高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)安全性探索

李林杰

（北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

高層建筑與普通高度樓房的電氣設備設計相比，存在明顯的差異，常用的電氣設計方式已經(jīng)無法滿足高層建筑的低壓配電系統(tǒng)要求。高層建筑電氣設計要求日益提高?；诟邔咏ㄖ男问?，無論是供電的穩(wěn)定性還是供電的安全性，都是高層建筑電氣設計比較關注的問題。同時，結合高層建筑電氣設計情況，合理對低壓配電系統(tǒng)進行設計，確保安全性，也是尤為必要的。

1 低壓配電系統(tǒng)內(nèi)涵

供電系統(tǒng)的組成部分較多，其中比較重要的是低壓配電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)主要由以下4個部分組成。

1）配電變電所。

2）配電變壓器。

3）高、低壓配電線路，其中，高壓主要是指其電壓超過1kV，低壓主要是指其電壓不超過1kV。

4）控制保護設備 在電能分配過程中，若運行嚴重超過負荷，實際運行中的低壓配電系統(tǒng)會自動將電源線路切斷，進入自我電動機保護狀態(tài)。

受多種因素的影響，低壓配電系統(tǒng)運行中可能會引發(fā)火災，影響因素包括電氣線路老化、電氣設備老化、安裝技術欠缺等。就現(xiàn)階段我國電氣設計發(fā)展現(xiàn)狀來看，多以裝配漏電保護器、電位連接等手段解決上述問題。重視電氣設計相關工作，對電氣設計工作進行嚴格審核，可以有效保證低壓配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

2 高層建筑低壓配電系統(tǒng)的設計要求與設計原則分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)設計要求

高層建筑項目中，明確電氣設計中低壓配電系統(tǒng)的設計要求，可在一定程度上確保高層建筑電氣設備的運行安全性。

1）保障供電的持續(xù)性，同時確保電源的時間性 一般而言，利用電網(wǎng)的方式能夠為高層建筑提供2個電源，且兩個電源具有獨立性，可達到一級負荷、二級負荷的要求。不過，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障問題也要進行綜合考量，可安裝備用與應急電源，這兩種電源主要由柴油發(fā)電機構成。因而，高層建筑低壓配電的設計至少設計2個電源，以便在其中1個電源出現(xiàn)故障后，切換到另外一個電源，確保居民的用電需求和設備的使用。

2）合理設置供電電源 就高層建筑來說，大量設備都需要電源才能夠使用。因此，在配電系統(tǒng)設計時保障電源的安全性尤為必要。針對生活方式的日益多樣化，高層建筑的項目增多。而高層建筑一旦發(fā)火災，多數(shù)居民會選擇消防設施滅火，或是選擇安全通道逃生。不過，高層建筑的垂直交通以電梯為主，發(fā)生火災后電源會出現(xiàn)故障，安全性較低，因而，需要合理設置高層建筑的供電電源。

2.2 低壓配電系統(tǒng)設計原則

在高層建筑電氣設計中，低壓配電系統(tǒng)的設計要堅持遵循2項原則。

1）優(yōu)化性原則 該原則主要是明確配電系統(tǒng)在高層建筑物中的重要性。同時，也要考慮以下3個問題：①低壓配電系統(tǒng)資金投入的合理性 合理使用資金，確保最大程度地發(fā)揮資金的效益；②建筑物問題自身優(yōu)勢 要明確高層建筑物在低壓配電系統(tǒng)設計中具備的優(yōu)勢；③節(jié)能意識 高層建筑低壓配電系統(tǒng)的設計要提高節(jié)能、環(huán)保意識，在此基礎上，要考慮低壓配電系統(tǒng)方案對高層建筑電氣設計的適用性。

2）高效性原則 重視低壓配電系統(tǒng)設計的3個內(nèi)容：①盡可能實現(xiàn)用電負荷的均衡性 設計低壓配電系統(tǒng)時，要明確用電負荷，根據(jù)用電負荷需求合理設置配電系統(tǒng)；②降低維修費用 與維修團隊進行合作，定期檢查、維修低壓配電系統(tǒng)，盡可能地降低配電系統(tǒng)的維修費用；③提高能源的利用率 最大限度發(fā)揮能源的作用。就電能來說，無論是直接損耗還是間接損耗，損耗量都偏大，因此，高層建筑電氣設計中的低壓配電系統(tǒng)設計應堅持高效性的原則，在確保配電高效、安全的同時，滿足高層建筑電氣設備的用電需求。

3 提高高層建筑低壓配電系統(tǒng)安全性的對策

3.1 合理設置自動切斷電源的裝置

在高層建筑進行低壓配電系統(tǒng)設計中，依據(jù)實際情況安裝電源自動切斷設備是極為必要的。為提高高層建筑居民的用電安全水平，在居民人身及財產(chǎn)受到傷害的情況下，通常以自動切斷故障電源設備的方式來降低居民遭受的傷害。設計低壓配電系統(tǒng)時，設計人員通常依據(jù)建筑特點、設備應用需求進行合理規(guī)劃。為避免建筑電路對設計產(chǎn)生影響，一般以多種點位連接的方式豐富接地不保護形式。TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)是現(xiàn)代高層建筑施工中常見的2種接地系統(tǒng)。其中，TN系統(tǒng)是在電氣設備發(fā)生短路現(xiàn)象或電流過大時起保護作用。保護的方式是以電流保護器作為主體，對短路、超負荷裝置進行保護。TT系統(tǒng)多用于解決因外在因素產(chǎn)生的導電問題，如電氣設備的金屬外殼與接地保護系統(tǒng)直接作用發(fā)生危險時，TT系統(tǒng)能夠及時將電源切斷。以某市某高層建筑為例，該高層建筑在施工時對自動切斷電源裝置進行改進。改進前一年的配電系統(tǒng)的維修費用為8 542元，而改進后一年的配電系統(tǒng)的維修費用下降到4 298元。由此可見，電源裝置設置的合理可有效降低維修費用。

3.2 提高主接線安全的控制水平

根據(jù)高層建筑電氣設計的需求，低壓配電系統(tǒng)主接線需要分出多個分支。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，低壓配電系統(tǒng)會對電氣設備的整體應用效率產(chǎn)生影響。所以，一般會選擇集成取電的方式，實現(xiàn)對低壓配電系統(tǒng)的安全性設計，從根本上控制工程的投資。低壓配電系統(tǒng)設計，設計人員一般會選擇交流放射式的樹干形式，交流電伏為380V/220V。此種放射式的設計方式可以充分實現(xiàn)對系統(tǒng)主線安全的保護。設計配電系統(tǒng)時，若供電方式為集中性，就可采用上述形式的供電模式。而若負荷量一般，選擇的供電模式就要在集中性供電的基礎上，與樹干供電的模式相結合。從整體上來說，設計高層建筑的配電系統(tǒng)時，要結合高層建筑的用電需求實際情況進行合理選擇。以某市某高層建筑為例，該高層建筑在施工時重視對主接線安全的控制水平。改進前一年發(fā)生過6次左右安全事故，而改進后一年僅發(fā)生過3次安全事故?？梢钥闯?，重視主接線安全，在降低安全事故發(fā)生率方面可起到重要的作用。

3.3 選擇相對合適的備用電源

高層建筑因用戶數(shù)量多，在日常使用中可能會出現(xiàn)停電現(xiàn)象，以區(qū)域性為主。因而，在進行高層建筑電氣設計時，結合高層建筑的實際情況選擇合適的備用電源，能夠有效減少停電對居民的影響。備用電源的設置，需要圍繞安全性展開分析和判斷。在選擇備用電源時，若以單臺機組為主，那么就需要對額定容量進行控制，額定的容量要低于1 500kVA。備用電源于斷電后自動啟動，盡可能降低因停電帶來的損失。發(fā)電機達到特定程度時，需要分批投入，盡量將投入時間錯開，為電流的恢復提供時間。貿(mào)然恢復供電，可能會因備用電源仍在使用，而導致電源的負荷過大，增加居民的損失。電力恢復供電時，至少延遲1min，供電完全恢復后，電機組重復供電。

3.4 合理篩選漏電斷路器

高層建筑中的電氣設備，在電力系統(tǒng)運行期間需要承載的設備較多，負荷量也隨之增大，因而，高層建筑電氣設計安全性的要求日益提高。高層建筑電力運行時，漏電斷路器的存在能夠從間接層面上實現(xiàn)對事故的避免。從某種角度來說，漏電短路是低壓配電系統(tǒng)漏電的二次防線，能夠有效實現(xiàn)對接零、接地的保護。無論是設計配電系統(tǒng)，還是提高用電安全性，都需要重視漏電保護器。所以，要結合高層建筑的實際情況，合理篩選漏電保護器，明確其安全額定的標準，用相對準確的數(shù)字對每個環(huán)節(jié)展開篩選。對漏電斷路器額定的電流進行合理選擇，通常情況下，要超過短路漏電數(shù)值。漏電斷路器要通過多種接觸模式，選擇觸電防護，避免人體接觸電源，確保高層建筑電力系統(tǒng)的正常運行。

3.5 加強接地保護設計

高層建筑因高度問題，容易使供電系統(tǒng)在雷雨天氣受到影響。為確保高層建筑物用電安全，需要對建筑供電系統(tǒng)正常運行情況加以保護，也就是在發(fā)生電路故障時，能夠快速對故障電路進行切斷。此種對故障的處理，也就是接地保護。高層建筑接地保護的出發(fā)點，需要結合其電氣系統(tǒng)的特點。不僅要考慮高層建筑的電器及功效，還要對接地形式進行考量。在此過程中，要堅持具體問題具體分析，有針對性地解決電氣設計問題。

4 結語

隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，人們對高層建筑設計提出了更高的要求。高層建筑各系統(tǒng)的有效運行，與電氣設計低壓電系統(tǒng)的安全控制密切相關。本文在了解和遵循高層建筑電氣設計中低壓配電系統(tǒng)的設計要求與原則的基礎上，從合理設置自動切斷的電源裝置、提高主接線安全的控制水平、選擇相對合適的備用電源、漏電斷路器的篩選、接地保護合理設計方面，對如何有效提高配電系統(tǒng)的設計安全性進行了探討，以期為提高高層建筑低壓配電系統(tǒng)設計安全水平提供借鑒。