當(dāng)前民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的研究

李彥琪

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與建筑水平的提升，高層民用建筑逐漸成為了民用建筑的主要類型，而且其高度還在不斷提升，有效緩解了因城市人口增長而引發(fā)的土地矛盾。但是，民用建筑層數(shù)以及高度的增加，不僅增加了項(xiàng)目施工的難度，也為電氣設(shè)計(jì)提出了更多更高的要求。所以，在民用高層建筑電氣設(shè)計(jì)過程中，不僅要掌握電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，更要深入研究民用高層建筑的特點(diǎn)以及實(shí)際需要，從而確保民用高層建筑電氣設(shè)計(jì)的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：民用高層建筑;供配電系統(tǒng);電氣設(shè)計(jì)

在我國近年來經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中，城市化進(jìn)程加快，民用高層建筑大力發(fā)展，其數(shù)量和規(guī)模在不斷擴(kuò)大。在民用高層建筑建設(shè)中，要滿足居民使用性能要求和安全，需要保證其供配電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。本文主要對(duì)當(dāng)前民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，掌握其設(shè)計(jì)原則和基本思路。所以，如何制定合理的民用高層建筑電氣設(shè)計(jì)方案，并充分發(fā)揮民用高層建筑電氣系統(tǒng)的價(jià)值，是企業(yè)與設(shè)計(jì)人員都應(yīng)重視并研究的課題之一。文章分析了民用高層建筑電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及原則，并提出了一些民用高層建筑電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)以及供配電系統(tǒng)概述

1.1高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，主要是由用戶以及區(qū)域變電站兩個(gè)部分組成，承擔(dān)了對(duì)電能的配電和用電的功能。在運(yùn)行特征以及使用要求方面，都是電力系統(tǒng)的基本相同。高層建筑物中的供配電，主要為用戶和電氣設(shè)備的安全供電，必須要保證供配電系統(tǒng)的安全。在該電氣系統(tǒng)中，電能從電源端輸送給用戶和電氣設(shè)備，采用分配和降壓的技術(shù)，把高壓電能轉(zhuǎn)變成用戶和電氣設(shè)備直接應(yīng)用的電壓等級(jí)。高層建筑物的供配電壓等及普遍在110千伏以下，在進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以從實(shí)際的用電負(fù)荷、負(fù)載的性質(zhì)以及周邊區(qū)域供電情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，還需要保證供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的容易滿足將業(yè)增容的要求。

1.2高層建筑供配電系統(tǒng)概述

民用高層建筑供配電系統(tǒng)主要承擔(dān)電力系統(tǒng)電能配用環(huán)節(jié)控制，根據(jù)實(shí)際效用差異主要可分為區(qū)域變電站、用戶變電站兩部分。其主要服務(wù)對(duì)象是建筑使用者和內(nèi)部電氣設(shè)備，需要與整體系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，保障機(jī)電工程的安全性和可靠性。相關(guān)供配電系統(tǒng)會(huì)采用功率單方向流動(dòng)模式，進(jìn)行電能分配和降壓處理，將外部電能轉(zhuǎn)換為可供用戶直接使用的電能。

2民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)基本原則

2.1可靠性原則

在民用高層建筑中，使用的人員較多，呈現(xiàn)人員分布密集的特點(diǎn)，因此涉及范圍也比較廣。在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要堅(jiān)持安全性、可靠性，具體規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)建筑實(shí)際用電負(fù)荷等級(jí)進(jìn)行科學(xué)分析，確保其在任何運(yùn)行方式下供配電系統(tǒng)可以持續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定的電力保障，為建筑提供安全可靠的電力供應(yīng)。

2.2簡潔性原則

在高層建筑中使用的電氣設(shè)備較多，日常運(yùn)行和維護(hù)中工作量較大。因此在設(shè)計(jì)中要盡量簡單，減少其中的一些電氣設(shè)備。在電氣系統(tǒng)和線路設(shè)計(jì)中，要使其方便使用和操作，在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)也可及時(shí)進(jìn)行處理。

2.3保障安全性原則

民用高層建筑對(duì)電氣設(shè)備和功能的要求比較高，日常工作中需要進(jìn)行檢修維護(hù)等，因此在設(shè)計(jì)中要保證安全性，使操作人員可以安全進(jìn)行日常工作和檢修維護(hù)。

3民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

3.1使用合適的電力變壓器

在民用高層建筑中設(shè)置供配電系統(tǒng)的一個(gè)重要原因就是問了保障建筑供電的安全性和穩(wěn)定性，降低供配電過程中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率，電力變壓器是整個(gè)供配電系統(tǒng)中的重要組成部分，也是電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，要求相關(guān)建設(shè)單位能夠根據(jù)不同建筑的類型為其選擇參數(shù)功能合適的電力變壓器，包括變壓器的功率和型號(hào)都要進(jìn)行慎重考慮，不僅要考慮電力變壓器的現(xiàn)在的使用狀況，且還需考慮電力變壓器的回收利用，將變壓器的耗電量和使用電價(jià)費(fèi)考慮在內(nèi)，選擇性價(jià)比最高的變壓器。此外在選擇電力變壓器是還要考慮到其節(jié)能和環(huán)保的特性，會(huì)不會(huì)影響到建筑的節(jié)能環(huán)保狀況，對(duì)環(huán)境造成不必要的污染，盡量為變壓器設(shè)置最合理的供電負(fù)荷，達(dá)到降低成本投入和減少電能消耗的目的。

3.2設(shè)計(jì)高效的照明系統(tǒng)

民用高層建筑的電能損耗有很大一部分都來自于建筑的照明系統(tǒng)損耗，照明系統(tǒng)是整個(gè)建筑電氣設(shè)計(jì)中極為重要的環(huán)節(jié)，照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞與人們的日常生活質(zhì)量有關(guān)，如果不能對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可能會(huì)給居民的正常生活造成困擾，因此相關(guān)建筑電氣設(shè)計(jì)單位應(yīng)該重視建筑內(nèi)的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前在民用高層建筑的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，擺在突出位置的就是照明的節(jié)能設(shè)計(jì)，目的是降低照明系統(tǒng)的整體能耗，利用智能化的控制體系進(jìn)行照明系統(tǒng)的優(yōu)化，保證建筑的供配電電氣系統(tǒng)與照明系統(tǒng)能夠有效的相結(jié)合，發(fā)揮出最大的效用。

3.3合理設(shè)計(jì)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)

現(xiàn)階段我國建筑的建設(shè)更加注重節(jié)能減排的效果，在目前我國的高層建筑中，電能消耗占據(jù)絕對(duì)主體地位的就是電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，大約占據(jù)了建筑總能耗的90%，但是相關(guān)單位對(duì)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管控不夠到位，這會(huì)造成系統(tǒng)對(duì)電能的轉(zhuǎn)化效率比較低，會(huì)出現(xiàn)諸多難以解決的問題，在這種情況下，相關(guān)單位部門應(yīng)該重視對(duì)電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少對(duì)功率較低的電機(jī)的資金投入，加大對(duì)功率較高的電機(jī)的資金投入，以此來保障建筑整體供配電電氣系統(tǒng)的節(jié)能效率，提高電氣系統(tǒng)的工作性能。

4民用高層建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)基本思路

4.1根據(jù)供電需要計(jì)算電力負(fù)荷

在建筑實(shí)際使用中，電力負(fù)荷事故發(fā)生會(huì)產(chǎn)生一定的損失，對(duì)社會(huì)也會(huì)產(chǎn)生不良影響，其電力負(fù)荷一般會(huì)分為三個(gè)等級(jí)。根據(jù)相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范等要求，要根據(jù)該建筑的性質(zhì)、規(guī)模和供電實(shí)際情況等確定電力負(fù)荷等級(jí)，以及電力等級(jí)、電源回路數(shù)和自備電源設(shè)置等。根據(jù)相關(guān)要求，一級(jí)負(fù)荷供電可通過兩個(gè)獨(dú)立電源實(shí)現(xiàn)，其中一個(gè)電源持續(xù)進(jìn)行供電。電力負(fù)荷特別重要的情況下，要充分考慮可能出現(xiàn)的問題，在以下電源系由于故障原因無法供電，而另一電源處于檢修當(dāng)中或在故障的特殊狀況下，要另外設(shè)置應(yīng)急電源避免發(fā)生意外事故。其設(shè)置需綜合考慮到電網(wǎng)條件、負(fù)荷允許中斷供電時(shí)間等，采用獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組來持續(xù)供電。二級(jí)符合供電系統(tǒng)如果出現(xiàn)變壓器或者線路故障，不可將供電終端中斷的情況下也要及時(shí)恢復(fù)。

4.2高低電壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)JGJ242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中6.4.4條規(guī)定，超高層住宅消防干線電纜應(yīng)采用礦物絕緣電纜。普通一類高層住宅根據(jù)《建規(guī)》中10.1.10.3條規(guī)定，如消防電纜與普通電纜分開電井敷設(shè)，可不采用礦物絕緣電纜，但工程實(shí)際中普通一類高層住宅也很難分開普通與消防負(fù)荷強(qiáng)電井，也不能把消防電纜敷設(shè)于弱電井中，故一般一類高層住宅消防電纜也會(huì)采用礦物絕緣電纜。超高層住宅與普通一類高層住宅普通干線電纜選用無太大差距，根據(jù)規(guī)范規(guī)定一般選用低煙無鹵阻燃電纜。高層建筑物另一個(gè)關(guān)鍵的組成部分就是低壓配電系統(tǒng)，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮好各方面的電氣保護(hù)措施，才可以讓低壓配電系統(tǒng)發(fā)揮出更好的作用，避免也不必要的安全事故。需要做好高層建筑物的接地保護(hù)設(shè)計(jì)，接地保護(hù)措施的完善，可以防止低壓配電系統(tǒng)產(chǎn)生一些突發(fā)的情況。由于低壓配電系統(tǒng)很容易受到外界的干擾，從而對(duì)正常的供電產(chǎn)生影響。低壓配電系統(tǒng)的接地主要有IT接地系統(tǒng)、TT接地系統(tǒng)以及TN接地系統(tǒng)等，如果低壓配電系統(tǒng)存在漏電問題，會(huì)對(duì)人員和設(shè)備造成很大的傷害，應(yīng)該在配電保護(hù)柜中安裝漏電斷器器，避免出現(xiàn)漏電問題，可以有效的提高建筑物用電安全。

②高壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于民用高層建筑的供配電系統(tǒng)來說，一般包括高壓供配電系統(tǒng)和低壓供配電系統(tǒng)。而設(shè)計(jì)高層建筑的供配電系統(tǒng)，不僅要考慮技術(shù)因素和規(guī)范要求等因素，而且要充分研究日常使用以及管理維護(hù)等方面的需要。民用高層建筑應(yīng)當(dāng)充分考慮從電網(wǎng)獲取電力供應(yīng)。在通常情況下，住宅區(qū)的高壓配電，一般按照總建筑面積等確定配電所，以提供有效的電力保障和電力供應(yīng)。而對(duì)于單體建筑面積較大用電負(fù)荷相對(duì)分散的大型民用建筑或者高層建筑來說，可以考慮采取多臺(tái)變壓器分散配置的方式來解決。在那些民用高層建筑中，除了底層以及地下層之外，也可以在電力負(fù)荷比較集中的中間樓層以及建筑物頂層設(shè)置變壓器。而對(duì)于那些用電負(fù)荷特別大，對(duì)供電可靠性要求較高的民用高層建筑，也可以采用雙電源同時(shí)工作的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)安排。同時(shí)高層建筑由于供配電系統(tǒng)較為復(fù)雜，供電線路在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

4.3入戶的電源進(jìn)線設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，家用電器的數(shù)量也在不斷增加，這也在一定程度上增加了家電的用電量，也就在一定程度上導(dǎo)致民用電力的持續(xù)上升，各種大功率的電器設(shè)備進(jìn)入住宅，因此在進(jìn)行電源線設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)住宅的實(shí)際用電情況進(jìn)行全面的考慮，不同的電氣供配電的設(shè)計(jì)方式也是不同的。大多數(shù)情況下，一般家庭供電負(fù)荷按4～8kW計(jì)算，入戶電源仍可選用單相三線制供電，電能表選10（40）A規(guī)格。《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：電氣線路應(yīng)采用符合安全和防水要求的敷設(shè)方式配線，導(dǎo)線應(yīng)采用銅線，每套住宅進(jìn)戶線截面不應(yīng)小于10mm2，分支回路截面不應(yīng)小于2.5mm2。同時(shí)在民用建筑供配電線路的整體設(shè)計(jì)過程中，具體的設(shè)計(jì)工作需要圍繞著建筑本身來開展，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，要能夠綜合民用建筑的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)備分布等多種綜合因素來進(jìn)行考慮，要對(duì)每一項(xiàng)的特點(diǎn)都進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄。在對(duì)民用建筑的配電箱進(jìn)行安裝時(shí)，要能夠設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)切換的系統(tǒng)，要能夠在最大程度上保證配電線路布設(shè)的合理性。

4.4供配電系統(tǒng)配電箱的設(shè)置

根據(jù)電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，供配電系統(tǒng)的配電箱中應(yīng)該安裝各種開關(guān)保護(hù)裝置、測(cè)量儀表和多種輔助設(shè)施，在完全封閉或半封閉狀態(tài)的柜體或保護(hù)屏實(shí)現(xiàn)電氣元件進(jìn)行集合。一般情況下，可以采用自動(dòng)開關(guān)裝置或者采用手動(dòng)的方式對(duì)電路進(jìn)行分?jǐn)嗫刂?，如果供配電線路存在故障，可以對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行隔離，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

4.5設(shè)備低壓斷路器的選取

一般情況下，在民用建筑當(dāng)中為了使好的對(duì)照明回路和設(shè)備供電回路進(jìn)行可靠的供電，需要采用低壓斷路器裝置來對(duì)主配電保護(hù)元件進(jìn)行保護(hù)和控制。與以前采用的保險(xiǎn)絲和閘刀斷路器進(jìn)行對(duì)比來看，低壓斷路器有著更為全面的保護(hù)功能，在當(dāng)前的低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用的最為廣泛。空氣開關(guān)保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)，如果供配電網(wǎng)的電壓減少到額定電壓的50-60%，為了避免電壓低而引起的用電設(shè)備損壞，會(huì)自動(dòng)對(duì)不重要的用戶或設(shè)置進(jìn)行切除。

圖一設(shè)備低壓斷路器

4.6火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

超高層除按低于100m以下一類高層進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)外，部分做法與普通高層建筑會(huì)有些許不同。

①報(bào)警控制器設(shè)置

GB50116-2016《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.1.7條規(guī)定：“建筑高度超過100m的建筑中，除消防控制室內(nèi)設(shè)置的控制器外，每臺(tái)控制器直接控制的火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕和模塊等設(shè)備不應(yīng)跨越避難層”。在消防控制室設(shè)置集中報(bào)警控制器，未在避難層設(shè)置區(qū)域報(bào)警控制器，報(bào)警總線使用耐火線纜。

②探測(cè)器設(shè)置

《建規(guī)》中8.4.2條規(guī)定：“建筑高度大于100m的住宅建筑，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”，超高層住戶內(nèi)除衛(wèi)生間不設(shè)置探測(cè)器外，廚房設(shè)置感溫探測(cè)器，臥室、書房、客廳、餐廳等區(qū)域設(shè)置點(diǎn)型感煙探測(cè)器。

③避難層電話及廣播要求

避難層每隔20m設(shè)置一個(gè)消防專用電話或電話插口。各避難層內(nèi)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，宜能接收消防控制中心的有線和無線兩種廣播信號(hào)。

結(jié)語

高層建筑物中的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量直接著到廣大用戶的安全用電，需要結(jié)合建筑物的實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)全面的考慮，嚴(yán)格按著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證供配電系統(tǒng)可以達(dá)到要求。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中，民用高層建筑的供配電系統(tǒng)建設(shè)要求更高，要保證其安全性和可靠性，需要結(jié)合電力供應(yīng)、建筑物規(guī)模和實(shí)際需求等因素進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，并保障其運(yùn)行和檢修的安全性，使其滿足實(shí)際使用需求。

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