王国宁
民航机场规划设计研究总院有限公司
摘要
航站楼作为机场最重要的建筑，其供电的可靠性是整个机场的重中之重。电气设计要兼顾可靠性与稳定性，并为旅客提供舒适的照明，同时满足旅客各种用电需求。航站楼的运行对机场影响重大，因此，其电气系统的设计尤为重要。在设计过程中要考虑多方面的因素和标准，以保证电气系统安全、稳定、高效地运行.本文通过设计，加深对供配电系统的理解，熟悉供配电设计中的规范、规程和图集。锻炼分析和解决问题的能力以及动手设计的能力。这将为我们今后在设计院的工作奠定坚实的基础。
关键词：机场；航站楼；电气设计
一、 引言
随着时代的发展，人们的生活水平越来越高。同时，现代建筑对高品质生活的要求也越来越高。建筑正在向智能化方向发展。建筑电气在建筑智能化过程中起着重要的作用。无论是高压系统还是低压系统，其设计标准都是安全、可靠、经济、方便。
通过设计，简单实用，易于操作、管理和维护，降低了综合投资。利用建筑电气及其自动化的知识，建筑电气的安全性和可靠性可以达到更高的标准，体现了当代办公环境的智能化。它为人们提供了一个舒适快捷的办公和生活环境。
二、负荷等级及负荷计算
2.1负荷等级
某机场航站楼内，从大楼的总配电箱到各楼层的楼层配电箱，根据现行建筑电气规范，采用分区干线配电。对于用电量大或重要的用电单位，只需直接从配电室放射状分布建筑物或建筑群；每层配电箱至各用户配电箱采用辐射状分布。
电力负荷应根据供电可靠性要求和停电对人身安全和经济损失的影响程度分级，并应符合下列要求：
符合下列条件之一的，应视为已加载。
1)当电源中断会造成人身伤害时。
2)当供电中断会造成重大经济损失时。
3)供电中断会影响重要用电用户的正常工作。
在一级负荷中，当中断供电会造成人员伤亡或重大设备损坏或中毒、爆炸、火灾时，以及在特别重要的地方不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。
满足下列条件之一的，应视为二次负荷。
1)当供电中断会造成重大经济损失时。
2)供电中断会影响重要用电用户的正常工作。
不属于一级和二级荷载的应为三级荷载
可以得出结论，一般工程的荷载等级分为：
一级负荷：消防控制室配电、消防电梯、消防排水泵用电、消防栓泵、喷淋泵等消防设备用电、各楼层疏散指示、应急照明、电信弱电间等。
二级负荷：生活水泵、地下车库一般用电；
三级负荷：其他电力负荷和一般照明。
2.2负荷的计算
根据负荷计算依据：计算负荷又被称为半小时内的最大负荷，是在供配电设计时如何来选择我们的变压器容量，来确定选择什么样的备用电源，包括无功补偿容量等，如何选择电器、电缆以及导线，如何来计算电压的偏差、功率的损耗等等的依据。在本工程中，我们可以依据其设计好的工程图来取得数具据。
目的：负荷计算是为了我们选择变压器、断路器、互感器、熔断器及导线电缆参数选择的数据的方便，也为了我们能够更好的在满足电路需要的情况下，最大的节省经济消费。
单位指标法、需要系数法及利用系数法。本次机场航站楼的配电设计我们只运用到：需要系数法：
在所需要计算的范围内，我们将用电设备的不同，按其性质的分成多个不同的组别，然后对每一组别分别通过计算来选择自己的需要系数，再算出每组设备的正确的用电负荷，根据每组计算负荷求总的计算负荷，这种方法我们一般称作为需要系数法。
三相用电设备组的负荷计算公式为：
根据公式计算所得：
一级负荷：478.3kW，Pjs = 382.64kW(Kx取0.8)；
二级负荷：26kW，Pjs = 26KW(Kx取1)。
三级负荷：1206kW，Pjs = 844.2kW(Kx取0.7)；
三、无功功率的补偿
3.1无功功率的补偿原则
根据国家电网等供电单位对所有用电单位的功率因素的要求：低压供电的功率因素一般要求为0.95以上，高压供电压的功率因素一般为0.9以上，如果用电单位的自然总平均功率因数较低，应当采用必要的无功功率补偿设备来提高功率因素。本机场航站楼的功率因素较低，采用补偿的办法就是在低压配电间的配电母线上安装多组电力电容器，使补偿供电范围内的无功功率达到提高功率因数，以满足规范的要求，也就是功率因数在功率补偿前为cos，功率因数在功率补偿后为cos′补偿容量为：
3.2无功功率的补偿计算
变配电所低压侧的计算负荷为：
根据变压器的选择原则，本次的两台变压器的容量为800kv·A。
变配电所低压侧的功率因数为：
根据计算确定无功功率补偿容量
现要求变电所高压侧的功率因数不低于0.9，然而在变压器低压侧进行功率补偿时，结合目前的实际情况，及对比发现，大部分的损耗都发生在无功功率上面，为了更准确的计算出补偿功率的容量，我们可以按低压侧功率补偿后的功率因数为0.92来计算补偿功率的容量。
因此，根据计算需装设的电容器容量为
四、变压器的选择
4.1 如何确定变压器的台数
根据对整栋机场航站楼的配电计算得出整栋楼负荷，结构配电干线系统图以及负荷对供配电的可靠性的要求及经济性级，用电发展规划的等综合因素来考虑确定。通常情况下，设置的变压器台数越多，供配电可靠性越高，但是这样就会使设备投资大，运行的费用高。因此，我们在满足用电可靠的前提下，变压器台数尽量控制越少越好。同时我们在确定变压器台数时，还应适当考虑负荷的后续增长，在配电时留有一定余地，以备后续用电负荷的增加。
根据国家电气设计规范，对不同负荷等级对选择不同的变压器有着不同的要求。有的变配电房，供电范围内主要时一级负荷或者时二级负荷，为了满足供电的可靠性，通常我们会选择采用两台变压器同时供电；由的变配电房供电范围内只有二级负荷，同时附近能获得备用电源，（可以是能满足要求的发电机房或者是另外一路市政电源），就可以采用一台变压器的方式；有的变配电房供电范围内供电幅度波动较大，由的企业的生产具有季节性，在生产高峰用电量较大，在淡季用电量较小，有的企业只在白天正常生产，夜间用电量很小，这样就可以采用正常用电时采用两台变压器供电，在用电低谷或者晚上切断一台变压器，只用一台变压器供电；
4.2变压器选择的计算
本设计为一级负荷，且昼夜负荷变化较大，负荷较为集中。所以根据实际用电状况，采用两台变压器供电。
由于在夜间或者用电低谷切断一台变压器，只用一台变压器供电，此时应满足总负荷大约70%的左右的需求，即
五、短路电流的计算
5.1回路短路故障的原因
回路短路故障通常指在运行中的电力系统或工厂配电系统的相与相或者相与地之间发生金属性的非正常连接。配电的短路产生的主要原因是：在整个供配电系统中带电部分的电气绝缘出现破损，而导致这种破坏的原因有：雷击、电压、绝缘材料的老化，以及运行的工作人员的错误操作和鸟害、鼠害，甚至施工的大型机械操作不当引起的故障等。
5.2短路故障的种类
在电力系统中，由于短路会造成瞬时高压，是的对整个回路中的导线及相关的用电设备等产生极大的危害：我们根据不会的短路情况，把它分为四种类型：单相短路、两相短路、两相接地短路及三相短路。在整个的电力系统中，我们在干线或者重要的消防负荷都会采用三相电，采用三项回路不易产生短路，通常在支线，普通的照明回路等都会采用单项回路，经济性好，但是也较容易发生短路的情况。由于三项回路和单项回路的差异，因而通常以三相电回路短路时的短路时电流热效应和电动力效应来校验电气设备。
5.3三相电短路电流的计算
此次航站楼的电气设计中三相电短路电流的计算我们根据综合考虑将用标幺值法计算。?
标幺值法计算短路电流的步骤大致可以分为：1）选择基准电压、基准容量、计算短路点的基准电流2）计算短路回路中每个元件的电抗标幺值3）绘制短路回路的等效电路4）求总电抗标幺值5）统计并计算三相电短路周期分量有效值以及其他短路参数6）列出短路计算表格。
本机场航站楼的三相短路电流的计算以变压器低压侧母线段的短路为例。
示意图如下：
通过等效电路图，我们就可以求解k1点的总等效电抗标幺值，再根据解出的总等效电抗标幺值解出三相电短路电流的短路容量：
六、设备选型
6.1 低压断路器
低压断路器通常被称为称空气开关（又简称空开）。它不仅可以带负荷断电路，并且能在短路过负荷及低电压下自动跳闸。因此，低压断路器广泛用于变配电系统的交、直流低压配电装置中。
通常情况下本机场航站楼的设计额定电压要大于大楼实际使用的额定电压，以确保大楼的用电安全。再正常的用电过程中，导线通过的最大负荷电流要大于额定电流()，也就是：
低压断路器的级数和结构形式应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求。?再电气设计中最常见的低压断路器：塑壳式断路器和万能式断路器：塑壳式断路器我们一般使用在楼层或者干线部分的配电中，通常它的左右部件和相关导电部分都安装在一个不导电的塑料外壳内，在塑壳中央露出操作手柄，供手动操作用；万能式断路器，它敞开地装设在金属框架上，其保护方案和操作方式较多，装设地点灵活。
低压断路器的选用：额定断开电流应不小于实际断开瞬间的短路全电流。额定关合电流应不小于冲击短路电流的有效值。
6.1.1低压母线上的断路器
低压母线上的断路器的选择，由于采用双回路进线，两路母线同时工作，所以两段母线的负荷、电流等数据都可以视为平均分配。?
6.1.2各支路上断路器
每间办公区电气设备断路器的选择：C65N-D32A
每间办公区照明设备断路器的选择：C65N-D32A
每层断路器的选择：NSX100
七、导线的选择
电气照明工程中常用的导线有架空线、电缆、低压绝缘导线三种。本设计中电力电缆的选择：干线部分采用无卤低烟阻燃的电缆；消防干线部分采用矿物绝缘电缆及无卤低烟阻燃耐火的电力电缆；导线的选择：普通的照明、插座及空调等属于三级负荷的一般采用无卤低烟阻燃型的导线，应急照明等消防负荷一般采用无卤低烟阻燃耐火的导线。
7.1导线的选择
电缆和导线的型号的选择除了根据大楼本身的性质（本机场航站楼为一类高层）导线的铺设方式：通常有明敷、沿墙暗埋，埋地等根据实际情况来选择导线，同时还要根据导线所处的电压等级来综合考虑导线的大小。我们再电气设计过程中可以以下方式来选择我们再实际施工过程中使用哪种电缆及导线：
导线的发热原则
即系统最大负荷电流运行时发热，但不至于引起系统的温度超过电缆或者导线的允许最大温度，不会因为过热而引起电缆或者导线绝缘体损坏或者老化。
我们可按下式计算：
2）电压的损失原则?
由于各个导线回路阻抗的存在，当负荷电流通过导线时就会产生一定的电压损耗。所谓电压损耗，通常是指导线回路首端电压和末端电压的代数差。我们在实际设计中，为确保供电过程中用电的使用效率，高压配电（6~10KV）的线路，由于发热产生的损耗，一般不允许超过整个线路中额定电压的百分之五；配电变压器一次侧出口到用户使用设备的受电端的低压配电线路的所产生的电压损耗，根据电气设计规范应不能超过设备额定电压（220V、380V）的百分之五；我们在设计中，对那些视觉要求较高的照明回路，则不得超过其额定电压的百分之三。如果电压损耗超过了允许的最大值，则应适当加大电缆或者导线的横截面，使之能满足电压损耗的要求。
3）机械强度原则
在配电系统运行条件下，导线应有足够的机械强度，以防导线断裂，保证供电安全和供电质量。为满足机械强度的要求，对于室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于。此外，为了保证安全，规程规定1~10kV架空线路不得采用单股线。
4）热效应的校验原则
由于导线短路时，导线需要承受系统短路所产生的电流热效应，我们就需要根据供配电系统发生故障时的状态，并对所有故障状态时的提论数据进行归纳整理，从而进行导线的热销校验，以确保线路的安全使用。
5）经济电流密度原则
所谓的经济电流密度，通常就是指相对应的用于经济截面的导线电流密度，一般用表示。根据我国现行的经济电流密度规范，可参见以下表格：
按经济电流密度选择导线截面时，通常可以按下面的公式计算：
7.2变压器的低压母线选择
（1）机械强度校验
明敷导线截面积大于，满足要求。
（2）线路电压损耗校验
总结
通过本次对机场航站楼配电系统从设计到绘图加深了对专业知识的理解和应用，对有关规范、标准有了更加深刻的体会，对建筑电气设计有了全面的认识。，航站楼的运行对机场影响重大，因此，其电气系统的设计尤为重要。在设计过程中要考虑多方面的因素和标准，以保证电气系统安全、稳定、高效地运行。
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