供配電系統的原理以及數據中心供配電系統的設計要求

電能是國民經濟各部門和社會生活中的主要能源和動力，是應用非常廣泛的二次能源。電能可以比較容易地從其他形式的能量轉換而得，又能很方便地轉變成其他形式的能量，并可以很經濟地遠距離傳輸。

電能的控制、分配、測量都很方便。建筑物所需電能由電力系統提供，由于發電廠距用戶較遠，需要通過輸電線路和變電所等中間環節，才能把電力輸送給用戶。同時，為了提高供電的可靠性和實現經濟運行，常將許多的發電廠和電力網連接在一起并聯運行。

所謂電力系統就是由各種電壓等級的輸電線路將發電廠、變電所和電力用戶聯系起來的一個發電、輸電、變電、配電和用電的整體。如圖1所示。

圖1：電力系統示意圖

1.電力網或電網

電力系統中各電壓等級的電力線路及其聯系的變電所稱為電力網或電網。電網通常分為輸電網和配電網兩大部分。由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成的稱為輸電網，其作用是將電力輸送到各個地區或直接供電給大型用戶。35kV以下的輸電線路稱為配電網，其作用是直接供電給用戶。

2.變電所

將來自電網的電源經變壓器變換成另一電壓等級后，再由配電線路送至各變電所或直接供給用戶的電能供配電場所稱為變配電所，簡稱變電所。

3.配電所

引入電源不經過變壓器變換，直接以同級電壓重新分配給各變電所或供給各用電設備的場所稱為配電所。

建筑中由于安裝了大量的用電設備，電能消耗量大，為了接受和使用來自電網的電能，內部需要一個供配電系統，該系統由高壓供電系統、低壓配電系統、變配電所和用電設備組成。通常對大型建筑或建筑小區，電源進線電壓多采用10kV，電能先經過高壓配電所，再由高壓配電所將電能分送給各終端變電所。經配電變壓器將10kV高壓降為一般用電設備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備使用。

智能建筑供配電系統

智能建筑的負荷等級劃分

由于智能建筑用電設備多、負荷大、對供電的可靠性要求高，因此應對負荷進行分析，合理、準確地劃分負荷等級，以便組織供配電系統，使之既能做到供電合理，不造成浪費，或使初投資不增加。負荷等級劃分的原則主要是根據中斷供電后在政治、經濟上造成影響的程度而定。按照《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T 16-1992)對負荷等級的劃分標準如下：

①一級負荷。中斷供電將造成人身傷亡者；中斷供電將造成重大的政治影響者；中斷供電將造成重大的經濟損失者；中斷供電將造成公共場所的秩序嚴重混亂者。

②二級負荷。中斷供電將造成較大政治影響者；中斷供電將造成較大經濟損失者；中斷供電將造成公共場所的秩序混亂者。

③三級負荷。凡不屬于一級和二級的負荷。

在智能樓宇用電設備中，屬于一級負荷的設備有：消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙設施、火災自動報警、自動滅火裝置、火災事故照明、疏散指示標志和電動的防火門窗、卷簾、閥門等消防用電設備；保安設備；主要業務用的計算機及外設、管理用的計算機及外設；通信設備；重要場所的應急照明。屬于二級負荷的設備有：客梯、生活供水泵房等。空調、照明等屬于三級負荷。

智能建筑用電設備的特點

智能建筑通常是高層建筑，與一般建筑相比，其用電設備具有如下的特點：

①用電設備種類多，有電氣照明設備、電梯設備、給排水設備、冷熱源設備、洗衣房設備、廚房設備、暖通空調設備、消防用電設備以及弱電設備等。

②用電量大，且負荷密度高。智能建筑的用電負荷比較集中，一般情況下，空調用電負荷約占總用電量的50％，照明負荷約占總用電量的20％～30%,電梯、水泵以及其他動力設備約占總用電量的25％～35％。一般，像高層旅游賓館和酒店、高層商住樓、高層寫字樓等智能建筑的負荷密度都在60W/m2以上，有的高達150W/m2。

③供電可靠性要求高。智能建筑中有相當數量的負荷屬于一級負荷，如消防用電等。所以智能建筑供電可靠性要求高，一般均要求有兩個及兩個以上的高壓供電電源，并設置柴油發電機組（或燃氣發電機組）作為備用電源。

④電氣線路多，電氣系統復雜。由于智能建筑的功能比較復雜、用電設備種類多、供電負荷多且可靠性要求高，導致智能建筑的電氣系統很復雜。電氣系統復雜了，電氣線路也就多了。不僅有高壓供電線路、低壓配電線路，而且還有火災報警線路、防盜報警線路等弱電系統線路。

智能建筑用電設備分類

智能建筑的用電設備很多，根據用電設備的功能可將其分為3類，即：保安型、保障型和一般型。

①保安型負荷。保證大樓內人身安全及智能化設備安全、可靠運行的負荷。這類負荷有：消防負荷、通信及監控管理用計算機系統等用電負荷。

②保障型負荷。保障大樓運行的基本設備負荷。這些負荷有：主要工作區的照明、插座、生活水泵、電梯等。

③一般負荷。除上述負荷以外的負荷，如：一般的電力、照明、暖通空調設備、冷水機組、鍋爐等。

智能建筑供配電系統的特點

①由于用電量大，一般供電電壓都采用10kV標準電壓等級，有時也可采用35kV，變壓器裝機容量大于5000KVA。并設內部變配電所。

②按照《高層民用建筑設計防火規范》的有關要求，為了確保智能建筑消防設施和其他重要負荷用電，智能高層建筑一般要求兩路或兩路以上獨立電源供電，當其中一個電源發生故障時，另一個電源應能自動投入運行，不至同時受到損壞。另外，還須裝設應急備用柴油發電機組，要求在15秒鐘內自動恢復供電，保證事故照明、電腦設備、消防設備、電梯等設備的事故用電。

③高層建筑的用電負荷一般可分為空調、動力、照明等。動力負荷主要指電梯、水泵、排煙風機、洗衣機等設備。普通建筑的動力負荷都比較小，且一般大部分放在建筑物的底部，因此變壓器一般也都設置在建筑物的底部。但是隨著建筑高度的增加，在超高層建筑中，電梯設備較多，電梯負荷隨之增大，此類負荷大部分集中于大樓頂部。

水泵容量也隨著建筑的高度增大，豎向中段層數較多，通常設有分區電梯和中間泵站。在這種情況下，為了減少變配電系統的電能損失，采用變壓器深入負荷中心的方式，宜將變壓器按上、下層配置或者按上、中、下層分別配置，變壓器進入樓內而且上樓。供電變壓器的供電范圍大約為15-20層。

④由于供電深入負荷中心，變壓器進入樓內，為了防火的需要，不能采用一般的油浸式變壓器和油斷路器等在事故情況下能引起火災的電氣設備，而采用干式變壓器和真空斷路器。

智能建筑的高壓主接線

圖2:高壓主接線方式

智能建筑具有電氣設備多、人員密度大、火災隱患多、對消防安保要求高、用電負荷大等特點，對供電可靠性及供電質量要求都很高。通常采用一路主供、一路備用的方式集中供電。

圖2是智能建筑中常用的高壓主接線方式。兩路電源同時工作，當其中一路發生故障時，由母線聯絡開關對故障回路供電。具有單母線分段、自動切換、互為備用的特點，可保證較高的供電可靠性。

自備應急柴油發電機組

目前城市電網的供電狀況雖然較穩定，但對一個建筑物來說，即使城市電網已提供兩路電源，并且有時這兩路電源來自不同的上一級變電站，但實際運行中，一路電源檢修時不排除另一路電源出現故障的情況，而且還有可能兩路電源同時出現故障(因為再上級電源往往是同一電源)。因此，為了確保大廈供電的可靠、安全，設置自備柴油發電機組是必要的。

自備應急柴油發電機組應始終處于準備啟動狀態。當市電中斷時，機組應立即起動，并在15s內啟動且供電；當市電恢復后，機組延時2～15分鐘（可調）不卸載運行，延時時間到后主開關自動跳閘，機組再空載冷卻運行10分鐘后自動停車。

智能建筑的低壓主接線

智能建筑變配電所的低壓主接線一般采用分段單母線接線方式，母聯開關手動或自動切換。低壓配電的接線方式可分為放射式和樹干式兩大類。放射式配電是一獨立負荷或一集中負荷。它們均由一單獨的配電線路供電，一般用在單臺設備容量較大、容量比較集中或供電可靠性高的場所。例如大型消防泵、生活水泵和中央空調的冷凍機組，供電可靠性要求高，且單臺機組容量較大，因此通常都采用放射式專線供電。

樹干式配電是一獨立負荷或一集中負荷按它所處的位置依次連接到某一條配電干線上。樹干式配電所需配電設備及線纜消耗量較少，系統靈活性好，但干線發生故障時影響范圍大，一般適用于用電設備比較均勻，容量不大，又無特殊要求的場合。

目前智能建筑低壓配電方案是：在干線上基本采用放射式，而樓層間配電則為混合式?；旌鲜郊捶派?樹干的組合方式。圖3（a）~圖3（c）分別為放射式、樹干式和混合式接線圖。