建筑电气设计中有关电压降问题的分析

陈建雄 张丽丽

摘 要：電力系统的电能质量是指电压、频率和波形。建筑电气设计中，对电能质量产生影响的多集中在电压方面，设计方案不合理就容易出现电压降超出允许范围。本文就设计中常遇到的电压降问题进行分析并总结了解决办法。

关键词：电压降；建筑电气；供配电

《供配电系统设计规范》GB50052-2009对电压偏差的规定为：正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值宜符合下列要求：

a.电动机为±5%额定电压。

b.照明：在一般工作场所为±5%额定电压；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为+5%，-10%额定电压；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5%，-10%额定电压。

c.其他用电设备当无特殊规定时为±5%额定电压。

建筑电气设备主要供电范围为交流380V及以下，本文就这一电压范围内的供配电及控制系统中常出现电压降问题进行分析。

1）各种电压等级都有合理的供电范围，低压线路的供电半径应根据具体供电条件来定，干线一般不超过250米，当超过常规距离时，需要重视压降问题，这种情况多数出现在建筑物之间的供电，解决方式主要有：

a.优化供电路线，如果通过穿越建筑的方式减少绕行，可减少供电距离。

b.如果负载功率因数较低，可选择增加就地无功补偿，降低无功电流。

c.增大供电导体截面。

以上情形是最普通的压降问题，不易被忽视，但有些情况即使没超出常规距离也会出现压降问题。

2）交流电动机起动时电流为额定电流的4～8.4倍，大电流对低压母线电压造成冲击。一般情况下，电动机频繁起动时，配电母线上的电压不应低于系统标称电压的90%，电动机不频繁起动时，不宜低于标称电压的85%，如果没有照明负荷时为80%。为限制电压波动，在工艺允许的前提下，多采用降压启动方式。在设计中设计人往往只考虑电机的容量来选择是否采用降压起动方式，正确的做法应该考虑电机与变压器的容量比决定是否有必要采用降压方式。以鼠笼电机为例，如果单纯考虑电机启动的条件，当经常起动的电机容量占变压器的容量的20%以上时，才需要考虑降压启动。消防水泵往往是全压直接起动，对于给消防水泵供电的柴油发电机尤其需要考虑水泵电机起动容量对系统造成的压降，选择发电机容量时要校验最大电动机起动时母线压降在20%以内，单考虑稳定负荷容易导致发电机容量选小。

3）在照明配电中，规范规定每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数或发光二极管灯具数不宜超过25个；链接建筑装饰性组合灯具时，回路电流不宜超过25A，光源数不宜超过60个，连接高强度气体放电灯的单相分支回路的电流不宜超过25A。对于普通的荧光灯以36W计算，25个为900W，最大回路电流约为4.55A，在功率因数为0.9的情况下，截面积为2.5mm2的聚氯乙烯铜芯电线线穿管敷设的220交流电压损失为6.89%/A.km，按照5%的压降计算5/（6.89*4.55）=0.16，即在0.16公里内满足电压降要求，从照明配电箱到末端灯具正常都在这个距离范围内，照明配电箱干线的压降相对较小可不考虑。但是对于工厂内高大空间的照明不同于以上的计算，高大空间需要大功率灯具，而且供电距离长，假设一个回路共有5个400W的220V灯具，电流为10A，从电流看使用2.5mm2满足要求，按照5%的压降计算5/（6.89*10）=0.073，对于车间而言，经常会有上百米的距离，从照明配电箱到末端灯具有时会超过73米距离，且此时并未考虑配电箱干线的压降，如果都计算在内，距离会更短。这种情况是设计人员容易忽视的地方，当照明线路电流较大时就需要考虑供电距离，适当增加线路截面积。路灯的配电中同样需要考虑电压降的问题，不过因为路灯一般供电距离较远，设计人员不易忽视压降造成的影响。

4）在工厂配电中，常碰到起重机配电，起重机配电需要根据电压降来选择设备。按照要求自供电变压器的低压母线至起重机电动机端子的电压损失，在尖峰电流时，不宜超过额定电压的15%。起重机压降的实质属于电动机启动时的压降问题，只在起重机配电采用滑触线供电时，情况稍有不同。在起重机供电线路中电压损失的分为三部分，起重机内部电压损失为2%～5%，电源线约为3%～5%，滑触线约为5%～10%。按照最不利情况5%选择滑触线的电压损失。通常为了减少电压降，电源从滑触线的中部供电。当起重机滑触线出现电压降超范围时，应校验电源线电压降与滑触线电压降之和是否超10%。如校验不满足要求，常用的有以下几种途径解决：a.增大滑触线截面积；b.增大电源线截面积；c.增加滑触线的供电点，同时也增加了电源线的截面积。其中增大滑触线截面积不但降低了电压降，还增加了滑触线的强度，减少了滑触线备件的种类，截面大的滑触线维护保养相对容易。

5）不仅在220/380V配电系统中易出现问题，在电气控制系统中也有电压降不满足要求的地方。在火灾自动报警系统中，主要用电部分在系统联动控制中，当联动的设备超出电源供电合理范围时就会造成电压降问题。

在电源总线中主要用电设备分为两类：

第一类：输出模块控制中间继电器，中间继电器控制消防设备，这类有消防风机、水泵、卷帘门、启动应急照明、强切非消防电源等。主要耗电为中间继电器的功耗，多数中间继电器的线圈驱动电流约为50mA以内，工作允许电压降能达到25%～30%，此类负载功率小，电压降允许范围大，需要注意的是供电距离，应按照最远距离校验电压降是否满足要求。

第二类：输出模块直接供电给电动防火阀、电动排烟阀、电动正压送风口、电磁阀等设备，这类设备用电量大，防火阀排烟阀的电流约为0.5A，电磁阀的动作电流约为0.8～1A，这些阀是电源总线的主要负荷。直流电磁阀允许的电压降为10%。在配置24V电源时需要统计所带负载容量，计算总负荷，并留有一定余量。在选择电源总线截面时需要校验最不利情况时设备电压降是否满足要求。

以24V电源总线同时动作10个排烟阀和8个电磁阀为例计算电压降，总线电流为13A，选用截面积为2.5mm2的铜芯电线，按照负荷矩的方式来计算，电压降为10%，负荷矩为3610W.m，3610/（24*13）=11.6，即供电距离为11.6米，超过此范围压降不满足要求，如果超出此距离应选用更大截面的电线。再以截面积为4mm2的耐火铜芯电线线穿管敷设为例，总线电流假定为20A，电压降为10%，负荷矩为5776W.m，5776/（24*20）=12，即供电距离为12米。

实际情况中除了配线造成压降问题，电源容量偏小是经常碰到的，在设计院图纸中往往不体现电源具体容量，在施工方深化设计时对电源合理性把握参差不齐，容易出现负载超过电源合理范围，造成电源输出端子的电压降超范围。

解决电压降大的办法主要手段是增大电源容量、电线截面增大、采用分布式24V直流电源缩短供电距离、采用合理控制策略降低同时工作的负载。增大电源和电线截面積都会增加资金投入，分布式直流电源可有效的解决压降问题，适合24V供电距离短的特点，需要注意的是电源的交流220V侧应该按照消防电源配电，且直流电源的监控应纳入到火灾自动报警管理范围内。通过控制策略降低同时工作的负载不增加成本，还能一定程度解决压降问题。把需要联动的设备按照先后顺序错时执行，适用对象是短时用电设备，对于需要持续供电的设备没有意义。错时执行可通过几种方式实现，一种是执行完一个动作接受反馈信号后再执行下一个动作，这种控制严格实现了错时功能，缺点是如果中间有一个机构故障，无法接收反馈信号，后续则无法执行。另一种方式就是顺序延时执行各个动作，延时的时间是按照联动机构正常动作时间估算的。两种方式如果结合起来可以实现最优方式，把等待反馈信号的过程作为一个计时考核，如果超过正常时间范围则认为故障，可以执行下一个动作。

6）在建筑设备管理系统中的自控系统与火灾自动报警联动控制类似，主要使用DC24V来控制设备，DC24V控制方式也有通过中间继电器和直接控制阀等设备实现，不同之处是火灾自动报警24V电源是总线形式，输入输出模块是分散布置，可理解为树干式供电。无论是DDC还是PLC控制系统，其DC24V电源为箱内母线供电，输入输出模块为集成形式，对于被控设备而言供电形式可理解为放射式。树干式配电干线压降超范围会影响后续设备工作，放射式配电没有干线压降，导致电压降问题只有电源容量偏小和支线电压降超范围的可能性。具体应对办法可参考以上火灾自动报警的处理方式。

参考文献：

[1] 供配电系统设计规范，GB50052-2009.

[2] 建筑电气常用数据，04DX101-1.

作者简介：陈建雄（1979-），男，河北张家口人，工程师，从事电气设计与研究。