淺議民用建筑低壓配電設(shè)計(jì)

摘要：本文從負(fù)荷性質(zhì)與容量、配電方式、導(dǎo)線選擇及敷設(shè)、低壓電器選擇和配電保護(hù)等方面探討了民用建筑低壓配電設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：民用建筑;低壓配電系統(tǒng);設(shè)計(jì)

低壓配電系統(tǒng)是指工頻交流電壓1000V及以下的配電系統(tǒng)。按《建筑物電氣裝置的電壓區(qū)段》（GB/T18379-2001）規(guī)定，1000V及以下的交流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓分為220V/380V、380V/660V和1000 V（1140 V）三個(gè)區(qū)段，在一般民用建筑中220V/380V是最為普遍的。低壓配電系統(tǒng)主要是由配電線路、配電裝置和用電設(shè)備等組成，一般通過配電變壓器、開閉所、配電室得到220V/380V的電能。低壓配電系統(tǒng)與民用用電用戶緊密相連，其供電可靠性和電能質(zhì)量與人民群眾切身利益息息相關(guān)，所以民用建筑低壓配電設(shè)計(jì)非常重要。本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐對(duì)低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

1 民用建筑低壓配電設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

民用建筑低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括配電系統(tǒng)組成形式、配電方式、導(dǎo)線選擇、線路敷設(shè)、配電系統(tǒng)保護(hù)等方面。配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是保證供電可靠、連續(xù)及穩(wěn)定的電能質(zhì)量，還要注意接線不應(yīng)過于復(fù)雜，操作控制應(yīng)力求簡單、方便和安全，并應(yīng)保證一定的靈活性。低壓配電系統(tǒng)取決于很多因素，根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 16-2008）第7.1.2條，主要因素是工程類別、規(guī)模、負(fù)荷性質(zhì)、容量、發(fā)展?jié)摿Φ?，但不能否認(rèn)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的配電系統(tǒng)也是重要因素。

2 負(fù)荷性質(zhì)

明確負(fù)荷性質(zhì)是非常重要的，因?yàn)槊裼媒ㄖ譃榫幼〗ㄖ凸步ㄖ?，居住建筑又分為住宅建筑、宿舍建筑，住宅建筑可再分為多層住宅、高層住宅、超高層住宅、公寓住宅、別墅等;公共建筑的類型就更多了，有商業(yè)建筑、教育建筑、體育建筑、醫(yī)療建筑、交通建筑……，不同建筑的負(fù)荷性質(zhì)差別很大。其中針對(duì)不同負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行正確分級(jí)是關(guān)鍵。JGJ 16-2008對(duì)負(fù)荷分級(jí)作出了原則性規(guī)定，其表3.2.2對(duì)常用負(fù)荷進(jìn)行了分級(jí)，但難以將各類建筑中的所有負(fù)荷全部列出，其他類似負(fù)荷分級(jí)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況參照確定。

3 負(fù)荷容量

容量要通過負(fù)荷計(jì)算得到，負(fù)荷計(jì)算方法在相關(guān)規(guī)范中一直沿用需要系數(shù)法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡便，但準(zhǔn)確程度不太理想，而且民用建筑的需要系數(shù)比相應(yīng)工業(yè)方面研究少，而且缺少實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證。采用需要系數(shù)法計(jì)算結(jié)果偏大的情況較多，會(huì)增加導(dǎo)線、設(shè)備的投資。朱甫泉等^[1]建議引入同時(shí)系數(shù)和參差分布系數(shù)，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確率。另一方面，負(fù)荷容量取值也與地區(qū)因素有關(guān)，不同地區(qū)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有較大差別，例如某地區(qū)住宅基本配置容量比國家標(biāo)準(zhǔn)高出不少，按《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 242-2011）規(guī)定，建筑面積≤60m²配置3kW，建筑面積（60～90）m²配置4kW，（90～150）m²配置6kW;而該地區(qū)《新建居住區(qū)供配電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》規(guī)定，建筑面積≤120m²均配置8kW^[2]。

4 配電方式

目前，低壓配電系統(tǒng)有放射式、樹干式、變壓器-干線式、鏈?zhǔn)?、備用柴油發(fā)電機(jī)組、環(huán)網(wǎng)式等配電方式。放射式配電各支線間互不干擾，各用戶獨(dú)立受電，供電可靠性高，并且配電設(shè)備集中，檢修方便。但靈活性較差，有色金屬消耗多，開關(guān)設(shè)備也較多，適用于設(shè)備容量大、對(duì)供電可靠性要求高的場合配電。樹干式配電優(yōu)缺點(diǎn)與放射式接線幾乎相反，適用于設(shè)備容量較小、明敷設(shè)回路、負(fù)荷分布均勻且對(duì)供電可靠性要求不高的場合。變壓器-干線式配電更簡單，配電設(shè)備更節(jié)省，但供電可靠性也比較差，因此一般要求分支回路數(shù)不超過10個(gè)。鏈?zhǔn)脚潆娞攸c(diǎn)與樹干式配電相似，由于線路上沒有分支點(diǎn)，發(fā)生故障時(shí)整條鏈上的設(shè)備全部停電，所以要求鏈上串聯(lián)的設(shè)備總數(shù)不超過5臺(tái)，總?cè)萘坎怀^10kW。備用柴油發(fā)電機(jī)組方式采用10kV專線主供電，柴油發(fā)電機(jī)組備供電，在兩條電源線之間設(shè)置連鎖，避免并網(wǎng)運(yùn)行，適于含部分重要負(fù)荷的用戶。環(huán)網(wǎng)式接線由一個(gè)或一個(gè)以上電源供電，干線結(jié)成閉環(huán)。常采用雙線環(huán)式結(jié)構(gòu)，一般情況下環(huán)路斷開，實(shí)際上按雙電源樹干式線路運(yùn)行，這樣保護(hù)裝置動(dòng)作有選擇性，縮小故障停電范圍。雙電源環(huán)網(wǎng)供電適用于一二級(jí)負(fù)荷，單電源環(huán)網(wǎng)供電適于停電時(shí)間不超過0.5h的二級(jí)負(fù)荷。上述各種配電方式各有利弊，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)確定適宜的接線方式，例如高層建筑向各樓層供電時(shí)，可采用分區(qū)樹干接線方式。

低壓配電干線分支接線方式有單式干線、雙式干線、公共備用式干線和雙母線式干線等。負(fù)荷較小、供電可靠性要求不高的高層建筑常采用單式干線方式，干線可采用電纜敷設(shè);負(fù)荷較大的建筑宜采用雙式干線方式，干線應(yīng)采用硬母線配線;含重要負(fù)荷的建筑可采用公共備用式和雙母線式干線，供電可靠性有保證。

5 導(dǎo)線選擇

民用建筑低壓配電導(dǎo)線應(yīng)采用銅芯電纜或電線，導(dǎo)線應(yīng)按發(fā)熱條件選擇截面大小，即按導(dǎo)線長期允許載流量計(jì)算截面，并按電壓損失率校驗(yàn)截面，同時(shí)還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件、故障時(shí)的熱穩(wěn)定性條件和機(jī)械強(qiáng)度要求，再從上述條件計(jì)算出的截面中選擇較大一個(gè)。室內(nèi)導(dǎo)線、電纜應(yīng)按額定電壓、負(fù)荷等級(jí)、敷設(shè)條件等進(jìn)行選擇，同時(shí)也要考慮電磁感應(yīng)等影響因素，一般用電220V/380V時(shí)選用耐壓500 V的導(dǎo)線、電纜。距離在200m以內(nèi)且負(fù)荷電流較大時(shí)，應(yīng)先按發(fā)熱條件計(jì)算截面，再按電壓損失和機(jī)械強(qiáng)度條件校驗(yàn);距離超過200m且電壓質(zhì)量要求較高時(shí)，應(yīng)先按電壓損失條件計(jì)算截面，再按發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度條件校驗(yàn)。中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體截面選擇JGJ 16-2008第7.4.4條給出具體規(guī)定，此外還應(yīng)注意：低壓供電保護(hù)線（PE線、PEN線）選擇時(shí)其電導(dǎo)不應(yīng)小于相線電導(dǎo)的50%，所以保護(hù)線截面在相線為16mm²時(shí)，保護(hù)線截面可與之相同;相線為16～35mm²時(shí)，保護(hù)線截面可取16mm²;相線截面gt;35mm²時(shí)，保護(hù)線截面取相線截面的50%。任何情況下，保護(hù)導(dǎo)體截面在沒有機(jī)械損傷保護(hù)時(shí)，銅導(dǎo)線不得小于4 mm²;有機(jī)械損傷保護(hù)時(shí)，銅導(dǎo)線不得小于2.5 mm²;無論有無機(jī)械損傷保護(hù)，鋁導(dǎo)線均不得小于16 mm²。

6 導(dǎo)線敷設(shè)

低壓配電線路導(dǎo)線敷設(shè)主要根據(jù)環(huán)境特征、建筑物特征、人與導(dǎo)線接近程度、短路形成的機(jī)電應(yīng)力影響以及線路可能受到的其他影響等條件確定。室外可通過架空線路或電纜敷設(shè)，其中電纜敷設(shè)方法包括直埋、電纜溝、隧道、排管、橋架等。絕緣導(dǎo)線在建筑內(nèi)可采取直敷、金屬導(dǎo)管或軟性金屬管、金屬槽盒、塑料管或槽盒等布線，高層建筑常利用電氣豎井布線。

理論上導(dǎo)線和電纜敷設(shè)只有明敷和暗敷的區(qū)別，無論采用哪種方式都應(yīng)避免敷設(shè)在最不利條件下。在考慮敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)注意環(huán)境要求。環(huán)境要求分為一般要求、有防火要求、有防水要求、高原嚴(yán)寒氣候要求等，相應(yīng)的導(dǎo)線或電纜有普通型、耐火型、阻燃型、耐高溫型、耐寒型等。

7 低壓電器選擇

低壓電器是指能通過手動(dòng)或自動(dòng)分合交流1200V和直流1500V及以下的電路，以實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制、切換、調(diào)節(jié)、檢測、保護(hù)等功能的電器。低壓電器按所起的作用，可分為配電電器和控制電器兩大類。常用低壓電器有斷路器、刀開關(guān)、熔斷器、接觸器、熱繼電器、按鈕、剩余電流動(dòng)作保護(hù)器等。低壓配電系統(tǒng)低壓電器的選擇，應(yīng)從工作可靠性、短路故障耐受力、開關(guān)電器斷流能力以及環(huán)境條件等方面綜合考慮。一般先按工作環(huán)境及正常運(yùn)行條件選擇，再按短路條件校驗(yàn)熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性，開關(guān)電器要同時(shí)校驗(yàn)斷流能力。

目前，低壓電器發(fā)展很快，品種、規(guī)格眾多，這給選擇帶來一定困難。以低壓斷路器為例，結(jié)構(gòu)類型就那么幾種，但各種脫扣器和附件組合就能產(chǎn)生花樣繁多的功能類別，并且斷路器的整定方法也比較復(fù)雜，這就導(dǎo)致低壓斷路器的選擇常常不盡合理。低壓斷路器的設(shè)計(jì)選型，首先應(yīng)按通用原則進(jìn)行選擇，即先根據(jù)低壓配電系統(tǒng)對(duì)負(fù)載特性、故障類別及線路保護(hù)的要求選擇基本類型，再按額定電壓、頻率選擇符合要求的型號(hào)，然后根據(jù)負(fù)載計(jì)算電流確定斷路器的額定電流，接下來選擇適合的工作和環(huán)境條件類型，再驗(yàn)算動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定及斷流能力，最后根據(jù)安裝要求選定安裝型式。

8 配電保護(hù)

低壓配電線路的保護(hù)類型有過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、剩余電流保護(hù)等。短路和過負(fù)荷都會(huì)引起過電流，兩者的區(qū)別在于短路會(huì)造成線路絕緣破壞，而過負(fù)荷則不會(huì)。線路接地故障可引起“剩余電流”——線路中各相（包括中性線）的電流矢量和不為零，由于接地故障可能引起電氣火災(zāi)，所以《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50054-2011）有規(guī)定，低壓配電系統(tǒng)須安裝防線路電氣火災(zāi)的保護(hù)，也就是剩余電流保護(hù)。過電壓可能由雷電引起，也可能因大功率設(shè)備投切所造成，它們分別被稱為雷電過電壓和操作過電壓，無論哪一種都可能造成線路設(shè)備絕緣損壞、供電中斷或火災(zāi)，所以需要保護(hù)。低壓配電線路需要注意保護(hù)的選擇性，按GB 50054規(guī)定，低壓配電線路上下級(jí)保護(hù)動(dòng)作要有選擇性，并且相互之間需要協(xié)調(diào)配合，只有不重要的保護(hù)電器可以無選擇性切斷。

9 結(jié)語

民用建筑低壓配電系統(tǒng)受到建筑類型、規(guī)模、負(fù)荷性質(zhì)、容量、使用狀況等多種因素的影響，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是保證用電安全可靠，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和建筑發(fā)展?jié)摿?，本文針?duì)低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的議題進(jìn)行了討論，不當(dāng)之處還望同行斧正。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱甫泉，朱永強(qiáng).論超高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].建筑電氣，2010，29（2）：21-28.

[2]祝惠敏.居住小區(qū)供配電設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2013，4（7）：22-25，43.