高層建筑電氣中的低壓配電設計分析

■劉祖斌 ■江蘇東方建筑設計有限公司，江蘇 南京 210008

高層建筑樓層較多，并且智能化程度高、結構功能復雜、電氣用電設備多、建筑面積廣，這對于建筑電氣低壓配電設計提出了更高的要求。我國對于高層建筑電氣中的低壓配電設計有著明確規(guī)定，在實際設計過程中，相關人員必須嚴格遵循標準的設計要求，結合高層建筑電氣系統(tǒng)特點，嚴格控制高層建筑低壓配電設計的各個環(huán)節(jié)，消除電氣系統(tǒng)的安全隱患。

1 高層建筑電氣中的低壓配電設計原則

1.1 優(yōu)化設計原則

高層建筑電氣中的低壓配電設計應充分利用建筑自身的特點和優(yōu)勢，在設計過程中，要考慮到低壓配電設計的資金投入，還應堅持節(jié)能減排理念，保障低壓配電設計的經(jīng)濟性和合理性。首先，高層建筑電氣中的低壓配電設計方案必須具有切實可行性和適用性，使低壓配電系統(tǒng)可以保障整個高層建筑電氣設備的正常用電，滿足用戶對于穩(wěn)定用電負荷的需求，安全、穩(wěn)定地進行供電，確保高層建筑配單系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、安全運行。同時，高層建筑配電系統(tǒng)還應合理控制用戶的電氣設備用電量，高效、穩(wěn)定地發(fā)揮電氣功能。另外，全面考慮到高層建筑各種電氣設備的用電安全，在設計低壓配電系統(tǒng)時，各個線路之間應保持安全距離，采用絕緣強度較高的導線，在高層建筑頂部和公共區(qū)域設置防雷擊裝置［1］，采取可靠的接地技術和防靜電技術。

1.2 合理高效原則

高層建筑電氣中的低壓配電設計應盡量降低電能損耗，包括間接損耗和直接損耗，提高低壓配電系統(tǒng)的節(jié)能性。在確保滿足高層建筑電氣系統(tǒng)使用性能的基礎上，提高低壓配電設計的安全性和合理性，節(jié)約配電系統(tǒng)設計和建設過程中的資源消耗，盡量保持高層建筑低壓配電系統(tǒng)的用電負荷均衡，盡可能的采用節(jié)能設備，減少低壓配電系統(tǒng)的維護檢修費用，實現(xiàn)電力能源的高效、穩(wěn)定、可靠利用。

2 高層建筑電氣中的低壓配電設計內(nèi)容

2.1 確定負荷等級，計算負荷容量

按照高層建筑電氣系統(tǒng)設計的相關規(guī)定，確定低壓配電的負荷等級，根據(jù)相關規(guī)定，一類高層建筑低壓配電系統(tǒng)的一級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯等;二級負荷包括生活泵電力等;三級負荷是指除了一級負荷和二級負荷以外的電負荷;二類高層建筑低壓配電系統(tǒng)的二級負荷包括疏散走道、疏散樓梯和消防電梯中的應急照明燈、消防風機房和泵房的備用照明、消防風機、消防水泵、電梯、生活泵電力等;三級負荷是指除了二級負荷以外的用電負荷。不同的負荷等級，其應用范圍也是不同的，一般情況下可將電力負荷分為商業(yè)用電和居民用電［2］。由于商業(yè)用電和居民用電采用的是不同的計算方法，因此高層建筑電氣中的低壓配電系統(tǒng)應商業(yè)變電配置室和居民變電配置獨立、分別設置。高層建筑居民用電主要包括動力、照明等生活方面的用電，由居民變電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力。高層建筑商業(yè)用電主要包括地下室照明、商業(yè)照明、電梯、售樓中心等，由商業(yè)變電系統(tǒng)進行供電。設計人員在計算高層建筑電力負荷時，可采用負荷密度法和單位容量法［3］。

2.2 供配電電壓設計

高層建筑電氣中供配電電壓設計，為了確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，相關設計人員應嚴格按照高層建筑電氣系統(tǒng)設計要求進行設計。一般情況，高層建筑工程有嚴格的電力負荷要求，普通的一級電力負荷容量比較小，在選擇供配電電壓時，結合高層建筑電氣系統(tǒng)的設計要求和實際電力負荷需求，選擇一路或者兩路市政電源或者發(fā)電機組作為整個高層建筑低壓配電系統(tǒng)的電源，滿足建筑用戶的用電需求，通常采用10kV 高壓電源和380/220V 低壓配電電壓［4］。

2.3 合理布局變電所

結合高層建筑電氣系統(tǒng)的負荷容量大小和電力負荷分布情況，確定變電所的配置數(shù)量和具體位置，盡量選擇負荷率在70%～85%之間的變壓器，低壓線路供電半徑應控制在200m 范圍內(nèi)，如果高層建筑的低壓配電電容量大于400kW，供配電線路距離應大于250m，并且可結合高層建筑的實際要求，適當增加變配電設備。在高層的商業(yè)建筑中，地上三層的商業(yè)樓層具有較高的商業(yè)價值，因此可將商業(yè)變電配置所設置在高層建筑的負一樓(非最底層)，便于從地下車道運輸相關變電設備，然后進行安裝。

2.4 高低電壓運行和結線方式

高層建筑電氣系統(tǒng)中的高低電壓運行和結線方式都應按照嚴格的設計路線要求進行。首先，電氣系統(tǒng)高壓線采用單母線運行的結線方式和10kV 進線，變壓器低壓側應用分段、獨立的單母線結線運行方式，每結一段單母線對應一臺變壓器，各段母線之間采用母聯(lián)開關進行聯(lián)結和操控。電氣系統(tǒng)在正常運行條件下，低壓配電系統(tǒng)每段母線都獨立運行，如果某一臺變壓器發(fā)生運行故障，工作人員可采用手動方式，將該段母線的母聯(lián)開關關閉，由同一組另一臺變壓器進行正常供電。在高層建筑電氣系統(tǒng)運行過程，一旦變壓器恢復正常，低壓配電母線中的母聯(lián)開關自動開啟，恢復正常的運行模式。其次，在電氣系統(tǒng)變壓器低壓側設計應急母線，利用正常的柴油發(fā)電機電源供給和電源用電為整個低壓配電系統(tǒng)的應急母線提供電量，確保高層建筑應急狀態(tài)下低壓配電的下一級電力負荷量，母線中的雙向開關不包含電氣設備和機械連鎖［5］，可有效預防向市政供電網(wǎng)中反向供電，并且系統(tǒng)采用雙重電源或者雙回路供電方式為消防設施實現(xiàn)負荷用電，應急設備在變配電系統(tǒng)末端配電箱可相互切換。

2.5 接地保護

為了提高高層建筑電氣系統(tǒng)的安全性，應做好低壓配電設計的接地保護，可采用TN、TT、IT 等保護模式［6］，TN 接地保護模式主要是由于系統(tǒng)發(fā)生故障或者金屬性短路，產(chǎn)生過大的電流，從而形成TN 保護機制;TT 接地保護模式是對外露導電線路進行電氣保護，將低壓配電系統(tǒng)的故障回路及時切斷，達到電氣保護目的。IT 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)接地保護原理基本一致，其主要是設置在高層建筑周圍電網(wǎng)的外露區(qū)域，接地保護時，若電網(wǎng)外露導電故障電壓在低壓配電系統(tǒng)的標準下，無法對供電系統(tǒng)進行保護性切斷。結合高層建筑電氣中的低壓配電系統(tǒng)要求，采用合適的接地保護模式。另外，高層建筑電氣中的低壓配電設計應選擇合適的漏電斷路器，考慮到低壓配電系統(tǒng)的電流大小，多大的電流漏電斷路器才會開啟保護機制，一方面，高層建筑低壓配電系統(tǒng)末端采用的漏電斷路器抗電擊性能應符合相關安全標注要求;另一方面，漏電斷路器額定動作電流應大于配電系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下的漏電電流，在低壓配電系統(tǒng)的各個分支和末端線路上設置漏電斷路器，提高高層建筑電氣系統(tǒng)的安全性。

3 結束語

近年來，人們對于高層建筑電氣中的低壓配電設計越來越重視，相關設計人員應結合高層建筑工程的實際情況，充分考慮到電力供應能力和建筑用戶的電力需求，積極優(yōu)化和改進設計，制定高效節(jié)約、科學合理的低壓配電設計方案，確保高層建筑電氣系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

［1］易林.高層建筑電氣中低壓配電設計研究［J］.科技傳播，2014(04):43，40.

［2］田衛(wèi)波.高層建筑電氣中低壓配電設計方案研究［J］.中華民居(下旬刊)，2014(04):58.

［3］葉書明.針對高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)安全性分析［J］.民營科技，2014(08):19.

［4］朱玉瀅.高層建筑電氣中低壓配電設計［J］.價值工程，2014(28):49-50.

［5］蔣娜.高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)安全性探討［J］.黑龍江科技信息，2015(07):20.

［6］許青.高層建筑電氣中供配電設計研究［J］.科技風，2013(19):155.