将造成重大的经济损失者；中断供电将造成公共场所的秩序严重混乱者。②二级负荷。中断供电将造成较大政治影响者；中断供电将造成较大经济损失者；中断供电将造成公共场所的秩序混乱者。③三级负荷。凡不属于一级和二级的负荷。在智能楼宇用电设备中，属于一级负荷的设备有：消防控制室、火灾自动报警、自动灭火装置、火灾事故照明等消防用电设备；保安设备；主要业务用的计算机及外设、管理用的计算机及外设；通信设备；重要场所的应急照明。属于二级负荷的设备有：客梯、生活供水泵房等。空调、照明等属于三级负荷二、建筑物内各个部门、各个系统和各个用户所需的负荷容量及其对电能质量的要求按照尽可能准确的需求量确定各部分负荷的容量和负荷的分布情况是合理地设计智能建筑的供电系统的前提和依据。同时，智能建筑的各种智能化系统和不同用户对电能质量有各自的要求。为了保证日后它们能正常、可靠地运行，在设计智能建筑的供电系统前还必须明确它们对电能质量的要求。考虑到智能化系统的技术和设备更新发展很快，在计算负荷容量和考虑对电能质量的要求时，应适当留有余量并具有前瞻性。三、对智能化供配电系统在节电以及利用可再生能源等方面的要求应该根据国家的相关政策规定和智能建筑的总体方案确定智能化供配电系统在节能、节电方面应该具备的功能和应该达到的指标；确定利用风力、太阳能等可再生能源和地热、余热发电的要求及应达到的指标。45 四、智能化供配电系统的集成方式应根据弱电系统的总体设计方案确定智能化供配电系统与建筑设备管理系统（BMS）的通信方式、通信接口及通信协议，将智能化供配电系统集成到智能建筑的智能化系统中去。1.2.2智能建筑的总体供电方案一、确定智能建筑供电方案的原则在对智能建筑的供电需求进行了详细而具体调查的基础上进而确定供电方案时，应进行全面综合的研究分析。在满足智能建筑的各种负荷对供电可靠性、负荷容量及电能质量要求的前提下，应进一步考虑如何才能做到从设计、建设直至运行使用的建筑物整个生命周期的综合效益最好。因此，不仅要考虑设计、建设的一次性投入，还要计算今后几十年运行中所需的运行、维修费用的多少；不仅要有利于节能、节电和利用可再生能源，又要计算增加的投资和维修费用是否过多。对于供配电系统智能化程度的选择也应全面地进行衡量。一方面提高智能化程度必然会增加资金的投入；另一方面智能化程度的提高可以提高供电的可靠性和供电的质量，可以大大提高供电系统的管理水平并节约人力，降低物耗。二、确定智能建筑的整体负荷级别和容量根据智能建筑中各级别负荷所占的比例来确定智能建筑的整体负荷级别。通常智能建筑往往是负荷较大的高层建筑或比较重要的公共建筑，多属二级和一级负荷。一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。即两个电源不能同时损坏，必须有一个能继续供电，这是必须满足的基本要求。对于一级负荷中特别重要的负荷除两个电源外，还应增设与电网不并列的、独立的应急电源供电。同时，严禁将其他负荷接入应急供电系统。二级负荷也应由两个电源供电，且互为热备用。因此，对于绝大部分智能建筑来说，都需要有两回相互独立的且可互为热备用的市电进线，即两个电源供电。通常，这两个电源应该是同一电压等级的，其中任何一个电源的容量都应能满足全部一级负荷及二级负荷的需要。三级负荷对供电无特殊要求。三、确定应急电源的容量和类型为一级负荷中特别重要的负荷配备的应急电源可以有：独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路、蓄电池和干电池等。由于蓄电池供电稳定、可靠、无切换时间、投资较少，凡允许停电时间为毫秒级，且容量不大的特别重要的负荷，可采用直流电源者，应由蓄电池装置作为应急电源。若特别重要的负荷要求交流电源供电，允许停电时间为毫秒级，且容量不大的，可采用静止型不停电电源（UPS）。若特别重要的负荷中有需要驱动的电动机负荷，启动电流冲击负荷较大，而允许停电时间为15ｓ以上，应采用快速自启动的发电机组。四、选择电压等级45 通常在选择供电系统的进线电压等级时应考虑总的负荷容量、电能输送距离和供电线路的回路数等因素。负荷容量大，供电电压应提高；为降低线路电压损失，输送距离长宜提高供电电压等级；供电的回路数多，则每个回路的送电容量相应减小，可以降低供电电压等级。当然，还要考虑到智能建筑所在地点的公共电网的现状，提供什么电压方便和经济，以及今后的发展规划。总之，要综合上述各种因素来选择电压等级。对于一般的智能建筑经常采用10KV作为供电系统的进线电压。而用电量很大的智能建筑可以采用35KV或110KV的电压等级五、确定对智能化供配电系统监控管理功能的要求与传统的供配电系统不同，智能化供配电系统具有很强的远程、自动监控和管理功能。当然，不同类型的智能建筑对智能化供配电系统的监控功能的要求是很不相同的。有的只需要常规运行状态和运行参数的监测功能；有的还要监测谐波、各种突变和波动等电能质量参数；除监测功能外，有的智能建筑还需要具备自动控制和故障自动应急处理的能力；有的只监控单个变电站；有的则需要联网监控若干个变电站、动力站，直至要求监控配电小间和配电箱；有的要求监控配电柜、变压器等关键变、配电设备；有的还要监控备用发电机组、UPS、和EPS等各种设备。这些都要根据具体需求确定。第二章智能楼宇配电系统的负荷计算和设备选择随着我国经济的发展，居民对用电量的要求越来越高。家用电器从八十年代的黑白电视机、电风扇、洗衣机，到现在的大屏幕彩色电视机、微波炉、消毒柜、电脑、电热水器、空调等。此外，一些大功率家用电器设备也逐步进入百姓家庭。家用电器发展之迅猛，已大大超过人们对住户面积的要求，将来的发展速度更是难以预料。再加上我国人民生活水平的不断提高，对住宅的要求已由满足需要型向电气化、信息化、舒适化转变，作为建筑业的一个主要组成部分的电气设计在如何提高，满足时代的要求，也有了很大的发展。在传统的低压供电系统中主要强调过载、短路保护，其目的是保护用电设备、供电线路不受损坏。近年，已提出了人身安全的观点，住宅的电气设计首先是要考虑到人身的安全，并且可靠、舒适、美观和利于发展。要提高楼宇配电系统的安全可靠性，就必须科学合理的进行负荷计算，正确选择各类配电设备的容量。2.1负荷计算的有关问题2.1.1负荷计算及目的供电系统要能可靠地正常运行，就必须使其元件包括电力变压器、电器、电线电缆等满足负荷电流的要求，因此有必要对供电系统各环节的电力负荷进行统计计算。45 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。是通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值。它是一个假想的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30min的最大平均负荷作为按发热条件选择电力变压器、电器、导线及电缆的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。如果计算负荷确定过大，将使设备和导线选择偏大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线烧毁，造成事故。在工程上为了方便计算，亦可作为电能消耗及无功功率补偿的计算依据。对于季节性负荷，从经济运行条件出发，用以考虑变压器的台数和容量。2.1.2负荷计算的方法1、需要系数法：需要系数的大小取决于用电设备组中设备的负荷率、平均效率、同时利用系数以及电源线路的效率等因素。实际上，人工操作的熟练程度、材料的供应、工具的质量也对需要系数的大小有影响。应用该方法求计算负荷时，用设备功率乘以需要系数和同时系数。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。2、利用系数法：采用利用系数法求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出的计算负荷。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较难，在民用建筑电气设计中一般不采用。3、二项式法：在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权平均计算负荷。负荷计算方法一般可按下列原则选取：1、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；2、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，一般用于干线、配变电所的负荷计算；3、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。进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。用电设备的额定功率或额定容量是指铭牌上的数据。2.2电力负荷的相关计算2.2.1智能化住宅小区住户电力负荷的确定1、智能住宅小区家用电器的分类把智能化小区的家用电器划分为三类，第一台阶的电器具有高普及率，如照明设施、电视机、音响、电冰箱、洗衣机等，这类电器称为Ⅲ45 类家用电器；第二台阶的电器具有中普及率，如微波炉、电水壶、电饭锅、电热水器、电烤箱等，这类电器称为Ⅱ类家用电器；第三台阶的电器具有低普及率，如电灶、远红外医疗器、电热取暖器、电洗碗机、即热式电热水器等，这类电器称为Ⅰ类家用电器。家用普及率发展规律对应的类别及有关技术参数见下表2-1：表2-1家用电器普及率发展规律对应的类别家电名称参考容量/KW参考COSΨ类别照明设施0.2-0.81Ⅲ电视机0.1-0.20.7Ⅲ音响0.2-0.30.6-0.7Ⅲ影碟机（VCD）0.150.7Ⅲ电冰箱0.1-0.20.8Ⅲ排烟机0.20.5Ⅲ洗衣机2.00.6Ⅲ空调机1.5-4.50.7-0.8Ⅲ电风扇、换气扇0.10.6Ⅲ计算机及附件0.50.7Ⅱ电饭锅0.81Ⅱ电烤箱1.01Ⅱ电水壶1.51Ⅱ吸尘器0.80.6Ⅱ电热水器2.0-3.01Ⅱ微波炉1.01Ⅰ消毒柜0.61Ⅰ电洗碗机1.00.7Ⅰ电灶1.51Ⅰ带烘干功能的洗衣机3.50.6Ⅰ即热式电热水器3.5-4.51Ⅰ电取暖器1.0-2.01Ⅰ家庭自动化设施0.2-0.51Ⅰ2、确定每户计算容量的原则和方法（1）每户用电容量的确定原则：对智能化住宅小区，应按小康型住宅确定每户计算容量。每个家庭一般有照明设备、厨房用电设备、卫生洗浴设备、空调取暖设备和文化娱乐设备、安防设备等。智能化小区在工程设计中，总体上要满足：高度的安全性、舒适的生活环境、足够的通信设备、完善的信息设施和智能化家庭系统。（2）每户用电计算容量：（2－1）式中：、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类家用电器的需要系数，45 可取0.5－0.6；、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类家用电器的普及率，目前可近视为：＝100%－200%，＝25%－40%，＝5%－15%；、、——Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类家用电器的设备标称容量。2.2.2公共电力负荷的计算居住建筑的公共用电负荷大致可分为照明负荷和动力负荷两部分。1、照明负荷居住建筑公共场所的照明包括一般照明、疏散照明及事故照明。其用电负荷量与控制方法有关。（1）门厅及电梯前室的照明，其灯具安装于居住建筑的重要交通场所，照明对居民的安全感起着较重要的作用，一般采用按键开关控制，夜间长时点亮，照明容量即可按灯泡功率计算。（2）走道，门户的照明，多采用定时开关控制。据测定可节电75%，照明容量可按灯泡功率的25%计算。（3）电梯机房、水箱间、水泵房、值班室一般按办公用房计算功率。（4）应急照明负荷等。居住建筑公用照明负荷可按如下指标估算：多层住宅5～6W/，高层住宅10～15W/。2、动力负荷公共辅助设施的动力负荷主要有：（1）给水、排水的用电负荷：根据有关文献报道，每人每天供水量一般为0.3t，一般居民区的吨水耗电量在0.1kw以内，按负荷处利用小时4500h计相当于每人用电负荷为0.28W，亦可按0.2-0.25W/估算。排水：在通用的自流排水条件下，用电量可不计。（2）电梯用电负荷：高层住宅建筑中，电梯是关键的垂直运输设备，高层住宅电梯主要与以下因素有关：a、每台电梯的服务人数，一般服务户数越多，电耗越大；b、建筑物的层高及层数越多，电耗越大：c、电梯的速度和载重；d、电梯的电机效率和传动效率。一般情况下，电梯的用电负荷可按每户0.5-0.35kW估算，亦可按1.7-2.0W/估算高层住宅的电梯负荷。（3）北方冬季取暖用电负荷，根据测算，取暖用的动力负荷为0.8W/。45 2.2.3单元计算负荷的确定1、单位指标法单位指标法适用于方案设计阶段，用于确定供电方案和选择变压器的容量和台数。住宅小区的总计算负荷：（2－2）或（2－3）式中:——住宅小区总计算负荷，kW；、——单位指标，kW/户，；N——小区住户数；A——小区总建筑面积，。2、需要系数法需要系数法适用于初步设计和施工图设计阶段。（1）每户计算负荷可按下表（2－3）的建议值确定表2-2住宅用电负荷需要系数表按单相用电计算时所连接的户数按三相配电时所连接的户数通用值建议值≤391.101.04120.950.906180.750.708240.660.610300.580.5212360.500.4414420.480.4216480.470.4118540.450.3821630.430.3624720.410.3425～10075～3000.400.33125～200375～6000.330.26260～300780～9000.260.20注：表中的通用值指目前采用的住宅需要系数值。由公式：45 （2-4）式中：——每户计算电流，A；——每户用电容量标准建议值，KW；——额定电压，一般取单相0.22KV；——综合加权功率因素，取0.9以上。可以根据来确定进线总开关脱扣器的额定电流和进户线截面等。（2）单元计算负荷（2-5）①配电干线采用0.22KV供电时计算电流：（2-6）②配电干线采用0.38KV供电时计算电流:（2-7）式中：——单元计算负荷，KW；——需要系数；——单元综合功率因素，见表（2－4）表2-3多层住宅配电干线采用单相220V供电时的需要系数和功率因数组合户数169121.00.750.650.50.90.90.90.9表2-4多层、高层配电干线采用三相380V供电时的需要系数和功率因数多层住户高层住户45 12户18户21户24户32户36户0.950.750.730.660.580.500.900.900.900.900.900.902.2.4住宅小区总计算负荷的确定1、电干线或变电所的计算负荷：（2-8）式中：——同时系数，取0.8－0.9；——公用电力负荷（如走道灯、水泵、消防设施等）。（2-9）2、住宅小区配电所总计算负荷为变所计算负荷之和再乘以同时系数，取0.85－0.95，户数多时取下限，户数少时取上限。3、住宅小区供电变压器容量：（2-10）式中：——住宅小区总计算负荷，KW；——功率因素，取0.9以上。2.3供配电设备容量的选择在建筑电气设计范畴里，供配电设备容量的选择是至关重要的一环。在施工图设计阶段，有时设计容量会留有一定的裕度是为了考虑日后用电设备的需要，这是合理的，但如果选得过大或过小，除了直接或间接地增加工程造价外还可能发生配电线路误动作甚至造成电气事故。供配电系统中需要依据正常工作条件及工作环境对导线及电气设备包括高低压开关、电力变压器、柴油发电机、高低压熔断器等电器进行选择。部分设备还需要按故障条件进行校验短路电流的动稳定性和热稳定性，保障供配电系统在安全可靠工作的前提下，尽量做到运行维护方便，技术先进，投资经济合理。45 供配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境下工作的。正确地选择电气设备对供电的可靠性、安全性、经济性都有着重要的意义。首先，应根据使用环境选择电气设备的类型，使所选设备的类型与环境条件相适应；其次，按电路的实际工作条件选择和校验电气设备的技术参数，以保证电力系统在正常时和发生故障时，电气设备均能安全、可靠地工作。选择电气设备时还应尽量选用国产先进设备，并注意在技术合理的条件下尽量节约投资。不同的电气设备在选择时考虑的条件也不尽相同，下面介绍选择电气设备的一般原则。一．按正常工作条件选择1.按使用环境选择电气设备的类型为了适应不同的装设地点，电气设备分为户内式和户外式，户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外，户外设备虽可用于户内，但不经济。按照不同的工作环境又分为普通型、防污型、湿热型、高原型和矿用型等。此外，还有其他一些分类方法。选择时，应首先根据电气设备工作的环境条件选择出合适的型号。2.根据额定电压选择所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压或电气设备的最高允许工作电压（1.1UN～1.15UN）应不低于所在电网的最高电压。即(2-11)式中：为电气设备的额定电压；为电网的额定电压为电网的最高电压。3.根据额定电流选择电气设备的额定电流应不小于通过它的最大负荷电流，即（2-12）式中：IN为电气设备的额定电流；I30为电气设备所在线路的最大长时工作电流。国产普通电气设备的额定电流是在环境温度为40℃的条件下，长时允许通过的最大电流。如果实际环境温度超过40℃，电气设备允许的最大长时工作电流将小于额定值。此时，为了保证电气设备正常工作时不致过热，应对电气设备原有的额定值进行修正。在环境温度不超过60℃时，电气设备允许的最大长时工作电流应按下式确定。(2-13)式中：IP.R为实际温度下电气设备允许的最大长时工作电流；θp为电气设备长时允许最高温度，单位为℃；θ0为电气设备规定的标准环境温度，单位为℃；θ为实际环境，单位为℃；K0为温度修正系数。如果周围环境温度低于40℃，对高压电器，环境温度每降低1℃，允许电流比额定值可增加0.5%，但增加的总数不得超过20%。二.按故障情况校验电气设备按正常情况选择的电器是否能经受住短路电流电动力与热效应的考验，还必须进行校验。45 1.开关电器断流能力的校验当开关电器的额定断流容量Soc（或最大开断电流Ioc）大于其所在电路的最大短路容量（或最大短路电流）时，开关电器才能可靠地切除短路故障。否则，故障不能切除，并有可能使故障继续扩大，影响到系统的安全运行。或（2-14）2.3.1电力变压器的选择根据国际《JGJ/T16-92》：“用电设备容量在250KW或需要变压器容量在160KW以上者应以高压方式供电”的要求，可知凡是具有一定建筑规模的工程都将使用电力变压器。1、电力变压器类型的选择电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联贯组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。对于智能楼宇的配电变压器类型的选择，根据系统的要求，一般采用三相式、无载调压、双绕组形式、绝缘及冷却方式用干式或充气式（少见）、Dyn11联结。随着科技的进步，变压器新产品不断涌现，如为延长变压器使用奉命，做到免维护，油浸式变压器采用全密封结构；为降低空载损耗，变压器采用卷制铁心结构和非晶合金铁心；为提高抗短路冲击能力，变压器低压采用箔式绕组等。2、电力变压器的台数和容量的选择（1）台数选择变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。当符合下列条件之一时，宜装设两台或以上的变压器：①有大量一级或二级负荷，在变压器出现故障或检修时，多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。当仅有少量二级负荷时，也可装设一台变压器，但变压器低压侧必须有足够容量的联络电源作为备用。②季节性负荷变化较大，根据实际负荷大小，相应投入变压器的台数，可做到经济运行，节约电能。③集中负荷容量较大，虽为三级负荷，但一台变压器供电容量不够，这时也应该装设两台及以上变压器。当备用电源容量受限制时，宜将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电，以方便备用电源的切除。当然，在照明负荷容量较大，或动力与照明采用共用变压器供电会严重影响照明质量及灯泡奉命时，宜设专用变压器。（2）容量的选择①变压器的容量首先应保证在计算负荷下变压器能长期可靠的运行。对仅有一台变压器，其容量>45 ，考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70%-85%。对有两台变压器运行的，通常采用等容量的变压器，每台变压器应同时满足以下两个条件：a、满足总计算负荷70%的需要，即≈0.7；b、满足全部一、二级负荷的需要，即≥。（2-15）当采用两台不同容量变压器时，每台变压器的容量可按下列条件选择：且（2-16）；（2-17）②变压器的容量应满足大型电动机及其它冲击负荷的起动要求。大型电动机及其它冲击负荷起动时，会导致变压器配电母线电压下降，下降幅度与变压器容量及设备起动方式有关，一般规定电动机非频繁起动时母线电压不宜低于额定电压的85%。③单台变压器容量一般不宜大于1250kV.A，但当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，也可选用较大容量（1600-2000）的变压器。④应满足今后5-10年负荷增长的需要。当然最后确定变压器容量时还要综合考虑其它一些因素，例如环境温度的影响，降低温度可以提高变压器的输出功率和减少变压器的损耗。应在对负荷资料进行分析、调整的基础上，结合一次接线方案的设计，做出合理的选择。至于变压器的过载能力是和起始负荷率、环境温度和通风散热条件等相关因素有关且只能是应急性质和短时间的。过负载时首先要求不至于损坏变压器的绝缘和降低使用效果为原则，一年四季中高峰用电是可能会超负荷而低谷时又会出现轻载运行。这“超”、“轻”负载两者之间的量和时间基本等同时会起到互补的作用，但最大不要超负荷15%。过负荷百分比（N）计算公式：（2-18）式中：——变压器实际负荷电流；——变压器额定电流。当然对于设置有强迫风冷的变压器其应急过载能力可达40%-50%，而且过载持续时间也可适当延长，但绝不允许过载情况下长期运行，这可由产品的技术条件来确定。2.3.2电容无功补偿容量的选择和配置我国《供电营业规则》规定：容量在100及以上高压供电的用户，最大负荷时的功率因素不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感应负荷，使得功率因素偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因素。45 无功补偿装置可分为稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备两种。稳态无功功率补偿设备主要有同步补偿机和并联电容器。在智能化楼宇设计中，一般采用并联电容器进行无功功率补偿，并联电容器大多采用三角形接线，以提高电容器组的利用率，它有手动投切和自动调节两种控制方式。自动调节又称无功自动补偿装置，能按系统无功功率的变动随时自动补偿，可避免过补偿或在轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏等。动态无功补偿设备又称为“静止型无功功率自动补偿装置（SVC）”，具有响应快，平滑调节性能好，补偿效率高，维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点，因此得到越来越广泛的应用。无功补偿装置的装设位置一般有三种：高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿。在智能化楼宇中采用低压集中补偿的办法，即在低压配电室的配电母线上安装若干组电力电容器补偿供电范围内的无功功率以达到提高功率因素的目的，通过减少变压器的视在功率，从而可使变压器容量选得较小，但对于如何正确选择电容器容量的问题上有的设计者错误的认为在作施工图设计时只要根据配电变压器容量（）的1/3来选择补偿容量（Kvar）就可以了。实际上，从以下的功率因素三角形的矢量图（图2-1）可知要使功率因素由提高到就必须装置补偿电容器的容量为：（2-19）式中：－设置电容补偿容量，Kvar,P-总有功计算负荷，kW,、应于补偿前、后、的正切值。当然也可以通过三角子函数表查出和的对应值。IcIrUI2LI2I1I1L图2-1电容补偿原理图及矢量图从上述计算分析可知，电容器的无功补偿容量与用电设备的负荷性质、负荷（有功、无功）大小无关，也与变压器的容量大小无关。近年来一种具有自愈功能且内装有放电电阻，体积小，介质损耗低，安全性能高的无功补偿干式电容已代替油浸式电容器，如国产型号主要有BMMJ型，进口产品有ABB公司的CLMD型等，CLMD更具有高容量和放电速度快的特点，单台容量可达83Kvar，放电速度可在电容器离开电源后一分钟端电压下降到50V。45 无功补偿电容器投入运行瞬间在配电线路上会产生几十甚至上百倍额定电流的涌流，因此要在配电线路上装设专用的切除电容器接触器，以限制涌流在电容器额定电源20倍之内和保证电容器在下次投入时其端子最大剩余电压≤50V。2.3.3智能楼宇内柴油发电机组的选择与设置1、柴油发电机组的配置原则智能楼宇中选择柴油发电机要考虑的主要问题有：（1）智能楼宇的自备发电机组是应急电源设备，供电对象一般是一级负荷或重要负荷，如消防设施等，其容量和选取应按应急负荷大小和投入顺序以及应急设备拖动电动机的起动容量等参数决定。（2）智能楼宇中自备发电机组应选择应急自起动型柴油发电机组或全自动型柴油发电机组，而且要起动性能好、运行可靠、高速小体型机组，其输出功率应按应急备用功率来选择。（3）选择柴油发电机组时，宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置，高速柴油发电机具有体积小、重量轻、起动运行可靠等优点，无刷型自动励磁装置具有适应各种起动方式、易于实现机组自动化或对发电机组遥控的特点，并且当与自动励磁装置配套使用时，可使静态电压调节率在±2.5%以内。（4）所选的机组应装设快速自起动装置和电源自动切换装置，并应具有连续三次自起动的功能，机组一般应采用电起动，不宜采用压缩空气起动。（5）应急柴油发电机组的供电范围有：消防用电、楼梯及客房走道照明用电的50%、大楼各区一台生活水泵，一台或几台客梯、一台服务电梯的用电，所有电梯均应能投入事故电源母线，但每次只能选择部分电梯投入运行。2、柴油发电机组容量的选择选择方法如下：（1）按最大一台电动机起动的需要或成组电动机起动的需要计算柴油发电机组的容量（kVA）（2-20）式中——发电机组供电范围的总负荷，kW；——起动容量最大的电动机或成组电动机的容量，kW；——总负荷的计算效率，一般取0.80－0.85；K——电动机起动的电流倍数；C——按电动机起动方式确定的系数；——电动机的起动功率因素；——电动机的额定功率因素。（2）按稳定负荷计算发电机的容量（kVA）（2-21）式中：a——负荷率，一般取0.8－1.0。（3）按起动电动机时母线容许电压降计算发电机的容量45 （kW）（2-22）式中：——造成发电机母线压降的最大电动机或电动机组容量，kW；——发电机的暂态电抗，一般取0.25；——应急负荷中心母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.2，无电梯时取0.25－0.30。2.3.4母线的选择1.母线材料及截面形状的选择母线的材料有铜、铝、钢三种。铜电导率高，性能稳定，多用于大电流装置中或有化学腐蚀的场所。铝电导率不及铜，机械强度也较小，但较铜价格低廉，我国户内、户外一般都采用铝母线。钢母线的机械强度虽大，但电导率小，电能损耗大，一般只用于工作电流不大于200A或不重要的配电装置中。硬母线的截面形状有矩形、圆形和环形等；软母线一般为多股绞线。电压为35kV及以下的户内配电装置多采用矩形截面的母线，这种母线散热性好，受交流集肤效应影响小，因此在截面积相同时，矩形截面母线比圆形截面母线的允许工作电流大。矩形截面母线的厚度与宽度之比一般在1∶12～1∶5范围内。矩形截面的母线需用绝缘子支撑，且固定在开关柜顶部或墙壁和支架上，母线的放置方式可平放也可竖放。电压高于35kV的配电装置的母线截面形状多为圆形或环形，主要为了防止发生电晕。电压在35kV及以上的屋外母线一般用多股绞线，它用耐张绝缘子悬挂在钢铁或混凝土支架上。硬母线一般涂以不同的颜色，以便区别相序，并可提高母线的辐射能力。三相交流母线U相涂以黄色，V相涂以绿色，W相涂以红色。不接地的中线涂以紫色，接地的中线（零线）涂以紫色并带黑色条纹。保护接地母线涂以黑色，直流母线的正极涂以褐色，负极涂以蓝色。2.母线截面的选择母线截面一般按最大长时工作电流选择，按短路条件校验其动、热稳定性。但对年平均负荷较大、线路较长的主母线，则应按经济电流密度选择其截面。1）按最大长时工作电流选择根据发热条件规定，流过母线的最大长时工作电流，应不小于母线的最大允许持续蓝色。电流，即（2-23）当实际环境温度为θ时，长时允许电流应按式（2-13）进行修正。当母线的实际工作流超过其最大截面的长时允许电流时，每相可用几条截面积相同的母线并联使用，相并联的母线固定在同一个支柱绝缘子上。当每相母线在三条以上时，由于交流集肤效应和邻近效应的影响及散热条件的变差，有色金属的利用情况变差，这时可采用槽形截面的母线。45 2）短路热稳定校验为了保证在短路时母线不致过热，所选母线的截面积应不小于最小短路热稳定截面，即A≥Amin（2-24）式中：Amin为最小短路热稳定截面。(2-25)式中：C为导体的热稳定系数，单位为A/s1/2/mm2。（3）短路动稳定校验放置在支撑绝缘子上的硬母线在短路电流冲击值通过时，将承受强大的电动力，如果母线机械强度不够，将产生变形或断裂。母线动稳定校验就是计算冲击电流产生的电动力是否超过母线材料允许的电动力。母线是非硬性固定在绝缘子上的，所以可把它看做一端固定均载荷的多跨梁，当母跨距数小于或等于2时，它所承受的弯距为(2-26)当母线跨距数大于2时，它所承受的弯矩为（2-27）式中：M为母线承受的最大弯矩，单位为N·cm；F为短路电流冲击值在母线的一个跨距上产生的电动力，单位为N；L为母线跨距，单位为cm。如果母线的动稳定性不符合要求时，可采取增大母线截面积、缩短跨距、增加母线相间距、将竖放的母线平放或更换允许弯曲应力大的母线材料等措施。2.3.5绝缘子的选择1.绝缘子种类绝缘子用来支撑和固定载流导体，并保证导体对地或其他部分的绝缘。45 绝缘子可分为电站用、电器用和线路用三种基本类型。电站用绝缘子又分为支柱绝缘子和套管绝缘子，前者用于支撑固定室内、室外硬母线，后者用于母线穿过墙壁或天花板。电器用绝缘子主要用在变压器、开头柜等设备上，它也分支柱式和套管式。线路绝缘子分为针式、蝶式和悬式等三种。同一电压等级的绝缘子，根据其抗弯曲强度不同，又分为A、B、C、D等多个等级。2.支柱绝缘子的选择根据安装地点选择户内式或户外式；根据线路额定电压选择其额定电压应不小于线路的额定电压；此外，绝缘子还应满足动稳定要求。即Fca≤0.6Fd（2-28）式中：Fd为支柱绝缘子的破坏力，对于A级绝缘子Fd=3675N，C级Fd=12250N，D级Fd=1966N；0.6为安全系数；Fca为绝缘子受力的计算值，可按下式计算：Fca=KF（2-29）式中：K为折算系数，对于6（10）kV的绝缘子，母线平放时取1，母线竖放取1.4；对于35kV的绝缘子母线平放取1，竖放取1.18；F为母线在一个跨距内所受的最大电动力。3.套管绝缘子的选择套管绝缘子按使用地点分户内式、户外式；按安装情况分水平安装、垂直安装；按导体种类分铜导体、铝导体。铝芯套管适宜与铝绞线或铝母线相连接，套管绝缘的电气参数应按以下条件确定：（1）按电压和额定电流确定额定电压应不小于电网的额定电压，额定电流应不小于通过的最大长时工作电流。套管的额定电流是以环境温度为40℃，导体的最高工作温度为80℃时给出的。母线式穿墙套管因本身不带导体，所以不按额定电流选择，但应保证套管与母线尺寸相配合。（2）校验套管的动稳定性和热稳定性套管绝缘子的动稳定性校验与支柱绝缘子相同，应满足式（2-28）和式（2-29）的要求。套管绝缘子的抗弯强度分为6个等级：A级Fd=3675N，B级Fd=7350N，C级Fd=12250N，D级Fd=19600N，E级Fd=29400N，F级Fd=39200N。在计算短路电流的作用力F时，支撑距离应根据套管的支撑情况按下式计算：(2-30)式中：L1为套管绝缘子端部到支柱绝缘子之间的距离，单位为cm；L2为套管绝缘子的长度，单位为cm。套管绝缘子的热稳定校验按下式进行：（2-31）式中：为设备的热稳定电流，单位为A；t为与相对应的热稳定时间，铜导体为10s，铝导体为5s。45 2.4提高智能楼宇配电系统的可靠性措施在智能楼宇中，随着各种用电设备及可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用，对提高供电系统的可靠性提出了越来越高的要求。就智能楼宇的配电系统而言，首先要确保各类配电设备容量的正确选择，其次要确保低压配电系统主接线的科学合理，再次，选用智能型断路器来提高短路保护动作的可靠性。若干配电设备的设计容量需要注意的问题1、低压并联电容器线路的刀开关和交流接触器的导体截流量应不小于其负荷（电容器额定电流）的1.5倍。2、用于计算机的不间断电源其输出功率应大于计算机及各用电设备额定功率总和的150%。3、单台交流电梯和直流电梯供电导体的连续工作载流量应大于铭牌连接工作额定电流（或交流额定输入电流）的1.4倍。4、非线性负荷的电气设备，如气体放电灯、微波炉、可控硅调光装置等，这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，由于3次及其奇数谐波在中性线内不是互相抵消而是叠加的，叠加后的电流最大值接近电流的两倍，能使中性线过载发热，加速老化而短路起火，电气线路的设计安装必须适应电气技术发展的新要求，当配电系统为三相四线配电时，其截面应为相线截面的两倍。5、微型断路器（包括漏电保护器）紧密无间隔安装时要考虑降容和检验其截流能力，通常8－9台紧密无间隔安装时大约降容20%。环境温度对开关的额定电流影响也不可忽视，这都可以从产品的技术资料和有关资料中核实。6、插座额定电流对已知使用设备都应大于设备额定电流的1.25倍，未知使用设备者不应小于10A。2.5智能建筑的节电措施节电的目的就是降低能源消耗，减少电费支出。正确地进行供电系统的方案设计，采取多种有效的节电措施往往可以起到事半功倍的作用。这些节电措施主要有：（1）合理选择电压等级。在负荷容量较大或输电线路较长时，适当选用较高的电压等级可以有效地降低线损。如大型机场用电负荷容量大且场内输电距离较远，宜选用１10KV的进线电压。经总变电站降压后时，通过10KV输电线路送到设在各负荷中心的分变电站或开闭站。再经过降压，就近向用电设备提供380V／220V的低压电力。45 （2）合理配置负荷降低三相不平衡度。低压配电系统应力求三相负荷的平衡。对于照明等380V或220V的单相负荷，在进行供电系统设计时就要注意这一点。这样一来不仅可以降低损耗，还可以改善电能质量。此外，根据变压器制造标准的要求，变压器负荷的不均衡率不得超过其额定容量的25%。（3）就地补偿无功功率。异步电动机等感性负荷的存在会造成电网的功率因数过低，不仅占用电网容量还使线损增加。在智能建筑中应采用电力电容器作为无功补偿装置就地进行补偿。低压部分的无功功率通常在低压配电柜中设电容柜进行集中补偿。若高压部分存在无功功率，则应在高压配电柜中增设高压电容柜来进行补偿。为了节能应按照无功功率参数来进行调节。由于功率因数只反映相位，不直接反映无功功率，只有当三相负荷平衡时它才能准确地反映无功功率。负荷不平衡度越大，误差也越大。所以，目前许多无功补偿装置按一相的功率因数进行调节，就节能而言是不妥当的，而智能化供配电系统应能较好地解决这个问题。（4）全面监测用电量。对所有用户的用电量进行全面、实时的监测和记录，掌握负荷的变化情况，并将这些信息反馈给相应的用户，向他们提出节电的建议，是调动用户的积极性，实现管理节电的重要措施和有效途径。智能化供配电系统应该具备这种功能。（5）合理调度负荷。智能化供配电系统在对用电量进行全面监测的基础上，还应具备负荷趋势预测和合理调度负荷的功能。对于同时启动的大容量电动机负荷，系统会自动将其启动时间错开，削减峰值负荷。夜间轻载时，根据监测到的负荷情况及对负荷趋势的预测，系统将自动改变或提示值班人员改变变、配电所的运行方式，切断部分负载的变压器，通过联络线为它们供电。这样既可降低变压器的空载损耗，又可起到调整电压改善供电质量的作用。（6）充分利用余热和可再生能源。建筑物耗能在全社会的能源消耗中占有相当大的比重。除了采取各种措施减少能源和电力的消耗外，充分利用余热和可再生能源也是建筑物节能的一个重要方面。对于常年有稳定的余热、压差和废气可以利用的大型企业的智能建筑，利用它们进行发电不仅可以提高经济效益，还可以有利于环境保护。对于有地热、太阳能、风能以及水力可供利用的智能建筑，利用这些可再生能源发电也是一种减少耗电和温室气体排放的好办法。如前所述，在决定如何利用余热和可再生能源时应该进行全面的分析和评估。45 第三章智能楼宇供配电系统的保护3.1接地保护在建筑物供配电设计中，接地系统设计占有重要的地位，因为它关系到供电系统的可靠性，安全性。不管哪类建筑物，在供电设计中包含有接地系统设计，只是因为建筑物的要求不同，各类设备的功能不同，接地系统也相应不同。尤其进入90年代后，大量的智能化楼宇的出现对接地系统设计提出了许多新的要求。在常用的几种接地方式中，哪种更能够适合智能楼宇呢?1.IT系统IT系统是三相三线式接地系统。该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地，无中性线N，只有线电压(380V)，无相电压(220V)，保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当一相接地时，不会使外壳带有较大的故障电流，系统可以照常运行。缺点是不能配出中性线N.因此，它不适用于拥有大量单相设备的智能化大楼的。2.TN—C系统TN—C系统被称之为三相四线系统，该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称PEN45 线。这种接地系统虽对接地故障灵敏度高，线路经济简单，但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。该系统对于单相负荷及三相不平衡负荷的线路，PEN线总有电流流过，其产生的压降将会呈现在电气设备的金属外壳上，对敏感性电子设备不利。智能化大楼内，单相负荷所占比重较大，难以实现三相负荷平衡，而且也无法取到一个合适的电位基准点，精密电子设备无法准确可靠运行。因此，TN—c接地系统也不能作为智能化建筑的接地系统。3.TN—C—S系统TN—C—S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN—C系统，第二部分是TN—S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在供电由区域变电所引来的建筑物上。进户之前采用TN—C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN—S系统。TN—C系统前面已做分析。TN—S系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能再有任何电气连接。该系统中，中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时，始终不会带电，因此TN—S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时，只要我们采取接地引线，各自都从接地体一点引出。及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施，那么TN—C—S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。4.TN—S系统TN—S系统是三相五线制系统。该系统的N线和PE线是分开的。它的优点是PE线在正常情况下没有电流通过，因此不会对接在PE线上的其他设备产生电磁干扰。此外，由于N线与PE线分开，N线断开也不会影响PE线的保护作用。且该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要在室8["PE线可以和重复接地体连接引入地下，TN—s系统可以用作智能建筑物的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时，一般都采用这种接地系统。5.TT系统通常称TT系统为三相四线接地系统,如下图所示。其特点是中性线N与保护接地线PE无一点电气连接，即中性点接地与PE线接地是分开的。供电的可靠性高、安全性好。一般用于短距离供电且不允许停电的场所，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成回路，保护设备不一定动作，这是危险的。该系统常用于供电来自公共电网的建筑物上。从目前的情况来看，由于公共电网的电源质量不高，难以满足智能化设备的要求，所以TT系统很少被智能化大楼采用。在智能化楼宇内，要求保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些正常情况下不带电的导电设备与构件，均必须采用有效的保护接地。如果采用TN—C系统，将TN—C系统中的N线同时用做接地线；或者在TN—S系统中将N线与PE线接在一起，再连接到底板上去；再或不设置电子设备的直流接地引线，而将直流接地直接接到PE线上；有的干脆把N线、PE线、直流接地线混接在一起。以上这些做法都是不符合接地要求的，且是错误的。在智能化大楼内，单相用电设备较多，单相负荷比重较大，三相负荷通常是不平衡的，因此，在中性线N中带有随机电流。另外，由于大量采用荧光灯照明，其所产生的三次谐波叠加在N线上，加大了N线上的电流量，如果将N45 线接到设备外壳上，会造成电击或火灾事故。如果在TN—S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上，那么危险更大，凡是接到PE线上的设备外壳均带电，会扩大电击事故的范围。如果将N线、PE线、直流接地线均接在一起除会发生上述的危险外，电子设备将会受到干扰而无法工作。因此，智能建筑应设置电子设备的直流接地，交流工作接地，安全保护接地，及普通建筑也应具备的防雷保护接地。此外，由于智能建筑内多设有具有防静电要求的程控交换机房、计算机房、消防及火灾报警监控室，以及大量易受电磁波十扰的精密电子仪器设备，所以，在智能化楼字的设计和施工中，还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。3.2．智能化楼宇应采取的各种接地措施1.直流接地在一幢智能化楼字内，包含有大量的计算机、通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备。这些电子设备在进行输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作、输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行，且设备之间常要通过互联网络进行工作，因此，为了使其准确性高，稳定性好，除了需有一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位。可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线，一端直接与基准电位连接，另一端供电子设备直流接地。该引线不宜与PE线连接，严禁与N线连接。2.交流工作接地工作接地主要指的是变压器中性点或中性线(N线)接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露，不能与其它接地系统，如直流接地，屏蔽接地，防静电接地等混接，也不能与PE线连接。在高压系统里，采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电压。中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。3.安全保护接地在智能化楼宁内，要求安全保护接地的设备非常多，有强电设备，弱电设备，以及一些非带电导电设备与构件，均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时，其外壳有可能带电。如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中，接地短路电流经人身，大地流回中性点，在中性点非直接接地的电力系统中，接地电流经人体流人大地，并经线路对地电容构成通路，这两种情况都能造成人身触电。如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏使外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，我们知道：在一个并联电路中，通过每条支路的电流值与电阻的大小成反比。即：Id=ld。+IR，式中：Id一接地同路中的电流总值，Id-一沿接地体流过的电流，IR45 一流经人体的电流。由上式可以看出，接地电阻越小，流经人体的电流越小，通常人体电阻要比接地电阻大数百倍经过人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍，当接地电阻极小时，流过人体的电流几乎等于零。即Id—Id’。实际上，由于接地电阻很小，接地短路电流流过时所产生的压降很小，所以设备外壳对大地的电压是不高的。人站在大地上去碰触设备的外壳时，人体所承受的电压很低，不会有危险。加装保护接地装置并且降低它的接地电阻，不仅是保障智能建筑电气系统安全，有效运行的有效措施，也是保障非智能建筑内设备及人身安全的必要手段4.屏蔽接地与防静电接地在智能化楼宇内，电磁兼容设计是非常重要的。为了避免所用设备的机能障碍，避免会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率幅射电磁场，自然雷击和静电放电。这些现象会对设计用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接，导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、移动设备，各自磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10—20％的环境中人的走步可以积聚3．5万伏的静电电压、如果没有良好的接地，不仅仅会产生对电子设备的干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在沽静干燥环境中，所有设备外壳及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。智能建筑接地装置的接地电阻越小越好。独立的防雷保护接地电阻应≤10n；独立的安全保护接地电阻应≤4n；独立的交流工作接地电阻应≤4Q；独立的直流工作接地电阻应≤4Q；防静电接地电阻一般要求≤100Q。智能化楼宇的供电接地系统宜采用TN—S系统，按规范宜采用一个总的共同接地装置，即统一接地体。统一接地体为接地电位基准点，由此分别引出各种功能接地引线，利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。通常情况下，统一接地系统可利用大楼的桩基钢筋，并用40×4(mm)镀锌扁钢将其连成一体，作为自然接地体。根据规范，该系统与防雷接地系统共用，其接地电阻应≤1Q。若达不到要求，必须增加人工接地体或采用化学降阻法，使接地电阻≤1Q。在变配电所内设置总等电位铜排，该铜排一端通过构造柱或底板上的钢筋与统一接地体连接，另一端通过不同的连接端子分别与交流工作接地系统中的中性线连接，与需要做安全保护接地的各设备连接，与防雷系统连接，与需做直流接地的电子设备的绝缘铜芯接地线连接。在智能大厦中，因为系统采用计算机参与管理或使用计算机作为工作工具，所以其接地系统宜采用单点接地并宜采取等电位措施。单点接地是指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。可从机柜引出三个相互绝缘的接地端子，再由引线引到总等电位铜排上共同接地。不允许把三种接地联结在一起，再用引线接到总等电位铜排上。实际上这是混合接地，这种接法既不安全又会产生干扰，现在的规范是不允许的。45 3.3智能楼宇低压配电系统漏电的火灾危险性及其防范多年来，我国对电气火灾的防范工作大多只限于一般性的防火检查，这与许多发达国家存在着较明显的差异。发达国家更注重依靠完善的电气系统设计、安装和管理来消除电气起火的隐患，从根本上杜绝电气起火事故的发生。正是由于侧重点的差异，才造成今日我国电气火灾此起彼伏，防不胜防的严峻局面。近年来，由漏电引起的火灾不断发生，而且这种火灾比起短路等引起的火灾更具隐蔽性。通常是消消地发生，失火后也难以找到真正的原因（被短路等假象所掩盖）来加以防范，因此，危害性也就更大。充分了解漏电的火灾危险性，加强对漏电的技术防范措施应是当前电气防火工作的重要任务之一。3.3.1漏电的火灾危险性在线路短路中大部分是接地故障,即相线与大地、电气设备外壳、金属结构管道之间的短路。电气线路或设备绝缘损坏后,在一定的环境下,对靠近物质(穿线金属管、电气装置金属外壳、潮湿木材等)会发生漏电。就像水管漏水使局部物质受潮或水渍一样，漏电可使局部物质带电，给人们造成严重的或致命的触电或产生火花、电弧、过热高温等而造成火灾。目前，在低压配电系统中多采用接零保护（接地保护）及过流保护装置（熔断器等）来防止严重的漏电短路的情况发生。但往往是接地故障短路电流不足以使过电流保护装置可靠动作切断电源。1、漏电引起火灾的原因（1）接地电弧短路——最危险且多发的电气火灾隐患人们都知道电气短路会引起火灾，但不清楚哪一种短路容易起火和如何加以防止。电气短路有两类：一类是金属性短路，另一类是电弧性短路。前一类的短路短路电流大，线路能产生高温，人们以为这种短路起火危险大，其实不然，因为保险丝能被短路时的大电流烧断而切断电源，无从起火；后类短路是由于短路点未被焊死而迸发电弧或电火花，它短路电流不大，保险丝一般不会被熔断，而电弧则持续存在，其局部温度可高达2000℃-3000℃，很容易引燃旁可燃物质，这种短路电弧往往成为火灾的点火源。因此，接地电弧性短路是最常见且多发的电气火灾起因。国外电气防火研究的结论如此，我国几年一些电气短路火灾的现场分析结果也是如此。（2）漏电电流引起火灾漏电故障点一般情况下接触会不实，似接非接，导致接触电阻较大，使过流保护装置难以动作，同时会在故障点处产生电弧。据检测，仅0.5A的电流其电弧温度就可达2000℃以上，足以引燃所有可燃物。保护零线可保护地线的线径大小容易被忽视，如果选择过小，当通过较大的漏电电流时，线路温升较快，同样也能引起火灾。45 还有一种情况，在潮湿的环境下，当带电裸导线接触木材，泄漏电流流经它有表面纤维素时，会使木材炭化发展成火灾事故。所以电气线路未经穿插管保护而通过可燃物时，是十分危险的，这种漏电的危险性存在于所有的配电系统中。（3）保护零线或保护地线的接线端子处连接不实，引起火灾。相线与零线接线端子连接不实，设备工作不正常可以及时发现处理，而保护零线或地线的接线端子连接不实，电阻过大，设备照常工作，但故障点不易发现。一旦发生漏电，由于故障点接头太松或腐蚀等，出现高阻，造成局部过热，连接端子处产生高温或电弧，能够引燃周围可燃物质，或者烧坏电器插座、开关等，引燃木质底座，这是较常见的漏电起火形式。（4）漏电电流引起火灾漏电持续发生后，由于电流不能流散，而寻找阻抗小的另一回路通地，会沿保护接零线（接地线）传导使所有与之相连的电气装置的金属外壳带有对地电压，这时就可能向邻近低电位的水暖管、煤气管等金属构件飞弧成为起火源，仅20V的维持电压就可使电弧连续发生，同样能引燃周围可燃物，如果是向燃气管飞弧，就可能击穿管壁，造成煤气泄漏引起火灾，需要说明的是，由于电压的传导，漏电点与起火点不一定会一致。2、造成漏电的因素造成漏电的因素很多，归纳起来，主要有以下几点：（1）低压配电系统的安装质量得不到保证。表现在：潮湿或有酸碱腐蚀性的环境中，电线明敷，设备未做保护直接安装；布线时，刀、钳、锤等损伤绝缘层；导线接头连接质量和绝缘包扎质量不符合要求等等不规范现象。（2）电气线路或设备疏于检查，因过负荷或使用年限较长等原因绝缘劣化；（3）选用假冒的电气产品；（4）外界因素：水分浸入、挤压、鼠咬等。3.3.2漏电火灾的防范措施为了防范漏电而引起火灾，国内外一般都采用装设正确合理的漏电保护器。现行的低压配电系统中设置的保护接零和过流保护装置等措施不能完全有效地防止漏电火灾的发生，因此，在建筑物电源总进线处应设置专用于防火的漏电保护器。为防止大面积停电，配电线路都应有接地故障保护，而RCD是最有效的接地故障保护器。因为当发生电弧性接地故障起火时，因电弧电流较小，断路器、熔断器往往不能在火灾发生前切断电源，而RCD则能立即动作切断电源。预防火灾的接地故障保护设置部位应考虑以下几点：（1）预防火灾的漏电电流动作保护器应设置在其保护范围内政党时漏电电流小于或等于150mA的部位；（2）高层建筑中，低压配电系统多为三极配电，预防火灾的漏电保护器应设在二级配电箱的总开关处；（3）对于高层住宅建筑应在每栋住宅进线总开关处设置预防火的漏电保护器；45 （4）在下列情况下，可考虑在三级配电的配电箱总开关处设的漏电保护器。（配电箱为建筑物内单独管理的部分房间或防火分区供电，配电箱供电的部位比较重要，且火灾隐患大）。在电源总配电箱和用户开关箱中应分别设置漏电保护器，其额定动作电流和额定动作时间应合理配合，使之具有分级保护的功能，除在手握式、移动式设备终端线路上安装30mA瞬动RCD外，还应在电源总干线上安装带少许延时的漏电保护功能的断路器。为了减小接地故障引起的电气火灾危险而装设的漏电电流动作保护器，其额定动作电流不宜超过0.5A，它主要用于防接地故障引起的电气火灾事故。RCD动作电流的选择：可按JGJ/T16-92等14.3.11条选择，在此只增设一条，为防止电气火灾，除在电气设备侧安装RCD，还应在电源进线端装设RCD，作为后备保护，RCD三级选择原则为：（1）对于分支线及线路未端用电设备选择RCD，取；（2）对于支路选择RCD，取；（3）干线选择RCD，取。4、其它防范措施（1）保护接零及保护接地线的截面积选择必须经过计算确定，并用碰壳短路电流校核。其接线端子必须可靠连接，不允许有松动，并经常检查其连接质量。（2）接地电阻值应符合要求电气设备的保护接地电阻值不应超过4，如用电设备的容量校大，熔体熔断电流也较大时，应增加接地线截面或并联接地体以充分减小接地电阻值，增大漏电短路电流，有利于保护装置动作。（3）实施等电位联结漏电保护器对于单相220V线路只提供间接接触保护，同时还存在因机件磨损、接触不良、质量不稳定、寿命较短等因素而导致动作失灵的种种隐患，不能单独成为一种可靠的保护措施，因此尚应实施等电位联结，才能有效地消除漏电的电气线路或设备与低电位的金属构件之间的电弧、电火花的产生，即消除漏电电压相起的火灾的可能。等电位联结是指将保护接零总线与建筑物的总水管、总煤气管、暖通管等金属管道或装置用导线联结的措施，以达到均衡建筑物内电位的目的，尤其是对于易燃易爆场所更有其不查替代的作用。3.4智能楼宇综合防雷设计的相关问题的研究随着信息技术的迅速发展，智能建筑物的建设向自动化、信息化和节能化方向发展，微电子应用技术为代表的新技术已渗透到智能建筑的各个应用领域，并且不断增大。建筑物内微电子设备繁多而且复杂，这些微电子设备通常属于耐过电压等级低，防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击。45 遭受雷击时，一部分能量（约50%）通过建筑物外部防雷装置泄入大地，另一部分能量则通过雷电流感应或耦合在金属管线上进入建筑物内破坏设备，因此，智能建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题摆在我们面前。3.4.1智能楼宇加强雷电防护的重要性雷击危害的分类探讨智能建筑物的雷电保护，必须对雷电进行了解，分析雷电是通过哪些方式、途径、渠道危害智能建筑物的。1、直击雷危害直击雷造成的电效应、热效应和机械效应的破坏作用很大：电效应：雷云对大地放电时，雷电流通过具有电阻或电感的物体时，因雷电流的变化率大（几十微秒时间内变化几万或几十万安培），能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以使电力系统的设施烧毁、导致可燃易爆物品的爆炸和火灾，引起严重的触电事故。热效应：很高的雷电流通过导体时，能使放电通道的温度高达数万度，在极短时间内将电能转换成大量的热能。雷击点的发热能量巨大，可使金属熔化。机械效应：雷电流作用于非导体上时，由于雷电的热效应，使被击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体受到严重破坏造成爆炸，机械效应对非金属油罐存在极大威胁。直击雷可直接作用在建筑物上，也可通过架空线路、露天的金属管路等途径侵入。另外，避雷装置接闪雷击时，在接闪器、引下线及接地体上都有可能产生很高的电压，可能对设备产生“反击”。2、雷电感应及雷电电磁脉冲的危害雷电感应及雷电电磁脉冲的危害是指雷电产生的静电感应和电磁感应对设备尤其是电子设备的危害：静电感应：雷云的静电感应是指带电的雷云接近地面时，对导体感应出与雷云符号相反的电荷，建筑物或设备顶部大量感应电荷不能迅速流入大地，从而产生很高的对地电压即静电感应电伏，能击穿数十厘米的空气间隙发生火花放电。电磁感应：雷电发生时产生很大的雷击电流，又是在极短的时间内发生，在其周围空间里产生交变电磁场，不仅会使处在这一电磁场中的导体感应出较大的电动势，还会在附近的传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线等部位产生感应电流并侵入设备，使连接在线路中间或终端的设备遭到损害。3.4.2智能楼宇的综合防雷措施智能楼宇的综合防雷是指在常规防雷的基础上，针对建筑物、特殊用房和重要设备采取的各种相应的防雷保护措施，以确保建筑物及建筑物内所有保护对象的防雷安全。包括针对建筑物的直击雷防护（外部防护）45 ，以及针对建筑物内设备、人员的雷电波侵入防护和雷击电磁脉冲防护（简称为“弱电防护”〈内部防护〉）两大部分。外部防护外部防护也称直击雷防护，属于传统防雷的范畴，依据建筑物的高度、结构等采取直击雷防护措施，防雷系统包括接闪装置（避雷针、带、网）、引下线和接地装置三大部分。在智能楼宇中，可以采取以下措施加强直击雷的防护：1、选用新型避雷针和接闪器在楼顶设计由避雷带，避雷针或混合组成的接闪器或选用新型避雷针和接闪器，传统避雷针在引雷后引发地电位反击和二次雷击效应。为了减少雷电流陡度和电磁辐射场，应选用阻抗型的避雷针和接闪器，或者采用提前放电式避雷针（如法国依丽达消雷器），提前放电式避雷针的主要原理是将一个高脉冲电压系列加在普通避雷针尖端，来引发自发电晕效果，形成上行先导，从而吸引雷电流更准确地通过避雷针形成的泄漏通道泄放雷电流。由于提前放电式避雷针在雷电泄放前提前放电，形成上行先导，所以它将传统的避雷针的被动吸引雷电流变为主动吸引雷电流。也就克服了传统避雷针的缺陷，相当于加长了传统避雷针的高度，自然在同等高度下也就加大了避雷针的保护角，2等电位连接等电位连接是把建筑物内所有的金属物，如混凝土内的钢筋、自来水管、煤气管，以及其它金属管道、机器基础金属物和大型的埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的零线、防雷建筑物的接地线，统统用电气连结的方法连接起来（焊接或可靠的导线连接），使整个建筑物空间成为一个良好的等电位体。当雷电袭击的时候，在这建筑物内部和附近大体上是等电位的，而不会发生内部设备被高电压反击和人被电击的事故。此外，在电力线、电话线、电视信号电缆、电子计算机讯号传输线等，一切与外界有联系的金属线都要接上合理的过电压保护装置（避雷器），且装置要与建筑物的防雷接地装置直接进行电气连结，使之成为等电位（实际上是准等电位，因为正常时各导线之间的电位差和雷击时的残压与雷电压比较是微不足道的，所以一般把这样的连接也称为等电位连接）。采用这些措施，可以有效的防止直击雷和削弱电压波的强度，减小雷击的破坏程度。但这些措施并不能完全消除电网中由雷电而引起的暂态过电压，感应雷电脉冲一般都在千伏以上降低。内部防护内部防护即上面所指的弱电防护，包括雷电波侵入防护和雷击电磁脉冲防护。它主要是针对智能楼宇的电子信息设备而设计。对于电子信息设备而言，雷电电磁脉冲能量的耦合主要通过以下三个通道侵入：一是雷电电磁脉冲能量通过各种多发管线通道（多发管道、多发构件、各种线缆等）的传导耦合；二是通过地线通道的传导耦合（地电位反击）；三是雷电电磁脉冲能量通过空间通道的辐射耦合。由于雷电的侵袭是无孔不入的，因此信息防雷是综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的。任何单一的防护措施，其效果都是有限的。1、防雷保护区45 根据国际电工委员会的《防雷击电磁脉冲（LEMP）》（IEC61312），信息防雷应根据雷电电磁脉冲的严重程度，将需要保护的空间划分为不同等级的雷电保护区（LPZ）。防雷保护区称电磁兼容分区。是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同，把建筑物内、外电磁环境分成几个区域。如图4-1所示：LPZ0区——区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各物体都可能导走全部雷电流，且本区内雷电电磁脉冲没有衰减。LPZ1区——区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZ0B区进一步减少。本区内雷电电磁脉冲经建筑物外墙的屏蔽而衰减。在防雷保护区的0区与1区的界面上，对建筑物来说就是屋顶与四周墙壁及地面，尽管采用笼式避雷网结构，但由于受大网孔、门、窗口等开洞的影响，雷电电磁脉冲仍将通过多种耦合途径侵入保护区内，其感应电压也会破坏建筑物内部的电气和电子设备。LPZ2区——区内的各物体不可能遭到直接雷击。雷电电磁脉冲经建筑物内墙的再次屏蔽而衰减。又称后续防雷区。如果需要进一步减小所导引的雷电流和电磁场，就应引入后续防雷区。应按照需要保护的系统所要求的电磁环境选择满足后续防雷区要求的条件。如建立专用的屏蔽室等。LPZ3区——机壳内部LPZ0外部雷击防护建筑物屏蔽(钢筋)电源系统中的线路房间屏蔽(钢筋)设备屏蔽(金属外壳)信息系统中的线路LPZ2LPZ1内部线路LPZ3设备金属部件图3-1智能楼宇的雷击防护区45 保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，划分防雷保护区的意义在于为内部防雷技术措施和有关防雷器件的选用提供电磁环境的依据。2、智能楼宇综合防雷的主要技术措施（1）拦截信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针（避雷带、避雷网）法。尽管避雷针对于电子信息设备有很多负作用，对其应抱趋利避害、积极、稳妥的态度，采取有效的技术措施予以抑制。（2）屏蔽屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。由于电场、磁场及电磁场的性质不同，因而屏蔽的机理也不同。按屏蔽的要求不同可分别采用屏蔽室（盒、管）的完整屏蔽体，或金属网、波导管及蜂窝结构的非完整屏蔽体。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。①静电屏蔽（电场屏蔽）——为了消除和抑制静电电场的干扰。②磁场屏蔽——为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。③电磁场屏蔽——一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的，干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。（3）均压（均衡）均压也称电位均衡连接（简称等电位连接）。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。该电位补偿系统的作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里，通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起五个等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不能存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的。（4）分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能多、尽可能迅速将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。由于雷电过电压的能量很大，单一的措施或一道防线都无法消除雷电过电压的侵害，必须采取多级防护措施才能将侵入的雷电过电压限制在安全的、设备能够承受的范围之内。45 第四章智能楼宇供配电系统的智能化智能楼宇配电系统的智能管理采用楼宇自动化系统（BAS）集中统一地进行监控和管理，既可节省大量人力，又可提高管理水平，同时可建立完整的设备运行档案、加强设备管理、制定检修计划，确保建筑物设备的运行安全，还可实时监测电力用量、开关控制和工作循环最优运行等多种能量监管，可节约能源、提高经济效益。在大型高级建筑物中，为业主提供舒适、安全的使用环境和高效、完善的管理功能的各种服务设施及装置、保证整个系统的经济运行，并提供智能化管理，它们的功能强弱、自动化程度高低是建筑物现代化程度的重要标志，因此楼宇设备自动化成为智能楼宇的重要组成部分。楼宇设备自动化系统包含的内容相当广泛，就一个典型的智能楼宇而言，BAS主要包含配电监控系统、照明监控系统、空调监控系统、消防控制系统、交通监控系统、保安监控系统、给排水监控系统。在这里，基于供配电系统设计，重点讨论当中的供配监控系统、照明监控系统和空调监控系统三个方面：4.1供配电监控系统供配电系统是智能大楼的命脉，因此电力设备的监控和管理是至关重要的。监控系统的主要功能是对供配电设备的运行状况进行监视。对各种电气设备的电流、电压、频率、有功功率、功率因数、用电量、开关动作状态、45 变压器的油温等参数进行测量，并根据测量所得的数据进行统计、分析、预告维护保养、进行用电负荷控制及自动计费管理并能够及时发现供电异常。除完成各种设备的监视功能以外，监控系统的另一个更重要的功能是随时监视电网的供电状况，一旦发生电网全部断电的情况，控制系统做出相应的停电控制措施，应急发电机将自动投入，确保消防、保安、电梯及各通道应急照明的用电，而类似空调、洗衣房等非必要用电可暂时不予供电。同样，复电时控制系统也将有相应的复电控制措施。图4-1供配电监控系统总体设计图图4-1智能楼宇供配电系统的总体监控画面一、监测功能（一）运行状态监测每一台断路器或接触器的运行／故障状态在监控计算机的大屏幕监视器上用不同的图标和颜色表示。如接通时，断路器的图标为接通状态，且显示红色。分断时，断路器的图标分断状态，且显示绿色。出现短路或过载脱扣等故障时，图标为分断状态，且显示黄色，同时有声音报警和文字提示，很方便值班工作人员及时处理故障。对于中压配电柜中的断路器还可在屏幕上显示接地故障信号、断路器位置信号、弹簧储能状态信号、自动／手动状态信号和控制回路断线信号等信号。对于其他需要监测的设备如柴油发电机、EPS应急照明系统电源等也有相应的状态显示。（二）运行参数的监测配电系统对主要运行参数如电压、电流、频率、有功电能和无功电能等参数，以及柴油发电机等其他设备的运行参数均进行自动测量和记录。在监控计算机的大屏幕监视器上的相应位置显示出这些参数的实时值，并按要求定时记录存盘。当这些参数的值超出允许范围时，屏幕上会自动出现文字提示及声报警，提示工作人员及时处理。本章工程以变压器配电实时数据监控为例，如下图所示，采用力控组态软件对变压器的运行参数进行监测。图3.2.3中，采取了仪表显示、数据显示和实时曲线的方法进行监控，监控的关键参数有：线电压、线电流、功率因数、有功功率、无功功率和视在功率。45 变压器配电实时数据监控界面图4-2变压器配电实时数据监控界面（三）用电量远程自动计量对每个用户和负荷的用电量进行连续的自动测量和记录，自动进行分时计费和形成电费报表。为了实现节能，这是十分必要的。用户和负荷的用电量计量结果可以用表格、负荷曲线或棒形图的形式供工作人员和用户查阅和分析。如发现某个用户的用电量异常增多，可立即进行查询，探明原因，防止电能的损失和浪费。本章实例只是对各支路的个别负荷进行实时监控，如下图所示。45 图4-3用户用电负荷曲线图（四）电能质量的监测对于一些对电能质量要求较高的用户还应监测相关的电能质量参数。如：（１）监测电网或回路的电压、电流的谐波总含量和各次谐波的含量；（２）监测和记录极其短暂的瞬变故障和瞬态过程：电压凹陷、电压不平衡度、频率变化、电压骤升、电压中断、电压波动、雷电波、放电、浪涌电流或启动电流等扰动；（３）波形捕捉：根据预设的条件或监控计算机发出的指令，捕捉预先设定的周期数或时间长度的电压／电流的稳态或瞬态过程波形。（五）故障报警事件的监测供配电系统运行过程中一旦发生故障，如断路器出现短路或过载脱扣、进线掉电、变压器超温或运行参数超限等，智能化供配电系统应立即发出声、光报警并打印输出。这时按照故障报警处理优先的原则不管监控计算机原来显示的是什么图形界面，都应能立即自动切换到出现故障的那幅图形界面上。根据显示的故障状态图标、故障原因的文字提示以及应急处理预案，值班工作人员可以很方便、及时、准确地处理故障。按下复位按钮，可以停止声报警，但只有在故障消除后，显示的故障状态图标才会恢复为正常的运行状态图标。告警类型包括：越限告警、变位告警、事件告警、通信状态告警；告警信息包括告警类型、发生告警的对象、告警内容、发生告警具体时间、确认状态等；告警信息查询方式：按类型、按时间段、按发生源、按等级等几种方式或按它们的组合。本章工程报警参数设置界面如下图所示，对变压器的油温进行允许在线更改的设置，用户可以按照具体需要设置报警极限值。图4-4变压器油温报警演示图45 （六）对变、配电设备的一些特殊参数的监测（１）蓄电池内阻：对于直流屏、交换机、EPS或UPS使用的蓄电池，目前往往只监测其充、放电电压和电流，不能有效地检查电池是否失效。为了防止出现因电池失效配电系统无法正常操作和运行，特别是无法及时处理故障造成严重后果，应在线监测每个单体电池的内阻，一旦发现某个电池内阻过高寿命终结时须及时更换。（２）带电母线的温度：各种电压等级的母线，包括相线和N线的温度是一个相当重要的参数。母线一旦超温发生故障，造成的后果常常是非常严重的。因此，实时监测带电母线的温度对于一些重要智能建筑的供配电系统来说是必不可少的。（七）漏电火灾的探测报警按照GB50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》（2005年版）第95节的要求，在高层建筑内火灾危险性大，人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。该系统应具备以下功能：（１）探测漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。（２）存储各种故障和操作试验信号，信号存储时间不应少于１２个月。（３）切断漏电线路上的电源，并显示其状态。（４）显示系统电源状态。通常，电气火灾漏电探测报警系统的探测区域不超过一个防火分区。变电站应设置电气火灾漏电探测报警系统。此时在低压配电柜中重要的馈出断路器的输出端安装电气火灾漏电探测报警用的剩余电流互感器。在建筑物内的观众厅、会议厅、多功能厅、防疫厅、网吧以及商场、购物中心、候车（机）室等人员密集场所的配电箱进线处也都设置剩余电流互感器和漏电火灾探测器。这些互感器通过与之配套的火灾漏电探测器监测剩余电流值并进行判断，一旦超限立即发出报警信号。火灾漏电探测器通过现场总线将所有信息上传到设在相应变电站现场的电气火灾区域报警器。区域报警器在显示屏上可实时显示剩余电流及报警信号，出现报警时会发出声、光报警信号。区域报警器经现场总线将所有信息分别传送给智能化供配电监控管理系统的监控站和消防中心。二.智能楼宇变配电设备监控系统的组成变配电设备监控系统和其他建筑物自动化系统一样由控制分站和中央站组成。它的输入信号由传感器提供，输出信号有各种开关动作或报警；在监控中心可以安装动态模拟显示器和操作台，它的功能有显示和控制主开关或断路器的状态，对应急或备用电源的控制等。1.传感器和执行器传感器或执行器是将电量或非电量转化为控制设备可以处理的信号装置。电量传感器是一种将各种电量如电压、电流、频率及功率因素转换为数字或计算机能接受的标准输出信号（电流0-5A45 ，4-20mA或电压0-10V）。用于楼宇管理系统对于楼宇内供配电系统各种电量的监测记录，包括电流互感器、电压互感器及多参数电力监测仪。多参数电力监测仪可以监测单相或三相电力参数，如电压、电流、频率、功率因数、谐波和电能，可提供测量计量参数监视能量管理等功能。它还提供通信接口如RS-485、4-20mA输出或脉冲输出。2.控制分站/电子继电器及智能断路器控制分站按照是否实现闭环控制功能分为分散控制型（DistributedControlPanel，DCP）和数据采集型（DataGatheringPanel，DGP）。控制分站主要完成实时性强的控制和调节功能。目前，一般系统采用智能型控制器。这种智能型控制器的控制分站可以采用下列设备：（1）采用单片机或单板机的智能控制器。（2）采用可编程控制器（PLC）。（3）采用微机（PC）,如工业控制机。采用微机配置适当的输入输出卡，可以处理模拟量或开关量，具有多个通信口，具体可以根据技术、经济比较来确定。3.中压开关柜微机保护监控系统智能化中压开关柜配置了微机保护的控制单元或电子继电器，取代了机电式继电器保护。微机保护和控制单元安装在开关柜上。中压开关柜微机保护监控系统的特点是保护功能可靠性高、速度快、精度高，保护稳定性及其灵敏度优化组合，不受电流互感器的限制，具有自检功能和抗环境电磁干扰能力。它还有一些新的功能，如故障滤波、通信、遥控、遥测、遥信等功能。它有对各种电量的计量、监测、报警作用。为满足不同的应用要求如进线和馈线、变压器、电动机、母线的保护，具有相应的产品。它提供完善的监控保护功能，一般提供网络通信接口，如RS-232、RS485可以接入BAS系统，可以实现远方监控。微机保护监控系统可以减少开支室的面积、减少开支电缆，减少维修工作量，进一步提高供电可靠性。微机保护装置分为输入回路（交流接口单元）、出口回路（直流出口单元）、CPU单元、存储器、人机接口和电源。（1）CPU单元：为微机继电气保护装置的核心，用来完成数据收集计算、逻辑判断处理、发出跳合闸命令等功能.。还可以同上层控制机通信，实现远方修改定值传递保护信息，打印故障报警等功能。由于电力系统正常运行时的参数与故障时的参数悬殊，有的甚至相差几十倍，所以输入信号动态范围大，一般采用分布式结构。按照单元设置CPU，双机并行工作。（2）存储器：有定值存储器、程序存储器、数据存储器等。定值存储器存储各种保护设定值，该芯片具有断电内容保护功能，且可在线修改内容。数据存储器RAM用来存取现场的各种输入输出内容、中间运算结果和判断结果，按需要时读出、写入或改写，一般用22k的芯片。程序存储器则用于存储已编好并具有保护功能的应用程序，一般用可改写的存储器EPROM。（3）输入回路（交流接口单元）：电力系统的电流、电压等，经电压互感器、电流互感器转换成100V或5A45 信号，由于这种信号数值大大超过微机所能接受的电压标准，这些参数在故障时变化很大，微机只能识别电压，所以必须把经过电压互感器、电流互感器变换后的电压电流再经交流接口电路转换成微机可能接受的电压值。并且在故障情况下也不会超过这个范围。为了限制输入信号的最高频率，采用低通滤波器，采样频率应等于或大于被测信号频率。在故障时电力系统可能出现高次谐波，实际的采样频率是工频的几倍甚至是几十倍。另外，继电保护的快速动作要求以及程序需要充分的执行时间，为了便于运算，采样频率常用600HZ。(4)出口回路（直流接口单元）：它包括出口跳闸继电器、磁保持继电器及发光二极管组成的灯光信号等。由于采样后的离散数字量也是瞬时值，不能直接用来判断系统状态，必须采用某种数学方法得出表征系统特性的参数，并与相应的整定值进行比较，从而做出保护动作与否的判断。特别是电力系统包含非线性铁磁元件、分布电容、补偿电容，使得短路电流中含有衰减的非周期分量和高频分量。为了克服这些因素的影响，除了采用滤波措施外，必须采用合适的数学的方法。(5)人机接口：有键盘、通信口、打印机、显示装置。通信口完成智能开关设备连接，一般用现场总线，如Lonwords、CANbus、Profibus总线等。电源：常用交流稳压电源、DC-DC和蓄电池。4.低压配电系统的综合自动化低压配电系统的综合自动化可以有两种方法实现：一种是采用智能型断路器，另一种方法是采用智能型控制单元。而智能型控制单元又分为两种：一种为电动机控制器，另一种为馈电控制器。从技术经济角度综合考虑目前多数工程对大容量断路器的框架式断路器采用智能型断路器，而对其他回路采用智能型控制单元。(1)智能型断路器：智能低压断路器是带有微处理器的控制器，它的保护作用具有长延时、短延时、瞬时过电流保护、接地、欠电压保护等。此外，还可以对负荷监测和控制、远方显示、测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波和电能等。通过网络通信接口RS-485、RS-232、RS-422可以接入BAS系统。它可与上位机进行数据交换，可接受上位机的指令，由上位机对断路器进行遥控操作，对断路器的整定值进行修改。它具有内置的电流互感器。(2)智能电动机控制器：具有对电动机的保护和监控功能，可以提供的保护功能有过载、缺相、欠载、空载、赌转、漏电等。智能电动机控制器可以应用于电机直接启动、正反转、直接启动附加控制单元、星/三角启动、自耦变压器启动、软启动等运行方式。它的显示功能、通信功能与智能型断路器一样。此外，还具有存储功能，能存储近期的运行状态、故障报警信息及各种参数值，它还具有通信功能。（3）智能型馈电控制器：它的保护功能较简单，如设置接地、过电流等保护功能。智能型电动机控制器、智能型馈电控制器，可以装在低压配电屏的抽屉上；对那些仅需由控制室监视其位置的断路器，可以装置多回路监控单元，对多台断路器进行监视。5.发电机组微机监控系统发电机组微机监控系统可以提供发电机的电气参数及热工参数，可以将发电机组微机监控系统与变电所管理分站联网。变电所管理分站可以对发电机组进行启动、停止运行等控制。4.2、照明监控系统照明监控与节能有重大关系。大型建设中它的耗电仅次于空调系统，与常规管理相比，BAS控制可省电30%-50%，这主要是对厅堂及其办公室和客房进行“无人熄灯”45 控制。这些控制可以利用软件在计算机上设定启停时间表和按值班人员运动路线等及建筑空间使用方式设定灯具开环控制的开闭时间，也可以采用门锁、红外线等方式探测是否无人而自动熄灯的闭环控制方式。4.3、空调监控系统设计空调监控系统的目的在于，创造一个良好的空气环境，既根据季节变化提供合适的空气温度、相对湿度、气流速度和空气洁净度。在智能建筑中，由于使用着大量的办公设备和电信电气设备，空调负荷中主要是内部发热量引起的负荷，在设备使用高峰期，设备发热量可达内部发热量的50%左右。因此，智能化办公大楼的内区基本上全年供冷，周边区可能出现供热---供冷交替反复形式。夏季冷负荷，智能化办公大楼可以达到一般办公大楼的1.3-1.4倍，而冬季热负荷却仅为后者的50%。从国内外工程实例看，智能建筑中的空调方式，多采用半集中式空调系统。根据使用功能不同，将集中与分散灵活地结合起来，对于营业厅、多功能厅等公共场所采用集中式系统（全空气系统），对于办公室、客房等则采用风机盘管加新风系统（空气——水系统）。这使设备及风井风道布置灵活，并可与建筑设计密切结合，也为自控及节能提供了方便。在智能建筑中，各种楼宇自动系统不是完全独立运行的，许多情况下需要系统间相互协调。例如，消防系统在发现火灾报警后，要通知空调系统、给排水系统转入火灾运行模式，以利于人员疏散；电力系统则需要停掉一些供电线路，以保证安全；保安系统在发现匪警时也要求照明系统、交通系统进行一些相应的控制动作。这些协调控制需要在BAS控制中心通过计算机和值班人员的相互配合实现。图4-5基于现场总线的智能供配电监控系统45 楼宇智能化是人们对生存环境要求的一个质的转变。科技进步日新月异，综合国力竞争日趋激烈，现代化水平不断提高，用计算机完全上述各种管理与统计工作就显得十分重要。它能显著减少管理人员工作量和提高科学管理水平。基于现场总线的智能配电监控系统运用现场总线及网络通讯技术实现对配电系统的全面监控，它广泛应用于智能建筑、市政工程、工业工程等35KV/10KV及以下的配电监控，是传统配电监控系统的替代产品。如图5-1所示：监控系统独立自成系统：实现对高压系统、低压系统、变压器、直流系统的监控；同时可以实现与楼宇自控系统、综合监控系统的通讯连接。结束语本文是在范国伟老师的悉心指导下完成的。从毕业设计题目的选择、到课题的研究和论证，再到本毕业设计的编写、修改，每一步都有范老师的细心指导和认真的解析。在范老师的指导下，我在各方面都有所提高，老师以严谨求实，一丝不苟的治学态度和勤勉的工作态度深深感染了我，给我巨大的启迪，鼓舞和鞭策，并成为我人生路上值得学习的榜样。使我的知识层次又有所提高。同时感谢所有教育过我的专业老师，你们传授的专业知识是我不断成长的源泉也是完成本论文的基础。也感谢我同一组的组员和班里的同学是你们在我遇到难题是帮我找到大量资料，解决难题。再次真诚感谢所有帮助过我的老师同学。通过这次毕业设计不仅提高了我独立思考问题解决问题的能力而且培养了认真严谨，一丝不苟的学习态度。由于经验匮乏，能力有限，设计中难免有许多考虑不周全的地方，希望各位老师多加指教。参考文献[1]戴瑜兴，黄铁兵.民用建筑电气设计手册[M]，中国建筑工业出版社，2003。[2]徐大军.关于住宅小区配电所模式的探讨，浙江电力，1999.5，18-20，27。[3]张勇.居民小区“配电进户”的设想，供用电1999.1，17-20。45 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