高層建筑電氣中低壓配電設計

朱玉瀅

摘要： 低壓配電系統(tǒng)設計是高層建筑電氣設計中的最關(guān)鍵部分和環(huán)節(jié)，其設計關(guān)系到整個建筑的用電的各個環(huán)節(jié)。作為整個建筑的動力源，低壓配電設計的好壞直接關(guān)系到建筑系統(tǒng)各個功能的實現(xiàn)。尤其對高層建筑一旦低壓配電系統(tǒng)設計的不合理，施工中私拉亂扯形象比較突出時往往會對整個建筑產(chǎn)生較大的安全隱患。對于高層建筑來說，其配套的電氣設備和功能有更多更高的要求尤其對智能化建筑來說其更是離不開配電系統(tǒng)的支撐。往往高層建筑由于其用電設備多樣復雜導致其配電系統(tǒng)設計也變得極為復雜。要保證高層建筑的用電安全其實質(zhì)和核心是保證低壓配電系統(tǒng)的安全。而一個系統(tǒng)只有從設計上做到安全才算是本質(zhì)安全。

Abstract： Low voltage power distribution system design is the key part of high-rise building electrical design. Its design is related to all aspects of the building's electricity. As the power source of the whole building， the low voltage power distribution design quality is directly related to the realization of the function of building system. Especially for high-rise building， once the low-voltage distribution system design is unreasonable， private pull disorderly pull will cause great potential safety hazard for the building. For high-rise building， there are more and higher requirements for the supporting electric equipment， especially for intelligent building， whose distribution system is inseparable from the support of power distribution system. Because the electrical equipment of high-rise buildings is complex， its power distribution system design also becomes extremely complex. The essence and core to ensure the safety of the power of the high-rise building is to ensure the safety of low-voltage distribution system. A system is intrinsically safe only when it is safe right from the design.

關(guān)鍵詞： 高層建筑；低壓配電設計；建筑電氣系統(tǒng)

Key words： high-rise buildings；low voltage power distribution design；building electrical system

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0049-02

0 引言

高層建筑一般除了比較高大以外，往往還具有建筑面積大、用電設備多、結(jié)構(gòu)功能復雜和智能化程度高等特點。另外高層建筑的對質(zhì)量和安全有更高的要求，加之其用電設備多、設備復雜、耗電量大等，對電氣供電可靠性提出了更高的要求。

1 高層建筑電氣設備的特點

1.1 用電設備種類多 高層建筑對功能的要求更多也更完善，如給水排水系統(tǒng)、制冷與采暖設施、火災報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、智能安防與電子巡更系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、建筑智能化和網(wǎng)絡系統(tǒng)等。正是由于其功能要求越來越多，所以其用電設備也變得越來越復雜。

1.2 用電量大，負荷密度高 高層建筑用電負荷多、負荷密度大。據(jù)綜合統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，高層賓館、商住樓等高層建筑其負荷密度均在60W/m2以上，有些甚至高達150W/m2。即便對于高層民用住宅和公寓，其負荷密度也往往高達25～60W/m2。

1.3 供電可靠性要求高 高層建筑其用戶也必定較多，因此其對用電可靠性要求也相對較高。其中存在著大量的一級負荷和二級負荷。一級負荷一般用電為2套獨立的供電系統(tǒng)，保證一套供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時另一套供電系統(tǒng)能夠可靠供電，除此之外往往還需增加一定的應急電源如柴油發(fā)電機等供電設備，以保證供電可靠性。

1.4 電氣系統(tǒng)復雜 高層建筑供電系統(tǒng)復雜。由于高層建筑往往有更多更高的功能要求。因此其電氣子系統(tǒng)繁多，且各個子系統(tǒng)相互交聯(lián)，復雜程度高。例如供電系統(tǒng)上為保證可靠供電我們可能會采取雙母線分段系統(tǒng)供電、消防聯(lián)動系統(tǒng)可能會把煙霧、溫度、消防系統(tǒng)等各個系統(tǒng)集成在一起而實現(xiàn)自動消防聯(lián)動系統(tǒng)。同時為了提高設備管理水平、減少人力資源浪費，高層建筑往往對設備自動化、智能化要求較高。

1.5 變配電系統(tǒng)分散復雜 高層建筑因其用電量大，用電負荷分散，往往采用多個配電中心的方式進行負荷分配。一是為了更好的供電，二是可以節(jié)省電纜材料。其變配電室往往分布在整棟建筑的多個地方如地下室、大樓中間和頂層等。且監(jiān)控系統(tǒng)、配線間、消防控制中心等都需要占用一定房間。另外在電梯旁往往還設置一定的豎井和各層的配電小間。endprint

1.6 設備與線路的防火要求 高層建筑對防火要求較高，一旦發(fā)生火災處理起來相對困難。因此高層建筑防火等級要求較高，應盡可能的多使用阻燃材料，電氣布線合理、電纜敷設應盡可能的多穿管，對于易損傷處更應該做好防護。同時對于電纜口應用防火膠泥做好封堵。

2 高層建筑對供配電系統(tǒng)設計的要求

現(xiàn)代化的高層建筑集娛樂休閑、辦公、商業(yè)等功能與一身，其多元化的功能要求決定了與之配套的設備及現(xiàn)代化設施提出了更高的要求。對于低壓配電系統(tǒng)的設計往往是整個高層建筑設計多功能要求的前提。在更好地提高系統(tǒng)的自動化和智能化基礎上優(yōu)化供配電系統(tǒng)設計對一個高層建筑電氣設計師提出了更高的要求。在整個供配電系統(tǒng)設計上首先應提高系統(tǒng)的供配電可靠性，因此設計人員應根據(jù)設備本身的性質(zhì)、要求確定其相關(guān)的負荷等級要求，如消防、應急照明應首先列為一級負荷，同時提高相應服務設施的供電可靠性。確定各個設備的負荷等級后，才能確定供電系統(tǒng)的供電容量、電源的回路數(shù)、是否配置自卑電源等。當然在提高系統(tǒng)供電可靠性基礎上應盡可能優(yōu)化設計、減少成本。

3 高層建筑中配電系統(tǒng)設計的原則

3.1 高層建筑中配電設計應遵循優(yōu)化原則 供配電設計應根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)合理布局。對于一個具有合理布局的供配電設計往往能減少重疊交叉，節(jié)省材料和減少投資。高層建筑更應該注意節(jié)能原則，應充分利用現(xiàn)代化技術(shù)提高建筑本身的節(jié)能等級，如使用節(jié)能材料，利用太陽能、地熱等自然資源。另外整個系統(tǒng)設計更應該考慮供電系統(tǒng)的可靠性、安全性等，在滿足負荷容量基礎上，合理規(guī)劃適當留有一定的備用容量，為以后的擴容帶來便利。考慮到整個高層建筑物種配電系統(tǒng)的安全性，必須在設計線路時使之相互間處于安全距離，且都具有合格的絕緣強度。在設計高層建筑物的配電系統(tǒng)時，必須配置可靠的防雷擊設備，同時采取有效的防靜電技術(shù)。

3.2 高層建筑中配電設計應遵循高效原則 高層建筑往往用于用電設備復雜多樣，設計時考慮不周而造成大量浪費嚴重制約建筑物整體效能。在配電系統(tǒng)設計時應盡可能的減少不必要的損耗。在配電系統(tǒng)設計時應根據(jù)負荷容量設置多個供配電中心。供配電中心的分散化往往能更好地分配電能節(jié)省資源。因為對于高層建筑僅從一個配電中心進行整個系統(tǒng)的供電往往是不可取的。其一單一的配電中心往往會造成大量的電纜才能交叉使整個系統(tǒng)變得雜亂無章降低供電可靠性，另外單一配電中心還會造成電纜材料的巨大浪費，在加之整個系統(tǒng)負荷如果較大對電纜材料的線徑要求也會更高。供配電系統(tǒng)設計還應盡可能做到負荷均衡，三相供電系統(tǒng)負荷分配的平衡性對整個系統(tǒng)供電變壓器帶來很大好處，從而實現(xiàn)資源的高效利用。

4 高層建筑供配電系統(tǒng)設計

4.1 供電需求 高層建筑供配電系統(tǒng)設計應從整體來進行，至少需要兩路獨立市電電源，另外，還需應急電源或備用電源的設置。

4.2 電源 高層建筑往往具有較高的負荷等級要求，其中存在著大量的一級和二級負荷。在對高層建筑供電時往往采用兩路獨立電源供電即兩路電源取自不同的變電所或者同一變電所不同的供電變壓器。以保證一條回路出現(xiàn)問題不至于影響另一條回路的正常運行。除此之外還應設置一定容量的備用電源或應急電源如柴油發(fā)動機等，柴油發(fā)電機的容量應根據(jù)重要負荷的容量的大小確定，其容量應至少大于一級負荷容量。除了考慮重要負荷容量外還需要考慮單臺最大設備的啟動容量、供電半徑等因素。

4.3 高壓供配電系統(tǒng) 高層建筑往往采用一主多分供配電系統(tǒng)。一主指的是一個總變電所接收外部市電其主接線形式應采用單母分段接線，多分指的是多個分散的低壓配電室，這些配電室的電源分別引自主變電所。從電壓等級來看主變電所往往一次側(cè)是10kV-110kV高壓系統(tǒng)，經(jīng)變壓器變?yōu)榧彝コＳ秒?.4kV。而其他配電室的電壓等級僅為0.4kV。一主多分結(jié)構(gòu)往往能實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)省投資。

4.4 配變電所 變配電所布局應合理，其選址應避開人群聚集地和易于積水的低洼地段。同時配電室還應采用一定的防潮趨潮措施。配電變壓器的容量應根據(jù)負荷大小合理選擇，其長期工作負載率一般不高于60%。主變所和分配電室應能滿足巡檢要求。針對高層建筑主變所附近應合理設置值班室，為方便監(jiān)控和巡檢其相隔不易太遠。高層建筑的低壓配電柜應采用模塊式供電，同時留一些備用模塊。以便供電單元損壞時可以及時更換和補充。

5 高層建筑中低壓配電系統(tǒng)設計中的接地保護

高層建筑應可靠接地，其接地要嚴格的要求。配電系統(tǒng)設計往往采用IT、TT、TN這三種接地保護模式。其中，TT系統(tǒng)往往是提供設置在外露導電的部分的接地保護，起到的是及時切斷故障回路中的電流的作用，實現(xiàn)電氣保護的功能。

TT系統(tǒng)具有的接地故障保護和IT系統(tǒng)差不多，同樣是設置電網(wǎng)的外露部分。在進行接地保護的時候，如果電網(wǎng)的外露導電部分的故障電壓在規(guī)定的標準之下，TT系統(tǒng)不會對供電進行保護性切斷。只是通過相關(guān)的警報裝置發(fā)出報警，提示相關(guān)工作人員排除相關(guān)故障。TN系統(tǒng)的接地故障中，大多數(shù)是由于金屬性短路或者是故障發(fā)生時電流過大才會引發(fā)TN系統(tǒng)的保護機制。因此，應該采用電流保護器來實現(xiàn)對電路負荷和電流短路的保護功能，達到接地保護的作用。除此之外配電系統(tǒng)的接地應與防雷接地獨立開來，以免形成干擾。

為保證供電安全性，漏電保護器是低壓配電系統(tǒng)設計中最常用的電氣元件。因此對漏電保護器的選擇也有嚴格的要求。漏電保護器是線路或設備漏電時防止人體觸電的重要設備，因此其安全界限標準一定要滿足要求。在漏電保護器的采購和選用過程中一定要嚴格把關(guān)，要額外注意其正常工作情況下的漏電電流動作值是否符合要求，必要時應做必要的檢測。在低壓配電系統(tǒng)的單元上一般都需要漏電保護裝置，從而保證整個供電系統(tǒng)的安全性。

6 結(jié)束語

高層建筑的功能、自動化、智能化程度往往要求更高，其系統(tǒng)的復雜性也比一般的建筑要復雜的多，尤其是一些綜合性的高層建筑，往往都是集娛樂休閑、商務辦公、商業(yè)活動與一身的多功能超大型建筑。其用電設備復雜、系統(tǒng)集成、智能化自動化程度高。因此其用電容量、供電系統(tǒng)復雜性對低壓配電系統(tǒng)設計提出了更高的要求。在低壓配電系統(tǒng)設計時設計人員應盡可能科學合理布局，全面衡量供電系統(tǒng)的可靠性和安全性的同時高效的利用能源資源，盡可能的實現(xiàn)建筑物的節(jié)能降噪。合理的系統(tǒng)設計、嚴格的施工往往是保證高層建筑低壓配電系統(tǒng)可靠高效運行的關(guān)鍵所在。

參考文獻：

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